基于ATE的集成電路交流參數(shù)測試方法

孫莉莉，李 楠

（無錫中微愛芯電子有限公司，江蘇 無錫 214072）

基于ATE的集成電路交流參數(shù)測試方法

孫莉莉，李 楠

（無錫中微愛芯電子有限公司，江蘇 無錫 214072）

當(dāng)前集成電路設(shè)計(jì)和制造方面的發(fā)展速度很快，集成電路規(guī)模和水平不斷提高，也促進(jìn)了相應(yīng)的測試技術(shù)的發(fā)展。集成電路交流參數(shù)的準(zhǔn)確性已經(jīng)成為影響集成電路性能的重要因素。介紹了交流參數(shù)測試的基本概念和原理，簡述了基于 TR6836 測試系統(tǒng)對交流參數(shù)測試的具體方法、流程以及測試程序開發(fā)等內(nèi)容，并以74HC04為例進(jìn)行了測試，對交流參數(shù)的兩種測試方法——搜索法和功能驗(yàn)證法進(jìn)行了對比和分析。

集成電路；交流參數(shù)；自動(dòng)測試

1 引言

隨著電子科技領(lǐng)域的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體集成電路在生活和軍事領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，各領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體集成電路的速度要求越來越高，因此集成電路交流參數(shù)的正確性和有效性越來越重要。這使得集成電路測試技術(shù)有了迅猛的發(fā)展。本文以具體電路為例，在TR6836 測試系統(tǒng)上對交流參數(shù)的兩種測試方法進(jìn)行可靠的分析驗(yàn)證。

2 交流參數(shù)測試的原理

一般的數(shù)字集成電路大致分為時(shí)序邏輯器件和組合邏輯器件。時(shí)序邏輯器件的交流參數(shù)主要包括脈沖寬度tw，輸入脈沖上升時(shí)間tr，輸入脈沖下降時(shí)間tf，建立時(shí)間tset，保持時(shí)間tH，最高時(shí)鐘頻率fMAX，輸出由低電平到高電平傳輸延遲時(shí)間tPLH，輸出由高電平到低電平傳輸延遲時(shí)間tPHL，輸出上升時(shí)間tr和輸出下降時(shí)間tf。若有三態(tài)輸出的器件，還包括輸出由高組態(tài)到高電平傳輸延遲時(shí)間tPZH，輸出由高組態(tài)到低電平傳輸延遲時(shí)間tPZL，輸出由高電平到高組態(tài)傳輸延遲時(shí)間tPHZ，輸出由低電平到高組態(tài)傳輸延遲時(shí)間tPLZ等。組合邏輯電路的交流參數(shù)主要為tPLH、tPHL、tr、tf等。

在以上交流參數(shù)中，脈沖寬度tw、輸入脈沖上升時(shí)間tr、輸入脈沖下降時(shí)間tf、保持時(shí)間tH、最高時(shí)鐘頻率fMAX一般都是由設(shè)計(jì)及工藝保證的，測試時(shí)按參數(shù)表及波形圖中時(shí)序的要求，在測試編程時(shí)對激勵(lì)信號進(jìn)行適當(dāng)調(diào)制，測試DUT的功能即可。而真正要測量的參數(shù)是tPLH、tPHL、tPZH、tPZL、tPHZ、tPLZ、tr和tf。由于tPZH、tPZL、tPHZ、tPLZ在測試原理和方法上與tPLH、tPHL、tr、tf基本相同，故本文以74HC04 為例，僅對tPHL項(xiàng)的交流參數(shù)測試進(jìn)行說明。

tPHL是指輸入端在施加規(guī)定的電平電壓時(shí)，輸出電壓由高電平到低電平的邊沿和對應(yīng)的輸入電壓邊沿上規(guī)定的參考電壓間的時(shí)間差，測試原理圖見圖1 。

圖1 測試原理圖

3 交流參數(shù)的測試方法

在集成電路的生產(chǎn)過程中，各測試參數(shù)是通過測試機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。對集成電路交流參數(shù)測試而言，不同的測試系統(tǒng)其測試的基本原理和方法基本上是一致的，現(xiàn)以 TR6838 測試系統(tǒng)為例，介紹一下交流參數(shù)的測試方法——搜索法和功能驗(yàn)證法。

3.1 搜索法

搜索法是通過重復(fù)測試搜索不斷變化的參數(shù)，利用搜索法測試交流參數(shù)的基本思想是：給出確定的測試條件，在一定的選通范圍內(nèi)對選通時(shí)間進(jìn)行搜索。以 TR6836 測試系統(tǒng)為例，在PinMap 中定義管腳名，在 ChannelMap 上定義測試板與 TR6836 測試系統(tǒng)連接的通道號，首先實(shí)現(xiàn)器件與測試機(jī)的連接。在 PEB Parameters中分別設(shè)置Pin Mode、Level Set、Edge Set來保證各條件與詳細(xì)規(guī)范一致，見圖2。PinMode 設(shè)置輸入波形模式，Level Set設(shè)置輸入電平（VIH/VIL）與輸出比較電平（VOH/VOL），Edge Set設(shè)置測試頻率以及比較時(shí)間，被測腳的輸出比較時(shí)間與每次變化時(shí)間程序可控，測試pattern為被測管腳的翻轉(zhuǎn)過程。以74HC04為例，測試1A腳上升沿到1Y腳下降沿的傳輸延遲tPHL，圖2為tPHL的波形圖。設(shè)置1Y的輸出比較點(diǎn)VM為輸出電壓的 50%，設(shè)置1Y的 Cm p Mk1 和Cmp Mk2，每次逐步改變 Cmp Mk1和 Cmp Mk2的時(shí)間，更改時(shí)間后測試1Y由高變低的功能pattern，直到該功能pattern不再 fail，那么此時(shí)的Cmp Mk2時(shí)間即為要測的tPHL。同樣的方法可以設(shè)置1Y的輸出比較點(diǎn)VM分別為輸出電壓的 90%和 10%，測出兩個(gè)輸出延遲相減即為輸出下降時(shí)間tTHL，波形圖見圖2 。

圖2 tPHL、tPLH、tTHL、tTLH波形圖

3.2 功能驗(yàn)證法

搜索法能夠直接測試出交流參數(shù)的數(shù)值，但用功能驗(yàn)證法測試交流參數(shù)是得不到具體數(shù)值的。功能驗(yàn)證的方法是：輸入信號的時(shí)序關(guān)系與器件詳細(xì)規(guī)范中規(guī)定的一致，把交流參數(shù)作為讀取信號的選通時(shí)間，在器件詳細(xì)規(guī)范規(guī)定的頻率下對被測器件進(jìn)行邏輯功能測試，如果功能正確，說明交流參數(shù)在規(guī)范要求的合理范圍內(nèi)，這樣就達(dá)到了對器件交流參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證的目的。以TR6836測試系統(tǒng)，仍以測試74HC04的1A腳上升沿到1Y腳下降沿的傳輸延遲tPHL為例，在PEBParameters的 Level Set中設(shè)置輸入電平與輸出比較電平VM，在 Edge Set中設(shè)置Y1的 Cmp Mk1 時(shí)間為詳細(xì)規(guī)范要求的tPHL值，具體設(shè)置見圖3 ，在以上設(shè)置下對被測器件進(jìn)行功能測試，如果功能通過，則證明傳輸延遲符合器件規(guī)范要求。

圖3 1A、1Y的Level Set、Edge Set

4 測試實(shí)例

TR6836測試系統(tǒng)的Programming 采 用GUI及C++ 語言并行實(shí)現(xiàn)，通過M icrosoft Visual Studio來編譯程序。

搜索法測試 74HC04 的 1A 腳上升沿到1Y腳下降沿的傳輸延遲tPHL，電源電壓為5V，被測腳各配置程序如下：

peb.SetPinLevel("1A",

5.0, 0.0, 2.5, 2.5, 8.0,-2.0);

|||| | |

VIH VIL VOH VOL VCH VCL

peb.SetPinLevel("1Y",

||||| |

VIH VIL VOH VOL VCH VCL

peb.GetTimingSetPinEdge("1Y",

250, 750, fcmk1, fcmk2);

|| | |

fDMk1 fDMk2 fCMk1 fCMk2

測試 pattern——TPHL.PAT 如下：

呂：當(dāng)然，你的《德克薩斯》的價(jià)值除了展現(xiàn)戰(zhàn)爭跳動(dòng)的旋律和令人窒息的危險(xiǎn)，在表述戰(zhàn)爭的慣性恐怖感受和作戰(zhàn)的超現(xiàn)實(shí)主義方面成功外，啟示人們用另一種眼光來審視世界的，給讀者更大闡釋空間的是你對處在戰(zhàn)爭這一非常態(tài)下的情愛的描寫，對非常態(tài)的情愛的這種人文關(guān)懷同樣令我癡迷。特別想聽聽你自己是如何詮釋小說中蘇珊與克洛特·蓋博之間的情愛的。

Edge Set中 fcmk1 和 fcmk2 設(shè)為變量，搜索法具體實(shí)現(xiàn)如下：

double fcmk1,fcmk2;

double Tphl[MAX_TESTING_SITE]={0};

for(i=0;i＜ 90;i++)

{

fcmk1=10+1*i;

fcmk2=15+1*i;

peb.SetTimingSetPinCompareEdge("0","1Y",tcmp, tcmp2);

peb.SetTestPatternOption("TPHL.START","TPHL. START",1,false);

peb.TestPattern("TPHL.START","TPHL.STOP", bPass);

util.FuncLog(false,bPass);

if(bPass[0]==1)

{

Tphl[0]=fcmk1;

i=90;

}

else if(i==89)

Tphl[0]=fcmk1;

}

util.TestLog("Tphl",Tphl);

設(shè)計(jì)提供的 74HC04 傳輸延遲參數(shù)規(guī)范見圖4，所以在使用搜索法測試時(shí)1Y的選通時(shí)間在10～100ns 范圍內(nèi)以 Δt=1ns為步進(jìn)遞增，直到功能pattern PASS，測試值即為傳輸延遲tPHL，具體測試結(jié)果及測試時(shí)間見圖5，該測試項(xiàng)測試時(shí)間為0.6164s，傳輸延遲測試值為89ns。

圖4 傳輸延遲參數(shù)規(guī)范

圖5 搜索法測試結(jié)果及測試時(shí)間

功能驗(yàn)證法被測腳配置與搜索法基本一致，不同點(diǎn)就在于1Y腳的 Edge Set比較時(shí)間為固定值，設(shè)為100ns，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

peb.SetTim ingSetPinCompareEdge ("0","1Y",100, 100);

peb.SetTestPatternOption("TPHL.START","TPHL. START",1,false);

peb.TestPattern("TPHL.START","TPHL.STOP", bPass);

util.FuncLog(true,bPass);

功能驗(yàn)證法只要在該條件下功能patternPASS，那么傳輸延遲tPHL就能保證在100ns 之內(nèi)，具體測試結(jié)果及測試時(shí)間見圖6，該測試項(xiàng)測試時(shí)間為0.1832s，傳輸延遲該測試項(xiàng)PASS。

圖6 功能驗(yàn)證法測試結(jié)果及測試時(shí)間

同一顆電路用搜索法測試傳輸延遲時(shí)間為89ns，可以使用功能驗(yàn)證法來驗(yàn)證一下，考慮測試機(jī)本身存在的誤差，將1Y腳的 Edge Set比較時(shí)間分別設(shè)為86ns和92ns對pattern進(jìn)行測試，Edge Set=86ns時(shí)pattern FAIL，Edge Set=92ns時(shí)patternPASS，那么傳輸延遲時(shí)間在 86～92ns之間，與搜索法測試值 89 ns基本符合。

5 結(jié)束語

由以上兩種交流參數(shù)的測試方法可以看出，搜索法雖然可以測出具體指標(biāo)，但是顯然測試時(shí)間較長，所以一般使用在研制過程中，將測試交流參數(shù)的具體數(shù)值提供給設(shè)計(jì)人員，方便設(shè)計(jì)人員將測試值與設(shè)計(jì)值對比并對設(shè)計(jì)器件進(jìn)行有效的調(diào)整。在器件設(shè)計(jì)穩(wěn)定之后，為了提高測試效率，節(jié)約測試成本，一般采用功能驗(yàn)證法進(jìn)行交流參數(shù)測試。參考文獻(xiàn)：

[1]高成，張棟，王香芬.最新集成電路測試技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社,2009.2.

[2](美)M ichaelL.Bushnell,(美)VishwaniD.Agrawal.超大規(guī)模集成電路測試[M].蔣安平，馮建華，王新安，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

Test M ethod of AC Parameters for ATE-based ICs

SUN Lili,LINan
（Wuxi i-CORE Electronics Co.,Ltd,Wuxi214072,China）

Against the background of the fastdevelopmentof IC design andmanufacturing,the continuously improvementof the IC'sscale and levelhaspromoted thedevelopmentof test technology.The accuracy of AC parameters has become an important factor affecting the performance of ICs.The paper oversees the basic concepts and principles of AC parametric testing,and discusses the method of AC parametric test.The specificmethod,flow and testprogram of AC parameter testbased on TR6836 testsystem is presented.Using the system,the 74HC04 is taken as an example to compare and analyze the two test methods of AC parameters:searchmethod and function verificationmethod.

integrate circuit;AC parameters;ATEsystem

TN407

A

1681-1070 （2017）03-0010-03

孫莉莉（1991—），女，江蘇靖江人，2012 年畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)通信工程專業(yè)，本科，主要從事集成電路測試工作。

2016-11-8