基于FPGA的集成电路测试系统设计探讨

潘慧峰

（深圳市天创威芯技术开发有限公司，广东深圳，518101）

基于FPGA的集成电路测试系统设计探讨

潘慧峰

（深圳市天创威芯技术开发有限公司，广东深圳，518101）

随着集成电路的功能以及各种参数的大量增加，要想保证电路的可靠性，就必须重视集成电路的测试功能，在传统的测试过程中，对集成电路的测试是依靠有经验的测试人员使用信号发生器、万用表和示波器等仪器来进行测试的。这种测试方法测试效率低，无法实现大规模大批量的测试。为此，本文分析了基于FPGA集成电路测试系统的优越性，并选取某集成电路的老化测试系统设计为例进行重点探讨。

FPGA；集成电路；测试系统设计

1 FPGA的特点

FPGA是现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是为了替代或者验证专用集成电路(ASIC)而出现的一种半定制电路，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

（1）采用FPGA替代ASIC电路(专用集成电路)，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。（2） FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。（3）FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。（4）FPGA是IC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。（5）FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。

将基于FPGA的集成电路测试系统设计可以实现逻辑芯片的功能故障测试，却由于FPGA芯片价格的不断下降和低端芯片的不断出现，使用FPGA作为主控芯片更适合于市场，且有利于对性能进行扩展，且能对被测芯片进行准确的功能测试。

2 基于FPGA的集成电路测试系统设计

由上述分析可以得知在FPGA的原理及特点决定了其在集成电路测试系统中可以得到很好的应用，本节以FPGA应用于某集成电路的老化测试系统为例进行分析。

该集成电路系统是将相对较高测试精度的测试电路和老化基础电路集成到一块电路板上实现，在条件允许的情况下，可通过接口电路将任意函数信号发生设备和示波器也作为单独的模块，集成到老化测试系统中。该集成电路老化测试系统选择FPGA作为集成老化测试系统的主控制芯片，利用FPGA实现对电路进行实时控制和测试数据的采集，并配置一台上位机将测试数据进行一定的处理和反馈，其具体的系统组成设计方案如下。

2.1 命令发送与数据接收处理

这部分的主要功能时：上位机通过串口给FPGA发送不同的命令，调用测试板的各个模块工作，接收串口传输给上位机的测试数据，并将接收到的数据进行处理和转换，结合测试板上的设计，将测得的数据，转换为实际测试值。

这部分的任务可由上位机软件实现。现有的软件如串口调试助手能够接收和发送数据，并且具备一定的数据再处理能力，可满足设计要求。

2.2 功能电路

功能电路部分也就是测试主电路部分，这部分是整个设计的核心，系统的各个测试相关模块均集中到一块电路板上实现，电路板上包括FPGA核心电路、加压电路、电源电路和接口电路等。其中，整个系统的大部分电气功能在系统主电路这部分实现，主电路图如下图1所示。

2.3 元器件老化及测试所需环境的实现

在电参数测试试验中，大部分器件的正常工作都需要特定外围电路来实现，测试元器件也要保证其是正常工作状态，这样测出来的参数才准确可信。因此，需要被测器件适配电路板，上面需配置被测器件的外围电路，提供元器件正常的点环境。根据器件的封装方式不同，还要配备对应器件封装的测试座。另外，在对元器件进行老化时，所需环境分为电应力、热应力和监控记录能力。电应力可通过元器件的老化电路板来实现。热应力由外部的可控温箱提供，数据的记录由上位机完成。老化电路要设计成让多个需老化的元器件的外围电路和测试座集中到一块或多块电路板上，提高老化效率。

图1 主电路结构图

2.4 电源电路设计

电源部分包括系统的供电和被测器件提供需要的供电环境。系统需外接±15V以上的直流电源，作为总的电源输入。

设计大量使用了电压调整器，外接的±15V以上的直流电源首先通过电压调整其L7815和L7915进行稳压，在这两个芯片的输入输出端均接有去耦电容进行初级滤波，这样可得到稳定可靠的±15V直流电压源，其输出电流最大可达到1.5A。

该系统中，IO的供电电压VCCIO，全部接的3.3V电压。另外，为了保持供电电压的稳定性，因此该系统采用了久经验证的AMS1117系列固定输出电压低压差线性稳压器，分别为AMS1117—1.2、AMS1117—2.5和 AMS1117—3.3。AMS1117系列是一种专门用于低电压的稳定器，其功耗小，最大输出电流为1A，满负载调整率0.2%，性能稳定，保证了FPGA内部逻辑电路的稳定性。

3 结束语

随着数字技术不断发展，在消费电子、通信和计算等领域对测试技术不断提出的挑战，适应测试和组装外包已经成为发展趋势的必然要求。集成电路的测试技术伴着新的测试理念、新的测试流程、方法和技术不断的出现。本文通过对 FPGA的集成电路测试系统设计的分析探讨，以显示其重要的应用价值，因此可以得到大力的推广应用。

[1]李妍臻,李烨,刘海等.基于FPGA的集成电路测试系统设计[J].电子世界.2013.

[2]杨海钢,孙嘉斌,王慰等.FPGA器件设计技术发展综述[J].电子与信息学报.2010.

[3]高海莺.FPGA工作原理及核心模块结构应用[J].信息通信.2013.

Design of integrated circuit testing system based on FPGA

Pan Huifeng
（Shenzhen tianchuanwick technology development co., LTD.，Shenzhen Guangdong,518101）

With the function of the integrated circuit and the tremendous increase of various parameters, in order to guarantee the reliability of the circuit, we must attach importance to integrated circuit testing capabilities, in the process of the traditional test, test of integrated circuit is rely on experienced testers use signal generator, instruments such as multimeter and oscillograph to test. This test method is inefficient and cannot be tested in large quantities. In this paper, the advantage of FPGA integrated circuit testing system is analyzed, and the design of the aging test system of an integrated circuit is discussed.

FPGA; Integrated circuit; Test system design