一種數(shù)字IC測試系統(tǒng)的設(shè)計

摘  要： 給出一種數(shù)字集成電路(IC)測試系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計方案。該系統(tǒng)基于自定義總線結(jié)構(gòu)，可測試寬范圍電平。

隨著數(shù)字集成電路IC的廣泛應(yīng)用，測試系統(tǒng)就顯得越來越重要。在網(wǎng)絡(luò)化IC可靠性試驗及測試系統(tǒng)項目中，需要檢驗?zāi)承┚哂袑掚娖椒秶能娪脭?shù)字IC芯片，而市場上常見的中小型測試系統(tǒng)可測電平范圍達不到要求，而大型測試系統(tǒng)價格昂貴。本文介紹了為此項目研制的一種數(shù)字IC測試系統(tǒng)，可測電平范圍達±32V，使用方便，且成本較低。


圖1  系統(tǒng)框圖


圖2  通道板框圖


圖3  電平轉(zhuǎn)換單元


圖4  精密測量單元加壓測流原理圖


圖5  主程序流程圖

測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)需要對IC進行功能測試和直流參數(shù)測試。功能測試通過向集成電路輸入端施加設(shè)定的測試向量，檢測并比較其輸出的測試向量，從而驗證器件的邏輯功能是否正常。直流參數(shù)測試是以電壓或電流的形式驗證IC的電氣參數(shù)，要保證較高的測試精度。
為了使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活，便于升級，采用了基于總線的模塊化結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由通道板、數(shù)控電源板(DPS板)、精密測量單元板(PMU板)、測試接口板、單片機系統(tǒng)板(CPU板)和總線板組成。各個板卡通過總線板進行數(shù)據(jù)連接和交換。DPS板給測試系統(tǒng)提供電源、電壓參考，給被測器件(DUT)提供工作電壓。測試接口板功能是給DUT提供測試接口，給器件上電。
在功能測試過程中，計算機把預(yù)先生成的測試向量送到單片機系統(tǒng)，單片機控制通道板把信號電平轉(zhuǎn)換為測試所需的電平，并把轉(zhuǎn)換后的時序波形施加到被測器件(DUT)的輸入引腳上，然后檢測DUT的輸出，把檢測結(jié)果通過總線傳到單片機進行判斷處理。直流參數(shù)測試過程是向DUT施加直流參數(shù)測試條件，通過PMU實現(xiàn)DUT直流參數(shù)的精密測量。
通道板
通道板功能有兩個，一是把測試碼合成最終的測試信號施加到DUT，另外的功能是對DUT的返回信號進行分析比較，將比較結(jié)果通過總線返回到單片機系統(tǒng)。通道板的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示?？刂瓶偩€通過譯碼與邏輯控制單元設(shè)定并控制DUT引腳的地址，引腳驅(qū)動與控制單元驅(qū)動并控制繼電器陣列完成DUT引腳數(shù)據(jù)的輸入和輸出功能。VIH(VIL)是由DPS板設(shè)定產(chǎn)生的測試所需的高(低)驅(qū)動電平。總線發(fā)送由程序預(yù)先生成的測試向量，電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動單元把測試向量轉(zhuǎn)換為設(shè)定電平的測試時序波形，引腳驅(qū)動與控制單元控制繼電器陣列把波形施加到DUT的輸入引腳。引腳電平比較單元檢測輸出引腳信號電平，與預(yù)期輸出數(shù)據(jù)進行邏輯比較后把比較結(jié)果傳回下位機。在直流參數(shù)測試過程中，繼電器控制單元將測試接口板上的DUT連接到PMU，利用PMU模塊實現(xiàn)電壓或電流的精密測量。通道板的電平轉(zhuǎn)換部分電路如圖3所示。電路在穩(wěn)定后，在無信號輸入時，V1略高于V2，輸出為VIH；當(dāng)TTL輸入為低電平時，由于電容電壓不能突變，使得V1低于V2，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出為VIL；當(dāng)TTL輸入為高電平時，同樣，V1略高于V2，輸出為VIH。由于電容充放電，輸出端電平不能長久保持在低電平，選取足夠大的電容可滿足本系統(tǒng)的測試需要。
精密測量單元
精密測量單元(PMU)是系統(tǒng)精密測量直流參數(shù)的基本單元。系統(tǒng)采用12位A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、分檔以及開爾文接法等手段來實現(xiàn)高精度測量。PMU可實現(xiàn)加壓測流(FVMI)和加流測壓(FIMV)兩種工作方式。其中PMU中加壓測流原理如圖3所示。Vin作為輸入，器件施加電壓Vp經(jīng)測試接口板施加到DUT，通過測試Vout可得到測試電流I。根據(jù)電路圖可以計算出：
(1)

取合適的電阻值使得
則由上式可以得到：
(2)
這樣，根據(jù)公式(1)，通過控制Vin就可以向被測器件施加設(shè)定的電壓Vp，根據(jù)公式(2)可通過測試Vout來計算被測器件引腳上流過的電流I。
直流參數(shù)測試中，PMU可通過測試輸出端高/低電平、輸入端漏電流、輸出短路電流以及靜態(tài)功耗電流等來檢測器件的負載特性和靜態(tài)功耗。
為了使PMU具有足夠?qū)挼臏y試范圍和測試精度，A3采用具有FET輸入級的高壓運放OPA445，接成跟隨器，使得流入A3的電流極小，保證了電流測試的精度，并且其高壓特性保證了PMU的測試范圍。

軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件的作用是用計算機控制測試系統(tǒng)，并為用戶提供一個友好、易于操作的界面。下位機軟件用C51程序編寫，主程序流程圖如圖4所示。上位機采用VC#.net編寫。下位機軟件的主要工作是根據(jù)上位機傳送的測試參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)電壓及測試條件，載入測試向量向DUT引腳發(fā)送輸入波形，然后測試輸出端波形數(shù)據(jù)，發(fā)送到上位機并存儲到數(shù)據(jù)庫。
經(jīng)過用戶的實際應(yīng)用，證明該系統(tǒng)性價比高，測試準(zhǔn)確。