线头长度缩短的有效开关结构的制作方法

专利名称：线头长度缩短的有效开关结构的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及自动测试设备，特别涉及在自动测试系统中用来路由信号的开关拓扑。
背景技术：
用来测试电子器件和组件的自动化系统通常使用开关矩阵来路由电信号。这类系统常常包含可与待测试单元(或称“UUT”，unit undertest)交换电信号的大量测试器源。测试器源具有许多不同的形式，例如可包括功率源、电压源、电流源、波形发生器、仪表、采样电路和时间测量电路。UUT也可以具有不同的形式，例如可包括半导体晶片、封装的半导体芯片、混合组件、非拆卸的电路板和电路板组件。
开关矩阵通常被安置在各测试器源和UUT之间，用于把各测试器源灵活地连接到UUT的各I/O端子(如引线、引脚或连接器端子)。理想情况下，该矩阵具有足够的灵活性可以把任何测试器源连接到UUT的任何I/O端子。理想情况下，该矩阵还具有足够的灵活性可把任何测试器源连接到任何另外的测试器源。这后一种能力使得各测试器源可通过信号环回相互校准和/或测试。
图1和图2示出了传统的用于电子测试系统的开关矩阵100。矩阵100常被称作“全交叉点”矩阵，包括按行与列组织的交叉传导路径，在每个交叉点上有开关。测试器源可以在节点A～N连接到该矩阵，并且UUT的I/O端子可在节点1～M连接。由于矩阵100的每个行与每个列交叉，可以简单地通过接通交叉点上的开关把任何测试器源A～N连接到UUT的任何端子1～M。
图2示出了如何控制矩阵100以实现特定的连接。例如，通过接通开关A1，把测试器源A连接到UUT端子1。类似地，接通开关C2把测试器源C连接到UUT端子2。为了避免多重连接，要进行连接的该行和列(如上述第二例子中的行C和列2)上的所有其他开关必须保持断开。矩阵100还可使不同的测试器源连接在一起，如所示出的经由开关D3和N3的接通而实现的测试器源D到测试器源N的连接。
尽管矩阵100具有灵活性，但还是可能有缺点。例如，矩阵100在每个交叉点上具有开关。因此开关的数量随矩阵的大小呈指数增长(对N×N矩阵需要N2个开关)。用在自动测试系统接口上的开关通常是机械继电器。这类继电器需要占用相当大的空间，大量的这种继电器会挤占测试器中的空间，尤其是挤占UUT周围的空间，在该空间中本希望安置其他的器件。另外，机械继电器较之其他的电子元件可靠性要差。大量的继电器可能会增加某些继电器故障的概率，因此降低了整个测试系统的MTBF(平均无故障时间)。
矩阵100的另一个缺点是它引入了传输线线头(stub)，这削弱了该矩阵无失真传递高频信号的能力。如图2所示，测试器源A到UUT端子1的连接留下一个从开关A1延伸到开关N1的线头，以及从开关A1延伸到AM的另一个线头。这些线头通过产生阻抗变化和反射使测试源A和UUT端子之间传送的信号发生失真。信号越快，由任何特定长度的线头所造成的失真就越严重。
可以通过提供附加的开关在矩阵100中减小线头的长度。例如，紧邻开关A的右侧可增加开关，当开关A接通时，该增加的开关断开，因此减小了从A1到AM延伸的线头的长度。在其他的时候，该增加的开关可以保持接通。类似地，紧邻A1的下部可增加开关，以减小从A1到N1延伸的线头长度。尽管可以采用类似这样的补救措施，但都会增加所需要开关的数量，因此效果并不好。

发明内容
针对上述现有技术中的问题，本发明的目的是在不显著增加所需开关数量的情况下改进切换信号的信号完整性。
为了实现上述目的以及其他的目的和有益效果，提供一种包括多个开关电路的开关拓扑。每个开关电路至少具有第一端口和第二端口。施加到所述第一端口的信号可直达传递到所述第二端口，或者可以中途经交叉传递到所述第二端口。这种类型的开关电路可以按各种方式组合以形成提供高灵活性、短传输线线头并且开关元件较少的开关拓扑。


通过下面的说明和附图可以很清楚地理解本发明的其他目的、有益效果和新颖的特征。附图包括图1是传统自动测试设备中使用的全交叉点矩阵的简化示意图，其中有选择地把测试器源连接到待测试单元(UUT)的引脚；图2是图1中矩阵的简化示意图，其中突出了某些连接；图3A和3B是示出根据本发明的开关电路的简化示意图，分别是按直达和交叉配置；图3C是表示图3A和图3B的开关电路的示意符号；图4A-4C是根据本发明构造的三个不同的4乘4开关拓扑的简化示意图，其中开关电路如图3A-3C所示出的那样；图5A-5C是根据本发明构造的三个不同N乘N开关拓扑的简化示意图，其中开关电路如图3A-3C所示出的那样；以及图6是根据本发明的包括开关拓扑的自动测试系统的部分框图。
具体实施例方式
根据本发明，开关电路形成构造块，由所述构造块可以构建任意大的开关拓扑。图3A和图3B示出了可用作适当构造块的开关电路的例子300。
如图3A所示，开关电路300包括第一和第二开关元件310和312。每个开关元件具有公共点以及第一和第二连接点。响应控制信号，可有选择地把所述公共点连接到第一连接点或第二连接点。
第一开关元件310的各连接点一对一地连接到第二开关元件312的各连接点。优选地，按反并联(inverse parallel)的方式来实现这些点之间的连接(即，该第一开关元件的第一连接点连接到该第二开关元件的第二连接点，并且该第一开关元件的第二连接点连接到该第二开关元件的第一连接点)。第一开关元件310和第二开关元件312的公共连接点形成开关电路300的第一节点对(A和B)。由相结合的连接点形成的两个交汇点构成开关电路300的第二节点对(1和2)。
这样构造的开关电路可以按直达(THROUGH)配置或交叉(CROSS)配置来工作。图3A示出了THROUGH配置。这里，节点A和B分别连接到节点1和2。图3B示出了CROSS配置，其中节点A和B中途交叉连接到节点1和2，即节点A连接到节点2并且节点B连接到节点1。
在优选的实施例中，第一开关元件310和第二开关元件312是机械的Form-C继电器。优选地，这些继电器是同样构造的，使得他们中的每个通过按相同方式切换来响应同样的信号。利用所示出的反并联连接，因此可容易地使开关电路300对一种状态的控制信号采用THROUGH配置，而对另一种状态的控制信号采用CROSS配置。尽管各继电器连接点的直接并联(第一对第一，第二对第二)也是可以的，但不能方便地使用单一的控制信号(或同样的继电器)，因此不是优选的。
优选地，在单一的多继电器封装中设置两个开关元件310和312。例如，双Form-C继电器封装可容纳用于完整开关电路300的两个继电器。超过两个继电器的封装(package)也可用于多开关电路300，以进一步小型化。通过在印刷电路板或其他连接了所述封装的电路基片上的导电路径形成第一和第二开关元件的连接点之间的连接。通过使这种路径尽可能短来最大化信号完整性。可替换地，可以修改传统的多继电器封装使得包括内部连接点之间的连接。内部连接会缩短各继电器之间的连接路径并因此进一步改进信号完整性。
图3C示出了用于开关电路300的符号。图3C中标记出的各节点(A、B、1和2)对应于图3A和图3B中同样命名的节点。邻近节点A和B示出的弧表示各开关元件的公共点。在后续的图中使用该符号来指示可以直接连接(A到1、B到2)或交叉连接(A到2、B到1)的节点。
使用开关电路300作为基本的2乘2构造块，可以构建任意大的开关拓扑。为了改善信号完整性，任何2乘2构造块的每个节点(A、B、1和2)只能连接到任何其他2乘2构造块的至多一个节点。这种限制防止了在任何节点上同时并联的形成，并因此也防止线头形成。
图4A-4C示出了由2乘2构造块构建的不同的4乘4开关电路。图4A示出了最简单的布置，其中四个构造块按方形配置来连接。通过对构造块410、412、430和432仅使用THROUGH配置和CROSS配置，在左侧的任意节点X1到X4可以连接到右侧的任意节点Y1到Y4。例如，通过把构造块410和430设置成THROUGH，可把X1连接到Y1。作为另外的例子，通过把构造块410和432设置成CROSS，可把X1连接到Y4。
尽管图4A的布置可以把左侧的任意节点连接到右侧的任意节点，它还是不能按所有可能的组合把左侧的节点连接到右侧的节点。特别是，这种布置不能把左侧任意一个构造块的两个节点同时连接到右侧任意一个构造块的两个节点。因此，当X2和Y2连接时，X1和Y1就不能连接。类似地，当X2和Y3连接时，X1和Y4不能连接。这种限制是由于这种拓扑在左侧每个构造块和右侧每个构造块之间只提供一个物理连接。
图4B示出了更具有灵活性的4乘4布置。通过添加构造块420部分克服了上述的限制。通过把构造块420设置成THROUGH配置，任意一个构造块的两个节点可同时连接到横向相对的构造块的两个节点(如在X2连接到Y2的同时，X1可连接到Y1)。但要注意，对于对角相对的节点依然有限制。通过把构造块420设置成CROSS配置，每个构造块仍然只有一个到其对角相对近邻的物理连接。
图4C克服了这种限制并支持左右同时连接的所有可能组合。通过把中间一列构造块(420和422)的一个设置成CROSS并把这两个构造块中的另一个设置成THROUGH，该布置实际变成图4B的布置，克服了同时横向连接的限制。另外，通过把两个构造块420和422都设置成CROSS，任何构造块的两个节点可跨越该拓扑实现对角连接，因此克服了同时对角连接的限制。
图4A-4C的4乘4开关拓扑的原理可以更一般地用于产生图5A-5C所示的2N乘2N开关拓扑。这些拓扑具有与4乘4拓扑可类比的结构，但可以按任意大的规模来实现。
图5A示出了在结构上可与图4A的4乘4开关拓扑相类比的2N乘2N开关拓扑。这个2N乘2N拓扑包括4个N乘N单元。这些N乘N单元是通过遵循上述的一般原则相互连接的构造块(如开关电路300)构建成的，所述的一般原则例如是任何构造块的节点不能连接到所有其他构造块的多于一个的节点。对N＝2，这些N乘N单元各包括单个的构造块，图5A的拓扑实际退化成图4A的拓扑。对N＝4，这些N乘N单元的每个可以是图4A-4C示出的任意4乘4单元。同样可以使用更大的单元，例如8乘8单元，16乘16单元，等等。
在受限制方面，图5A的拓扑类似于图4A。每个N乘N单元左侧的N个节点只有半数可以同时跨越该拓扑连接到右侧的任意N乘N单元，或是横向地连接或是对角地连接。
图5B的拓扑通过在交叉点设置附加的N乘N单元(520)部分克服了这种限制(类似于图4B拓扑的方式利用单元420部分解决类似的问题)。注意，如果单元520能够把左侧的两对N/2个节点横向地和对角地连接到右侧的两对N/2个节点，在这里就可以克服图4B中所受到的切换限制。
图5C的拓扑可与图4C相类比，可使得在左侧的所有2N个节点按任何可能的组合连接到右侧的所有2N个节点。
这里所述的开关拓扑本质上是无线头的。明显的线头只在继电器之内或在构造块本身内部的连接中(即开关元件310和312的连接点之间)。这种少线头保持了经过这些拓扑的电信号的完整性和带宽。另外，这种在电信号完整性方面的增益是在不需要大量继电器的情况下得到的。即时如图4C示出的最大4乘4拓扑，也只需要12个Form-C继电器。全交叉点4乘4矩阵要求16个继电器，并且可能由于线头的影响有较差的高频性能。在全交叉点矩阵中缩短线头需要增加许多继电器。
这里所述的开关拓扑和方法的优选使用是在自动测试系统中路由测试信号。图6是自动测试系统的部分简化框图，其中测试器源610可经由开关系统612切换到接口614，例如是测试夹座、针板(probeboard)或插座。诸如半导体器件或电路板的UUT 616被连接到接口614，使得信号在测试器和UUT之间通过。通过适当配置开关系统612，可把测试器源610有选择地施加到该UUT的不同节点。
经过开关系统612把第一测试器源路由到UUT的引线，并且通过经由该开关系统连接到该UUT的第二测试器源来监视该器件对第一测试器源的反应，以此来进行测试。该器件的反应确定了该器件是符合规格还是不符合规格。
众所周知，半导体器件制造商通常使用自动测试系统来确定器件是否满足要求。在制造过程的早期对器件做测试可以使得未通过测试的器件在产生另外的制造开销之前就把它废弃。另外，根据测试结果把器件划分到不同的类别，可使得制造商按不同的价格销售具有不同性能的器件。通过把这里公开的开关拓扑和方法集成到自动测试系统，可以得到改进的信号完整性，同时可减少所需要继电器的数量。改进的信号完整性使得可按更严格的误差来测试器件，因此使得好器件更容易从不满足要求的器件中被区分出来。
替换实施例前面已经说明了一个实施例，但还可以做出许多替换实施例和改型。例如，开关元件310和312优选是Form-C继电器。但还有许多其他的构造这些元件的方法。例如，可以把一对Form-A连接在一起以提供大致如单个Form-C继电器的相同功能。还可以使用可执行大致相同功能的其他类型的继电器或继电器的组合。
如这里所述的，开关元件优选是机械继电器。但本发明不限于由机械继电器来实施。例如，代替传统的机械继电器，可使用微加工的MEM开关。还可使用固态开关。
尽管本发明的主要应用是用于切换电信号，这里所述的拓扑及方法还可用于切换光信号。
如这里所述的，开关电路300支持两种配置THROUGH和CROSS。也可以支持其他配置。例如，可以通过独立地控制开关元件310和312使开关电路300支持环回，例如利用分离的控制信号。通过把开关元件310设置到上位置并且把开关元件312设置到下位置(或反之)，节点A可被环回到节点B。环回仅对连接到开关元件公共点的节点是可用的。节点A可被环回到节点B，但节点1不能环回到节点2。开关拓扑可由带有左面和/或右面公共点的构造块来构建，以便按需要容纳任何特定节点的环回。注意，该所述公共点所面对的方向对构造块的基本切换功能没有影响，它只影响环回功能。THROUGH和CROSS配置对于左至右和右至左是一样的。
尽管这里公开了特定的实施例，但这些实施例是示例性的，是用例子说明如何应用本发明的原理。因此，所公开的实施例不应被看作是对本发明的限制。
所公开的特定实施例都是方形拓扑(N乘N)。但本发明不限于方形拓扑。也可以实现矩形拓扑(N乘M)。例如，可以建造N乘M拓扑，其中N大于M，这可以通过构建N乘N拓扑并去掉那些对维数M而言不需要的构造块来实现。
这里所述的开关拓扑是通过共享源的测试器来使用。但是，本发明不限于任何特定类型的测试器，并可用于任何与测试有关的开关环境。
因此，尽管特别通过参考其优选的实施例示出并说明了本发明，本领域的普通技术任意应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，在其中可以做出各种形式和细节上的改变。
权利要求
1.一种用于自动测试系统的开关拓扑，其包括多个开关电路，每个都具有第一至第四节点，其中，所述第一和第二节点可分别连接到所述第三和第四节点以形成直达连接，或可分别连接到所述第四和第三节点以形成交叉连接，其中，所述多个开关电路中任何一个开关电路的第一至第四节点中的每个连接到所述多个开关电路中所有其他开关电路的第一至第四节点中的至多一个。
2.如权利要求1所述的开关拓扑，其中，所述多个开关电路中的每个包含第一和第二开关元件，各具有公共点以及第一和第二连接点，该公共点可有选择地与所述第一和第二连接点连接。
3.如权利要求2所述的开关拓扑，其中，对所述多个开关电路中的每个，所述第一和第二节点分别是所述第一和第二开关元件的公共点，所述第一开关元件的所述第一和第二连接点中的一个连接到所述第二开关元件的所述第一和第二连接点中的一个，以形成所述开关电路的所述第三节点，所述第一开关元件的所述第一和第二连接点中的另一个连接到所述第二开关元件的所述第一和第二连接点中的另一个，以形成所述开关电路的所述第四节点。
4.如权利要求3所述的开关拓扑，其中，所述第一和第二开关元件是Form-C继电器。
5.如权利要求4所述的开关拓扑，其中，用于所述第一和第二开关元件的所述Form-C继电器一同位于双Form-C封装中。
6.如权利要求5所述的开关拓扑，其中，在所述第一和第二开关元件之间的所有连接都形成在所述双Form-C封装之内。
7.如权利要求5所述的开关拓扑，其中，响应单一的控制信号一同控制所述第一和第二开关元件。
8.如权利要求1所述的开关拓扑，其中，利用微加工开关实现所述开关电路。
9.如权利要求1所述的开关拓扑，其中，利用固态开关实现所述开关电路。
10.如权利要求1所述的开关拓扑，其中，所述多个开关电路按照至少第一至第四N乘N开关单元各包含所述多个开关电路中的至少一个的形式来布置，其中所述第一N乘N开关单元的N/2个节点连接到所述第三N乘N开关单元的N/2个节点，其中所述第二N乘N开关单元的N/2个节点连接到所述第四N乘N开关单元的N/2个节点，其中所述第一N乘N开关单元的N/2个节点连接到所述第四N乘N开关单元的N/2个节点，其中所述第二N乘N开关单元的N/2个节点连接到所述第三N乘N开关单元的N/2个节点。
11.如权利要求10所述的开关拓扑，还包括第五N乘N开关单元，具有连接到所述第一至第四N乘N开关单元中每个的N/2个节点。
12.如权利要求10所述的开关拓扑，还包括附加的N乘N开关单元对，所述附加的N乘N开关单元对的每个具有连接到所述第三和第四N乘N开关单元中每个的N/2个节点。
13.如权利要求10所述的开关拓扑，其中N是2的幂。
14.如权利要求10所述的开关拓扑，其中N等于2，并进一步包含第五N乘N开关单元，具有连接到所述第一至第四N乘N开关单元中每个的N/2个节点。
15.如权利要求10所述的开关拓扑，其中N等于2，并进一步包含附加的N乘N开关单元对，所述附加的N乘N开关单元对中的每个具有连接到所述第三和第四N乘N开关单元中每个的N/2个节点。
16.一种在自动测试系统中切换信号的方法，其包括提供开关电路的阵列，每个开关电路具有第一节点对和第二节点对；并且对每个开关电路，交替地传递或交叉传递施加到所述第一节点对的信号，用于提供给所述第二节点对，其中，所述多个开关电路中任何一个开关电路的每个节点连接到所述多个开关电路中任何其他开关电路的至多一个节点。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述自动测试系统包括测试器源，该测试器源可经由所述开关电路的阵列连接到待测试单元的节点，用于对所述待测试单元进行测试。
18.如权利要求17所述的方法，还包括经由所述开关电路的阵列把第一信号施加到所述待测试单元；经由所述开关电路的阵列从所述待测试单元接收第二信号；检测该第二信号是否在为所述待测试单元预定的允许范围内。
19.如权利要求18所述的方法，还包括响应所述第二信号是在所述允许范围之内或在该允许范围之外来确定所述待测试单元的通过测试状态或未通过测试状态。
20.一种测试系统，其包括多个测试器源；用于接纳待测试单元的接口；以及多个开关电路，连接在所述多个测试器源和所述接口之间，用于有选择地把所述测试器源连接到所述待测试单元的节点，其中，每个开关电路具有第一节点对、第二节点对和控制输入端，其中，响应施加到所述控制输入端的控制信号，把施加到开关电路的所述第一节点对的信号对或者传递或者中途经交叉传递到所述第二节点对，并且其中，所述多个开关电路中任何一个开关电路的每个节点连接到所述多个开关电路中任何其他开关电路的至多一个节点。
全文摘要
一种用于在自动测试系统中传递信号的开关拓扑，包括多个开关电路，每个开关电路用于有选择地传递信号或交叉传递信号。把开关电路连接在一起，使得任何开关电路的每个节点连接到任何其他开关电路的至多一个节点。与传统的矩阵形开关拓扑相比，这种拓扑提供改进的信号完整性，降低了开销，并节省了空间。
文档编号H04Q3/545GK1860377SQ200480028486
公开日2006年11月8日 申请日期2004年9月29日 优先权日2003年9月30日
发明者徐放 申请人:泰拉丁公司