摘  要： 給出一種數(shù)字集成電路(IC)測(cè)試系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)基于自定義總線結(jié)構(gòu)，可測(cè)試寬范圍電平。

隨著數(shù)字集成電路IC的廣泛應(yīng)用，測(cè)試系統(tǒng)就顯得越來(lái)越重要。在網(wǎng)絡(luò)化IC可靠性試驗(yàn)及測(cè)試系統(tǒng)項(xiàng)目中，需要檢驗(yàn)?zāi)承┚哂袑掚娖椒秶能娪脭?shù)字IC芯片，而市場(chǎng)上常見(jiàn)的中小型測(cè)試系統(tǒng)可測(cè)電平范圍達(dá)不到要求，而大型測(cè)試系統(tǒng)價(jià)格昂貴。本文介紹了為此項(xiàng)目研制的一種數(shù)字IC測(cè)試系統(tǒng)，可測(cè)電平范圍達(dá)±32V，使用方便，且成本較低。


圖1  系統(tǒng)框圖


圖2  通道板框圖


圖3  電平轉(zhuǎn)換單元


圖4  精密測(cè)量單元加壓測(cè)流原理圖


圖5  主程序流程圖

測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)需要對(duì)IC進(jìn)行功能測(cè)試和直流參數(shù)測(cè)試。功能測(cè)試通過(guò)向集成電路輸入端施加設(shè)定的測(cè)試向量，檢測(cè)并比較其輸出的測(cè)試向量，從而驗(yàn)證器件的邏輯功能是否正常。直流參數(shù)測(cè)試是以電壓或電流的形式驗(yàn)證IC的電氣參數(shù)，要保證較高的測(cè)試精度。
為了使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活，便于升級(jí)，采用了基于總線的模塊化結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由通道板、數(shù)控電源板(DPS板)、精密測(cè)量單元板(PMU板)、測(cè)試接口板、單片機(jī)系統(tǒng)板(CPU板)和總線板組成。各個(gè)板卡通過(guò)總線板進(jìn)行數(shù)據(jù)連接和交換。DPS板給測(cè)試系統(tǒng)提供電源、電壓參考，給被測(cè)器件(DUT)提供工作電壓。測(cè)試接口板功能是給DUT提供測(cè)試接口，給器件上電。
在功能測(cè)試過(guò)程中，計(jì)算機(jī)把預(yù)先生成的測(cè)試向量送到單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)控制通道板把信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為測(cè)試所需的電平，并把轉(zhuǎn)換后的時(shí)序波形施加到被測(cè)器件(DUT)的輸入引腳上，然后檢測(cè)DUT的輸出，把檢測(cè)結(jié)果通過(guò)總線傳到單片機(jī)進(jìn)行判斷處理。直流參數(shù)測(cè)試過(guò)程是向DUT施加直流參數(shù)測(cè)試條件，通過(guò)PMU實(shí)現(xiàn)DUT直流參數(shù)的精密測(cè)量。
通道板
通道板功能有兩個(gè)，一是把測(cè)試碼合成最終的測(cè)試信號(hào)施加到DUT，另外的功能是對(duì)DUT的返回信號(hào)進(jìn)行分析比較，將比較結(jié)果通過(guò)總線返回到單片機(jī)系統(tǒng)。通道板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示?？刂瓶偩€通過(guò)譯碼與邏輯控制單元設(shè)定并控制DUT引腳的地址，引腳驅(qū)動(dòng)與控制單元驅(qū)動(dòng)并控制繼電器陣列完成DUT引腳數(shù)據(jù)的輸入和輸出功能。VIH(VIL)是由DPS板設(shè)定產(chǎn)生的測(cè)試所需的高(低)驅(qū)動(dòng)電平。總線發(fā)送由程序預(yù)先生成的測(cè)試向量，電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)單元把測(cè)試向量轉(zhuǎn)換為設(shè)定電平的測(cè)試時(shí)序波形，引腳驅(qū)動(dòng)與控制單元控制繼電器陣列把波形施加到DUT的輸入引腳。引腳電平比較單元檢測(cè)輸出引腳信號(hào)電平，與預(yù)期輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯比較后把比較結(jié)果傳回下位機(jī)。在直流參數(shù)測(cè)試過(guò)程中，繼電器控制單元將測(cè)試接口板上的DUT連接到PMU，利用PMU模塊實(shí)現(xiàn)電壓或電流的精密測(cè)量。通道板的電平轉(zhuǎn)換部分電路如圖3所示。電路在穩(wěn)定后，在無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，V1略高于V2，輸出為VIH；當(dāng)TTL輸入為低電平時(shí)，由于電容電壓不能突變，使得V1低于V2，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出為VIL；當(dāng)TTL輸入為高電平時(shí)，同樣，V1略高于V2，輸出為VIH。由于電容充放電，輸出端電平不能長(zhǎng)久保持在低電平，選取足夠大的電容可滿足本系統(tǒng)的測(cè)試需要。
精密測(cè)量單元
精密測(cè)量單元(PMU)是系統(tǒng)精密測(cè)量直流參數(shù)的基本單元。系統(tǒng)采用12位A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、分檔以及開(kāi)爾文接法等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。PMU可實(shí)現(xiàn)加壓測(cè)流(FVMI)和加流測(cè)壓(FIMV)兩種工作方式。其中PMU中加壓測(cè)流原理如圖3所示。Vin作為輸入，器件施加電壓Vp經(jīng)測(cè)試接口板施加到DUT，通過(guò)測(cè)試Vout可得到測(cè)試電流I。根據(jù)電路圖可以計(jì)算出：
(1)

取合適的電阻值使得
則由上式可以得到：
(2)
這樣，根據(jù)公式(1)，通過(guò)控制Vin就可以向被測(cè)器件施加設(shè)定的電壓Vp，根據(jù)公式(2)可通過(guò)測(cè)試Vout來(lái)計(jì)算被測(cè)器件引腳上流過(guò)的電流I。
直流參數(shù)測(cè)試中，PMU可通過(guò)測(cè)試輸出端高/低電平、輸入端漏電流、輸出短路電流以及靜態(tài)功耗電流等來(lái)檢測(cè)器件的負(fù)載特性和靜態(tài)功耗。
為了使PMU具有足夠?qū)挼臏y(cè)試范圍和測(cè)試精度，A3采用具有FET輸入級(jí)的高壓運(yùn)放OPA445，接成跟隨器，使得流入A3的電流極小，保證了電流測(cè)試的精度，并且其高壓特性保證了PMU的測(cè)試范圍。

軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件的作用是用計(jì)算機(jī)控制測(cè)試系統(tǒng)，并為用戶提供一個(gè)友好、易于操作的界面。下位機(jī)軟件用C51程序編寫(xiě)，主程序流程圖如圖4所示。上位機(jī)采用VC#.net編寫(xiě)。下位機(jī)軟件的主要工作是根據(jù)上位機(jī)傳送的測(cè)試參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)電壓及測(cè)試條件，載入測(cè)試向量向DUT引腳發(fā)送輸入波形，然后測(cè)試輸出端波形數(shù)據(jù)，發(fā)送到上位機(jī)并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)。
經(jīng)過(guò)用戶的實(shí)際應(yīng)用，證明該系統(tǒng)性價(jià)比高，測(cè)試準(zhǔn)確。