IC测试系统中多通道参数测试单元的研发

阎 伟 ,高 剑

（北京自动测试技术研究所，北京,100088）

IC测试系统中多通道参数测试单元的研发

阎 伟 ,高 剑

（北京自动测试技术研究所，北京,100088）

并行测试在集成电路测试系统的发展过程中越来越重要,并行测试的引入，减少了测试时间，降低了成本。我们在原有测试系统的基础上通过设计多通道参数测量单元模块，实现了多芯片供电及多路直流参数并行测试，大大提高了测试效率。

多通道；并行测试；参数测试单元

0 引言

如今，集成电路是信息产业重要的组成部分之一，集成电路的飞速发展势必会带动集成电路测试设备的不断完善与更新。由于芯片的规模和种类迅速增加，很多通用集成电路自动测试系统虽然能够覆盖多种被测对象的测试需求，但受测试接口容量和测试软件运行模式的限制，大多仍沿用串行测试工作模式，不能同时对多个被测器件(DUT)进行测试，因此整个系统的测试效率极低，这使得在强调大规模测试保障效率的场合，如量产测试时，现有的通用自动测试系统往往无法真正替代多台专用测试系统的工作。

随着集成电路的广泛应用，大批量、多种类、复杂流程已成为测试的必须要求，并且产品的测试成本在总成本中的比重越来越大。为了降低成本、减少测试时间，并行处理技术被引入并得到广泛应用。

1 并行测试

并行测试指测试系统在同一时间内完成多项测试任务。包括在同一时间内完成对多个DUT（被测器件）的测试；或者在单个DUT上异步或者同步地运行多个测试任务，同时完成对DUT多项参数的测量。并行测试技术通过增加单位时间内DUT的数量来提高系统的吞吐率；通过减少仪器及CPU的闲置时间来提高设备的利用率；通过对测试设备的共享来节约测试成本。因此采用并行测试技术可大大减少测试时间，降低测试成本。并行测试技术的引入是自动测试技术发展的一项重大的应用突破，是今后自动测试系统的主要特征之一。

测试系统并行测试主要需要测试图形的并行产生、多路供电及电参数的并行测试，其中各种电参数测试往往占据了测试的主要时间。本文重点研究电参数的并行测试模块，旨在原有测试系统的基础上通过增加该模块，使得多个器件的电参数可以同时测试，从而提高测试效率。

2 系统连接

本文采用国产测试系统BC3192V50作为测试平台，BC3192V50 系统是基于当前国际先进VXI总线的数字集成电路测试系统，系统的最大优点就是它的软、硬件的开放性和标准化，可嵌入多家VXI测试模块，使得测试系统易于扩展、升级。系统具有测试精度高、速度快等特点，系统设计采用模块化结构设计，每通道板可提供32路管脚电路，最大配置为8块通道板256路测试通道。最大测试速率为50MHz。

本测试系统采用8块通道板结构，每块通道板完全独立，都拥有32管脚通道，每个管腿可以是输出也可以是输入，在与外交换数据时，都是同步的。

图1为系统连接示意图：

3 并行测试的实现

BC3192的测试通道板完全独立，本设计将多路供电及参数

测量单元模块集成于该系统中，为并行测试提供了足够的系统电源容量，通过设计高速、并行、多精密测量单元（PMU）并采用GO/ NGO并行测试方法，实现了高速参数测试。

图2 单PMU用于器件供电

图2 是单PMU对单器件供电方式示意图，本系统预计单板可提供16通道PMU，每个通道均可配置成电压源、电流源、数字万用表等多种仪器，相当于16个独立的仪器，也就是说即可以同时为测量16个器件提供电源，也可根据具体需要，将部分PMU用于通道电流测试。这就大大降低了并行测试中对共享资源调度的难度，极大地提高测试系统的集成度和测试吞吐量。在以时间决定成本的量产测试中，该技术极具市场价值。

图3 PMU板设计框图

图1 系统连接框图

图3 是整个系统子板的结构框图，该系统包含如下几部分：

1)VXI总线接口电路。该模块实现PMU子板与计算机及其他电路子板之间在VXI协议下的的通信。采用XC2C256-7VQ100 CPLD控制总线接口，使得VXI总线与PCI总线可以做到相互通信。

2)PMU子板控制器。该模块是整个电路子板的核心管理器件，通过使用FPGA设计的完成，实现对板上器件的控制和与VXI接口通信。FPGA使用了赛灵思的XC3S500，它是整个系统的大脑，通过一片XCF04s对他进行编程写入，实现各个控制字的控制，对地址、数据等各个控制字的读取与写入来达到控制整个系统的目的。

3)DA转换电路。ADI公司的高精度DA芯片AD5373配合AD8842提供了80个输出管脚，以便在后面的PMU测量的时候可以更好更有效的服务于测试。DA转换电路可以输出多达16路的激励电压，电流，提供箝位电平完成对器件保护和比较电平完成高速数字比较工作。

4)AD转换电路。该模块将测试结果转换为数字量传回控制器，，测量精度14bit，由于使用了多路并行ADC，可使各路测试结果同时完成转换，降低了测试时间。

5)PMU测量模块。采用ADI公司的AD5520，它是一个PerPin的高精度测量单元。由AD5373和AD8842输出的管脚经过转换，每5个一组（2个驱动电压，3个钳位），共计16个PMU通道，每个PMU通道都可工作于 [FVMI(加压测流)，FVMV（加压测压），FIMI（加流测流）和FIMV（加流测压）] 4种模式，并具有三态功能，因此可作为电源供电、测量及直流参数测量的部件应用。每一路都能单独开启、关闭，可独立选择测试模式，具有短路保护、箝位功能，提供最大±200mA的电流和多至22V的电压变化范围，能够满足绝大多数芯片的测试需求。它的量程可操作性比较丰富，共计分为六档：4uA、40uA、400uA、4mA、40mA以及200mA量程。丰富的电压量程与电流量程提供了更灵活的选择，在以后的测试过程中为用户提供了便捷。

6)继电器矩阵开关。系统提供了大量，丰富的光继电器用于各个量程的切换，使用光继电器的有点在于速度快、寿命长、噪音低、成本低等。根据系统控制器的命令，可自由切换测试通道，使每一路PMU对多个测试通道依次测试，而各个PMU可完全独立的并行工作。

4 结束语

由于每个PMU通道都完全独立，因此多个被测器件能够工作于不同测试流程，这为多线程的器件测试提供了方便。当检测到某个芯片的某个测试项出错时，一般会跳到后续指定的测试项目继续测试（或停止测试），同时其他芯片按原有测试项顺序继续测试，直到测试完成。对于多个芯片，测试中可能出错的测试项不同，因此跳转的流程也不相同。本系统完全独立的控制和模式任意选择的特性就可以保证各流程顺序执行，而不用等待其他芯片同步操作，从而大大降低了测试时间，提高了吞吐量。

本文采用的灵活的多PMU模块很大程度上决定整个系统的并行测试的能力，决定了测试的产能，整个过程是软、硬件配合的结果。根据不同芯片的要求，我们也可以对软件进一步优化，如改变测试顺序等，以达到最佳效果。

[1] 楼冬明,陈波.数字集成电路测试系统的研制.电子技术应用，2001(4):42~44

[2] 陈护勋.大规模数字集成测试技术研究.电子测量技术. 1983(2):48~54

阎伟 测试工程师，本科，主要从事集成电路测试研发工作。

Reserch of multi channel parameter testing unit in IC test system

Yan Wei，Gao Jian
（Beijing Institute of Auto-Testing Technology,Beijing,100088,China）

Parallel test is more and more important in the development of the IC test system.Parallel test is reduce the testing time and the cost.Based on the original test system,we designed multi channel parameter testing unit which can achieve the multi-chip power supply and parallel multi-channel DC parametric test,the test efficiency is greatly improved.

multichannel；parallel test；PMU