IC測試基本原理與ATE測試向量生成

集成電路測試（IC測試）主要的目的是將合格的芯片與不合格的芯片區分開(kāi)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性。隨著(zhù)集成電路的飛速發(fā)展，其規模越來(lái)越大，對電路的質(zhì)量與可靠性要求進(jìn)一步提高，集成電路的測試方法也變得越來(lái)越困難。因此，研究和發(fā)展IC測試，有著(zhù)重要的意義。而測試向量作為IC測試中的重要部分，研究其生成方法也日漸重要。

1 IC測試

1.1 IC測試原理

IC測試是指依據被測器件（DUT）特點(diǎn)和功能，給DUT提供測試激勵（X），通過(guò)測量DUT輸出響應（Y）與期望輸出做比較，從而判斷DUT是否符合格。圖1所示為IC測試的基本原理模型。

根據器件類(lèi)型，IC測試可以分為數字電路測試、模擬電路測試和混合電路測試。數字電路測試是IC測試的基礎，除少數純模擬IC如運算放大器、電壓比較器、模擬開(kāi)關(guān)等之外，現代電子系統中使用的大部分IC都包含有數字信號。

圖1 IC測試基本原理模型

數字IC測試一般有直流測試、交流測試和功能測試。

1.2功能測試

功能測試用于驗證IC是否能完成設計所預期的工作或功能。功能測試是數字電路測試的根本，它模擬IC的實(shí)際工作狀態(tài)，輸入一系列有序或隨機組合的測試圖形，以電路規定的速率作用于被測器件，再在電路輸出端檢測輸出信號是否與預期圖形數據相符，以此判別電路功能是否正常。其關(guān)注的重點(diǎn)是圖形產(chǎn)生的速率、邊沿定時(shí)控制、輸入/輸出控制及屏蔽選擇等。

功能測試分靜態(tài)功能測試和動(dòng)態(tài)功能測試。靜態(tài)功能測試一般是按真值表的方法，發(fā)現固定型（Stuckat）故障。動(dòng)態(tài)功能測試則以接近電路工作頻率的速度進(jìn)行測試，其目的是在接近或高于器件實(shí)際工作頻率的情況下，驗證器件的功能和性能。

功能測試一般在A(yíng)TE（Automatic Test Equipment）上進(jìn)行，ATE測試可以根據器件在設計階段的模擬仿真波形，提供具有復雜時(shí)序的測試激勵，并對器件的輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)的采樣、比較和判斷。

1.3交流參數測試

交流（AC）參數測試是以時(shí)間為單位驗證與時(shí)間相關(guān)的參數，實(shí)際上是對電路工作時(shí)的時(shí)間關(guān)系進(jìn)行測量，測量諸如工作頻率、輸入信號輸出信號隨時(shí)間的變化關(guān)系等。常見(jiàn)的測量參數有上升和下降時(shí)間、傳輸延遲、建立和保持時(shí)間以及存儲時(shí)間等。交流參數最關(guān)注的是最大測試速率和重復性能，然后為準確度。

1.4直流參數測試

直流測試是基于歐姆定律的，用來(lái)確定器件參數的穩態(tài)測試方法。它是以電壓或電流的形式驗證電氣參數。直流參數測試包括：接觸測試、漏電流測試、轉換電平測試、輸出電平測試、電源消耗測試等。

直流測試常用的測試方法有加壓測流（FVMI）和加流測壓（FIMV），測試時(shí)主要考慮測試準確度和測試效率。通過(guò)直流測試可以判明電路的質(zhì)量。如通過(guò)接觸測試判別IC引腳的開(kāi)路/短路情況、通過(guò)漏電測試可以從某方面反映電路的工藝質(zhì)量、通過(guò)轉換電平測試驗證電路的驅動(dòng)能力和抗噪聲能力。

直流測試是IC測試的基礎，是檢測電路性能和可靠性的基本判別手段。

1.5 ATE測試平臺

ATE（Automatic Test Equipment）是自動(dòng)測試設備，它是一個(gè)集成電路測試系統，用來(lái)進(jìn)行IC測試。一般包括計算機和軟件系統、系統總線(xiàn)控制系統、圖形存儲器、圖形控制器、定時(shí)發(fā)生器、精密測量單元（PMU）、可編程電源和測試臺等。

系統控制總線(xiàn)提供測試系統與計算機接口卡的連接。圖形控制器用來(lái)控制測試圖形的順序流向，是數字測試系統的CPU.它可以提供DUT所需電源、圖形、周期和時(shí)序、驅動(dòng)電平等信息。

2測試向量及其生成

測試向量（Test Vector）的一個(gè)基本定義是：測試向量是每個(gè)時(shí)鐘周期應用于器件管腳的用于測試或者操作的邏輯1和邏輯0數據。這一定義聽(tīng)起來(lái)似乎很簡(jiǎn)單，但在真實(shí)應用中則復雜得多。因為邏輯1和邏輯0是由帶定時(shí)特性和電平特性的波形代表的，與波形形狀、脈沖寬度、脈沖邊緣或斜率以及上升沿和下降沿的位置都有關(guān)系。

2.1 ATE測試向量

在A(yíng)TE語(yǔ)言中，其測試向量包含了輸入激勵和預期存儲響應，通過(guò)把兩者結合形成ATE的測試圖形。這些圖形在A(yíng)TE中是通過(guò)系統時(shí)鐘上升和下降沿、器件管腳對建立時(shí)間和保持時(shí)間的要求和一定的格式化方式來(lái)表示的。格式化方式一般有RZ（歸零）、RO（歸1）、NRZ（非歸零）和NRZI（非歸零反）等。

圖2為RZ和R1格式化波形，圖3為NRZ和NRZI格式化波形。

圖2 RZ和R1數據格式波形

圖3 NRZ和NRZI數據格式波形

RZ數據格式，在系統時(shí)鐘的起始時(shí)間T0，RZ測試波形保持為“0”，如果在該時(shí)鐘周期圖形存儲器輸出圖形數據為“1”，則在該周期的時(shí)鐘周期期間，RZ測試波形由“0”變換到“1”，時(shí)鐘結束時(shí)，RZ測試波形回到“0”。若該時(shí)鐘周期圖形存儲器輸出圖形數據為“0”，則RZ測試波形一直保持為“0”，在時(shí)鐘信號周期內不再發(fā)生變化。歸“1”格式（R1）與RZ相反。

非歸“0”（NRZ）數據格式，在系統時(shí)鐘起始時(shí)間T0，NRZ測試波形保持T0前的波形，根據本時(shí)鐘周期圖形文件存儲的圖形數據在時(shí)鐘的信號沿變化。即若圖形文件存儲數據為“1”，那么在相應時(shí)鐘邊沿，波形則變化為“1”。NRZI波形是NRZ波形的反相。

在A(yíng)TE中，通過(guò)測試程序對時(shí)鐘周期、時(shí)鐘前沿、時(shí)鐘后沿和采樣時(shí)間的定義，結合圖形文件中存儲的數據，形成實(shí)際測試時(shí)所需的測試向量。

ATE測試向量與EDA設計仿真向量不同，而且不同的ATE，其向量格式也不盡相同。以JC-3165型ATE為例，其向量格式如圖4所示。