本发明提出了一种ATE设备对芯片输出电压的检测装置及其控制方法。检测装置包括：信号模块，用于持续输出关于电压输出的波形信号至第一引脚，以持续调整待测芯片输出的电压值，以及生成触发信号并输出；采集模块，用于采集多个第二引脚输出的每个电压值；触发模块，用于发送触发信号至相应的采集模块，以同步驱动多个采集模块进行并行采集；并行计算模块，用于在采集模块持续采集过程中，实时统计采集的电压值，并进行并行计算。本发明的方案对芯片的输出电压灰阶值进行并行采集和并行计算，大幅缩短电压采集时间和电压计算的时间，极大提升了芯片输出电压的采集效率和处理效率。