基于國產芯片車規應用的測試評價體系研究

摘 要：國產芯片基礎研究薄弱，車規應用經驗不足，目前主要應用在車窗、照明冷卻系統等相對簡單的控制功能領域。為有效保證國產芯片方案域控制器的可靠性，本文章開展了基于國產芯片車規應用的芯片級別、系統級別、整車級別三層級測試流程，并提出“五維度”案例生成規則及方法，建立了全類別、全工況、全周期、全參數的國產車規芯片測試評價體系，為國產芯片的車規應用提供了基礎化支撐體系。

關鍵詞：國產芯片 車規應用 測試評價體系

長期以來，汽車行業和芯片行業各自獨立發展，芯片產業人員對汽車行業應用場景理解不到位，進一步加劇了國產汽車芯片研而不用的情況，造成研制資源浪費，車企不愿讓國產芯片上車的局面。為了保證芯片的可靠性、降低國產芯片在研發和量產過程中出現故障的概率、杜絕在量產過程中的失效，需要加大測試相關的研究。目前國內的芯片僅按AEC-Q標準進行測試，很難覆蓋芯片應用過程的全部場景，本文通過國產芯片車規應用的芯片級別測試和系統級別測試篩選出芯片存在的不足或缺陷。用來指導芯片的改進，或者在系統設計中如何彌補這些不良或者缺陷。通過整車級別的測試來驗證國產芯片的可靠性和耐久性。建立一套完整的汽車芯片測試評價體系，對于提升國產芯片的競爭力，保障汽車供應鏈安全具有重要意義。

1 芯片級別的測試評價的研究

芯片級別的開發測試框架和流程如圖1所示，貫穿于芯片設計、驗證、晶圓工藝、封裝工藝等整個產品開發過程。測試組A負責環境應力測試試驗，測試組B負責加速生命周期模擬測試，測試組C/D 組負責驗證封裝組裝完整性和晶圓工藝可靠性，測試組E組負責電性能驗證測試，為產品開發階段做準備。測試組F負責缺陷篩選測試方法，包括PAT數據統計方法和SBA良率分析方法。測試組G負責腔封裝完整性測試，所有流程及測試群組之間互相關聯起來，形成芯片可靠性驗證的閉環系統。

本研究在芯片測試中，針對汽車域控制器的應用場景進行了電氣載荷量級定義和電氣參數的測試制定。通過域控制器的需求和各種失效值制定電氣加載。表1為域控制器上的一顆功率驅動芯片的電氣加載情況。在負載中加入了感性負載及容性負載。

2 系統級別的測試評價的研究

實際域控制器的開發過程中，從五個維度提出案例生成規則及方法。

（1）高低溫、耐久性、CAN的物理層、功率模塊的熱性能的測試。

（2）根據充電場景、EMC、系統ESD等應用場景需求進行組合測試。

（3）不同芯片組合復用時的相互影響。

（4）芯片內部不同模塊或者功能組合的相互影響。

（5）功能安全和信息安全技術對于芯片的要求。

2.1 硬件可靠性測試的研究

目前主要從全類別、全工況、全周期、全參數等幾個方面保證測試的完備性。

2.1.1 全類別

在接口測試、功能測試、電性能測試和環境測試等常規測試中，針對國產芯片，補充進行以下測試：（1）故障注入測試；（2）最惡劣情況測試；（3）超限測試；（4）耐久測試；（5）壽命測試。

2.1.2 全工況

針對國產芯片，增加全面的測試工況以及各種復雜的工況組合。包含：供電電壓、溫度、濕度、負載類型、負載狀態等多方面的參數進行組合測試。

2.1.3 全周期

針對國產芯片，進行全工作周期的測試，主要包括：復位狀態、初始狀態、上下電狀態、功能執行整個周期內行為測試。

2.1.4 全參數

針對國產芯片在各個測試類別，測試工況以及測試周期所組合形成的測試分組中，進行全參數的觀測：

（1）邊界值；（2）動態行為_時序；（3）動態行為_瞬間狀態；（4）動態行為_穩態；（5）動態行為_相互影響；（6）動態行為_對公共資源的影響。

2.2 軟件可靠性測試的研究

2.2.1 時鐘管理測試

時鐘精度測試：驗證處理器的時鐘頻率，包括基本頻率和分頻設置，是否符合設計規格。

時鐘穩定性測試：-40℃—125℃的極限環境下，不同電壓平臺，電壓沖擊等各種工況驗證時鐘是否產生漂移。

時鐘源管理測試：驗證切換時鐘源的功能，在不同的時鐘源之間切換程序是否穩定。

2.2.2 GPIO測試

模式設置：對每一個IO管腳的方向配置，模式配置（如推挽，開漏），上下拉電阻等對應的閾值范圍和輸入輸出狀態進行監控測試。

批量測試：對不同管腳同時控制，查看相鄰管腳或者相關管腳的影響。

性能測試：在高負載的條件下，不同類型的管腳組合測試，對信號波形，響應時間功耗進行詳細的分析和測試。

2.2.3 AD測試

采樣精度測試：每個管腳基于初始化的不同配置和參考電壓進行采樣值的精度測試，確保采集精度，采樣率和分辨率在合理范圍內。

通道測試：對同一個GROUP中不同通道分別測試，不同GROUP中不同通道的組合測試，結合硬件管腳layout做相鄰管腳的測試。

溫度測試：在-40℃和125℃下對AD的基本功能，配置，性能進行詳細測試。

2.2.4 通信測試

信號質量測試：分析各個通信接口的波形，驗證配置和準確性和抗干擾性。

性能測試：高負載的工況，-40℃—125℃的通信性能測試。

故障注入測試：模擬通信故障情況，驗證處理機制，如總線恢復機制，報錯機制等。

2.2.5 驅動測試

輸出閾值和驅動能力：驗證不同供電工況，不同溫度等極限環境情況下的閾值是否準確穩定，驅動能力是否能夠達到最大驅動功率。

驅動故障診斷：對各個管腳做開路，短路，過載等相關的故障組合測試，確保每一路的驅動故障檢測獨立性和準確性。

波形驗證：對于pwm等信號的驅動，除了能滿足功能的測試，還做了波形的分析，響應時間的分析驗證。

2.2.6 DMA測試

針對不同傳輸方向，數據大小，循環傳輸，確保數據不丟失，數據位置映射準確。

驗證DMA的觸發和中斷按預期功能執行。

2.2.7 電源管理

在-40℃和125℃的高低溫不同條件下，對各個激活源做充分的組合測試，包括CAN激活，Lin激活，電平激活等激活方式進行不同排列的組合及單獨測試。

以不同頻率，觸發下電和上電，結合極限的溫度環境做電源的可靠性測試。

2.2.8 定時模塊測試

針對定時模塊的軟件開發質量和可靠性，進行開發機制評估。

測試定時模塊程序在最大輸入頻率、最小脈寬等，驗證頻率和占空比的精度及穩定性等邊界條件下的行為。

高負載條件下，測試定時模塊處理任務的延遲和抖動。在-40℃和125℃之間測試極限工況下處理能力的實時性。

各個通道的獨立性：對不同的通道做組合測試，驗證相鄰通道或相關通道的影響。

2.2.9 Overlay

Overlay Ram及Flash全地址范圍驗證，并進行單通道長地址區間測試、多通道連續地址空間測試、多通道重疊地址空間測試、多通道不連續地址空間測試。

2.2.10 AB分區

在A區運行的情況下測試擦寫B區FLASH，在B區運行的情況下擦寫A區FLASH。

相同程序分別運行在A/B區是否功能正常，在中斷的情況下切換分區是否正常。

同一上電周期多次操作切換A/B分區，復位時是否會使用最后一次設置的分區。

2.2.11 存儲

對EEPROM的設定區域進行上電寫入，掉電數據驗證測試。不同的溫度條件下，驗證EEPROM的讀寫功能是否正常。

EEPROM進行長時間不間斷的讀寫，測試EEPROM的極限讀寫壽命。

3 整車級別的測試評價的研究

在真實的駕駛條件進行汽車芯片與整車的匹配試驗。

（1）環境適應性測試：在整車高溫、低溫、高濕、高原等工況下的汽車芯片性能。

（2）擁堵路段模擬：在長時間怠速和頻繁啟停的工況，測試汽車芯片在高負荷和高溫環境下的穩定性。

（3）電磁兼容性測試：在密集的電子設備環境中，評估汽車芯片在復雜電磁環境下的抗干擾能力。

（4）耐久性測試：在長時間的運行及怠速工況下，評估汽車芯片的長期可靠性和壽命，評估芯片的長期耐久性和老化特性。

（5）振動和沖擊測試：在車輛遇到的振動和沖擊的工況，測試芯片的機械穩定性。

（6）安全性能測試：測試汽車芯片在故障情況下能夠安全地關閉或進入安全模式。

4 結論

本文建立了基于芯片、系統、整車三個級別的芯片測試評價體系，從五個維度提出了案例生成規則及方法，幫助國產芯片企業快速迭代，開發周期縮短3個月以上，提高了全國產域控制器應用領域及量產可靠性，為“中國芯”的車規應用以及技術和產品快速迭代建立了基礎化支撐體系。

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