CN115236486A - 一种芯片测试机 - Google Patents

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徐永军
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Abstract

本发明公开了一种芯片测试机，包括：通讯接口，用于与待测芯片连接，传输芯片信号；数据通讯卡，与所述通讯接口连接，用于接收所述芯片回传的信号，并基于所述芯片回传的信号发送开始测试指令；系统控制卡，通讯延伸卡，与所述系统控制卡连接，用于为所述功能测试卡提供测试电压，功能测试卡，基于所述控制指令完成功能测试，并将测试结果返回至所述系统控制卡，本芯片测试机采用主从式控制结构，提升了资源利用率，实现了高效快速的芯片测试，且能够满足不同类型的芯片测试需求，实现芯片量产测试，采用FPGA芯片，减少了元器件的使用，降低了生产成本，提高了工作效率，降低了操作人员的维护负担，实现了芯片测试机针对低端芯片的测试功能。

Description

一种芯片测试机
技术领域
本发明涉及芯片测试技术领域，特别是涉及一种芯片测试机。
背景技术
随着全球半导体行业的景气度不断攀升，半导体测试设备的应用市场也呈现明显的增长趋势。纵观全球半导体的测试设备市场，发现存在垄断的现象，目前半导体测试设备主要由欧美、日韩等国家的厂商主导。但近年来国家对半导体产业的大力扶持和推进，国内企业在芯片测试机领域也有突破，受益于国内的半导体整个产业的发展，芯片测试机的国产化率有望在未来可以得到明显提升。半导体作为基层的科技技术，其重要性对整个国家发展至关重要。
现有一些芯片测试机的体积比较笨重，在移动时，需要多人协助进行搬运，加重了工作人员的劳动强度，由于测试机的体积比较大，对应用的环境有很高的要求。另外现有的芯片测试机的接线比较复杂，安装和应用时，费时费力，需要非常专业人员进行操作，降低了工作效率，在日常的维护中，无形中增加了操作人员的工作负担。
目前市场使用的测试机，都偏向于应用在高端芯片的测试，对于中低端芯片测试成本相对比较高；
综上所述可知，现有芯片测试机针对低端芯片的测试成本高，装置结构复杂的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种芯片测试机，以解决现有技术中低端芯片测试技术短缺、测试成本高、装置结构复杂的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种芯片测试机，包括：
通讯接口，用于与待测芯片连接，传输芯片信号；
数据通讯卡，采用FPGA芯片构成，用于接收所述芯片信号，并基于所述芯片信号发送开始测试指令；
系统控制卡，与所述数据通讯卡连接，所述数据通讯卡与所述系统控制卡采用主从式控制结构，用于控制系统指令发送、监测测试数据反馈；
通讯延伸卡，采用FPGA芯片构成，与所述系统控制卡连接，用于为功能测试卡提供测试电压；
功能测试卡，采用FPGA芯片构成，基于所述控制指令中激励电压指令、发送时序指令、量测时序指令、量测电压指令、量测电流指令和量测频率指令对所述待测芯片各性能进行测试，并将测试结果返回至所述系统控制卡。
优选地，所述数据通讯卡包括：
信号输入接口，用于接收所述芯片信号；
输入缓存器，与所述信号的输入接口连接，用于暂存所述芯片信号；
第一A/D转换模块，与所述输入缓存器连接，用于将所述芯片信号进行模数转换；
第二存储器，与所述第一A/D转换模块连接，用于存储已进行数模转换的芯片信号；
数据通讯控制模块，与所述第二存储器连接，基于所述芯片信号生成测试指令。
优选地，所述系统控制卡包括：
单片机控制模块，与所述数据通讯卡连接，用于接收所述测试指令，并将所述测试指令解析得到控制指令；
时钟模块，与所述单片机控制模块连接，用于为所述单片机控制模块提供单片机读取指令一个周期的时间；
第一存储器，与所述单片机控制模块连接，用于存储所述控制指令。
优选地，所述系统控制卡还包括：
激励放大模块，与所述单片机控制模块连接，用于放大所述控制指令；
接收放大模块，与所述功能测试卡连接，用于放大所述测试结果的信号。
优选地，所述通讯延伸卡包括：
通讯延伸控制模块，与所述单片机控制模块连接，接收所述单片机控制模块传输的电压控制指令；
第二A/D转换模块，与所述通讯延伸控制端连接，用于将所述电压控制指令进行模数转换；
电源模块，与所述第二A/D转换模块连接，基于所述电压控制指令输出需求电压。
优选地，所述功能测试卡包括：
功能测试控制模块提供数据序列控制器和多个数据通道；
第三D/A转换模块为每个数据通道提供一个精密参数测量单元和并行直流参数测量能力；
电压比较模块，用于完成直流参数测试；
第三存储器，提供64M深度每通道的矢量内存，每个通道都具有双向收发功能。
优选地，所述多个数据通道中每个数据通道单独设置为驱动器高、驱动器低、检测高、检测低和可编程电子负载。
优选地，所述功能测试卡配置接口模组，用于所述功能测试卡与所述待测芯片之间信号交互传输。
优选地，所述功能测试卡对多个测试芯片同时进行测试。
优选地，所述芯片测试机的外壳机箱采用3U框架，所述3U框架配置MCU芯片，用于控制散热风扇风速大小。
本发明所提供的一种芯片测试机，本芯片测试机采用主从式控制结构，通过所述系统控制卡和所述通讯延伸卡的配合工作，对所述功能测试卡发送测试指令，提升了资源利用率，实现了高效快速的芯片测试，且能够满足不同类型的芯片测试需求，实现芯片量产测试，利用单片机控制模块实时控制监控指令发送及测试数据反馈，提高了工作效率，引导整个系统在逻辑上顺利进行，采用FPGA芯片，减少了元器件的使用，降低了生产成本，提高了工作效率，降低了操作人员的维护负担，实现了芯片测试机针对低端芯片的测试功能。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种芯片测试机结构图；
图2为数据通讯卡结构图；
图3为系统控制卡结构图；
图4为通讯延伸卡结构图；
图5为功能测试卡结构图；
图6为芯片测试机示意图；
图7为芯片测试机外形尺寸图；
其中，PC主机1，通讯电缆2，数据通讯卡11，系统控制卡12，通讯延伸卡13，功能测试卡14，通讯接口15，待测芯片16，测试机机箱31，风扇32，输入缓冲器111，第三D/A转换模块112，第三存储器113，信号输入通道114，功能测试控制模块116，时钟模块122，第一存储器124，接收放大模块125，激励放大模块126，单片机控制模块127，通讯延伸控制模块131，电源模块132，第二A/D转换模块133，数据通讯控制模块141，程控放大模块142，第一A/D转换模块143，电压比较器模块144，逻辑分析模块145，第三存储器146。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种芯片测试机，降低了能耗，补缺了低端芯片测试技术空白，降低了生产成本，提高了工作效率。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，本发明实施例提供的一种芯片测试机，包括：
通讯接口，用于与待测芯片连接，生成芯片信号；
数据通讯卡，采用FPGA芯片构成，与所述通讯接口连接，用于接收所述芯片信号，并基于所述芯片信号生成测试指令，包括：
信号输入接口，与所述通讯接口连接，用于接收所述芯片信号；
输入缓存器，与所述信号的输入接口连接，用于暂存所述芯片信号；
程控放大模块，根据不同的控制信号，产生不同的反馈系数；
逻辑分析模块，控制系统逻辑，生成控制指令；
第一A/S转换模块，与所述输入缓存器连接，用于将所述芯片信号进行模数转换；
第二存储器，与所述第一A/D转换模块连接，用于存储已进行模数转换的芯片信号；
数据通讯控制模块，与所述第二存储器连接，基于所述芯片信号生成测试指令。
系统控制卡，所述数据通讯卡与所述系统控制卡采用主从式控制结构，包括：
单片机控制模块，与所述数据通讯卡连接，用于接收所述测试指令，并将所述测试指令解析得到控制指令；
时钟模块，与所述单片机控制模块连接，用于为所述单片机控制模块提供指令读取时间；
第一存储器，与所述单片机控制模块连接，用于存储所述控制指令；
激励放大模块，与所述单片机控制模块连接，用于放大所述控制指令；
接收放大模块，与所述功能测试卡连接，用于放大所述测试结果的信号。
通讯延伸卡，采用FPGA芯片构成，与所述系统控制卡连接，用于为所述待测芯片提供测试电压，包括：
通讯延伸控制模块，与所述单片机控制模块连接，接收所述单片机控制模块传输的电压控制指令；
第二A/D转换模块，与所述通讯延伸控制端连接，用于将所述电压控制指令进行模数转换；
电源模块，与所述第二A/D转换模块连接，基于所述电压控制指令输出需求电压。
功能测试卡，采用FPGA芯片构成，基于所述控制指令完成功能测试，并将测试结果返回至所述系统控制卡，包括：
功能测试控制模块和逻辑分析模块组成数据序列控制器和多个数据通道；
程控放大模块和第三D/A转换模块为每个数据通道提供一个精密参数测量单元和并行直流参数测量能力；
电压比较模块，用于完成直流和交流参数测试；
第三存储器，提供64M深度每通道的矢量内存，每个通道都具有双向收发功能；
基于所述激励电压指令完成对待测芯片的供电，并将测试结果返回至所述系统控制卡；
基于所述发送时序指令完成对待测芯片的时序执行，并将测试结果返回至所述系统控制卡；
功能测试卡，基于所述量测时序指令完成对待测芯片的时序量测，并将测试结果返回至所述系统控制卡；
功能测试卡，基于所述量测电压指令完成对待测芯片的电压量测，并将测试结果返回至所述系统控制卡；
功能测试卡，基于所述量测电流指令完成对待测芯片的电流量测，并将测试结果返回至所述系统控制卡；
功能测试卡，基于所述量测频率指令完成对待测芯片的频率测试，并将测试结果返回至所述系统控制卡。
所述数据通讯卡、所述通讯延伸卡和所述功能测试卡均采用FPGA高集成电路芯片。
本实施例所提供的一种芯片测试机，所述数据通讯卡用于交互界面的管理，所述系统控制卡用于控制系统的实时监控，通过采用主从式控制结构，提升了资源利用率，实现了高效快速的芯片测试，通过所述通讯延伸卡与所述系统控制卡之间的协作获取所述功能测试卡的数据，引导整个系统逻辑顺利运行，采用FPGA高度集成电路，减少了元器件的使用，降低了生产成本，提高了工作效率，降低了操作人员的维护负担，实现了芯片测试机针对低端芯片的测试功能。
基于上述实施例，本实施例对所述数据通讯卡、所述系统控制卡、所述通讯延伸卡和所述功能测试卡具体阐述，具体内容如下：
如图2所示，所述数据通讯卡包括：信号输入接口、输入缓存器、第一A/D转换模块、第二存储器、数据通讯控制模块，所述数据通讯卡直接插在PC主机内的任一PXI插槽中，测试中实时将数据传送给软件界面，并且将控制命令传送中测试机中，从所述信号输入接口得到信号，再由经所述输入缓冲器传送到所述第一A/D转换模块中进行数据等额转换，最后将数据存到所述第二存储器中，由所述第二存储器传送到所述数据通讯控制模块中，数据通讯控制模块是整个系统的控制核心，采用FPGA集成芯片将总线数据从机箱中汇总传输到电脑中处理，以便可以高效获取测试机的工作状态和与测试软件界面交互，控制采集通道的切换、AD转换模组的启/停、转换后的数据在第二存储器中的存放地址数据等。运行时的数据通讯控制模块将数据送给PC主机，通过运行在PC主机上的自动测试软件对这些数据进行分析，以此判断当前运行测试设备的状况，进而采取相应措施。
如图3所示，所述系统控制卡包括：单片机控制模块、时钟模块、第一存储器、激励放大模块、接收放大模块，所述系统控制卡主要为完成测试控制的所有细节(包括信号的输出、输入，测试命令的执行，测试结果的反馈等)。时钟模块通过晶振为单片机控制模块提供一个指令读取时间，这样单片机控制模块就可以进行指令的运行了。时钟模块根据测试机系统需求选择12Mhz的晶振。单片机控制模块主要是通过晶振的震荡频率执行控制，单片机控制模块是系统控制卡的核心元件。单片机控制模块内部都有时钟频率相关的寄存器，可以实现对时钟频率的倍频和分频。第一存储器由许多存储单元组成，这些单元里存放着控制指令，通过存储单元的地址，可以找到对应的存储单元里的指令。接收放大模块具有放大功能的电子电路,将从功能测试卡反馈回来的微弱电流或电压信号放大处理,转换成测试需要的值。激励放大模块将需要输出的信号进行处理，将信号放大到所需要的幅值且与原输入信号变化规律一致，保证不失真的放大。
如图4所示，所述通讯延伸卡包括通讯延伸控制模块、第二A/D转换模块和电源模块，通讯延伸控制模块的应用实现分组处理、策略通信和系统接口信号分配，所述通讯延伸控制模块采用FPGA集成芯片，将电源功率和测试总线分配给功能测试卡，以便实现电气连接和信号传输。因此，可以通过通讯延伸卡与系统控制卡之间的协作获取功能测试卡的数据，通讯延伸卡能够引导整个系统在逻辑上顺利运行，FPGA结合硬件并行处理提供了一种高性能的灵活测试，通讯延伸控制模块与多个槽位之间连接，以支持所需的通道拓扑，确保测试功能卡之间的配合和结构完整性。通讯延伸控制模块提供了单芯片解决方案，克服了多芯片方案中的互通作业、布线和功率问题；电源模块作为电源转换装置，它被应用于给各个功能测试卡提供电源，所述电源模块是利用电子技术，由脉冲宽度调制、控制芯片和MOSFET三极管构成，控制MOSFET管开通和关断的时间比率，保证了稳定电压的输出；第二A/D转换模块简称为模数转换，就是把模拟信号转换成数字信号，模拟电信号通过A/D转化为数字信号后，才能被测试机的软件识别并进行处理。第二A/D转换模块利用芯片内部的稳压管用作为基准电压，在AD转换模组输入端的布线和相近信号的走线之间使用地线隔离，避免信号的精度下降。
如图5所示，所述功能测试卡配置有FPGA和CPLD测试芯片组，这些测试芯片组包括多个数字通道，用于数字信号的输出和读取，所述功能测试卡上配置有运放芯片组，这些芯片组包括多个模拟通道，用于模拟信号的输出和读取，所述功能测试卡上配置接口模组，所述接口模组用于实现功能测试卡与测试芯片之间的信号交互传输，所述功能测试卡包括：功能测试控制模块、逻辑分析模块、程控放大模块、第三D/A转换模块、电压比较模块和第三存储器，所述功能测试卡是一种高密度的100MHz数字模式仪器，主要用于对各种数字和混合信号芯片进行特征分析、验证和测试。功能测试卡的功能测试控制模块和CPLD逻辑分析模块组成为一个数据序列控制器和32个功能完全一样的数据通道，并可扩展至256通道，所述电压比较模块能够执行直流和交流参数测试，每个数字通道可以单独设置为驱动器高、驱动器低、检测高、检测低和可编程电子负载。此外，程控放大模块和第三D/A转换模块为每个通道提供一个精密参数测量单元(PMU)，提供并行直流参数测量的能力。功能测试卡的第三存储器提供了64M深度每通道的矢量内存，且任意通道具有双向收发功能，并能按照时钟周期进行切换。
功能测试卡的32个通道都有数字通讯功能，具有驱动和比较器的功能。32个通道的输出信号具有可编程输出高电平和低电平的功能。电平可以设置为-1.5V到+6.5V。每个驱动器都有输出过电流保护，一旦发生过流情况，输出将自动设置为Hi-Z阻抗。输入信号连接两个比较器，阈值的高、低电压水平使用编程设置。输入高、低电压阈值都可以设置为-1.5V到+6.5V。每个通道的数据格式可以分别为NF、NRZ、RO、RZ、SBC和HiZ，输出信号的最大电流可以达到32mA。输入信号的最小脉冲宽度为10ns。
功能测试卡的32个通道都具有PMU功能，可以测量直流参数。每个PMU都可以4种配置模式：加压测流模式、加流测压模式、加压测压模式和加流测流的模式。驱动电压的范围-1.5V到+6.5V，驱动电压的精度为20mV，能够驱动最大电流为32mA。32个通道还具有量测频率的功能，量测范围可以从10hz到50Mhz。
如图6、图7所示，本发明提供的一种芯片测试机，包括：PC主机、通讯电缆和测试机机箱。通过通讯电缆将PC主机和测试机机箱相连，保证整个测试的完整。PC主机中安装数据通讯卡和配合测试使用的测试软件。测试机机箱采用3U框架，测试机在外型有明显的优点，小巧的尺寸、节约空间，减少杂物进入测试机内部。测试机的功耗低，节能省电，采用低功耗处理器，热设计功耗一般在400W～800W。便携式测试机采用静音风扇散热设计，它给使用者的相对安静体验。测试机机箱31由于体积小，集成度高，元件芯片等设计布局十分紧凑，可以实现长时间稳定运行。
本实施例所提供的一种芯片测试机，测试机机箱采用3U框架，节约了外形空间，减少杂物进入测试机内部，使用100Mhz的数字通信，提高了运行效率，采用FPGA芯片减少了元器件的使用，降低了生成成本，使芯片测试机日常维护更加方便，采用主从式控制结构，提升了资源利用率，实现了高效快速的芯片测试，通过所述通讯延伸卡与所述系统控制卡之间的协作获取所述功能测试卡的数据，引导整个系统逻辑顺利运行。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上对本发明所提供的一种芯片测试机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种芯片测试机，其特征在于，包括：
通讯接口，用于与待测芯片连接，传输芯片信号；
数据通讯卡，采用FPGA芯片构成，用于接收所述芯片信号，并基于所述芯片信号发送开始测试指令；
系统控制卡，与所述数据通讯卡连接，所述数据通讯卡与所述系统控制卡采用主从式控制结构，用于控制系统指令发送、监测测试数据反馈；
通讯延伸卡，采用FPGA芯片构成，与所述系统控制卡连接，用于为功能测试卡提供测试电压；
功能测试卡，采用FPGA芯片构成，基于所述控制指令中激励电压指令、发送时序指令、量测时序指令、量测电压指令、量测电流指令和量测频率指令对所述待测芯片各性能进行测试，并将测试结果返回至所述系统控制卡。
2.如权利要求1所述的芯片测试机，其特征在于，所述数据通讯卡包括：
信号输入接口，用于接收所述芯片信号；
输入缓存器，与所述信号的输入接口连接，用于暂存所述芯片信号；
第一A/D转换模块，与所述输入缓存器连接，用于将所述芯片信号进行模数转换；
第二存储器，与所述第一A/D转换模块连接，用于存储已进行数模转换的芯片信号；
数据通讯控制模块，与所述第二存储器连接，基于所述芯片信号生成测试指令。
3.如权利要求1所述的芯片测试机，其特征在于，所述系统控制卡包括：
单片机控制模块，与所述数据通讯卡连接，用于接收所述测试指令，并将所述测试指令解析得到控制指令；
时钟模块，与所述单片机控制模块连接，用于为所述单片机控制模块提供单片机读取指令一个周期的时间；
第一存储器，与所述单片机控制模块连接，用于存储所述控制指令。
4.如权利要求3所述的芯片测试机，其特征在于，所述系统控制卡还包括：
激励放大模块，与所述单片机控制模块连接，用于放大所述控制指令；
接收放大模块，与所述功能测试卡连接，用于放大所述测试结果的信号。
5.如权利要求1所述的芯片测试机，其特征在于，所述通讯延伸卡包括：
通讯延伸控制模块，与所述单片机控制模块连接，接收所述单片机控制模块传输的电压控制指令；
第二A/D转换模块，与所述通讯延伸控制端连接，用于将所述电压控制指令进行模数转换；
电源模块，与所述第二A/D转换模块连接，基于所述电压控制指令输出需求电压。
6.如权利要求1所述的芯片测试机，其特征在于，所述功能测试卡包括：
功能测试控制模块提供数据序列控制器和多个数据通道；
第三D/A转换模块为每个数据通道提供一个精密参数测量单元和并行直流参数测量能力；
电压比较模块，用于完成直流参数测试；
第三存储器，提供64M深度每通道的矢量内存，每个通道都具有双向收发功能。
7.如权利要求6所述的芯片测试机，其特征在于，所述多个数据通道中每个数据通道单独设置为驱动器高、驱动器低、检测高、检测低和可编程电子负载。
8.如权利要求1所述的芯片测试机，其特征在于，所述功能测试卡配置接口模组，用于所述功能测试卡与所述待测芯片之间信号交互传输。
9.如权利要求8所述的芯片测试机，其特征在于，所述功能测试卡对多个测试芯片同时进行测试。
10.如权利要求1所述的芯片测试机，其特征在于，所述芯片测试机的外壳机箱采用3U框架，所述3U框架配置MCU芯片，用于控制散热风扇风速大小。
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CN116381445A (zh) * 2023-06-06 2023-07-04 华羿微电子股份有限公司 一种并联测试系统和并联测试方法
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