半導體是推動汽車、可再生能源、通信、信息技術、國防和消費電子等行業(yè)發(fā)展的關鍵部件。半導體的重要性始于 20 世紀 50 年代末，當時杰克·柯比和羅伯特·諾伊斯發(fā)明了集成電路 (IC)，該電路在通用半導體基礎上構建電子元件和電路。集成電路迅速取代了基于真空管的電子設備，因為它們更節(jié)能、更節(jié)省空間、更可靠。
　　在過去的六十年中，集成電路取得了長足的進步，并被廣泛應用于許多行業(yè)，因為它們是眾多產品和工藝中的關鍵元件。集成電路可以是多個分立元件封裝在一起，例如數(shù)字邏輯電路、微控制器、微處理器、數(shù)字存儲器、模擬電路和放大器、射頻 (RF)/微波 (MW) 模擬元件和電路以及集成電源電路。本文重點介紹如何使用波形發(fā)生器測試各種類型的集成電路。
　　IC設計與測試工藝流程
　　IC 設計和測試是復雜的過程，需要精度和知識才能滿足所需的規(guī)格。工程師進行迭代、優(yōu)化和驗證，以確保終的 IC 達到所需的性能和可靠性。在圖 1中，該過程從基于 IC 規(guī)格的軟件建模和仿真開始。隨后，在晶圓代工階段，將設計蝕刻到光掩模上并轉移到硅晶圓上。晶圓測試后，對 IC 進行封裝并進行功能測試，以確保它們正常運行。
　　晶圓級驗證測試
　　在設計或前端 IC 制造階段，IC 往往在晶圓級進行測試。在上游晶圓級工藝中測試 IC 可能具有挑戰(zhàn)性，尤其是在使用晶圓探測工具時。然而，這是必要的，因為封裝工藝成本高昂且復雜。圖 2顯示了正在進行的晶圓探測和測試。
　　在晶圓級，可以進行災難性短路、漏電、電源和一般輸入/輸出條件等基本功能驗證的測試。信號源可以來自可編程直流電源、源和測量單元以及通用波形發(fā)生器。
　　在 IC 設計階段，測試工程師可以在晶圓級探測測試中執(zhí)行噪聲、DC 參數(shù)和 S 參數(shù)特性分析工作。此過程大大縮短了首次測量的時間，并提供準確且可重復的設備和組件特性分析。
　　包裝測試
　　將 IC 放置在引線框架上、用線焊到各自的引線上并進行封裝后，它們就處于終的物理形態(tài)。進行測試是為了確保封裝后的 IC 符合封裝要求，例如無短路、無開路或連接不牢、內部電路之間有適當?shù)碾姎飧綦x等等。

　　波形發(fā)生器為信號完整性和低頻噪聲測試提供干凈的信號和受控的頻率和幅度噪聲水平。圖 3顯示了波形發(fā)生器如何向 IC 提供受控的模擬信號，以供示波器測試信號完整性。

　　圖 3 IC 信號完整性測試的眼圖，其中波形發(fā)生器可以提供干凈的信號以及受控的頻率和幅度噪聲水平。Keysight
　　包裝后功能測試
　　封裝后功能測試，又稱為生產線末端測試，通常非常復雜且繁瑣。此過程是一個測試階段，在此階段，IC 會接受全面測試，以確保其在交付給客戶之前符合規(guī)定的性能和質量標準。
　　波形發(fā)生器可生成復雜的可變模式、真實世界信號，甚至極端用例信號，以確保所有發(fā)貨的 IC 都符合所需的性能規(guī)格和功能。現(xiàn)代波形發(fā)生器用途廣泛，可生成各種信號，例如數(shù)字、模擬、復雜調制、低頻至高頻、突發(fā)、同步和任意波形信號，適用于所有 IC 應用。
　　波形發(fā)生器特性
　　市場上的波形發(fā)生器具有廣泛的規(guī)格。測試和表征 IC 需要嚴格的規(guī)格。IC 設計工程師需要一種能夠產生干凈、低失真、穩(wěn)定和可靠信號的源。無論頻率或采樣率如何，產生的信號都不應發(fā)生變化。此外，某些波形發(fā)生器規(guī)格對于 IC 測試也很重要。
　　干凈、穩(wěn)定的信號源
　　干凈的信號源提供真實、純凈的信號，沒有噪聲或其他外來信號的干擾。信號可以通過沒有諧波失真和抖動的信號純度來衡量。測試 IC 時，干凈、穩(wěn)定的信號必不可少，因為工程師希望：
　　產品規(guī)格： IC 需要的信號來描述和驗證其功能和性能。信號源引入的誤差越大，由于測量不確定性，產品規(guī)格就越差。
　　避免錯誤的測試結果：穩(wěn)定的信號源可創(chuàng)建一致的測試過程。因此，測試結果可以準確地表征 IC 的行為。如果信號源不穩(wěn)定，錯誤的測試結果等問題會影響下游測試。糟糕的情況是將錯誤表征的產品發(fā)送給客戶。
　　可重復且可靠的性能：干凈的信號還將提供優(yōu)化的可重復性測試條件，以衡量 IC 的真實性能。它們不會有不必要的諧波和噪聲，導致測試結果不準確。此外，通過用波形發(fā)生器創(chuàng)建的信號替換真實信號，可以使測試更加可靠。
　　噪聲添加劑
　　除了使用干凈的信號來表征 IC 設備的性能之外，在測試信號中添加噪聲還可以模擬現(xiàn)實世界中的噪聲傳輸、串擾和 EMI。添加噪聲不僅不能獲得的產品性能規(guī)格，還會對被測 IC 造成壓力，并決定產品的穩(wěn)定性。

　　合適的波形發(fā)生器可以產生可變的噪聲帶寬，以控制測試信號的頻率內容。圖 4說明，這種方法可以對被測 IC 進行受控壓力測試。

　　圖 4在測試信號中添加受控噪聲（上圖）會產生嘈雜的 ECG 信號（下圖）。Keysight
　　混合信號
　　許多應用都需要混合信號 IC，這些 IC 本質上是內置數(shù)字和模擬電路并封裝在一起的 IC。使用混合信號 IC 的應用包括模數(shù)轉換器、數(shù)模轉換器、電源管理電路、微控制器電路以及溫度、濕度和壓力等物理參數(shù)傳感測量。波形發(fā)生器可以模擬數(shù)字和模擬信號來測試混合信號 IC。
　　軟件創(chuàng)建的任意波形信號
　　現(xiàn)代波形發(fā)生器可以生成任意波形來模擬真實的 IC 測試應用。這些發(fā)生器通常附帶創(chuàng)建任意波形的軟件應用程序。
　　導入模擬或真實信號
　　導入信號的直接方法是使用示波器將真實世界的測試信號數(shù)字化，將其保存為軟件應用程序可讀的格式，以數(shù)字方式操作或調節(jié)測試信號，然后將其傳輸?shù)讲ㄐ伟l(fā)生器以重新生成信號。

　　另一種常用方法是使用波形生成器軟件生成自定義任意波形，并將其組合成所需的模擬測試信號。一些 IC 設計工程師可能希望直接在 MATLAB 或 Python 編程中生成波形，并將這些波形傳輸?shù)讲ㄐ伟l(fā)生器。例如，圖 5顯示了 MATLAB 如何理解復雜波形的繪制。波形是心電圖 (ECG) 心臟信號的一部分的模擬，顯示了部分 PQRST 點。事實上，這個波形只顯示了 RST 點，目的是創(chuàng)建 T 波抑制測試波形。MATLAB 可以使用數(shù)學方程對波形進行建模，并將所有這些點轉換為復雜的 ECG 測試信號。

　　圖 5使用數(shù)學方程式，在 MATLAB 中組裝成模擬心臟 ECG 測試信號。Keysight

　　圖 6顯示了 MATLAB 生成的心臟 ECG 測試信號的輸出。MATLAB 軟件應用程序提供了將波形點作為二進制塊發(fā)送到任意波形函數(shù)發(fā)生器的選項。將波形作為二進制數(shù)據(jù)而不是 ASCII 數(shù)據(jù)發(fā)送的原因很簡單——二進制數(shù)據(jù)比等效的 ASCII 數(shù)據(jù)小得多。

　　圖 6 MATLAB 可以將上述模擬的心臟 ECG 測試信號傳輸?shù)讲ㄐ伟l(fā)生器中。Keysight
　　這些方法使工程師能夠創(chuàng)建所需的測試信號，以便將其編入數(shù)字波形庫并進行存儲。這種方法能夠對多種類型的 IC 測試應用進行一致且有組織的測試。
　　在播放列表測試序列中創(chuàng)建波形
　　大多數(shù)現(xiàn)代波形發(fā)生器可以按順序播放各種波形片段。設計工程師可以構建一個測試序列播放列表，其中包含增量變化的波形或好信號或壞信號，以測試 IC 響應。根據(jù)波形發(fā)生器的功能，您可以將各個任意波形段組合成用戶定義的列表或序列，以形成更長、更復雜的波形。