基于FPGA 的集成电路芯片测试系统与方法分析

2022-07-09常超

电子技术与软件工程 2022年9期

常超

（香港城市大学香港特别行政区 999077）

现阶段所采用的FPGA 的技术，基本上是利用查找表的方式，利用可编程输入与输出单元，以及一些可编程逻辑单元，进行技术的集成。在应用这种技术实现测试的过程中，基本上要首先对内部的资源结构性分析，之后经过一个测试配置，以及对向量进行信息的实施。在这样的FPGA 的配置环节，往往有着特定功能的电路，之后再从应用级别上，实现电路方面的测试与分析。

1 研究背景

在较为原始的测试工作中，基本施工人员对于集成电路的测试工作，在开展测试的过程中，使用各种设备方式，进行针对性的测试与分析。因此，对于这样的传统测试方式，显然无法实现大规模的大批量测试与分析。伴随着现阶段集成电路的集成化程度提升，让其在工业生产的方式上，要使用更加合理高效的测试方式，这样才可以让其集成电路的自动化测试环节，可以开展进一步的发展。

我国当下在同类型产品的处理上，一部分采用了单片机，因此对于以分析的速度而言，本身无法合理的运用到大规模测试当中，同时在管脚的扩展性上，也相应的受到较为直接的限制。其中一部分采用了DSP 芯片。这样的设计方式，虽然在功能性上得到了完善，但是制造的成本比较高，同时使用性也比较有限。在本文的分析中，提出的是一种基于FGPA 的技术方式，可以很好地实现逻辑芯片的测试与分析。同时，这种技术不仅仅可以很好的提供测试功能，也相应的在后续的运行中，提供一个良好的测试效果，控制了成本的投入量。

2 FPGA的特征

当下在采用FPGA 技术的过程中，这是一种可编门列阵，基于PAL、GAL、CPLD 等技术，实现技术方面的扩展。这样的技术提出，也是很好的替代了原本进行验证使用的集成电路技术方式。在该技术下，可以很好解决半定制电路上的一些技术弊端问题，可以实现较强的可编程器件的处理。

在使用这个技术的过程中，用户并不需要进行投片的生产，可以得到一个良好的芯片部件。其次，在FPGA的技术中，也可以当做一种全定制的芯片类型。在现阶段使用的过程中，基本上利用一个完善的处理方式，就可以很好的隐形中，基于一个全定制或者半定制的电路当中，进行试样片。其次，在FPGA 的处理中，由于内部存在着较为丰富的资料，在进行处理的过程中，触发器与引脚能够提升较强的功能性。另外，在FPGA 的设计方式下，这是一种可以很好的运行环节，全面提升功能性的设计方式。例如，在IC 电路当中，设计的周期比较短，同时开发的周期也相对得到了控制。这样的技术使用方式下，实现了功耗方面的有效控制。

因此现阶段将FPGA 的集成电路测试过程中，可以有效的实现逻辑芯片的功能性测试以及分析。但是，在芯片价格的处理环节，基本上在低端芯片处理上得到了控制，让其FPGA 的处理上，可以更加符合市场化的发展，是一种十分有效的处理方式。图1 为FPGA 电路效果图。

图1： FPGA 电路效果图

3 逻辑芯片功能测试基本原理

在进行功能测试的过程中，基本上是一种基于合格与不合格的测试分析方式，因此在其测试的过程中，就可以得到生产出来的元件，是否符合质量方面的需求。对于一个典型的测试工作而言，就需要将一些预先的设定良好的测试模板，加载到测试设备当中，之后对于预先定义下的测试模板，加载到一些测试设备当中。在这样的测试分析方式，就需要积极的利用激励与收集的相应方式，使用探针板，或者使用测试板的方式，实现测试设备的数据输入与输出。之后在管芯采用封装处理之后，需要将芯片的管教进行良好的连接处理。测试模板的使用中，基本上是在电压电平以及时钟的频率设置上，可以保持在一个设定的程序当中。

其次在元件装入到测试设备当中。在测试环节，要将输入的模板序列应用到测试的元件当中，这样就可以得到与预期结果相同的效果。一旦观察到不同的情况，就可以认定元件出现错误信息，无法通过测试。

4 测试系统的设计方案

在对测试系统进行设计的过程中，基本上由下位机硬件电路以及上位机测试软件所构成。同时系统当中的功能性的设计，基本上要保持较强的灵活性与便捷性，进而可以很好的在后续进行相应的芯片信号的测试，并为扩展工作打下良好的基础。

4.1 硬件设计

在这个设计的过程中，基本上是需要基于FPGA 的控制模块进行相应的处理。其中串口通信模块、电平比较模块的设置上，形成了良好的结构模式。

其中控制器的模块选择上，基本上是在进行处理的过程中，会对其配置芯片进行了针对性的处理。例如，在控制器的使用上，是一种串口接受模块、数据转换以及测试保护模块的设置方式。一个串口的发送陌路爱设置上，基本上在接受与上位机发送的测试指令保持在一个相同的水平之间。其次，数据转换与测试保护的处理上，基本上都需要对其测试的芯片输出进行针对性的处理。整个串口的设计上，都要保持在一个良好的测试方法上，并严格的基于测试当中的串口通信协议，实现相应的数据发送与集中处理。

其次串口的通信模块选择上，则需要实现全双工数据传输方式。所采用的电平比较电路，是一种在逻辑功能测试的开展中，始终可以保持在窗口比较芯片设计中，可以避免受到外界因素的影响，而始终提升处理方式的作用与效果。

4.2 软件设计

该系统的设计过程中，上位机软件是基于VC++的语言逻辑进行编写。上位机上调用Access 的测试过程中，经过一个良好的串口设计方式，就可以让其系统在硬件处理的过程中，保持一个良好的设计方式。测试完成之间，硬件系统大部分都需要进行针对性的分析，其次还需要在上位机软件接受之后，保持对数据信息进行针对性的比较分析，同时加强返回数据与标准无故障方面的比较分析。在这样的处理方式下，就可以实现数据库的调用。另一方面，在测试矢量的接受与发送环节，可以实现良好的处理。

5 基于FPGA的集成电路测试系统

在上述进行系统的分析过程中，可以的发现FPGA 的技术原理以及特征，因此在其集成电路的测试系统设计中，能够发挥出较强的技术效果。当下在进行设计的过程中，主要基于电路的测试系统，进行相应的系统设计分析。

例如，对于集成电路的系统设计中，这是一种精度比较高的测试电路类型。以及在老化的基础电路处理上，基本上需要将其集成电路集成到一个电路板上，这样才可以实现测试效果。而在测试条件允许的情况下，基本上需要将设备与示波器进行相应的单独处理，这样集成到老化测试系统之后，就可以很好的让其集成电路的老化处理方式下，形成一个良好的集成老化测试系统的主控芯片。另外，在利用FPGA 的系统处理方式下，就要进行实时的控制，以此能够实现芯片的相对采集和处理。之后，还要积极的开展上位机与测试数据方面的集中处理，这样信息方面的集中处理与反馈，既可以实现系统的合理化设计与评估。

5.1 命令发送与数据接受处理

这在进行处理的过程中，保障上位机利用串口的方式，传输FPGA 的不同指令，其中调用测试板当中的不同模块，在实际运行中，接受串口传输的各种数据信息。之后，还要在整体的运行过程中，积极的实现数据信息的针对性处理以及转变。通过与测试板当中的数据信息的集中阐述以及分析，就需要积极的测试值进行分析，进而全面提升处理的效果。

在这部分的设计中，基本上是由上位机软件进行独立实现。现阶段所采用的软件，基本上为串口调试，实现数据的接收与发送。同时，也具备着一定数据再处理的能力，可以充分的满足设计方面的实际需求。

5.2 功能电路

功能电路的设计方式下，基本上是现阶段主电路设计的环节，也是整个电路设计的重要内容。进行测试元器件的过程中，基本上需要保障系统始终在一个稳定的状态当中，其中还需要在测试的开展中，基于一个良好参数，这样才可以在后续的运行过程中，积极的保障各个测试模块的处理中，能够实现结合的效果。电路板上基本上涉及到加压电路、电源电路、接口电路等诸多的类型。在系统当中大部分的电气系统的设计中，是一种基于完善的处理方式，提升系统的整体功能性。图2 为功能电路。

图2：功能电路

5.3 元器件老化测试环境实现

在对电路的参数测试的过程中，基本上大部分的期间，都需要保持正常的运行状态。除了一些特定的外围环境下，需要进行电路方面的针对性实验分析。其次进行测试元件期间的过程中，基本上要保持在一个合理的状态当中，通过这样测试的参数处理方式，就可以让其元器件始终保持在一个正常的点环境当中。基于器件不同的封装风干是，进行配备的处理中，基本上需要保持在一个完整的测试座上，另外，在对元器件的老化处理中，要基于环境，进行电应力、热应力以及监控记录方面的能力评估。其次，在一些老化电路板的处理上，主要对一些特殊的功能电路进行相应的处理。现阶段在对其开展测试的过程中，基本上需要热应力的外部处理上，保持提供一个可控温的箱体。其次，在数据的记录过程中，基本上都需要由上位机进行完成以及处理。整个老化的电路设计中，都需要设计出一个完整的老化元器件，之后利用外围电路的测试工作开展中，全面提升老化率的测试效果。

5.4 电源电路设计

在电源部分的系统设计中，基本上分为供电和被测器件的供电环境处理方式。整个系统的处理中，基本上需要接入15 上下的直流电源，当作总体的电源输入效果。

整个设计的过程中，使用了电压调整器，因此在外界的只连接段撒好难过，就可以首先利用电压调整的方式，对其进行针对性的调整。例如，在其进行外接吹上，利用针对性的处理方式，全面提升芯片在处理环节，进行稳定可靠的处理效果。

现阶段进行实际的系统建设开展中，为了充分的保障供电电压的整体稳定性，就可以基于该系统当中的实际特征，积极的保障整个系统当中的处理方式。其次，在电压低压差线的处理上，需要积极的保障基于一个低压的稳定器方式，控制能耗的降低，同时基于一个良好的功能处理方式，最大化处理的能力与方式。

之后利用自动测试的模式下，系统需要利用一个调用数据库当中的数据信息，积极的对其芯片实现系统方面的测试以及分析，同时保障在测试的过程中，能够对整个测试过程中，实现一个良好的处理方式。在打开系统的串口之后，基本上需要用户可以基于被测对象，在测试插槽当中，保持一个良好的侧立方式。现阶段对于插槽的处理方式下，基本上是需要在确定芯片的引脚以及插槽的处理上，保持良好的接触效果。因此，进行实际的运行过程中，始终保持一个良好的杰出效果。相关工作人员进行操作的过程中，让其系统可以自动化的进入到循环系统当中，这样就可以在整个芯片的功能测试环节，保持一个良好的处理效果。

在这样的系统设计过程中，需要积极的保障整体系统的建设开展中，能够结合起实际的运行方式，以及在各种设计的系统细节位置，实现科学合理的处理，利用这样一个良好的处理方式，才可以最大化整体的系统水平，全面提升处理的整体水平，发挥出应有的测试能力。

5.5 FPGA故障模型

5.5.1 固定化故障模型

这是一种在现阶段故障分析的过程中，基于固定化故障模型为基础，将其当做固定不变的分析方式。在系统运行的过程中，基本上是一种基于单一信号吸纳上的信号为基础，保持固定不变的情况。数字信号的取值过程中，基本上仅仅为0 与1 之间的可能性。当下进行固定化故障分析的过程中，基本上会出现0 或者1 这两种故障类型。0 故障时一种系统运行的环节，信号取值始终为0。而在1 故障的过程中，则是系统始终保持1 的取值。对于这种固化的故障分析方式，基本上十分容易被定位处理。

5.5.2 桥接故障

这是一种在固定性故障基础上，始终处于一个特定的信号当中，无法受到软件方面的有效控制。对于这样的故障问题，显然对于系统造成的影响十分有限。在出现这类型的故障时，基本上不受到其他软件的影响，同时电路的逻辑结构基本上与设计方式相同，因此也相应的会受到故障的额外影响。但是，在设计过程中的电路出现断短路问题之后，就会导致电路的功能性受到影响。现阶段进行分析的过程中，这样故障会导致系统设计当中与预期情况并不相同，基本上是在两个信号的位置出现了故障问题，同时在原本的结构设计过程中，基本上都是在故障位置对其映射了电路结构。

其中在暂态的故障分析中，基本上是在瞬态故障与间歇性故障两方面展现出来。其中在瞬态故障的处理上，是由硬件之外的其他因素导致。例如，受到辐射、高能粒子等方面的影响。而间歇故障则是一种非固定式的故障问题。再这样的处理过程中，基本上需要对其设备进行使用方面的合理调整。其次，在温和的环境当中使用的过程中，这样的暂态故障问题，基本上是利用较为先进的工艺，进行相应的合理处理。

5.5.3 时滞故障

时滞故障基本上是一种动态型的故障问题，对于这样问题的出现，基本上是由于在运行过程中，受到受到电路当中一些不合理的问题影响，之后在设计环节使用的元器件的处理过程中，会在某些特定的参数调整下，带来了较为明显的影响。电路设计方式下，基本上存在着各种类型的问题，因此就需要对其进行针对性的模型仿真分析，并在之后进行真毒性的检查与分析，这样才可以在未来分析中，全面提升信息处理的效果与准确性。

5.6 CAN通信模块的维测

在进行维护系统的运行过程中，基本上要与CAN 总线进行合理性的分析。CAN 通信模块见图3。

图3： CAN 通信模块

这样的设计方式下，CAN 通信模块的可靠性得到了较大程度的提升。一旦在源头数据的处理过程中，出现明显不准确的情况，就会导致系统无法实现可靠的运行。另一方面，在CAN 通信模块处理过程中，一旦出现处理不当的情况，也相应都会导致整体处理的可靠性不足。因此，现阶段进行处理的过程中，基本上就要基于接受数据的可靠性分析，全面强化系统的芯片数据转换与分析过程中的和理性分析。其次，在进行处理过程中，也相应的需要保障总线数据可以得到良好的处理。另一方面，在进行模块与分析的过程中，基本上要在CAN 通信故障分析中，始终保持基于一个正确的驱动信号为主，进行相应的数据分析。