一輛自動駕駛汽車以每小時 35 英里的速度駛向路口，其激光雷達系統(tǒng)探測到前方有障礙物。能否精準測出與障礙物的距離是 165 英尺還是 167 英尺，將決定車輛能否及時平穩(wěn)制動。多出來的這 2 英尺，可能就是安全與災難的分界線。

這種精度的測量依賴于精密的模擬技術，它連接了數(shù)字處理與我們的物理世界。

高精度數(shù)據(jù)轉換器、放大器、電壓基準源及其他模擬集成電路 (IC)，旨在以前所未有的準確性捕捉真實世界的信號，如溫度、濕度、電壓、電流、距離和位置。這些模擬芯片在電路板上協(xié)同工作，提供系統(tǒng)級的精度，使數(shù)字系統(tǒng)能夠做出智能決策。

然而，在芯片協(xié)同工作之前，必須使用比芯片本身更尖端的先進測試設備，對其性能和精度進行測試與驗證。自動化測試系統(tǒng) (ATE)、高分辨率示波器、數(shù)字萬用表及其他工具，依靠先進的半導體器件來驗證下一代電子產(chǎn)品的性能。一旦出現(xiàn)任何失誤，制造商就可能面臨高昂的產(chǎn)品失效損失、安全隱患，更重要的是，會失去消費者的信任。

永不止步的精度追求

TI 數(shù)據(jù)轉換器與時鐘產(chǎn)品副總裁 Karthik Vasanth 表示：“半導體行業(yè)正朝著柵極長度 1.5nm 的晶體管邁進。打個比方，兩個硅原子之間的間距約為 0.23nm，所以這個距離大約相當于原子間距的五倍。這簡直令人難以置信?！?/p>

隨著半導體達到原子級的精度，高分辨率測試設備也必須變得同樣尖端。工程師們持續(xù)設計測試設備，使其每一代都能測量更寬的帶寬、更快的信號和更高的分辨率。

Robert Manion 在 Emerson 旗下的 National Instruments (NI) 親身見證了這一演進歷程。作為半導體解決方案測試與測量部門的總經(jīng)理，他的公司使用 TI 的精密 IC 來檢測幾年前難以測量甚至無法測量的性能變化。

Robert 表示：“從亞 2nm 工藝研究到硅驗證、特性分析以及大批量生產(chǎn) ATE，NI 系統(tǒng)的設計目標就是測試全球最先進的半導體。要實現(xiàn)如此廣泛的測試覆蓋，我們必須集成頂尖的數(shù)據(jù)轉換器和精密模擬組件。結合我們測試平臺中不斷發(fā)展的 AI 技術，我們?nèi)缃衲馨l(fā)現(xiàn)數(shù)年前完全無法捕捉的器件特性。這將可以幫助芯片制造商加速學習周期，并更有信心地將每一代新器件推向市場?！?/p>

精度要求

Karthik 表示：“設計人員總會選擇性能最優(yōu)、最可靠的元件，他們不會在基礎精度規(guī)格上妥協(xié)?！边@一現(xiàn)實推動了持續(xù)創(chuàng)新，因為 TI 從兩個角度都面臨著需求：既是芯片制造商，又是設備使用者。

例如，放大器的精度已實現(xiàn)大幅提升。如今的精密放大器能夠檢測到的電信號，比十年前所能達到的精度要高出 100 倍。TI 放大器副總裁 Prajkta Vyavahare 表示：“即使是像放大器這樣簡單的半導體元件，也正通過其高精度和高準確性改變世界?！?/p>

如今的測試測量設備需要性能極其穩(wěn)定的精密放大器，其偏差必須保持在微伏級別，并且還要實現(xiàn)超低噪聲。例如，數(shù)據(jù)轉換器必須足夠靈敏，能在 1500 萬個正常測量值中檢測出一個有缺陷的測量值——同時還要每秒處理超過 10 億個樣本。而電壓基準源則需提供幾乎零漂移的電壓輸出，從而使測試設備能夠在無需校準的情況下長時間使用，并助力開啟精準度的新時代。

測試測量在推動器件進步中扮演著重要角色。Prajkta 表示：“一旦設計和制造出半導體，目標就是需要確保它滿足為其設定的每一項性能指標。測試不僅是為了驗證，更能讓我們對設計充滿信心?！?/p>

這些性能要求也催生了一個半導體制造商與設備制造商之間的良性循環(huán)，推動著整個行業(yè)發(fā)展。Karthik 表示：“每一款達到這種精度的產(chǎn)品在出廠前都必須經(jīng)過測試。這是先決條件。測試設備必須始終比它所測量的產(chǎn)品更精確，這促進了半導體設計和測試技術的持續(xù)創(chuàng)新。”

永無止境的征程

這種對精度的不懈追求適用于任何需要更精確測量的應用。電動汽車電池系統(tǒng)需要精密放大器來精確測量充電電流和電壓，以避免危險故障發(fā)生。數(shù)據(jù)中心的人工智能 (AI) 芯片在部署到服務器之前，需要通過測試來排查微小的缺陷。

半導體的進步將持續(xù)賦能自動化測試設備，使其具備增強的 AI 能力，能夠預測故障并實時做出決策。集成度的突破將帶來更小、更可靠的測試系統(tǒng)，幫助制造商提高質量、加快產(chǎn)品上市速度并擴大生產(chǎn)規(guī)模。

Prajkta 表示：“最終，只有解決實際的工程問題才可以認為是成功。當測試測量系統(tǒng)的設計人員告訴我們，我們的產(chǎn)品解決了他們的難題，那就說明我們真正實現(xiàn)了高精度?！?/p>