一種精確測量AC-DC電源管理類芯片的方法

顧衛(wèi)民，付俊愛

（中國電子科技集團(tuán)公司第58研究所，江蘇 無錫 214035）

一種精確測量AC-DC電源管理類芯片的方法

顧衛(wèi)民，付俊愛

（中國電子科技集團(tuán)公司第58研究所，江蘇 無錫 214035）

對于AC-DC電路測試，圓片測試（CP）一般采用開環(huán)測試的方法，測試項目較少，從而使CP的測試時間大大減少，提高了測試效率以及測試產(chǎn)能。CP測試的目的是測試基準(zhǔn)電壓以及輸出波形等參數(shù)，并對相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行工藝上的修調(diào)，使得這些參數(shù)達(dá)到中心值，保證芯片基本功能的準(zhǔn)確；但CP測試并不是應(yīng)用環(huán)境下的芯片狀態(tài)，所以當(dāng)AC-DC電路進(jìn)行成品測試（FT）的時候，通過模擬芯片的應(yīng)用環(huán)境來測試芯片在應(yīng)用端的參數(shù)，從而確保芯片在工作環(huán)境中能正常應(yīng)用，達(dá)到檢測芯片的目的。主要介紹了AC-DC電路在閉環(huán)應(yīng)用環(huán)境下各項參數(shù)的測試方法，確保電路功能的穩(wěn)定性以及可靠性。

AC-DC電路；圓片測試；成品測試；閉環(huán)測試；測試參數(shù)；自動測試設(shè)備；管芯

1 引言

AC-DC電源管理類芯片是開關(guān)電源的一種，該類電源也稱為一次電源——AC是交流，DC是直流，為電池充電器、應(yīng)用適配器等提供高性能的AC/DC轉(zhuǎn)換控制IC，該類芯片利用脈動頻率調(diào)整方式（PFM）來建立間斷通電模式（DCM）反饋提供電源。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，AC-DC電源管理芯片性能提升明顯，應(yīng)用日益廣泛。電源控制和電源轉(zhuǎn)換是AC-DC芯片大量使用的一個重要領(lǐng)域，在這類應(yīng)用中，AC-DC芯片的穩(wěn)定性以及可靠性是應(yīng)用中最為重要的，因此，如何篩選出穩(wěn)定、可靠的IC電路變得極為重要。

2 AC-DC電路主要指標(biāo)簡介

AC-DC芯片電源效率和電源設(shè)計線路有密切的關(guān)系，高效率的電源可以提高電能的使用效率，在一定程度上可以降低電源的自身功耗和發(fā)熱量，在此就需要對電路的一些主要指標(biāo)進(jìn)行了解。AC-DC芯片的主要參數(shù)有：

Vopr（min）—欠壓保護(hù)；

Vth—啟動電壓；

Vbias—參考電壓；

Iout—輸出電流；

VFB/IFB—反饋輸入；

VFB（OVP）—過壓保護(hù)。

半導(dǎo)體廠家設(shè)計了多種規(guī)格的AC-DC芯片滿足各種不同的應(yīng)用需求。產(chǎn)品功率從幾瓦到幾千瓦均有，適用于不同場合。此類產(chǎn)品的規(guī)格型號繁多，應(yīng)用工程師可以選擇合適的型號滿足應(yīng)用要求。

隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)計方案的不斷更新，AC-DC芯片的性能不斷提升，IC自身附加的功能也越來越多，將原先外圍輔助電路設(shè)計到了IC內(nèi)部，很多型號的產(chǎn)品外圍消除光耦合器、二次CV/ CC控制電路以及控制回路補償電路，使得外圍更加簡單明了，應(yīng)用更加方便。但同時，對這些IC的性能檢測相對也有了更高的要求。表1和表2是一款廣泛用在微型/無線電話、MP3等其他便攜式設(shè)備的適配器或充電器上的AC-DC芯片的性能參數(shù)。

表1 典型AC-DC芯片絕對最大額定參數(shù)

3 AC-DC電路測試

在AC-DC電路生產(chǎn)制造過程中，測試是保證其質(zhì)量及剔除不良品的重要環(huán)節(jié)。測試通常由自動測試設(shè)備（Automatic Test Equipment，ATE）、探針臺（PROBER）或者機(jī)械手（HANDLER）、負(fù)載板（LOADBOARD，也叫DUT板）等構(gòu)成的系統(tǒng)來完成。典型AC-DC芯片測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 典型AC-DC測試系統(tǒng)

測試系統(tǒng)（ATE）是由測試單元和計算機(jī)組合而成的系統(tǒng)，擁有各種參數(shù)測試必須的各種資源，包括PMU（精密測量單元，Precision Measurement Unit）、DPS（器件供電單元，Device Power Supplies）、TMU（時間測試單元，Time Measurement Unit）、CBIT（繼電器控制矩陣，Control BIT）等。負(fù)載板（LOADBOARD）是把ATE資源信號轉(zhuǎn)換為被測器件所需信號的電路模塊。探針臺（PROBER）或者機(jī)械手（HANDLER）的作用是：承載圓片或者IC 成品電路，通過機(jī)械裝置的周期性動作，依次逐個將需要測試的管芯通過轉(zhuǎn)接板連接到測試回路中，并根據(jù)ATE測試的結(jié)果（PASS/ FAIL），CP測試將數(shù)據(jù)記錄在MAPPING文件中，在后續(xù)的工序中，可以根據(jù)MAPING文件對相應(yīng)的管芯用專用墨水進(jìn)行標(biāo)記，不良品會打上墨點，有墨點標(biāo)記的芯片在封裝工序會被舍棄，成品電路則通過ATE測試的結(jié)果（PASS/FAIL），根據(jù)測試分檔要求，按照要求將指定的分BIN分到相應(yīng)的料條管中，區(qū)分出電路的好壞，達(dá)到測試要求。

4 AC-DC電路測試難點

AC-DC芯片集成度高，功能強(qiáng)大，它復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)給它的性能、參數(shù)測試帶來了很大的難度，圖2為某種典型的AC-DC芯片的原理框圖。

首先，由于AC-DC芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要對其進(jìn)行測試，需要對電路的工作原理、電路的結(jié)構(gòu)組成以及各組成部分之間的關(guān)系、測試參數(shù)的原理和相對應(yīng)的測試方法等多方面有深刻的理解和認(rèn)識。

第二，AC-DC芯片內(nèi)部包含了許多相對獨立的部分，要實現(xiàn)對每個部分相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測試，都需要設(shè)計專用的測試線路來囊括所有的測試項目，所以就需要測試系統(tǒng)有相應(yīng)的配套，例如測試時間參數(shù)的測量線路（TMU）、測試輸出特性的精密測量單元（PMU）等。而且AC-DC芯片需的參數(shù)包含了不同類型的物理量，如頻率量、時間量、電壓量、電流量等，另外還包含某些需要掃描測試的閾值量，因此在測試系統(tǒng)中必須要具備針對不同部分和不同物理量的專用測試線路。

表2 典型AC-DC芯片電特性（VCC=15 V，TA=25 ℃，除非特別說明）

第三，由于AC-DC芯片內(nèi)部各組成模塊是相互作用的，所以對某一項參數(shù)進(jìn)行測試時，需要考慮其他模塊對其的影響，這就需要考慮整個器件的工作模式以及各個子模塊在工作模式下的相互關(guān)系。

第四，由于AC-DC芯片的某些參數(shù)測試比較敏感，要求測試線路與被測電路之間的外圍不能距離太大，或者在測試過程中，某些管腳的一些小狀態(tài)就會影響到該參數(shù)的測試準(zhǔn)確性，甚至導(dǎo)致功能消失。所以在設(shè)計測試方案的時候就需要考慮一些控制位的外圍線路如何處理的問題。

基于以上分析和其他的一些因素，目前國內(nèi)還沒有能夠全面完成所有AC-DC芯片測試的一套理想的測試系統(tǒng)，目前的設(shè)備基本只能測試基本的直流參數(shù)、時間參數(shù)等，并不能很好地滿足AC-DC芯片生產(chǎn)和應(yīng)用的測試要求。

5 AC-DC芯片基本測試方法

在此我們主要介紹AC-DC芯片目前國內(nèi)主流的一些參數(shù)測試方法以及技巧。

AC-DC芯片在測試過程中，分為開環(huán)測試部分和閉環(huán)測試部分。在圓片測試（CP）的時候通常采用開環(huán)測試，這種測試模式主要優(yōu)勢是外圍比較簡單，測試比較方便，并且測試效率比較高，比較適合成熟產(chǎn)品在CP測試的時候進(jìn)行電路的篩選。開環(huán)部分，主要測試項目為基準(zhǔn)電壓（VREF）、啟動/關(guān)斷電壓（UVLO）、啟動電流（IST）、工作電流（ICC）、輸出頻率（fOSC）等，這些是保證電路正常工作的最基本參數(shù)。如圖3所示，開環(huán)參數(shù)測試一般外圍比較簡單、直觀，只需要按照芯片的工作條件，在測試某項參數(shù)的時候，讓電路進(jìn)入相應(yīng)的工作模式，進(jìn)行測量。從圖中可以看出，在整個外圍設(shè)計過程中，芯片的每個管腳都用繼電器（RELAY）斷開。這是為了防止電路在測試過程中，某些管腳對外圍比較敏感，因為某些干擾條件導(dǎo)致芯片工作不正常，最常見的就是由于導(dǎo)線太長形成的天線效應(yīng)、連接排線產(chǎn)生的線電容干擾以及測試系統(tǒng)本身導(dǎo)致的某些不確定因素，導(dǎo)致本不該有狀態(tài)的管腳上疊加了某些干擾信號。

圖2 典型AC-DC芯片原理框圖

圖3 典型AC-DC芯片開環(huán)測試原理圖

在CP測試過程中，最主要的測試目的是對芯片的基準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。所以在這個過程中，就需要根據(jù)初始的測試值對這些參數(shù)進(jìn)行修調(diào)，從而使芯片能夠輸出更加準(zhǔn)確。一般情況下，根據(jù)開環(huán)測試參數(shù)修調(diào)基準(zhǔn)電壓以及輸出頻率。

在圖4中，我們根據(jù)條件，測試FB腳的電壓得到電路基準(zhǔn)電壓（VREF），以及測試GATE腳得到芯片工作頻率（fOSC）。根據(jù)測試的初始值，進(jìn)行計算查表，得到需要Trimming的相應(yīng)信息，具體的查表對應(yīng)信息如表3（具體的Trimming方法在此不作詳述）。

開環(huán)測試方案廣泛應(yīng)用于AC-DC芯片的圓片測試環(huán)節(jié)，但隨著時代的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，目前在應(yīng)用過程中對產(chǎn)品的要求越來越高，產(chǎn)品的精度、準(zhǔn)確性就顯得特別重要，所以一些產(chǎn)品設(shè)計公司為了確保產(chǎn)品在應(yīng)用環(huán)節(jié)的可靠性，就需要在芯片測試過程中進(jìn)行閉環(huán)測試，從而確保測試出來的參數(shù)和實際應(yīng)用過程中的參數(shù)是一致的，保證電路裝機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。在此，在測試方面就需要設(shè)計相應(yīng)的閉環(huán)線路，模擬產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境，圖5所示為典型的AC-DC電路閉環(huán)測試原理圖。

圖4 某AC-DC芯片PAD圖

表3 修調(diào)參數(shù)真值表示例

在此部分，主要測試電感線圈后端的電壓輸出，以及流過負(fù)載的電流，我們通過對圖中VOUT端加負(fù)載電流來測試輸出電壓，并且通過加不同的電流來監(jiān)控芯片在不同負(fù)載電流下的輸出電壓VOUT的變化。輸出電流的測試，主要是模擬應(yīng)用過程中VOUT端帶不同的負(fù)載對IOUT的影響，可以通過在VOUT端施加不同的電壓來模擬電路工作，監(jiān)控輸出的電流及其變化。通過以上測試來確保篩選出可靠、穩(wěn)定的IC電路。通過這樣的方法得到合格電路。這樣在應(yīng)用環(huán)節(jié)中對整機(jī)的性能就有很好的保證。

圖5 典型的AC-DC電路閉環(huán)測試原理圖

6 結(jié)束語

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，市場對產(chǎn)品的要求越來越高，AC-DC電路的集成度也越做越高，在集成了很多的輔助模塊之后，IC對測試的要求也就相應(yīng)越來越高，針對目前AC-DC芯片的測試方案，本文提出了利用開環(huán)測試和閉環(huán)測試相結(jié)合的測試方法，使得IC電路在測試過程中參數(shù)測試更加全面、細(xì)致，從而保證產(chǎn)品在應(yīng)用環(huán)節(jié)的可靠性、穩(wěn)定性，對AC-DC芯片測試有一定的指導(dǎo)性。

[1] http://www.On-bright.com [EB/OL].

[2] 北京華峰測控技術(shù)有限公司. ATE應(yīng)用文集[EB/OL]. 2012. http://www.accotest.com.

[3] http://diodes.com [EB/OL].

作者簡介：

田 灃（1962—），男，陜西興平人，研究員，研究方向為電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計。

A Skillful Technology for Low MOSFET RDS(ON)Testing

GU Weimin, FU Jun’ai
（China Electronics Technology Group Corporation No.58Research Institute,Wuxi214035,China）

For the AC-DC circuit testing, chip probing test（CP）generally uses the method of the open loop test, test parameter is less, so that the test time of CP is greatly reduced, improving test eff i ciency and test capacity, the CP test is designed to test the reference voltage and the output waveform parameters, and the corresponding parameters of process on the trimming, these parameters to achieve the central value, guarantee the basic functions of chip accurately, but the CP test is not applied environment of the chip, so when the circuit of AC-DC fi nal testing（FT）, the application environment, through the simulation of chip, parameters to test chip on the application side, so as to ensure that the chip in the work environment the normal application, achieve the purpose of detection chip. The paper mainly introduces the application of AC-DC circuit in the close-loop environment, the testing method of the parameters of the circuit function, to ensure the stability and reliability.

AC-DC circuit; chip probing test; fi nal testing; close-loop test; parameters; auto test equipment; DIE

TN406

A

1681-1070（2014）11-0016-05

顧衛(wèi)民（1984—），男，本科，畢業(yè)于杭州電子科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)在中國電子科技集團(tuán)公司第58研究所從事集成電路測試技術(shù)研究工作，主要研究方向為模擬和數(shù)?；旌霞呻娐返臏y試技術(shù)。

2014-08-07