李曉紅 鄧永芳 張麗巍 陳 敏 李 真

（中國電子科技集團公司第二十四研究所 重慶 400060）

1 引言

隨著航天航空、武器裝備、國民經(jīng)濟各行各業(yè)的飛速發(fā)展，集成電路的使用量大幅度增加，應用也越來越廣泛，涉及軍事、航天、遠程及數(shù)據(jù)通訊、辦公自動化設備、工業(yè)儀器儀表等領域。標準GB/T17574-1998《半導體器件集成電路第2部分：數(shù)字集成電路》中規(guī)定了集成電路的測試參數(shù)和測試方法，而其中的延遲時間是衡量集成電路動態(tài)特性質量優(yōu)劣的重要參數(shù)之一，也是集成電路的重要測試參數(shù)之一。在測試過程和測試結果中，測試系統(tǒng)所引起的誤差即測量結果不確定度往往被忽略不計，實際上，在測試結果處于產(chǎn)品規(guī)范要求范圍的臨界值時，測量結果不確定度對測試結論的影響是非常大的。

本文采用集成電路測試系統(tǒng)對集成電路的延遲時間進行測試，并對測試結果進行不確定度評定。

2 主要參數(shù)測試

2.1 主要參數(shù)測試

分別對某運算放大器、開關驅動器和標準模塊的延遲時間進行測試。

2.2 檢測儀器

V93000型數(shù)?；旌闲盘枩y試系統(tǒng)。

3 測量不確定度的數(shù)學模型［6～10］

由于集成電路延遲時間測試的特殊性，測試結果由儀器直接測出，被測運算放大器、開關驅動器和標準模塊的延遲時間測量不確定度的數(shù)學模型為

公式中tDLH為被測集成電路的延遲時間，tDLH1為V93000型數(shù)模混合信號測試系統(tǒng)的讀數(shù)，δ1為測試系統(tǒng)管腳驅動器的時鐘定時邊沿分辨力引入的不確定度分量，δ2為測試系統(tǒng)時間測量的掃描最小步進值引入的不確定度分量，δ3為測試系統(tǒng)時間的定時精度（即通道差）引入的不確定度分量。

4 測量不確定度來源分析

從被測運算放大器、開關驅動器和標準模塊的延遲時間測量不確定度的數(shù)學模型可以得知，不確定度來源和分量如下：

1）重復性測量引入的不確定度；

2）測試系統(tǒng)管腳驅動器的時鐘定時邊沿分辨力引入的不確定度；

3）測試系統(tǒng)時間測量的掃描最小步進值引入的不確定度；

4）測試系統(tǒng)時間的定時精度（即通道差）引入的不確定度；

5）環(huán)境條件、電壓等因素引入的不確定度。

5 不確定度的評定［11］

5.1 A類標準不確定度［12～13］

取被測運算放大器、開關驅動器和標準模塊的樣品各1只，在同一條件下，重復測量10次，測量數(shù)據(jù)（tDLH1）見表1。

表1 被測運算放大器、開關驅動器和標準模塊的測量數(shù)據(jù)（tDLH1）（單位：ns）

1）平均值

運算放大器：

開關驅動器：

標準模塊：

2）用貝塞爾公式計算實驗標準偏差

運算放大器：

開關驅動器：

標準模塊：

3）不確定度

運算放大器：

開關驅動器：

標準模塊：

其相對不確定度：

運算放大器：

開關驅動器：

標準模塊：

如果在測試過程中利用單次測試值或m次測試結果的平均值作為測量結果時，則u=，其A中m可以為1、2、3…。

5.2 B類標準不確定度［14］

1）V93000型數(shù)模混合信號測試系統(tǒng)管腳驅動器的時鐘定時邊沿分辨力引入的不確定度

根據(jù)測試系統(tǒng)的技術說明書，該系統(tǒng)管腳驅動器的時鐘定時邊沿分辨力為0.001ns，則a=0.001ns/2=0.0005ns，按照均勻分布，k=，則：

其相對不確定度：

運算放大器：

開關驅動器：

標準模塊：

2）V93000型數(shù)?；旌闲盘枩y試系統(tǒng)時間測量的掃描最小步進值引入的不確定度

根據(jù)測試系統(tǒng)的技術說明書，該系統(tǒng)時間測量的掃描最小步進值為0.001ns，則a=0.001ns/2=0.0005ns，按照均勻分布，k=，則：

其相對不確定度：

運算放大器：

開關驅動器：

標準模塊：

3）V93000型數(shù)?；旌闲盘枩y試系統(tǒng)時間的定時精度（即通道差）引入的不確定度

根據(jù)測試系統(tǒng)的技術說明書，該測試系統(tǒng)的定時精度（即通道差）為±0.2ns，則區(qū)間半寬度a=0.2ns，按照均勻分布，k=，則：

其相對不確定度：

運算放大器：

開關驅動器：

標準模塊：

4）環(huán)境條件、電壓等因素引入的不確定度

在本次測量中，采用V93000型數(shù)?；旌闲盘枩y試系統(tǒng)，并將儀器在恒定溫度下預熱4個小時后進行測量，故此項不確定度分量可以忽略不計。

5.3 標準不確定度匯總表

標準不確定度匯總見表2。

表2 各標準不確定度匯總

5.4 合成不確定度

由于以上各不確定度分量獨立且不相關，可以根據(jù)公式計算得出合成不確定度。運算放大器：

開關驅動器：

標準模塊：

其相對合成不確定度：

運算放大器：

開關驅動器：

標準模塊：

5.5 擴展不確定度

根據(jù)合成不確定度，擴展不確定度U=k?uc，取k=2，即置信概率近似為95%，則擴展不確定度：

運算放大器：

開關驅動器：

標準模塊：

其相對擴展張不確定度：

運算放大器：

開關驅動器：

標準模塊：

通過以上分析，用V93000型測試系統(tǒng)測量被測運算放大器、開關驅動器和標準模塊的延遲時間測量結果的擴展不確定度和相對擴展不確定度見表3。

表3 各測量結果的擴展不確定度和相對擴展不確定度匯總

5.6 不確定度報告與表示

已知被測運算放大器、開關驅動器和標準模塊的延遲時間重復測試xˉ，擴展不確定度U，則延遲時間的測量結果：

運算放大器：

開關驅動器：

標準模塊：

式中，±號后的值為擴展不確定度U=0.23ns，其由合成標準不確定度uc=0.116ns和包含因子k=2而得到。

6 結語［15］

本文采用V93000型數(shù)模混合信號測試系統(tǒng)分別對被測運算放大器、開關驅動器、標準模塊的延遲時間進行了測試，并對測試結果進行了不確定度評價，在置信概率近似為95%的情況下，其測量結果擴展不確定度均為0.23ns（相對擴展不確定度分別為10%、0.58%、0.23%）。評價結果表明，當被測運算放大器、開關驅動器、標準模塊的延遲時間的測試結果與產(chǎn)品規(guī)范要求范圍的臨界值的差值大于0.23ns（或分別大于10%、0.58%、0.23%）時，在測試結果中忽略測量不確定度不會影響測試結論。