一种精确测量AC-DC电源管理类芯片的方法

顾卫民，付俊爱

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏 无锡 214035）

一种精确测量AC-DC电源管理类芯片的方法

顾卫民，付俊爱

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏 无锡 214035）

对于AC-DC电路测试，圆片测试（CP）一般采用开环测试的方法，测试项目较少，从而使CP的测试时间大大减少，提高了测试效率以及测试产能。CP测试的目的是测试基准电压以及输出波形等参数，并对相应参数进行工艺上的修调，使得这些参数达到中心值，保证芯片基本功能的准确；但CP测试并不是应用环境下的芯片状态，所以当AC-DC电路进行成品测试（FT）的时候，通过模拟芯片的应用环境来测试芯片在应用端的参数，从而确保芯片在工作环境中能正常应用，达到检测芯片的目的。主要介绍了AC-DC电路在闭环应用环境下各项参数的测试方法，确保电路功能的稳定性以及可靠性。

AC-DC电路；圆片测试；成品测试；闭环测试；测试参数；自动测试设备；管芯

1 引言

AC-DC电源管理类芯片是开关电源的一种，该类电源也称为一次电源——AC是交流，DC是直流，为电池充电器、应用适配器等提供高性能的AC/DC转换控制IC，该类芯片利用脉动频率调整方式（PFM）来建立间断通电模式（DCM）反馈提供电源。随着半导体技术的不断进步，AC-DC电源管理芯片性能提升明显，应用日益广泛。电源控制和电源转换是AC-DC芯片大量使用的一个重要领域，在这类应用中，AC-DC芯片的稳定性以及可靠性是应用中最为重要的，因此，如何筛选出稳定、可靠的IC电路变得极为重要。

2 AC-DC电路主要指标简介

AC-DC芯片电源效率和电源设计线路有密切的关系，高效率的电源可以提高电能的使用效率，在一定程度上可以降低电源的自身功耗和发热量，在此就需要对电路的一些主要指标进行了解。AC-DC芯片的主要参数有：

Vopr（min）—欠压保护；

Vth—启动电压；

Vbias—参考电压；

Iout—输出电流；

VFB/IFB—反馈输入；

VFB（OVP）—过压保护。

半导体厂家设计了多种规格的AC-DC芯片满足各种不同的应用需求。产品功率从几瓦到几千瓦均有，适用于不同场合。此类产品的规格型号繁多，应用工程师可以选择合适的型号满足应用要求。

随着半导体工艺技术的不断发展，设计方案的不断更新，AC-DC芯片的性能不断提升，IC自身附加的功能也越来越多，将原先外围辅助电路设计到了IC内部，很多型号的产品外围消除光耦合器、二次CV/ CC控制电路以及控制回路补偿电路，使得外围更加简单明了，应用更加方便。但同时，对这些IC的性能检测相对也有了更高的要求。表1和表2是一款广泛用在微型/无线电话、MP3等其他便携式设备的适配器或充电器上的AC-DC芯片的性能参数。

表1 典型AC-DC芯片绝对最大额定参数

3 AC-DC电路测试

在AC-DC电路生产制造过程中，测试是保证其质量及剔除不良品的重要环节。测试通常由自动测试设备（Automatic Test Equipment，ATE）、探针台（PROBER）或者机械手（HANDLER）、负载板（LOADBOARD，也叫DUT板）等构成的系统来完成。典型AC-DC芯片测试系统结构如图1所示。

图1 典型AC-DC测试系统

测试系统（ATE）是由测试单元和计算机组合而成的系统，拥有各种参数测试必须的各种资源，包括PMU（精密测量单元，Precision Measurement Unit）、DPS（器件供电单元，Device Power Supplies）、TMU（时间测试单元，Time Measurement Unit）、CBIT（继电器控制矩阵，Control BIT）等。负载板（LOADBOARD）是把ATE资源信号转换为被测器件所需信号的电路模块。探针台（PROBER）或者机械手（HANDLER）的作用是：承载圆片或者IC 成品电路，通过机械装置的周期性动作，依次逐个将需要测试的管芯通过转接板连接到测试回路中，并根据ATE测试的结果（PASS/ FAIL），CP测试将数据记录在MAPPING文件中，在后续的工序中，可以根据MAPING文件对相应的管芯用专用墨水进行标记，不良品会打上墨点，有墨点标记的芯片在封装工序会被舍弃，成品电路则通过ATE测试的结果（PASS/FAIL），根据测试分档要求，按照要求将指定的分BIN分到相应的料条管中，区分出电路的好坏，达到测试要求。

4 AC-DC电路测试难点

AC-DC芯片集成度高，功能强大，它复杂的内部结构给它的性能、参数测试带来了很大的难度，图2为某种典型的AC-DC芯片的原理框图。

首先，由于AC-DC芯片的内部结构复杂，要对其进行测试，需要对电路的工作原理、电路的结构组成以及各组成部分之间的关系、测试参数的原理和相对应的测试方法等多方面有深刻的理解和认识。

第二，AC-DC芯片内部包含了许多相对独立的部分，要实现对每个部分相关参数进行测试，都需要设计专用的测试线路来囊括所有的测试项目，所以就需要测试系统有相应的配套，例如测试时间参数的测量线路（TMU）、测试输出特性的精密测量单元（PMU）等。而且AC-DC芯片需的参数包含了不同类型的物理量，如频率量、时间量、电压量、电流量等，另外还包含某些需要扫描测试的阈值量，因此在测试系统中必须要具备针对不同部分和不同物理量的专用测试线路。

表2 典型AC-DC芯片电特性（VCC=15 V，TA=25 ℃，除非特别说明）

第三，由于AC-DC芯片内部各组成模块是相互作用的，所以对某一项参数进行测试时，需要考虑其他模块对其的影响，这就需要考虑整个器件的工作模式以及各个子模块在工作模式下的相互关系。

第四，由于AC-DC芯片的某些参数测试比较敏感，要求测试线路与被测电路之间的外围不能距离太大，或者在测试过程中，某些管脚的一些小状态就会影响到该参数的测试准确性，甚至导致功能消失。所以在设计测试方案的时候就需要考虑一些控制位的外围线路如何处理的问题。

基于以上分析和其他的一些因素，目前国内还没有能够全面完成所有AC-DC芯片测试的一套理想的测试系统，目前的设备基本只能测试基本的直流参数、时间参数等，并不能很好地满足AC-DC芯片生产和应用的测试要求。

5 AC-DC芯片基本测试方法

在此我们主要介绍AC-DC芯片目前国内主流的一些参数测试方法以及技巧。

AC-DC芯片在测试过程中，分为开环测试部分和闭环测试部分。在圆片测试（CP）的时候通常采用开环测试，这种测试模式主要优势是外围比较简单，测试比较方便，并且测试效率比较高，比较适合成熟产品在CP测试的时候进行电路的筛选。开环部分，主要测试项目为基准电压（VREF）、启动/关断电压（UVLO）、启动电流（IST）、工作电流（ICC）、输出频率（fOSC）等，这些是保证电路正常工作的最基本参数。如图3所示，开环参数测试一般外围比较简单、直观，只需要按照芯片的工作条件，在测试某项参数的时候，让电路进入相应的工作模式，进行测量。从图中可以看出，在整个外围设计过程中，芯片的每个管脚都用继电器（RELAY）断开。这是为了防止电路在测试过程中，某些管脚对外围比较敏感，因为某些干扰条件导致芯片工作不正常，最常见的就是由于导线太长形成的天线效应、连接排线产生的线电容干扰以及测试系统本身导致的某些不确定因素，导致本不该有状态的管脚上叠加了某些干扰信号。

图2 典型AC-DC芯片原理框图

图3 典型AC-DC芯片开环测试原理图

在CP测试过程中，最主要的测试目的是对芯片的基准参数进行调整。所以在这个过程中，就需要根据初始的测试值对这些参数进行修调，从而使芯片能够输出更加准确。一般情况下，根据开环测试参数修调基准电压以及输出频率。

在图4中，我们根据条件，测试FB脚的电压得到电路基准电压（VREF），以及测试GATE脚得到芯片工作频率（fOSC）。根据测试的初始值，进行计算查表，得到需要Trimming的相应信息，具体的查表对应信息如表3（具体的Trimming方法在此不作详述）。

开环测试方案广泛应用于AC-DC芯片的圆片测试环节，但随着时代的发展、技术的进步，目前在应用过程中对产品的要求越来越高，产品的精度、准确性就显得特别重要，所以一些产品设计公司为了确保产品在应用环节的可靠性，就需要在芯片测试过程中进行闭环测试，从而确保测试出来的参数和实际应用过程中的参数是一致的，保证电路装机的可靠性和稳定性。在此，在测试方面就需要设计相应的闭环线路，模拟产品应用环境，图5所示为典型的AC-DC电路闭环测试原理图。

图4 某AC-DC芯片PAD图

表3 修调参数真值表示例

在此部分，主要测试电感线圈后端的电压输出，以及流过负载的电流，我们通过对图中VOUT端加负载电流来测试输出电压，并且通过加不同的电流来监控芯片在不同负载电流下的输出电压VOUT的变化。输出电流的测试，主要是模拟应用过程中VOUT端带不同的负载对IOUT的影响，可以通过在VOUT端施加不同的电压来模拟电路工作，监控输出的电流及其变化。通过以上测试来确保筛选出可靠、稳定的IC电路。通过这样的方法得到合格电路。这样在应用环节中对整机的性能就有很好的保证。

图5 典型的AC-DC电路闭环测试原理图

6 结束语

随着半导体技术的发展，市场对产品的要求越来越高，AC-DC电路的集成度也越做越高，在集成了很多的辅助模块之后，IC对测试的要求也就相应越来越高，针对目前AC-DC芯片的测试方案，本文提出了利用开环测试和闭环测试相结合的测试方法，使得IC电路在测试过程中参数测试更加全面、细致，从而保证产品在应用环节的可靠性、稳定性，对AC-DC芯片测试有一定的指导性。

[1] http://www.On-bright.com [EB/OL].

[2] 北京华峰测控技术有限公司. ATE应用文集[EB/OL]. 2012. http://www.accotest.com.

[3] http://diodes.com [EB/OL].

作者简介：

田 沣（1962—），男，陕西兴平人，研究员，研究方向为电子设备结构设计。

A Skillful Technology for Low MOSFET RDS(ON)Testing

GU Weimin, FU Jun’ai
（China Electronics Technology Group Corporation No.58Research Institute,Wuxi214035,China）

For the AC-DC circuit testing, chip probing test（CP）generally uses the method of the open loop test, test parameter is less, so that the test time of CP is greatly reduced, improving test eff i ciency and test capacity, the CP test is designed to test the reference voltage and the output waveform parameters, and the corresponding parameters of process on the trimming, these parameters to achieve the central value, guarantee the basic functions of chip accurately, but the CP test is not applied environment of the chip, so when the circuit of AC-DC fi nal testing（FT）, the application environment, through the simulation of chip, parameters to test chip on the application side, so as to ensure that the chip in the work environment the normal application, achieve the purpose of detection chip. The paper mainly introduces the application of AC-DC circuit in the close-loop environment, the testing method of the parameters of the circuit function, to ensure the stability and reliability.

AC-DC circuit; chip probing test; fi nal testing; close-loop test; parameters; auto test equipment; DIE

TN406

A

1681-1070（2014）11-0016-05

顾卫民（1984—），男，本科，毕业于杭州电子科技大学计算机科学与技术专业，现在中国电子科技集团公司第58研究所从事集成电路测试技术研究工作，主要研究方向为模拟和数模混合集成电路的测试技术。

2014-08-07