摘  要： 給出一種數字集成電路(IC)測試系統的軟硬件設計方案。該系統基于自定義總線結構，可測試寬范圍電平。

隨著數字集成電路IC的廣泛應用，測試系統就顯得越來越重要。在網絡化IC可靠性試驗及測試系統項目中，需要檢驗某些具有寬電平范圍的軍用數字IC芯片，而市場上常見的中小型測試系統可測電平范圍達不到要求，而大型測試系統價格昂貴。本文介紹了為此項目研制的一種數字IC測試系統，可測電平范圍達±32V，使用方便，且成本較低。


圖1  系統框圖


圖2  通道板框圖


圖3  電平轉換單元


圖4  精密測量單元加壓測流原理圖


圖5  主程序流程圖

測試系統結構
系統需要對IC進行功能測試和直流參數測試。功能測試通過向集成電路輸入端施加設定的測試向量，檢測并比較其輸出的測試向量，從而驗證器件的邏輯功能是否正常。直流參數測試是以電壓或電流的形式驗證IC的電氣參數，要保證較高的測試精度。
為了使系統結構靈活，便于升級，采用了基于總線的模塊化結構，其結構如圖1所示。系統由通道板、數控電源板(DPS板)、精密測量單元板(PMU板)、測試接口板、單片機系統板(CPU板)和總線板組成。各個板卡通過總線板進行數據連接和交換。DPS板給測試系統提供電源、電壓參考，給被測器件(DUT)提供工作電壓。測試接口板功能是給DUT提供測試接口，給器件上電。
在功能測試過程中，計算機把預先生成的測試向量送到單片機系統，單片機控制通道板把信號電平轉換為測試所需的電平，并把轉換后的時序波形施加到被測器件(DUT)的輸入引腳上，然后檢測DUT的輸出，把檢測結果通過總線傳到單片機進行判斷處理。直流參數測試過程是向DUT施加直流參數測試條件，通過PMU實現DUT直流參數的精密測量。
通道板
通道板功能有兩個，一是把測試碼合成最終的測試信號施加到DUT，另外的功能是對DUT的返回信號進行分析比較，將比較結果通過總線返回到單片機系統。通道板的結構設計如圖2所示。控制總線通過譯碼與邏輯控制單元設定并控制DUT引腳的地址，引腳驅動與控制單元驅動并控制繼電器陣列完成DUT引腳數據的輸入和輸出功能。VIH(VIL)是由DPS板設定產生的測試所需的高(低)驅動電平。總線發送由程序預先生成的測試向量，電平轉換與驅動單元把測試向量轉換為設定電平的測試時序波形，引腳驅動與控制單元控制繼電器陣列把波形施加到DUT的輸入引腳。引腳電平比較單元檢測輸出引腳信號電平，與預期輸出數據進行邏輯比較后把比較結果傳回下位機。在直流參數測試過程中，繼電器控制單元將測試接口板上的DUT連接到PMU，利用PMU模塊實現電壓或電流的精密測量。通道板的電平轉換部分電路如圖3所示。電路在穩定后，在無信號輸入時，V1略高于V2，輸出為VIH；當TTL輸入為低電平時，由于電容電壓不能突變，使得V1低于V2，比較器翻轉，輸出為VIL；當TTL輸入為高電平時，同樣，V1略高于V2，輸出為VIH。由于電容充放電，輸出端電平不能長久保持在低電平，選取足夠大的電容可滿足本系統的測試需要。
精密測量單元
精密測量單元(PMU)是系統精密測量直流參數的基本單元。系統采用12位A/D和D/A轉換器、分檔以及開爾文接法等手段來實現高精度測量。PMU可實現加壓測流(FVMI)和加流測壓(FIMV)兩種工作方式。其中PMU中加壓測流原理如圖3所示。Vin作為輸入，器件施加電壓Vp經測試接口板施加到DUT，通過測試Vout可得到測試電流I。根據電路圖可以計算出：
(1)

取合適的電阻值使得
則由上式可以得到：
(2)
這樣，根據公式(1)，通過控制Vin就可以向被測器件施加設定的電壓Vp，根據公式(2)可通過測試Vout來計算被測器件引腳上流過的電流I。
直流參數測試中，PMU可通過測試輸出端高/低電平、輸入端漏電流、輸出短路電流以及靜態功耗電流等來檢測器件的負載特性和靜態功耗。
為了使PMU具有足夠寬的測試范圍和測試精度，A3采用具有FET輸入級的高壓運放OPA445，接成跟隨器，使得流入A3的電流極小，保證了電流測試的精度，并且其高壓特性保證了PMU的測試范圍。

軟件設計
系統軟件的作用是用計算機控制測試系統，并為用戶提供一個友好、易于操作的界面。下位機軟件用C51程序編寫，主程序流程圖如圖4所示。上位機采用VC#.net編寫。下位機軟件的主要工作是根據上位機傳送的測試參數設置系統電壓及測試條件，載入測試向量向DUT引腳發送輸入波形，然后測試輸出端波形數據，發送到上位機并存儲到數據庫。
經過用戶的實際應用，證明該系統性價比高，測試準確。