模擬集成電路直流參數(shù)測(cè)試

模擬集成電路直流參數(shù)測(cè)試?yán)顤|凱;劉子寬【摘要】集成電路產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今社會(huì)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(dòng)集成電路測(cè)試設(shè)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(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案.該方案利用AD5522和AD974構(gòu)成多通道參數(shù)測(cè)試環(huán)路，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)模擬集成電路直流參數(shù)測(cè)試系統(tǒng).實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與傳統(tǒng)測(cè)試設(shè)備比較，該測(cè)試系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、測(cè)試速度快、精度高、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn).【期刊名稱】《電子測(cè)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(cè)試;AD5522;多通道【作者】李東凱;劉子寬【作者單位】電子科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，成都,610054;中國(guó)鐵道科學(xué)研究院電子計(jì)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(cè)試技術(shù)是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在SoC時(shí)代，雖然模擬電路所占比例越來越少，但無論其設(shè)計(jì)、工藝和測(cè)試都逐漸變成整個(gè)系統(tǒng)最難的環(huán)節(jié)。由于其對(duì)應(yīng)工作范圍幾乎為全電流范圍，所以需要一些特殊的方法進(jìn)行測(cè)試，這就進(jìn)一步提高了對(duì)測(cè)試設(shè)備的要求。在國(guó)內(nèi)，這些技術(shù)都還處于發(fā)展階段，與國(guó)外同類ATE產(chǎn)品具有一定的差距，隨著國(guó)內(nèi)模擬集成電路設(shè)計(jì)水平的不斷提高，測(cè)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(cè)試環(huán)路，以ARM完成系統(tǒng)總體控制的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)并完成了模擬電路直流參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)。1模擬集成電路直流參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)組成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。本系統(tǒng)基于4通道高精度直流測(cè)量單元AD5522和4通道16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD974構(gòu)成4路獨(dú)立的測(cè)試通道，采用ARM9作為系統(tǒng)主控制器，通過SPI接口對(duì)AD5522和AD974進(jìn)行讀寫操作，并輔以液晶顯示屏和鍵盤作為人機(jī)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(cè)試參數(shù)設(shè)定，如測(cè)試模式、量程選擇等，并通過SPI接口向AD5522發(fā)送測(cè)試向量，同時(shí)觸發(fā)AD974進(jìn)行采樣并讀回測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試數(shù)據(jù)在ARM中進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)換和誤差校正后，在液晶顯示屏中顯示出測(cè)試結(jié)果，并將測(cè)試結(jié)果送至分選機(jī)，以分選出正品和次品。1.3測(cè)試環(huán)路測(cè)試環(huán)路主要是由AD5522和AD974構(gòu)成。AD5522是一個(gè)高性能、高度集成的參數(shù)測(cè)量單元（PMU）,由4個(gè)獨(dú)立測(cè)試通道組成。每個(gè)PMU通道都包含5個(gè)16位電壓輸出型DAC,用于設(shè)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(shí)，它還提供了一個(gè)時(shí)鐘頻率高達(dá)50MHz的SPI接口，實(shí)現(xiàn)了模式和DAC寄存器的快速更新。AD974是一個(gè)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(cè)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(shè)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(cè)出MEASOUT的值。通過下面的公式可計(jì)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(shè)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(gè)取樣電阻，可以提供5pA、20pA、200pA、2mA等4個(gè)量程，對(duì)于電流范圍在2mA至64mA的測(cè)試，需要在AD5522的EXTMEASIL端連接適當(dāng)?shù)娜与娮瑁瑢?duì)于大于64mA的測(cè)試，必須在EXTFOH后端加入一級(jí)功放，并選取適當(dāng)?shù)娜与娮?。?duì)于施加電流測(cè)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(cè)出MEASOUT的值。同時(shí)，通過切換MEASOUT前端的輸出選擇模擬開關(guān)，可以選擇輸出對(duì)象，在系統(tǒng)調(diào)試和校準(zhǔn)時(shí)實(shí)現(xiàn)施加電壓測(cè)試電壓和施加電流和測(cè)試電流的功能。圖2AD5522的施加電壓測(cè)量電流模式2軟件設(shè)計(jì)在系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上，將Linux操作系統(tǒng)下載到S3C2440AL中并編寫引導(dǎo)程序Bootloader，初始化函數(shù)和測(cè)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(duì)測(cè)試的模式、量程、濾波方式、校準(zhǔn)系數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)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(shè)置不當(dāng)，若存在故障或設(shè)置不當(dāng)，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(cè)試，對(duì)DUT施加測(cè)試向量并通過ADC讀回測(cè)試數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)在ARM中通過計(jì)算、校正，給出正品/次品的判斷，將測(cè)試結(jié)果送至分選機(jī)，以剔除次品，同時(shí)記錄下此次測(cè)試結(jié)果并在液晶屏上顯示測(cè)試的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及誤差校準(zhǔn)在±12V的量程范圍內(nèi)，我們選擇了11個(gè)電壓值進(jìn)行施加，并使用高精度的電壓表對(duì)施加值以及AD讀回值進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試結(jié)果如表1所示。.表1校準(zhǔn)前施加電壓/測(cè)試電壓誤差表測(cè)回的電壓值大致分布于設(shè)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(duì)該測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)分為對(duì)AD5522施加DAC的設(shè)定值進(jìn)行的校準(zhǔn)和對(duì)ADC的讀回值進(jìn)行的校準(zhǔn)。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(zhǔn)系數(shù)，將a2、b2=0.000224作為ADC讀回值的校準(zhǔn)系數(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。表2校準(zhǔn)后FV數(shù)據(jù)校準(zhǔn)后測(cè)試結(jié)果顯示，通過最小二乘法對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行的校準(zhǔn)是準(zhǔn)確有效的，測(cè)試精度大幅度提高，使得該測(cè)試設(shè)備很好地滿足了測(cè)試精度高于千分之一的設(shè)計(jì)要求。4結(jié)論本文基于現(xiàn)行的電子測(cè)試?yán)碚?，利用S3C2440AL、AD5522及AD974設(shè)計(jì)了一套同時(shí)支持多個(gè)通道測(cè)試的模擬集成電路直流參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)。通過實(shí)際測(cè)試證明，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、測(cè)試速度快、精度高、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)，在IC測(cè)試行業(yè)中具有良好的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)馬秀瑩，劉明亮，高劍.新型VLSI直流參數(shù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2005（05）:15-16.高天德，楊小麗.基于配置文件的自動(dòng)化測(cè)試軟件設(shè)計(jì)方法[J].測(cè)控技術(shù)，2009,28（06）:69-74.高成，張棟，王香芬.最新集成電路測(cè)試技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2009.王靖.測(cè)量數(shù)據(jù)有效數(shù)字位數(shù)的確定與運(yùn)算的應(yīng)用[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù),2009,27（06）:57-60.季常珊，王斌，陳劍晟.基于集成電路測(cè)試系統(tǒng)的大功率資源板設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試，2010（01）:44-47.胡哲綱，談恩民.