IC測試系統中多通道參數測試單元的研發

閻 偉 ,高 劍

（北京自動測試技術研究所，北京,100088）

IC測試系統中多通道參數測試單元的研發

閻 偉 ,高 劍

（北京自動測試技術研究所，北京,100088）

并行測試在集成電路測試系統的發展過程中越來越重要,并行測試的引入，減少了測試時間，降低了成本。我們在原有測試系統的基礎上通過設計多通道參數測量單元模塊，實現了多芯片供電及多路直流參數并行測試，大大提高了測試效率。

多通道；并行測試；參數測試單元

0 引言

如今，集成電路是信息產業重要的組成部分之一，集成電路的飛速發展勢必會帶動集成電路測試設備的不斷完善與更新。由于芯片的規模和種類迅速增加，很多通用集成電路自動測試系統雖然能夠覆蓋多種被測對象的測試需求，但受測試接口容量和測試軟件運行模式的限制，大多仍沿用串行測試工作模式，不能同時對多個被測器件(DUT)進行測試，因此整個系統的測試效率極低，這使得在強調大規模測試保障效率的場合，如量產測試時，現有的通用自動測試系統往往無法真正替代多臺專用測試系統的工作。

隨著集成電路的廣泛應用，大批量、多種類、復雜流程已成為測試的必須要求，并且產品的測試成本在總成本中的比重越來越大。為了降低成本、減少測試時間，并行處理技術被引入并得到廣泛應用。

1 并行測試

并行測試指測試系統在同一時間內完成多項測試任務。包括在同一時間內完成對多個DUT（被測器件）的測試；或者在單個DUT上異步或者同步地運行多個測試任務，同時完成對DUT多項參數的測量。并行測試技術通過增加單位時間內DUT的數量來提高系統的吞吐率；通過減少儀器及CPU的閑置時間來提高設備的利用率；通過對測試設備的共享來節約測試成本。因此采用并行測試技術可大大減少測試時間，降低測試成本。并行測試技術的引入是自動測試技術發展的一項重大的應用突破，是今后自動測試系統的主要特征之一。

測試系統并行測試主要需要測試圖形的并行產生、多路供電及電參數的并行測試，其中各種電參數測試往往占據了測試的主要時間。本文重點研究電參數的并行測試模塊，旨在原有測試系統的基礎上通過增加該模塊，使得多個器件的電參數可以同時測試，從而提高測試效率。

2 系統連接

本文采用國產測試系統BC3192V50作為測試平臺，BC3192V50 系統是基于當前國際先進VXI總線的數字集成電路測試系統，系統的最大優點就是它的軟、硬件的開放性和標準化，可嵌入多家VXI測試模塊，使得測試系統易于擴展、升級。系統具有測試精度高、速度快等特點，系統設計采用模塊化結構設計，每通道板可提供32路管腳電路，最大配置為8塊通道板256路測試通道。最大測試速率為50MHz。

本測試系統采用8塊通道板結構，每塊通道板完全獨立，都擁有32管腳通道，每個管腿可以是輸出也可以是輸入，在與外交換數據時，都是同步的。

圖1為系統連接示意圖：

3 并行測試的實現

BC3192的測試通道板完全獨立，本設計將多路供電及參數

測量單元模塊集成于該系統中，為并行測試提供了足夠的系統電源容量，通過設計高速、并行、多精密測量單元（PMU）并采用GO/ NGO并行測試方法，實現了高速參數測試。

圖2 單PMU用于器件供電

圖2 是單PMU對單器件供電方式示意圖，本系統預計單板可提供16通道PMU，每個通道均可配置成電壓源、電流源、數字萬用表等多種儀器，相當于16個獨立的儀器，也就是說即可以同時為測量16個器件提供電源，也可根據具體需要，將部分PMU用于通道電流測試。這就大大降低了并行測試中對共享資源調度的難度，極大地提高測試系統的集成度和測試吞吐量。在以時間決定成本的量產測試中，該技術極具市場價值。

圖3 PMU板設計框圖

圖1 系統連接框圖

圖3 是整個系統子板的結構框圖，該系統包含如下幾部分：

1)VXI總線接口電路。該模塊實現PMU子板與計算機及其他電路子板之間在VXI協議下的的通信。采用XC2C256-7VQ100 CPLD控制總線接口，使得VXI總線與PCI總線可以做到相互通信。

2)PMU子板控制器。該模塊是整個電路子板的核心管理器件，通過使用FPGA設計的完成，實現對板上器件的控制和與VXI接口通信。FPGA使用了賽靈思的XC3S500，它是整個系統的大腦，通過一片XCF04s對他進行編程寫入，實現各個控制字的控制，對地址、數據等各個控制字的讀取與寫入來達到控制整個系統的目的。

3)DA轉換電路。ADI公司的高精度DA芯片AD5373配合AD8842提供了80個輸出管腳，以便在后面的PMU測量的時候可以更好更有效的服務于測試。DA轉換電路可以輸出多達16路的激勵電壓，電流，提供箝位電平完成對器件保護和比較電平完成高速數字比較工作。

4)AD轉換電路。該模塊將測試結果轉換為數字量傳回控制器，，測量精度14bit，由于使用了多路并行ADC，可使各路測試結果同時完成轉換，降低了測試時間。

5)PMU測量模塊。采用ADI公司的AD5520，它是一個PerPin的高精度測量單元。由AD5373和AD8842輸出的管腳經過轉換，每5個一組（2個驅動電壓，3個鉗位），共計16個PMU通道，每個PMU通道都可工作于 [FVMI(加壓測流)，FVMV（加壓測壓），FIMI（加流測流）和FIMV（加流測壓）] 4種模式，并具有三態功能，因此可作為電源供電、測量及直流參數測量的部件應用。每一路都能單獨開啟、關閉，可獨立選擇測試模式，具有短路保護、箝位功能，提供最大±200mA的電流和多至22V的電壓變化范圍，能夠滿足絕大多數芯片的測試需求。它的量程可操作性比較豐富，共計分為六檔：4uA、40uA、400uA、4mA、40mA以及200mA量程。豐富的電壓量程與電流量程提供了更靈活的選擇，在以后的測試過程中為用戶提供了便捷。

6)繼電器矩陣開關。系統提供了大量，豐富的光繼電器用于各個量程的切換，使用光繼電器的有點在于速度快、壽命長、噪音低、成本低等。根據系統控制器的命令，可自由切換測試通道，使每一路PMU對多個測試通道依次測試，而各個PMU可完全獨立的并行工作。

4 結束語

由于每個PMU通道都完全獨立，因此多個被測器件能夠工作于不同測試流程，這為多線程的器件測試提供了方便。當檢測到某個芯片的某個測試項出錯時，一般會跳到后續指定的測試項目繼續測試（或停止測試），同時其他芯片按原有測試項順序繼續測試，直到測試完成。對于多個芯片，測試中可能出錯的測試項不同，因此跳轉的流程也不相同。本系統完全獨立的控制和模式任意選擇的特性就可以保證各流程順序執行，而不用等待其他芯片同步操作，從而大大降低了測試時間，提高了吞吐量。

本文采用的靈活的多PMU模塊很大程度上決定整個系統的并行測試的能力，決定了測試的產能，整個過程是軟、硬件配合的結果。根據不同芯片的要求，我們也可以對軟件進一步優化，如改變測試順序等，以達到最佳效果。

[1] 樓冬明,陳波.數字集成電路測試系統的研制.電子技術應用，2001(4):42~44

[2] 陳護勛.大規模數字集成測試技術研究.電子測量技術. 1983(2):48~54

閻偉 測試工程師，本科，主要從事集成電路測試研發工作。

Reserch of multi channel parameter testing unit in IC test system

Yan Wei，Gao Jian
（Beijing Institute of Auto-Testing Technology,Beijing,100088,China）

Parallel test is more and more important in the development of the IC test system.Parallel test is reduce the testing time and the cost.Based on the original test system,we designed multi channel parameter testing unit which can achieve the multi-chip power supply and parallel multi-channel DC parametric test,the test efficiency is greatly improved.

multichannel；parallel test；PMU