集成電路老煉試驗信號源系統

王　茉

（北京時代民芯科技有限公司，北京 100076）

集成電路老煉試驗信號源系統

王茉

（北京時代民芯科技有限公司，北京 100076）

摘要：本文介紹了根據軍用集成電路老煉篩選的實際需求，自主開發設計老煉試驗用信號源系統的硬件結構及其軟件的設計。

信號源；激勵信號；存儲器

為達到可靠性等級的要求，半導體器件應該按照不同質量等級的要求，在規定的時間和溫度下進行規定條件的老煉篩選，試驗時所有電路需要施加合適的激勵信號以盡可能地模擬實際應用。每一款器件的老煉試驗方案都是針對器件工作原理而特定的。為了滿足各種類型器件的老煉信號需求，我們根據老煉試驗的通用特點，開發設計了一款通用信號源系統為老煉器件提供輸入激勵。搭建以存儲器為核心的硬件結構，并通過軟件開發實現老煉程序的自動轉換，將老煉程序通過信號源系統的數據采集單元及數據驅動放大單元進行處理，從而實現改變存儲器中的老煉程序數據，產生相應的激勵信號。

本片將就整個信號源系統的工作原理及軟件設計做具體的描述。

一、信號源的基本工作原理

根據需要選擇一定頻率的晶振產生時鐘信號，經一級反向器整形放大后分別為計數單元和鎖存單元提供時鐘；利用4片74HC161級聯產生的16位計數功能為存儲單元的EPROM提供16位地址信號，采集到存儲單元的數據經EPROM數據線輸出給鎖存單元優化，信號再經驅動單元驅動放大后經輸出接口連接到老化板作輸入激勵。信號源基本結構如圖1所示。

二、硬件結構分析

1.電路核心部分——EPROM 27C512

整個結構主要利用EPROM的幾種工作方式之一的“讀”狀態，通過地址線逐個地址單元訪問存儲器，由數據線DQ0～DQ7輸出所需的信號。本文選用存儲容量較大的64K*8位可用紫外線擦除可編程只讀存儲器27C512為例進行說明。

每一個地址單元對應一個字節的數據單元，也就是每8位二進制數分配一個唯一的地址，16根地址線提供0000～FFFF共64K地址選擇，對應每個地址DQ7～DQ0分別有一個狀態輸出，隨著地址的不斷變化，在數據輸出端就有對應內部存儲單元一致的信號輸出，隨著地址數據的循環，輸出信號呈現周期性有規律的變化，從而持續的為工作器件提供輸入激勵信號。

針對EPROM八位數據輸出的特點，在處理原始激勵向量文件時需要將信號分為8路為一個單元進行處理。目前應用的通用信號源設計了10個單元，即可同時實現80路信號輸出。

2.地址信號的產生——計數器74HC161

EPROM地址的提供主要利用了同步4位二進制計數器74HC161的計數狀態工作方式。晶振產生的時鐘信號提供CP脈沖的上升沿觸發，利用4位同步計數器74HC161的四片級聯構成16位計數器，提供0000～FFFF的64K地址數據。

4片計數器通過將前級的進位端連接到下一級使能端從而實現級聯，即當第一片計數器計滿“1111”時其進位端TC輸出為“1”，TC輸出送至第二片的控制端CEP端，從而使第二片處于計數狀態，開始計數。同理第二片進位觸發第三片、第三片觸發第四片逐片串行計數，形成的16位二進制循環計數器為EPROM提供16位地址信號。

3.輸出信號的處理——74HC374和74HC244

74HC374是由8位上升沿D型觸發器組成的數碼寄存器。利用同步時鐘（上升沿觸發）實現并入-并出同步送數的功能。對8位二進制數據進行鎖存后，并行輸出給正向三態輸出八驅動器74HC244，經驅動放大的信號就可直接送給器件作為輸入信號。為保證正常工作，74HC374和74HC244的控制端均保持使能狀態。經驅動放大的信號輸出能力大大加強，可以同時為多個器件提供輸入激勵。

此外，對于有I/O端口的器件，由控制雙向端口的信號來控制74HC244的控制端使其選通或禁止，以實現有或無輸出信號提供的目的，其他信號處理過程同理，從而實現雙向端的工作。

圖1　 系統基本結構圖

三、軟件的實現

圖2　存儲器內部地址和數據對應關系

圖3　 C原程序設計基本框架的N—S圖

從硬件上可以進行數據的一系列處理，但EPROM中的數據程序是個關鍵的問題，也可以說是整個硬件工作的前提和基礎。電路設計人員可以提供對應的激勵向量文件作為原始老化程序，如何將其以適當的形式寫入EPROM，以實現數據的正確讀取，從而使其輸出達到理想的仿真狀態，從而保證老煉被試器件按原始信號要求加載。這就需要對EPROM的工作過程做詳細地分析。

1.首先對地址和存儲器單元中的數的對應關系有個了解，存儲器內部地址和數據對應關系如圖2所示。僅以段地址0C08H，相對偏移地址0100H為例，00、75等二位十六進制數就是每個存儲器單元中存儲的十六進制數（即8位二進制數）。存儲器每行為10H個存儲單元，對應的地址和存儲單元中的數的對應關系如圖2。而存儲器段地址0C08H，相對偏移地址0110H又將對應另一組數據，依此類推，逐步通過地址訪問的方式將數據文件讀取。

2.EPROM中數據的輸出

對于EPROM的輸出，是由于計數器提供的16位地址的變化，逐個取存儲單元中的數據，假如EPROM中如上面的地址與數據的對應關系，可以想象為地址為0001H時取數據75H由DQ7～DQ0對應的同步輸出01110101b，0002H時由DQ7～DQ0對應的輸出00110101b……隨著地址的變化，數據線不斷地輸出相應數據，這樣一個連續的波形就產生了。

3.向量文件的格式

了解了這些，要做的工作就逐漸明了了，對于設計人員提供的激勵向量文件，首先將其分解為8個信號為一個文件，然后每個文件中的每8位字符作為一個字節進行處理，逐個送入存儲單元。因為原始文件是文本格式，系統對它的識別是每個字符按其ASCII代碼形式存放于一個字節中，而我們需要的是把數據按其在文本文件中的形式原樣的存放于存儲單元中，也就是需要將原始文件中的8個字符作為8位二進制數形式按一個字節存放。

4.軟件的基本框架

于是我選擇了C語言來進行編寫，靈活地運用C的庫函數實現文件的讀寫，根據字符與ASCII值的對應關系，將讀出的ASCII值轉為實際字符值（既是與文本文件中數據的原樣一致），再根據數制的轉換關系，經一系列處理形成一個滿足工作需要的二進制輸出文件。需要注意的是對應于向量文件信號第一到第八的順序EPROM的輸出是由DQ7到DQ0的，這一點對于原程序的編寫是不可忽視的。原程序基本的算法流程圖，如圖3所示。

5.軟件的使用方法

C語言的原程序經編譯連接生成可執行文件Econvert.exe。運行過程為：根據提示輸入要轉換的文件及自定義一個轉換后的文件名，如果輸入正確，系統將提示等待處理數據。在其中如果輸入的文件不存在會提示有錯。該程序能忽略文件中的回車，空格等無效的字符。那么設計人員提供的激勵向量文件，我們只需將其分成8個信號一組，剩下的工作就由計算機來完成。大小不同的原始文件，只需幾秒到幾分鐘就可以實現轉換了。

結語

本文介紹了在半導體集成電路老煉試驗工作中廣泛應用的老煉信號源系統，描述了該系統的硬件工作原理及其支持軟件的設計實施。該信號源系統配合老煉程序激勵文件自動轉換軟件的支持，減少了人為處理數據的繁瑣，同時也提高了轉換數據的準確度、增強了該信號系統的可靠性。該信號源系統硬件結構和自動轉換軟件的有效結合，使通用信號源系統單一的硬件結構得到了智能化的提升，使得該信號源系統在集成電路老煉試驗過程中便于應用，適用性更廣。該信號源系統成本低效率高，在實際工作中靈活便捷，尤其為多品種小批量半導體集成電路的生產提供了極大的便利。

[1]姚鼎，孫家坤.專用集成電路老煉技術研究[J].環境技術，2015（4）：41-46.

[2]任俊華，趙鑫燚，王弘英.微波集成電路的老煉試驗技術[J].電子產品可靠性與環境試驗，2016（3）：64-67.

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