IC ATE集成电路测试学习——开尔文连接

首先，我们先了解一下ATE在测试时的PMU测量原理。

驱动线路和感知线路

为了提升 PMU 驱动电压的精确度，常使用 4 条线路的结构：两条驱动线路传输电流，另两条感知线路监测我们感兴趣的点（通常是DUT）的电压。这缘于欧姆定律， 任何线路都有电阻，当电流流经线路会在其两端产生压降，这样我们给到 DUT 端的电压往往小于我们在程序中设置的参数。

设置两根独立的（不输送电流）感知线路去检测 DUT 端的电压，反馈给电压源，电压源再将其与理想值进行比较，并作相应的补偿和修正，以消除电流流经线路产生的偏差。驱动线路和感知线路的连接点被称作“开尔文连接点”。

开尔文连接的原理

开尔文连接通过分开电流的施加（通过Force线）和电压的测量（通过Sense线）来减少测量过程中的误差。在进行低阻值测量时，即使是非常小的电阻也会在Force线上产生电压降，如果仅使用两条线（传统的两线连接方法）进行测量，那么这个电压降会被算入测量结果中，导致测量不准确。开尔文连接通过独立的Sense线直接在DUT上测量电压，从而避免了这种情况，因为Sense线几乎不通过电流，所以它们测量到的电压降几乎完全是DUT的内阻所致，极大地提高了测量的准确性。

通过使用四条线路来实现，这四条线路分别是：

1. Force线（F+ 和 F-）

• Force线用途：这两根线（一正一负）用于施加电流到被测设备（DUT）上。它们直接连接到DUT的两端，以确保可以在DUT上形成一个电流路径。

2. Sense线（S+ 和 S-）

• Sense线用途：这两根线（一正一负）用于准确测量DUT两端的电压。它们也连接到DUT的两端，但与Force线不同的是，由于Sense线的阻抗特别大，所以Sense线几乎不通过电流，主要作用是检测实际电压值。
  

AGND	Analog Ground)	这些引脚通常是模拟地线，用作电气测试中的参考点，确保信号的测量有一个共同的参考电位。
CHXX_F	Channel Force	“F”代表“Force”，即强制线。这些引脚用于将电压或电流强制施加到被测设备的相应管脚上。
CHXX_S	Channel Sense	“S”代表“Sense”，即感测线。这些引脚用于精确测量被测设备管脚上的实际电压，以确保测量的准确性。
CHXX_G	Channel Guard	“G”代表“Guard”，即对地补偿线。这些引脚的电位通常与AGND相同，但它们在物理上是隔离的，目的是为了减少由于寄生电容效应而对测量信号产生的干扰。
DGS_X	Device Ground Sense	“DGS”可能代表“Device Ground Sense”或者类似的意思。这些引脚可能用于感测设备的地电位是否稳定，或者用于提供设备的地连接。

1. Force线——大电流，所以压降

• Force线：比如流100mA
• 线阻抗：假如线阻抗是0.1Ω
• 压降：0.1Ω × 0.1A = 10mV
  ➜ 电源板送1.81V，但芯片脚实际只拿到1.8V

所以，Force线有压降，必须补偿。

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2. Sense线——微电流，所以无压降

• Sense线：几乎零电流（一般是nA/pA级，因只接到运放高阻抗输入）
• 线阻抗：同样是0.1Ω
• 压降：0.1Ω × 0A = 0V
  ➜ 不管线有多长，压降几乎可以忽略

所以，Sense线真实测到的，就是芯片脚上的实际电压

线类型	线阻抗 (Ω)	电流 (A)	压降 (V)
Force	0.1 Ω	0.1 A	0.01 V (10mV)
Sense	0.1 Ω	0.000000001 A (1nA)	0.1Ω × 1nA = 0.0000001V (0.1uV)

假如你要测一个电源，要求1.8V供电：

• Force线刚开始送1.8V
• Sense线一测，发现掉到了1.78V（因为线压降0.02V）
• 电源内部马上自动把Force线提升到1.82V
• 这样芯片VDD脚上Sense线真实测到就刚好1.8V
• 所以芯片始终稳稳供1.8V。