模擬與混合信號測試正處于一個重要轉折點。盡管新標準首次讓工程師能夠量化這類關鍵器件的測試覆蓋率，但要區分正常工藝偏差與軟性故障，依然困難重重。

今年1月發布的IEEE模擬缺陷建模與覆蓋標準（IEEE 2427-2025）為判斷模擬與混合信號電路中的缺陷是否被測試檢測到，建立了一套更為統一的框架，為覆蓋率長期難以界定的領域帶來了更強的規范約束。與此同時，半導體企業也在積極尋找利用數據分析、歷史數據和自適應測試流程來降低成本的方法，同時避免更多存在缺陷或性能邊緣的器件流入市場。

Advantest業務發展經理Don Blair表示："芯片制造商有固定的測試成本預算，他們會在預算范圍內盡量多測，超出預算后就必須想辦法削減測試成本，包括縮短測試時間、精簡甚至刪除測試項目。"

自適應測試的前提

自適應測試的效果取決于測試人員對輸入與預期結果之間關系的掌握程度——只有足夠了解，才能在不損失有效覆蓋率的前提下縮短或刪除測試。然而，模擬與混合信號器件的測試結果往往落在一個可接受的范圍內，功能合格的器件與高性能器件之間的差異可能就隱藏在這個范圍里，使得測試決策更加復雜。

當測量結果并非唯一確定值時，這種權衡就更難把握。數據轉換器（如ADC或DAC）可能通過了積分非線性或微分非線性測試，但兩個都通過測試的器件實際性能卻可能存在明顯差異。這種差異決定了該器件是否能夠進入高端應用市場，或者客戶是否愿意基于對設計和工藝的歷史信心，接受簡化后的測試流程。

Blair指出："客戶很難將數據分析應用于混合信號測試，因為許多混合信號測試本身就具有不確定性，更偏向定性判斷。確定性測試對應一個輸入和一個預期輸出；非確定性測試則對應一個輸入和一個范圍內的多個合格輸出，其中存在優劣之分，這正是'定性'特征的體現。"

數字測試并非沒有模糊地帶，但它已受益于數十年來的結構化方法——掃描測試、內建自測試（BIST）、固定故障模型以及明確定義的覆蓋率指標。模擬與混合信號器件則仍主要依賴功能性測試和基于規格的測量，尤其是當相關行為涉及增益、偏置、漏電、噪聲、電阻、線性度、阻抗、溫度或工作條件時。

覆蓋率的經濟賬

測試成本的計算不僅限于單項測試的運行時間，還涉及測試設備的資本支出、測試臺利用率、人力、電力、占地面積，以及占用昂貴設備進行可能已無實際價值的測量所帶來的機會成本。這些成本隨器件售價和終端客戶預期質量水平的不同而呈現出不同的規模效應。

以一款售價10美元、測試成本占比5%的器件為例，每顆器件約有0.50美元的測試預算；而售價20美元的高端版本在相同比例下可達1.00美元，這使得額外篩選在經濟上更具可行性。這個邏輯聽起來簡單，但測試工程師必須判斷哪些測量項目是冗余的，哪些又是保護器件性能余量、支撐溢價定位的關鍵所在。

這一判斷還會隨產品成熟度的變化而調整。早期生產流程通常側重于上市速度、特性表征以及工藝可信度，尤其是面向汽車、工業和安全關鍵應用的器件。隨著產品趨于穩定，制造商會開始更仔細地審視哪些測量項目還能持續產生足夠的價值，以覆蓋其成本。

Teradyne電源與熱管理解決方案產品經理Damian Megna表示："這在很大程度上取決于市場定位。在汽車領域，始終追求更高的覆蓋率；但當行業趨于成熟，客戶就會要求我們幫助識別哪些測試覆蓋是冗余的，可以在回歸測試成本和吞吐量的基本經濟邏輯下予以刪減。"

覆蓋策略因制造商和產品系列而存在顯著差異。部分客戶進行大量測試，因為一旦問題流出、下游損失極為高昂；另一些則依賴設計余量、工藝穩定性或內部數據分析。具體決策通常屬于高度機密，因為這些決策揭示了制造商對風險所在位置的判斷，以及愿意進行統計性管理的風險邊界。

Blair表示："哪些測試真正在執行，哪些由歷史經驗或數據分析來保證，通常是高度保密的信息。這取決于終端產品所需的質量等級，而這往往由終端客戶決定。有些客戶要求極高的質量水平，希望看到所有混合信號測試的硬性數據；而對成本更敏感的客戶則未必如此。"

模擬覆蓋率的難題

困難首先源于"覆蓋率"本身的含義。數字測試長期依賴結構化技術，可以明確詢問某組預設故障是否被檢測到。而模擬與混合信號器件并不總能適用這種核算邏輯。其故障可能以多種參數的偏移形式出現，而任一偏移的重要性又取決于器件的實際應用場景。

這使得判斷兩項測試是否冗余、某規格測試是否可以縮短、上游測量能否安全替代后續測量都變得更加困難。問題不僅在于模擬器件需要更多測試，更深層的問題在于：由于業界長期缺乏統一方法來判斷哪些測試能提供有意義的缺陷覆蓋，工程師往往只能通過堆砌測量來積累信心，而這也大量增加了時間成本。

西門子EDA Tessent產品線產品經理Etienne Racine表示："最大的問題在于缺乏針對模擬/混合信號電路的客觀、無偏覆蓋率指標。沒有這些指標，工程師往往傾向于保守，添加過多冗余測試，導致測試時間和整體成本大幅上升，并壓低了良率。"

IEEE 2427-2025開始彌補這一缺口，它為工程團隊提供了更系統化的方式來判斷：特定測試是否在檢測一類有意義的缺陷、該缺陷能否通過其他機制被觀察到，以及能否在設計流程的更早階段提升覆蓋率。

這種區分之所以重要，是因為模擬與混合信號測試并不屬于單一類別。某些缺陷最適合通過直接的規格測量來捕獲，而另一些則可以通過結構化方法檢測——前提是設計提供了足夠的可觀察性與可控性。最有效的策略很可能是將結構化測試、功能測試與參數測試相結合，具體的底層失效機制決定了哪些測試可以移動、縮短或推斷替代。

Racine指出："差分晶體管對或帶隙基準等參數缺陷需要規格測試，但這些可以是非常快速的直流測試。某些老化相關缺陷需要系統內參數測試，而電遷移或應力引發的缺陷則會造成短路或斷路，可通過系統內結構化測試檢測。"

隨著模擬內容被集成到日益復雜的系統中，這種平衡變得愈發重要。一顆混合信號器件可能在同一封裝內集成數字控制邏輯、電源管理、數據轉換、傳感、射頻功能和安全特性，每個模塊可能都需要在結構覆蓋、規格測試和應用專項篩選之間尋求不同的平衡。

Modus Test應用與產品管理總監Jack Lewis表示："混合信號測試幾乎始終是功能性測試，芯片本身將按照其規格進行功能驗證，具體取決于它是商業級、汽車級還是安全關鍵級應用。"

這也正是自適應測試比簡單削減測試項目更為復雜的地方。制造商或許能在積累足夠數據后刪除冗余的數字測試向量，但一項模擬測試可能是唯一能在特定負載、溫度或電壓下揭示邊緣狀態的測量手段。因此，減少覆蓋率的決定取決于剩余測量是否仍能保持區分正常工藝偏差與性能趨向規格邊界的器件的能力。

當測試路徑成為變量

當不確定性來自測試路徑而非器件本身時，問題將變得更加棘手。每一項電氣測量都要經過一條包含儀器、電纜、探針卡或插座、觸點以及器件管腳的完整鏈路，其中任何一個環節都可能引入電阻、污染、磨損或共面性問題，從而影響測量結果。

這一區分在模擬與混合信號測試中尤為關鍵，因為相關的性能余量可能非常小。數字信號通常能容忍一定程度的變異而不影響測試儀判讀結果，但精密的模擬測量可能因微小偏差而改變分選決策，甚至產生誤判。一旦錯誤數據進入自適應模型，系統可能將觸點退化或電壓損失誤判為硅片問題。

開爾文連接通過分別設置強制端和感測端，將器件與測試路徑的電氣影響隔離開來。強制線施加電壓或電流，感測線則確認實際到達器件管腳的電位。缺少這種可見性時，測試儀可能在上游施加了預期電壓，但由于互連損耗，器件實際接收到的電壓略有不足。

Lewis表示："總體而言，在混合信號或模擬領域，最理想的插座是開爾文插座，即每個管腳都配備強制端和感測端連接。由于電壓精度要求極高，這種精密性至關重要。精度越低，就不得不留出越大的守護帶寬。"

守護帶寬能夠抵御不確定性，但同時也會壓縮可用的性能窗口。一顆本可滿足客戶規格的器件，可能因為測試流程無法區分器件本身的余量與測試路徑誤差，而被拒絕或歸入低價值檔次。隨著制造商借助數據分析做出更精細的分選決策，這一權衡的后果將愈發顯著。

在混合信號和功率器件測試中，測量RDSon（晶體管工作時的漏源電阻）是一大挑戰，而這往往正是最關鍵的規格指標。由于測量范圍在毫歐量級，任何接觸中斷都會嚴重影響結果。

Lewis表示："RDSon測量對于所有混合信號和功率器件來說，可能是最常見的由互連引發的問題。有時客戶選用的封裝管腳數量不足以配置感測管腳，這樣他們就必須使用開爾文接觸器——但開爾文接觸器成本高得多，他們又不一定愿意為此付出額外費用。"

高管腳數數字器件有其自身的互連挑戰，但模擬測試面臨的是截然不同的問題。

Nordson測試與檢測業務拓展總監Vidya Vijay表示："高管腳數數字器件面臨的挑戰是在如此多管腳下實現隔離、覆蓋和吞吐量；而模擬與混合信號則是完全不同的問題——管腳數量少，但零容錯。單個觸點偏出0.25毫米真實位置公差或超出觸點高度規格，就會完全破壞測量結果，而測試架構中沒有任何機制能夠吸收這種誤差。"

因此，將測試儀行為與器件行為隔離開來，是任何自適應流程的根本前提。隨著測量精度不斷提升、決策日益自動化，這種區分的質量將決定自適應測試是真正提升了良率，還是僅僅將不確定性轉移到了流程中更復雜的環節。

Teradyne的Megna表示："客戶在特性表征和規格方面對我們提出了強有力的證明要求，以確認測試儀本身在所有必要環境條件下具備可重復性。他們希望確保，任何觀察到的異常都與他們的器件相關，而非來自測試儀本身。"

將物理偏差與電氣行為相關聯

自適應測試的有效性取決于每個決策背后相關性的強弱。只有當早期工藝、計量或電氣數據能夠以足夠的置信度預測后續結果時，測試才能被縮短、轉移或刪除。對于模擬與混合信號器件而言，這一點更難實現，因為細微的材料偏差、封裝應力和埋藏缺陷可能在不產生明顯物理失效的情況下改變電氣行為。

隨著器件采用更薄的薄膜、更密的互連和更異質的材料疊層，這一挑戰還在不斷加劇。在制程早期引入的微小偏差，可能在后續電氣測試、熱負載或現場使用中才逐漸顯現，而到那時，最初的成因可能已被后續疊加的材料層覆蓋，或分散在多個工藝步驟之中。

Onto Innovation產品營銷高級總監Lei Zhong表示："三維器件時代的新型架構和材料可能引入更多潛在的'逃逸通道'，導致性能退化或良率損失難以歸因，使得將特定工藝異常與后續電氣行為相關聯變得更加困難。"

失效分析有助于彌合這一差距，將下游電氣行為與可重復出現的上游特征相關聯。一旦建立了這種關系，物理或化學特征就可以納入篩選策略，使測試工程師能夠區分有意義的偏差與背景工藝噪聲。

Bruker納米紅外系統產品經理Cassandra Phillips表示："通過這種'后視鏡式'方法，你可以判斷：'這種鍵合結構、這種分子環境，對應的是下游良好的電氣性能；而另一種工藝則不對應良好性能。'一旦通過失效分析方法解答了這個問題，就可以將其作為篩選標準加以實施。"

這種區分之所以重要，是因為模擬與混合信號器件的失效往往是漸進的，而非災難性的。工程師需要了解器件偏離預期行為的程度、該偏差是否穩定，以及在工作條件下是否可能進一步惡化。電阻、漏電、增益或噪聲的微小偏移，可能與明顯的斷路或短路同等重要。

ZEISS Microscopy市場戰略高級總監暨電子業務部門負責人Thomas Rodgers表示："對于數字芯片，你主要關注的是斷路和短路；而對于模擬器件，你還需要關注對預期電阻值的偏離，這是一個更難以表征和測量的問題。"

因此，計量與失效分析的價值不僅限于根因調查。當物理特征能夠可靠地與電氣結果相關聯時，它就可以成為測試時間聚焦于高風險器件的依據。當這種相關性依然薄弱時，直接測量仍然是更穩妥的選擇。

生產測試無法覆蓋所有使用條件

生產測試對復雜器件長期行為的觀察也僅是一個有限的窗口。嵌入式監控器越來越多地被應用于先進SoC，用于在任務模式運行期間追蹤時序余量、電壓、熱狀態、負載壓力和老化情況。盡管這些監控器無法取代直接的模擬與混合信號測量，但它們說明了將可見性延伸至單次生產插入點之外的價值正在持續提升。

嵌入式遙測與生命周期監控能夠將測試流程的可見性延伸至工廠之外。它們無法替代生產測試，但可以為理解電壓、溫度、噪聲和工作負載如何影響長期行為提供額外背景信息，并通過展示哪些上游特征確實具有預測價值，最終改善篩選規則。熱控制在這一環節中至關重要，因為溫度既影響測量本身，也影響被測器件的行為。

Megna表示："客戶希望獲得比現在更好、更精確的熱控制能力，因為他們不希望留有大量守護帶寬。這有助于提高良率，同時也有利于可靠性。如果能夠精確控制溫度，并可靠地獲得真正處于高溫狀態的測試插入點，那么通過該測試的器件就具備了更好的可靠性保證。"

良率與可靠性之間的關系對于模擬與混合信號器件尤為重要。更嚴格的熱控制可以減少生產過程中的誤判，同時也能更清晰地反映器件余量是否真實存在。保護良率的同時，這種精確性還能增強信心，確保通過測試的器件在出廠后仍能持續滿足規格要求。

共封裝光學器件集中了同樣的挑戰

共封裝光學（CPO）是上述所有挑戰發展趨勢的一個典型縮影。它將多個復雜變量集中于同一封裝之內：電氣行為、光學性能、對準精度、熱敏感性、信號完整性、電源完整性、組裝偏差和封裝應力，都必須被充分理解，才能確保測試決策仍然有意義。光子學的加入，使現有的多物理場挑戰更加突出。

Synopsys產品管理高級總監Amlendu Shekhar Choubey表示："光子學對熱非常敏感，因此熱管理變得更加重要。你需要一個光學仿真與電氣仿真可以共存的集成流程，以及一個能夠整合電子設計、先進封裝與光子集成電路設計的設計平臺，從而實現從架構到最終簽核全流程的協同設計。"

CPO并沒有帶來一個全新的測試問題，而是通過在已經難以解析電氣、熱和封裝級別偏差的系統中加入光學性能，放大了模擬與混合信號制造中本已存在的相關性難題。

Choubey表示："這并不是一個完全不同的問題，只是讓某些挑戰變得更加突出。"

在設計早期建立信心

模擬與混合信號器件不太可能沿著單一路徑走向自適應測試。部分產品將繼續需要大量的功能性測試，因為應用場景幾乎不允許存在不確定性；另一些則將借助結構化方法、改進的建模、上游計量和更好的數據相關性，來減少冗余測量或將測試時間集中于風險最高的器件。

最有成效的轉變將從設計流程的更早階段開始。更完善的模擬缺陷模型、更統一的覆蓋率核算方式，以及改進的可觀察性，可以幫助工程團隊在器件進入生產之前就識別出哪些測量是必不可少的。這并不能消除規格測試的必要性，但能為測試工程師提供更清晰的依據，幫助他們判斷哪里需要直接測量、哪里可以用其他證據替代。

Racine表示："采用左移方法——即在設計驗證之前、布局之前或至少在流片之前就衡量測試覆蓋率——能夠讓團隊主動彌補覆蓋率缺口，而無需等到硅片就緒后才亡羊補牢。"

提升吞吐量的壓力將持續存在，因為測試成本始終是每顆器件經濟賬的一部分。模擬與混合信號制造商有充分理由采用數據分析、歷史數據和更具針對性的測試流程，尤其是隨著封裝日益復雜、新應用對更窄余量提出更高要求。難點在于：在刪除測量項目之前證明其確實冗余，將器件行為與測試路徑變異分離，以及判斷哪些上游信號具備足夠的預測能力以支持決策。

模擬與混合信號器件并非游離于更智能測試的演進浪潮之外，它們恰恰揭示了這一演進中尚待深耕的關鍵所在。

Q&A

Q1：IEEE 2427-2025標準對模擬與混合信號測試帶來了哪些改變？

A：IEEE 2427-2025于2025年1月發布，是首個針對模擬與混合信號電路建立統一缺陷建模與覆蓋率核算框架的標準。它幫助工程師更系統地判斷某項測試是否真正檢測到有意義的缺陷，從而避免過度堆疊冗余測試、降低測試時間和成本，同時也為自適應測試流程的推進提供了更堅實的理論基礎。

Q2：為什么模擬與混合信號器件比數字器件更難實現自適應測試？

A：數字測試有明確的覆蓋率指標和結構化方法支撐，而模擬與混合信號測試的結果往往落在一個可接受范圍內，并非唯一確定值。同時，測試路徑本身（如插座磨損、接觸電阻、溫度偏差）都可能影響測量結果，難以與器件本身的行為區分。這使得判斷哪些測試可以安全刪除變得極為復雜，稍有不慎就可能讓邊緣器件逃脫檢測。

Q3：開爾文插座在模擬測試中為什么重要？

A：開爾文插座為每個管腳提供獨立的強制端和感測端連接，能夠精確測量實際到達器件管腳的電壓，排除互連損耗帶來的誤差。在RDSon等毫歐級精密測量中，任何接觸問題都會嚴重影響結果。若不使用開爾文連接，工程師就不得不設置更大的守護帶寬來應對不確定性，這會壓縮器件的可用性能窗口，甚至導致合格器件被錯誤拒絕。