利用ATE集成解決方案應(yīng)對下一代芯片測試平臺(tái)需求

一般來說，測試設(shè)備占地面積大，功耗大，并產(chǎn)生很大的熱量需要及時(shí)冷卻，自動(dòng)測試設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)、功耗以及設(shè)備制冷都需要很高的成本。如果能把ATE的多種功能高度集成到一塊芯片上，就能大大降低上述成本。通過這種高度集成，還能減少使用的元器件數(shù)目、PCB板面積、電源消耗、組裝調(diào)試成本以及失效率。

典型ATE系統(tǒng)測試程序一般由手動(dòng)開發(fā)或通過CAD工具自動(dòng)生成，測試程序被裝入到ATE系統(tǒng)以下幾個(gè)部分：

● 向量存儲(chǔ)器：用來存儲(chǔ)向量數(shù)據(jù)

● 向量發(fā)生器：用來控制高速向量發(fā)生

● 時(shí)序發(fā)生器：用來產(chǎn)生高速精確的時(shí)鐘邊沿

● 波形格式發(fā)生器：用來把向量數(shù)據(jù)和時(shí)序信息與一定的波形格式組合起來生成實(shí)際的波形

● 錯(cuò)誤處理器：用來判斷測試中被測芯片的好壞

● 管腳電平發(fā)生：用于提供適當(dāng)?shù)腎/O電平

● 電源控制：用于給被測芯片供電

● 其它必要的模擬儀器

現(xiàn)在已經(jīng)成功研制出了用于ATE的專用芯片以達(dá)到最大的集成度和最好的性能。OmNI芯片就是所謂的tester-on-a-chip,它能夠提供一個(gè)完整數(shù)字測試系統(tǒng)的所有功能。Omni包含有向量發(fā)生、時(shí)序發(fā)生、波形格式發(fā)生、錯(cuò)誤處理器等功能，擁有48個(gè)測試通道，另外還有兩個(gè)依靠某種特殊CMOS實(shí)現(xiàn)的功能通道，用于提供精確的電源。

高度集成的挑戰(zhàn)

把向量發(fā)生的功能集成到一塊CMOS芯片上比較容易理解，因?yàn)橄蛄堪l(fā)生器能很容易地用Verilog語言來描述，很方便地用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)并集成到現(xiàn)代CMOS專用集成電路中。比較復(fù)雜的是時(shí)序基準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)，它是時(shí)序發(fā)生電路的基本模塊，一般都依靠高精度低抖動(dòng)和噪聲模擬電路來實(shí)現(xiàn)。

Sapphire D-10可以應(yīng)對微處理器、無線基帶、顯示驅(qū)動(dòng)控制器及低成本消費(fèi)類混合信號器件的低成本測試的需求。

時(shí)序基準(zhǔn)的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法是把電壓ramp信號和一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換輸入到一個(gè)模擬比較器進(jìn)行比較而產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)間。近年來，業(yè)界一般通過DLL和PLL來實(shí)現(xiàn)時(shí)序基準(zhǔn)。以上兩種做法都要消耗大量的電源，也很難做到高集成度。把時(shí)序基準(zhǔn)放到另外一塊芯片中也不是可行的方案，因?yàn)橄到y(tǒng)使用的芯片數(shù)目將大幅增加，而且不同芯片之間的連線也不易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槊恳粋€(gè)時(shí)序基準(zhǔn)都需要幾乎10個(gè)數(shù)字信號來控制。如果只把向量發(fā)生和時(shí)序發(fā)生設(shè)計(jì)到一塊專用芯片里面，那么該芯片與外部時(shí)序基準(zhǔn)的連線將很快超過當(dāng)今倒裝芯片封裝所能支持的最大管腳數(shù)目。

ATE集成解決方案

最好的解決方案就是把模擬時(shí)序基準(zhǔn)與數(shù)字部分集成到同一塊芯片當(dāng)中。這種獨(dú)特的ATE芯片已被研發(fā)出來，它有全面的向量發(fā)生功能，包含50個(gè)時(shí)序發(fā)生通道，能夠測試存儲(chǔ)器和各種數(shù)字芯片。每一個(gè)時(shí)序發(fā)生通道能夠產(chǎn)生4個(gè)驅(qū)動(dòng)沿和4個(gè)比較沿，并可以通過軟件來控制系統(tǒng)時(shí)鐘與時(shí)序基準(zhǔn)的延時(shí)。400個(gè)時(shí)序基準(zhǔn)需要非常獨(dú)特的結(jié)構(gòu)才能達(dá)到系統(tǒng)功耗和精度的需要。

Omni芯片所包含的指令存儲(chǔ)器大小為2048×512位，它與傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器和數(shù)字ATE一樣擁有操作數(shù)和操作碼，還能完全支持匹配跳轉(zhuǎn)、套嵌循環(huán)、套嵌子程序調(diào)用等功能。指令存儲(chǔ)器和定制處理器獨(dú)立控制著6個(gè)40位算法地址計(jì)數(shù)器。地址計(jì)數(shù)器被配置為16位X地址、16位Y地址和8位Z地址，并能實(shí)時(shí)切換。依靠指令存儲(chǔ)器的控制，地址計(jì)數(shù)器能獨(dú)立地進(jìn)行加N、減N、裝載、求補(bǔ)、保存等不同操作。它還有兩個(gè)完整的算法數(shù)據(jù)發(fā)生器，為存儲(chǔ)器芯片測試提供驅(qū)動(dòng)和比較數(shù)據(jù)。其輸出在被送到測試通道之前要先經(jīng)過一個(gè)拓補(bǔ)倒置存儲(chǔ)器，指令存儲(chǔ)器和定制處理器還能控制外部向量存儲(chǔ)器產(chǎn)生數(shù)字、微處理器及SoC芯片測試所需的數(shù)字向量。

該芯片中間是向量發(fā)生器。這個(gè)100MHz數(shù)字電路是一個(gè)擁有512位指令字的專用處理器，可以滿足存儲(chǔ)器和數(shù)字芯片測試的需要。左邊和右邊各是25個(gè)相同的400MHz測試通道電路，包含了時(shí)序、格式、校準(zhǔn)以及錯(cuò)誤處理等電路模塊，可產(chǎn)生400Mbps的數(shù)據(jù)。每50個(gè)測試通道有8個(gè)時(shí)序基準(zhǔn)，以應(yīng)對400個(gè)時(shí)序邊沿的需要。

每個(gè)時(shí)序基準(zhǔn)都由5位納秒級、5位皮秒級以及一個(gè)用于校準(zhǔn)外部偏移的校準(zhǔn)存儲(chǔ)器構(gòu)成。通道時(shí)序系統(tǒng)的數(shù)字電路系統(tǒng)決定了電路觸發(fā)和7位延時(shí)數(shù)值，延時(shí)數(shù)值就是128×10校準(zhǔn)RAM的地址，校準(zhǔn)RAM輸出的10位數(shù)據(jù)用來選擇產(chǎn)生所需延時(shí)最好的納秒級和皮秒級組合。校準(zhǔn)過程中，所有的納秒級和皮秒級實(shí)際延時(shí)單元都將被測量和分析，用于決定最好的延時(shí)產(chǎn)生方案。這些方案被存儲(chǔ)到同一塊板上的Flash存儲(chǔ)器里面，每次上電時(shí)都被會(huì)裝載到校準(zhǔn)存儲(chǔ)。校準(zhǔn)存儲(chǔ)器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是大塊數(shù)字電路產(chǎn)生的周期性噪聲(比如時(shí)鐘樹)能在校準(zhǔn)過程中減少。

高度集成ATE硬件結(jié)構(gòu)可成功應(yīng)對下一代芯片測試對測試平臺(tái)的需求。直到現(xiàn)在，功能和性能需要的組合仍然阻礙著數(shù)字測試系統(tǒng)單芯片實(shí)現(xiàn)方案的出現(xiàn)。不過依靠先進(jìn)的ASIC設(shè)計(jì)技術(shù)和創(chuàng)新時(shí)序基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，單一一塊ASIC設(shè)計(jì)已能夠解決當(dāng)今ATE對性能和功能的廣泛需求。這里所介紹的Omni結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)高集成度和低成本ATE的一個(gè)重大進(jìn)步，Omni集成了數(shù)字、存儲(chǔ)器以及SoC芯片測試所需的一整套測試儀器件模塊。時(shí)序基準(zhǔn)的游標(biāo)尺結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)低功耗和標(biāo)準(zhǔn)CMOS解決方案，而且不會(huì)犧牲精度。Omni芯片已被成功應(yīng)用到科利登Kalos2存儲(chǔ)器測試系統(tǒng)和Sapphire D-10低成本多site芯片測試平臺(tái)上。