實時測試波形采顯技術的研究

尚磊，李杰

（集成電路測試技術北京市重點實驗室，北京自動測試技術研究所，北京，100088）

實時測試波形采顯技術的研究

尚磊，李杰

（集成電路測試技術北京市重點實驗室，北京自動測試技術研究所，北京，100088）

介紹了兩種傳統等效采樣的意義、原理和方法，指出其局限性，在精準測量上存在難度并分析了其原因，提出了實時測試波形采顯技術的研究，通過找準跳變點及時間延兩方面，結合芯片電學性能和結構特點，快速開發出芯片的測試程序。

等效采樣；實時采樣；波形采顯

0 引言

示波器已經在生產、維修、測試以及科學研究領域中得到了極其廣泛的應用。它可以用來觀察和測量隨時間變化的電信號圖形，可以定性的觀察電路的動態過程，如觀察電壓、電流的變化過程，還可以定量測量各種電參數，例如測量脈沖幅值、上升時間、重復周期或者峰值電壓等。能夠直接對被測電信號的波形進行顯示和測量，并對測量結果進行運算、分析和處理。

隨著超大規模集成電路工藝的不斷提高，如何省時省力的做好測試方面的工作是重中之重，因此迫切需要一種新的技術來降低芯片測試程序開發的難度，并提高效率?；谝陨显?，本論文在研究兩種等效采樣技術的技術上，著重研究實時測試波形采顯技術，通過對原有的BC3192V50數模混合集成電路測試系統上相關軟件的學習，設計出一款可以應用到新的測試系統上的軟件，對器件的有關參數，如輸出高電平電壓、輸入低電平電流等進行實時的采集和顯示，進而分析處理，最后對芯片進行邏輯功能、電學性能測試等，從而提高編程效率，實現芯片的在線編程與測試，極大提高編程效率。

1 等效采樣技術的基本原理

等效采樣技術的發展經歷了一個過程，早期的等效采樣技術一般采用順序等效采樣，隨著技術的不斷發展，又提出了隨機等效采樣的概念。

1.1 順序等效采樣的基本原理

多周期采樣中，采樣點的采集按照一個固定的次序進行。每到來一個新的觸發事件就采集一個采樣點。并將采樣值填寫到當次存儲位置上去，為了填滿一個完整的波形記錄，記錄中有多少個存儲位置就需要有多少個觸發時間[1]。

其關鍵之處在于：實現一種方案，控制多周期采樣中的采樣點與觸發點的間隔時間差，并按照采樣次序將此時間差等間隔延長。其原理簡單，等效速度快，采樣點以時間為順序，易于實現波形恢復。但是這種采樣方式有一定的局限性，只能夠對觸發點之后的信號進行采樣，無法采樣到觸發點之前的信號，即無法實現波形的預采樣，降低了實用性[2]。

1.2 隨機等效采樣技術的基本原理

隨機等效采樣技術是在順序等效采樣技術的基礎上發展而來的，在采樣信號連續工作情況下，輸入信號在滿足觸發條件后產生觸發信號，如果能將觸發信號與下一次采樣點之間的時間間隔（這個時間間隔小于一個采樣信號周期）進行測量，就能得到觸發點后小于一個采樣信號周期的波形點的信息[3]。如果所有時間點上的采樣事件都發生，就可以采集完成小于一個采樣信號周期的波形的信息，通過對隨機產生的采樣數據的位置重新整理，就能將這段波形進行復現，從而實現等效采樣[4]。隨機等效采樣的基本原理如圖1所示。

圖1 隨機等效采樣原理

以上兩種等效采樣技術都存在一定的局限性，做到精準測量有較大難度，因此，對BC3192V50測試系統的波形采顯技術，應該找到新的方法。

2 系統資源介紹

BC3192V50系統是基于當前國際先進VXI總線的數字集成電路測試系統，采用模塊化結構設計，每通道板可提供32路管腳電路，系統最大配置為8塊通道板，256路測試通道。最大測試速率為50MHz(非復用)，系統具有每4通道一路PMU 的多PMU特性[5]。

采用本系統對芯片的測試程序的研發主要在兩個方面：驅動比較電壓和響應時間集合。

2.1 驅動/比較電壓

每塊通道卡有32個測試通道和8組電壓值（每連續的四個測試通道共用一組電壓，voltage set1對應測試通道ch0～3，voltage set2對應ch4～7……以此類推）。除voltage set1外，其余所有set的四個電壓值如果全為零，則默認為其余所有set與voltage set1使用相同的定義值；除voltage set1外，其余所有set的四個電壓值若某一項不為零，則默認為其余所有set的四個電壓值為其所顯示在界面上的值。

驅動/比較電壓的正確設置與否直接關系到芯片的功能測試是否通過，因此，開發芯片的測試程序首先要找準電壓跳變點。如下圖2所示。

圖2 驅動/比較電壓界面

2.2 響應時間集合

主要用于控制測試儀對輸出信號的采樣時間，通過上升沿和下降沿的時間的選擇來實現。通過設置上升沿下降沿，可以清楚顯示波形圖，方便芯片測試程序的調試和開發。如下圖3所示。

圖3 響應時間界面

2.3 矢量定義界面

矢量定義界面主要用于定義所測芯片的測試程序的測試圖形矢量，用以完成芯片的功能測試。左側是圖形矢量的矢量號，表示矢量的相對地址，界面的頂部按“管腳定義”界面定義的管腳順序顯示各field名稱，列表的第一列“Ins”欄表示的是指令，用于控制矢量圖形的運行。中間部分表示矢量圖形，紫色表示輸入矢量，綠色表示輸出矢量。下部的“起始向量”框可以選擇第一行顯示向量的向量號，“失效顯示”復選框決定是否顯示測試后失效的向量，進行一次測試后如果功能測試失效，可通過“查看下一失效”按鈕依次查看所有的失效行。

3 實時測試波形采顯技術的研究

在BC3192V50測試系統中，開發一個芯片的測試程序，主要研究兩方面內容：驅動比較電壓以及響應時間。

（1）找出跳變點

在找出跳變點之前，必須對所測芯片的數據手冊分析清楚，確定某時某刻某一管腳輸入輸出的是高電平還是低電平等。測試方法如下。

設置比較電壓為0v，對芯片進行功能測試，保存測試結果。在一個周期內連續采樣30次，畫出波形。參照芯片測試手冊對矢量定義界面的測試結果進行分析。如果在該電壓下，芯片某管腳本該輸出低（高），結果輸出高（低），說明施加的電壓不夠，設置0.1V繼續進行功能測試并分析。直到出現在V1情況下，輸出結果與預期結果相同，那么該電壓V1就是跳變點。

我們以74F138為例，設置比較電壓都為0，得到如下測試結果，芯片功能測試fail，通過翻閱芯片測試手冊，發現管腳～0輸出與實際不符合，本該輸出低電平，結果輸出高電平，因此，需要逐步增加驅動比較電壓，使測試結果與芯片手冊一致，最后經過反復實驗和測試對比，確定跳變點為1.4v。

圖4 0v電壓下測量結果

（2）設置比較沿

實際的芯片測試程序開發過程中總會遇到各種電磁干擾等，導致測得波形不夠清晰明了。前文已經講到BA3192V50的系統資源，其中時間沿與波形的清晰度密切相關。因此，需要找準合適的上升沿和下降沿。其設置方式與找跳變點類似，由0～10ns慢慢遞加反復對比，找出在某一時段下的最清晰的波形圖。每10ns遞加，多次測量。如下圖所示，即為上升沿40ns，下降沿90ns的波形圖。

（3）測試結果

經過多次測量，分別找到跳變點1.4V以及上升沿下降沿40～90ns，如下圖所示即為測試結果：

圖5 調試時間沿后的波形圖

圖6 測試結果

4 結論

本設計根據采樣原理，實現了實時測試波形，極大提高了芯片測試程序的開發速度。通過尋找跳變點確定芯片的驅動比較電壓，通過調試時間延，確保波形圖更加清晰方便判斷。測試結果表明，實時測試波形采顯技術的研究，可以更好的應用于芯片測試程序的開發。

[1] 沈蘭蓀.高速數據采集系統的原理與應用[M]．北京.人民郵電出版社.1995．

[2] 石明江.100MHz數字存儲示波器等效采樣的研究[D].碩士學位論文.電子科技大學.2006.

[3] 雷武虎.VXI等效采樣示波器模塊的設計方法[J].數據采集與處理.2001.

[4] 陳峰.實時信號數據采集系統的研究與設計[D].上海交通大學,2010.

[5] Robin G. Qiu. RFID-enabled automation in support of factory integration[J].Robotics And Computer-Integrated Manufacyuring.2007.

Real time test waveform extraction technology research

Shang Lei ,Li Jie
(Beijing Key Laboratory of Integrated Circuit Testing Technology, Beijing Institute of Auto-Testing Technology, Beijing,100088)

This paper introduces the significance, principle and method of two traditional equivalent samples, pointing out its limitations, there is difficulty in measuring accuracy and analyzing the reasons,the paper presents the research of the real-time test waveform extraction technology, by looking for the jump and the time delay, combined with the performance and structure of the chip, quickly develop a chip test program.

The equivalent sampling; Real-time sampling; Waveform mining show

尚磊（1989-），碩士研究生，畢業于中國礦業大學（北京），研究方向集成電路。