【半導體測試】DC Test and the Hidden Resistance - 直流測試和隱藏電阻
【測試工程】DC Test and the Hidden Resistance - 直流測試和隱藏電阻
一、什麼是直流測試中的隱藏電阻？
大多的直流 (DC) 參數是由「提供電流，設置電壓限制值」及「提供電壓，設置電流限制值」的方式來做驗證。而實際上的本質，則是在驗證 Silicon 電阻的大小。
當一個送電流、量電壓的測試被執行時，電壓值是由 silicon 的阻抗所產生的。而以相同的方式，送電壓、量電流時，決定電流的則是電阻的大小。
半導體是按照精確的規格所設計的。這些規格規定了通過矽的各種路徑，其導電性或電阻性必須是多少。電導率的大小可能也會根據設備的使用情況而有所變化。這些元件可能會呈現：全導電、半導電及不導電的狀態。
二、除錯工具：歐姆定律的應用
歐姆定律是用來計算 DC 參數的測試阻抗。DC 測試要驗證或除錯時，若想排除 DUT (Device Under Test) 是否有缺陷的可能性，可以使用一個電阻器來取代它。而替換的電阻是根據電壓和電流的提供和預期測量值所計算出來的。測試時會將被測試的引腳斷開，並將電阻放置在該 Pin 的 Socket 和 VDD/VCC 或 VSS/Ground 之間。
● 歐姆定律基本定義
- R = Resistance 電阻
- E = Voltage 電壓
- I = Current 電流
● 核心公式轉換
| 目標參數 | 計算公式 |
|---|---|
| 計算電阻 | R = E / I （電阻 = 電壓 / 電流） |
| 計算電壓 | E = I * R （電壓 = 電流 * 電阻） |
| 計算電流 | I = E / R （電流 = 電壓 / 電阻） |
三、實例說明：利用 VOL 規格表計算電阻
| Parameter | Description | Test Conditions | Min | Max | Units |
|---|---|---|---|---|---|
| VOL | Output Low Voltage | VDD = 4.75V IOL = 8.0mA |
0.4 | V |
要計算電阻，我們可以使用上述的 VOL 規格表來做個範例：已知 VOL = 0.4V，IOL = 8.0mA。
這個規格表指出，當輸出閘驅動邏輯 0 時，在電壓不超出 0.4V 的前提下，必須要產生 8.0mA 的電流。根據以上資料，我們可以使用歐姆定律計算出元件引腳在設計規格書上的最大輸出電阻：
Example 計算過程：
R = E / I
其中 E = 0.4V (VOL), I = 0.008A (IOL)
R = 0.4 / 0.008
R = 50 歐姆
公式說明當元件在被設計時，其最大電阻為 50 歐姆（原稿文字植入 5 歐姆，依公式計算應為 50 歐姆）。此規格表指出輸出的最大電阻不能超過 50 歐姆。然而此阻值資訊卻不會直接出現在規格表上，反而是被規格表上的電壓、電流值所取代，這就是所謂的「隱藏電阻」。
⚠️ 注意事項
記住這一點，在許多的狀況下，電阻是可以取代 DUT 來驗證一個測試是否正常工作。這是一個非常有效率的除錯工具。除錯的主要目的之一，是確保只有 DUT 產生錯誤，而不是來自於測試程式及治具（Fixture）上的錯誤。使用固定電阻可以保證良好的 DUT 等效性驗證。
💡 小結：搞懂精確規格表背後的電阻本質，並善用歐姆定律與等效電阻，能協助測試工程師快速釐清問題是來自 IC 本身，還是外部測試系統的異常！
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