與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明 確的說明并表示謝意。 簽名：途杰日期：，口年加年日 論文使用授權 本學位論文作者完全了解電子科技大學有關保留、使用學位論文 的規(guī)定，有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁 盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權電子科技大學可以將學位論文 的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或 掃描等復制手段保存、匯編學位論文。 ( 保密的學位論文在解密后應遵守此規(guī)定) 簽名：二避導師簽名：壘垂整 日期：。年月名日 一 r - 扣 恒壓電路由集成運放實現(xiàn)，通過功率放大器提供負載需要的電壓和電流，用測量 放大器檢測輸出電流和電壓信號，反饋回輸入端，構成負反饋，從而穩(wěn)定輸出電 壓或電流。電流或電壓的施加值由計算機程控，通過高精度d a 轉換器輸出；被 測d u t 的電流和電壓的測量是通過高精度a d 轉換器進行采樣。整個硬件電路由 可編程邏輯器件f p g a 實現(xiàn)。 本文設計的恒流恒壓源能夠提供兩個獨立的施加和測量通道，最大電壓范圍 是1 6 v ，最大電流范圍是4 0 0 m a ，具有4 檔程控電壓量程和7 檔程控電流量程， 電壓施加和測試精度可達o 1 ，電流施加和測試精度為o 2 。同時，該模塊具有 窗口比較功能和鉗位功能，當用戶不關心具體測試數(shù)據(jù)而只需要知道測試通過與 否時，可以利用窗口比較器快速得到測試結果；當被測d u t 發(fā)生短路或其他異常 導致電流或電壓過高時，鉗位電路會將輸出電壓或電流限制在一個固定值上，以 保護器件不被損壞。該模塊另外一個最顯著的特征是浮地測量功能，可以根據(jù)被 測信號的大小改變參考電平。浮地測量的功能通過隔離實現(xiàn)，電源的隔離由d c d c 模塊完成，接口信號的隔離通過光電耦合器實現(xiàn)。 本論文結構安排如下：第一章是緒論，首先介紹了課題的背景及來源；第二 章介紹了系統(tǒng)方案設計并對方案進行了原理分析和論證；第三章研究浮地測量技 術，并設計出具體電路；第四章詳細介紹了各部分硬件電路及控制電路的設計， 并對負反饋施加環(huán)路進行了穩(wěn)定性分析、設計相位補償電路；第五章介紹驅動程 序及調(diào)試軟件的設計；第六章給出調(diào)試數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行誤差分析，采用最小二 乘法進行修正，修正后重新測試并進行精度考核；論文最后是結論和展望。 關鍵詞：模擬集成電路測試，恒流恒壓源，浮地測量。 一 t a b s t r a c t a n a l o gi ct e s ti sb a s e do nt h es t a n d a r d d r i v e n ，s od cv o l t a g ea n d c u r r e n tt e s tl s b e i n gw i d e l yu s e di na n a l o gi ct e s t i n g t h et w om o s t c o m m o nm e t h o d so fa i l a l o gl o t e s t i n ga r ef v m i ( f o r c ev o l t a g ea n dm e a s u r ec u r r e n t ) a n df i m v ( f o r c ec u r r e n t a n d m e a s l l i r cv o l t a g e ) 。t h e r e f o r e ，t h ee q u i p m e n t 、7 l ，h i c hc o u l df o r c ec o n s t a n t 伽玎e n ta 1 1 d v 0 1 t a g et od u t ( d e v i c eu n d e rt e s t ) a n dc o u l d m e a s u r et h ev o l t a g ea n dc u r r e n to fd u t i s c r i t i c a lf o ra n a l o gi ct e s tt e c h n o l o g y t h i sa r t i c l ei sd e d i c a t e dt oi n v e n t i n gs u c hv o l t a g e 趾dc u 仃e n ts o l l r c e i nt h ea r t i c l e ，c o n s t a n tc u r r e n t a n dv o l t a g ec i r c u i tc o n s l s t so f o p e r a t i o n a la n l p l i f i e r ( o p a ) ，t h ep o w e r o p a p r o v i d e1 l i 曲v o l t a g ea n dc u r r e n t t h a td u t r e q u i t e d ，f o r c ec u r r e n ta n dv o l t a g ea r e m e a s u r e db yi n s t r u m e n to p a a n df e e d e db a c kt o 也ei n p u tp o r ti no r d e rt os t a b i l i z et h eo u t p u t t h eo u t p u tv m u e ( c u r r e n to rv o n a g e ) 1 s d e t 鋤i n e db vt h ec o m p u t e ra n dc o n v e r t e dt oa n a l o gs i g n a lb yh i g h - p r e c i s i o nd a c o n v e r t 既d u t sc l l r r e m ta n dv o l t a g ei ss a m p l e db yh i g h p r e c i s i o na dc o n v e r t e r i n m i sa r t i d eaf p g a ( f i e l dp r o g r a m b l eg a t ea r r a y ) i su s e d t oa c c o m p l i s ht h ec o n t r o l f u n c t i o n t h i sv o l t a g ea n dc u r r e n ts o u r c ec a np r o v i d e d a u li n d e p e n d e n tc h a n n e l ，e a c h c h 鋤e 1i sc a p a b l eo ff o r c i n ga n dm e a s u r i n gu pt o 4 - 16 va n d4 - 4 0 0 m a 謝也4 p r o 蓼組吼a b l ev o l t a g er a n g ea n d7p r o g r a m m a b l ec u r r e n tr a n g e t h e a u c 印r a c yo t v o l t a g ef o r c i n ga n dm e a s u r i n gi so 1 a n d t h ea c c u r a c yo fc u r r e n ti s0 2 c o m p a r a t o r o u t p u t sa r ep r o v i d e dp e rc h a n n e lf o r d e v i c eg on o 。g ot e s t i n ga n du s e di nt h es l t l l a t l o n t h a tt h eu s e 】晤m e r e l yc a r ea b o u tt e s ts p e e d b u tn o tt h es p e c i f i ct e s td a t a m e a n w h i l e ，t h e c l 鋤pc i r 砸tw i l ll i m i tt h eo u t p u tv o l t a g e o rc u r r e n ta taf i x e dv a l u ew h e nt h e ya le a b n o m a lt l l a tc a u s e db yad u t s h o r tc i r c u i to ro t h e rf a u l ti no r d e rt op r o t e c tt h ed e v i c e i na d d i t i o n a l o n eo ft h em o s ts i g n i f i c a n tf e a t u r e so f t h em o d u l ei sf l o a t i n gs e l l s e t h i s m o d u l ei sc o n 乜d l l e db yas y s t e mg r o u n dr e f e r e n c e dd i g i t a li n t e r f a c e ，b u tt h em a i n 0 1 】鈉l tc i r 趴l i ti sf l o a t i n gg r o u n d t h i s f u n c t i o ni sc a r r i e do u tt h r o u g ht h ed c d c c o n v c r t e rc o m b i n e dw i t ht h eo p t o c o u p l e r t h i sp 印e ri so 瑪a n i z e d a sf o l l o w s ：t h ef i r s tc h a p t e ri sa ni n t r o d u c t i o n ；i t i n 仃o d u c e s 也eb a c k g r o u n da n ds o u r c eo f t h ep r o j e e t t h es e c o n dc h a p t e rd e s c r i b e st h e u a b s t r a c t b l u e p r i n to fd e s i g na n da n a l y s i st h ef e a s i b i l i t yo ft h eb l u e p r i n t t h e 也i r dc h a p t e r r e s e a r c h e st h ef l o a tm e a s u r i n gt e c h n o l o g ya n dg i v eo u td e t a i l e dc i r c u i t t h ef o u r t h c h a p t e ri n t r o d u c e st h ev a r i o u sp a r t so fh a r d w a r ed e s i g na sw e l la st h ef p g ac o n t r o l l o g i cc i r c u i t ，a n a l y s i s e st h es t a b i l i t yo ft h ef e e d b a c kc i r c u i ta n dd e s i g n sap h a s e c o m p e n s a t i o nc i r c u i tf o ri t t h ef i f t hc h a p t e rd e s c r i b e st h ed r i v e r sa n dd e b u g g i n g s o f t w a r ed e s i g n t h es i x t hc h a p t e rg i v e so u td e b u g g i n gd a t a , a n a l y s i s e sd a t ae r r o ra n d a d j u s t st h es o f t w a r eu s i n gt h el e a s ts q u a r em e t h o d i nt h el a s to ft h ep a p e rw eg i v eo u t t h ec o n c l u s i o n sa n do u t l o o kf o rf u r t h e rs t u d y k e yw o r d s ：a n a l o gi ct e s t ，c o n s t a n tc u r r e n ta n dv o l t a g es o u r c e ，f l o a t i n gs e n s e i i l 一 一 膏 缸 目錄 目錄 第一章緒論1 1 1 集成電路測試概述1 1 1 1 集成電路測試的定義1 1 1 2 集成電路測試的種類1 1 1 3 模擬集成電路測試2 1 2 課題背景2 1 2 1 國內(nèi)外集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況2 1 2 1 1 國外集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況2 1 2 1 2 國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀3 1 2 2 國內(nèi)外集成電路測試系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀4 1 2 2 1 國外集成電路測試技術發(fā)展概況4 1 2 2 2 國內(nèi)集成電路測試技術發(fā)展概況5 1 3 課題來源及主要研究工作6 1 3 1 課題來源。6 1 3 2 課題研究意義6 1 3 3 論文研究內(nèi)容6 第二章方案設計及原理分析8 2 1c e f 10 0 集成電路測試儀介紹8 2 1 1c e f 1 0 0 集成電路測試儀功能8 2 1 2c e f 1 0 0 集成電路測試儀組成結構8 2 2i a b 板的功能及其指標要求1 0 2 3 隊b 板總體方案設計1 1 2 4 總體方案論證及工作原理分析一1 4 2 4 1 加壓測流方式( f v m i ) 1 4 2 4 2 加流測壓方式( f i m v ) 1 6 2 5 小結1 7 第三章浮地測量技術的研究與實現(xiàn)。1 8 3 1 浮地技術的概念及意義18 i v 目錄 3 2 浮地技術的實現(xiàn)1 9 3 2 1 電源隔離。1 9 3 2 2 數(shù)字接口信號的隔離2 0 3 2 3 被測模擬信號的隔離2 1 3 3l a b 板中浮地測量的設計。2 1 3 3 1i a b 板電源隔離及濾波設計2 1 3 3 1 1 有源濾波器的設計：2 2 3 3 1 2l c 濾波器的設計2 3 3 3 2i a b 板信號隔離設計2 4 3 3 2 1 光電隔離輸入驅動設計2 4 3 3 2 2 光電隔離輸出設計一j 2 5 3 4 小結2 7 第四章硬件電路設計2 8 4 1d a 轉換電路的設計2 8 4 1 1l t c l 5 9 5 工作原理2 8 4 1 2l t c l 5 9 5 電流電壓轉換設計2 9 4 1 3l t c l 5 9 5 三線s p i 接口控制邏輯設計。3 1 4 2a d 采樣電路設計3 2 4 2 1a d s 7 8 0 9 特點及工作原理3 2 4 2 2a d s 7 8 0 9 硬件電路設計3 3 4 2 3a d s 7 8 0 9 控制邏輯的設計3 4 4 3 電流電壓施加測量電路設計。3 6 4 4 電流電壓施加電路穩(wěn)定性分析3 7 4 4 1 運放的頻率特性3 7 4 4 2 運放自激振蕩的原因及條件3 8 4 4 3 反饋放大器穩(wěn)定性判據(jù)3 9 4 4 4i a b 板施加電路模型及穩(wěn)定性4 0 4 4 5 補償電路設計4 1 4 5f p g a 控制電路設計4 2 4 5 1f p g a 控制電路的硬件設計4 3 4 5 1 1f p g a 芯片選擇4 3 4 5 1 2f p g a 電源設計4 3 v 厶i 目錄 4 5 1 3e p l c 6 q 2 4 0 主動下載電路設計4 4 4 5 2 控制邏輯設計4 5 4 5 2 1 項層模塊設計4 5 4 5 2 2 地址譯碼模塊設計4 6 4 5 2 3i o 讀寫電路的設計4 6 4 5 2 4d a 和a f t ) 轉換邏輯4 8 4 6 j 、結4 8 第五章驅動程序和調(diào)試軟件設計。4 9 5 1i o 接口層設計5 0 5 2 儀器驅動層程序設計5 l 5 3 應用層軟件設計5 4 5 4 小結5 5 第六章系統(tǒng)調(diào)試、誤差分析及校準5 6 6 1i a b 模塊的調(diào)試平臺及調(diào)試方法5 6 6 1 1 調(diào)試平臺的搭建5 6 6 1 2 調(diào)試方法介紹5 6 6 1 2 1f i ( 加壓測流) 調(diào)試5 7 6 1 2 2f i m v ( 加流測壓) 調(diào)試5 7 6 2 測試結果及靜態(tài)誤差分析5 8 6 3 靜態(tài)誤差校準5 9 6 4 動態(tài)性能分析6 3 6 5 小結。6 3 結論與展望。6 4 j 支謝6 5 參考文獻6 6 攻碩期間取得的研究成果6 8 v i j i q 第一章緒論 1 1 集成電路測試概述 第一章緒論 1 1 1 集成電路測試的定義 集成電路測試是對集成電路或模塊進行檢測，通過測量集成電路的輸出響應并 和預期輸出比較，從而確定或評估集成電路元器件功能和性能的過程，是驗證設 計、監(jiān)控生產(chǎn)、保證質(zhì)量、分析失效及指導應用的重要手段。 集成電路測試的基本模型如圖1 1 所示。 入 被測電路( d u t 5 輸入x ) f ( x ) 輸出響應y 礦 圖1 - 1 集成電路測試的基本模型 被測電路d u t ( d e v i c e u n d e r t e s t ) 可作為一個已知功能的實體，測試依據(jù)原 始輸入x 和網(wǎng)絡功能集f ( x ) ，確定原始輸出響應y ，并分析y 是否表達了電路 網(wǎng)絡的實際輸出。因此，測試的基本任務是生成測試輸入，將測試輸入應用于被 測器件，然后分析輸出的正確性。 1 1 2 集成電路測試的種類 集成電路的測試，按不同標準的可以有分成不同的種類。 按測試目的可以分成驗證測試、生產(chǎn)測試、驗收測試和使用測試【2 j 。驗證測試 是驗證i c 功能的正確性，在器件進入量產(chǎn)之前進行，目的是驗證設計是否正確， 是否滿足了規(guī)范中的所有要求；生產(chǎn)測試是i c 制造生產(chǎn)后的測試，包括晶片測試 ( 中間測試) 和封裝芯片測試( 成品測試) ；驗收測試是系統(tǒng)制造商在系統(tǒng)集成之 前，對所購買的器件進行入廠測試；使用測試是在器件使用期間進行的測試，包 括對器件進行各類可靠性實驗后的評價測試，系統(tǒng)使用過程出現(xiàn)故障時對故障芯 片的檢測和定位。 按測試內(nèi)容可以分為參數(shù)測試、功能測試和結構測試。參數(shù)測試包括d c ( 電 壓、電流測試) 、a c ( 延時) 測試、j 。d 0 測試、三態(tài)測試等；功能測試是對芯片內(nèi) 電子科技大學碩士學位論文 部電路的行為測試，對于數(shù)字電路，包括邏輯功能測試、門級結構測試、延遲測 試等，對于模擬電路，主要是基于器件規(guī)范的測試；結構測試是以故障模型為核 心的測試，即大多數(shù)測試產(chǎn)生和測試評估算法都基于某種故障模型。 按測試器件的類型可以分為數(shù)字電路測試、模擬電路測試、混合電路測試、 存儲器測試和s o c 測試等。 1 1 3 模擬集成電路測試 模擬集成電路測試的一個很重要的特點是在模擬集成電路的設計和生產(chǎn)過程 中有一個特別強調(diào)的診斷過程。當芯片第一個原型完成后，如果整體性能達不到 預期要求，常常需要一個復雜的診斷過程，以修改電路設計或參數(shù)，或者改進生 產(chǎn)工藝以滿足設計要求，在生產(chǎn)活動前期，仍然需要診斷測試，不斷修改參數(shù)， 以提高產(chǎn)品合格率，這樣一直持續(xù)到穩(wěn)定并大量投產(chǎn)。此時，診斷過程被常規(guī)產(chǎn) 品測試代替。常規(guī)產(chǎn)品測試分別在兩個階段進行，即芯片封裝前( 中測) 和封裝 后( 成測) ，中測的目的是挑選合格芯片，送去封裝 3 】。 模擬集成電路的測試方法是基于規(guī)范驅動的，測試的依據(jù)是電路規(guī)范( 芯片 技術資料里面注明的一些技術指標) 。測試時，首先分析哪些規(guī)范是必須測試的， 然后設計測試電路，在規(guī)定的條件下對這些規(guī)范進行測試。 模擬芯片在測試過程中，由于探針的寄生參數(shù)影響動態(tài)參數(shù)的測試，所以常 常只選擇直流電壓和電流進行測試。直流電壓和電流測試的基本方法是加電壓測 電流( f v m i ) 和加電流測電壓( f i m v ) 【4 】。加電壓測電流是在模擬芯片的某一個 引腳上施加一個恒定電壓，然后在相應的輸出引腳測試響應電流；加電流測電壓 是在芯片的引腳施加一個恒定電流，然后測試其輸出響應的電壓。可見，要完成 模擬芯片的測試，必須要有能夠實現(xiàn)恒流恒壓施加和測試的資源。本論文研究的 就是這種恒流恒壓源。 1 2 課題背景 1 2 1 國內(nèi)外集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況 1 2 1 1 國外集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況 自1 9 6 5 年發(fā)明第一塊集成電路以來，全球半導體行業(yè)一直處于高速發(fā)展的時 期，尤其是上世紀最后十年，半導體行業(yè)的發(fā)展勢頭更是迅猛，推動著信息產(chǎn)業(yè) 2 k 蠢 第一章緒論 的高速發(fā)展。進入2 1 世紀，信息產(chǎn)業(yè)已成為世界經(jīng)濟中規(guī)模最大、發(fā)展最為迅猛 的產(chǎn)業(yè)，而集成電路產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎、糧食、龍頭與核心，以計算機 和通訊為依托的“網(wǎng)絡 ，其生存和每一步發(fā)展都離不開集成電路芯片技術的支持 與更新，用美國經(jīng)濟學家羅伯特丹瑪斯的話來說：“互聯(lián)網(wǎng)事實上是一種全球范 圍的半導體網(wǎng)。 近年來，以i c 為主體的全球半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依賴于世界經(jīng)濟的成長。據(jù) i s u p p l i 提供的數(shù)據(jù)，全球i c 產(chǎn)業(yè)雖然經(jīng)過2 0 0 1 年的下跌，但其銷售規(guī)模在總體 上仍然是快速增長趨勢。2 0 0 0 年全球半導體產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模為2 0 8 2 億美元，2 0 0 5 年達到2 3 5 7 億美元，預計到2 0 1 0 年將達到4 2 4 7 億美元。 從技術趨勢看，半導體行業(yè)的發(fā)展速度也非常迅速。目前國際i c 產(chǎn)品的加工 工藝不斷提升，芯片尺寸由8 英寸到1 2 英寸，并正在向1 8 英寸進軍；線寬不斷 減少，由0 2 5 1 1m 到0 1 3 1 1m 再到9 0 h m 、6 5 r i m 、4 5 r i m ，甚至有少數(shù)公司已經(jīng)推出 3 2 n m 的處理器；集成規(guī)模越來越大，功能也越來越復雜，超大規(guī)模集成電路、數(shù) ?；旌霞呻娐泛蛃 o c 芯片不斷推出【5 】。s o c 系統(tǒng)將成為i c 發(fā)展一個不可替代的 趨勢。 1 - 2 1 2 國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 集成電路作為信息產(chǎn)業(yè)的基礎和核心，是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)， 在推動經(jīng)濟發(fā)展、社會進步、提高人民生活水平以及保障國家安全等方面發(fā)揮著 重要作用，已成為當前國際競爭的焦點和衡量一個國家或地區(qū)現(xiàn)代化程度以及綜 合國力的重要標志。國家信息產(chǎn)業(yè)部發(fā)布的“集成電路產(chǎn)業(yè)十一五專項規(guī)劃 中指出：“十一五 期間，大力發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)，盡快建立一個自主創(chuàng)新能力 不斷提高、產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大的產(chǎn)業(yè)體系，對于保障信息安全、經(jīng)濟安全，增強 國防實力，以及推動社會進步，提高人民生活水平，具有極其重要的戰(zhàn)略意義和 現(xiàn)實意義。我國集成電路行業(yè)的具有以下特點： 產(chǎn)業(yè)和市場規(guī)模迅速擴大。1 9 9 8 年我國集成電路產(chǎn)量達到2 2 2 億劃6 1 ，銷售 規(guī)模為5 8 5 億元，2 0 0 4 年產(chǎn)量達到2 3 5 4 億塊，銷售規(guī)模為9 4 9 4 7 億元，2 0 0 7 年產(chǎn)量達到4 1 6 6 億塊，銷售規(guī)模為1 9 1 8 4 億元，預計到2 0 1 0 年我國集成電路 的年產(chǎn)量將達到8 0 0 億塊，銷售規(guī)模突破3 0 0 0 億元。1 2 年間產(chǎn)量和銷售額分別擴 大3 6 倍與5 l 倍之多，銷售額增速遠遠高于同期全球年均增速。我國集成電路市 場規(guī)模成為全球僅次于美國的第二大集成電路市場。 電子科技大學碩士學位論文 產(chǎn)業(yè)結構日趨合理。我國集成電路產(chǎn)業(yè)已初步形成了設計、芯片制造和封裝 測試三業(yè)并舉、較為協(xié)調(diào)的發(fā)展格局。設計業(yè)和芯片制造業(yè)在產(chǎn)業(yè)中的比重顯著 提高，由2 0 0 0 年的3 1 提高到2 0 0 7 年的4 9 8 ，封裝與測試比重由同期的6 9 下降到5 0 2 ，較為合理的產(chǎn)業(yè)結構初步形成。 技術水平快速提升。隨著技術創(chuàng)新能力的提升，涌現(xiàn)出一批自主開發(fā)的i c 產(chǎn) 品。產(chǎn)品設計能力達到o 18 微米，少數(shù)已經(jīng)達到6 5 n m 的先進水平；集成電路芯 片生產(chǎn)線工藝水平達到1 2 英寸0 1 3 微米，先進加工工藝已達到8 0 h m ，甚至6 5 r i m ； 封裝測試水平從低端邁向中高端，在s o p 、p g a 、b g a 、f c 和c s p 以及s i p 等先進 封裝形式的開發(fā)和生產(chǎn)方面取得了顯著成績【7 】。 骨干企業(yè)迅速成長。近幾年來，本土i c 設計企業(yè)迅速發(fā)展，在地域上相對集 中在京津、蘇浙滬、粵閩地區(qū)。2 0 0 7 年位居銷售額前五位的企業(yè)分別是中國華大 集成電路、深圳海思半導體、上海展訊通信、大唐微電子、珠海炬力集成電路。 這些本土“巨頭的業(yè)務范圍主要集中在智能卡、多媒體、通信卡等低端業(yè)務上。 1 2 2 國內(nèi)外集成電路測試系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 1 2 2 1 國外集成電路測試技術發(fā)展概況 集成電路測試是保證集成電路性能、質(zhì)量的關鍵手段之一，集成電路測試技 術是發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)的三大支撐技術之一。因此，集成電路測試儀( 或測試系 統(tǒng)) 作為一個測試門類受到很多國家的高度重視。4 0 年來，隨著集成電路發(fā)展到 第四代，集成電路測試儀也從最初測試小規(guī)模集成電路發(fā)展到測試中規(guī)模、大規(guī) 模和超大規(guī)模集成電路，到了八十年代，超大規(guī)模集成電路測試儀進入全盛時期。 集成電路測試儀的發(fā)展過程可以粗略地分為四個時代【8 】。 第一代始于1 9 6 5 年，測試對象是小規(guī)模集成電路，可測管腳數(shù)達1 6 只。用 導線連接、撥動開關、按鈕插件、數(shù)字開關或二極管矩陣等方法，編制自動測試 序列，僅僅測量i c 外部管腳的直流參數(shù)。 第二代始于1 9 6 9 年，此時測試儀由計算機控制，測試對象擴展到中規(guī)模集成 電路，可測管腳數(shù)2 4 個，不但能測試i c 的直流參數(shù)，還可用低速圖形測試i c 的 邏輯功能，這是一個飛躍。 第三代始于1 9 7 2 年，這時的測量對象擴展到大規(guī)模集成電路( l s i ) ，可測管 腳數(shù)達6 0 個，最突出的進步是把功能測試圖形速率提高到i o m h z 。從1 9 7 5 年開始， 測試對象為大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路( l s i v l s i ) ，可測管腳劇增到1 2 8 個，功 4 第一章緒論 能測試圖形速率提高到2 0 m h z 。不但能有效地測量c m o s 電路，也能有效地測量t t l 、 e c l 電路。此時作為獨立發(fā)展的半導體自動測試設備，無論其軟件、硬件都相當成 熟。 1 9 8 0 年測試儀進入第四代，測量對象為v l s i ，可測管腳數(shù)高達2 5 6 個，功能 測試圖形速率高達i o o m h z ，測試圖形深度可達2 5 6 k 以上。測試儀的智能化水平進 一步提高，具備與計算機輔助設計( c a d ) 連接能力，自動生成測試圖形向量，并 加強了數(shù)字系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)的融合。有些系統(tǒng)實現(xiàn)了與激光修調(diào)設備連機工作， 對存儲器、a d 、d a 等i c 芯片進行修正。 從1 9 7 0 年仙童( f a i r c h a r d ) 公司形成s e n t r y 系列以來，繼而形成系列的還 有泰克( t e k t r o n i x ) 公司的3 2 0 0 系列，泰瑞達( t e r a d y n e ) 公司的a 3 8 0 系列、 a 3 0 0 系列、日木安藤電氣( a n d oe l e c t r o n ) 的8 0 0 0 系列、愛德萬( a d u a n t e s t ) 的t 3 1 0 0 、t 3 2 0 、t 3 7 0 0 系列以及美國m e g a t e s t 公司的q 一1 1 系列，都取得較好的 效益引。 現(xiàn)在，測試儀的功能測試速率已達5 0 0 m h z 以上，可測管腳數(shù)多達1 0 2 4 個， 定時精度5 5 p s ，測試儀的發(fā)展速度是驚人的。 1 2 2 2 國內(nèi)集成電路測試技術發(fā)展概況 我國在7 0 年代初就開始了集成電路測試儀的研制工作，8 0 年代后期國產(chǎn)集成 電路測試儀的水平，特別是自行設計能力有較大提高，測試理論、測試方法、測 試系統(tǒng)的研究試驗工作受到國家重視，初步形成一支科研、設計、制造的技術隊 伍。國內(nèi)研制造集成電路測試儀的研究所與工廠主要有中國科學院計算技術研究 所、半導體所、北京自動測試技術研究所、光華無線電儀器廠( 7 6 7 廠) 、北京無 線電儀器廠、北京科力公司等。1 9 8 6 年中科院計算技術研究所研制成功i c t - 2 l s i v i s i 綜合測試系統(tǒng)，功能測試速率1 0 刪z 2 0 刪z ，通道數(shù)4 8 ( 1 2 8 ) ，o t a ( 系 統(tǒng)總定時精度) 2 n s 。1 9 8 7 年北京自動測試技術研究所研制成功b c 3 1 7 0 存儲器測 試系統(tǒng)，功能測試速率2 0 m h z ，通道數(shù)3 2 個。同期光華無線電儀器廠推出g h 3 1 2 3 型集成電路自動測試儀，北京自動測試技術研究所b c 3 1 l o x 型集成電路測試儀研 制成功。這兩種采用c a t 技術的中小規(guī)模集成電路測試系統(tǒng)，標志著國產(chǎn)中小規(guī) 模集成電路測試儀的技術水平進入新的發(fā)展時期和走向實用階段。繼而北京科力 公司研制和生產(chǎn)測試速率1 2 5 m h z 、6 4 通道大規(guī)模數(shù)字集成電路測試系統(tǒng)。此后 不久，光華無線電儀器廠又研制成功功能測試速率為i o m h z 的1 6 m 位r a m 存儲器 測試儀，大規(guī)模測試系統(tǒng)獲得長足的發(fā)展。1 9 9 6 年，由北京自動測試技術研究所、 電子科技大學碩士學位論文 國營光華無線電儀器廠、中科院計算技術研究所聯(lián)合研制成功3 1 9 0 數(shù)字集成電路 大型測試系統(tǒng)，測試速率4 0 m h z ，通道數(shù)6 4 個，定時精度7 5 0 p s ，達到八十年 代中后期國際先進水平，國產(chǎn)集成電路測試儀上了一個新臺階9 】 【l o 】，【1 1 1 。 國產(chǎn)集成電路測試儀雖有一定的發(fā)展，但與國際水平仍存在較大差距。市場 上各種型號國產(chǎn)測試儀，中小規(guī)模占8 0 ，只有少數(shù)采用計算機輔助測試。大規(guī)模 i c 測試系統(tǒng)i c t 一2 、b c 3 1 7 0 、3 1 9 0 類大系統(tǒng)，由于價格、可靠性、實用性等因素 導致沒有實用化。因此，大規(guī)模i c 測試系統(tǒng)主要依靠進口解決國內(nèi)的科研、生產(chǎn) 與應用測試。 1 3 課題來源及主要研究工作 1 3 1 課題來源 廣東科威( 肇慶) 半導體有限公司合作研究項目 1 3 2 課題研究意義 隨著我國半導體行業(yè)的快速發(fā)展，許多國際i c 公司都將封裝測試產(chǎn)業(yè)轉向了 我國，同時，我國本土資本也大量涌向i c 封裝測試產(chǎn)業(yè)。然而，由于國內(nèi)集成電 路測試技術相對落后，測試儀器功能較少，測試精度較低，很多企業(yè)不得不選擇 購買國外的測試設備，而國外的i c 測試設備價格昂貴，動輒幾十萬，甚至上百萬， 這讓很多中小規(guī)模的企業(yè)望而止步，所以i c 測試設備已經(jīng)成了制約這些企業(yè)發(fā)展 的一個瓶頸因素。 本論文通過研究模擬集成電路的測試方法，設計出高精度的恒流恒壓源，該模 塊具有電流電壓施加和測試功能。再把該模塊配備在c e f 1 0 0 集成電路測試儀中， 可以實現(xiàn)5 6 引腳的模擬集成電路的直流參數(shù)測試。c e f 1 0 0 集成電路測試儀通過 與生產(chǎn)線上的分選裝置配合，可以實現(xiàn)模擬i c 的在線自動測試和分選，測試速度 可達2 4 0 0 只d , 時。這對于我國半導體行業(yè)尤其是集成電路測試行業(yè)的發(fā)展將起到 積極的推動作用。 可見，本論文的研究具有很好的科技意義和經(jīng)濟意義。 1 3 3 論文研究內(nèi)容 本論文的研究目標是設計一個具有兩個獨立通道的高精度恒流恒壓模塊，該模 6 第一章緒論 塊的地電位浮置，每個通道具有施加和測試功能，可實現(xiàn)雙向四象限工作，電壓 施加和測試精度為o 1 ，電流施加和測試精度為o 2 ，分辨率為1 6 位。論文具 體研究工作包括以下幾個方面： ( 1 ) 、研究模擬集成電路直流參數(shù)的測試方法。 ( 2 ) 研究浮地測量技術及其實現(xiàn)。 ( 3 ) 、研究恒流恒壓源的工作原理，設計恒流恒壓模塊的硬件電路。 ( 4 ) 、設計硬件驅動函數(shù)。 ( 5 ) 、設計調(diào)試應用軟件，組建調(diào)試平臺，完成模塊的調(diào)試工作。 ( 6 ) 、進行誤差分析和精度校準。 電子科技大學碩士學位論文 第二章方案設計及原理分析 本論文設計的恒流恒壓源是用于模擬集成電路測試，它是課題組研制的 c e f 1 0 0 集成電路測試儀的一個子模塊，在設計該模塊的時候，先要對c e f 1 0 0 集成電路測試儀有個總體的認識和了解。所以，這里先介紹c e f 1 0 0 集成電路測 試儀的基本組成和結構。 2 1c e f 1 0 0 集成電路測試儀介紹 2 1 1c e f 1 0 0 集成電路測試儀功能 c e f 1 0 0 集成電路測試儀是課題組為廣東某半導體有限公司研制的用于生產(chǎn) 線的i c 自動測試儀器，它具有以下功能： 1 ) 測試模擬集成電路、數(shù)字集成電路及數(shù)?；旌霞呻娐?。如運算放大器、 集成穩(wěn)壓器、電壓比較器、模擬開關及t t l ，e c l ，c m o s 數(shù)字電路和一定范圍的專 用集成電路。 2 ) 測試工c 器件的直流、交流及動態(tài)參數(shù)。如：開路短路測試、輸出驅動電 流電壓測試、漏電電源測試、電源電流測試、轉換電平測試、精密運放的偏移電 壓、偏移電流、增益帶寬積等，具有良好的穩(wěn)定性和測試精度。 3 ) 系統(tǒng)可提供多達5 6 管腳的模擬i c 測試和3 2 管腳的數(shù)字i c 測試能力。 4 ) c e f 1 0 0 集成電路測試儀可以與生產(chǎn)現(xiàn)場的分選設備配合使用，共同完成 集成電路的自動測和分選工作。 2 1 2c e f 1 0 0 集成電路測試儀組成結構 c e f 1 0 0 集成電路測試儀的硬件功能框圖如圖2 - 1 所示。由圖2 1 可以看出， 整個硬件系統(tǒng)由接口、模擬和數(shù)字三大部分組成。接口部分包括p c i 接口板、系 統(tǒng)控制板和矩陣式繼電器板m r b ( m a t r i xa n dr e l a yb o a r d ) ；模擬部分包括大功率 模擬板p a b ( p o w e r a n a l o gb o a r d ) 、多通道模擬板m a b ( m u l t i p l e c h a n n e la n a l o g b o a r d ) 和帶隔離的模擬板i a b ( i n s u l a t e da n a l o gb o a r d ) ；數(shù)字部分包括數(shù)字電路 測試板d t b ( d i 西t a l c i r c u i tt e s t i n gb o a r d ) 和時間頻率測試板t f b ( t i m ea n d 第二章方案設計及原理分析 f r e q u e n c et e s t i n gb o a r d ) 。 p c i 接口板 系統(tǒng)總線 矩陣式繼電器板( m r b ) 圖2 - 1 集成電路測試儀硬件框圖 本論文設計的恒流恒壓模塊就是這里的帶隔離的模擬板i a b ，在論文的后續(xù) 部分，都以i a b 板敘述。 p c i 接口板和系統(tǒng)控制板。p c i 接口板的作用是實現(xiàn)計算機和測試儀的通信， 以完成計算機對測試儀的自動控制。它將計算機的p c i 總線轉換成測試儀的內(nèi)部 總線，提供給系統(tǒng)子模塊使用，以完成系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)傳輸。 系統(tǒng)控制板具有兩個主要部分：電源監(jiān)控電路和p h i 控制電路。電源監(jiān)控電 路主要用于電源保護，如果任何一組電源發(fā)生故障，系統(tǒng)將在兩秒之后關掉電源 并將故障信號鎖存；p h i 控制電路是用于測試儀和生產(chǎn)現(xiàn)場的分選設備通信，它提 供兩路標準的t t l 信號給分選設備的兩個站點并行測試使用，協(xié)調(diào)測試儀和分選 設備的工作，共同完成芯片的測試和分選工作。 大功率模擬板p a b 。大功率系統(tǒng)板p a b 具有兩個獨立通道，每個通道可單獨 編程，能提供和測量最大+ 3 2 v 的電壓和1 a 的電流，電壓施加和測量精度為0 3 ， 電流施加和測量精度為0 5 。為了防止負載短路或開路造成的電流過大或電壓過 高的情況，p a b 板具有電流鉗位和電壓鉗位的功能。 多通道模擬板m a b 。m a b 板具有8 個獨立通道，每個通道可單獨編程，能 提供和測量最大1 2 v 的電壓和3 0 0 m a 的電流。電壓施加和測量精度為0 1 ，電 9 電子科技大學碩士學位論文 流施加和測量精度為0 2 。m a b 板也具有電流鉗位和電壓鉗位的功能。 帶光電隔離的模擬板i a b 。i a b 板是高精度、地電位浮置的資源板，具有2 個獨立通道，每個通道可單獨編程，能提供和測量最大1 6 v 的電壓和4 0 0 m a 的電流。電壓施加和測量精度為0 1 ，電流施加和測量精度為o 2 。i a b 板也具 有電流鉗位和電壓鉗位的功能。i a b 板參考地電位浮置，輸入輸出采用光電隔離。 數(shù)字電路測試板d t b 。d t b 用于數(shù)字電路測試，它負責產(chǎn)生d u t 的輸入測 試向量和分析器件的輸出向量。同時d t b 板提供兩個精密測試通道，每個通道能 實現(xiàn)+ 7 v 一5 v 和+ 4 0 m a 的驅動和測量功能，用于數(shù)字電路直流參數(shù)測試。 時間頻率測試板t f b 。t f b 提供繼電器控制信號和時間