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泰克合作伙伴柯泰发布:基于TOF技术的3D传感VCSEL阵列测试方案

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【摘要】:
基于目前无源VCSEL阵列的TR/TF评价性测试的现状,综合考虑测试的通用性、便捷性和可重复性,泰克合作伙伴柯泰测试研制了基于通用驱动器和通用仪器的测试系统。

什么是3D传感的TOF技术?

TOF传感器测量光在某介质中行进一段距离所需的时间。通常,这是对脉冲发射光到达物体并反射回到TOF传感器所用时间的测量。TOF摄像头则利用TOF测量原理(TOF图像传感器)来确定摄像头与物体或周围环境之间距离,并通过测量的点生成深度图像或3D图像。

什么是无源VCSEL阵列?

无源VCSEL阵列,指本身不带驱动器电路的VCSEL阵列器件。当VCSEL阵列用于TOF技术的3D传感时,传感系统发出的光脉冲的上升下降时间特性非常重要,特别是dTOF,TR/TF直接影响了最终产品的性能

对无源VCSEL阵列,其本身的瞬态响应通常非常优异,可达百ps甚至十ps量级,但由于其采用大电流驱动,要测出其真实TR/TF十分困难,这取决于用于测试的驱动器能力和测试系统能力,还和驱动器电路的设计选择、驱动器与被测件之间的链路长度、工作点和匹配调节等有关。

 

目前常见的TR/TF测试主要在研发和有限数量的单颗器件验证中,主要使用的测试方法是将器件焊接在定制的(或最终使用的)驱动器电路板上,配合高速PD和高带宽示波器完成。由于使用焊接式的连接方式,这个测试是破坏性的,即被测件后续无法使用在产品中;且焊接和取下被测件耗时费力,通常测试样本不多

另一方面,使用外部驱动板的TR/TF测试,其本质上测试的结果是“驱动板+VCSEL阵列”的TR/TF,而非“VCSEL阵列的TR/TF”,所以这种测试是一种评价性测试,体现的可能并不全是VCSEL阵列的真实性能(除非驱动器能力远高于被测VCSEL阵列能力)。

基于目前无源VCSEL阵列的TR/TF评价性测试的现状,综合考虑测试的通用性、便捷性和可重复性,泰克合作伙伴柯泰测试研制了基于通用驱动器和通用仪器的测试系统

 ▼ 

使用该测试系统的主要目标场景包括:

- 3D传感模组研发

- 阵列模组封装测试

- 3D传感系统厂商来料检测和故障分析

- VCSEL芯片性能评估

测试系统概要

测试系统组成部分主要包括:

· 通用窄脉冲驱动器

· 控制驱动器工作条件的多通道电源

· 通用脉冲信号源

· 高速光探测器

· 宽带示波器

· 自动测试软件

· 可替换测试治具

· 其它测试附件,如光衰减片、遮光箱体、高频电缆等

测试系统的主要特点有:

·  使用定制的测试治具,实现非破坏性的快速测试

·  通过调节驱动板工作条件,适应不同的被测件

·  使用通用测试仪器,测试条件可控性和重复性优于传统定制系统。系统中的仪器亦可在其它测试中使用,通用性好

·  小型集成测试台,提高系统搭建效率

·  一键式自动化测试软件,自动扫描工作点,提高工作效率

·  可根据需要替换测试系统组件,从而实现更高的测试要求

系统配置和指标

 系统配置:

该系统的典型配置(KAS-NPT1500货架型号)包括:

  • 带宽不小于1.5GHz的四通道示波器

  • 带宽不小于1.4GHz的高速空间光探测器

  • 频率范围不小于240MHz的任意函数发生器(AFG)

  • 三通道可编程直流电源

  • CTA-NPD12窄脉冲驱动板

  • CTA-LTC1激光器测试台

  • 根据被测件定制的治具

  • 自动测试软件KTS-TRTF-A01

 TR/TF指标:

在典型配置下,测试系统可实现TR/TF的典型指标参数如下表:

项目

指标

注释

最小上升、下降时间

<300ps

20~80%

最小脉冲宽度

3ns

 

_

(注1:基于有限样品实测结果,测试使用通用治具。实际使用中可能有更好的性能。另:本系统支持焊接方式,焊接时亦可能得到更好性能)

(注2:其它主要指标,如工作电流、电压等,将会在后续“窄脉冲LIV测试系统指标书”中给出)

 测试台:

 CTA-LTC1激光器测试台适用于实验室环境,提供了驱动器固定、PD定位、滤光片切换、遮光、电缆连接等多种结构,能快速实现实验环境搭建。其外观尺寸为330mm x 330mm x 600mm(不含支撑脚)。

CTA-LTC1测试台

自动测试软件KTS-TRTF-A01

无源VCSEL阵列的TR/TF评价性测试系统中,驱动器的工作条件对TR/TF测试的结果影响显著。同时,同一个驱动器配合不同被测件工作时,其最佳工作点也会变化。

本测试系统中提供的通用驱动板需要通过细致调谐方可和被测件配合得到最佳TR/TF结果。柯泰测试提供了KTS-TRTF-A01自动测试软件可完成这个细腻而繁琐的工作。基于对测试仪器的专业理解和测试方法的深入分析,我们选择最佳的仪表组合,并辅以细致的触发方式、采样方式和测量参数设置,让用户仅需提供工作点相关扫描范围,软件即可将最佳工作点推荐值以列表方式呈现。随后,用户仅需双击推荐列表的设置,即可完成相应测试设置选择。

自动测试软件示例

  目前,本软件支持的仪器列表如下:

仪器类别

型号

示波器

泰克MSO4系列、MSO5系列、MSO6系列

任意函数发生器

泰克AFG31000系列

电源

泰克、吉时利(KEITHLEY)、艾德克斯(Itech)全系列可编程直流源

 

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