人工智能(AI)应用对高性能内存，尤其是高带宽内存(HBM)的需求一直增长，芯片设计因为这样变得更加复杂。(ATE)厂商是验证这些芯片的关键一环，目前正面临着慢慢的变大的压力，要一直提升自身能力以满足这一需求。传统上，在存储器晶圆探针电源应用中，开关因其良好的低电容乘电阻(CxR)特性而得到采用。低CxR有助于减少信号失真，改善开关关断隔离度，同时实现更快的开关速度和更低的插入损耗。

　　除了上述优点外，PhotoMOS开关的关态电压也较高，但也存在一些局限性，大多数表现在可靠性、可扩展性和导通速度方面。其中，导通速度较慢一直是客户不满的一大原因。

　　为了应对这些挑战，ADI公司开发出了新型开关来取代存储器晶圆探针电源应用中的PhotoMOSADI开关不仅导通速度很快，而且同样具备低CxR特性，能保证高效切换。此外还拥有非常良好的扩展性，能够改善测试的并行解决能力，使ATE可处理更大规模、速度更快的测试任务。如今AI应用对高效和高性能内存测试的需求日渐增长，为此，ATE公司正积极寻求更优的解决方案。在这种背景下，ADI开关凭借一系列出色特性，成为了PhotoMOS的有力替代方案。

　　在ATE设置中，开关扮演着很重要的角色。开关能够将多个被测器件(DUT)连接到同一个测量仪器（例如参数测量单元PMU），或者将它们从测量仪器上断开，以便执行测试流程。具体来说，开关使得PMU能够高效地向不同DUT施加特定电压，并检测这些DUT反馈的电流。开关能够简化测试流程，在需要同时或依次测试多个DUT的情况下，这种作用更突出。利用开关，我们大家可以将PMU的电压分配到多个DUT，并检测其电流，这不仅提高了测试效率，还大幅度减少了每次测试之间重新配置测试装置的麻烦。

　　图1展示了如何利用开关轻松构建矩阵配置，使得一个PMU就能评估多个DUT。这种配置减少了对多个PMU的需求，并简化了布线，从而明显提高了ATE系统的灵活性和可扩展性，对于大批量或多器件的测试环境至关重要。

　　为便于理解评估研究（即利用开发的硬件评估板对PhotoMOS开关和CMOS开关作比较）以及研究得出的结果，这里比较了PhotoMOS开关和CMOS开关的标准。从二者的开关架构开始比较更易于看出差别。

　　CMOS开关和PhotoMOS开关的架构不同，图2显示了开关断开时的关断电容(COFF)。该寄生电容位于输入源极引脚和输出引脚之间。

　　对于PhotoMOS开关，COFF位于漏极输出引脚之间。此外，PhotoMOS开关具有输入到输出电容（也称为漏极电容），同时在其用于导通和关断输出MOSFET的发光二极管(LED)级也存在输入电容。

　　对于CMOS开关，COFF位于源极和漏极引脚之间。除了COFF之外，CMOS开关还有漏极对地电容(CD)和源极对地电容(CS)。这些对地电容也是客户在使用CMOS开关时经常抱怨的问题。

　　当任一开关使能时，输入信号便可传输至输出端，此时源极和漏极引脚之间有导通电阻(RON)。通过了解这些架构细节，我们大家可以更轻松地分析评估研究中的电容、RON和开关行为等性能指标，确保为特定应用选择正确的开关类型。

　　为了更好地对开关进行定性和定量评估，应该考察其在系统模块设计应用中带来的附加值。如上所述，对于图1所示应用，ADG1412是理想选择，可以轻松替代PhotoMOS开关。这款CMOS开关是四通道单刀单掷(SPST)器件，拥有出色的特性，包括高功率解决能力、快速响应时间、低导通电阻和低漏电流等。设计人能通过比较表1列出的重要指标，评估CMOS开关性能并打分，从而量化其相对于其他替代方案的优势。这有助于更深入地了解器件的信号切换效率，对于复杂或敏感的电子系统非常有帮助。

　　两种开关的关断隔离曲线）表明，输入信号受到高度抑制（100 kHz时为-80 dB），未到达输出端。随频率提高，PhotoMOS的性能开始略高一筹，二者相差-10 dB。对于图1所示的开关应用（直流(DC)切换），开关电容并不重要，重要的开关参数是低漏电流、高导通速度和低插入损耗。

　　低RON的开关至关重要。I*R电压降会限制系统性能。各器件之间以及气温变化引起的RON波动越小，测量误差就越小。图4中的插入损耗曲线 kHz频率下，PhotoMOS开关的插入损耗为-0.8 dB，而CMOS开关的插入损耗仅为-0.3 dB。这进一步证实了CMOS开关具有较低的RON(1.5 Ω)。

　　当驱动使能/逻辑电压施加到任一开关上，使其闭合并将输入信号传递到输出端时，若使用的是PhotoMOS开关，则会存在很明显的延迟（如图5所示）。这种较慢的导通速度由于LED输入级的输入电容，以及内部电路将电流转换为驱动MOSFET栅极所需电压的过程中产生的延迟造成的。导通速度慢一直是客户不满的根本原因，而且会影响系统整体应用的速度和性能。相比之下，CMOS开关的导通速度(100 ns)是PhotoMOS开关(200,000 ns)的2000倍(×2000)，更能满足系统应用所需。

　　如果系统中使用的是PhotoMOS开关，并且遇到了测量精度不高、导通速度慢导致系统资源占用过多，以及难以提高通道密度等问题，那么升级到采用CMOS开关的方案将使开发变得很简单。图6显示了PhotoMOS开关与CMOS开关的连接点对应关系。因此，系统模块设计可通过CMOS开关，以更低的成本实现更高的通道密度。

　　表2列出了一些可提升通道密度的ADI开关示例。这些开关具有与ADG1412类似的性能优势，导通电阻更低（低至0.5 Ω），而且成本比PhotoMOS开关还低。这些开关提供串行外设接口(SPI)和并行接口，方便与控制处理器连接。

　　ADI公司的CMOS开关产品系列很丰富，不仅提供导通电阻更低的型号，还支持并行和SPI两种控制接口，从而更有力地支持了在ATE系统中使用CMOS开关的方案。作者简介

　　Edwin Omoruyi是ADI爱尔兰公司仪器仪表事业部的高级产品应用工程师。2007年，他毕业于利默里克理工学院，获得电子系统工程学士荣誉学位。2010年，他毕业于利默里克大学，获得超大规模集成电路(VLSI)硕士荣誉学位。2010年至2018年，Edwin担任ADI公司汽车和座舱电子事业部的应用工程师，之后于2023年，他再次加入ADI公司。除了在ADI公司的工作经历之外，他还曾在汽车和制造业担任系统架构师，负责AD/ADAS传感应用开发。