基于芯片外的SET脉宽测试优化：SET脉宽测试在芯片外的应用

基于芯片外的SET脉宽测试，实际就是前面4.3.1节所介绍的一种直接测试方法。我们知道，镶嵌于芯片内部的脉冲捕获测试方式是研究电子器件加固设计和基本单元耐单粒子辐射能力检验的主要方法。实际上，在针对器件本身的单粒子瞬态敏感性评估中，需要在器件外部或输出端点实现脉冲捕获的测试方式，如前面4.3.2节所述，就是用基于一个高速示波器的测试电路来实现瞬态脉冲捕获，如针对一个反相器链路，可以基于高速示波器设计出三种不同的单粒子瞬态脉冲捕获测试电路，图4-13给出了测试电路结构组成原理示意图。从图中可以看出，在反相器链路输出端，可以通过附加缓冲单元、晶体管检测及反相器检测等前级甄别和检测的手段，再通过高速示波器对瞬态脉冲的捕获，实现对单粒子瞬态脉冲特性的量化测试。在器件外部或输出端点附加缓冲单元的测试方法中，作为一个相对来说分离的测试结构，缓冲单元电路的响应特性必须经过校对和监测，校对中一般使用合适的脉冲发生器来实现。而缓冲单元电路与示波器的耦合连接，则是利用一个高阻电压探针采用单点连接方式实现。这种利用附加缓冲单元电路的优点在于其提供了一个对瞬态电压脉冲直接轨到轨（rail-to-rail）式测量，但其不足之处是对瞬态脉冲的捕获能力受到缓冲单元电路带宽和高阻电压探头特性的影响，例如，现代仪器可以做到的最大时间分辨率为40 ps，当然，随着技术的不断发展和进步，可以实现更高的时间分辨率。

图4-13　三种外部SET宽度测试方法原理示意图

（a）输出缓冲方法；（b）晶体管检测方法；（c）反相器监测方法(www.xing528.com)

为了克服实验室所用示波器电压探头带宽的限制，人们提出了其他的测试方法。这些测试方法建议采用T型偏置和标准50 Ω输入电阻的示波器相结合的方式来测量电流的变化，而不是电压的变化，输出缓冲可以采用监控晶体管（MT）或探测反相器所取代。在采用监控晶体管的方式中，测试输出NMOS和PMOS晶体管中的电流，并且依据晶体管直流特性对电压进行重构。在采用探测反相器的方式中，电流在反相器电源板上读出，该数值可以提供一个SET脉冲的差分图形。这两种测试方式都是非浸入式的，不会引起SET脉冲的失真，因为用于设置监控或检测的晶体管的尺寸与链式反相器中的晶体管尺寸完全相同。除了高性能示波器以外，为了避免SET脉冲的测试失真，任何外部SET脉宽测试手段（输出缓冲、监控晶体管（MT）及探测反相器）都需要进行系统优化和布线设计，因此需要比较昂贵的测试仪器和设备。然而，与基于芯片内的特定测试结构的设计与制造成本比较，测试设备成本费用通常还算是比较合理的。