集成电路老炼试验信号源系统

王　茉

（北京时代民芯科技有限公司，北京 100076）

集成电路老炼试验信号源系统

王茉

（北京时代民芯科技有限公司，北京 100076）

摘要：本文介绍了根据军用集成电路老炼筛选的实际需求，自主开发设计老炼试验用信号源系统的硬件结构及其软件的设计。

信号源；激励信号；存储器

为达到可靠性等级的要求，半导体器件应该按照不同质量等级的要求，在规定的时间和温度下进行规定条件的老炼筛选，试验时所有电路需要施加合适的激励信号以尽可能地模拟实际应用。每一款器件的老炼试验方案都是针对器件工作原理而特定的。为了满足各种类型器件的老炼信号需求，我们根据老炼试验的通用特点，开发设计了一款通用信号源系统为老炼器件提供输入激励。搭建以存储器为核心的硬件结构，并通过软件开发实现老炼程序的自动转换，将老炼程序通过信号源系统的数据采集单元及数据驱动放大单元进行处理，从而实现改变存储器中的老炼程序数据，产生相应的激励信号。

本片将就整个信号源系统的工作原理及软件设计做具体的描述。

一、信号源的基本工作原理

根据需要选择一定频率的晶振产生时钟信号，经一级反向器整形放大后分别为计数单元和锁存单元提供时钟；利用4片74HC161级联产生的16位计数功能为存储单元的EPROM提供16位地址信号，采集到存储单元的数据经EPROM数据线输出给锁存单元优化，信号再经驱动单元驱动放大后经输出接口连接到老化板作输入激励。信号源基本结构如图1所示。

二、硬件结构分析

1.电路核心部分——EPROM 27C512

整个结构主要利用EPROM的几种工作方式之一的“读”状态，通过地址线逐个地址单元访问存储器，由数据线DQ0～DQ7输出所需的信号。本文选用存储容量较大的64K*8位可用紫外线擦除可编程只读存储器27C512为例进行说明。

每一个地址单元对应一个字节的数据单元，也就是每8位二进制数分配一个唯一的地址，16根地址线提供0000～FFFF共64K地址选择，对应每个地址DQ7～DQ0分别有一个状态输出，随着地址的不断变化，在数据输出端就有对应内部存储单元一致的信号输出，随着地址数据的循环，输出信号呈现周期性有规律的变化，从而持续的为工作器件提供输入激励信号。

针对EPROM八位数据输出的特点，在处理原始激励向量文件时需要将信号分为8路为一个单元进行处理。目前应用的通用信号源设计了10个单元，即可同时实现80路信号输出。

2.地址信号的产生——计数器74HC161

EPROM地址的提供主要利用了同步4位二进制计数器74HC161的计数状态工作方式。晶振产生的时钟信号提供CP脉冲的上升沿触发，利用4位同步计数器74HC161的四片级联构成16位计数器，提供0000～FFFF的64K地址数据。

4片计数器通过将前级的进位端连接到下一级使能端从而实现级联，即当第一片计数器计满“1111”时其进位端TC输出为“1”，TC输出送至第二片的控制端CEP端，从而使第二片处于计数状态，开始计数。同理第二片进位触发第三片、第三片触发第四片逐片串行计数，形成的16位二进制循环计数器为EPROM提供16位地址信号。

3.输出信号的处理——74HC374和74HC244

74HC374是由8位上升沿D型触发器组成的数码寄存器。利用同步时钟（上升沿触发）实现并入-并出同步送数的功能。对8位二进制数据进行锁存后，并行输出给正向三态输出八驱动器74HC244，经驱动放大的信号就可直接送给器件作为输入信号。为保证正常工作，74HC374和74HC244的控制端均保持使能状态。经驱动放大的信号输出能力大大加强，可以同时为多个器件提供输入激励。

此外，对于有I/O端口的器件，由控制双向端口的信号来控制74HC244的控制端使其选通或禁止，以实现有或无输出信号提供的目的，其他信号处理过程同理，从而实现双向端的工作。

图1　 系统基本结构图

三、软件的实现

图2　存储器内部地址和数据对应关系

图3　 C原程序设计基本框架的N—S图

从硬件上可以进行数据的一系列处理，但EPROM中的数据程序是个关键的问题，也可以说是整个硬件工作的前提和基础。电路设计人员可以提供对应的激励向量文件作为原始老化程序，如何将其以适当的形式写入EPROM，以实现数据的正确读取，从而使其输出达到理想的仿真状态，从而保证老炼被试器件按原始信号要求加载。这就需要对EPROM的工作过程做详细地分析。

1.首先对地址和存储器单元中的数的对应关系有个了解，存储器内部地址和数据对应关系如图2所示。仅以段地址0C08H，相对偏移地址0100H为例，00、75等二位十六进制数就是每个存储器单元中存储的十六进制数（即8位二进制数）。存储器每行为10H个存储单元，对应的地址和存储单元中的数的对应关系如图2。而存储器段地址0C08H，相对偏移地址0110H又将对应另一组数据，依此类推，逐步通过地址访问的方式将数据文件读取。

2.EPROM中数据的输出

对于EPROM的输出，是由于计数器提供的16位地址的变化，逐个取存储单元中的数据，假如EPROM中如上面的地址与数据的对应关系，可以想象为地址为0001H时取数据75H由DQ7～DQ0对应的同步输出01110101b，0002H时由DQ7～DQ0对应的输出00110101b……随着地址的变化，数据线不断地输出相应数据，这样一个连续的波形就产生了。

3.向量文件的格式

了解了这些，要做的工作就逐渐明了了，对于设计人员提供的激励向量文件，首先将其分解为8个信号为一个文件，然后每个文件中的每8位字符作为一个字节进行处理，逐个送入存储单元。因为原始文件是文本格式，系统对它的识别是每个字符按其ASCII代码形式存放于一个字节中，而我们需要的是把数据按其在文本文件中的形式原样的存放于存储单元中，也就是需要将原始文件中的8个字符作为8位二进制数形式按一个字节存放。

4.软件的基本框架

于是我选择了C语言来进行编写，灵活地运用C的库函数实现文件的读写，根据字符与ASCII值的对应关系，将读出的ASCII值转为实际字符值（既是与文本文件中数据的原样一致），再根据数制的转换关系，经一系列处理形成一个满足工作需要的二进制输出文件。需要注意的是对应于向量文件信号第一到第八的顺序EPROM的输出是由DQ7到DQ0的，这一点对于原程序的编写是不可忽视的。原程序基本的算法流程图，如图3所示。

5.软件的使用方法

C语言的原程序经编译连接生成可执行文件Econvert.exe。运行过程为：根据提示输入要转换的文件及自定义一个转换后的文件名，如果输入正确，系统将提示等待处理数据。在其中如果输入的文件不存在会提示有错。该程序能忽略文件中的回车，空格等无效的字符。那么设计人员提供的激励向量文件，我们只需将其分成8个信号一组，剩下的工作就由计算机来完成。大小不同的原始文件，只需几秒到几分钟就可以实现转换了。

结语

本文介绍了在半导体集成电路老炼试验工作中广泛应用的老炼信号源系统，描述了该系统的硬件工作原理及其支持软件的设计实施。该信号源系统配合老炼程序激励文件自动转换软件的支持，减少了人为处理数据的繁琐，同时也提高了转换数据的准确度、增强了该信号系统的可靠性。该信号源系统硬件结构和自动转换软件的有效结合，使通用信号源系统单一的硬件结构得到了智能化的提升，使得该信号源系统在集成电路老炼试验过程中便于应用，适用性更广。该信号源系统成本低效率高，在实际工作中灵活便捷，尤其为多品种小批量半导体集成电路的生产提供了极大的便利。

[1]姚鼎，孙家坤.专用集成电路老炼技术研究[J].环境技术，2015（4）：41-46.

[2]任俊华，赵鑫燚，王弘英.微波集成电路的老炼试验技术[J].电子产品可靠性与环境试验，2016（3）：64-67.

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