CN114563691A - 一种集成电路高速数字接口通用检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成电路高速数字接口通用检测装置及方法，包括中低速数字测试通道母板和高速数字接口测试通道子板，所述中低速数字测试通道母板包括测试处理器、中低速测试通道单元，中低速测试通道组上设置有高速测试通道子板接口；所述高速数字接口测试通道子板包括测试处理器母板接口、FPGA代码配置发生器、可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA、高速测试通道单元、可重配置测试数据处理器，所述测试处理器母板接口与中低速测试通道组的高速测试通道子板接口连接。本发明既可以满足一般IO口的中低速测试要求，也可以满足高速接口的测试。既可以获得FPGA方案的高灵活性，同时可以获得中低端ATE机台的较低成本。

Description

一种集成电路高速数字接口通用检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路高速数字接口通用检测装置及方法，属于芯片检测技术领域。

背景技术

由于现代数字集成电路越来越多的采用了高速数字接口进行设计，例如： MIPI,HDMI, Serdes, DDR, USB, PCIe等。该类数字接口数据传输速度从几百Mbps到几Gbps不等，物理接口类型从LVCMOS，LVDS，到LVPECL或CML等。在ATE（Auto Test Equipment，自动测试设备)中，要进行此类信号的检测面临比较大的挑战。一是超高的测试频率。动辄几百Mbps到上Gbps的数据传输速度，导致接口电平变化频率高达几百MHz到上GHz，如果采用传统ATE的Timing Generator（时序发生器，简称TG)进行测试，设备成本太高（基本需要最高端的ATE才能具备，或者需要牺牲大量测试通道换取更高的测试data rate)。二是复杂的接口时序与协议。例如MIPI或PCIe，该类接口都具有一整套复杂的收发协议，且对时序要求非常苛刻。时序误差在ps级别。对于DDR之类的接口还有异步并发测试要求。要在传统ATE的Pattern Generater(图形发生器，简称PG)中实现，需要复杂的指令集支持，而且PG本身速度要很高。测试图形会很复杂，对测试人员的测试程序开发能力也有很高的要求。三是种类多样的接口电平模式，一般的ATE数字测试IO口无法满足要求。

传统解决方法一，使用配对芯片作为Receiver或Transceiver，ATE只要测试配对芯片的输出，间接完成对DUT(Device Under Test）的测试。该类测试方法最简单，配对芯片将高速接口信号转为了低速信号，对ATE的要求也大大降低。但该类方法无法直接对DUT的交直流参数进行测试（因为ATE和DUT之间隔了一个配对芯片)。此外，ATE无法通过Pattern直接施加期望的测试信号给DUT，只能通过配对芯片间接产生测试时序。受限于配对芯片的功能，可能DUT的部分参数或功能无法完整测试。

传统解决方法二，使用FPGA模拟配对芯片作为Receiver或Transceiver，即在FPGA内设计与配对芯片相同的接口协议和时序，用以PG和DUT进行通讯。该方法与方法一类似，除了具有方法一的问题外，还有成本更高(FPGA的价格比较高)，对测试工程师要求更高(需要测试工程师掌握FPGA的开发，调试等能力)等问题。好处是FPGA可以定制，解决方法一因配对芯片功能限制导致对DUT无法完整测试的问题。

传统解决方法三，使用高端ATE机台直接测试（例如爱德万的Verigy 93K等)。使用高端ATE机台开发复杂的测试图形程序,通过数字通道直接产生高速测试所需的测试信号。该方法具有测试灵活，测试覆盖率高，调试方便等优点，但是缺点是高端ATE机台售价动辄几十万到上百万美金，导致测试成本太高。

由上可知，传统测试方法一，存在测试覆盖率低，测试效率低的问题。传统测试方法二，存在测试开发复杂度高的问题。传统测试方法三，存在测试成本太高的问题。总之，各个传统测试方案无法在测试的低成本、测试开发的高灵活性、测试开发低复杂度及测试方案的高覆盖率方面兼得。各方面问题都会推高设计公司在IC测试过程中的测试成本。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种集成电路高速数字接口通用检测装置及方法，考虑到大多数集成电路测试过程中，除了高速接口上需要跑高速数字信号，其他IO口的数字信号速率要求不高（一般几十Mbps到几百Mbps）。为了保持对高速数字接口测试的灵活性，测试完整性的同时，还可以兼顾测试的较低成本，故实现了本发明。本发明将中低端数字ATE机台的IO口与高速数字接口测试功能进行整合，形成一个可组合的测试装置。即每个中低速测试通道资源，也可以根据需要切换到专用高速测试通道。高速测试通道与中低速测试通道通过PG进行同步。高速数字通道通过FPGA与前端专用PinElectronic实现。通过该装置，既可以满足一般IO口的中低速测试要求，也可以满足高速接口的测试。既可以获得FPGA方案的高灵活性，同时可以获得中低端ATE机台的较低成本。为了解决FPGA方案的开发复杂度，设计了相应的接口模板功能，使得测试开发人员可以在不掌握FPGA的情况下完成测试程序的开发调试。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种集成电路高速数字接口通用检测装置，包括中低速数字测试通道母板和高速数字接口测试通道子板，其中：

所述中低速数字测试通道母板包括母板总线接口、测试处理器、中低速测试通道单元，所述母板总线接口分别与测试处理器、中低速测试通道单元连接，所述测试处理器与中低速测试通道单元连接。所述中低速测试通道单元包括一组以上的中低速测试通道组，每组中低速测试通道组上设置有高速测试通道子板接口。

所述高速数字接口测试通道子板包括子板总线接口、测试处理器母板接口、FPGA代码配置发生器、可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA、高速测试通道单元、可重配置测试数据处理器，所述FPGA代码配置发生器用于接收上位机数据，完成对可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA的重配置，可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA用于直接控制高速测试通道单元。所述子板总线接口分别与FPGA代码配置发生器、可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA、高速测试通道单元、可重配置测试数据处理器连接，所述测试处理器母板接口分别与高速测试通道子板接口、FPGA代码配置发生器、可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA、高速测试通道单元、可重配置测试数据处理器连接，所述可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA分别与FPGA代码配置发生器、高速测试通道单元、可重配置测试数据处理器连接。所述测试处理器母板接口与中低速测试通道组的高速测试通道子板接口连接，用于接收测试处理器的控制与同步信号。

优选的：所述测试处理器用于执行测试图形产生测试所需的时序信号及测试通道所需的控制信号，并将测试所需的时序信号与测试通道所需的控制信号提供给中低速测试通道组。同时用于产生高速数字接口测试通道子板所需的控制信号，用于高速测试通道单元上各个通道驱动可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA及测试数据处理器的同步。

优选的：所述中低速测试通道组包括通道电子管脚、输入输出电平转换器以及一组多路选择器，所述通道电子管脚用于完成待测试设备的直流测试，输入输出电平转换器用于输入输出的电平转换，多路选择器用于输出多路选择信号。

优选的：所述高速测试通道单元包括一个以上的高速测试通道。

优选的：所述高速测试通道与中低速测试通道组一一对应。

一种集成电路高速数字接口通用检测方法，包括以下步骤：

步骤1，编写测试图形Pattern。在集成电路自动测试设备ATE软件中配置高速接口测试协议。

步骤2，下载测试图形Pattern到测试处理器。

步骤3，下载高速接口测试协议到FPGA代码配置发生器。下载测试数据处理程序到可重配置测试数据处理器。

步骤4，开始测试。

步骤5，通过中低速测试通道单元测试待测试设备直流参数。如果测试失败，返回步骤4。如果测试通过，则启动测试处理器。

步骤6，测试处理器驱动中低速测试通道单元中的中低速测试通道，产生测试信号给待测试设备，完成待测试设备的中低速测试。如果测试失败，返回步骤4。如果测试通过，则测试处理器将多路选择器切换到高速测试通道单元。

步骤7，测试处理器启动可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA，使得高速测试通道单元产生测试信号给待测试设备，完成待测试设备的高速接口测试及数据处理。如果测试失败，返回步骤4。如果通过，测试结束。

优选的：可重配置测试数据处理器对可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA获取的测试数据进行实时的计算处理，并同步给测试处理器测试结果。

本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

1. 本发明通过高速通道测试子板的设计，让高速数字测试通道与中低速数字测试通道形成高低搭配，可以在最大程度满足DUT对高速数字接口测试通道要求的基础上，获得相对高端测试机台更低的测试成本。

2. 本发明通过可重配置高速通道驱动FPGA设计，在获得FPGA的高速数字接口驱动能力的同时，也实现了驱动协议的自定义灵活配置，同时由于驱动协议是为ATE定制开发的，也可以获得较好的测试覆盖率。

3. 通过ATE软件进行预制驱动协议的编辑，配置与下载，可以解决FPGA使用复杂度。使得测试工程师可以在不需要对FPGA进行RTL开发与调试的情况下，完成各类高速数字接口协议的测试程序开发。

4．独立高速通道测试子板内置可配置专用计算处理器与存储器的结构，使得硬件具备异步数据处理与计算能力，并且通过配置多块子卡可实现多测试站并测，降低了测试时对系统总线资源的占用问题，极大的提高了芯片的测试效率。

附图说明

图1为中低速数字测试通道母板示意图。

图2为高速数字接口测试通道子板示意图。

图3为测试处理器结构示意图。

图4为测试实施示意图。

图5为流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种集成电路高速数字接口通用检测装置，如图4所示，本实施例在测试方法二的基础上，重点解决测试开发复杂度高的问题，及降低测试成本。要降低测试开发复杂度，就需要有一个FPGA高速接口协议代码的自动生成机制，让测试工程师不需要进行FPGA的开发。要降低测试成本，则需要让高速测试通道根据需要配置到低速通道上，实现最优的性价比，包括中低速数字测试通道母板4和高速数字接口测试通道子板10，其中：

如图1所示，所述中低速数字测试通道母板4包括母板总线接口1、测试处理器2、中低速测试通道单元3，所述母板总线接口1分别与测试处理器2、中低速测试通道单元3连接，所述测试处理器2与中低速测试通道单元3连接。所述中低速测试通道单元3包括一组以上的中低速测试通道组，每组中低速测试通道组上设置有高速测试通道子板接口，其中：

中低速数字测试通道板4(Mid Speed Digital Test Channel Board,简称MSDTCB)，用于执行测试图形Pattern，完成待测试设备的中低速IO的测试信号发生与测试；同时作为母板，与各个HSTCB接口，完成对各个高速数字接口测试通道子板的控制与同步。

所述母板总线接口1（Bus Interface,简称BI)，用于上位机PC与板上各个器件的数据传输与控制，具体为与测试处理器2、中低速测试通道组3、中低速数字测试通道板4之间的数据传输与控制；

测试处理器2(Test Processor,简称TP)，如图3所示，测试处理器2包括图形存储器Pattern Memory、存储控制器Memory Control、时序发生器Timing Generator、图形发生器Pattern Generator，存储控制器分别与图形存储器、时序发生器、图形发生器连接。测试处理器2用于执行测试图形产生测试所需的时序信号及测试通道所需的控制信号，并将测试所需的时序信号与测试通道所需的控制信号提供给中低速测试通道组3；同时也产生各个测试子板所需的控制信号，用于测试子板上各个通道驱动FPGA及测试数据处理器的同步。即用于产生高速数字接口测试通道子板10所需的控制信号，用于高速测试通道单元8上各个通道驱动可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA7及测试数据处理器的同步。

中低速测试通道组(Mid Speed Test Channel Group,简称MSTCG)，中低速测试通道组用于产生一组中低速IO测试所需的测试信号（一般为几十Hz到几百Mhz)，直接受测试处理器2控制，接收测试处理器2输出信号产生一组中低速IO测试所需的测试信号；中低速测试通道组包括高速测试通道子板(High Speed Test Channel Board，简称HSTCB)接口、通道电子管脚(Pin Electronic，简称PE，由PPMU,Driver,Comparator等组成，用于完成DUT的直流测试，及输入输出的电平转换等）以及一组多路选择器Mux组成；所述通道电子管脚用于完成待测试设备的直流测试，输入输出电平转换器用于输入输出的电平转换，多路选择器Mux用于输出多路选择信号。

如图2所示，所述高速数字接口测试通道子板10包括子板总线接口11、测试处理器母板接口5、FPGA代码配置发生器6、可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA7、高速测试通道单元8、可重配置测试数据处理器9，所述FPGA代码配置发生器6用于接收上位机数据，完成对可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA7的重配置，可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA7用于直接控制高速测试通道单元8。所述子板总线接口11分别与FPGA代码配置发生器6、可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA7、高速测试通道单元8、可重配置测试数据处理器9连接，所述测试处理器母板接口5分别与高速测试通道子板接口、FPGA代码配置发生器6、可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA7、高速测试通道单元8、可重配置测试数据处理器9连接，所述可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA7分别与FPGA代码配置发生器6、高速测试通道单元8、可重配置测试数据处理器9连接。

所述子板总线接口11用于测试处理器母板接口5、FPGA代码配置发生器6、可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA7、高速测试通道单元8、可重配置测试数据处理器9之间的数据传输与控制；

所述测试处理器母板接口5与中低速测试通道组3的高速测试通道子板接口连接，用于接收测试处理器2的控制与同步信号。

FPGA代码配置发生器6(FPGA Code Config Generator,简称FCCG)，用于接收上位机PC数据，完成对可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA7的重配置；PC上位机软件会为各类高速数字接口预制一系列相应的驱动协议的FPGA RTL代码，测试工程师只需要根据测试需求选择相应的协议代码进行配置与下载，就可以实现对各类高速数字接口的测试程序开发。例如： 如果需要HSTCD驱动高速测试通道输出MIPI D-Phy协议信号，则可通过PC为FCCG下载MIPI D-Phy协议的数据，FCCG再配置HSTCD，HSTCD就会变成MIPI D-Phy协议的测试通道控制发生器。

可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA7(High Speed Test ChannelDriver,简称HSTCD)，可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA7可由FCCG进行重配置，从而具备针对各类高速接口协议的测试通道通用驱动能力，用于HSTCD直接控制高速测试通道(High Speed Test Channel,简称HSTC)，所以HSTC可以输出或匹配高速的测试信号（可从几百Mbps到几Gbps)。

所述高速测试通道单元8包括一个以上的高速测试通道(High Speed TestChannel,简称HSTC)，每个高速测试通道由一个高速电子管脚(High Speed PinElectronic，简称HSPE，由PPMU,Driver,Comparator等组成，用于完成DUT的直流测试，及输入输出的电平转换等）、多路选择器Mux组成；

可重配置测试数据处理器9（Configable Test Data Processor,简称CTDP)，由数据存储器及数据处理器组成。通过对可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA7获取的测试数据进行实时的计算处理，并同步给测试处理器测试结果。数据处理器由多核Arm组成，其运行的处理程序可由PC进行实时下载配置。测试工程师可以通过ATE软件编写数据处理程序，随测试程序一同下载到CTDP。

高速数字接口测试通道子板10（High Speed Digital Test Channel Board，简称HSDTCB) 用于完成DUT上高速数字接口的测试信号发生与测试，及实时数据处理分析。

其中所述测试处理器母板接口5与中低速测试通道组3的高速测试通道子板接口连接，使得中低速数字测试通道母板4和高速数字接口测试通道子板10形成子母卡关系。中低速数字测试通道母板4的各个测试通道输出，及高速数字接口测试通道子板10的各个测试通道输出通过各自的多路选择器Mux连接。由测试处理器2根据测试需要，切换高速或中低速测试通道输出给待测试设备DUT，从而完成高低搭配的通用测试目的。

高速数字接口测试通道子板10包含了一组高速数字接口测试通道，与中低速数字测试通道母板4的中低速测试通道组一一对应。鉴于高速数字接口测试通道子板10上的测试通道相对于中低速数字测试通道母板4上测试通道成本更高，所以在实际的测试方案中，可以根据待测试设备DUT上高速数字接口的测试通道要求，选择相应数量的高速数字接口测试通道板安装到中低速数字测试通道母板4上。这样可最大程度的提高测试性能，同时降低测试成本，获得最佳的性价比。

一种集成电路高速数字接口通用检测方法，如图5所示，包括以下步骤：

步骤1，编写测试图形Pattern。在集成电路自动测试设备ATE软件中配置高速接口测试协议。

步骤2，下载测试图形Pattern到测试处理器2。

步骤3，下载高速接口测试协议到FPGA代码配置发生器6。下载测试数据处理程序到可重配置测试数据处理器9。

步骤4，开始测试。

步骤5，通过中低速测试通道单元3测试待测试设备的Open Short等直流参数。如果测试失败，返回步骤4。如果测试通过，则启动测试处理器2。

步骤6，测试处理器2驱动中低速测试通道单元3中的中低速测试通道，产生测试信号给待测试设备，完成待测试设备的中低速测试。如果测试失败，返回步骤4。如果测试通过，则测试处理器2将多路选择器Mux切换到高速测试通道单元8。

步骤7，测试处理器2启动可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA7，使得高速测试通道单元8产生测试信号给待测试设备，完成待测试设备的高速接口测试及数据处理。可重配置测试数据处理器9对可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA7获取的测试数据进行实时的计算处理，并同步给测试处理器2测试结果。如果测试失败，返回步骤4。如果通过，测试结束。

本实施例在一个中低速测试通道板卡上，增加一个高速数字测试通道子板，即可同时完成DUT的中低速IO与高速数字接口的测试。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种集成电路高速数字接口通用检测装置，其特征在于：包括中低速数字测试通道母板（4）和高速数字接口测试通道子板（10），其中：

所述中低速数字测试通道母板（4）包括母板总线接口（1）、测试处理器（2）、中低速测试通道单元（3），所述母板总线接口（1）分别与测试处理器（2）、中低速测试通道单元（3）连接，所述测试处理器（2）与中低速测试通道单元（3）连接；所述中低速测试通道单元（3）包括一组以上的中低速测试通道组，每组中低速测试通道组上设置有高速测试通道子板接口；

所述高速数字接口测试通道子板（10）包括子板总线接口（11）、测试处理器母板接口（5）、FPGA代码配置发生器（6）、可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA（7）、高速测试通道单元（8）、可重配置测试数据处理器（9），所述FPGA代码配置发生器（6）用于接收上位机数据，完成对可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA（7）的重配置，可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA（7）用于直接控制高速测试通道单元（8）；所述子板总线接口（11）分别与FPGA代码配置发生器（6）、可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA（7）、高速测试通道单元（8）、可重配置测试数据处理器（9）连接，所述测试处理器母板接口（5）分别与高速测试通道子板接口、FPGA代码配置发生器（6）、可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA（7）、高速测试通道单元（8）、可重配置测试数据处理器（9）连接，所述可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA（7）分别与FPGA代码配置发生器（6）、高速测试通道单元（8）、可重配置测试数据处理器（9）连接；所述测试处理器母板接口（5）与中低速测试通道组（3）的高速测试通道子板接口连接，用于接收测试处理器（2）的控制与同步信号。

2.根据权利要求1所述集成电路高速数字接口通用检测装置，其特征在于：所述测试处理器（2）用于执行测试图形产生测试所需的时序信号及测试通道所需的控制信号，并将测试所需的时序信号与测试通道所需的控制信号提供给中低速测试通道组（3）；同时用于产生高速数字接口测试通道子板（10）所需的控制信号，用于高速测试通道单元（8）上各个通道驱动可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA（7）及测试数据处理器的同步。

3.根据权利要求2所述集成电路高速数字接口通用检测装置，其特征在于：所述中低速测试通道组包括通道电子管脚、输入输出电平转换器以及一组多路选择器，所述通道电子管脚用于完成待测试设备的直流测试，输入输出电平转换器用于输入输出的电平转换，多路选择器用于输出多路选择信号。

4.根据权利要求3所述集成电路高速数字接口通用检测装置，其特征在于：所述高速测试通道单元（8）包括一个以上的高速测试通道。

5.根据权利要求4所述集成电路高速数字接口通用检测装置，其特征在于：所述高速测试通道与中低速测试通道组一一对应。

6.一种基于权利要求1所述集成电路高速数字接口通用检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，编写测试图形Pattern；在集成电路自动测试设备ATE软件中配置高速接口测试协议；

步骤2，下载测试图形Pattern到测试处理器（2）；

步骤3，下载高速接口测试协议到FPGA代码配置发生器（6）；下载测试数据处理程序到可重配置测试数据处理器（9）；

步骤4，开始测试；

步骤5，通过中低速测试通道单元（3）测试待测试设备直流参数；如果测试失败，返回步骤4；如果测试通过，则启动测试处理器（2）；

步骤6，测试处理器（2）驱动中低速测试通道单元（3）中的中低速测试通道，产生测试信号给待测试设备，完成待测试设备的中低速测试；如果测试失败，返回步骤4；如果测试通过，则测试处理器（2）将多路选择器切换到高速测试通道单元（8）；

步骤7，测试处理器（2）启动可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA（7），使得高速测试通道单元（8）产生测试信号给待测试设备，完成待测试设备的高速接口测试及数据处理；如果测试失败，返回步骤4；如果通过，测试结束。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于：可重配置测试数据处理器（9）对可配置接口协议的高速测试通道驱动用FPGA（7）获取的测试数据进行实时的计算处理，并同步给测试处理器（2）测试结果。

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