CN103837824A

CN103837824A - 数字集成电路自动测试系统

Info

Publication number: CN103837824A
Application number: CN201410074743.3A
Authority: CN
Inventors: 胡凯; 杨海钢; 徐春雨; 曾宪理; 王德利
Original assignee: Institute of Electronics of CAS
Current assignee: Institute of Electronics of CAS
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2034-03-03
Also published as: CN103837824B

Abstract

本发明公开了一种数字集成电路自动测试系统，该系统由被测芯片、测试接口板、集成模块、测试模块、控制模块、显示模块及上位机组成；控制模块与上位机连接；测试模块与控制模块连接；被测芯片的管脚与测试接口板相连接；测试接口板与测试模块连接；集成模块连接测试模块、上位机；显示模块与控制模块连接，借助上位机软件显示最终比较后的波形，从而完成芯片功能和性能的自动测试。该系统成本低，在实验室条件下易于实现，且系统操作简便，开发速度快，可满足小批量产品测试需求；该系统通过自动测试，解决了手动测试中测试项目较多带来的操作复杂问题，提高了测试效率，避免手动测试时由于人为原因产生的误判，提高了测试质量。

Description

数字集成电路自动测试系统

技术领域

本发明属于集成电路测试技术领域，涉及一种自动测试系统，特别涉及一种数字集成电路在线测试系统。

背景技术

随着集成电路技术的快速发展，测试已成为集成电路开发中的重要环节。针对数字集成电路测试，目前主要采用三种测试方法：

第一种，测试人员根据芯片功能特点，设计制作专用测试电路板，使用示波器、万用表及逻辑分析仪等常规测试仪器对芯片进行测试。

第二种，使用国外芯片自动测试仪，通过编写测试程序对测试仪进行控制来完成芯片测试。

第三种，使用NI公司生产的PXI板卡组成虚拟仪器，并通过LabView(一种针对NI虚拟仪器的集成开发软件)编程对芯片进行测试。

第一种方法，虽然成本较低，实验室中可实现，但测试人员需手动对各测试点进行探测，对于测试点和测试项目较多的情况，容易造成错误判断，测量不准确，效率不高。第二种方法，多用于大批量产品生产测试，虽然国外芯片自动测试仪测试速度快，测试全面，但其价格昂贵，使用和维护成本较高。自动测试仪在使用时一般配备机械手或探针台接口，需要洁净环境、高压空气及净化循环水，且操作复杂，体积庞大，对实验室环境有相当高的要求。对于第三种方法，虚拟仪器是利用多块PXI板卡组成集成化测试系统，内部PXI板卡具有标准尺寸，可以在统一的开发平台LabView上进行程序开发，易于系统集成。但是，虚拟仪器并不具有芯片测试仪架构，要实现多种参数的芯片测试，还需要多种不同功能PXI板卡组合起来，因此虚拟仪器仅适用于中小规模试验芯片中某些特定参数的测试，而对于管脚数量较多的复杂数字集成电路的全参数测试，虚拟仪器则不能满足要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种可对数字集成电路的功能和性能进行测试的自动测试系统。

(二)技术方案

本发明提取的数字集成电路自动测试系统包括被测芯片、测试接口板、集成模块、测试模块、控制模块、显示模块及上位机，其中：控制模块与上位机连接，用于接收上位机发出的原始测试激励数据，生成并发送按照系统时钟节拍变化的测试激励数据；测试模块与控制模块连接，用于存储按照系统时钟节拍变化的测试激励数据和被测芯片在激励数据作用下输出的波形信号的预期值；被测芯片的管脚与测试接口板相连接，其中输入管脚接收按照系统时钟节拍发送的测试激励数据，输出管脚输出被测芯片在激励数据作用下的波形信号；测试接口板与测试模块连接，用于发送存储于测试模块中的测试激励数据；读取被测芯片在激励数据作用下的波形信号；并将所述波形信号与存储于测试模块中的被测芯片波形信号的预期值进行比较，比较后的波形通过控制模块传回上位机；集成模块连接测试模块、上位机，用于为上位机和测试模块输出直流电压、记录数据以及对系统参数进行校准；显示模块与控制模块连接，并借助上位机软件显示最终比较后的波形，从而完成芯片功能和性能的自动测试。

优选实施例，所述集成模块由直流电源及数字万用表组成，且集成模块具有通用总线接口(GPIB)。

优选实施例，控制模块通过周边元件扩展接口(PCI)总线连接上位机。

优选实施例，所述上位机通过通用总线接口连接集成模块。

优选实施例，所述测试模块包括电压电流源单元、通道驱动器、测试激励存储单元、通道比较器、测试波形存储单元，直流参数测量单元、继电器开关矩阵，其中：电压电流源单元的输出端与测试接口板的输入端连接，用于为被测芯片提供工作电源；测试激励存储单元，用于存储被测芯片每个输入管脚对应的测试激励数据及被测芯片输出的波形信号的预期值；直流参数测量单元，用于对被测芯片管脚的直流特性进行测量，并输出被测芯片管脚的直流特性参数数据；继电器开关矩阵输入端连接直流参数测量单元输入端和测试接口板输出端，并通过测试接口板连接被测芯片，用于切换被测芯片不同管脚与直流参数测量单元之间的连接关系，实现对被测芯片管脚的直流特性参数的测量；通道比较器的输入端分别连接测试接口板的输出端、测试激励存储单元的输出端，接收测试接口板发出被测芯片输出的波形信号和存储于测试激励存储单元中的预期值，对所述输出的波形信号与所述预期值进行比较，获得比较后的波形；通道比较器的输出端连接测试波形存储单元的输入端，用于存储比较后的波形；通道驱动器输入、输出端分别连接测试激励存储单元、测试接口板，用于接收测试激励存储单元输出的原始测试激励数据，生成并向测试接口板发送按照被测芯片电平格式变化的测试激励数据。

优选实施例，所述控制模块包括周边元件扩展接口电路、主控单元、测试激励处理单元、时钟发生单元及测试波形处理单元；所述主控单元连接至周边元件扩展接口电路、测试激励处理单元、时钟发生单元、测试波形处理单元及显示控制单元；其中：主控单元，通过周边元件扩展接口电路接收上位机发出的指令和数据，向测试激励处理单元、时钟发生单元、测试波形处理单元及显示控制单元发送指令或数据；测试波形处理单元的输入端与主控单元的输出端连接，接收主控单元发出的比较后波形数据回传的指令，并对比较后的波形数据进行整合和处理，生成并发出具有周边元件扩展接口的数据格式的比较后波形数据；主控单元输入端分别与测试波形处理单元输出端、周边元件扩展接口电路的输出端连接，接收通过周边元件扩展接口电路发送的上位机指令和激励数据，接收具有周边元件扩展接口数据格式的比较后波形数据，生成并输出按照具有周边元件扩展接口时序要求的比较后的波形数据；主控单元输出端与周边元件扩展接口电路输入端连接，用于将具有周边元件扩展接口时序要求的比较后的波形数据传回上位机；时钟发生单元的输入端与主控单元输出端连接，用于接收系统时钟设置指令；测试激励处理单元的输入端与主控单元输出端连接，用于接收经过分组的测试激励数据；显示控制单元的输入端与主控单元输出端连接，用于接收测试系统运行状态的指令。

优选实施例，所述显示模块由LED灯和蜂鸣器组合，用于指示系统工作状态。

(三)有益效果

本发明的有益之处在于：本发明的系统成本低，其中若干功能模块可由常用仪表组成，在实验室条件下易于实现，且该系统操作简便，开发速度快，可满足小批量产品测试需求；该系统通过自动测试，解决了手动测试中测试项目较多带来的操作复杂问题，提高了测试效率，避免手动测试时由于人为原因产生的误判，提高了测试质量。

附图说明

图1为本发明集成电路自动测试系统的结构框图；

图2为本自动测试系统中测试模块的结构框图；

图3为本自动测试系统中控制模块的结构框图；

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清晰，下面结合附图对本发明进行详细描述。

参见图1，本发明中的集成电路自动测试系统，包括被测芯片、测试接口板、集成模块、测试模块、控制模块、显示模块及上位机，其中：控制模块与上位机连接，用于接收上位机发出的原始测试激励数据，生成并发送按照系统时钟节拍变化的测试激励数据；测试模块与控制模块连接，用于存储按照系统时钟节拍变化的测试激励数据和被测芯片在激励数据作用下输出的波形信号的预期值；被测芯片的管脚与测试接口板相连接，其中输入管脚接收按照系统时钟节拍发送的测试激励数据，输出管脚输出被测芯片在激励数据作用下的波形信号；测试接口板与测试模块连接，用于发送存储于测试模块中的测试激励数据；读取被测芯片在激励数据作用下的波形信号；并将所述波形信号与存储于测试模块中的被测芯片波形信号的预期值进行比较，比较后的波形通过控制模块传回上位机；集成模块连接测试模块、上位机，用于为上位机和测试模块输出直流电压、记录数据以及对系统参数进行校准；显示模块与控制模块连接，并借助上位机软件显示最终比较后的波形，从而完成芯片功能和性能的自动测试。

所述测试接口板是用于提供被测数字集成电路正常工作所需的其他必要外围电路，测试接口板由被测芯片输出管脚上需要的上下拉电阻、被测芯片电源管脚上的滤波电容、与被测芯片相匹配的测试适配器以及与测试模块相连接的连接器等部分组成；所述控制模块连接测试模块及显示模块，并通过PCI总线连接上位机；所述上位机通过GPIB总线连接集成模块，通过PCI总线连接控制模块；所述集成模块由经过校准的商用直流稳压电源及高精度数字万用表组成，直流稳压电源用于为测试模块中各单元提供正常工作所需直流电源，高精度数字万用表对测试模块中的参数测量精度进行检验和校准。

测试模块可采用图2所示的结构实现，其包括电压电流源单元、通道驱动器、测试激励存储单元、通道比较器、测试波形存储单元，直流参数测量单元、继电器开关矩阵；所述继电器开关矩阵连接直流参数测量单元，由多个单刀单掷继电器组成，用于直流参数测试时不同管脚与直流参数测量单元之间的分时连接切换，例如在测量某个被测芯片管脚的直流参数时，仅关闭与之相连的继电器，并打开其它所有继电器，在测量其他管脚时，再进行继电器的切换，从而实现使用单个直流参数测量单元测量多个管脚测试效果；所述直流参数测量单元，使用MAXIM公司的专用芯片MAX9949实现，用于对被测芯片管脚的直流参数进行测试，这些直流参数包括管脚驱动电流、输入最高和最低电压、输入漏电流等；电压电流源单元用于提供给被测芯片工作所需多种直流电源，使用大功率运放、高精度数模转换器和可编程逻辑门阵列等实现，高精度数模转换器在可编程逻辑门阵列的控制下产生精密的直流电压，再经大功率运放进行功率放大，从而产生被测器件工作所需的直流电源，电压电流源单元同时还具有限流和限压保护功能；所述通道比较器分别连接测试波形存储单元、测试接口板，通道比较器采用可编程逻辑电路实现，用来对被测芯片输出波形和预期输出值进行比较，比较后的波形存储在测试波形存储单元中，被测芯片每一个管脚都对应测试系统中的一个通道；所述通道驱动器连接测试接口板及测试激励存储单元，采用MAXIM公司专用芯片MAX9965实现，用于接收测试激励存储单元发出的测试激励数据通道驱动器，并按一定的电平标准发送至测试接口板。所述测试激励存储单元连接通道驱动器，由可编程逻辑门阵列和多个静态存储器组成，用于存储按照系统时钟节拍变化的测试激励数据和被测芯片在激励数据作用下输出的波形信号的预期值；所述测试波形存储单元连接通道比较器，由可编程逻辑门阵列和多个静态存储器组成，用于接收通道比较器输出的比较波形，并进行存储。

控制模块采用现场可编程逻辑门阵列实现，结构如图3所示，包括周边元件扩展(PCI)接口电路、主控单元、测试激励处理单元、时钟发生单元、显示控制单元及测试波形处理单元。所述主控单元连接至PCI接口电路、测试激励处理单元、时钟发生单元、显示控制单元、测试波形处理单元及显示电路；主控单元负责控制与之相连的其他单元的工作状态，以及各单元间数据的交互；PCI接口提供了与PCI通讯的时序接口，用于与上位机之间进行PCI通信；时钟发生单元用于产生可编程控制的系统时钟；测试激励处理单元将上位机发出的激励数据进行分组，并依次发送至测试系统每个通道对应的测试激励存储单元中进行存储；测试波形处理单元将被测芯片进行测试时每个测试系统通道对应的测试波形数据进行整合，并转换成PCI数据格式，通过PCI接口最终传回上位机；显示控制单元用于控制测试系统中的显示模块，所述显示模块可采用LED和蜂鸣器组成，通过显示模块的不同组合形式来表明测试系统的不同工作状态。

下面以一次具体测试为例，介绍测试系统的工作原理。

1、首先，在进行某型号芯片测试之前，被测芯片的所有管脚需要通过测试接口板上的专用测试适配器引出至测试接口板上，每种测试接口板只针对一种芯片，对于不同型号的芯片测试，需要更换相应的测试接口板。

2、上位机通过PCI总线向系统中的控制模块发送“测试激励数据下载”指令和测试激励数据，时钟发生单元按照测试人员在上位机上设置的参数产生测试时钟，电压电流源单元提供被测芯片工作所需的多种直流电源，测试激励处理单元对上位机通过PCI接口电路发送来的测试数据进行分组处理，然后依次发送至对应的测试激励存储单元中进行存储。

3、当所有激励数据都已存储在测试激励存储单元中，控制模块向上位机反馈下载完成信号。上位机接收到下载完成信号后，发出“开始测试”指令，所有激励数据在测试时钟驱动下按相同节拍发送至被测芯片输入管脚。于此同时，通道比较器开始对对测芯片输出信号和预期值进行比较，比较后的波形存储在测试波形存储单元中。

4、当以上步骤完成后，测试完成。此时，测试波形处理单元读取测试波形存储单元中的数据进行整合，并转换成PCI数据格式，通过PCI接口电路最终传回上位机。

5、上位机将最终测试波形显示在软件界面上，同时显示模块在显示控制单元的控制下进行动作。例如，测试波形错误时亮红灯蜂鸣器短响一次，测试波形正确时则亮绿灯蜂鸣器长响一次。

上述功能模块均为市场上常见功能模块或可简单实现模块，本领域相关技术人员均熟悉其具体实现方法，因此，在本发明中不再对各模块的具体结构和实现方法一一赘述。

以上所述为本发明的一种具体实现方法，但显然本发明的具体实现形式并不局限于此。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理情况下，对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种数字集成电路自动测试系统，其特征在于，包括被测芯片、测试接口板、集成模块、测试模块、控制模块、显示模块及上位机，其中：

控制模块与上位机连接，用于接收上位机发出的原始测试激励数据，生成并发送按照系统时钟节拍变化的测试激励数据；

测试模块与控制模块连接，用于存储按照系统时钟节拍变化的测试激励数据和被测芯片在激励数据作用下输出的波形信号的预期值；

被测芯片的管脚与测试接口板相连接，其中输入管脚接收按照系统时钟节拍发送的测试激励数据，输出管脚输出被测芯片在激励数据作用下的波形信号；

测试接口板与测试模块连接，用于发送存储于测试模块中的测试激励数据；读取被测芯片在激励数据作用下的波形信号；并将所述波形信号与存储于测试模块中的被测芯片波形信号的预期值进行比较，比较后的波形通过控制模块传回上位机；

集成模块连接测试模块、上位机，用于为上位机和测试模块输出直流电压、记录数据以及对系统参数进行校准；

显示模块与控制模块连接，并借助上位机软件显示最终比较后的波形，从而完成芯片功能和性能的自动测试。

2.如权利要求1所述的数字集成电路自动测试系统，其特征在于，所述集成模块由直流电源及数字万用表组成，且集成模块具有通用总线接口。

3.如权利要求1所述的数字集成电路自动测试系统，其特征在于，控制模块通过周边元件扩展接口总线连接上位机。

4.如权利要求1所述的数字集成电路自动测试系统，其特征在于，所述上位机通过通用总线接口连接集成模块。

5.如权利要求1所述的数字集成电路自动测试系统，其特征在于，所述测试模块包括电压电流源单元、通道驱动器、测试激励存储单元、通道比较器、测试波形存储单元，直流参数测量单元、继电器开关矩阵，其中：

电压电流源单元的输出端与测试接口板的输入端连接，用于为被测芯片提供工作电源；

测试激励存储单元，用于存储被测芯片每个输入管脚对应的测试激励数据及被测芯片输出的波形信号的预期值；

直流参数测量单元，用于对被测芯片管脚的直流特性进行测量，并输出被测芯片管脚的直流特性参数数据；

继电器开关矩阵输入端连接直流参数测量单元输入端和测试接口板输出端，并通过测试接口板连接被测芯片，用于切换被测芯片不同管脚与直流参数测量单元之间的连接关系，实现对被测芯片管脚的直流特性参数的测量；

通道比较器的输入端分别连接测试接口板的输出端、测试激励存储单元的输出端，接收测试接口板发出被测芯片输出的波形信号和存储于测试激励存储单元中的预期值，对所述输出的波形信号与所述预期值进行比较，获得比较后的波形；通道比较器的输出端连接测试波形存储单元的输入端，用于存储比较后的波形；

通道驱动器输入、输出端分别连接测试激励存储单元、测试接口板，用于接收测试激励存储单元输出的原始测试激励数据，生成并向测试接口板发送按照被测芯片电平格式变化的测试激励数据。

6.如权利要求1所述的数字集成电路自动测试系统，其特征在于，所述控制模块包括周边元件扩展接口电路、主控单元、测试激励处理单元、时钟发生单元及测试波形处理单元；所述主控单元连接至周边元件扩展接口电路、测试激励处理单元、时钟发生单元、测试波形处理单元及显示控制单元；其中：

主控单元，通过周边元件扩展接口电路接收上位机发出的指令和数据，向测试激励处理单元、时钟发生单元、测试波形处理单元及显示控制单元发送指令或数据；

测试波形处理单元的输入端与主控单元的输出端连接，接收主控单元发出的比较后波形数据回传的指令，并对比较后的波形数据进行整合和处理，生成并发出具有周边元件扩展接口的数据格式的比较后波形数据；

主控单元输入端分别与测试波形处理单元输出端、周边元件扩展接口电路的输出端连接，接收通过周边元件扩展接口电路发送的上位机指令和激励数据，接收具有周边元件扩展接口数据格式的比较后波形数据，生成并输出按照具有周边元件扩展接口时序要求的比较后的波形数据；

主控单元输出端与周边元件扩展接口电路输入端连接，用于将具有周边元件扩展接口时序要求的比较后的波形数据传回上位机；

时钟发生单元的输入端与主控单元输出端连接，用于接收系统时钟设置指令；

测试激励处理单元的输入端与主控单元输出端连接，用于接收经过分组的测试激励数据；

显示控制单元的输入端与主控单元输出端连接，用于接收测试系统运行状态的指令。

7.如权利要求1所述的数字集成电路自动测试系统，其特征在于，所述显示模块由LED灯和蜂鸣器组合，用于指示系统工作状态。