陳 洋，謝立利

（無錫中微愛芯電子有限公司，江蘇 無錫　214072）

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基于微型計(jì)算機(jī)的高壓交流參數(shù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

陳 洋，謝立利

（無錫中微愛芯電子有限公司，江蘇 無錫214072）

摘 要：長期以來，數(shù)字高壓集成電路的交流參數(shù)測(cè)試是一項(xiàng)比較難實(shí)現(xiàn)的工作，傳統(tǒng)ATE設(shè)備往往不能實(shí)現(xiàn)60 V以上的交流參數(shù)的測(cè)試。討論了基于微型計(jì)算機(jī)的高壓交流參數(shù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)，通過軟硬件的設(shè)計(jì)，提供了一種高壓交流參數(shù)的生產(chǎn)測(cè)試方案，詳細(xì)闡述了軟件和硬件的設(shè)計(jì)思路和方法。目前該測(cè)試系統(tǒng)已大量用于高壓集成電路的測(cè)試，系統(tǒng)采用直接明了的圖形化編程方式，具有較強(qiáng)擴(kuò)展性，成本低廉、實(shí)用性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：微機(jī)；自動(dòng)測(cè)試；圖形化編程

1　引言

長期以來，數(shù)字高壓集成電路的交流參數(shù)測(cè)試是一項(xiàng)比較難實(shí)現(xiàn)的工作，常規(guī)的數(shù)字ATE設(shè)備往往測(cè)試電壓有限，不能滿足60 V或以上數(shù)字電路的傳輸延遲時(shí)間、上升下降沿時(shí)間等交流參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試。在這種背景下，開發(fā)通用型高壓交流參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。我們組織人員進(jìn)行大量的技術(shù)研究，開發(fā)了一套基于微型計(jì)算機(jī)的軟硬件系統(tǒng)，彌補(bǔ)了數(shù)字高壓集成電路測(cè)試能力的不足，為今后該類產(chǎn)品穩(wěn)定可靠的生產(chǎn)提供了保障。

2　硬件平臺(tái)的選擇

硬件平臺(tái)的選擇上，我們以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，配套使用安捷倫的示波器、信號(hào)源和高低壓直流電源等設(shè)備。

微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高。微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件配置豐富，基于其上的開發(fā)套件多樣化，功能支持強(qiáng)大，開發(fā)工作相對(duì)簡單，微型計(jì)算機(jī)擁有完善的標(biāo)準(zhǔn)支持和極佳的系統(tǒng)擴(kuò)展能力，使得技術(shù)人員可以方便地構(gòu)建基于其上的應(yīng)用系統(tǒng)。

針對(duì)高壓交流參數(shù)的測(cè)試，我們選擇安捷倫的示波器，能夠?qū)崿F(xiàn)600 V以內(nèi)的傳輸延遲時(shí)間、上升下降沿時(shí)間、頻率、相位差等交流參數(shù)，以及輸出電壓、脈沖寬度、占空比等其他參數(shù)。

3　硬件方案設(shè)計(jì)

該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由主計(jì)算機(jī)、外部信號(hào)發(fā)生與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)與外部硬件的控制與數(shù)據(jù)傳輸接口、開關(guān)矩陣等組成。

3.1設(shè)備選型

信號(hào)源采用美國Agilent Technologies公司的33220A信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器能提供IC測(cè)試所需的各種單一、復(fù)合波形，精度高，在此小型系統(tǒng)中傳輸損耗小，與各種開發(fā)工具結(jié)合較好，便于第三方軟件控制與開發(fā)。

數(shù)據(jù)采集部分采用美國Agilent Technologies公司的MSO系列示波器，該系列示波器型號(hào)多，功能全，可靠性高，使用于該系統(tǒng)中靈活度高。

可控電源采用美國Agilent Technologies公司的6613C直流電源，提供被測(cè)IC的低壓電源，可監(jiān)控被測(cè)IC的低壓電源電流， 可提供最大50 V/1 A的電壓電流能力。

高壓電源采用國產(chǎn)0～1000 V線性電源，最大電流0.5 A，基本覆蓋所有高壓類集成電路的供電要求。

開關(guān)矩陣設(shè)計(jì)選用51單片機(jī)做主控，使用繼電器對(duì)輸入、輸出、電源等信號(hào)進(jìn)行控制，與被測(cè)IC無任何電氣連接。

3.2設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)主要用于高壓集成電路的交流參數(shù)測(cè)試，因此硬件設(shè)計(jì)主要考慮高壓電源的控制、高壓信號(hào)的采集、芯片輸入信號(hào)的控制等。

3.2.1硬件系統(tǒng)整體框架

硬件系統(tǒng)整體框架圖見圖1。

3.2.2硬件資源的配置

一般的高壓集成電路有如下端口：低壓電源、高壓電源、邏輯輸入口若干、高壓邏輯輸出口若干。如圖2所示。

圖1　系統(tǒng)總體框圖

圖2　范例芯片管腳說明

為滿足通用性要求，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)資源見表1。

表1　硬件資源

以上資源通過矩陣板的控制，可以方便地連接到芯片管腳。

3.2.3矩陣板的設(shè)計(jì)

為了方便地切換各電源、信號(hào)源、示波器連接到芯片，矩陣板的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的核心。

按照表1的規(guī)劃，開關(guān)矩陣板通過繼電器矩陣的切換，可以任意地將各資源切換到資源接口上。

在PCB板布局和繼電器選擇上需要注意的是，高壓電源的切換設(shè)計(jì)需考慮安全性和繼電器耐壓問題。

矩陣板框圖如圖3所示。

圖3　矩陣板框圖

上位機(jī)通過串口發(fā)送繼電器控制指令時(shí)，MCU能夠單獨(dú)對(duì)任意繼電器進(jìn)行控制，切換時(shí)間在5 ms左右。

4　軟件方案設(shè)計(jì)

4.1設(shè)計(jì)思路

測(cè)試系統(tǒng)軟件以可二次開發(fā)為目的進(jìn)行設(shè)計(jì)，將所有硬件資源模塊化封裝，做到測(cè)試程序的圖形化開發(fā)，不再需要工程師對(duì)示波器、信號(hào)源等設(shè)備進(jìn)行編程，僅需圖形化和填表式編程即能完成整個(gè)測(cè)試程序的開發(fā)，大大降低程序開發(fā)的難度，有效提高開發(fā)效率。在測(cè)試系統(tǒng)軟件開發(fā)過程中，就軟件的流程、時(shí)序等進(jìn)行了充分的探討，確保其具有高度可靠性。

在實(shí)用性方面，提供了常規(guī)的測(cè)試數(shù)據(jù)格式輸出、友好的程序界面等。

在通用性方面，能夠完全兼容Agilent Technologies公司大部分的通用測(cè)試設(shè)備，為使用者提供了更多的設(shè)備選擇。

軟件對(duì)測(cè)試硬件的控制采用計(jì)算機(jī)的通用串行總線接口（USB），USB接口最大的優(yōu)點(diǎn)是支持設(shè)備的即插即用，硬件連接非常簡單，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，控制方式非常成熟。

4.2軟件系統(tǒng)架構(gòu)

測(cè)試軟件基于Microsoft Visual C++ 6.0開發(fā)。運(yùn)行于Microsoft Windows XP 中文（英文）版操作系統(tǒng)。

軟件架構(gòu)如圖4所示。

（1）文件操作部分負(fù)責(zé)對(duì)測(cè)試程序進(jìn)行解析，形成測(cè)試流程。

（2）程序編輯部分采用MFC對(duì)象拖放方式，將各所需要的測(cè)試模塊和控制指令添加到測(cè)試程序流程中，方便生成所需要的測(cè)試程序。

圖4　軟件構(gòu)架

對(duì)象拖放是在操作系統(tǒng)的幫助下完成的。 要開始一次拖動(dòng)，首先需要指定或生成被拖動(dòng)的對(duì)象，然后指定整個(gè)拖放操作過程所使用的數(shù)據(jù)格式，并按指定的數(shù)據(jù)格式提供數(shù)據(jù)，最后啟動(dòng)對(duì)象拖放操作；當(dāng)對(duì)象在某一窗口內(nèi)落下時(shí)，拖放過程結(jié)束，接收拖放對(duì)象的窗口按指定的數(shù)據(jù)格式提取有關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)提取的數(shù)據(jù)生成對(duì)象。

（3）datalog處理負(fù)責(zé)將流程處理的結(jié)果存放到datalog文件中。

4.3軟件執(zhí)行流程簡介

測(cè)試系統(tǒng)軟件界面見圖5。

圖5　測(cè)試系統(tǒng)軟件界面

測(cè)試程序開發(fā)和使用流程見圖6。

上位機(jī)通過USB和串口與下位機(jī)和外部設(shè)備建立連接，并調(diào)用測(cè)試程序。上位機(jī)根據(jù)測(cè)試程序，發(fā)送控制指令給矩陣板，控制所需硬件資源接到DUT，然后通過USB控制信號(hào)源對(duì)DUT施加信號(hào)、控制示波器對(duì)所需管腳進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)試結(jié)果讀取到上位機(jī)，存入DATALOG。當(dāng)所有的測(cè)試流程均執(zhí)行完成時(shí)，上位機(jī)判斷DUT是否失效，并給出最終測(cè)試結(jié)果。datalog范例見圖7。

圖6　測(cè)試程序開發(fā)和使用流程

圖7　datalog范例

圖7顯示了某產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果的datalog， datalog中顯示了測(cè)試的項(xiàng)目名稱、測(cè)試門限和測(cè)試結(jié)果，最后顯示了該DUT是否測(cè)試合格。

5　測(cè)試系統(tǒng)主要應(yīng)用實(shí)例

XX高壓邏輯電路為100 V、5 V雙電源供電，基本功能是3路輸入TTL信號(hào)，3路同向輸出為0～100 V。重點(diǎn)參數(shù)有負(fù)載為5000 pF時(shí)的輸入輸出延遲、輸出上升和下降時(shí)間等。

指標(biāo)要求如表2所示。

傳統(tǒng)的ATE測(cè)試機(jī)在測(cè)試該產(chǎn)品時(shí)受限于測(cè)試機(jī)的資源，經(jīng)常是高壓測(cè)試機(jī)無法測(cè)試交流參數(shù)，而能夠測(cè)試交流的測(cè)試機(jī)通常無法測(cè)試過高的電壓。因此使用ATE測(cè)試機(jī)不能對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行全面的測(cè)試。

表2　XX高壓邏輯電路技術(shù)指標(biāo)

利用該自主開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的測(cè)試方案能夠很好地彌補(bǔ)以上不足，對(duì)要求比較高的交流參數(shù)進(jìn)行了自動(dòng)測(cè)試。

該產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果如圖8所示。

圖8　XX高壓邏輯電路測(cè)試結(jié)果

可以看到，測(cè)試系統(tǒng)對(duì)每一個(gè)通道的4個(gè)交流參數(shù)都進(jìn)行了自動(dòng)化測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果和精度都能滿足需要。

基于靈活的硬件設(shè)計(jì)與專業(yè)的模塊化軟件設(shè)計(jì)，XX高壓邏輯電路的測(cè)試得到完美解決，該測(cè)試程序的投入使用，及時(shí)緩解了此類電路測(cè)試能力不足的情況，保證了用戶訂單的及時(shí)完成，為今后該電路的供貨提供了強(qiáng)有力的測(cè)試保障。

6　結(jié)束語

基于微型計(jì)算機(jī)的高壓電路測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)，基本滿足了通用類ATE測(cè)試機(jī)的特性，不但有利于降低高壓集成電路測(cè)試的開發(fā)周期和成本，而且可以及時(shí)擴(kuò)大產(chǎn)量，滿足市場(chǎng)需求。作為現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)的有益補(bǔ)充，該類通用性測(cè)試系統(tǒng)具有一定發(fā)展價(jià)值，在保持成本低廉、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的前提下，進(jìn)一步擴(kuò)展其功能及測(cè)試精度，此類系統(tǒng)將可以在今后的工作中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高成，張棟，王香芬. 最新集成電路測(cè)試技術(shù)[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2009. 2.

陳 洋（1979—），男，江蘇無錫人，2002年畢業(yè)于華中科技大學(xué)應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)，本科，主要從事集成電路測(cè)試工作。

Research on Automatic Test System of High Voltage AC Parameters Based on Microcomputer

CHEN Yang, XIE Lili
（Wuxi i-CORE Electronics Co., Ltd, Wuxi 214072, China）

Abstract:For a long time, the digital communication parameters of high voltage integrated circuit test is a relatively difficult to achieve work, traditional ATE equipment often cannot achieve more than 60 V AC parameters of testing.The article discussed about ATE system based on PC. Through the design of the hardware and software, provide a kind of high voltage ac parameters of production test plan, expounds the ideas and methods of software and hardware design. At present the test system has been used in high voltage integrated circuit and test. The test system adopts the straightforward way of graphical programming, has strong expansibility, low cost, strong practicability.

Keywords:micro-computer; ATE system; graphical programming

作者簡介：

收稿日期：2015-8-12

中圖分類號(hào)：TN407

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào)：1681-1070（2016）02-0044-05