CN101080641A - 用于与测试系统通道接口的双向缓冲器 - Google Patents

Abstract

在DUT与测试系统控制器之间的晶片测试系统的通道中设置发射极跟随器或源极跟随器晶体管以使低功率DUT能驱动测试系统通道。在射极跟随器晶体管的基极与发射极之间包括一旁路电阻器，以使得能在DUT通道与测试系统控制器之间提供双向信号，以及使得能执行参数测试。发射极跟随器晶体管和旁路电阻器可以设置在探针板上，并且在测试系统控制器中包括一下拉终接电路。测试系统控制器能为发射极跟随器晶体管的基极至发射极电压降提供补偿。

Description

用于与测试系统通道接口的双向缓冲器

技术领域

本发明一般涉及一种用于测试集成电路器件被测件(DUT)的测试系统。本发明尤其涉及一种用于有效接收从DUT发出通过晶片测试系统的低功率信号的系统。

背景技术

图1示出用于测试半导体晶片上的DUT的典型测试系统的简化框图。该测试系统包括由通信电缆6连接至测试头8和探针板18的测试控制器或测试器4。该测试系统还包括由用于搭载被测晶片14的平台12构成的探测器，平台12被移至与探针板18上的探针16接触，探针16用于接触晶片上形成的DUT的焊盘。探针16的例子包括弹簧探针、弹簧针、眼镜蛇(cobra)型探针、导电隆起、或本领域已知的用于接触DUT的其它形式的探针。图示出相机20和22被附连于探测器平台12和测试头8以使探针16能与晶片14上形成的DUT的触点精确对准。

在该测试系统中，测试数据由测试控制器4生成，并通过通信电缆6发送至测试头8。然后，从晶片上的DUT提供测试结果通过测试头8返回给测试控制器4。测试头8包含一组测试通道。通常从测试控制器4提供的测试数据是经由通过电缆6的个体测试器通道提供的，这些测试器通道在测试头8中分离，使得每个通道通过探针板18延伸至探针16中单独的一个。这些通道由电连接24从测试头8链接至探针板18。

每个探针16通常与被测晶片14的DUT上的单个输入/输出(I/O)端子或焊盘接触。各测试器通道或可向DUT输入发送测试信号，或可监视DUT输出信号以确定IC是否如预期地工作。

图2示出设在测试控制器4与DUT35₁之间的通道31的细节。如图所示，所示通道31的测试控制器4包括一双向缓冲器，该缓冲器中具有连接至通道线31以发送信号的输出缓冲器部分30、以及从线31接收信号的输入缓冲器部分32。如图1中那样，图2的通道线31是从测试控制器4通过测试头8、连接器24、探针板18和探针14之一设到DUT35₁上的一个焊盘。通道线31被示为通常为与去往和来自测试系统的阻抗匹配而设置的50欧姆线。一旦测试完成，晶片即被切割以分离DUT 35₁-35₃。

图1和2中所示测试系统的缺点在于在某些情形中DUT输出信号的功率不足以充分地驱动接口至测试器的50欧姆线。需要提供一种在一个方向上能测试来自DUT的信号——包括不能驱动50欧姆测试线的低功率信号——而同时在反方向上提供从测试器到DUT的信号路径的测试系统。这一接口的另一关键要求是不干扰由测试系统进行的诸如泄漏测试测量等DC参数测量。

发明内容

根据本发明，为测试系统提供了一种使低功率或高阻抗DUT驱动信号能驱动低阻抗[50欧姆]测试器通道而同时允许测试器与DUT之间双向传信的电路。

根据本发明的电路包括设置在DUT与测试控制器之间的测试通道中的用于驱动通道传输线的发射极跟随器或源极跟随器晶体管。发射极跟随器或源极跟随器晶体管可设置在探针板上，并且测试控制器中的电路用于提供下拉终接。

认识到当在该通道中设置了缓冲器时双向信号通常被阻止，根据本发明的电路还使得能在DUT通道与测试控制器之间双向传信。双向传信是通过在发射极跟随器晶体管的基极与发射极之间或在源极跟随器晶体管的栅极-源极之间使用一旁路电阻器以允许DUT通过该晶体管驱动测试控制器、并允许测试控制器通过旁路电阻器驱动信号回到DUT来提供的。旁路电阻器还允许由测试器进行泄漏测量(强加电压，测量电流；或是强加电流，测量电压)，因为电阻器值与通常所测量的低泄漏电流相比相对较小。当测试器将信号驱动至DUT时，DUT输入为高阻抗，因此在电阻器两端的电压降很小或没有，并且晶体管的Vbe接近0伏特，从而确保晶体管截止。在集电极电压大于最大测试器驱动电压(Vdd或Vdd+Vbe伏)的情况下，缓冲器的基极和发射极结将被相对于集电极反向偏置，并且没有电流流向或来自晶体管。

当DUT在驱动测试通道时，由测试控制器在传输线的测试器端为射极跟随器晶体管提供终接。典型的测试控制器提供两种用于提供此终接的方便的方法。第一种方法是使用被编程到小于晶体管的Vbe电压降的DC低电平DUT输出电压——通常约为1伏特——的测试控制器驱动器。另一种方法是使用可编程的通道终接选项，前提是测试控制器提供此能力。可编程通道终接可以被编程为当低功率DUT在使用发射极跟随器或源极跟随器晶体管驱动通道时提供电流宿或下拉终接，然后当不使用发射极跟随器或源极跟随器晶体管时消除下拉终接。起到下拉终接功能的测试控制器还可被编程为在操作时补偿发射极跟随器晶体管所体验到的基极至发射极电压降以提供准确的测试结果。

附图说明

在附图的帮助下来解释本发明进一步的细节，其中：

图1示出用于测试半导体晶片上的DUT的常规测试系统的简化框图；

图2示出图示说明了所提供的通过测试系统的通道的常规测试系统的更多细节；

图3示出根据本发明的一个实施例的在一通道中设置的使得低功率DUT信号能驱动测试系统的发射极跟随器晶体管；

图4示出被修改成用源极跟随器晶体管代替发射极跟随器晶体管的图3的电路；以及

图5示出被修改成图示说明发射极跟随器晶体管可以与用于校正由于发射极跟随器晶体管的引入所引起的电压变动的温度补偿一起被包括在探针板中的图3的电路。

具体实施方式

图3示出根据本发明的一个实施例的设置在一通道31中的使得低功率或低电流DUT信号能驱动测试系统的发射极跟随器晶体管40。发射极跟随器晶体管40设置在通道31中且其基极连接至DUT 35，其发射极连接至测试控制器4，基极和发射极还由电阻器42连接在一起。电阻器42提供一条用于双向传信的路径以使得当DUT 35在驱动通道31时，测试控制器4能向DUT 35提供信号，并且还使得测试控制器4能驱动通道31以及接收来自通道31的信号以提供参数测试。在一个实施例中，晶体管40的集电极与示为Vdd的系统电源连接。在如图3中所示的另一实施例中，晶体管40的集电极被连接至Vdd+1V以通过晶体管40补偿约1V的基极-发射极Vbe电压降。对Vbe的补偿允许DUT 35将驱动信号抬高至Vdd。使用射极跟随器配置是因为它具有接近一致的电压增益，因此基极电压中的变化表现为发射极终接两端的恒定电压偏置，并且提高的驱动电流使低输出电流DUT 35能驱动50欧姆传输线和终接46或缓冲器30。有了一致的电压增益，就能由接收由晶体管40的恒定电压偏置Vbe偏置的DUT 35通道电压的测试控制器4来执行准确的电压测试测量。虽然在图3中示出一个发射极跟随器的配置，但是应理解可以根据设计要求使用不同的射极跟随器配置。

图示出测试控制器4包括有时被称为引脚电子电路(pin electronics)的用于提供去往和来自DUT 35的双向传信的缓冲器30和32。图示出通过具有与其余通道线的50欧姆阻抗匹配的50欧姆值的电阻器44设置测试控制器驱动缓冲器32。在不使用本发明的典型的测试配置中，当DUT 35在驱动通道并且在通过测试控制器4的比较器缓冲器30测量测试信号时，测试控制器驱动器32可以被编程至高阻抗或“三态”电平。使用本发明，测试控制器4能替换地提供一种为晶体管40提供50欧姆下拉终接的方便的方法。当使用驱动器32来提供终接时，它被简单地编程到DC电压。例如，如果DUT 35的低电平电压输出为0伏，则驱动器32可以被编程以具有固定的输出电压，例如-1.0V。在此情形中，当DUT 35在输入0伏时，比较器30处的电压将为0伏特以下的晶体管40的Vbe。如果Vbe＝-0.7伏特，则来自DUT 35的0伏将在比较器30的输入处产生-0.7伏。由此，从比较器30到驱动器32的电阻器44两端的电压将为-0.7V-(-1.0V)，或即0.3伏。

或者，测试控制器可以物理地包括用于发射极跟随器晶体管的下拉终接。如图3中所示，测试控制器4可包括用于将通道31选择性地接地或连接至诸如-1伏等其它基准电压以补偿晶体管40的Vbe电压降的开关48。当从在DUT35发送信号时，开关48由测试控制器4控制接地或启用晶体管41。类似地，当从测试控制器通过输出缓冲器32发送信号时，由测试控制器4断开开关48。通过开关48接地的路径被设成通过50欧姆电阻器46以与如上所述的通道阻抗匹配，但是也可以根据设计要求使用不同的电阻值。

如上所述，电阻器42提供用于DUT 35与测试控制器4之间的双向传信的路径。电阻器42被图示为1K的器件，为要从测试控制器4向DUT的信号提供相对较低阻抗的路径。低阻抗电阻器42还提供从DUT 35到测试控制器4的用于参数测试(即，通过强加电压并测量电流以及强加电流并测量电压所确定的DC泄漏)的返回路径。通常，诸如通过使用发射极跟随器晶体管40等在通道路径中设置缓冲的缺点之一在于缓冲器阻止测试控制器4使DUT输入引脚开路、短路及泄漏测试，这些测试有时被统称为参数测试。该缓冲隔绝了DUT从而使用来自测试控制器4的信号有意地生成的用于短路和开路测试的返回信号会被阻塞。类似地，来自DUT的泄漏电路将被阻塞，从而阻止了泄漏测试测量。因为将使用来自缓冲器32的发送来进行参数测试，所以开关48将被断开，并且发射极跟随器晶体管40将处于停用状态，然而电阻器42仍用于为来自测试控制器缓冲器32的信号以及为来自DUT的返回信号提供路径，使得能进行参数测试。虽然示出电阻器42为1K器件，但是也可以根据设计要求使用其它低阻抗旁路电阻器。

测试通道中包括缓冲器的另一缺点在于通常将包括双向缓冲元件，从而需要提供方向控制信号。根据本发明，不需要方向控制信号。当DUT 35被配置成输入引脚时，它具有高阻抗输入，通常对于CMOS输入器件为兆欧级。因此，当测试控制器4驱动来自缓冲器32的信号时，实际上在电阻器42两端不发生电压降，因此在集电极仍旧反向偏置在Vdd或在驱动器32的高电平输出电压以上的情况下，在晶体管40中不产生电流。因此，当DUT 32在驱动通道时，晶体管40作为发射极跟随器放大器工作，而当测试控制器4在驱动通道时，晶体管40“截止”，并且到DUT 35的路径只通过电阻器42。不需要额外的控制信号来改变测试通道的传信方向。

图4示出被修改成用源极跟随器晶体管52代替发射极跟随器晶体管40的图3的电路。为了方便起见，从图3沿用至图4的组件被以相同标号标示，在后续附图中沿用的组件也是一样。图4的源极跟随器晶体管52是FET放大器，其栅极与DUT 35连接，其源极与测试控制器4连接，并且其漏极与系统电源电压Vdd连接，或与Vdd+1V连接以克服约1V的栅极至源极电压降。同图3一样，使用低阻抗旁路电阻器42来提供双向传信，并将其连接在FET晶体管52的栅极与源极之间。同射极跟随器配置一样，使用源极跟随器配置是因为它具有接近一致的电压增益，因此栅电压中的变化表现为源极处相等的电压变化，从而使得低功率DUT 35能驱动通道线31。虽然图4中示出一个源极跟随器的配置，但应理解可以根据设计要求使用不同的源极跟随器配置。

图5示出被修改成图示说明发射极跟随器晶体管40可以被包括在探针板60中以及与提供接地的开关48相反、测试系统控制器能直接通过输入缓冲器30提供一条终接路径的图3的电路。虽然构想了发射极跟随器晶体管40或源极跟随器晶体管可以被包括在测试控制器中，但优选地，该晶体管被设置在探针板60中。探针板提供的第一优点是：将晶体管40放置在比测试控制器4所能提供的更靠近DUT 35的位置，从而消除了低功率DUT否则在到达晶体管40之前将必须驱动的、通道31的较大部分。作为第二个优点，通过在探针板60中包括晶体管40可以减少成本。因为并非所有DUT连接都是低功率的，所以可以根据被测器件在探针板上设置有限数目的晶体管40。然后可以用显著低于修改测试控制器的成本将不同的探针板用于不同的测试。

图5还示出测试控制器4能使用内部电路来提供接地的路径而不是安装诸如图3的开关48等单独的开关来提供接地路径。测试控制器的内部控制被编程为识别通道何时包括发射极跟随器或源极跟随器晶体管，并当DUT在发送低功率信号时相应地使用驱动器32为晶体管40提供电流宿。

图5的探针板60还可包括诸如直流到直流转换器等用于接收来自外部电源的诸如引脚电源电压Vdd等电压并向晶体管40的集电极提供该电压的电源控制电路62。电源控制电路62还能被编程或控制以将补偿电压Vbe加至晶体管40的集电极处的电压Vdd以确保晶体管40的发射极处的输出电压无偏置。作为使用功率控制电路62提供附加电压Vbe的替换，在一个实施例中，测试控制器4可以被编程为当操作以提供准确的测试结果时还补偿射极跟随器晶体管所体验的基极至发射极电压降Vbe。

图5还示出包含缓冲器晶体管40的探针板或其它器件能被配置成包括温度传感器64以维持对由晶体管40的Vbe引起的任何电压偏置的准确控制。晶体管42的电压Vbe通常每摄氏度变化-2.5mV。为了监视温度变化，在一个实施例中，在每一缓冲器晶体管附近设置一温度传感器64。从温度传感器64到功率控制电路62的连接使得能用温度来控制Vbe以确保在缓冲器40的输出处不提供电压偏置。作为替换，温度传感器64可以直接连接至测试控制器4以使得能使用驱动器32在测试控制器4中提供电压补偿。

在为Vbe相对于温度的变化提供补偿的情况下，可以包括校准以消除任何由温度变动引起的测试测量中的Vbe偏置。测试控制器4、探针板60中的电源控制电路62或其它存储装置能包括相对于温度的电压校准以使得能进行这类温度补偿。在一个实施例中，校准可由系统制造商进行，或在另一实施例中，可作为测试系统的启动之后的用户控制过程执行。校准可以通过在一定温度范围上使用探针板60测量具有已知特性的器件来进行。

虽然已结合用于测试晶片上的DUT的系统对本发明进行了说明，但构想了该系统同样能用于测试其它配置中的DUT，诸如在管芯从晶片分离之后但在封装之前测试管芯，其中测试系统被设为用于插入待测管芯的插座的一部分。

虽然以上详细地说明了本发明，但这只是为了教导本领域的普通技术人员如何制作和使用本发明。许多其它的修改将落在由所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种探针板，包括设在测试通道中的电压跟随器放大器。

2.如权利要求1所述的探针板，其特征在于，所述电压跟随器放大器包括一发射极跟随器晶体管。

3.如权利要求1所述的探针板，其特征在于，还包括与所述电压跟随器放大器平行设置的旁路电阻器。

4.如权利要求1所述的探针板，其特征在于，所述电压跟随器放大器包括：

发射极跟随器晶体管，它具有与所述通道中用于连接至DUT的一部分连接的基极、用于连接至所述通道中用于连接至测试控制器的一部分的发射极、以及集电极；以及

旁路电阻器，用于将所述发射极跟随器晶体管的所述基极连接至所述发射极。

5.如权利要求1所述的探针板，其特征在于，所述发射极跟随器晶体管的集电极被连接成接收系统电源电压加上一个约等于所述发射极跟随器晶体管的基极至发射极偏置电压的电压。

6.如权利要求1所述的探针板，其特征在于，还包括：

温度传感器；以及

与所述温度传感器连接的电源电路，所述电源电路向所述发射极跟随器晶体管的集电极提供一电压以补偿由于如由温度传感器所指示的温度变化所引起的所述射极跟随器晶体管的基极-发射极电压变化。

7.如权利要求1所述的探针板，其特征在于，所述电压跟随器放大器包括源极跟随器晶体管。

8.一种使用权利要求1所述的探针板测试的器件。

9.一种装置，包括设在用于将DUT连接至测试系统控制器的测试系统的通道中的电压跟随器放大器。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述电压跟随器放大器包括发射极跟随器。所述发射极跟随器包括晶体管，所述晶体管具有连接至所述通道中用于链接至DUT的一部分的基极、以及连接至所述通道中用于链接至所述测试系统控制器的一部分的发射极。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括连接所述发射极跟随器晶体管的基极与发射极的旁路电阻器。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括用于选择性地连接所述发射极跟随器晶体管的发射极通过一电阻器接地的开关。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述测试系统控制器可以被编程为选择性地提供来自所述发射极跟随器晶体管的发射极的电流宿路径。

14，如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述测试系统控制器包括：

由电阻器连接至所述发射极跟随器晶体管的发射极的驱动器缓冲器，所述驱动器缓冲器配置成提供一电压以补偿所述发射极跟随器晶体管的基极至发射极电压；以及

连接至所述发射极跟随器晶体管的发射极的比较器缓冲器。

15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述发射极跟随器晶体管的集电极被连接至系统测试系统Vdd加上约等于所述发射极跟随器晶体管的基极至发射极电压的电压。

16.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括用于补偿所述发射极跟随器晶体管的基极至发射极电压降的装置。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述用于补偿的装置包括：

温度传感器；以及

连接至所述温度传感器的电源电路，所述电源电路向所述发射极跟随器晶体管的集电极提供电压以补偿基极至发射极电压降以及由于如由所述温度传感器指示的温度变化所引起的基极至发射极的电压变化。

18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述用于补偿的装置还包括：

连接至所述电源电路用于存储相对于温度的基极至发射极电压降校准的存储器。

19.包括在测试系统控制器中的权利要求9的装置。

20.包括在探针板中的权利要求12的装置。

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