基于集成电路测试系统的大功率资源板设计

季常珊，王斌，陈剑晟

（集成电路测试技术研究中心，BJAST，北京自动测试技术研究所）

0 引言

众所周知，任何产品系统开发计划的关键环节之一就是对重要组件和整个产品进行性能测试、测量和分析。完成上述重要工作，需要使用经济、高效、可靠、高性能的测试设备和软件。集成电路测试系统能够代表国内先进的测试系统水平，它可快速、准确地对各类大、中、小规模集成电路进行全参数测试。具有覆盖面宽、测试精度高、性能稳定、操作方便等特点。

现阶段由于部分集成电路的电压和电流的参数值较高，因此需要测试系统提供大功率的源和测量表，这对集成电路测试系统提出了新的要求。本文提出了一种大功率资源板的设计方案，电压施加和测量范围是±30V，电流施加和测量范围是±5A，它可以长时间准确地对被测芯片管脚施加大的电流值，与之前通过外接电容充放电形成大电流的瞬态测试方法相比，具有施加持续时间长，精度高等特点，弥补了此类集成电路在现阶段测试方面的不足。

1 大功率资源板总体设计

大功率资源板具有限压限流保护、检验诊断、校准等功能，可通过测试系统的GPIB接口连接通用测量仪器、仪表，对大功率资源板进行诊断和校准。限压限流的保护功能可保护由于过压或过流引起的大功率资源板以及被测芯片烧毁的情况。检验诊断的功能可检测资源板的工作状态，测量准确度等是否正常，并在出现故障时进行自动诊断。校准功能可对资源板的精度进行自动校准，并将校准信息存储到资源板上，保证资源板的精度，使其达到最佳状态，从而提高了测试系统的使用效率并保证了测试质量。

大功率资源板主要包括闪存、大功率精密测量单元两部分，如图1所示。控制电路主要功能是与计算机通信、控制闪存、DA、AD转换；闪存可将校准参数进行存储；大功率精密测量单元可通过控制DAC和ADC来改变施加的电压或电流值，并进行实时测量；DA与AD则可完成数字信号与模拟信号之间的转换。资源板工作时，计算机通过控制电路控制DA转换器将模拟量传入施加电路，通过施加电路将电压或电流施加至负载，即完成施加过程；同时，测量电路将负载的电流或电压值回传到AD转换器，控制电路控制AD转换，并回传至计算机，即完成测量。

2 大功率资源板硬件设计

大功率资源板硬件设计主要由大功率精密测量单元与闪存组成。而硬件部分的核心内容是大功率精密测量单元。

图1 总体框图

2.1 大功率精密测量单元工作原理

大功率精密测量单元主要具有施加电压测量电流（FVMI）和施加电流测量电压（FIMV）2种工作方式，同时还有检验诊断、校准等功能。其工作原理框图如图2所示。

图2 大功率精密测量单元工作原理框图

大功率精密测量单元施加电压测量电流时，继电器K1、K2、K3闭合，计算机通过总线向控制电路发出指令使其输出适当的数据至DA数模转换电路并传送至电压源电路，电压源电路将施加出所需电压至被测器件（DUT）管脚。减法器电路将采样电阻R两端的电压差值传送至AD模数转换电路，控制电路接收AD传送的数据并将其返回给计算机处理，从而得出电流值。大功率精密测量单元施加电流测量电压时，继电器K4、K5、K6闭合，计算机通过总线向控制电路发出指令使其输出适当的数据至DA并传送至电流源电路，电路源电路将施加出所需电流至DUT管脚。电压跟随电路将DUT管脚电压传送至AD，控制电路接收AD传送的数据并将其返回给计算机处理，从而得出电压值。由于电阻R决定了电压源输出电流的大小，可以通过改变电阻R的值来改变相同电压下输出电流的大小。

本设计中的电压源电路、减法器电路、电压跟随电路、电流源电路均采用APEX公司的PA12芯片进行设计，它是为驱动电阻、电感和电容而设计的高压、大输出电流运算放大器，具有低热阻值、折线式限流保护、出色的线性度、宽电源范围：±10V～±50V，大输出电流：高达±15A峰值等特点，满足大功率精密测量单元的设计要求。

2.2 大功率精密测量单元校准及参数存储

由于存在DA输出、AD采样、电阻精度等误差，因此电路设计完成后电压和电流精度难以达到设计要求，这需要对大功率精密测量单元进行校准，通过利用外部高精度数字万用表测量电压施加实际值，将电压实际值修正到理论值，以减小电压施加误差。大功率精密测量单元电压测量、电流施加、电流测量均采用这种校准方法，校准后将校准参数写入闪存中，进行电压、电流的施加和测量时，从闪存中读取校准参数。这样即能保证大功率精密测量单元的精度，又能在大功率精密测量单元断电后正确的保存校准参数。

3 大功率资源板软件设计

系统软件是测试系统的灵魂，是测试系统正常可靠运行的基础。它的操作系统选用Win 2000/Win XP，采用基于C++语言的面向信号测试程序接口，使测试程序具有C++语言的灵活性。利用VC++来开发操作界面和控制软件，进行自检与校验控制函数的编写。本系统的自检、校准软件的设计实现分别如图3、图4所示。

3.1 自检软件设计实现

图3 自检软件结构

初始化：对大功率资源板进行复位，选板。

功能自检：功能自检包括加流测压、加压测流、加流限压、加压限流四项自检功能。通过功能自检的结果判断大功率资源板输出参数的正确性。

3.2 校准软件设计实现

图4 校准软件结构

校准流程控制：依次对电压施加、电压测量、电流施加、电流测量精度进行校准，在电压、电流的校准项目中，首先进行电压、电流的施加或测量，再读取万用表的测量值，然后进行校准参数计算，最后调用计算机控制软件中闪存数据存储程序将参数写入闪存中。

万用表控制：通过集成电路测试系统的GPIB接口读取高精度数字万用表的测量值。

校准参数计算：利用理论值和实际值计算校准参数。

校准结果验证：将校准后的电压、电流的施加和测量值与高精度万用表的测量值进行比较，判断校准结果的正确性。

4 设计验证

大功率资源板设计完成后分别对大功率电阻进行加流测压、加压测流的测试验证，其输出电流可达到5A，结果如表1所示。

表1 试验结果

5 结论

本文介绍了一种大功率资源板的设计，目前它已应用到集成电路测试系统中，用于测量电源管理等芯片的电参数。此设计弥补了现阶段对电源管理等芯片等测试方面的不足，对此类芯片的测试精度和规范化都有了很大程度的提高。

[1]邢钰等. 某型机载超短波抗干扰电台自动测试系统的设计[J].测控技术,2006(25):33,36

[2]Arun Sheth. 测试测量领域发展现状及趋势[DB/OL].http://www.mct.com.cn.2009.3.17

[3]《现代集成电路测试技术》编写组.现代集成电路测试技术[M]，北京：化学工业出版社，2006.

[4]PA12数据手册. http://www.apexmicrotech.com