CN111175637B

CN111175637B - 一种基于功能测试的光学soc芯片测试方法及系统

Info

Publication number: CN111175637B
Application number: CN202010023011.7A
Authority: CN
Inventors: 舒淑保; 姜一平
Original assignee: Shenzhen Zhengyuxing Electronic Co ltd
Current assignee: Shenzhen Zhengyuxing Electronic Co ltd
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2040-01-09
Also published as: CN111175637A

Abstract

本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试系统，包括上位机系统以及硬件测试系统，所属硬件测试系统包括通信模块以及检测模块，所述检测模块由供电单元、PMU测试单元、FPGA功能测试单元、继电器矩阵单元以及光源控制单元组成；前述各组成单元上行通过总线与上位机系统连接，下行与待测试的光学传感器SOC芯片连接，硬件测试系统主要负责直流参数测试和感光逻辑测试。一种基于功能测试的光学SOC芯片测试方法，采用恒定电压、电流源为被测试器件施加精确的恒定电压或恒定电流；硬件上采用模块化结构，逻辑上利用FPGA功能测试单元针对功能进行测试，实现对光学SOC芯片的物理功能性测试和感光逻辑测试，测试成本大大低于传统混合信号测试系统。

Description

一种基于功能测试的光学SOC芯片测试方法及系统

技术领域

本发明涉及一种光学传感器SOC芯片测试方法及系统。

背景技术

随着设计与制造技术的发展，SOC光学传感器集成度越来越高，面积越来越大。近年来已发展到系统级芯片阶段，SOC设计成为设计的热点之一。光学SOC的设计模式不同于以往大规模集成电路的垂直设计模式。它的设计模式是水平的，也就是SOC集成商选择不同厂商提供的IP核来构建芯片系统。这种水平设计模式一方面缩短了SOC设计周期，另一方面却使SOC测试面临巨大挑战。芯片的复杂多样性带来测试的复杂性；传统光学传感器SOC芯片的测试主要采用内建自测试(Built-in-Self-Test，BIST)，扫描测试、边界扫描测试、测试点插入等。这种方式需要芯片内部自建DFT可测序模块，会直接增加芯片20％-30％面积，而且感光矩阵在物理遮挡等特殊情况并不能通过逻辑扫描测试检测出异常，传统混合信号测试对ATE(AutomaticTestEquipment)的测试通道深度和测试时间以及模拟测试部件都有很高要求(目前通用型混合信号测试仪如V50，J750，V9300都在50万-100万人民币左右，测试成本非常高昂)。因此，为了降低光学传感器SOC芯片测试成本，提高芯片测试精度，有必要对现有光学SOC芯片测试方法及系统进行必要的研究。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种基于功能测试的光学SOC芯片测试方法及系统，用逻辑板上FPGA自建IP功能模块，对芯片物理功能性测试，对测试硬件系统要求很低，测试成本大大低于传统混合信号测试系统。

本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试方法及系统，采用DC模块+PWM调制光源+FPGA逻辑功能测试模块完成对光学SOC芯片直流参数和功能性测试。采用逻辑功能模拟方式测试可以缩短FT测试时间，测试成本只有混合测试机的1/8。采用的技术方案如下：

一种基于功能测试的光学SOC芯片测试系统，包括交互通讯连接的上位机系统以及硬件测试系统(下位机)，所述上位机系统主要负责测试结果显示、数据统计及数据保存；硬件测试系统主要负责直流参数测试和感光逻辑测试，所述硬件测试系统包括通信模块以及检测模块，所述检测模块由供电单元、PMU测试单元、FPGA功能测试单元、继电器矩阵单元以及光源控制单元组成；前述各组成单元上行通过总线通信模块与上位机系统的主控计算机交互连接，前述各组成单元下行通过总线通信模块与待测试的光学传感器SOC芯片连接。

所述的基于功能测试的光学SOC芯片测试系统，所述PMU测试单元主要由单片机ATMEGA16A、DAC、ADC、运算放大器及缓冲器组成；单片机控制DAC输出电压；电压经过PMU测试电路实现加压或者加流的功能；测量结果经ADC采集送到单片机中；总线通信模块采用CH341T芯片，所述CH341T芯片和ATMEGA16A芯片通过串口连接。

所述供电单元包括器件电压源(DPS)、电压电流源(VIS)，供电单元驱动电压、电流值通过数模转换器提供给输出驱动器；驱动电压、电流由采样电阻采样，通过差分放大器转换成电压值，再由模数转换器读回电压、电流值，箝位电路起到限流保护作用，并可根据负载设指箝位值。继电器矩阵单元继电器矩阵采样16×8矩阵开关模块由7～128路地址译码器、128位数据锁存器以及驱动电路组成。

所述的基于功能测试的光学SOC芯片测试系统，光源控制单元光源采用RGB三色灯，并通过单片机PWM对光源强弱亮度进行12挡控制，以满足不同型号光学SOC芯片测试。FPGA功能测试单元采用先进M3T-PIXEL复杂CIS感光矩阵结构，FPGA通过I²C连续读取芯片图像数据。

一种基于功能测试的光学SOC芯片测试方法，硬件上采用模块化结构，逻辑上针对功能进行检测，实现对光学传感器SOC芯片的直流参数和感光逻辑测试：

1)采用恒定电压、电流源为被测试器件施加精确的恒定电压或恒定电流；所述电压、电流源主要采用加压测流(FVMI)方式、加流测压(FIMV)方式供电；

2)利用FPGA功能测试单元采用逻辑上针对功能进行测试的方法对光学SOC芯片进行物理功能性测试，用逻辑板上FPGA自建IP功能模块，对芯片进行物理功能性测试再配合DC模块对芯片直流进行检测；FPGA功能测试单元内置图像算法，根据图像数据计算当前位移量，比较当前累积位移量与参照阀值，以决定输出位移量，并结合影像数据输出PIXEL感光矩阵图像进行类别分析和判别。

发明有益效果：

1、本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试方法及系统，硬件上采用模块化设计，逻辑上针对功能进行检测，可同时实现最多4颗光学SOC芯片串性测试，提高了对光学传感器SOC芯片的测试效率，加快测试开发周期，简化测试系统维护复杂性，降低测试成本。

2、本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试方法及系统，硬件上采用模块化结构，供电电源(DSP)、PMU精密测试单元、MUX继电器矩阵、逻辑测试单元都采用独立板块通过总线控制，可通过更换功能板满足多种不同光学传感器SOC芯片的测试，也更便于维护、检修。

3、本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试方法及系统，电压电流源主要采用加压测流(FVMI)方式、加流测压(FIMV)方式供电设计，该设计可通过程序设定的箝位电压或电流值进行限压或限流保护，当电路检测到的电压或电流超过设定值时，即进行电路的自保护，也增强了系统供电稳定性和测试的精度。

3、本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试方法及系统，逻辑测试模块采用功能测试方式再配合DC模块对芯片直流进行检测，对芯片故障覆盖率很高，通过FPGA创建IP功能模块产生激励对芯片自检功能测试，时效和技术成本大大降低。

4、本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试方法及系统，由于自建IP功能测试模块测试时频率都经由SOC芯片内建PLL(锁相环)产生，测试频率低于50MHZ,对测试硬件系统要求很低，使得光学SOC芯片测试成本大大低于传统混合信号测试系统。

附图说明

图1为本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试系统总体框架示意图；

图2本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试系统硬件构成框架示意图；

图3a、图3b为本发明光学SOC芯片测试系统上位机显示界面；

图4为本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试系统电压源电路原理图；

图5为PMU测试单元(精密测量单元)DAC7744产生的参考电压曲线图；

图6为本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试系统继电器矩阵单元框架；

图7为本发明光学SOC芯片测试方法FPGA逻辑功能测试流程；

图8为本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，结合附图对本发明技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

参见图1、图2，本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试系统，总体框架设计包括交互通讯连接的上位机系统以及硬件测试系统(下位机)，所述上位机系统主要负责测试结果显示、数据统计及数据保存；硬件测试系统主要负责直流参数测试和感光逻辑测试，所述硬件测试系统包括通信模块以及检测模块，所述检测模块由供电单元、PMU测试单元(精密测量单元)、FPGA逻辑功能测试单元、继电器矩阵单元以及测试光源控制单元组成；前述各组成单元上行通过总线通信模块与上位机系统的主控计算机交互连接，前述各组成单元下行通过总线通信模块与待测试的光学传感器SOC芯片连接。

上位机系统软件部分主要由编译模块、数据管理模块、测试模块、串口设置模块以及SQLite数据库构成，主要实现对被测芯片的选定、BIN测试结果统计，测试参数显示、测试数据操作、测试信号控制以及通信设置等基本操作。上位机显示界面如图3a、图3b所示。

实施例2

参见图2、图4，本实施例的基于功能测试的光学SOC芯片测试系统，与实施例1不同的是：所述供电单元包括器件电压源(DPS)、电压电流源(VIS)，供电单元驱动电压、电流值通过数模转换器提供给输出驱动器；驱动电压、电流由采样电阻采样，通过差分放大器转换成电压值，再由模数转换器读回电压、电流值。

所述供电单元还包括箝位电路，起到限流保护作用，并可根据负载设指箝位值。

本测试系统供电单元采用恒定电压、电流源为被测试器件施加精确的恒定电压或恒定电流，并回测其相对的电流值或电压值。测试系统根据筘位值自动选择测电压电流量程，也使得系统电流稳定测试精度更高。

实施例3

本实施例的基于功能测试的光学SOC芯片测试系统，与前述实施例1和实施例2不同的是：硬件测试系统由以CH341T芯片为主的通信模块和以ATMEGA16A芯片为控制芯片的检测模块配以外围扩展电路组成，主要实现对芯片的测试信号加载以及测试结果捕捉等操作。

所述PMU测试单元主要由单片机ATMEGA16A、DAC、ADC、运算放大器及缓冲器组成；单片机控制DAC输出电压；电压经过PMU测试电路实现加压或者加流的功能；测量结果经ADC采集送到单片机中；总线通信模块采用CH341T芯片，所述CH341T芯片和ATMEGA16A芯片通过串口连接。PMU测试单元主要对光学SOC芯片加压测流及加流测压的功能。

单片机控制DAC(DAC7744)输出电压；电压经过PMU测试电路实现加压或者加流的功能；测量结果经ADC采集送到单片机中。输出电压范围：±50uv--12V，采样精度：14位。

如图4所示，为本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试系统电压源电路原理图；图5为PMU测试单元DAC模块(DAC7744)产生的参考电压曲线图。

实施例4

参见图6，本实施例的基于功能测试的光学SOC芯片测试系统，与前述各实施例不同的是：继电器矩阵单元继电器矩阵采样16×8矩阵开关模块由7～128路地址译码器、128位数据锁存器以及驱动电路组成，其原理框图如图6所示。

当主机通过PCI总线向微处理器发送开关控制指令时，单片机将CS置为高电平。微处理器分析指令后，生成列地址和行地址，然后将sT置为高电平，将行地址和列地址写入地址译码器中，然后将ST置为低电平，利用下降沿将数据DATA写入锁存单元中，进而控制所选交叉点开关的通断。若读人的数据DATA为高电平，则相应开关导通；若DATA为低电平则开关截止。

实施例5

本实施例的基于功能测试的光学SOC芯片测试系统，与前述各实施例不同的是：光学SOC芯片测试需要外部光源照射感光矩阵，协同逻辑测试模块触发激励对芯片功能测试，由于不同光学SOC对感光强度不同，本发明光源控制单元光源采用RGB三色灯，并通过单片机PWM对光源强弱亮度进行12挡控制，以满足不同型号光学SOC芯片测试。

实施例6

本实施例的基于功能测试的光学SOC芯片测试系统，和前述各实施例不同的是：FPGA功能测试单元采用先进M3T-PIXEL复杂CIS感光矩阵结构，基于芯片光学功能性测试，FPGA通过I²C连续读取芯片图像数据。

FPGA内置图像算法提高采集图像数据精度和信号信噪比，本技术有别于DIODE结构的感光结构，采用先进M3T-PIXEL复杂CIS感光矩阵结构，其感应的灵敏度提高2倍以上。该处理单元会根据图像数据计算当前位移量，比较当前累积位移量与参照阀值，以决定输出位移量。还会结合影像数据输出PIXEL感光矩阵图像进行类别分析和判别。

针对这一算法原理对光学SOC芯片影像功能(包括芯片感光区沾污、偏位)测试。

本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试系统，系统中上位机与硬件测试系统的通信需要有特定的格式，使上位机和测试程序的编写遵循一定的依据，同时保证数据的完整性；上下位机间的数据通信协议具体格式如下表所示：

实施例7

参见图7、图8，本实施例为利用前述模块化结构的硬件测试系统，实现对光学传感器SOC芯片进行直流参数测试和感光逻辑测试/功能性测试的方法。其步骤包括：

本发明基于功能测试的光学SOC芯片测试方法，用逻辑板上FPGA对芯片物理功能性测试再配合DC模块对芯片直流进行检测，对芯片故障覆盖率很高，由于自建IP功能测试模块测试时频率都经由SOC芯片内建PLL(锁相环)产生，测试频率低于50MHZ,对测试硬件系统要求很低，使得光学SOC芯片测试成本大大低于传统混合信号测试系统。

实施例8

本实施例的基于功能测试的光学SOC芯片测试方法，和实施例7不同的是：由于不同光学SOC芯片对感光强度不同，采用外部光源照射感光矩阵，协同功能逻辑测试模块触发激励对芯片功能测试，外部光源采用RGB三色灯，并通过单片机PWM对光源强弱亮度进行12挡控制，以满足不同型号光学SOC芯片测试光源需求。

实施例9

参见图5，本实施例的基于功能测试的光学SOC芯片测试方法，继电器矩阵单元由7～128路地址译码器、128位数据锁存器以及驱动电路组成16×8矩阵采样开关，当主机通过PCI总线向微处理器发送开关控制指令时，单片机将CS置为高电平；微处理器分析指令后，生成列地址和行地址，然后将sT置为高电平，将行地址和列地址写入地址译码器中，然后将ST置为低电平，利用下降沿将数据DATA写入锁存单元中，进而控制所选交叉点开关的通断；若读入的数据DATA为高电平，则相应开关导通；若DATA为低电平则开关截止。

以上各实施例仅用于说明本发明，不应当构成对本发明专利要求保护范围的限定。可以预见，本领域技术人员在结合现有技术的情况下，实施情况可能产生种种变化。本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种基于功能测试的光学 SOC 芯片测试方法，硬件上采用模块化结构，逻辑上针对功能进行检测，实现对光学传感器 SOC 芯片的直流参数和感光逻辑测试，其特征在于：

1）采用恒定电压、电流源为被测试器件施加精确的恒定电压或恒定电流；所述电压、电流源主要采用加压测流方式、加流测压方式供电；

2）利用 FPGA 功能测试单元采用逻辑上针对功能进行测试的方法对光学 SOC 芯片进行物理功能性测试，用逻辑板上 FPGA 自建 IP 功能模块，对芯片进行物理功能性测试再配合 DC 模块对芯片直流进行检测；FPGA 功能测试单元内置图像算法，根据图像数据计算当前位移量，比较当前累积位移量与参照阀值，以决定输出位移量，并结合影像数据输出PIXEL 感光矩阵图像进行类别分析和判别。

2.根据权利要求 1 所述的基于功能测试的光学 SOC 芯片测试方法，其特征在于：由于不同光学 SOC 芯片对感光强度不同，采用外部光源照射感光矩阵，协同功能逻辑测试模块触发激励对芯片功能测试，外部光源采用 RGB 三色灯，并通过单片机 PWM 对光源强弱亮度进行 12 挡控制，以满足不同型号光学 SOC 芯片测试光源需求。

3.根据权利要求 1 或 2 所述的基于功能测试的光学 SOC 芯片测试方法，其特征在于：上位机与硬件测试系统的通信需要有特定的格式，使上位机和测试程序的编写遵循一定的依据，同时保证数据的完整性；上下位机间的数据通信协议具体格式如下：整个数据链为32位，1-3位为起始位，111为数据起始码值，其他为非法起始；4-5位为标志位，00为配置引脚，01为设置数据，10读取数据，11为保留设置；6-29位为数据位，当标志位为00时，0为输入，1为输出，当标志位为01时，0为低电平，1为高电平，当标志位为10时，0为低电平，1为高电平；30-32位为结束位，111为数据结束，其他为非法结束。

4.根据权利要求 3 所述的基于功能测试的光学 SOC 芯片测试方法，其特征在于：继电器矩阵单元由 7～128 路地址译码器、128 位数据锁存器以及驱动电路组成 16×8 矩阵采样开关，当主机通过 PCI 总线向微处理器发送开关控制指令时，单片机将 CS 置为高电平；微处理器分析指令后，生成列地址和行地址，然后将 sT 置为高电平，将行地址和列地址写入地址译码器中，然后将 ST 置为低电平，利用下降沿将数据 DATA 写入锁存单元中，进而控制所选交叉点开关的通断；若读入的数据 DATA 为高电平，则相应开关导通；若 DATA 为低电平则开关截止。

5.根据权利要求 1 所述的基于功能测试的光学 SOC 芯片测试方法的测试系统，其特征在于：包括交互通讯连接的上位机系统以及硬件测试系统，所述上位机系统主要负责测试结果显示、数据统计及数据保存；硬件测试系统主要负责直流参数测试和感光逻辑测试，所述硬件测试系统包括通信模块以及检测模块，所述检测模块由供电单元、PMU 测试单元、FPGA 功能测试单元、继电器矩阵单元以及光源控制单元组成；前述各组成单元上行通过总线通信模块与上位机系统的主控计算机交互连接，前述各组成单元下行通过总线通信模块与待测试的光学传感器 SOC 芯片连接。

6.根据权利要求 5 所述的基于功能测试的光学 SOC 芯片测试方法的测试系统，其特征在于：所述 PMU 测试单元主要由单片机 ATMEGA16A、DAC、ADC、运算放大器及缓冲器组成；单片机控制 DAC 输出电压；电压经过 PMU 测试电路实现加压或者加流的功能；测量结果经ADC 采集送到单片机中；总线通信模块采用 CH341T 芯片，所述 CH341T 芯片和ATMEGA16A 芯片通过串口连接。

7.根据权利要求 5 所述的基于功能测试的光学 SOC 芯片测试方法的测试系统，其特征在于：所述供电单元包括器件电压源、电压电流源，供电单元驱动电压、电流值通过数模转换器提供给输出驱动器；驱动电压、电流由采样电阻采样，通过差分放大器转换成电压值，再由模数转换器读回电压、电流值，箝位电路起到限流保护作用，并可根据负载设指箝位值。

8.根据权利要求 5 所述的基于功能测试的光学 SOC 芯片测试方法的测试系统，其特征在于：所述继电器矩阵单元继电器矩阵采样 16×8 矩阵开关模块由 7～128 路地址译码器、128 位数据锁存器以及驱动电路组成。

9.根据权利要求 5 所述的基于功能测试的光学 SOC 芯片测试方法的测试系统，其特征在于：光源控制单元光源采用 RGB 三色灯，并通过单片机 PWM 对光源强弱亮度进行12 挡控制，以满足不同型号光学 SOC 芯片测试。

10.根据权利要求 5 所述的基于功能测试的光学 SOC 芯片测试方法的测试系统，其特征在于： FPGA 功能测试单元采用先进 M3T‐PIXEL 复杂 CIS 感光矩阵结构，FPGA 通过I2C 连续读取芯片图像数据。