CN108828492A - 一种集成电路测试系统时间测量单元校准装置及方法 - Google Patents

一种集成电路测试系统时间测量单元校准装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种集成电路测试系统时间测量单元校准装置及方法，所述装置将各模块集成在一个密封的温控模块内，直接安装在相应接口适配器上实现校准，对独立可调的标准脉冲信号实现闭环反馈确保其稳定可靠，对信号的采集、传输采用对称式探针结构，保证校准装置信号完整性。所述装置具有可溯源性、高可靠性、高集成度、使用方便等优点。

Description

一种集成电路测试系统时间测量单元校准装置及方法
技术领域
本发明涉及微电子测试与计量技术领域，具体涉及一种集成电路测试系统时间测量单元的校准装置及方法。
背景技术
时间测量单元(Time Measurement Unit，TMU)是集成电路测试系统中对交流参数测量的单元，通常以板卡的形式装备于集成电路测试系统中。TMU在集成电路测试领域具有广泛的运用。
集成电路交流参数有很多种，主要包括脉冲宽度、脉冲间隔以及上升/下降时间等，TMU的测试过程是将采集到的集成电路交流参数信号分为START信号和STOP信号，其中START信号和STOP信号的触发点可以通过设置触发电平和斜率来控制，比如，当START信号和STOP信号来自同一个交流信号的不同脉冲沿时，所测得的时间间隔就是脉冲宽度；当START信号和STOP信号来自同一个交流信号的同一个脉冲沿时，所测得的时间间隔就是上升/下降时间；当START信号和STOP信号来自不同信号的脉冲沿时，所测得的时间间隔就是脉冲间隔。TMU测试过程准确、高效、易操作，测试分辨率取决于其内部计数器的测量分辨率，不会受到集成电路测试系统同步偏差时间、传输延迟时间等因素的影响。
TMU通常有两个输入端，通过集成电路测试系统测试头上的管脚与待测集成电路连接，既能够单端输入，也能够双端输入，其通道选择、参数配置以及量程切换均是通过测试系统测试程序控制完成，具有很高的可操作性和实用性。
在半导体行业中，集成电路测试是不可或缺的环节，要保证测试结果的准确可靠，特别是集成电路交流参数量值的准确可靠，就必须对TMU进行校准。随着集成电路运行速率不断提高，越来越多的时间测量单元配置于集成电路测试系统中，而时间测量单元作为一个独立的部件，对其技术指标的考量完全不同于集成电路测试系统中的其他部件，所以不能应用现有的校准方式。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种集成电路测试系统时间测量单元校准装置及方法，实现对集成电路测试系统时间测量单元的校准，保障集成电路交流参数的准确可靠。
为实现上述目的，本发明公开一种集成电路测试系统时间测量单元校准装置，所述校准装置1包括主控模块10、与主控模块10电连接的时间间隔测量模块11、放置主控模块10和时间间隔测量模块11的恒温控制模块12，与时间间隔测量模块11电连接的探针模块13、与探针模块13电连接的接口适配器14；
所述校准装置1与外置集成电路电路测试系统2电连接。
上述技术方案中，所述探针模块13为对称结构式，包括两只用于采集信号的探针、用于定位并且控制两只探针在水平面以固定轴为圆心旋转的固定轴组成；
上述技术方案中，所述时间间隔测量模块11通过对称结构式探针模块13与接口适配器14输出端电连接。
上述技术方案中，所述集成电路电路测试系统2包括主机20、第一路数字通道21、待校准TMU22和第二路数字通道23；
所述主机20与所述主控模块10电连接，所述接口适配器14与第一路数字通道21电连接、接口适配器14与待校准TMU22电连接，接口适配器14与第二路数字通道23电连接。
本发明还公开一种集成电路测试系统时间测量单元校准方法，所述方法包括以下步骤：
S1、所述校准装置1的校准过程分为脉冲宽度校准和脉冲间隔校准；
S2、主控模块10控制集成电路电路测试系统2产生标准脉冲信号；
S3、当对脉冲宽度校准时，控制集成电路电路测试系统2的第一路数字通道21向待校准的TMU22发出固定周期的标准脉冲信号，由校准装置1通过探针模块13采集输出波形，实时进行闭环反馈，调节标准脉冲信号的周期，最后由主控模块10对时间间隔测量模块11与待校准TMU22所测量的单路信号的时间间隔的结果进行比对，实现校准，并将校准结果存储于主机20存储器中；
S4、当对脉冲间隔校准时，控制集成电路电路测试系统2的第一路数字通道21第二路数字通道23向待校准的TMU22发出幅值相同、频率相同固定脉冲间隔的两路标准脉冲信号，由校准装置1通过探针模块13采集输出波形，实时进行闭环反馈，调节标准脉冲间隔，最后由主控模块1对时间间隔测量模块11与待校准TMU22所测量的两路信号时间间隔的结果进行比对，实现校准，并将校准结果存储于主机20存储器中。
本发明一种集成电路测试系统时间测量单元校准装置及方法，具有以下有益效果：(1)校准装置利用集成电路测试系统数字通道产生独立可调的脉冲宽度和脉冲间隔，取代了双通道码型发生器作为标准源，有效的解决了码型发生器体积大、成本高、结构复杂、功能冗余的问题，节约了成本；(2)校准装置采用高可靠性、高集成度、使用方便的SOC芯片(构成主控模块)、时间测量芯片(构成时间间隔测量模块)等设计集成而成，并且对校准信号形成闭环反馈回路，确保其稳定可靠，对称式结构探针模块以及接口适配器的设计为校准装置信号完整性提供了保障。(3)集成电路测试系统的校准需要将校准装置搬运到测试系统所在地，即具有现场性需求，对校准装置的便携性提出了要求，校准装置将各模块集成在一个密封的温控模块内，并且能够直接安装在相应校准接口上，实现校准。
附图说明
图1为本发明一种集成电路测试系统时间测量单元校准装置模块图；
图2为本发明一种集成电路测试系统时间测量单元校准流程图；
附图说明：1-校准装置，10-主控模块，11-时间间隔测量模块，12-恒温控制模块，13-探针模块，14-接口适配器，2-集成电路电路测试系统，20-主机，21-第一路数字通道，22-待校准TMU，23-第二路数字通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述，本发明提供一种集成电路测试系统时间测量单元校准装置，所述校准装置1包括主控模块10、与主控模块10电连接的时间间隔测量模块11、放置主控模块10和时间间隔测量模块11的恒温控制模块12，与时间间隔测量模块11电连接的探针模块13、与探针模块13电连接的接口适配器14。
其中，所述探针模块13为对称结构式，包括两只用于采集信号的探针、用于定位并且控制两只探针在水平面以固定轴为圆心旋转的固定轴组成；
其中，所述时间间隔测量模块11通过对称结构式探针模块13与接口适配器14输出端电连接。
其中，所述校准装置1与外置集成电路电路测试系统2电连接；
所述集成电路电路测试系统2包括主机20、第一路数字通道21、待校准TMU22和第二路数字通道23；所述主机20与所述主控模块10电连接，所述接口适配器14与第一路数字通道21电连接、接口适配器14与待校准TMU22电连接，接口适配器14与第二路数字通道23电连接。
具体的，所述主控模块10通过通用通讯总线与集成电路电路测试系统2中主机20电连接，用于与集成电路电路测试系统2进行通讯、配置校准参数、控制集成电路电路测试系统2中的数字通道产生标准脉冲信号，根据时间间隔测量模块的测量结果对信号进行闭环反馈，进行微调；所述主控模块用于为校准装置1提供统一的同步时间时钟基准。
所述探针模块13，用于采集所述接口适配器14上高速信号，并将信号传输至校准装置1时间间隔测量模块11以及待校准TMU22中。
所述接口适配器14用于引出数字通道的输出管脚以及时间间隔测量模块11的输入管脚上的信号，并将信号连接至校准装置1，保证输入、输出信号的阻抗以及接口结构匹配。
所述时间间隔测量模块11，用于测量标准脉冲信号脉冲宽度以及脉冲间隔，并将测试结果实时反馈到主控模块10。
所述恒温控制模块12，用于保证校准装置1工作状态的稳定可靠，减少外部温度对校准装置1电路量值的影响，所述恒温控制模块外部设计有固定支架，能够将校准装置1固定在集成电路电路测试系统2的测试架上。
本发明还公开一种集成电路测试系统时间测量单元校准方法，所述方法包括以下步骤：
S1、所述校准装置1的校准过程分为脉冲宽度校准和脉冲间隔校准；
S2、主控模块10控制集成电路电路测试系统2产生标准脉冲信号；
S3、当对脉冲宽度校准时，控制集成电路电路测试系统2的第一路数字通道21向待校准的TMU22发出固定周期的标准脉冲信号，由校准装置1通过探针模块13采集输出波形，实时进行闭环反馈，调节标准脉冲信号的周期，最后由主控模块10对时间间隔测量模块11与待校准TMU22所测量的单路信号的时间间隔的结果进行比对，实现校准，并将校准结果存储于主机20存储器中；
S4、当对脉冲间隔校准时，控制集成电路电路测试系统2的第一路数字通道21第二路数字通道23向待校准的TMU22发出幅值相同、频率相同固定脉冲间隔的两路标准脉冲信号，由校准装置1通过探针模块13采集输出波形，实时进行闭环反馈，调节标准脉冲间隔，最后由主控模块1对时间间隔测量模块11与待校准TMU22所测量的两路信号时间间隔的结果进行比对，实现校准，并将校准结果存储于主机20存储器中。
具体的，所述高精度脉冲信号的产生是采用集成电路电路测试系统2中第一路数字通道和第二路数字通道产生的独立可调的脉冲宽度以及脉冲间隔；
其中，脉冲宽度的产生原理是利用测试程序将数字通道的输出电平在一个测试周期内做一次翻转，重复多次；脉冲间隔的产生原理是利用测试程序将两个相邻的数字通道的输出电平在一个测试周期内的起始时间分别加一段不同的延迟时间。
数字通道的测试周期的实现：内部时钟基准经过分频后，设定其内部减数器的值为N，触发信号第一个脉冲产生一个输出启动脉冲，由第二个脉冲开始，减数器开始进行减法计数，当减到0时，输出停止脉冲，则启动脉冲和停止脉冲之间的标准时间间隔即为N倍的脉冲基准。
所述时间间隔测量模与闭环反馈主要利用主控模块10和时间间隔测量模块11实现，时间测量芯片内部产生标准时标信号，被测信号经过放大整形后形成START信号和STOP信号，该时间段内时标信号的个数即为时间间隔的测量值，时间间隔测量的结果经过主控模块被反馈到集成电路测试系统中，通过测试程序对数字通道的输出信号进行实时微调，确保标准脉冲信号的准确可靠。
所述对称式探针结构设计采用对称结构形式，两只探针固定在同一个垂直平面上，均能以固定轴为圆心旋转，探针安装在校准装置1上，通过SMA连接线与校准装置1互连。
所述接口适配器14布线及走线设计需充分考虑高速信号的传输特性，避免两个通道间的信号相互影响，确保信号传输通路阻抗匹配，以减小连接造成的信号损耗和失真，从而保证信号质量，否则容易出现干扰信号，影响校准结果的准确性。在布线过程中尽量避免在接口适配器14水平面上走线，减少各个通道之间的串扰，方便脉冲信号的输出。
所述恒温控制模块12，将校准装置中涉及到电路的模块都集成在一个密封的温控装置内，通过该装置对温度进行调节，保证校准装置1内部电路的特性不会由于电路元件所处环境条件的变化和时间推移发生改变，从而影响其性能指标。
本发明实施例中的校准装置1，选用满足需求的高精度以及刷新率的时间测量芯片，这些芯片把时间间隔直接转化为高精度的数字值，如ACAM公司TDC系列时间-数字转化芯片；选用两路10GHz带宽以上的微波探针，如美国的GigaTest Labs公司的GTL40-500-GSG-DX型号探针；选用满足需求的温度控制装置，要求温度控制范围±1℃，如美信半导体公司的TEC系列温控芯片；选用满足需求的主控芯片，如Microchip公司的PIC系列芯片；选用50Ω阻抗的ROGERS材质的PCB材料构成接口适配器，以减少信号损耗和失真。
说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施方式仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。

Claims (5)

1.一种集成电路测试系统时间测量单元校准装置，其特征在于，所述校准装置(1)包括主控模块(10)、与主控模块(10)电连接的时间间隔测量模块(11)、放置主控模块(10)和时间间隔测量模块(11)的恒温控制模块(12)，与时间间隔测量模块(11)电连接的探针模块(13)、与探针模块(13)电连接的接口适配器(14)；
所述校准装置(1)与外置集成电路电路测试系统(2)电连接。
2.根据权利要求1所述一种集成电路测试系统时间测量单元校准装置，其特征在于，所述探针模块(13)为对称结构式，包括两只用于采集信号的探针、用于定位并且控制两只探针在水平面以固定轴为圆心旋转的固定轴组成。
3.根据权利要求2所述一种集成电路测试系统时间测量单元校准装置，其特征在于，所述时间间隔测量模块(11)通过对称结构式探针模块(13)与接口适配器(14)输出端电连接。
4.根据权利要求1所述一种集成电路测试系统时间测量单元校准装置，其特征在于，所述集成电路电路测试系统(2)包括主机(20)、第一路数字通道(21)、待校准TMU(22)和第二路数字通道(23)；
所述主机(20)与所述主控模块(10)电连接，所述接口适配器(14)与第一路数字通道(21)电连接、接口适配器(14)与待校准TMU(22)电连接，接口适配器(14)与第二路数字通道(23)电连接。
5.一种集成电路测试系统时间测量单元校准方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、所述校准装置(1)的校准过程分为脉冲宽度校准和脉冲间隔校准；
S2、主控模块(10)控制集成电路电路测试系统(2)产生标准脉冲信号；
S3、当对脉冲宽度校准时，控制集成电路电路测试系统(2)的第一路数字通道(21)向待校准的TMU(22)发出固定周期的标准脉冲信号，由校准装置(1)通过探针模块(13)采集输出波形，实时进行闭环反馈，调节标准脉冲信号的周期，最后由主控模块(10)对时间间隔测量模块(11)与待校准TMU(22)所测量的单路信号的时间间隔的结果进行比对，实现校准，并将校准结果存储于主机(20)存储器中；
S4、当对脉冲间隔校准时，控制集成电路电路测试系统(2)的第一路数字通道(21)和第二路数字通道(23)向待校准的TMU(22)发出幅值相同、频率相同固定脉冲间隔的两路标准脉冲信号，由校准装置(1)通过探针模块(13)采集输出波形，实时进行闭环反馈，调节标准脉冲间隔，最后由主控模块(1)对时间间隔测量模块(11)与待校准TMU (22)所测量的两路信号时间间隔的结果进行比对，实现校准，并将校准结果存储于主机(20)存储器中。
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