一种用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块

摘要

本发明公开了一种用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块，包括：I‑V转换电路，其第一输入端连接ATE测试机的可编程高压输出模块，其第二输入端连接DUT，其输出端连接差分放大电路，其正负电源端连接悬浮电源电路，I‑V转换电路用于为DUT提供高压偏置并将流过DUT的电流转换为电压；差分放大电路，其第一输入端与I‑V转换电路的输出端连接，其第二输入端与所述可编程高压输出模块连接，其输出端连接ATE的模拟测量模块；悬浮电源电路，其两个输出端分别连接I‑V转换电路的正负电源端，为I‑V转换电路提供悬浮电压，其悬浮地节点连接所述可编程高压输出模块。可以提高高压微小漏电流的测量能力，提高抗干扰能力。

说明书

技术领域

本发明涉及ATE测试领域，尤其涉及一种用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块。

背景技术

现有技术中，直接使用VI源输出高压并测量流过“DUT高压引脚”的nA级及以下微小漏电流，DUT外围测试电路的寄生参数将会极大地影响其测量结果。在ATE测试行业中，一般不使用VI源直接测试uA级别以下的电流，一般采用I-V转换电路测试，或者使用SMU或者台式仪器进行测量。

常规的I-V转换电路无法为DUT提供高压偏置，只能串联在DUT的接地端子与地之间测量电流，无法同时对多个高压引脚的漏电流进行测量，效率低下。

现有技术中改进型的I-V转换电路，利用ATE悬浮VI源的开尔文端子供电并测量I-V转换后的输出电压，由于需要用到悬浮VI源，受限于ATE的结构设计与悬浮VI源的能力，为DUT提供的偏置电压通常会受到限制，悬浮电压通常小于±1kV，并且可测量的I-V转换后的电压小于±7.5V。

I-V转换电路无法提供高压偏置，使用SMU或者台式仪器，本身测试速度较慢，需要额外的通讯控制，且由于成本原因，只能串行测试，测试时间较长。因此有必要在VI源与DUT之间，尽量靠近DUT的位置插入一种用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块以提高测量结果的稳定性和准确性，降低测试成本。

发明内容

本发明提供一种用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

第一方面，本发明实施例提供了一种用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块，包括：

I-V转换电路，其第一输入端连接ATE测试机的可编程高压输出模块，ATE测试机的可编程高压输出模块为I-V转换电路提供高压偏置，I-V转换电路的第二输入端连接DUT，I-V转换电路的输出端连接差分放大电路，I-V转换电路的正负电源端连接悬浮电源电路，I-V转换电路用于为DUT提供高压偏置并将流过DUT的电流转换为电压；

差分放大电路，其第一输入端与I-V转换电路的输出端连接，其第二输入端与ATE测试机的可编程高压输出模块连接，其正负电源端连接供电电路，其输出端连接ATE的模拟测量模块，ATE的模拟测量模块用于测量差分放大电路的输出电压；

悬浮电源电路，其两个输出端分别连接I-V转换电路的正负电源端，为I-V转换电路提供悬浮电压，其悬浮地节点连接所述ATE测试机的可编程高压输出模块，其输入端连接ATE测试机的电源输出模块；

供电电路，其输入端连接ATE测试机的电源输出模块，其两个输出端连接差分放大电路的正负电源端。

进一步，悬浮电源电路包括隔离式DC-DC电源转换器、降压电路和第一滤波电路，隔离式DC-DC电源转换器的输入端和地端通过降压电路分别接ATE测试机的电源输出模块的正电压输出端和地，隔离式DC-DC电源转换器的输出端包括正输出端、负输出端和悬浮地端，正输出端通过第一滤波电路与I-V转换电路的正电源端连接，负输出端通过滤波电路与I-V转换电路的负电源端连接，悬浮地端通过滤波电路与悬浮地节点连接。

进一步，降压电路包括第一电容和稳压二极管，稳压二极管的阴极连接ATE测试机的电源输出模块的正电压输出端，稳压二极管的阳极分别连接隔离式DC-DC电源转换器的输入端和第一电容的正极，第一电容的负极分别与隔离式DC-DC电源转换器的地端和地连接。

进一步，第一滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容，隔离式DC-DC电源转换器的正输出端分别连接第一电阻的一端和第二电容的正极，第一电阻的另一端分别与I-V转换电路的正电源端和第四电容的一端连接，隔离式DC-DC电源转换器的悬浮地端分别与第二电容的负极、第二电阻的一端和第三电容的正极连接，隔离式DC-DC电源转换器的负输出端分别与第三电容的负极和第三电阻的一端连接，第二电阻的另一端作为悬浮地节点，分别与第四电容的另一端、第五电容的一端和ATE测试机的可编程高压输出模块连接，第五电容的另一端分别与第三电阻的另一端和I-V转换电路的负电源端连接。

进一步，差分放大电路包括差分放大器，差分放大器的正相输入端为差分放大电路的第一输入端，反相输入端为差分放大电路的第二输入端，差分放大器的正相输入端与I-V转换电路的输出端连接，差分放大器的反相输入端与ATE测试机的可编程高压输出模块连接，差分放大器的正负电源端分别与供电电路的两个输出端连接，差分放大器的输出端与ATE的模拟测量模块连接。

进一步，供电电路包括第二滤波电路，第二滤波电路包括第四电阻、第五电阻、第六电容和第七电容，第四电阻的一端与ATE测试机的电源输出模块的正电压输出端连接，第四电阻的另一端分别与差分放大器的正电源端和第六电容的一端连接，第五电阻的一端与ATE测试机的电源输出模块的负电压输出端连接，第五电阻的另一端分别与差分放大器的负电源端和第七电容的一端连接，第六电容的另一端和第七电容的另一端连接并接地。

进一步，所述I-V转换电路包括运算放大器、第六电阻和第七电阻，运算放大器的正相输入端为I-V转换电路的第一输入端，反相输入端为I-V转换电路的第二输入端，运算放大器的反相输入端与DUT连接，正相输入端与ATE测试机的可编程高压输出模块连接，运算放大器的输出端与第七电阻的一端连接，运算放大器的反相输入端通过第六电阻与第七电阻的另一端连接，第七电阻的另一端为I-V转换电路的输出端，其与差分放大电路的第一输入端连接。

进一步，DUT的电流为：

其中

本发明实施例的一种用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块，至少具有以下有益效果：用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块包括I-V转换电路、差分放大电路和悬浮电源电路；悬浮电源电路为I-V转换电路提供悬浮电压，相比现有直接使用悬浮VI源的技术，悬浮电压极大提高，从而为DUT提供的偏置电压极大提高，能够满足电压要求高的DUT测试，适用范围更广；使用I-V转换电路和差分放大电路能够将流过DUT的nA级及以下微小漏电流转换为V级的电压，可测量的I-V转换后电压提高，容易测量，使得电流的测量精度提高。ATE测试机的模拟测量模块通过直接测量差分放大电路的输出电压可以简单快速地将输出电压换算为流过DUT的电流，可以不需要进行长时间的采样积分测量，减少测试时间和成本，另外，本发明的精密高压微小漏电流测量模块能够放置DUT附近，提高抗干扰能力。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1是本发明实施例提供的一种用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块的电路图。

图3是本发明实施例提供的一种供电电路的电路图。

图4是本发明实施例提供的一种用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块的应用电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

如图1所示，本发明实施例提供了一种用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块，位于ATE测试机的可编程高压输出模块与DUT之间，并且尽量靠近DUT的位置，提高抗干扰能力。用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块包括I-V转换电路、差分放大电路和悬浮电源电路；

I-V转换电路，其第一输入端连接ATE测试机的可编程高压输出模块，ATE测试机的可编程高压输出模块为I-V转换电路提供高压偏置，I-V转换电路的第二输入端连接DUT，I-V转换电路的输出端连接差分放大电路，I-V转换电路的正负电源端连接悬浮电源电路，I-V转换电路用于为DUT提供高压偏置并将流过DUT的电流转换为电压；

差分放大电路，其第一输入端与I-V转换电路的输出端连接，其第二输入端与ATE测试机的可编程高压输出模块连接，其正负电源端连接供电电路，其输出端连接ATE的模拟测量模块，ATE的模拟测量模块用于测量差分放大电路的输出电压；

悬浮电源电路，其两个输出端分别连接I-V转换电路的正负电源端，为I-V转换电路提供悬浮电压，其悬浮地节点连接所述ATE测试机的可编程高压输出模块，其输入端连接ATE测试机的电源输出模块；

供电电路，其输入端连接ATE测试机的电源输出模块，其两个输出端连接差分放大电路的正负电源端。

其中，用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块、ATE测试机的可编程高压输出模块、ATE测试机的模拟测量模块、ATE测试机的电源输出模块和DUT共地连接。

在一实施例中，ATE测试机的可编程高压输出模块用于输出可调节的高压，ATE测试机的可编程高压输出模块提供开尔文连接的四个端子，分别为端子HF、HS、LF和LS（即Hiforce、Hi sense、Low force和Low sense）。ATE测试机的可编程高压输出模块分别与I-V转换电路、悬浮电源电路和差分放大电路连接，指可编程高压输出模块的端子HF和HS分别与I-V转换电路、悬浮电源电路和差分放大电路连接，ATE测试机的可编程高压输出模块与其他模块共地连接，指端子LF和LS与其他模块共地连接。

在一实施例中，本发明实施例提供了一种用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块的电路图。如图2所示，悬浮电源电路包括隔离式DC-DC电源转换器M1、降压电路和第一滤波电路，隔离式DC-DC电源转换器M1的输入端和地端通过降压电路分别接ATE测试机的电源输出模块的正电压输出端和地，隔离式DC-DC电源转换器M1的输出端包括正输出端、负输出端和悬浮地端，正输出端通过第一滤波电路与I-V转换电路的正电源端VCC1_floating连接，负输出端通过滤波电路与I-V转换电路的负电源端VEE1_floating连接，悬浮地端通过滤波电路与悬浮地节点（电容C4和电容C5的连接点）连接，悬浮地节点与ATE测试机的可编程高压输出模块（端子HF和HS）连接。使用悬浮电源电路，相比现有直接使用悬浮VI源的技术，悬浮电压极大提高，可达±10kV，即为DUT提供的偏置电压极大提高，能够满足电压要求高的DUT测试，适用范围更广。

在一实施例中，隔离式DC-DC电源转换器M1的型号为A1215S-1WR2，本领域技术人员也可以根据实际需要选取其他芯片。隔离式DC-DC电源转换器M1的输入端为Vin脚，隔离式DC-DC电源转换器M1的地端为GND脚，隔离式DC-DC电源转换器M1的正输出端、负输出端和悬浮端分别为+Vo脚、-Vo脚和0V脚。

在一实施例中，降压电路包括第一电容C1和稳压二极管D1，稳压二极管D1的阴极连接ATE测试机的电源输出模块的正电压输出端，稳压二极管的阳极分别连接隔离式DC-DC电源转换器M1的输入端和第一电容C1的正极，第一电容C1的负极分别与隔离式DC-DC电源转换器M1的地端和地连接。

ATE测试机的电源输出模块用于输出固定的电源电压，在一实施例中，ATE测试机的电源输出模块的正电压输出端输出的电压为+15V。

在一实施例中，第一滤波电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5，隔离式DC-DC电源转换器M1的正输出端分别连接第一电阻R1的一端和第二电容C2的正极，第一电阻R1的另一端分别与I-V转换电路的正电源端VCC1_floating和第四电容C4的一端连接，隔离式DC-DC电源转换器M1的悬浮地端分别与第二电容C2的负极、第二电阻R2的一端和第三电容C3的正极连接，隔离式DC-DC电源转换器M1的负输出端分别与第三电容C3的负极、第三电阻R3的一端连接，第二电阻R2的另一端作为悬浮地节点，分别与第四电容C4的另一端、第五电容C5的一端和ATE测试机的可编程高压输出模块连接，第五电容C5的另一端分别与第三电阻R3的另一端和I-V转换电路的负电源端VEE1_floating连接。

在一实施例中，差分放大电路包括差分放大器U2A，差分放大器U2A的正相输入端为差分放大电路的第一输入端，反相输入端为差分放大电路的第二输入端，差分放大器U2A的正相输入端与I-V转换电路的输出端连接，差分放大器U2A的反相输入端与ATE测试机的可编程高压输出模块连接，供电电路两个输出端分别与差分放大器U2A的正电源端VCC2和负电源端VEE2连接，差分放大器U2A的输出端与ATE的模拟测量模块（MeasureHS）连接。使用差分放大电路处理I-V转换电路的输出电压，可测量的I-V转换电路转换后的电压可达±15V；相比现有技术，可测量的I-V转换电路转换后的电压得到提高，即高压微小漏电流的测量精度提高。

在一实施例中，如图3所示，供电电路包括第二滤波电路，第二滤波电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电容C6和第七电容C7，第四电阻R4的一端与ATE测试机的电源输出模块的正电压输出端连接，第四电阻R4的另一端分别与差分放大器U2A的正电源端VCC2和第六电容C6的一端连接，第五电阻R5的一端与ATE测试机的电源输出模块的负电压输出端连接，第五电阻R5的另一端分别与差分放大器U2A的负电源端VEE2和第七电容C7的一端连接，第六电容C6的另一端和第七电容C7的另一端连接并接地。

在一实施例中，ATE测试机的电源输出模块的负电压输出端输出的电压为-15V。

所述I-V转换电路包括运算放大器U1A、第六电阻R6和第七电阻R7，运算放大器U1A的反相输入端与DUT连接，则运算放大器U1A的反相输入端为I-V转换电路的第二输入端DUT_PIN，正相输入端与ATE测试机的可编程高压输出模块连接，则运算放大器U1A的正相输入端为I-V转换电路的第一输入端，运算放大器U1A的输出端与第七电阻R7的一端连接，运算放大器U1A的反相输入端通过第六电阻R6与第七电阻R7的另一端连接，第七电阻R7的另一端与差分放大电路的第一输入端连接；即第七电阻R7的另一端与差分放大器U2A的正相输入端连接。

在一实施例中，I-V转换电路还包括第八电阻R8和第九电阻R9，运算放大器U1A的反相输入端与R8的一端连接，R8的另一端分别与R6的一端和DUT连接，则R8的另一端为I-V转换电路的第二输入端DUT_PIN，运算放大器U1A的正相输入端与R9的一端连接，R9的另一端与ATE测试机的可编程高压输出模块连接。

在一实施例中，U1A的型号为AD825AR，U2A的型号为AD8479ARZ。本领域技术人员也可以根据实际需要选取其他型号。

在一实施例中，差分放大电路还包括第十电阻R10，差分放大器U2A的输出端通过R10与ATE的模拟测量模块连接。R10用于将差分放大器U2A与ATE的模拟测量模块隔开，避免振荡。

在图2中，用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块、ATE测试机的可编程高压输出模块、ATE测试机的模拟测量模块、ATE测试机的电源输出模块和DUT共地连接，指GND、LS、LF、MeasureLS、+15VGND共地连接，其中MeasureLS为ATE测试机的模拟测量模块的接地端，+15VGND为ATE测试机的电源输出模块的接地端，LS和LF为ATE测试机的可编程高压输出模块的接地端，GND为用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块的接地端。

图2中用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块的电路图的原理如下：

悬浮电源电路：ATE测试机的电源输出模块的正电压输出端为悬浮电源电路供电，假设悬浮电源电路为U1A运算放大器提供“悬浮±U”供电，当端子HF和HS激励V_HF高压，则VCC1_floating = V_HF + U，VEE1_floating = V_HF - U，则DUT_PIN处电压也为V_HF。例如，当ATE测试机的可编程高压输出模块的端子HF和HS激励600V高压，并且U=15V时，VCC1_floating = 600 + 15 = 615V，VEE1_floating = 600 - 15 = 585V，则DUT_PIN处电压也为600V。

I-V转换电路：为DUT提供高压偏置并将流过DUT的电流转换为电压，端子HF和HS激 励V_HF高压，根据虚短的原理，DUT_PIN处电压也为V_HF，设DUT的被测引脚对地等效电阻为 Rdut，则U1A运算放大器经第七电阻R7输出的电压Vamp_out = (1+R6/Rdut)*V_HF，第六电 阻R6的压降

差分放大电路部分：差分放大器U2A输出Vamp_out 与 V_HF之间的电压差VmeasureHS，即差分放大器U2A输出的电压差与第六电阻R6的压降相等，VmeasureHS=Vamp_out - V_HF，R10的电阻较小，而ATE的模拟测量模块的输入阻抗很大，因此，第十电阻R10的压降可忽略不计，那么根据欧姆定律，流过DUT的电流为：

其中

在一实施例中，将本发明的用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块进行封装，封装后设置16个引脚，如图4所示，引脚EARTH用于连接精密高压微小漏电流测量模块的外壳，引脚+15V用于连接ATE测试机的电源输出模块的正电压输出端，引脚+15VGND用于连接ATE测试机的电源输出模块的接地端，引脚-15V用于连接ATE测试机的电源输出模块的负电压输出端，引脚DUT_PIN用于连接DUT，引脚HF用于连接ATE测试机的可编程高压输出模块的HF端子，引脚HS用于连接ATE测试机的可编程高压输出模块的HS端子，引脚LF用于连接ATE测试机的可编程高压输出模块的LF端子，引脚LS用于连接ATE测试机的可编程高压输出模块的LS端子，引脚MeasureLS用于连接ATE测试机的模拟测量模块的PMS_ML0脚，引脚MeasureHS用于连接ATE测试机的模拟测量模块的PMS_MH0脚，另外还包括5个NC引脚。

精密高压微小漏电流测量模块与DUT、ATE测试机的连接关系如图4所示，将精密高压微小漏电流测量模块的引脚DUT_PIN与DUT连接，将ATE测试机的电源输出模块与精密高压微小漏电流测量模块的引脚EARTH、+15V、+15VGND、-15V引脚连接，将ATE测试机的可编程高压输出模块与精密高压微小漏电流测量模块的引脚HF、HS连接，将ATE测试机的模拟测量模块与精密高压微小漏电流测量模块的引脚MeasureLS、MeasureHS连接，将DUT的GND端子接地，将ATE测试机的可编程高压输出模块的端子LF和LS接地。

使用ATE测试机的模拟测量模块测量MeasureHS引脚的电压，由于用于ATE测试的 精密高压微小漏电流测量模块中R6的电阻已知，因此，只需要测量MeasureHS引脚的电压则 可以根据公式

用于ATE测试的精密高压微小漏电流测量模块在ATE测试机的可编程高压输出模 块与DUT之间，并且能够尽量靠近DUT的位置，有利于提高抗干扰能力。ATE测试机的可编程 高压输出模块使用mA级电流档稳定地输出高压并驱动本发明的精密高压微小漏电流测量 模块，该模块为DUT提供的偏置电压极大提高，能够满足电压要求高的DUT测试，适用范围更 广，并且该模块将流过DUT的nA级及以下微小漏电流转换为抗干扰的V级电压，可测量的I-V 转换后电压提高，容易测量，可以提高高压微小漏电流的测量能力，ATE测试机的模拟测量 模块快速稳定准确地测量模块的输出电压并换算成

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质（或非暂时性介质）和通信介质（或暂时性介质）。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息（诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据）的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘（DVD）或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。