高速數(shù)電芯片參數(shù)測試方案優(yōu)化研究

余蓓敏

高速數(shù)電芯片參數(shù)測試方案優(yōu)化研究

余蓓敏

（安徽電子信息職業(yè)技術學院 電子工程學院，安徽 蚌埠 233000）

為了解決高速數(shù)電芯片測試速度慢、測試精度低的問題，提出一種利用LK88系列測試平臺對集成電路高速數(shù)電芯片參數(shù)進行有效測試的方法。該測試方案通過對高速數(shù)電芯片SN74HC138的測試，可以實現(xiàn)快速篩出失效芯片、進行功能驗證、對高速數(shù)電芯片的直流參數(shù)進行精準測試，最后通過上位機直觀顯示出來。測試過程易于操作、增強了可讀性。與芯片Spec參數(shù)標準對比分析后可以得出測試精準性也有效提高。因為縮短了整體測試時長，并且精度提高，對于提升集成電路產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟效益方面具有積極影響。

集成電路測試；高速數(shù)電芯片；參數(shù)測試

隨著我國電子產(chǎn)業(yè)市場的不斷擴大，中國對于芯片的需求日益增加，逐漸成為全球最大的市場。集成電路測試是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的最后一道生產(chǎn)工序[1]。集成電路測試包括設計階段的設計驗證、晶圓制造階段的過程工藝檢測、封裝前的晶圓測試以及封裝后的成品測試，貫穿設計、制造、封裝以及應用的全過程，在保證芯片性能、提高產(chǎn)業(yè)鏈運轉(zhuǎn)效率方面具有重要作用。其中芯片測試是封裝完成之后的半成品測試，剔除封裝原因?qū)е碌牟涣?，以及晶圓測試不能覆蓋的參數(shù)不良，同時可以驗證晶圓測試的有效性。隨著5G技術鋪天蓋地的應用，物聯(lián)網(wǎng)、云端、人工智能（AI）等方面所需芯片大有井噴之勢[2]。在影音及資訊流迅猛成長的今天，高速傳輸芯片的意義尤為重要[3]。為了提升傳輸速度，高速傳輸芯片的需求越來越大，逐漸成為電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的衡量指標。對于傳輸過程中經(jīng)常用到的譯碼器芯片，更是不可或缺的芯片之一。下面以SN74HC138為例，進行高速數(shù)電芯片參數(shù)測試方法的研究。

1 芯片簡介

SN74HC138是一種具有3-8線譯碼器功能的高速CMOS集成芯片，引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。

表1 SN74HC138芯片功能表

2 電路設計

2.1 芯片管腳與測試機端口的分配

LK88系列測試平臺由PC電腦、測試機、機械手或探針臺、電路測試卡或探針卡組成，用于測試成品電路或芯片。LK8810測試系統(tǒng)主要由電源、接口與參考電壓板（IV）、電源與測量板（PM）、數(shù)字功能管腳板（PE）、模擬功能板（WM）五部分組成[4]。這些板都插在測試總線板上，且與插板的順序無關。其中IV板提供測試機4個參考電壓（兩個驅(qū)動電壓VIH、VIL和兩個比較電壓VOH、VOL），參考電壓可通過函數(shù)設定，但設定時必須與所加的電源電壓相適應。LK8810與測試板之間統(tǒng)一的測試總線使測試DUT板通用性增強，只需對測試芯片進行更換即可。PM板提供被測電路的測試電源，并實現(xiàn)被測電路的所有直流測試?？梢蕴峁﹥陕吠耆嗤碾娫赐ǖ篮鸵粋€高精度的直流測量系統(tǒng)[5]。PE板實現(xiàn)數(shù)字功能PMU測試，提供16個管腳通道和4個繼電器開關，采用供電壓測電流或供電流測電壓的方式對芯片電壓電流參數(shù)進行測試。測試前根據(jù)待測芯片和DUT板特點，對測試機PE端口和測試DUT板上的待測芯片管腳進行設計分配，如表2所示。

表2 74HC138測試板接線分配表

2.2 DUT板電路設計和連接

根據(jù)以上管腳分配設計，利用Altium Designer15軟件對測試DUT板電路進行規(guī)范的設計，將芯片各管腳與測試機端口一一對應連接，完成DUT板電路的組裝。如圖1所示。

圖1 SN74HC138測試電路

3 程序設計

通過LK8810測試系統(tǒng)測試專用函數(shù)，在Visual C++ 6.0編程環(huán)境下，對于SN74HC138芯片測試進行程序設計。部分測試程序如下所示。

Mprintf(".............測試1............ ");

Mprintf(".............G1=H G_2A=L G_2B=L C=L B=L A=L Y=LHHH HHHH？test............ ");

_on_vpt(1,3,5);//VCC加5V電源電壓

_set_logic_level(5,0,0,0);//VIH=5V,VIL=0V

_sel_drv_pin(9,10,11,12,13,14,0);//設置輸入

_set_drvpin("L",12,13,0);//G_2A、G_2B置低

_set_drvpin("H",14,0);//G1置高

_set_drvpin("L",9,10,11,0);//C、B、A置低

for(a=1;a<9;a++)

{

V[a-1]=_read_pin_voltage(Y[a],2);//通過電源通道2依次讀取Y0～Y7輸出管腳電壓值

Mprintf(" Y%d= %2.2f ",a-1,V[a-1]);//輸出電壓依次通過上位機顯示

}

Mprintf(" VOH1");//測量VOH1

_on_vp(1,2);

_sel_drv_pin(9,10,11,0);//驅(qū)動管腳申明

_set_logic_level(1.5,0,0,0);//設置輸入輸出的參考電壓

_set_drvpin("H",9,10,11,0);//設置并輸出驅(qū)動腳的邏輯狀態(tài)為高電平

_wait(10);

for(i=0;i<8;i++)

{

Test1[i]=_pmu_test_iv(1+i,2,-20,2);//對9～15管腳進行供電流測電壓，返回管腳電壓（V）。

Mprintf(" VOH[%d]=%5.3fV",i+1,Test1[i]);//打印顯示輸出引腳返回的電壓信息。

if(Test1[i]<1.9)//當管腳返回的電流小于1.9V，顯示“溢出OVERFLOW!”，否則顯示OK。

Mprintf(" OVERFLOW!");

else

Mprintf(" OK!");

}

4 上位機測試

通過LK8810配套的上位機J8120程序，系統(tǒng)為用戶創(chuàng)建位于C盤下的模板程序，簡化了程序設計編寫。在Visual 6.0環(huán)境下，對模板程序文件進行具體程序的編譯。注意編譯的時候要關閉J8120程序。然后再次打開J8120程序，載入編譯好的測試程序，依次選擇文件路徑、Debug、*.dll文件后，進行上位機測試。如圖2所示，芯片開短路鉗位電壓正常，功能正常。

圖2 開短路和功能測試部分結果

測試中，首先應用測試機專用測試函數(shù)程序使測試機滿足測試每個參數(shù)的測試條件，測試機接受指令對芯片管腳送條件要求的電壓或電流值，接著通過程序指令進行供電流測電壓或者供電壓測電流的電壓或電流測試，最后將參數(shù)測試值輸出到上位機屏上。如圖3所示。

圖3 直流參數(shù)測試結果

根據(jù)芯片產(chǎn)品規(guī)格中給定的正常范圍信息對芯片電壓參數(shù)和電流參數(shù)進行判定，將測試結果與芯片數(shù)據(jù)手冊正常值進行對比分析，列表進行記錄和分析。如表3所示，芯片測試結果在正常范圍內(nèi)，測試結果與典型值（TYP）誤差范圍較小，符合設計及應用需求，該SN74HC138芯片為良品。

表3 測試結果分析比較

注：electrical characteristics over recommended operating free-air temperature range TA = 25℃ (unless otherwise noted) (unless otherwise noted)

5 結束語

數(shù)電芯片參數(shù)對于數(shù)電芯片的應用和電路功能數(shù)據(jù)分析意義重大，一般數(shù)電芯片測試過程反應時間長，特別是電流測試精度較低，應用此方法對SN74HC138芯片的測試過程中，通過開短路測試（Openshort test）首先去除了失效芯片，然后對功能（Function test）進行了驗證，并且能夠快速測試并顯示芯片輸出電壓及電流參數(shù)（DC test）。測試過程中，LK8810的兩個電源通道合理利用，測試結果與芯片Spec參數(shù)標準嚴格對比后，可以看出該測試方案對于高速CMOS數(shù)電芯片的測試效果較好，直流參數(shù)測試精準，對于小電流的測試達到0.001μA的測試精度。測試中，軟件、硬件功能模塊獨立，軟件界面友好，操作方便，顯示直觀性強[6-8]。對于集成電路芯片的后續(xù)測試中，可以對其他參數(shù)進行進一步的測試。在進行開短路、功能、參數(shù)測試的過程中，較大程度上縮短了高速數(shù)電芯片的測試時間，提高了測試效率。此測試方案可操作性強、測試速度快、具有較高的通用性和應用價值。

[1] 孫妤婕，趙利強，鄭惠澤，等. 基于Qt的集成電路測試軟件設計與實現(xiàn)[J]. 計算機測量與控制，2021, 29(05): 150-153, 168.

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[3] 李妍臻. 數(shù)字電路芯片測試系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D]. 廣州：華南師范大學，2013.

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[5] 杭州朗訊科技有限公司[EB/OL]. http://www.luntek.com.cn/product-12501-246347.html,2018-04-12.

[6] 楊慎濤. 數(shù)字電路系統(tǒng)性能測試軟件開發(fā)及矢量生成算法研究[D]. 南京：南京航空航天大學，2014.

[7] 張為，王佳琪，童煒. 一種高精度直流參數(shù)測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 天津大學學報（自然科學與工程技術版），2020, 53(12): 1288-1294.

[8] 葉敏軍. 數(shù)字集成電路測試技術應用[J]. 電子技術與軟件工程，2021(01): 93-94.

Research on parameter test scheme optimization of high speed digital and electrical chip

YU Bei-min

(School of Electronic Engineering, Anhui Vocational and Technical College of Electronic Information, Anhui Bengbu 233000, China)

In order to solve the problems of slow test speed and low test accuracy of high-speed digital chips, an effective test method for the key parameters of integrated circuit high-speed digital chips using LK88 series test platform is proposed. By testing the high-speed digital chip SN74HC138, the test scheme can quickly screen out the failed chip, verify the function, accurately test the DC parameters of the high-speed digital chip, and finally display it intuitively through the host computer. The test process is easy to operate and enhance readability. Compared with the chip Spec parameter standard, it can be concluded that the test accuracy is also effectively improved. Because it shortens the overall test time and improves the accuracy, it has a positive impact on improving the economic benefits of the integrated circuit industry chain.

integrated circuit testing；high speed digital chip；parameter test

2021-08-20

安徽電子信息職業(yè)技術學院校級科研項目——基于LK8810系列平臺數(shù)字芯片參數(shù)測試方案優(yōu)化研究（2021AHDZZK01）；安徽電子信息職業(yè)技術學院校級教科研項目（2021AHDZZJ06）

余蓓敏（1982-），女，安徽廣德人，講師，碩士，主要從事電子信息系統(tǒng)的設計與測試，ybeiminki@163.com。

TP206+.1;TP311

A

1007-984X(2022)02-0027-05