CN114720740A - 一种ate的器件供电单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种ATE的器件供电单元，包括控制模块、斜坡时钟信号发生器、数据寄存器和电压输出模块，斜坡时钟信号发生器产生斜坡时钟信号给控制模块；控制模块根据上位机发出的斜坡电压生成指令，加载斜坡时钟信号分频码对斜坡时钟信号进行分频生成第二斜坡时钟信号；并以第二斜坡时钟信号为时钟，根据斜坡起始码、斜坡结束码和斜坡步长自动计算每个时钟周期的斜坡电压数字码给电压输出模块，由电压输出模块输出对应的电压值给待测器件。该器件供电单元在生成斜坡电压时总线资源占用少，控制效率高，此外还能限制输出电压，测量输出状态，安全性更高。

Description

一种ATE的器件供电单元
技术领域
本发明涉及集成电路自动检测技术领域，尤其涉及一种ATE的器件供电单元。
背景技术
在集成电路制造设计制造的过程中，测试是其中重要的一个环节，一颗芯片大致要经过晶圆测试、芯片测试、封装测试等多道测试工序，芯片通过了这些测试才能最终出货。
随着集成电路集成度和复杂度的提升，集成电路测试技术也从最初测试小规模集成电路逐步发展到测试中规模、大规模和超大规模集成电路，对ATE(集成电路自动测试机)的测试效率和测试速度提出了更高的要求。
ATE设置有多组器件供电单元DPS(Device Power Supplies)，其主要功能是对被测芯片的电源引脚提供稳定、准确的电压和电流。能接受外部指令，根据输入的数字码输出相应的电压值和电流值。
芯片正常工作通常有一个电源供电范围，对芯片进行测试时，需要测试其在该电源供电范围内不同的供电电压的情况下，芯片能否正常工作。提供不同供电电压通常是通过电脑向测试板下达输出某一电压值的指令，随后测试板再产生对应的电压，而后再把电压施加在待测芯片之上。该方法耗用时间较长并且占用了大量的总线资源，效率较低。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种ATE的器件供电单元，能通过少量参数，输出斜坡信号，从而自动输出待测芯片需要的电压，从而提升测试效率以及减少对控制总线资源的占用。
为实现上述目的，本发明提供了一种ATE的器件供电单元，包括控制模块、斜坡时钟信号发生器、数据寄存器、电压输出模块和输出检测模块，所述控制模块通过控制总线和上位机电性连接，所述电压输出模块的输出和待测器件电性连接；
所述斜坡时钟信号发生器产生斜坡时钟信号给所述控制模块；
所述控制模块根据上位机发出的斜坡电压生成指令，将所述斜坡电压生成指令的参数存储于所述数据寄存器中，所述斜坡电压生成指令的参数包括：斜坡步长、斜坡时钟信号分频码，斜坡起始码和斜坡结束码；
所述控制模块加载斜坡时钟信号分频码对所述斜坡时钟信号进行分频生成第二斜坡时钟信号；并以所述第二斜坡时钟信号为时钟，根据斜坡起始码、斜坡结束码和斜坡步长自动计算每个时钟周期的斜坡电压数字码给电压输出模块，所述电压输出模块根据斜坡电压数字码输出对应的电压值给待测器件。
进一步的，所述电压输出模块，包括DAC数字码产生模块、DAC模块、钳位电压生成模块、电压比较模块以及电压放大模块；所述控制模块还输出箝位电压数字码，所述DAC数字码产生模块用于将所述斜坡电压数字码以及钳位电压数字码转换成并行的二进制数字码；所述DAC模块用于将所述斜坡电压数字码对应的并行二进制数字码转换成斜坡电压输出；所述钳位电压生成模块用于将所述钳位电压数字码对应的并行二进制数字码转换成箝位电压输出；所述电压比较模块用于比较所述箝位电压与所述斜坡电压大小，若所述斜坡电压大于所述钳位电压，则输出箝位电压；所述电压放大模块将输出电压线性放大到设计要求的范围。
进一步的，所述箝位电压数字码的生成方法为：将斜坡电压数字码叠加设定裕量生成钳位电压数字码。
进一步的，所述斜坡步长、斜坡时钟信号分频码、斜坡起始码和斜坡结束码为16进制数字码或文本。
进一步的，所述电压输出模块的触发信号为所述第二斜坡时钟信号的上升沿或下降沿。
进一步的，所述控制模块接收的指令还包括中断信号，当接收到中断信号时，关断电压输出模块的输出，使电压输出模块的电压输出为零。
进一步的，所述控制模块和上位机电性连接的控制总线为I2C总线。
进一步的，所述器件供电单元输出斜坡电压的方法，包括以下步骤：
控制模块接收上位机发送的斜坡生成指令，并将斜坡生成指令中的参数存储于数据寄存器中，其中，斜坡生成指令的参数包括：斜坡步长、斜坡时钟分频码、斜坡起始码、斜坡结束码等；
控制模块根据斜坡生成指令，加载斜坡时钟分频码，将斜坡时钟信号进行分频，产生驱动斜坡信号输出的时钟信号；
控制模块加载斜坡起始码、斜坡结束码和斜坡步长，根据斜坡起始码和斜坡步长生成每一步的斜坡电压数字码以及在斜坡电压数字码基础上加上冗余量的钳位电压数字码，所述斜坡电压数字码通过电压输出模块输出对应的电压值；每一步的斜坡电压数字码的值为上一步的斜坡电压数字码的值和斜坡步长之和，斜坡电压数字码的起始值为斜坡起始码，斜坡电压数字码的终止值为斜坡结束码。
进一步的，所述输出检测电路用于检测所述电压输出单元的输出电压、电流，并将检测结果回传到所述控制模块。
本发明实现了如下技术效果：
本发明的ATE的器件供电单元，可通过控制模块进行主动控制以优化控制指令和内建自动化操作，将一组电压输出指令转换为一条斜坡信号生成指令，以实现斜坡电压的输出。该方法可以减少总线资源的占用，提高控制效率。
附图说明
图1是本发明ATE的器件供电单元(DPS)的供电结构及应用框图；
图2是本发明的器件供电单元中的斜坡生成模块的结构及应用框图；
图3是本发明的斜坡电压生成流程图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1到图3所示，ATE(集成电路自动测试机)包括多个器件供电单元，每个器件供电单元包括一组或多组电压输出模块，每组电压输出模块可给待测器件的一个电源引脚供电。ATE的器件供电单元包括控制模块、斜坡时钟信号发生器、数据寄存器、电压输出模块和输出检测电路等模块，其中电压输出模块又具体包括：DAC数字码产生器、DAC模块、钳位电压生成模块、电压比较模块以及电压放大模块等模块，各器件供电单元的控制模块通过I2C总线等控制总线和电脑(上位机)电性连接，电压输出模块的输出端通过探针和待测器件的电源引脚电性连接，测量输出电路用于检测电压输出模块输出的电压、电流等参数，以检测电压输出模块的输出线路是否开路。
斜坡时钟信号发生器用于产生斜坡时钟信号；
控制模块接收上位机给出的斜坡电压生成指令，并将斜坡电压生成指令的参数存储于数据寄存器中，其中，斜坡电压生成指令的参数包括：斜坡步长、斜坡时钟信号分频码，斜坡起始码和斜坡结束码等。
控制模块加载斜坡时钟信号分频码对斜坡时钟信号进行分频生成第二斜坡时钟信号；并以第二斜坡时钟信号为时钟，根据斜坡起始码、斜坡结束码和斜坡步长自动计算每个时钟周期的斜坡电压数字码给电压输出模块中的高精度DAC模块，同时将计算出叠加上裕量之后的钳位电压数字码给到钳位电压生成模块输出钳位电压，电压比较模块比较高精度DAC模块输出的电压与钳位电压生成模块输出的钳位电压的大小，若高精度DAC模块输出电压超过钳位电压，表示当前电压输出模块发生问题，电压比较模块将输出电压钳制在钳位电压；若高精度DAC模块输出电压在钳位电压范围内，则电压比较模块输出高精度DAC模块输出的电压。比较模块输出的电压经过电压放大模块的线性放大，输出符合需求范围内的电压值给到待测器件的电源引脚。
在本应用中，DAC数字码产生器和DAC模块配合实现待测器件的工作电压的高精度输出控制，电压放大模块的工作电压高于待测器件的工作电压，提供线性放大能力，以输出控制指令所对应的高精度电压值，及提供相应的电流驱动能力。
输出检测电路会检测输出线路是否开路，检测输出线路的屏蔽线路是否开路，并将检测结果实时回传到控制模块，若发生开路情况则控制模块通过数据卡向电脑端发送警报信号。如图3所示，器件供电单元输出斜坡电压，包括以下步骤：
(1)斜坡时钟信号发生器产生一个有固定频率的时钟信号；
(2)控制模块接收电脑发送的斜坡生成指令，并将斜坡生成指令的参数存储于数据寄存器中；斜坡生成指令的参数包括：斜坡步长、斜坡时钟分频码、斜坡起始码、斜坡结束码等参数；所述的数据存储器为SRAM(静态随机存取存储器)；
(3)控制模块进入斜坡信号生成模式，根据斜坡时钟分频码，对输入的斜坡时钟信号进行分频，产生驱动斜坡信号输出的第二斜坡时钟信号，控制模块加载斜坡起始码、斜坡终止码和斜坡步长等参数，自动计算每个时钟周期的斜坡电压数字码，将斜坡电压数字码发送给DAC数字码产生器；
(4)当接收到第二斜坡时钟信号的上升沿时，控制模块控制DAC数字码产生器向DAC模块发送上一时钟周期计算所得的斜坡电压数字码，然后计算该斜坡电压数字码加斜坡步长之和作为下一时钟周期的斜坡电压数字码；将下一个斜坡电压数字码和斜坡终止码进行比较；当下一个待加载数字码不大于斜坡终止码时，则缓存该数字码，等待下一个第二斜坡时钟信号的上升沿；当下一个斜坡终止码大于斜坡终止码时，则结束斜坡输出，回到普通模式。普通模式即通过电压设置指令直接给待测器件的某一或某些电源引脚赋单个电压值。
(5)在控制模块输出斜坡电压数字码的同时，还输出箝位电压数字码，通过箝位电压数字码对输出的斜坡电压进行监督，以防止电压输出模块异常时输出异常电压，损坏待测器件。该箝位电压数字码通过斜坡电压数字码叠加一定裕量后生成。
在具体应用中，控制模块的输入信号还包括中断信号，当所述控制信号接收到中断信号后，直接控制DAC数字码产生器结束斜坡输出(输出为0)，恢复到普通模式。为响应中断，在接收到斜坡时钟信号的上升沿时，控制模块首先判断是否接收到中断信号。若此时未接收到中断信号，则控制模块控制DAC数字码产生器向高精度DAC模块发送上一时钟周期计算所得的斜坡电压数字码，DAC模块输出电压也随着数字码的改变而改变。同时DAC数字码产生器在当前数字码的基础上加上斜坡步长计算出下一个待加载数字码。若此时接收到中断信号，则控制模块直接结束斜坡输出，恢复到普通模式。
在本示例中，电脑和控制模块通过数据卡进行电性连接。电脑通常仅提供串口UART、USB接口和以太网接口等通用数据接口，和PCI、PCI-E等插卡接口。为实现器件供电单元控制，ATE的各器件供电单元之间通过I2C等控制总线电性连接，再通过数据卡进行接口转换，数据卡采用PCI、PCI-E等插卡接口，和电脑电性连接。
DAC数字码产生器起到一个串并转换作用，如在本实施例中，待加载的斜坡电压数字码为16位的二进制数据，DAC数字码产生器将16位的二进制数字码转换成16位的并行数据，作为DAC模块的输入，DAC模块的并行输入数据的位数和DAC数字码产生器的输出适配，但可根据输出电压的精度要求进行适度裁剪。在本应用中，DAC模块的并行输入数据的位数至少为12位，电压精度可达0.1％。
本发明的ATE的器件供电单元，可通过控制模块进行主动控制以优化控制指令和内建自动化操作，将一组电压输出指令转换为一条斜坡信号生成指令，以实现斜坡电压的输出，从而减少总线资源的占用，提高控制效率。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种ATE的器件供电单元，其特征在于，包括控制模块、斜坡时钟信号发生器、数据寄存器、电压输出模块以及输出检测电路，所述控制模块通过控制总线和上位机电性连接，所述电压输出模块的输出和待测器件电性连接；
所述斜坡时钟信号发生器产生斜坡时钟信号给所述控制模块；
所述控制模块根据上位机发出的斜坡电压生成指令，将所述斜坡电压生成指令的参数存储于所述数据寄存器中，所述斜坡电压生成指令的参数包括：斜坡步长、斜坡时钟信号分频码，斜坡起始码和斜坡结束码；
所述控制模块加载斜坡时钟信号分频码对所述斜坡时钟信号进行分频生成第二斜坡时钟信号；并以所述第二斜坡时钟信号为时钟，根据斜坡起始码、斜坡结束码和斜坡步长自动计算每个时钟周期的斜坡电压数字码给电压输出模块，所述电压输出模块根据斜坡电压数字码输出对应的电压值给待测器件。
2.如权利要求1所述的ATE的器件供电单元，其特征在于，所述电压输出模块，包括DAC数字码产生模块、DAC模块、钳位电压生成模块、电压比较模块以及电压放大模块；所述控制模块还输出箝位电压数字码，所述DAC数字码产生模块用于将所述斜坡电压数字码以及钳位电压数字码转换成并行的二进制数字码；所述DAC模块用于将所述斜坡电压数字码对应的并行二进制数字码转换成斜坡电压输出；所述钳位电压生成模块用于将所述钳位电压数字码对应的并行二进制数字码转换成箝位电压输出；所述电压比较模块用于比较所述箝位电压与所述斜坡电压大小，若所述斜坡电压大于所述钳位电压，则输出箝位电压；所述电压放大模块将输出电压线性放大到设计要求的范围。
3.如权利要求2所述的ATE的器件供电单元，其特征在于，所述箝位电压数字码的生成方法为：将斜坡电压数字码叠加设定裕量生成钳位电压数字码。
4.如权利要求1所述的ATE的器件供电单元，其特征在于，所述斜坡步长、斜坡时钟信号分频码，斜坡起始码和斜坡结束码为16进制数字码或文本。
5.如权利要求1所述的ATE的器件供电单元，其特征在于，所述电压输出模块的触发信号为所述第二斜坡时钟信号的上升沿或下降沿。
6.如权利要求1所述的ATE的器件供电单元，其特征在于，所述控制模块接收的指令还包括中断信号，当接收到中断信号时，关断电压输出模块的输出，使电压输出模块的电压输出为零。
7.如权利要求1所述的ATE的器件供电单元，其特征在于，所述控制模块和上位机电性连接的控制总线为I2C总线。
8.如权利要求1所述的ATE的器件供电单元，其特征在于，所述器件供电单元输出斜坡电压的方法，包括以下步骤：
控制模块接收上位机发送的斜坡生成指令，并将斜坡生成指令中的参数存储于数据寄存器中，其中，斜坡生成指令的参数包括：斜坡步长、斜坡时钟分频码、斜坡起始码、斜坡结束码等；
控制模块根据斜坡生成指令，加载斜坡时钟分频码，将斜坡时钟信号进行分频，产生驱动斜坡信号输出的时钟信号；
控制模块加载斜坡起始码、斜坡结束码和斜坡步长，根据斜坡起始码和斜坡步长生成每一步的斜坡电压数字码，所述斜坡电压数字码通过电压输出模块输出对应的电压值；每一步的斜坡电压数字码的值为上一步的斜坡电压数字码的值和斜坡步长之和，斜坡电压数字码的起始值为斜坡起始码，斜坡电压数字码的终止值为斜坡结束码。
9.如权利要求1所述的ATE的器件供电单元，其特征在于，所述输出检测电路用于检测所述电压输出单元的输出电压、电流，并将检测结果回传到所述控制模块。
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