IC测试基本原理与ATE测试向量生成

集成电路测试（IC测试）主要的目的是将合格的芯片与不合格的芯片区分开，保证产品的质量与可靠性。随着集成电路的飞速发展，其规模越来越大，对电路的质量与可靠性要求进一步提高，集成电路的测试方法也变得越来越困难。因此，研究和发展IC测试，有着重要的意义。而测试向量作为IC测试中的重要部分，研究其生成方法也日渐重要。

1 IC测试

1.1 IC测试原理

IC测试是指依据被测器件（DUT）特点和功能，给DUT提供测试激励（X），通过测量DUT输出响应（Y）与期望输出做比较，从而判断DUT是否符合格。图1所示为IC测试的基本原理模型。

根据器件类型，IC测试可以分为数字电路测试、模拟电路测试和混合电路测试。数字电路测试是IC测试的基础，除少数纯模拟IC如运算放大器、电压比较器、模拟开关等之外，现代电子系统中使用的大部分IC都包含有数字信号。

图1 IC测试基本原理模型

数字IC测试一般有直流测试、交流测试和功能测试。

1.2功能测试

功能测试用于验证IC是否能完成设计所预期的工作或功能。功能测试是数字电路测试的根本，它模拟IC的实际工作状态，输入一系列有序或随机组合的测试图形，以电路规定的速率作用于被测器件，再在电路输出端检测输出信号是否与预期图形数据相符，以此判别电路功能是否正常。其关注的重点是图形产生的速率、边沿定时控制、输入/输出控制及屏蔽选择等。

功能测试分静态功能测试和动态功能测试。静态功能测试一般是按真值表的方法，发现固定型（Stuckat）故障。动态功能测试则以接近电路工作频率的速度进行测试，其目的是在接近或高于器件实际工作频率的情况下，验证器件的功能和性能。

功能测试一般在ATE（Automatic Test Equipment）上进行，ATE测试可以根据器件在设计阶段的模拟仿真波形，提供具有复杂时序的测试激励，并对器件的输出进行实时的采样、比较和判断。

1.3交流参数测试

交流（AC）参数测试是以时间为单位验证与时间相关的参数，实际上是对电路工作时的时间关系进行测量，测量诸如工作频率、输入信号输出信号随时间的变化关系等。常见的测量参数有上升和下降时间、传输延迟、建立和保持时间以及存储时间等。交流参数最关注的是最大测试速率和重复性能，然后为准确度。

1.4直流参数测试

直流测试是基于欧姆定律的，用来确定器件参数的稳态测试方法。它是以电压或电流的形式验证电气参数。直流参数测试包括：接触测试、漏电流测试、转换电平测试、输出电平测试、电源消耗测试等。

直流测试常用的测试方法有加压测流（FVMI）和加流测压（FIMV），测试时主要考虑测试准确度和测试效率。通过直流测试可以判明电路的质量。如通过接触测试判别IC引脚的开路/短路情况、通过漏电测试可以从某方面反映电路的工艺质量、通过转换电平测试验证电路的驱动能力和抗噪声能力。

直流测试是IC测试的基础，是检测电路性能和可靠性的基本判别手段。

1.5 ATE测试平台

ATE（Automatic Test Equipment）是自动测试设备，它是一个集成电路测试系统，用来进行IC测试。一般包括计算机和软件系统、系统总线控制系统、图形存储器、图形控制器、定时发生器、精密测量单元（PMU）、可编程电源和测试台等。

系统控制总线提供测试系统与计算机接口卡的连接。图形控制器用来控制测试图形的顺序流向，是数字测试系统的CPU.它可以提供DUT所需电源、图形、周期和时序、驱动电平等信息。

2测试向量及其生成

测试向量（Test Vector）的一个基本定义是：测试向量是每个时钟周期应用于器件管脚的用于测试或者操作的逻辑1和逻辑0数据。这一定义听起来似乎很简单，但在真实应用中则复杂得多。因为逻辑1和逻辑0是由带定时特性和电平特性的波形代表的，与波形形状、脉冲宽度、脉冲边缘或斜率以及上升沿和下降沿的位置都有关系。

2.1 ATE测试向量

在ATE语言中，其测试向量包含了输入激励和预期存储响应，通过把两者结合形成ATE的测试图形。这些图形在ATE中是通过系统时钟上升和下降沿、器件管脚对建立时间和保持时间的要求和一定的格式化方式来表示的。格式化方式一般有RZ（归零）、RO（归1）、NRZ（非归零）和NRZI（非归零反）等。

图2为RZ和R1格式化波形，图3为NRZ和NRZI格式化波形。

图2 RZ和R1数据格式波形

图3 NRZ和NRZI数据格式波形

RZ数据格式，在系统时钟的起始时间T0，RZ测试波形保持为"0"，如果在该时钟周期图形存储器输出图形数据为"1"，则在该周期的时钟周期期间，RZ测试波形由"0"变换到"1"，时钟结束时，RZ测试波形回到"0"。若