一种集成电路产品测试系统的设计与实现

一种集成电路产品测试系统的设计与实现
曹维国1，邓中亮1，王峥2
1北京邮电大学电子工程学院，北京 (100876)
2凤凰微电子（中国）有限公司，北京 (100084)
E-mail：Weiguo.cao@
摘要：本文回顾了数字集成电路的测试技术；分析了该项技术在对SIM形式封装的数字集成电路测试中的缺陷和不足；针对目前的测试系统的单一和性能价格比例偏低的情况提出了一种新型的综合测试系统，详细介绍了该系统的工作原理及组成，讨论了该系统的软硬件设计方案，总结了其优点。

关键词：用户识别模块，集成电路，测试系统，精密测量单元
1.引言
数字集成电路测试的目的在于检测集成电路的故障并对检测到的故障进行定位、生成测试报告并对故障进行分类汇总以用于缺陷分析。

从测试技术上分可分为测试生成技术、响应鉴别技术、测试仪技术和易测设计技术等。

从测试方法上分可分为人工测试和穷举测试法、ATPG (自动测试图形生成)、DFT (Design For Test，可测性设计)、 BST (边界扫描测试)和BIST (Build In Self Test，内建自测试)[1]等。

从阶段可分为设计阶段测试、生产阶段测试和产品测试[2]。

测试技术和测试方法具有通用性和共用性，而阶段性测试则跟被测对象的不同会衍生不同的测试系统尤其是在产品测试阶段[3]。

设计阶段测试可借助强大的EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）工具，生产阶段的测试由集成电路制造商完整的制造体系来保证，但是封装后的数字集成电路的外形各种各样，管脚有多有少，尤其是对SIM （Subscriber Identity Module，用户识别模块）形式封装的数字集成电路的产品外部只有8个管脚可以利用，从而造成了该类产品测试阶段通用性和专用性的矛盾。

目前针对SIM封装形式的数字集成电路进行产品测试的系统十分稀缺且都具有共同的不足：
1)没有补偿电路，无法进行回零测试；
2)只能进行电气性能的开短路和漏电流测试，无法进行加压测流和加流测压；
3)只能进行电气性能的测试，无法完成逻辑功能的测试；
4)价格比较高。

结合SIM封装形式的数字集成电路产品测试系统的要求和企业产品的具体应用进行设计开发了一套专用测试系统，实现对SIM封装形式的数字集成电路的逻辑功能测试和电气性能测试，并对测试的结果进行汇总分析形成报告以用于缺陷分析。

2.系统介绍
本测试系统由控制计算机﹑测试电路和测试适配器三部分组成.适用于SIM封装形式下的集成电路的开短路测试﹑工作电流测试﹑输入管脚漏电流测试﹑输出电平测试和基本逻辑功能测试。

并且具备16个芯片的并行测试能力。

系统框架图如图1所示：
图1 系统框架图
本测试系统的核心测试程序烧录在MCU（Micro Controller Unit，微控制单元）上[4]，可以保证高效而又准确的对SIM进行电气性能的测试；PMU（Power Management Unit，精密测量单元）和DSP（Digital Signal Processing，数控电源）是本测试系统的核心部分，准确地为需要测试的管脚提供可编程电压、电流，并执行MCU的指令进行加压测流和加流测压；继电器矩阵则在上位机的控制下进行管脚的切换以完成测试逻辑功能模块和测试电气性能功能模块的切换，丰富测试系统的逻辑功能测试。

上位机完成对测试系统的控制，发送测试指令，接收测试结果并对结果进行判断，对不合格的产品的测量数据进行汇总和分析形成测试报告。

3.测试技术
3.1 逻辑功能测试
对SIM产品的逻辑功能测试即ATR（Answer To Reset，复位应答）测试。

ATR是SIM 对复位的响应而发送的一序列字节，它包括着与SIM传输协议有关的参数信息，这些信息是由SIM制造商预先写在SIM的ROM里的。

ATR要求的时序图如图2（图2中各管脚名称见表1）[5]：
图2 ATR时序图
表1 SIM管脚名称表
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8
V CC RST CLK RFU GND V PP I/O RFU 3.2 电气性能测试
在进行电气性能测量之前测量系统会首先执行回零操作进行系统自身的校准。

本测试系
统采用12位A/D、D/A、分档和开尔文接发等手段来实现高精度测量。

主要的测量方法采
用FVMI（Force Voltage Measure Current，加压测流）、FIMV（Force Current Measure Voltage，
加流测压）和FVMV（Force Voltage Measure Voltage，加压测压）。

详细测量值、响应速度和分辨率要求范围请参阅参考文献[6]
，本文不进行详细说明。

4.软件设计
4.1 软件架构
以PC作为主机采用PCI扩展串口卡控制16个模块进行MOD1（电气性能测试模块）
和MOD2（SIM逻辑测试模块）两种模式的测试。

测试系统集成环境在Visual C++6.0下开
发完成，对话框为基本骨架，界面友好，可扩展性与可维护性都比较好。

图3 软件组织框架图
4.2 数据传输协议
表2数据传输协议
帧头AAH 地址字节后跟数据字节数N N-1个字节数据和校验字节
帧头AAH：作为一帧数据的开始地址字节：对应每个set的标志
后跟数据字节N：后面共有N字节的数据N-1个字节数据：测试数据体
校验字节：校验值[7]
5.结论
本文从产品测试的角度出发，结合了具体的SIM封装形式的数字集成电路的特殊要求，综合了逻辑功能测试和电气性能测试，在广泛调研、深人研讨和多次改版试验的基础上给出了基于SIM封装形式的数字集成电路的产品的测试方案。

不仅从设计的角度进行理论论证和从实用的角度进行分析，而且最终形成产品并在企业实际生产中得到了实践验证。

从实际生产的应用中再次证明了本系统能够高效准确地完成对不合格产品的筛选，并把不合格产品的故障进行定位，对不合格产品的故障类型进行分类汇总。

同时本测试系统的较低的成本和良好的可扩展性也为大规模的推广应用奠定了基础。

参考文献
[1]Steininger A．Testing and built-in self-test-A survey[J]．Journal of Systems Architecture，2000，46：721．747
[2]Michael L. Bushnell, Vishwani D. Agrawal, 《超大规模集成电路测试》[M]．北京：电子工业出版是，2005
[3]杨之廉．《集成电路导论》[M]．北京：清华大学出版社, 2003
[4]何立民．《单片机高级教程》[M]．北京：北京航空航天大学出版社, 2001
[5]Wolfgang Rankl, Wolfgang Effing, 《智能卡大全》[M]．北京：电子工业出版是，2002
[6]中华人民共和国国家标准．《识别卡测试方法》GB/T 17554.3-2006[M]．北京：中国标准出版社，2006
[7]李现勇．《Visual C++串口通讯技术与工程实现》[M]，北京：人民邮电出版社，2002
An IC Testing System
Cao Weiguo1，Deng Zhongliang1，Wang Zheng2
1 Electronic Engineering School，Beijing University of Posts and Telecommunications，Beijing
(100876)
2 Phoenix Microelectronics (China) Co., Ltd.，Beijing (100084)
Abstract
This article briefly reviews the IC testing technology, and analyzes the disadvantages and limitations when it is applicable to the testing of ASIC packaged in SIM; meanwhile this article suggests a new integrated IC tesing system in order to improve the singleness and low performance-price ratio of the current testing system, then detailed illustrates the operation principle and structure of this new testing system and presents its software and hardware design solution as well as the system advantages. Keywords: SIM，IC，testing system，PMU。