数字集成电路测试系统设计模式样本.doc

一个数字集成电路测试系统设计伴随数字集成电路广泛应用，测试系统就显得越来越关键。在网络化集成电路可靠性试验及测试系统项目中，需要检验一些含有宽电平范围军用数字集成电路芯片，而市场上常见中小型测试系统可测电平范围达不到要求，而大型测试系统价格昂贵。本文介绍了为此项目研制一个数字集成电路测试系统，可测电平范围达32V，使用方便，且成本较低。 测试系统结构及工作原理 系统需要对集成电路进行功效测试和直流参数测试。功效测试经过向集成电路输入端施加设定测试向量，检测并比较其输出测试向量，从而验证器件逻辑功效是否正常。直流参数测试是以电压或电流形式验证集成电路电气参数，要确保较高测试精度。 为了使系统结构灵活，便于升级，采取了基于总线模块化结构，其结构图1所表示。系统由通道板、数控电源板（DPS板）、精密测量单元板（PMU板）、测试接口板、单片机系统板（CPU板）和总线板组成。各个板卡经过总线板进行数据连接和交换。DPS板给测试系统提供电源、电压参考，给被测器件(DUT)提供工作电压。测试接口板功效是给DUT提供测试接口，给器件上电。 在功效测试过程中，计算机把预先生成测试向量送到单片机系统，单片机控制通道板把信号电平转换为测试所需电平，并把转换后时序波形施加到待测器件（DUT）输入管脚上，然后检测DUT输出，把检测结果经过总线传到单片机进行判定处理。直流参数测试过程是向DUT施加直流参数测试条件，经过PMU实现DUT直流参数精密测量。 通道板 通道板功效有两个，一是把测试码合成最终测试信号施加到DUT，另外功效是对DUT返回信号进行分析比较，将比较结果经过总线返回到单片机系统。通道板结构设计图2所表示。控制总线经过译码和逻辑控制单元设定并控制DUT管脚地址，管脚驱动和控制单元驱动并控制继电器阵列完成DUT管脚数据输入和输出功效。VIH（VIL）是由DPS板设定产生测试所需高（低）驱动电平。总线发送由程序预先生成测试向量，电平转换和驱动单元把测试向量转换为设定电平测试时序波形，管脚驱动和控制单元控制继电器阵列把波形施加到DUT输入管脚。管脚电平比较单元检测输出管脚信号电平，和预期输出数据进行逻辑比较后把比较结果传回下位机。在直流参数测试过程中，继电器控制单元将测试接口板上DUT连接到PMU，利用PMU模块实现电压或电流精密测量。在通道板电平转换部分设计图3所表示。电路在稳定后，在无信号输入时，V1略高于V2，输出为VIH；当TTL输入为低电平时，因为电容电压不能突变，使得V1低于V2，比较器翻转，输出为VIL；当TTL输入为高电平时，一样，V1略高于V2，输出为VIH。因为电容充放电，输出端电平不能长久保持在低电平，选择足够大电容可满足本系统测试需要。 精密测量单元精密测量单元（PMU）是系统精密测量直流参数基础单元。系统采取12位A/D和D/A转换器、分档和开尔文接法等手段来实现高精度测量。PMU可实现加压测流(FVMI)和加流测压(FIMV)两种工作方法。其中PMU中加压测流原理图图3所表示。Vin作为输入，器件施加电压Vp经测试接口板施加到DUT，经过测试Vout可得到到测试电流I。依据电路图能够计算出：这么，依据公式（1），经过控制Vin就能够向被测器件施加设定电压Vp，依据公式（2）可经过测试Vout来计算被测器件管脚上流过电流I。 直流参数测试中，PMU可经过测试输出端高/低电平、输入端漏电流、输出短路电流和静态功耗电流等来检测器件负载特征和静态功耗。 为了使PMU含有足够宽测试范围和测试精度，A3采取含有FET输入级高压运放OPA445，接成跟随器，使得流入A3电流极小，确保了电流测试精度，而且其高压特征确保了PMU测试范围。 软件部分作用是用计算机控制测试系统，并为用户提供一个友好、易于操作界面。下位机软件用C51程序编写，主程序步骤图图4所表示。上位机采取VC#.net编写。下位机软件关键工作是依据上位机传送测设参数设置系统电压及测试条件，载入测试向量向DUT管脚发送输入波形，然后测试输出端波形数据，发送到上位机并存放到数据库。 经过用户实际应用，证实该系统性价比高，测试正确。