Khi các trường đại học và viện nghiên cứu tại Việt Nam bắt đầu đầu tư cho mảng vi mạch, câu hỏi đầu tiên thường không phải “mua máy gì” mà là phòng lab IC cần đo những gì, ở bước nào của chuỗi phát triển. Một con chip đi qua thiết kế, chế tạo wafer, đóng gói rồi kiểm tra chức năng; mỗi bước cần một nhóm phép đo khác nhau. Bài viết này đi qua ba nhóm phép đo cốt lõi của một phòng lab nghiên cứu IC: đo tham số trên wafer (parametric test), đo IC tương tự với trọng tâm là nhiễu pha của VCO/PLL, và đo IC số với jitter và biểu đồ mắt — kèm cấu hình máy đo Keysight phù hợp cho từng nhóm.
Phòng lab IC nằm ở đâu trong chuỗi phát triển vi mạch?
Chuỗi phát triển một vi mạch đi từ vật liệu và mô hình hóa, thiết kế và mô phỏng, làm mask, xử lý wafer, đo wafer (parametric test), đóng gói (lead frame, wire bonding), kiểm tra gói, tới kiểm tra chức năng cho IC số, IC tương tự, IC tín hiệu hỗn hợp và mạch quang tích hợp (PIC). Với một phòng lab nghiên cứu, hai điểm rơi quan trọng nhất là:
- Đo wafer — nơi nhà nghiên cứu kiểm chứng linh kiện vừa chế tạo: điện trở, diode, transistor có hoạt động đúng mô hình hay không. Đây là trọng tâm R&D.
- Kiểm tra chức năng và xác minh — nơi con chip đã đóng gói được đo như một hệ: bộ dao động có sạch không, đường dữ liệu tốc độ cao có mở mắt không.
Ở mảng giáo dục, Keysight xây dựng cả một danh mục giải pháp giảng dạy: phòng lab cơ bản, mô phỏng huấn luyện an ninh mạng, RF, IoT và bán dẫn, đi kèm chương trình chứng nhận Keysight Industry-Ready, bộ học liệu số Digital Learning Suite và công cụ thiết kế điện tử (EDA). Một phòng lab IC vì vậy không đứng riêng mà nối tiếp các phòng lab RF và vi điều khiển sẵn có của khoa — ví dụ phòng lab Anten & Truyền sóng với bộ kit ME1310 hay bộ kit giảng dạy IoT Keysight U3810A.
Đo tham số trên wafer: trạm dò bốn kim và SMU
Phép đo đầu tiên với một linh kiện mới chế tạo là đặt kim dò lên các pad trên wafer và đo đặc tuyến điện. Một trạm dò (probe station) với tối đa bốn kim đo hỗ trợ nhiều phương pháp chỉ bằng cách cấu hình dây:
- Đo 2 dây: điện trở và đặc tuyến I-V cơ bản của diode.
- Đo 4 dây (Kelvin): điện trở với độ chính xác cao bằng cách tách kim cấp dòng (force) khỏi kim đo áp (sense). Điện trở tiếp xúc của kim và điện trở dây không còn nằm trong phép đo — điều quyết định khi linh kiện chỉ vài ohm.
- Đặc tính transistor: đo FET/MOSFET với các kim Gate, Drain, Source — họ đường ID–VD và đường truyền đạt ID–VG.
Thiết bị đứng sau kim dò là bộ nguồn – đo SMU. Theo Keysight, SMU vừa cấp vừa đo điện áp và dòng điện cùng lúc với độ chính xác tới mức femtoampe (fA) và nanovolt (nV). Đo transistor cần hai kênh độc lập: một kênh cấp áp cổng, một kênh quét áp máng và đo dòng máng, còn cực nguồn nối đất. Vì vậy cấu hình tối thiểu cho đo MOSFET là một SMU hai kênh, hoặc hai SMU một kênh.
Keysight chia SMU để bàn thành ba cấp Essential, Expert và Pro. Với phòng lab IC, hai cấp đáng cân nhắc là:
| Thông số (theo keysight.com) | Expert: B2901C / B2902C | Pro: B2911C / B2912C |
|---|---|---|
| Độ phân giải đo dòng nhỏ nhất | 100 fA | 10 fA |
| Độ phân giải nguồn | 5,5 chữ số | 6,5 chữ số |
| Số kênh | 1 (B2901C) / 2 (B2902C) | 1 (B2911C) / 2 (B2912C) |
| Điện áp / dòng tối đa mỗi kênh | 210 V; 3 A DC / 10,5 A xung | 210 V; 3 A DC / 10,5 A xung |
| Tốc độ lấy mẫu | 50 kSa/s (20 µs) | 100 kSa/s (10 µs) |
Cả hai cấp đều có chế độ xung. Keysight nhấn mạnh rằng quét I-V bằng xung ngắn giảm công suất và nhiệt trên linh kiện — với transistor mới chế tạo trên wafer, tự gia nhiệt có thể làm đường ID–VD lệch khỏi đặc tính thật, nên đo xung là lựa chọn an toàn hơn đo DC liên tục. Cấp Pro phù hợp khi nghiên cứu dòng rò cực nhỏ hoặc vật liệu nano; cấp Expert đủ cho phần lớn bài đo đặc tuyến transistor và diode. Xem cấu hình tại SMU Keysight B2902C và Keysight B2912C.
Trong giải pháp Techmaster đề xuất, trạm dò MSTech được kết hợp với SMU dòng B2900 của Keysight: cấu hình bốn kim cho phép làm thí nghiệm cấp độ nghiên cứu với thiết lập tối thiểu, phù hợp đánh giá linh kiện nhanh, đo đặc tính điện cơ bản và các phép đo hằng ngày trong phòng thí nghiệm. Quy trình đo I-V chi tiết với SMU hai kênh có trong bài Keysight B2902B: quy trình đo I-V, 4 dây, compliance và quét xung; nguyên lý nối Kelvin cho linh kiện công suất có trong bài đo điện trở bật Rds(on) của MOSFET.
IC tương tự: vì sao nhiễu pha của VCO/PLL là phép đo trung tâm
Trong kiến trúc IC tương tự và RFIC, VCO/PLL tạo ra tín hiệu đồng hồ và dao động nội ổn định; chất lượng của nó ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu năng cả con chip. Nhiễu pha là dao động ngẫu nhiên trong pha của bộ dao động, sinh ra từ nhiễu nhiệt, nhiễu chớp (flicker noise) và nhiễu nguồn điện. Trong máy thu, nhiễu pha của dao động nội trộn kênh lân cận vào kênh mong muốn; trong mạch số, nhiễu pha của đồng hồ chính là jitter nhìn ở miền tần số.
Keysight có ba hướng đo nhiễu pha với ưu nhược điểm khác nhau:
- Máy phân tích phổ X-Series với ứng dụng đo nhiễu pha — đo phổ trực tiếp, chi phí thấp, đa dụng. Theo Keysight, ứng dụng này chạy trên UXA, PXA, MXA, EXA và CXA, vẽ nhiễu pha từ offset 1 Hz trên đồ thị logarit, có chế độ loại bỏ AM để chỉ xem thành phần pha (ứng dụng N9068C đời cũ nay được thay bằng N9068EM0E). Giới hạn: độ nhạy phụ thuộc chính máy phân tích phổ. Lựa chọn hợp lý khi lab đã có máy phân tích tín hiệu UXA Keysight N9040B hoặc PXA N9030B.
- Hệ đo nhiễu pha N5511A — phương pháp nguồn tham chiếu, chuyên dụng cho nhiễu pha. Keysight mô tả N5511A là sản phẩm thay thế hệ E5500 “tiêu chuẩn vàng”, đo tới 40 GHz với offset tới 160 MHz, kết hợp phương pháp tách sóng pha vuông góc với tương quan chéo để chạm tới sàn nhiễu nhiệt kT (−177 dBm/Hz), và cho phép dùng nguồn tham chiếu của người dùng hoặc của Keysight.
- Máy phân tích nguồn tín hiệu E5055A SSA-X — tương quan chéo hai kênh, độ chính xác cao, đa dụng. Dải 1 MHz – 8 GHz, đo cả nhiễu pha tuyệt đối và nhiễu pha dư; có nguồn DC sạch hai kênh và ngõ áp điều chỉnh để khảo sát VCO, tùy chọn phân tích mạng hai cổng, và phần mềm S96302B phân tích jitter cho đồng hồ, SerDes và PLL.
Cách chọn trong thực tế: nếu nhóm nghiên cứu cần đặc tính hóa VCO (độ nhạy điều chỉnh, nhiễu pha theo áp điều khiển), máy phân tích nguồn tín hiệu là công cụ đúng vì nó cấp sẵn áp điều khiển và nguồn sạch. Nếu cần chạm tới giới hạn vật lý của bộ dao động tham chiếu hoặc đo tới 40 GHz, hệ N5511A là lựa chọn. Nếu ngân sách hạn chế và lab đã có máy phân tích phổ cao cấp, ứng dụng đo nhiễu pha trên X-Series là bước khởi đầu. Techmaster hiện phân phối máy phân tích nguồn tín hiệu đời trước Keysight E5052B; về dòng PN3 cho đặc tính VCO tự động, xem bài máy phân tích nguồn tín hiệu Keysight PN3.
IC số: đo jitter và biểu đồ mắt
Jitter là độ lệch sớm hoặc trễ của sườn chuyển mức so với thời điểm lý tưởng. Tách jitter thành các thành phần — jitter phụ thuộc dữ liệu (DDJ), jitter ngẫu nhiên (RJ), jitter tuần hoàn (PJ) — trên biểu đồ tần suất cho thấy nguyên nhân gốc của sự cố trong thiết kế: DDJ chỉ ra băng thông kênh và phản xạ, PJ chỉ ra nguồn nhiễu có chu kỳ như bộ nguồn chuyển mạch, RJ phản ánh nhiễu nhiệt.
Biểu đồ mắt là cái nhìn trực quan nhất về jitter: mọi chu kỳ bit của dạng sóng được chồng lên nhau. Phép kiểm tra mặt nạ (mask test) chỉ ra chính xác điểm dữ liệu nào vi phạm mặt nạ, và mở rộng mặt nạ cho biết chính xác thời điểm dạng sóng chạm mặt nạ trong miền thời gian.
Trên máy hiện sóng Infiniium, phần mềm D9010JITA (EZJIT Complete) thực hiện các phép này. Theo Keysight, phần mềm tự phát hiện đồng hồ nhúng và mẫu dữ liệu lặp, tính lượng DDJ mà từng sườn trong mẫu đóng góp vào hàm mật độ của jitter tổng (TJ), tách RJ/DJ bằng cả thuật toán phổ và thuật toán khớp đuôi (tail-fit), và vẽ histogram ghép của RJ, PJ, DJ, DDJ, DCD, ISI cùng đường cong bồn tắm BER. Phần mềm còn có chức năng đo nhiễu pha của nguồn đồng hồ với tương quan chéo hai kênh và tích phân jitter giữa hai tần số — cầu nối giữa phép đo IC tương tự và IC số.
D9010JITA cài sẵn trên dòng Infiniium 9000, S-Series, EXR-Series và MXR-Series, có giấy phép dùng thử 30 ngày. Với phòng lab IC số, máy hiện sóng Keysight MXR604B 6 GHz bốn kênh là điểm khởi đầu cân bằng; khi giao tiếp lên hàng chục Gb/s, dòng Infiniium UXR-B hoặc máy hiện sóng lấy mẫu DCA-X (xem bài hướng dẫn ứng dụng Keysight N1000A) là bước tiếp theo.
Gợi ý lộ trình đầu tư theo giai đoạn
| Giai đoạn | Năng lực đo | Thiết bị gợi ý |
|---|---|---|
| 1. Linh kiện trên wafer | I-V diode, điện trở 2 dây và 4 dây, ID–VD, ID–VG của MOSFET | Trạm dò 4 kim + SMU hai kênh B2902C (hoặc B2912C khi cần đo dòng tới 10 fA) |
| 2. IC tương tự / RFIC | Nhiễu pha VCO/PLL, đặc tính VCO theo áp điều khiển | Ứng dụng đo nhiễu pha trên X-Series sẵn có, hoặc E5055A / N5511A khi cần độ nhạy cao |
| 3. IC số / tốc độ cao | Jitter, tách RJ/DJ, biểu đồ mắt, kiểm tra mặt nạ | Infiniium MXR + D9010JITA; UXR hoặc DCA-X cho tốc độ cao hơn |
Ba giai đoạn dùng chung hạ tầng: máy tính điều khiển, cáp và đầu nối chuẩn, và quan trọng nhất là hiệu chuẩn. Kết quả đo nghiên cứu chỉ có giá trị công bố khi thiết bị được hiệu chuẩn có liên kết chuẩn.
Cần tư vấn dựng phòng lab nghiên cứu IC? Techmaster Electronics thành lập năm 2014, cung cấp dịch vụ hiệu chuẩn – đo lường – thử nghiệm đạt ISO/IEC 17025 theo thỏa thuận công nhận lẫn nhau ILAC-MRA, và là đại diện chính thức của Keysight Technologies tại Việt Nam từ năm 2024. Kỹ sư Techmaster tư vấn cấu hình trạm dò, SMU, máy đo nhiễu pha và máy hiện sóng theo đề tài nghiên cứu của từng nhóm. Hotline 0908 173 345.
Nguồn: các trang sản phẩm trên keysight.com (đọc ngày 27/10/2026) — Source Measure Units, Expert và Pro Benchtop SMU (B2901C/B2902C, B2911C/B2912C), E5055A SSA-X, N5511A Phase Noise Test System, N9068C Phase Noise Measurement Application, D9010JITA Jitter, Vertical and Phase Noise Analysis Software; tài liệu giải pháp IC Research của Techmaster Electronics.
Câu hỏi thường gặp
Phòng lab nghiên cứu IC cần những nhóm phép đo nào?
Ba nhóm cốt lõi: đo tham số trên wafer bằng trạm dò và SMU (I-V, điện trở 4 dây, đặc tính MOSFET), đo IC tương tự với trọng tâm nhiễu pha của VCO/PLL, và đo IC số với jitter và biểu đồ mắt trên máy hiện sóng.
Đo MOSFET trên wafer cần SMU mấy kênh?
Cần hai kênh độc lập: một kênh cấp áp cổng, một kênh quét áp máng và đo dòng máng. Có thể dùng SMU hai kênh như Keysight B2902C hoặc B2912C, hoặc hai SMU một kênh.
Nên chọn giải pháp đo nhiễu pha nào cho VCO?
Máy phân tích nguồn tín hiệu như E5055A phù hợp đặc tính hóa VCO vì có nguồn DC sạch và ngõ áp điều chỉnh; hệ N5511A cho độ nhạy cao nhất tới 40 GHz; ứng dụng đo nhiễu pha trên máy phân tích phổ X-Series là lựa chọn chi phí thấp khi lab đã có máy.
Phần mềm nào tách jitter RJ và DJ trên máy hiện sóng Keysight?
D9010JITA (EZJIT Complete) trên Infiniium 9000, S-Series, EXR-Series và MXR-Series tách RJ/DJ bằng thuật toán phổ và tail-fit, tính DDJ theo từng sườn và vẽ histogram ghép các thành phần RJ, PJ, DJ, DDJ, DCD, ISI.
