基于LK8820 平台的数字芯片性能测试方案设计*

付 裕 ，徐永琪

（1.江西省机械高级技工学校（江西机电职业技术学院），江西 南昌 330013；2.南昌县中等专业学校，江西 南昌 330052）

0 引言

集成电路是国家的支柱性产业，是引领新一轮科技革命和产业变革的关键力量，不仅对国民经济和生产生活至关重要，而且对保障国家信息安全与提升综合国力具有战略性意义[1-3]。

集成电路核心产业链主要包括IC 设计、IC 制造、IC 封装测试三大领域，其中，测试是保证产品良率和成本管理的重要环节[4-5]。随着半导体制造工艺要求的提升，测试环节在半导体制造过程中的地位也进一步提升。从产业链的环节来看，集成电路测试主要包括设计验证、晶圆检测和成品测试[6-8]。本文所指的测试是成品测试，成品测试是在芯片封装后按照测试规范对电路成品进行全面的电路性能检测，目的是挑选出合格的成品芯片，保障芯片在任何环境下都可以维持设计规格书上所预期的功能及性能，避免不合格的芯片流入市场[9-10]。对于数字芯片来说，在投入市场前对芯片性能进行测试是最重要的一个环节。本文以74HC138 为例，详细描述了基于LK8820 平台的芯片开短路测试和输入高低电平电流测试的方案设计。

1 LK8820测试平台介绍

LK8820 集成电路开发教学平台由控制系统、接口与通信模块、参考电压与电压测量模块、四象限电源模块、数字功能管脚模块、模拟功能模块、模拟开关与时间测量模块组成，可实现集成电路芯片测试、板级电路测试、电子技术学习与电路辅助设计。平台的工控系统通过USB3.0 接口与通信模块（CM 板）连接，CM 板通过数据总线与其他五个模块连接实现数据的传输。用户可依据测试需求，设计测试电路，编写测试程序来实现测试目的。

2 待测芯片介绍

74HC138 是一款高速CMOS 器件，74HC138 引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC138译码器可接受三位二进制加权地址输入（C、B 和A），并提供8 个互斥的低有效输出（Y0 至Y7）。74HC138芯片引脚图如图1所示。

图1 74HC138芯片引脚图

3 74HC138芯片测试电路设计与搭建

3.1 74HC138芯片连接图

根据测试任务要求和LK8820 测试机硬件资源，74HC138 测试电路需能满足开短路测试、输入高低电平电流测试要求，74HC138 引脚与LK8820 测试接口的连接如图2所示。

图2 74HC138引脚与LK8820测试接口的连接图

3.2 测试电路搭建

根据上述的芯片测试电路连接图，完成测试板电路的连接。测试板焊接装配完成后和测试机挂盒连接，如图3所示。

图3 测试电路搭建图

4 基于LK8820 平台的74HC138 芯片测试程序设计

4.1 开短路测试工作原理

开短路测试是对芯片管脚内部对地或对VCC 是否出现开路或短路的一种测试方法，是基于产品本身管脚的ESD防静电保护二极管的正向导通压降原理进行的测试。通常，可以进行开短路测试的器件管脚对地或者对电源端都有ESD保护二极管，利用二极管正向导通的特性就可以判别该管脚的通断情况。

74HC138 芯片对地开短路测试通过在芯片被测引脚施加-100 μA 电流，测量被测引脚的电压值。若测量得出的被测引脚电压在-1.2 V~-0.3 V之间，则表示74HC138芯片是良品；若测量得出的被测引脚电压值为0 V，则说明74HC138被测引脚与地之间有短路；若测量电压为一个比较大的负值，则表示74HC138芯片内部电路有开路，一般是在被测引脚附近。

4.1.1 开短路测试流程

74HC138芯片的开短路测试流程如下：

1）通过_reset()函数对LK8820 集成电路测试机的测试接口进行复位；

2）通过_wait()函数延时等待一段时间，通常延时5 ms；

3）通过_on_vpt()函数选择电源通道和电流挡位，并设置电压。这里是通过电源通道1 向VCC 引脚施加0 V电压；

4）通过_pmu_test_iv()函数向被测引脚提供-100 μA电流，测量被测引脚的电压值；

5）通过para.Format()函数将存放在缓存区中对应的数据显示到输出界面参数行对应的结果栏中。

4.1.2 开短路测试程序设计

LK8820 测试机提供测试专用函数，根据测试机提供的程序包和库函数，在自动生成的74HC138 测试程序中，添加引脚定义、编写74HC138 开短路测试程序。

4.2 输入高低电平电流工作原理

在芯片开短路测试之后，需对芯片的输入引脚进行漏电流测试，这样可以尽早发现输入引脚是否存在结构问题，这可以为后面芯片的功能测试做好准备。

输入低电平电流IIL 测试是指在驱动电压为低电平VIL 时流入器件的电流。在进行输入低电平电流IIL 测试时，首先给74HC138 电源端口VCC 提供电源，然后向输入引脚施加低电平电压，测试此时输入引脚对应的电流。同理，对输入高电平IIH 测试时，也需先对电源引脚供电，然后测试输入引脚在施加高电平电压时的电流。

4.2.1 输入低电平电流测试流程

74HC138 芯片输入低电平电流的测试流程如下：

1）通过_on_vpt( )函数选择电源通道和电流挡位，并设置电压。这里是通过电源通道1 向VCC 引脚施加5 V 电压，电流挡位选择1；

2）通过_pmu_test_vi( )函数向输入引脚提供电压测试引脚电流值；这里使用电源通道2 对PIN 脚施加0 V 电压，使用10 μA 挡测量流过输入PIN 脚的电流，并将返回值赋给参数IIL。

3）通过para.Format()函数将存放在缓存区中对应的数据显示在输出界面参数行对应的结果栏中。

4.2.2 输入高电平电流测试流程

74HC138 芯片输入高电平电流的测试流程如下：

1）通过_on_vpt( )函数选择电源通道和电流挡位，并设置电压。这里是通过电源通道1 向VCC 引脚施加5 V 电压，电流挡位选择1。

2）通过_pmu_test_vi( )函数向输入引脚提供电压测试引脚电流值；这里使用电源通道2 对PIN 脚施加5 V 电压，使用10 μA 挡测量流过输入PIN 脚的电流，并将返回值赋给参数IIH。

3）通过para.Format( )函数将存放在缓存区中对应的数据显示在输出界面参数行对应的结果栏中。

4.2.3 输入高低电平电流测试程序设计

根据前面的测试流程分析，编写74HC138 输入高低电平电流测试程序，如下所示。

4.3 修改Parameter List.xlsx文件

根据测试要求，对Parameter List.xlsx 文件进行修改，参数名称要和程序中的一致。74HC138 芯片开短路测试程序对应的Parameter List.xlsx 文件如表1 所示。

表1 74HC138芯片开短路测试程序对应的Parameter List.xlsx文件

5 测试结果

74HC138 开短路测试程序编写完后，需进行编译。若编译发生错误，要进行分析检查，直至编译成功为止。编译成功后，在测试机外挂盒上插入测试板卡，进入上位机软件载入测试程序运行结果，待测的引脚开短路测试结果都在允许范围内，结果如表2所示。

表2 引脚开短路测试结果

6 小结

本文提供了一种数字芯片对地开短路测试、输入高低电平测试方法，利用LK8820 测试平台对74HC138 芯片引脚进行开短路测试和输入高低电平测试。从测试结果来看，14 个引脚的对地开短路测试结果都在允许的范围内，异常数为0；6 个输入引脚的输入高电平测试结果和输入低电平测试结果均在有效值范围内，异常数为0，验证了本文所研究的数字芯片开短路测试和输入高低电平测试方案的有效性。此外，该方法也适用于其他数字芯片的开短路测试和输入高低电平测试。