模擬集成電路直流參數(shù)測試

模擬集成電路直流參數(shù)測試李東凱;劉子寬【摘要】集成電路產(chǎn)業(yè)是當今社會三大信息產(chǎn)業(yè)之一，集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展必然帶動集成電路測試設備的不斷更新，從而降低集成電路生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效益.本文給出了一種基于AD5522的模擬集成電路直流參數(shù)測試系統(tǒng)設計方案.該方案利用AD5522和AD974構(gòu)成多通道參數(shù)測試環(huán)路，設計并實現(xiàn)模擬集成電路直流參數(shù)測試系統(tǒng).實驗結(jié)果表明,與傳統(tǒng)測試設備比較，該測試系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、測試速度快、精度高、可操作性強等特點.【期刊名稱】《電子測試》【年(卷)，期】2010(000)010【總頁數(shù)】5頁(P14-18)【關(guān)鍵詞】直流參數(shù)測試;AD5522;多通道【作者】李東凱;劉子寬【作者單位】電子科技大學自動化學院，成都,610054;中國鐵道科學研究院電子計算技術(shù)研究所，北京,100081【正文語種】中文【中圖分類】TM9320引言集成電路測試技術(shù)是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，在SoC時代，雖然模擬電路所占比例越來越少，但無論其設計、工藝和測試都逐漸變成整個系統(tǒng)最難的環(huán)節(jié)。由于其對應工作范圍幾乎為全電流范圍，所以需要一些特殊的方法進行測試，這就進一步提高了對測試設備的要求。在國內(nèi)，這些技術(shù)都還處于發(fā)展階段，與國外同類ATE產(chǎn)品具有一定的差距，隨著國內(nèi)模擬集成電路設計水平的不斷提高，測試技術(shù)的發(fā)展逐漸成為產(chǎn)業(yè)瓶頸。本文提出了以AD5522和AD974搭建測試環(huán)路，以ARM完成系統(tǒng)總體控制的設計思路，設計并完成了模擬電路直流參數(shù)測試系統(tǒng)。1模擬集成電路直流參數(shù)測試系統(tǒng)硬件設計1.1系統(tǒng)組成系統(tǒng)硬件設計框圖如圖1所示。本系統(tǒng)基于4通道高精度直流測量單元AD5522和4通道16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD974構(gòu)成4路獨立的測試通道，采用ARM9作為系統(tǒng)主控制器，通過SPI接口對AD5522和AD974進行讀寫操作，并輔以液晶顯示屏和鍵盤作為人機接口。圖1系統(tǒng)硬件框圖1.2控制模塊該系統(tǒng)的控制模塊選用S3C2440AL作為主控芯片，接受來自操作人員的測試參數(shù)設定，如測試模式、量程選擇等，并通過SPI接口向AD5522發(fā)送測試向量，同時觸發(fā)AD974進行采樣并讀回測試數(shù)據(jù)，測試數(shù)據(jù)在ARM中進行數(shù)值轉(zhuǎn)換和誤差校正后，在液晶顯示屏中顯示出測試結(jié)果，并將測試結(jié)果送至分選機，以分選出正品和次品。1.3測試環(huán)路測試環(huán)路主要是由AD5522和AD974構(gòu)成。AD5522是一個高性能、高度集成的參數(shù)測量單元（PMU）,由4個獨立測試通道組成。每個PMU通道都包含5個16位電壓輸出型DAC,用于設置施加、箝位和比較的可編程輸入電平。AD5522提供的電流范圍為5pA至64mA，超過64mA的電流則需要外部放大器。同時，它還提供了一個時鐘頻率高達50MHz的SPI接口，實現(xiàn)了模式和DAC寄存器的快速更新。AD974是一個200kSPS、4通道、16位ADC，具有高通過率、低功耗、高精度等特性，非常適合在本系統(tǒng)中與AD5522配合使用。以施加電壓測量電流模式為例，如圖2所示.在該模式下，施加放大器FA、DUT和儀器放大器IA2構(gòu)成電壓施加環(huán)路，將DUT兩端電壓穩(wěn)定在FIN(用戶設定的施加電壓值)；而內(nèi)部取樣電阻RSENSE兩端的電壓被儀器放大器IA1取出，送到MEASOUT端，再通過AD974采樣測出MEASOUT的值。通過下面的公式可計算出DUT兩端的電壓和流過的電流。式中：FV是DUT兩端施加電壓；FIN是用戶設定的施加電壓；MI是流過DUT的電流；MEASOUT是儀放IA1輸出電壓；RSENSE是選擇的取樣電阻，即電流量程；GAIN是儀放IA1的增益，可選擇X5或者X10。利用AD5522內(nèi)部的4個取樣電阻，可以提供5pA、20pA、200pA、2mA等4個量程，對于電流范圍在2mA至64mA的測試，需要在AD5522的EXTMEASIL端連接適當?shù)娜与娮?，對于大?4mA的測試，必須在EXTFOH后端加入一級功放，并選取適當?shù)娜与娮?。對于施加電流測量電壓模式，通過改變AD5522內(nèi)部環(huán)路中部分模擬開關(guān)的開閉，從而施加放大器FA、取樣電阻RSENSE和儀器放大器IA1構(gòu)成電流施加環(huán)路，將流過DUT電流穩(wěn)定在FIN/(RSENSE*GAIN)；而DUT兩端的電壓被儀器放大器IA2取出，送到MEASOUT端，再通過AD974采樣測出MEASOUT的值。同時，通過切換MEASOUT前端的輸出選擇模擬開關(guān)，可以選擇輸出對象，在系統(tǒng)調(diào)試和校準時實現(xiàn)施加電壓測試電壓和施加電流和測試電流的功能。圖2AD5522的施加電壓測量電流模式2軟件設計在系統(tǒng)硬件的基礎上，將Linux操作系統(tǒng)下載到S3C2440AL中并編寫引導程序Bootloader，初始化函數(shù)和測試環(huán)路控制函數(shù)，系統(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。圖3系統(tǒng)軟件流程圖根據(jù)流程圖，系統(tǒng)上電后首先需要操作人員對測試的模式、量程、濾波方式、校準系數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)進行設置，然后系統(tǒng)開始初始化并自檢，檢查是否存在系統(tǒng)故障及操作人員是否參數(shù)設置不當，若存在故障或設置不當，系統(tǒng)將停留在自檢畫面10s后提示故障；若自檢正常，系統(tǒng)將開始測試，對DUT施加測試向量并通過ADC讀回測試數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)在ARM中通過計算、校正，給出正品/次品的判斷，將測試結(jié)果送至分選機，以剔除次品，同時記錄下此次測試結(jié)果并在液晶屏上顯示測試的統(tǒng)計結(jié)果。3實驗結(jié)果分析及誤差校準在±12V的量程范圍內(nèi)，我們選擇了11個電壓值進行施加，并使用高精度的電壓表對施加值以及AD讀回值進行測量，測試結(jié)果如表1所示。.表1校準前施加電壓/測試電壓誤差表測回的電壓值大致分布于設定值左右，經(jīng)過觀察分析，繪制折線圖如圖4所示。圖4誤差折線圖本文中采用最小二乘法對該測試系統(tǒng)進行校準。校準分為對AD5522施加DAC的設定值進行的校準和對ADC的讀回值進行的校準。將表1中數(shù)據(jù)帶入以下公式得到a1=0.999971，b1=-0.003055；a2=0.998390，b2=0.000224。將a1、b1作為AD5522施加DAC寫入值的校準系數(shù)，將a2、b2=0.000224作為ADC讀回值的校準系數(shù)，對系統(tǒng)進行重新測試，測試結(jié)果如表2所示。表2校準后FV數(shù)據(jù)校準后測試結(jié)果顯示，通過最小二乘法對測試系統(tǒng)進行的校準是準確有效的，測試精度大幅度提高，使得該測試設備很好地滿足了測試精度高于千分之一的設計要求。4結(jié)論本文基于現(xiàn)行的電子測試理論，利用S3C2440AL、AD5522及AD974設計了一套同時支持多個通道測試的模擬集成電路直流參數(shù)測試系統(tǒng)。通過實際測試證明，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、測試速度快、精度高、可操作性強等特點，在IC測試行業(yè)中具有良好的應用前景。參考文獻馬秀瑩，劉明亮，高劍.新型VLSI直流參數(shù)自動測試系統(tǒng)[J].電子測量與儀器學報，2005（05）:15-16.高天德，楊小麗.基于配置文件的自動化測試軟件設計方法[J].測控技術(shù)，2009,28（06）:69-74.高成，張棟，王香芬.最新集成電路測試技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社,2009.王靖.測量數(shù)據(jù)有效數(shù)字位數(shù)的確定與運算的應用[J].計量與測試技術(shù),2009,27（06）:57-60.季常珊，王斌，陳劍晟.基于集成電路測試系統(tǒng)的大功率資源板設計[J].電子測試，2010（01）:44-47.胡哲綱，談恩民.