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第三代半导体、AI等热潮下的测试测量新方向

2021/06/29
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日前,泰克2021创新科技论坛(TIF)在北京、上海、西安三地先后举办。本次论坛聚焦数据中心半导体设计、芯片制造、基础材料研究和新能源产业发展,以“破-技术瓶颈、创-科技引擎、智-产业升级”的思路,希望助力产业突破基础学科技术瓶颈,助力包括人工智能物联网、无人驾驶汽车、增强现实技术与虚拟现实技术、基因编辑等生物技术、纳米技术等产业为代表的第四次工业革命。

今年,泰克迎来75周年庆典。作为一家拥有数十年历史传承的企业,泰克的各类测试测量产品被行业熟知,除了示波器信号发生器逻辑分析仪频谱分析仪等产品在行业应用中都较为突出。面向如今热门但又充满挑战的市场应用,例如第三代半导体功率器件动态测试系统、PCIE5和USB4.0高速总线测试、新型计算框架及神经元忆阻器表征测试、全新电力电子实验平台等热门应用,论坛上进行了颇多探讨,并展示了泰克创新的解决方案。

第三代半导体功率器件动态参数测试系统

第三代半导体功率器件在减少重量、缩小体积,提升效率的同时,给研发工程师也带来了全新的测试挑战,传统的测试工具因高频、高共模、高压等特性已经不能满足测试要求,泰克推出针对第三代功率器件全新的光隔离技术的测试系统,以推动探测技术的进步。

据了解,用户在功率器件动态特性表征中常见的疑难问题,包括如何设计高速工作的驱动电路,如何适配多种芯片封装形式,如何选择和连接探头进行信号测试,如何优化和抑制测试过程中的噪声和干扰等。泰克领衔开发的DPT1000A 功率器件动态参数测试系统,专门用于针对第三代半导体功率器件的动态特性分析测试,以帮助用户在研发设计、失效分析、进厂检测和试产阶段快速评估器件性能,更快应对市场需求、改善产品性能。同时,也有助于快速验证自研驱动电路,加速应用端解决方案落地。

该系统由功率器件双脉冲测试驱动板、高压防护罩、芯片温控系统、泰克高分辨率示波器、光隔离探头、双脉冲信号源、高压电源和自动化测试软件组成。以机柜系统形式交付,可以通过上位机软件配置测试设备和测试项目,获取测试结果并生成数据报告。

泰克相关技术人员介绍,系统具备一定的测试灵活性非常重要,这样就可以根据需求定制驱动电路板设计,更改栅极电阻、负载电感等关键器件参数。在保证安全的前提下,对功率器件的动态参数进行全面精准的测试评估。

同时,使用泰克最新推出的新五系高分辨率示波器和专门用于高压差分信号测试的光隔离探头,可以为第三代功率器件动态特性表征带来更高带宽和更高测试精度。这是因为泰克新五系示波器可以最高支持8通道同时测量,对于半桥结构双脉冲测试电路,可以同时对上下管信号进行同步测试。光隔离探头提供了极高的共模抑制比,可以在上管测试中提供更准确的波形数据。针对系统中高速电流的测试,使用高精度电流传感器,可以得到更高的电流测试带宽和更准确的电流波形。同时,系统还提供了动态导通电阻测试功能,可以在高速开关状态下对器件的动态导通电阻进行评估,帮助用户更准确地了解器件动态特性。

 
据了解,受到带宽限制、共模抑制比限制、信号干扰等影响,传统的探头和方法无法满足第三代功率器件的测试需求,比如准确测高压侧驱动信号。针对这一挑战,泰克推出了光隔离探头IsoVu,可以发现非隔离探头隐藏的快速震荡的信号。该探头实际是通过光学隔离消除了共模干扰,这样就可以按100V/ns或更快的速度在±60kV 的基准电压上提供精确的差分测量。

应对下一代高速通信接口测试挑战

疫情提升了人们对网络服务的依赖性,进一步加快了对数据中心的需求。目前,数据中心的交换速率已经从 100 G 逐渐向 400G/800G 转换,使得数据中心的处理核心服务器以及存储需要具备更高的性能来应对迅速增长的数据。

泰克方面介绍,迅速增长的数据使得高速接口快速发展,应用服务器、存储的PCIe接口在PCIe 3.0 停滞了一段时间后,正在快速向PCIe 4.0切换,而PCIe 5.0测试规范即将正式发布,基于更高速率的PCIe 6.0规范也在制定中。并且,5G网络的快速部署以及更多互连应用的兴起,又进一步促进了包括USB、DP、TBT、HDMI各类消费电子接口的快速提升。

基于上述需求,泰克、安立与GEL针对高速接口PCIe/USB/DP/TBT等需求,搭建起PCIe和USB一致性测试系统。PCIe 5.0自动化测试解决方案,将泰克的DPO70000SX系列70 GHz实时示波器、自动化软件,和安立MP1900A 信号质量分析仪(误码率测试仪)相结合。这一一体化解决方案支持PCIe 5.0电气特性测试、物理层协议分析以及发射机/接收机和链路均衡训练(LEQ)测试,可以快速配置支持所需的PCIe 5.0规范。

AI应用中的新型计算框架及忆阻器、神经元网络测试

在人工智能的发展浪潮下,忆阻器备受关注。其重要应用领域包括:非易失存储(Nonvolatile memor)、逻辑运算(Logic computing),以及类脑神经形态计算(Brain-inspired neuromorphic computing) 等。这三种截然不同又相互关联的技术路线,为发展信息存储与处理融合的新型计算体系架构,以及突破传统冯• 诺伊曼架构瓶颈,提供了可行的路线。

目前,国内忆阻器研究在材料体系、物理机制、性能优化、规模集成、非线性电路和类脑神经形态计算等方面取得了令人鼓舞的进展。但是,在忆阻器可靠性、阵列的控制电路设计,以及CMOS 集成工艺等方面,还需要研究者和广大工程技术人员协同攻关,更需要针对忆阻器不同研究阶段的专业的测试系统保驾护航。
  

据泰克技术人员介绍,泰克忆阻器/神经元网络测试系统基于本土创新的宗旨,能够同时提供忆阻器直流性能、交流性能、脉冲性能及高速脉冲性能测试;具备多种的配置方案,满足不同的客户需求;内置忆阻器性能测试、阻变动力学测试功能,可根据客户需求,定制开发特殊功能;提供阵列测试功能,已在业内得到采用。

针对高校应用的电子电子开发仿真实验平台

针对国内高校的应用需求,泰克推出了电力电子开发仿真实验平台REPERS,该平台从实际工程和产品开发需求出发,以“工程思维训练”和“产品思维训练”为核心,执行“真开发”、研发“真产品”、落实“真应用”,将电力电子技术与新能源应用场景相结合。根据储能、光伏发电电动汽车、智能微电网等新能源应用的需求,学生可进行相关电源、控制产品的认知、仿真、开发、测试和系统应用。

据介绍,REPERS分别针对应用和设计遵循两大理念:一方面,执行“在系统应用中找需求”的理念,让学生在应用中找问题,在开发中找欠缺。通过问题引导理论学习,并将知识应用于开发,实现理论知识、实践教学、产品开发、系统应用的循环引导体系,相互促进。

另一方面,REPERS执行“以设计为中心”的实践教学理念,培养学生开发产品的能力。掌握小产品、熟悉大工程,让学生在学习过程中熟悉产品开发的流程,懂得如何完成器件选型、控制仿真、电路设计、拓扑验证、算法运行和系统测试等工作,而不只是进行传统的验证与简单仿真工作。让传统的“以教学为中心”转变为基于真实产品的“以设计为中心”,让学生基于场景设计产品,基于需求设计功能,基于功能选择器件、模块和控制算法。

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与非网资深行业分析师。主要关注人工智能、智能消费电子等领域。电子科技领域专业媒体十余载,善于纵深洞悉行业趋势。欢迎交流~