数字集成电路测试系统的测试结构分析

王 瑛

（宝鸡职业技术学院,宝鸡,721013）

数字集成电路测试系统的测试结构分析

王 瑛

（宝鸡职业技术学院,宝鸡,721013）

文章结合数字集成电路测试原理，对基于虚拟电子测量仪器集成系统基础上的数字集成电路测试仪的硬件结构及工作机制进行分析，并通过结构进行结果的测试。

数字集成电路；测试系统；测试顺序

1 数字集成电路测试原理

测试技术按照器件的生产工艺的不同，可分成很多的种类。而归纳起来大致可以分成三种：功能测试、直流参数测试、交流参数测试。

1.1 功能测试

功能测试最主要的用途在于验证设计的电路是否符合预期以及所需要的功能。其基本的原理是在输入端施加若干的激励信号(测试图形)，并按电路规定的频率将信号施加到被测的器件，然后通过数据的采集，将输出的状态与预期的状态图形进行比较，以此查看和判断电路的好坏。其中，测试图形往往被看做评判器件功能好坏的重要的方式，而好的测试图形在实际测试时往往故障覆盖率比较高，但测试的时间比较短，能有效的检验出被测器件的工艺以及故障问题。因此，在测试系统中，测试的矢量精度决定了测试电路质量的好坏。

1.2 直流参数的测试

直流测试主要目的是确定器件的参数。其主要包括接触性测试、输出负载能力测试、电源电流测试、漏电电流测试以及转换电平测试等。

接触性测试主要测试接口与器件的连接是否正常，其原理是测定输入和输出的管脚保护二极管的压降。

输出负载能力测试主要目的是通过考察器件在一定范围的噪声下待负载的能力，以此判定器件在一定的电流负载下所能达到的输出电平，如图1所示。

漏电流测试通过对器件的输入和输出的负载的特性进行测定，以此反应其内部与输入的管脚间的绝缘层 是否形成短路。

电源电流测试是通过PMU的施压，检测器件在规定的电压下所消耗的最大电流功耗，该方法是检测器件缺陷的最有效方法之一。其可分动态和静态功耗测试。

1.3 交流参数测试

交流参数测试是对晶体管转换时的时序关系的测定，其目的是保证器件能够在规定的时间那日进行状态转换。

2 数字集成电路测试系统的组成

随着我国测量技术、电子技术和计算机技术的发展，数字集成电路的发展已经有原来的单一功能测量到现在的多功能、全方位测量。本文以吉林大学自主研发的基于虚拟技术基础上的数字集成电路测试仪为对象，对其结构进行分析，主要是因为现代的虚拟技术是未来测试发展的方向。其通过将硬件和软件结合的方式，完成对被测芯片、器件的自动测试功能，对传统的测量具有很大的变革。

2.1 虚拟数字集成电路测试仪主要参数与硬件结构

（1）主要参数指标

1）测试速度为40MS/s

2）数据缓存深度为5KB

3）16位逻辑信号输入输出（TTL/CMOS）

4）毫安与微安级直流电流信号采集

5）提供电压为+5V和+12V

(2)系统主要模块组成

系统主要硬件结构分为信号激励模块、总线接口通信模块、数据采集模块以及电源转换模块。其中总线接口模块包含双口RAM与FPGA译码单元。

2.2 系统主要模块分析

（1）总线接口通信模块

①IDT7130双口RAM单元

该模块作为控制器与总线接口的通信媒介，主要包含双口RAM与FPGA译码单元。同时在系统设计时采用IDT7130双口RAM，同时用FPGA来搭建，减少硬件占用过多的资源，并方便与总线的交互。同时该模块采用16位的系统数据总线中的低8位作为模块间的通信，主要是因此该信息传递的基本单位为字节。时钟设置为40M。

②FPGA译码单元

该集成电路的测试板卡采用AT89S52型号的单片机。其主要有8位数据端口可以与FPGA进行连接，以此作为双口的RAM电路中的数据接口。该单片机的地址总线则为8位，以此用于利用FPGA进行地址的译码。其译码设计的函数采用的LPM_ DECODE”。在进行系统配置的时候，在输入相应的地址总数之后，系统会自动的创建二进制到十六进制的译码单元，并与相应的管脚进行连接已完成与FPGA的搭建。并通过触发器使能，进行微处理器到FPGA中的译码转换。

（2）信号激励模块

①数字电平激励

该激励主要为被测电路提供逻辑信号，以此判断该被测电路是否具备逻辑功能。为该系统采用常规的两类电平标准LSTTL、CMOS，以此进行驱动的设计。同时，通过对上述两种电平的电特性进行分析的时候，发现TTL输出的高电平在最差的时候不能驱动CMOS器件，因此，在TTL的外围在添加一个电阻，以此拉高电平。而按照上述的参数标准，则采用4.7k的阻值。

②直流电压激励

在对被检测的器件进行直流参数检测的时候，往往采用向器件的引脚提供一定的电流和电压进行激励，如图1、2的测试原理一样。而这种电压或者是电流则是微安级或者是毫伏级的。而在上述的直流信号的输出中，采用DA转换电路、微安级恒流源电路以及差分放大电路进行设计。

③直流电流激励

该系统在测试的时候，针对引脚的开路/短路测试，则需施加直流电流信号激励。而在上述的电压激励中，我们采用增加了一个电阻，以此拉高电压的作用，但是同时带来的是系统噪声的增加，从而影响到了测试的精度。因此，在系统我们采用仪表放大器AD620与运算放大器进行搭建，将原来的反馈电路形成闭环，以此用于微安级的电流的输出。

（3）数据采集模块

该模块主要是对被测器件的管脚信号的相应，并将采集到的信息与期望的信息进行比较，因此判断器件的好坏。而该系统主要从逻辑电平采集、直流电压/电流信号采集进行设计。其中的逻辑电平采集则主要是通过FPGA，并以此将其接收到的16为逻辑电平信号按照每8位构成1个字节的规律间数据缓存到FPGA自己定义的FIFO当中。而直流电压/电流信号采集是指为系统对某些器件进行参数测试，需对器件的输出的电流进行检测。而在检查电流之前，为满足AD转换器的电压安全，则需要将电流转换成电压，则首先必须进行电路的衰减。而衰减的电力则通过两个继电器来进行控制。

（4）电源转换模块

VIIS-EM系统主要提供+5V和+12V的电压，但按照设计的要求，FPGA还需要3.3V和1.5V的电压，因此，需要对其进行电压转换，而该系统采MAX890L芯片进行稳压，并以其独特的灭弧性，从而更好的保护电路。

2.3 测试结果

通过上述的结构组成的系统对器件(SN74HC04N)进行功能测试，从而得出以下结果。

图 1 含有故障的 SN74HC04N 功能测试

通过上述的测试，我们可以看出该芯片的输入/输出引脚正常，可应用到电路中。

4 结束语

通过对基于虚拟技术的数字集成电路测试仪结构进行的分析，我们对测试系统的认识更加系统，并可看出测试系统在其测试原理方面有很多的相似之处。随着计算机技术的高速发展，未来的微机化+DSP技术必将成为测试的主流方向。

[1] 程明亮.一种通用数字集成电路自动测试仪系统的研制[J].电子科技大学研究生学报,2009(11):29-30.

[2] 胡波,李波,罗贤虎等.微安级数控恒流源的设计[J].电子技术2010(4).

王瑛（1960.8），女，北京人，讲师。

Test structure analysis of digital integrated circuit test system

Wang Ying
(Baoji Vocational and Technical College，Baoji，721013)

In combination with digital IC testing theory, based on the analysis of hardware structure and working mechanism of digital integrated circuit tester virtual electronic measuring instruments on the basis of the integrated system and test results through the structure.

digital integrated circuits;test system;test sequence