姚海燕

(江蘇省南通中等專業(yè)學校，江蘇省聯(lián)合職業(yè)技術學院南通分院，江蘇 南通 226011)

隨著世界大多數(shù)半導體公司在中國建立封裝測試工廠，測試設備成本競爭壓力越來越大。越來越多的國產(chǎn)集成電路測試機憑借其優(yōu)良的性價比逐步占領了集成電路測試行業(yè)的中低端市場。很多公司抓住市場改革機遇大量購進國產(chǎn)測試機并取得了明顯的生產(chǎn)效益。但是正像其它任何新興事物一樣，國產(chǎn)測試機在發(fā)展的過程中總有一些不夠完善的地方需要改進，比如有些機型在實現(xiàn)低成本的同時也出現(xiàn)測試源的噪聲大、輸出波形不穩(wěn)定等問題，給集成電路測試帶來麻煩，影響了測試的準確性。

1 交流源(ACSM)的基本工作原理

目前，國內(nèi)集成電路測試機交流源有很多種類型，筆者接觸到的一種交流源主要由AD9952 產(chǎn)生時鐘信號，高速DAC 產(chǎn)生輸出波形。整個交流源的工作原理與AD9952 內(nèi)部電路工作原理類似。其中，AD9952 的組成框圖如圖1 所示，它主要由參考時鐘、相位累加器、正弦查詢表、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)及低通平滑濾波器等構成［1］。理論上，這種交流源能夠產(chǎn)生任意周期波形，并提供給后級的測試電路。因此，交流源輸出波形的穩(wěn)定性直接決定了集成電路某些參數(shù)測試的準確性。

圖1 AD9952 組成框圖

2 交流源輸出方波的特性及穩(wěn)定性的改進

2.1 交流源輸出方波的特性

以Fairchild 公司的集成電路FAN7529 的測試為例，該電路在測試參數(shù)IDCC 時需要在器件上施加一個頻率為50 kHz 的方波信號，然后串聯(lián)一個20 kΩ 的電阻到被測器件。該參數(shù)的典型值在2 mA 左右。在完全按照測試SPEC的測試條件后發(fā)現(xiàn)實際測試值比典型值大了0.9～1 mA，而且測試結果很不穩(wěn)定。通過示波器觀察發(fā)現(xiàn)，該交流源輸出方波信號在高電平和低電平的起始端均有一個0.3～0.5 V的Spike，如圖2 所示，此時的方波輸出的確存在不穩(wěn)定的情況。

圖2 交流源輸出方波信號

2.2 交流源輸出方波的特性分析

該方波是由交流源上的AD9952 產(chǎn)生時鐘，再由高速DAC 輸出的。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，方波上的Spike 是由內(nèi)部晶體振蕩器輸出波形“過沖”現(xiàn)象引起的，過沖現(xiàn)象的一般波形示意圖如圖3 所示。在方波的高電平和低電平處均有電壓的不穩(wěn)定變化，這種不穩(wěn)定變化有可能影響了最終的測試結果。

圖3 過沖示意圖

為分析Spike 的產(chǎn)生原因，將交流源與測試電路等效成產(chǎn)生輸出方波的晶體振蕩器、測試電路連線以及負載組成，如圖4 所示。

圖4 測試電路分析等效圖

按照晶體振蕩器輸出波形的一般方程:

在輸入為單位階躍電壓，λ ＜1 時，該方程的解為:

因此在λ ＜1 時系統(tǒng)響應是振蕩的，振蕩頻率為:

根據(jù)上述方程，在λ=0 時，振蕩頻率ωd=ωn，系統(tǒng)無阻尼，輸出方波應無過沖。在λ ＞1 時，輸出波形單調(diào)上升。在0 ＜λ ＜時，輸出為衰減振蕩，也就是在上述測試中遇到的問題。在這種情況下系統(tǒng)響應的暫態(tài)過程為在輸出高電平(或低電平)值上反復上下振蕩，振蕩頻率ωd比ωn小。由于存在振蕩，暫態(tài)過程中出現(xiàn)“過沖”，“過沖”幅度有可能達到高電平的2 倍［3］。這種振蕩是隨時間逐漸衰減的，這正是我們在測試中看到的，晶體振蕩器的輸出波形在其上升沿或下降沿出現(xiàn)的“過沖”現(xiàn)象。也正是由于交流源輸出波形的不穩(wěn)定性直接導致了集成電路測試時相關參數(shù)的不穩(wěn)定。因此，在進行集成電路測試時必須在交流源信號進入被測器件前濾除該Spike，也就是消除該過沖現(xiàn)象。

2.3 交流源輸出方波的特性改進

1)增大C，即增加負載電容。在DUT 板的信號輸入端增加一個電容，經(jīng)實踐確認最佳值為100 pF，但是效果不是很理想，有些地方仍然存在Spike。

2)減小L，減少測試回路連接線的長度。由于FAN7529 的測試回路是PCB 板，因此該方法也是不可能實現(xiàn)的。

3)增大R，增大測試回路的電阻。在交流源輸出端和FAN7529 測試DUT 板的信號輸入端之間串一個電阻，經(jīng)實踐確認最佳值為10 kΩ。

因此，本次測試改進交流源輸出方波選擇了第三種方法。實踐證明，在串入10 kΩ 電阻后，在不接入被測器件時，Spike 被成功濾除，雖然波形有些圓角但是不影響測試，如圖5 所示。但是，這種方法在接入被測器件后測試值依然不理想，如圖6 所示，因為按照被測器件FAN7529 的測試要求，交流源信號在進入被測器件前要先經(jīng)過一個20 kΩ 的電阻，按照此接法就相當于外接了一個30 kΩ 的電阻，顯然不符合測試要求。因此，實際測試時在交流源信號經(jīng)過10 kΩ 電阻后增加了一個Buffer，增強交流源帶負載能力，如圖7 所示。

圖5 不接被測器件時的輸出波形

圖6 接被測器件后的輸出波形

圖7 交流源輸出波形的改進電路

以圖7 的線路對FAN7529 的測試DUT 板進行更改后，大大消除了測試機交流源輸出方波的Spike，測試值也接近于典型值。該項參數(shù)測試經(jīng)機械手多次測量，誤差在百分之一以內(nèi)，符合一般集成電路的測試要求。

3 結論

集成電路測試平臺交流輸出波形的穩(wěn)定性對某些參數(shù)的測試起到至關重要的作用，是集成電路產(chǎn)品性能穩(wěn)定性的重要保障。為提高交流源輸出方波的穩(wěn)定性，可以通過增大C、減小L 或者增大R 來實現(xiàn)。當然，具體問題具體分析，在實際進行集成電路測試時，除上述方法外，可能還需要另辟蹊徑。國產(chǎn)測試機的發(fā)展畢竟才經(jīng)歷了一些變革，相信測試機廠家會進一步改進機器的性能。同時，對于廣大一線的測試工程師而言，在已有的測試條件下，利用技術手段，提高交流輸出波形的穩(wěn)定性、改進測試方法是非常有必要的。

［1］曾凡輝，劉春梅.晶體振蕩器輸出波形“過沖”現(xiàn)象的分析［J］.壓電晶體技術，2001(1) ：34－39.

［2］趙聲衡，趙英.晶體振蕩器［M］.北京：科學出版社，2008.

［3］余中杰，費元春.超低功耗DDS 芯片AD9952 及應用［J］.信息技術，2004，28(9) ：14－17.