集成电路测试技术与应用

集成电路

第10卷第1期 中国惯性技术学报 2002年2月 文章编号：1005-6734(2002)01-0060-05

集成电路测试技术与应用

谷　健，田延军，史　文，张晓黎　

（天津航海仪器研究所，天津　３００１３１）　

摘要：通过对ＩＭＳ公司生产的集成电路测试系统ＡＴＳ的描述，讨论了集成电路（ＩＣ）的测试技术及其在ＡＴＳ上的应用方法，并以大规模集成电路芯片８２５５为例，给出一种芯片在该集成电路测试系统上从功能分析到具体测试的使用过程。　关　　键　　词：集成电路；测试；应用　

中图分类号：U666.1 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：A 　

Technique and Application of IC testing

GU Jian, TIAN Yan-jun, SHI Wen, ZHANG Xiao-Li

(Tianjin Navigation Instrument Research Institute, Tianjin 300131, China)

Abstract: This paper describes the IMS Co’s integrated circuit (IC) testing system, i.e. the ATS, and discusses the technique of IC testing as well as its application on ATS. Then using the large scale IC 8255 as an example, the process of the IC testing is demonstrated from function analyzing to testing on ATS.

Key words: IC; testing; application

元器件老化筛选测试是科研生产的重要工作，是质量体系的基本要求之一，也是关系到保证产品质量和市场竞争的重要条件。元器件筛选测试设备是进所复验的主要设备，也是进行故障分析、改进设计的重要手段。按ＧＪＢ／Ｚ９００１质量体系的要求，采购产品必须经进所复验，筛选合格后方可使用，以保证产品质量，提高产品可靠性。　

以前，我们只有小规模数字集成电路测试仪，仅能满足很少一部分小规模数字集成电路的简单功能测试，远远不能满足科研生产的需要。特别是综合导航系统对元器件可靠性要求高，品种规格多，数量大，有许多新品，如陀螺监控器和综合信息处理装置等设备使用的进口集成电路就有几百种，涉及十多个国外集成电路生产厂家。　

经调研我们引进了美国集成测试系统公司（ＩＭＳ）生产的ＡＴＳ集成电路测试系统，它满足了我们对电子元器件测试设备的需求，解决了集成电路测试问题。　１　　ＡＴＳ系统简介　

ＩＭＳ公司是生产集成电路测试站的专业公司，是大型　ＥＤＡ技术公司ＣＡＤＥＮＣＥ的子公司。ＩＭＳ测试站具有很高的性能价格比，有着如图１所示的开放式模块化软硬件体系结构，极强的扩展和升级潜能，完善而友好的人机界面，快速和精确的测试能力以及强有力的后备支持。ＩＭＳ测试站广泛用于设计、　__________________

收稿日期：2001-12-10

作者简介：谷健(1970—)，女，天津航海仪器研究所工程师，现从事电子线路的EDA设计仿真。　

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验证、入厂检验、生产测试、特性和失效分析等。目前ＩＭＳ公司测试站的产品主要有：Logic_Master_XL、　Logic_Master_ATS、ATS_Blazer!、ATS_FT等。我所引进的就是ATS60e_Blazer!测试系统。　

ＡＴＳ测试系统由三部分组成，它们是：ＳＵＮ工作站（ＳＵＮ＿ＳＯＬＡＲＩＳ２．６；ＬＡＢＶＩＥＷ５．０）、ＡＴＳ测试台主机（ＡＴＳ６０　ｅ），以及机柜中各外接程控仪器（一般包括可编程直流电压源ＨＰ６６２４、数字电压表ＨＰ３４５８Ａ、任意函数波形发生器Progmatic２７１１）。　

ＡＴＳ测试系统的硬件设备提供了操作系统的功能，可以使用ＡＳＣＩＩ命令行语句与ＡＴＳ主机通讯。ＩＭＳ测试环境软件系统框图如图２所示，其中提供给用户的应用有　l ＩＭＳ界面：交互式屏幕界面；　l ＩＭＳ命令：交互式命令界面；　l ＩＭＳ_Shmoo：交互式Shmoo测

试界面；

l IMS_MATSS：控制以太网与LM

连接的程序。通过 MATSS服务器 访问ＡＴＳ主机的多进程示意图如图　３所示。

l ＩＭＳ＿ＴｅｓｔＬＩＴＥ库：用Ｃ语言以及　

ＴｅｓｔＶＩＥＷ作的控制功能库。　l 可选的软件：例如，ＴｅｓｔＶＩＥＷ和　

ＩＭＳ＿Ｌｉｎｋ提供了其它的附加功能。　　

图２　　ＩＭＳ测试系统框图

图３　　多进程通过　ＭＡＴＳＳ服务器访问ＡＴＳ主机　

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我们知道，LabView（实验室虚拟仪器工程平台）软件包是基于图形化编程语言C的开发环境，它整合了许多硬件接口及数据采集卡等硬件通讯的全部功能，还内置了便于应用TCP/IP等软件标准的库函数。利用LabView能产生32位的编译程序，使得用户的数据采集、测试和测量方案得以高速运行。

ＴｅｓｔＶＩＥＷ是Lab View的扩展，增加了访问GPIB和VXI接口的驱动，还增加了大量数学、逻辑、阵列及文件功能库。　

进行器件测试时要先从程序测试说明中查出该器件是否需要专用的测试板，并对ＡＴＳ测试台上的测试板作相应的调整。只要更换相应适配器板，就能够进行混合信号的测试或数字信号的测试。　　

２　　数字集成电路测试　

在产品流程中，ＩＭＳ数字集成电路测试系统能快速无误、很好地进行评估。一套ＩＭＳ集成电路测试系统能高精度、完整地测试集成电路的直流参数、交流参数和动态功能，并对其功能特性、速度特性进行评估，以减少设计步骤和开发时间。完成芯片的确认和描述后，ＩＭＳ数字集成电路测试系统将平稳地把用户的设计从试验阶段转换成生产阶段。ＩＭＳ集成电路测试系统通过一套支持从试验到生产的测试验证软件和一套经验证的测试原理来保证芯片性能，它是一套完善的从内嵌式设计到生产的自动试验设备系统。　

模块化的ＩＭＳ集成电路测试系统可使用户能够按照其应用需求来配置自己的低成本的系统。不论其设计是否有复杂的时序、很多的管脚、高速的时钟或其它的特殊性能，ＩＭＳ集成电路测试系统都能满足测试需求。　

ＩＭＳ集成电路测试系统用量化的性能和一套验证过的测试原理来处理全部经调试的设计，用一整套软件支持从设计到生产测试的转换。它补充了生产自动试验设备。ＩＭＳ自己的ＡＴＥ（自动测试设备）连接软件包从集成电路测试系统向生产系统发送向量。行业公认的工具提供了向量和时序信息的自动转换。只要给出向量和基本的时序数据，测试工程师就能够利用测试模板快速进行生产试验。　

对于数字芯片来说，除了逻辑上的正确性，直流参数与交流参数的测试也很重要。直流参数的测试方法主要有加压测流和加流测压两种。　

图４所示为典型的加压测流法，通过在输入端施加不同电压（高／低）来测量流入／流出器件的电流。其测试程序为：①在器件详细规范规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。②把电源电压调到器件详细规范规定的电压值。③把被测输入端的高／低电平电压调到器件详细规范规定的电压值，其余输入端施加器件详细规范规定的电平。④输出端开路。⑤在被测输入端测得输入高／低电平电流。⑥分别测试每个输入端。　

交流参数的测试方法则比较复杂，一般采取调节施加给输入端的信号，测量输出电平，以确定被测参数。对数据保持时间的测试原理见图５，其测试程序为：①在器件详细规范规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。②电源电压调到器件详细规范规定的电压值。③被测数据输入端和触发输入端施加器件详细规范规定的脉冲电压，其余输入端施加器件详细规范规定的电平。④被测输出端施加器件详细规范规定的输出负载，其余输出端开路。⑤调节被测数据输入端施加的脉冲电压比触发　

图4 直流参数测试原理

VI

VCC

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输入端施加的脉冲电压滞后的时间。　使输出逻辑电平按器件详细规范的规定临界转换前，该时间即为保持时间。⑥分别测试有关输入、输出端。　　

３　　混合信号的测试　

目前无数产品采用混合信号电路，它是处理数字、模拟信号的核心。从多媒体工作站到数字通讯系统及医用设备，混合信号器件的发展很快，因其结构复杂，而更难以测量。混合信号器件分析是对集成电路分析及其应用者的挑战。

对模拟信号采样获得的数字信号

进行处理，要求在电路中具有混合电路的功能。混合信号测试要求输入波形或矢量模式与相应的输出矢量模式或采样波形之间保持同步。

传统的模拟测试（分立R、L和C）或全数字测试不具备这个功能。在传统的在线测试中，被测试的器件要么测试不当，要么测试不全。　

ＩＭＳ混合信号集成电路测试系统将高精度的模拟测试工具与数字分析功能集成在了一起，使ＩＭＳ集成电路测试系统更加灵活，功能更加强大。　

ＩＭＳ混合信号系统及子系统包括：音频仪器装置子系统、直流电源调整装置子系统、军用多区无线电导航系统、视频图像调整装置子系统和视频调整装置子系统等。　

TestVIEW软件包中嵌入了从模拟仿真器中输入输出ＳＰＩＣＥ模型的功能。这就使得仿真器数据都能够根据ＡＤＣ或ＤＡＣ的测量，在模拟波形发生器或数字子系统中产生精确的波形。图６所示即为用TestVIEW软件包控制测试过程的一个实例。　

在混合信号器件的测试中，能够快速测量电压、电流、频率和相位是非常重要的。而目前市场上许多混合信号测试系统都是以外加特殊功能仪器仪表来解决这个问题的。这将非常昂贵，而且难以整合到全部系统环境中。而ＩＭＳ将数字信号处理（ＤＳＰ）加入到混合信号测试站中，从而解决了这个问题。　

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４　　实　例　

下面我们用一个实例来说明ＩＭＳ测试程序。　

８２５５是我们都很熟悉的可编程并行外围接口芯片，有基本输入输出、选通输入输出和选通双向总线输入输出三种工作方式。其程序基本结构为　

①　复位，至少５０微秒。　

②　ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ基本输入输出方式测试：写控制字，将ＡＢＣ口设为基本输入方式；将数据ＡＡ、５５　分别送入ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ口，从Ｄ口读出；写控制字，将ＡＢＣ口设为基本输出方式；将数据ＡＡ、５５分别送入Ｄ口，再从ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ口读出。　

③　ＰＡ、ＰＢ选通输入输出方式：写控制字，将ＰＡ、ＰＢ设为选通输入方式；写ＰＣ４中断允许，将数　据ＡＡ、５５从ＰＡ口输入，从Ｄ口读出；写ＰＣ２中断允许，将数据ＡＡ、５５从ＰＢ口输入，从Ｄ口读出。写控制字，将ＰＡ、ＰＢ设为选通输出方式；写ＰＣ６中断允许，将数据ＡＡ、５５从Ｄ口输入，从ＰＡ口读出，写ＰＣ２中断允许，将数据ＡＡ、５５从Ｄ口输入，从ＰＢ口读出。　

④　双向输入输出方式：从Ｄ口写ＰＡ口双向输入输出方式控制字，写ＰＣ６中断允许，写ＰＣ４中断　允许，读ＰＡ口，使ＰＣ５复位，将数据５５送入ＰＡ口，写入ＰＡ口输入锁存器，从Ｄ口读出。将数据ＡＡ送入ＰＡ口输出锁存器，从ＰＡ口读出。　

５　　总结与应用　

ATS60e_Blazer集成电路测试站具有６４个Ｉ／Ｏ测试通道，测试范围宽，可以测试７４／５４系列ＴＴＬ、ＣＭＯＳ、高速ＣＯＭＳ、ＥＣＬ、各种存储器、ＣＰＵ单片机、计算机外围电路、接口电路、通讯电路、时钟电路、ＰＡＬ、ＧＡＬ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ电路，配接混合信号子系统可以测试Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａ，Ｖ／Ｆ混合信号电路。测试速率为６０　ＭＨｚ，能完整地测试集成电路的直流参数，交流参数，动态功能；具有可编程负载，测试参数时不需要做负载板，软件界面友好，编程方式多样，易学易懂，使用简单，操作方便的优点；还具有极强的扩展升级能力，每增加一块Data Module可以增加１６个Ｉ／Ｏ通道，可扩展到２０８甚至５００多个通道。　

自ATS60e_Blazer集成电路测试站投入使用后，我们在消化资料的基础上，编制了设备操作规程，不断补充测试程序，根据不同器件测试要求补充专用器件夹具板。目前已在该测试系统上完成８０００系列、４０００系列、５４系列存储器，以及可编程逻辑电路等各种类型集成电路近５００多种。除ＣＰＵ外，基本满足了我所对集成电路的测试需求。　参考文献：

［１］　Stytz M. Virtual reality-research and development projects from the US government[J]. Virtual Reality World, 1994, 2(6).　［２］　李永敏．　数字化测试技术——模拟信号调理、数据转换及采集技术［Ｍ］．北京：航空工业出版社，１９８７．　［３］　沈雷．　CMOS集成电路原理及应用［Ｍ］．　北京：光明日报出版社，１９８６．　［４］　杨适． B-B线性集成电路器件及应用手册［Ｍ］．　北京：光明日报出版社，１９８８．

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