CN203798977U - 利用集成开关矩阵测量i-v电路的测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种利用集成开关矩阵测量I-V电路的测试系统，包括驱动器芯片、被测器件和测量装置；驱动器芯片的多个引脚与被测器件的多个引脚以点对点方式连接；测量装置用于产生并将数据载入被测器件中，从被测器件接收数据并测量其输出的模拟电压电平；驱动器芯片的每个引脚上都设置了含静电放电保护装置的驱动器/接收器芯片，以及能够将多个不同电压中的一个电压载入被测器件或者能够接收电平并将该电平载入至被测器件的第一晶体管开关矩阵；测量装置通过第二晶体管开关矩阵连接对应的驱动器芯片引脚。本实用新型针对集成电路，通过切换接地电压和电源电压且在不引起静电放电二极管放电的情况下，更有效地测量更大范围的电压。

Description

利用集成开关矩阵测量I-V电路的测试系统

【技术领域】

本实用新型涉及测试技术领域，特别涉及一种测量I-V电路的测试系统；本实用新型应用于包含一系列元件的系统，其中至少有一种元件是集成电路，其他则可以是集成元件，也可以是分立元件。 

【背景技术】

集成电路和至少另外一个元件之间（可以是集成元件也可以是分立元件）存在一条双向信号总线（一个或多个信号）。这也就是说：a）该集成电路可以将电压或具有一定频率的信号驱动至该元件或将其切换至三态；或b）该元件可以将电平或转换信号发送至集成电路。 

一种最典型的应用（但不是唯一应用）就是利用集成电路产生信号，然后将信号发送至被测器件的测试系统。在其他操作模式下，该测试系统也能够在测试系统没有驱动电压时测量被测器件引脚的电压值。 

大多数集成电路在所有的引脚上都设有静电放电（ESD）保护电路，用以保护集成电路免受高ESD(静电放电)电压的损坏，处理集成电路或处理含有集成电路的电路板时可能产生高ESD(静电放电)电压。 

该静电放电电路是专为电压超过集成电路的电源电压或低于集成电路的接地电压时释放引脚上集聚的电荷而设计的。在任何情况下（无开关设备），静电放电保护装置必须用连线直接与引脚连接，才能有效发挥作用。 

但是，静电放电保护限制了集成电路能够接收和衡量信号的电压范围。例如：如果接收的电压超过了集成电路的电源电压，静电放电保护装置则会放电，进而影响在引脚上进行的测量工作。 

目前，现有的测试系统使用高性能继电器来连接集成电路以便驱动或接收数据，或者连接独立的测量装置（如万用表）。 

继电器可以断开集成电路和/或测量装置与被测器件之间的连接。因此，集成电路断开时，使用测量装置可以测量的电压范围更广。 

现有方法的一个不足之处就是继电器的使用寿命有限。尤其是需要在集成电路和测量装置之间频繁切 换场合的应用中，继电器的使用寿命决定着系统的使用寿命，或者系统出现故障或对系统进行维修的时间间隔。 

此外，集成电路中信号通道的转换只需要几纳秒，与之相比，继电器的信号转换和建立则需要很长时间（几十毫秒）。同时，继电器（尤其是高性能继电器）价格昂贵，还增加了系统的复杂程度（需要额外的分立元件）。 

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种利用集成开关矩阵测量I-V电路的测试系统，以解决上述技术问题。本实用新型提出将开关矩阵（外部继电器）移入集成电路。继电器被集成电路中的开关（简单的传输门）代替。没有了外部的继电器，以此来降低成本，简化系统设计，同时还能够减少切换时间以及测试所需全部时间，及提高系统的使用寿命。 

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案： 

利用集成开关矩阵测量I-V电路的测试系统，包括驱动器芯片、被测器件和测量装置；驱动器芯片的多个引脚与被测器件的多个引脚以点对点方式连接；测量装置用于产生并将数据载入被测器件中，从被测器件接收数据并测量其输出的模拟电压电平；驱动器芯片的每个引脚上都设置了含静电放电保护装置的驱动器/接收器芯片，以及能够将多个不同电压中的一个电压载入被测器件或者能够接收电平并将该电平载入至被测器件的第一晶体管开关矩阵；测量装置通过第二晶体管开关矩阵连接对应的驱动器芯片引脚。 

利用集成开关矩阵测量I-V电路的测试系统，包括驱动器芯片、被测器件和测量装置；驱动器芯片包括多个第一引脚，驱动器芯片上设有多条连接对应第一引脚的驱动线；每个第一引脚均连接有静电放电保护电路；驱动器芯片上设有第一晶体管开关矩阵和第二晶体管开关矩阵；第一晶体管开关矩阵包括三组，分别用于驱动高电平线Vh、驱动中等电平/终止电平线Vtt和驱动低电平线VI通过对应的驱动线连接第一引脚；第二晶体管开关矩阵用于测量装置通过对应的驱动线连接第一引脚；被测器件上有多个可以被驱动器芯片驱动的第二引脚，第一引脚和第二引脚一对一对应连接；驱动器芯片使用由驱动器芯片的定序器控制 的晶体管开关（302）将每个第二引脚与可用的驱动高电平线Vh、驱动中等电平/终止电平线Vtt或驱动低电平线VI相连。 

本系统可以产生并将数据载入被测器件中，从被测器件接收数据并测量其输出的模拟电压电平，而该被测器件与驱动器/接收器集成电路以点对点方式连接，两者之间不存在额外的电路/器件（继电器），且其他测量硬件（如：测量装置）也没有与其他额外元件连接。 

每个引脚上都设置了含静电放电保护装置的驱动器/接收器芯片，以及能够将多个不同电压中的一个电压载入被测器件或者能够接收电平并将该电平载入至与驱动芯片相连接的测量元件的开关矩阵。 

使用测量元件测量从驱动器/接收器芯片的开关矩阵接收到的电压，通过确认测量值是否处于[VSS,VDD]之间，来判定该数值是否正确的方法。若上述条件没有得到满足，则测量元件以定义好的方式推动驱动器/接收器芯片的供电电源电压值继续线性改变，直到条件得以满足，然后进行测量，最后将电源值调节回其初始值的方法。 

电压线性变化之前、期间以及之后都能保持运行的驱动器/接收器芯片。 

本系统含有n个不同的驱动电压；连接到VDD和VSS的静电放电结构可利用测量装置调节VDD和VSS。 

图2显示的方案，含有n个不同的驱动电压（此处显示为两个），连接到VDDlast和VSSlast的静电放电结构、及有两个驱动电压的VDDlast和VSSlast，但是只有最后一级驱动阶段通过VDDlast和VSSlast供电，驱动器/接收器芯片的其余部分由VDD/VSS供电。可用电平切换器从VDDlast/VSSlast范围连接到VDD/VSS范围。如有要求，测量装置可以调节VDDlast和/或VSSlast的大小。 

使用任意数量（从1到m）的驱动器/接收器芯片来操作被测器件所有引脚的系统。 

每一个驱动器/接收器芯片都使用独立电源和独立测量元件，并且测量元件能够调节该芯片的电源，并仅能与该芯片相互影响的系统。 

所有驱动器/接收器芯片共用电源及同一个测量元件的系统。 

测量元件同样的调节所有驱动器/接收器芯片的供应电源的系统。 

测量元件调节驱动器/接收器芯片的供电电源，驱动器/接收器芯片的引脚被测量，同时保持其它芯片上的默认条件的系统。 

每一个驱动器/接收器芯片都分配给被测器件的一条功能总线（例如地址总线、命令总线、数据总线等），根据功能组的不同要求，测量元件以不同方式对电源电压进行调节的系统。 

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果： 

本实用新型针对集成电路，为了克服静电放电电路对电压范围的限制，测量电压时，以动态方式切换集成电路的接地电压（VSS）和电源电压（VDD）（引脚上的电压超过集成电路的电源电压或者降到集成电路的接地电压以下时，静电放电电路为引脚放电）。通过切换接地电压和电源电压，且在不引起静电放电二极管放电和影响测量结果的情况下，能够更有效地测量更大范围的电压。 

【附图说明】

图1为本实用新型测量系统的结构示意图； 

图2为本实用新型测量系统另一种结构的示意图。 

【具体实施方式】

下面将详细介绍这两种方案： 

图1显示的实现方法是整个驱动器芯片的电源电压和接地电压可以切换。 

图1只显示了引脚驱动器、静电放电结构、开关矩阵、连接外部供电电源与测量装置（PMU）的最后一级，产生有意义数据并载入芯片的逻辑电路、从引脚上接收数据的接收器以及控制逻辑电路（如：定序器等）没有显示在图中。未显示的电路与现有可用测试系统中的电路相同，无需说明。 

请参阅图1所示，请参阅图1所示，本实用新型利用集成开关矩阵测量I-V电路的测试系统，包括驱动器芯片100、被测器件200和测量装置300；驱动器芯片100包括多个引脚101，驱动器芯片100上设有多条连接对应引脚101的驱动线；每个引脚101均连接有静电放电保护电路；驱动器芯片100上设有第一 晶体管开关矩阵和第二晶体管开关矩阵，第一晶体管开关矩阵包括三组，分别用于驱动高电平线Vh、驱动中等电平/终止电平线Vtt和驱动低电平线VI通过对应的驱动线连接引脚101；第二晶体管开关矩阵用于连接测量装置300通过对应的驱动线连接引脚101。 

被测器件（DUT）位于右侧。被测器件200上有多个可以被驱动器芯片100驱动的引脚201，引脚101和引脚201一对一对应连接。这里，驱动器芯片100使用由驱动器芯片的定序器（图中未显示）控制的晶体管开关302（所有晶体管开关302构成第一晶体管开关矩阵）可将每个引脚201与可用的电压电平线（Vh、Vtt、VI）相连。这里显示了三种电压电平线，即驱动高电平线Vh、驱动中等电平/终止电平线Vtt和驱动低电平线VI，这三种是测试系统最典型的电平，此外，还可以有更多的更小或更大的电压电平可供选择。晶体管开关302可以设计为一定的尺寸，这样尺寸的开关有特定的阻抗，晶体管开关302的特定阻抗可与被测器件200的终止电阻相匹配，从而减少或消除反射。 

驱动高电平线Vh、驱动中等电平/终止电平线Vtt和驱动低电平线VI由连接到驱动芯片100的外部电源供电。 

驱动器芯片100的右侧为静电放电保护装置。在这个例子中，还显示了连接电源电压VDD和接地电压VSS的保护二极管（最常用的防静电结构）。接地电压VSS和电源电压VDD由外部提供，进而为驱动器芯片100的控制逻辑电路供电。 

安装的一组晶体管开关301（所有晶体管开关301构成第二晶体管开关矩阵）用于连接测量装置（PMU）300和驱动器芯片100的任何一个驱动器引脚101。进行测量时：断开Vh/Vtt/Vl的开关，驱动器芯片100将断开引脚与Vh/Vtt/Vl的连接；同时合上晶体管开关301中一个，可以将对应的一个引脚101与测量装置300相连。 

这时，测量装置300可开始测量工作。如果测量装置300检测到的值处于接地电压VSS和电源电压VDD之间，说明该测量数据正确，且没有受到静电放电二极管的影响。测量到的值可以存储起来或输出，然后进行下一次测量。 

但是，如果测量装置300检测到的值大于电源电压VDD或者小于接地电压VSS，那么测量结果很有可能是受到了静电放电二极管的影响，测量装置300就会调节驱动器芯片100的接地电压VSS和电源电压VDD的值。例如，如果初始VDD=3.3V，VSS=0V，而测量装置测量到的值为3.8V，那么测量装置300将会调节产生电源电压和接地电压的电源，使之产生例如VDD=4.3V以及VSS=1.0V的电压。一旦电压达到这些值，该测量数值就会被采用，然后，VDD/VSS被调节回其初始值，之后，进行下一次测量。 

测量过程中，虽然VDD和VSS同步变化，但VDD-VSS却保持恒定，所以驱动器芯片100能够维持在定义好的运行状态，可以继续执行命令，并将数据载入到未用于测量的引脚101。为了使该方法可靠，线性改变VDD和VSS的值，这点很重要。 

图2显示的实现方法与图1的稍有不同。 

主要功能与图1所述方法的相同，但是为了避免整个驱动器芯片100的电源电压VDD和接地电压VSS（包括被操作时的定序器控制逻辑电压）同步变化，以及为了避免在操作设备时产生问题，在最后一级驱动阶段定义了单独的VDDlast和VSSlast的供电电平。 

在该方法中，VDDlast和VSSlast与驱动高电平线Vh和驱动低电平线Vl一致。图2仅显示了这两种驱动电平，如有需要，可以增加另一种驱动中等电平/终止电平线Vtt（如图1所示）。VDDlast与VDD相互独立，其值可以降低或提高，VSSlast同样如此。驱动器芯片100在VDD和VSS区域中进行操作（如：控制装置、定序器等）（图2未显示这些电源）。通过在VDD/VSS区域开关的预驱动器303，可以在如图2所示的开关在载入输出电平之前，将VDD/VSS切换到VDDlast/VSSlast区域。 

注意本规模需要将静电放电二极管与VDDlast和VSSlast连接起来，因此开关矩阵与VDD和VSS是完全分离的。 

现在，如果要测量与被测器件连接的引脚上的电压，需要断开与VDDlast和VSSlast相连的开关，同时需要合上与测量装置300的引脚相连的开关。 

如果测量装置探测到的值处于VDDlast和VSSlast之间，说明该测量数据正确，并且没有受到静电放 电二极管的影响。但如果测量装置探测到的值大于VDDlast或者小于VSSlast，则静电放电二极管打开且影响了测量结果。此时，VDDlast和/或VSSlast就必须线性改变至某个值，以确保二极管关闭。然后该测量数值就被采用，之后电压被调节回其初始值。 

请注意图2只显示了2个驱动电平，其值与供电电平Vddlast和Vsslast相同。如果驱动器芯片驱动了被测器件一个以上的引脚，那么线性变化的Vddlast和/或Vsslast将会影响到测量时未断开连接的引脚的激励电平。在某些应用中，这是可以接受的（例如所有引脚连接都可以断开，例如仅改变Vddlast时采用了静止Vsslast电平）。在其它引脚上的电平必须保持不变的应用中，必须定义第三种甚至第四种与Vddlast和Vsslast相互独立的驱动电平，这个驱动电平在图2未显示，但是可以在不改变该实用新型核心内容的情况下增加该电平。 

Claims (2)

1.利用集成开关矩阵测量I-V电路的测试系统，其特征在于，包括驱动器芯片（100）、被测器件（200）和测量装置（300）；驱动器芯片（100）的多个引脚与被测器件（200）的多个引脚以点对点方式连接；测量装置（300）用于产生并将数据载入被测器件（200）中，从被测器件（200）接收数据并测量其输出的模拟电压电平；驱动器芯片（100）的每个引脚上都设置了含静电放电保护装置的驱动器/接收器芯片，以及能够将多个不同电压中的一个电压载入被测器件（200）或者能够接收电平并将该电平载入至被测器件（200）的第一晶体管开关矩阵；测量装置（300）通过第二晶体管开关矩阵连接对应的驱动器芯片引脚。

2.利用集成开关矩阵测量I-V电路的测试系统，其特征在于，包括驱动器芯片（100）、被测器件（200）和测量装置（300）；驱动器芯片（100）包括多个第一引脚（101），驱动器芯片（100）上设有多条连接对应第一引脚（101）的驱动线；每个第一引脚（101）均连接有静电放电保护电路；驱动器芯片（100）上设有第一晶体管开关矩阵和第二晶体管开关矩阵；第一晶体管开关矩阵包括三组，分别用于驱动高电平线Vh、驱动中等电平/终止电平线Vtt和驱动低电平线VI通过对应的驱动线连接第一引脚（101）；第二晶体管开关矩阵用于测量装置（300）通过对应的驱动线连接第一引脚（101）；被测器件（200）上有多个可以被驱动器芯片（100）驱动的第二引脚（201），第一引脚（101）和第二引脚（201）一对一对应连接；驱动器芯片（100）使用由驱动器芯片的定序器控制的晶体管开关（302）将每个第二引脚（201）与可用的驱动高电平线Vh、驱动中等电平/终止电平线Vtt或驱动低电平线VI相连。