集成電路老煉試驗(yàn)信號(hào)源系統(tǒng)

王　茉

（北京時(shí)代民芯科技有限公司，北京 100076）

集成電路老煉試驗(yàn)信號(hào)源系統(tǒng)

王茉

（北京時(shí)代民芯科技有限公司，北京 100076）

摘要：本文介紹了根據(jù)軍用集成電路老煉篩選的實(shí)際需求，自主開發(fā)設(shè)計(jì)老煉試驗(yàn)用信號(hào)源系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及其軟件的設(shè)計(jì)。

信號(hào)源；激勵(lì)信號(hào)；存儲(chǔ)器

為達(dá)到可靠性等級(jí)的要求，半導(dǎo)體器件應(yīng)該按照不同質(zhì)量等級(jí)的要求，在規(guī)定的時(shí)間和溫度下進(jìn)行規(guī)定條件的老煉篩選，試驗(yàn)時(shí)所有電路需要施加合適的激勵(lì)信號(hào)以盡可能地模擬實(shí)際應(yīng)用。每一款器件的老煉試驗(yàn)方案都是針對(duì)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(hào)需求，我們根據(jù)老煉試驗(yàn)的通用特點(diǎn)，開發(fā)設(shè)計(jì)了一款通用信號(hào)源系統(tǒng)為老煉器件提供輸入激勵(lì)。搭建以存儲(chǔ)器為核心的硬件結(jié)構(gòu)，并通過(guò)軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)老煉程序的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，將老煉程序通過(guò)信號(hào)源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)放大單元進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)改變存儲(chǔ)器中的老煉程序數(shù)據(jù)，產(chǎn)生相應(yīng)的激勵(lì)信號(hào)。

本片將就整個(gè)信號(hào)源系統(tǒng)的工作原理及軟件設(shè)計(jì)做具體的描述。

一、信號(hào)源的基本工作原理

根據(jù)需要選擇一定頻率的晶振產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)一級(jí)反向器整形放大后分別為計(jì)數(shù)單元和鎖存單元提供時(shí)鐘；利用4片74HC161級(jí)聯(lián)產(chǎn)生的16位計(jì)數(shù)功能為存儲(chǔ)單元的EPROM提供16位地址信號(hào)，采集到存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)經(jīng)EPROM數(shù)據(jù)線輸出給鎖存單元優(yōu)化，信號(hào)再經(jīng)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)放大后經(jīng)輸出接口連接到老化板作輸入激勵(lì)。信號(hào)源基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

二、硬件結(jié)構(gòu)分析

1.電路核心部分——EPROM 27C512

整個(gè)結(jié)構(gòu)主要利用EPROM的幾種工作方式之一的“讀”狀態(tài)，通過(guò)地址線逐個(gè)地址單元訪問(wèn)存儲(chǔ)器，由數(shù)據(jù)線DQ0～DQ7輸出所需的信號(hào)。本文選用存儲(chǔ)容量較大的64K*8位可用紫外線擦除可編程只讀存儲(chǔ)器27C512為例進(jìn)行說(shuō)明。

每一個(gè)地址單元對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)單元，也就是每8位二進(jìn)制數(shù)分配一個(gè)唯一的地址，16根地址線提供0000～FFFF共64K地址選擇，對(duì)應(yīng)每個(gè)地址DQ7～DQ0分別有一個(gè)狀態(tài)輸出，隨著地址的不斷變化，在數(shù)據(jù)輸出端就有對(duì)應(yīng)內(nèi)部存儲(chǔ)單元一致的信號(hào)輸出，隨著地址數(shù)據(jù)的循環(huán)，輸出信號(hào)呈現(xiàn)周期性有規(guī)律的變化，從而持續(xù)的為工作器件提供輸入激勵(lì)信號(hào)。

針對(duì)EPROM八位數(shù)據(jù)輸出的特點(diǎn)，在處理原始激勵(lì)向量文件時(shí)需要將信號(hào)分為8路為一個(gè)單元進(jìn)行處理。目前應(yīng)用的通用信號(hào)源設(shè)計(jì)了10個(gè)單元，即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)80路信號(hào)輸出。

2.地址信號(hào)的產(chǎn)生——計(jì)數(shù)器74HC161

EPROM地址的提供主要利用了同步4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC161的計(jì)數(shù)狀態(tài)工作方式。晶振產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)提供CP脈沖的上升沿觸發(fā)，利用4位同步計(jì)數(shù)器74HC161的四片級(jí)聯(lián)構(gòu)成16位計(jì)數(shù)器，提供0000～FFFF的64K地址數(shù)據(jù)。

4片計(jì)數(shù)器通過(guò)將前級(jí)的進(jìn)位端連接到下一級(jí)使能端從而實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)，即當(dāng)?shù)谝黄?jì)數(shù)器計(jì)滿“1111”時(shí)其進(jìn)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(jì)數(shù)狀態(tài)，開始計(jì)數(shù)。同理第二片進(jìn)位觸發(fā)第三片、第三片觸發(fā)第四片逐片串行計(jì)數(shù)，形成的16位二進(jìn)制循環(huán)計(jì)數(shù)器為EPROM提供16位地址信號(hào)。

3.輸出信號(hào)的處理——74HC374和74HC244

74HC374是由8位上升沿D型觸發(fā)器組成的數(shù)碼寄存器。利用同步時(shí)鐘（上升沿觸發(fā)）實(shí)現(xiàn)并入-并出同步送數(shù)的功能。對(duì)8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存后，并行輸出給正向三態(tài)輸出八驅(qū)動(dòng)器74HC244，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大的信號(hào)就可直接送給器件作為輸入信號(hào)。為保證正常工作，74HC374和74HC244的控制端均保持使能狀態(tài)。經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大的信號(hào)輸出能力大大加強(qiáng)，可以同時(shí)為多個(gè)器件提供輸入激勵(lì)。

此外，對(duì)于有I/O端口的器件，由控制雙向端口的信號(hào)來(lái)控制74HC244的控制端使其選通或禁止，以實(shí)現(xiàn)有或無(wú)輸出信號(hào)提供的目的，其他信號(hào)處理過(guò)程同理，從而實(shí)現(xiàn)雙向端的工作。

圖1　 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖

三、軟件的實(shí)現(xiàn)

圖2　存儲(chǔ)器內(nèi)部地址和數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖3　 C原程序設(shè)計(jì)基本框架的N—S圖

從硬件上可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的一系列處理，但EPROM中的數(shù)據(jù)程序是個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題，也可以說(shuō)是整個(gè)硬件工作的前提和基礎(chǔ)。電路設(shè)計(jì)人員可以提供對(duì)應(yīng)的激勵(lì)向量文件作為原始老化程序，如何將其以適當(dāng)?shù)男问綄懭隕PROM，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確讀取，從而使其輸出達(dá)到理想的仿真狀態(tài)，從而保證老煉被試器件按原始信號(hào)要求加載。這就需要對(duì)EPROM的工作過(guò)程做詳細(xì)地分析。

1.首先對(duì)地址和存儲(chǔ)器單元中的數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系有個(gè)了解，存儲(chǔ)器內(nèi)部地址和數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。僅以段地址0C08H，相對(duì)偏移地址0100H為例，00、75等二位十六進(jìn)制數(shù)就是每個(gè)存儲(chǔ)器單元中存儲(chǔ)的十六進(jìn)制數(shù)（即8位二進(jìn)制數(shù)）。存儲(chǔ)器每行為10H個(gè)存儲(chǔ)單元，對(duì)應(yīng)的地址和存儲(chǔ)單元中的數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2。而存儲(chǔ)器段地址0C08H，相對(duì)偏移地址0110H又將對(duì)應(yīng)另一組數(shù)據(jù)，依此類推，逐步通過(guò)地址訪問(wèn)的方式將數(shù)據(jù)文件讀取。

2.EPROM中數(shù)據(jù)的輸出

對(duì)于EPROM的輸出，是由于計(jì)數(shù)器提供的16位地址的變化，逐個(gè)取存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)，假如EPROM中如上面的地址與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以想象為地址為0001H時(shí)取數(shù)據(jù)75H由DQ7～DQ0對(duì)應(yīng)的同步輸出01110101b，0002H時(shí)由DQ7～DQ0對(duì)應(yīng)的輸出00110101b……隨著地址的變化，數(shù)據(jù)線不斷地輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)，這樣一個(gè)連續(xù)的波形就產(chǎn)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(duì)于設(shè)計(jì)人員提供的激勵(lì)向量文件，首先將其分解為8個(gè)信號(hào)為一個(gè)文件，然后每個(gè)文件中的每8位字符作為一個(gè)字節(jié)進(jìn)行處理，逐個(gè)送入存儲(chǔ)單元。因?yàn)樵嘉募俏谋靖袷?，系統(tǒng)對(duì)它的識(shí)別是每個(gè)字符按其ASCII代碼形式存放于一個(gè)字節(jié)中，而我們需要的是把數(shù)據(jù)按其在文本文件中的形式原樣的存放于存儲(chǔ)單元中，也就是需要將原始文件中的8個(gè)字符作為8位二進(jìn)制數(shù)形式按一個(gè)字節(jié)存放。

4.軟件的基本框架

于是我選擇了C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編寫，靈活地運(yùn)用C的庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)文件的讀寫，根據(jù)字符與ASCII值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將讀出的ASCII值轉(zhuǎn)為實(shí)際字符值（既是與文本文件中數(shù)據(jù)的原樣一致），再根據(jù)數(shù)制的轉(zhuǎn)換關(guān)系，經(jīng)一系列處理形成一個(gè)滿足工作需要的二進(jìn)制輸出文件。需要注意的是對(duì)應(yīng)于向量文件信號(hào)第一到第八的順序EPROM的輸出是由DQ7到DQ0的，這一點(diǎn)對(duì)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(yǔ)言的原程序經(jīng)編譯連接生成可執(zhí)行文件Econvert.exe。運(yùn)行過(guò)程為：根據(jù)提示輸入要轉(zhuǎn)換的文件及自定義一個(gè)轉(zhuǎn)換后的文件名，如果輸入正確，系統(tǒng)將提示等待處理數(shù)據(jù)。在其中如果輸入的文件不存在會(huì)提示有錯(cuò)。該程序能忽略文件中的回車，空格等無(wú)效的字符。那么設(shè)計(jì)人員提供的激勵(lì)向量文件，我們只需將其分成8個(gè)信號(hào)一組，剩下的工作就由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。大小不同的原始文件，只需幾秒到幾分鐘就可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換了。

結(jié)語(yǔ)

本文介紹了在半導(dǎo)體集成電路老煉試驗(yàn)工作中廣泛應(yīng)用的老煉信號(hào)源系統(tǒng)，描述了該系統(tǒng)的硬件工作原理及其支持軟件的設(shè)計(jì)實(shí)施。該信號(hào)源系統(tǒng)配合老煉程序激勵(lì)文件自動(dòng)轉(zhuǎn)換軟件的支持，減少了人為處理數(shù)據(jù)的繁瑣，同時(shí)也提高了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度、增強(qiáng)了該信號(hào)系統(tǒng)的可靠性。該信號(hào)源系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換軟件的有效結(jié)合，使通用信號(hào)源系統(tǒng)單一的硬件結(jié)構(gòu)得到了智能化的提升，使得該信號(hào)源系統(tǒng)在集成電路老煉試驗(yàn)過(guò)程中便于應(yīng)用，適用性更廣。該信號(hào)源系統(tǒng)成本低效率高，在實(shí)際工作中靈活便捷，尤其為多品種小批量半導(dǎo)體集成電路的生產(chǎn)提供了極大的便利。

[1]姚鼎，孫家坤.專用集成電路老煉技術(shù)研究[J].環(huán)境技術(shù)，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(yàn)技術(shù)[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2016（3）：64-67.

TN105

A