基于 V93k ATE 的 SoC 芯片輸出不穩定的測試方法

0 引言

波形轉換跟蹤（Wave Transition Tracking）是基于 V93k ATE 協議引擎的一種測試方法[1-7]。協議引擎主要包含兩個部分，一個是 Transition Tracking模塊，另一個是 Pattern Compare 模塊，Transition Tracking 模塊又包含初始同步和 Tracking 兩個部分。Transition Tracking 模塊首先進行初始同步，找到同步后繼續進行 Tracking，抓取出所有接收到的數據，然后將結果以 bit 序列的形式傳給 Pattern Compare 模塊，Pattern Compare 對 bit 序列和期望值進行比較。這種協議引擎能夠解決 ATE 測試中相位變化，波形輕微畸變造成的不穩定的問題。圖 1 是整個引擎協議的結構圖，后面內容是根據結構圖進行介紹。

1 初始同步和后續同步

1.1 初始同步 Initial Synchronization

初始同步的目的是發現接收數據中的起始有效數據，它的原理是在選定的跟蹤裝置中成功地比較期望數據的起始段，即接收到的數據和同步測試向量（Pattern）的匹配。如果同步 Pattern 長度為 n，一開始接收到的 n 個 bit 如果沒有匹配，那么接收到的數據向前移動 1 個 bit 后，繼續與同步 n 個 bit Pattern 進行比對，直到接收到的數據與同步 Pattern 匹配為止，同步 Pattern 中不能包含有 X Tokens（X 表示 Mask 或是不關注的狀態，Token 表示一定長度連續的 bit 數）。

1.2 后續同步 Subsequent Synchronization

與起始同步原理一樣，對于 IO 管腳而言，當信號由輸出轉為輸入再轉為輸出的時候，對輸出必須 Tracking，而對于輸入 Tracking 必須被關掉，所以當數據由輸出轉為輸入再轉為輸出的時候就會再次同步，在這種情況下，Tracking 關閉和再次打開時，要求中間關閉的時間必須不少于 24 個 bit 長度數據來保證 Tracking 的充分復位。

2 Tracking 原理

Tracking測試原理類似于過采樣的原理，它將一個 UI，相當于一個 Tracking Window，定義為 Period/X mode（V93k 測試儀轉碼的一種方式）里面的比較沿拆分為四個比較沿，相當于 4 次采樣，采樣之間的延遲相同，然后根據 Tracking Window 中波形翻轉的類型，選取其中一個采樣結果作為本次采樣的結果，同時確定下一個 Tracking Window 的位置，以此類推，直到輸出波形 Tracking 完成，得到輸出波形的 bit 系列，如圖 2 所示。

3 Transition 類型

Transition 大致可以分為下面幾種類型，如果把上述提到一個 UI 拆分為四個比較沿分別稱為 A、B、C、D。

3.1 Transition at A 與 No Transition

傳輸翻轉發生在A比較沿或沒有翻轉，Tracking 選擇 C 比較作為期望的比較沿的位置和下一個Tracking window的位置會緊接著上一個 Window 進行Tracking，如圖 3 所示。

3.2 Transition at A and B

傳輸翻轉發生在A和B之間，選擇 D 比較作為我們期望比較沿的位置（相對之前第一種情況 Select 位置往后移動 1/4 個 UI），下一個 Tracking Window 的位置會往后跳 1/4 之一個 UI 后繼續Tracking，如圖 4 所示。

3.3 Transition at C and D

傳輸翻轉發生在 C 和 D 之間，選擇 B 比較作為我們期望比較沿的位置（相對之前第一種情況 select 位置往前移動 1/4 個 UI），下一個 Tracking Window 的位置會往前跳 1/4 個 UI 后繼續 Tracking，如圖 5 所示。

3.4 Transition at B and C

傳輸翻轉發生在 B 和 C 之間，由于這種情況會導致下一個 Tracking Window 移動 1/2 個 UI，因此會導致一種不確定性，到底bit是往前移 1/2 個UI還是往后移 1/2 個 UI。所以 Tracking 測試只允許開始的時候出現一次 Transition at B and C 的情況（第一次可以包容，因為下個 Window 不管往前還是往后都可以繼續 Tracking），中間如果再出現，就會出現測試錯誤。如圖 6 所示。

4 Tracking 的適用范圍和傳輸速率

4.1 Tracking 范圍

在 5 個 UI 里面偏移小于正負 1/4 個 UI 或是 24 個 UI 里面偏移小于 1 個 UI。

在整個 Tracking 測試里面總的偏移小于 7.5 個 UI。

4.2 Tracking 傳輸速率

對于不同的 V93k 測試板卡，Tracking 的傳輸速率不一樣。最大的數據傳輸速率分別為，Pin Scale 1600，不論 X4 mode 還是 X6 mode 最大傳輸速率都是 1 600 Mbit/s；Pin Scale 9G，X4 mode 最大傳輸速率為：4 533 Mbit/s，X6 mode 最大傳輸速率為：6 800 Mbit/s。

5 Tracking 測試 Waveform 和 Equation 的定義

5.1 Tracking 中 Waveform 的定義

由于 Transition tracking pattern 必須是 X4 或是 X6 mode，所以在 waveform（用于定義輸入輸出的波形）中必須包含關鍵字 TTMODE X4 或是TTMODE X6。Tracking 測試的管腳必須是輸出或是 I/O 類型的管腳。對于輸出和 IO 兩種類型 Waveform 定義不同。

（1）如果測試的 Pin 為輸出 Pin，只需定義比較波形（Compare waveform）和對應的控制 Tracking 行為的 Control window。

（2）如果測試 Pin 為 IO pin，除了定義輸出比較波形和對應 Control window 外還需要定義 Drive waveform 和對應的控制 Tracking 行為的 Control Window。圖 7、圖 8 別是轉碼后 X4 mode waveform 定義和更改后 Tracking waveform 的定義。

5.2 Tracking 中 Equation 定義

Equation 定義相對簡單，Equation 用于定義波形的時序關系，和 Waveform 一樣，在 Tracking 測試中必須有關鍵字 TTMODE X4 或是TTMODE X6。如圖 9、圖 10 是原 Equation 的定義和 Tracking Equation 的定義所示，而在 Tracking Equation 只需加關鍵詞 TTXMODE4 和定義 d1 和 r1 既可。

6 Tracking 測試代碼及測試結果

6.1 Tracking 測試代碼

圖 11、圖 12 Tracking 的測試碼。圖 11 要是設置 Tracking Test 名為 Basic_Tracking，以及設置所需要 Tracking 的管腳和相應模式的設置。在圖 11 設置完成以后，圖 12 執行 Function 測試，然后獲取 Tracking 測試的狀態，然后根據獲取狀態打印出相應的信息，以便于Debug和分析。

6.2 Tracking 結果與 Timing Diagram 波形

從圖 13 以看出波形整體偏移，比對不過所以顯示紅色，圖 14 放大后 Scope 波形，明顯看出時序有偏差。通過 Tracking 測試后，從圖 15 可以看出經過初始同步 Tracking 找到波形的位置并進行正確 Tracking 測試，Functional 測試結果也是 Pass，而圖 16 放大后的波形，可以看到時序偏移問題已經得到解決。

7 結語

本文基于 Advantest 93k ATE測試儀，詳細介紹了對于在測試中時序偏移造成測試不穩定的 Transition tracking AT E測試方法。這種方法可以解決部分由于時序偏差或是很小波形畸變造成測試不穩定的問題，為 ATE 測試中遇到類似的問題提供一種可測性的解決方案。