基于ATE的通用源表程控系統設計與驗證

摘要：當ATE機臺進行集成電路測試時，系統會存在芯片的電參數測試條件超出ATE機臺配置板卡資源的情況。因此，文章利用通用源表具備高性能測試指標的特點，設計基于ATE機臺的通用源表程控系統。系統與ATE機臺只須通過簡單連接且無須編寫復雜程控指令便可實現程控。系統可動態更改外接源表的功能配置與參數測試項順序，輔助ATE機臺完成連續自動測試。源表采集的測試數據可直接回傳至ATE機臺測試數據UI界面進行參數卡限判斷。經實驗驗證，通用源表程控系統使得基于ATE的程控外接源表搭建更加簡潔，測試操作更加便捷，芯片測試效率顯著提升。

關鍵詞：ATE測試；源表程控；參數測試；系統設計

中圖分類號：TP23" 文獻標志碼：A

0 引言

隨著集成電路產業的高速發展，目前部分芯片的電參數所要求的測試條件很高，此時就會存在自動試驗設備（Automated Testing Equipment，ATE）機臺的配置資源無法直接完成芯片電參數測試的情況。針對上述情況，行業內采用的常規解決辦法是ATE機臺外接各類型的通用源表［1］，在對應機臺的程序編譯環境下編寫程控指令調用各類型源表實現測試［2-3］。但是由于通信接口不同，常見的有USB、網口、GPIB接口等，程控指令的代碼編寫大相徑庭；并且由于ATE機臺的差異，所編寫的程控指令采用截然不同的編程語言與編程方式，這就會導致在基于ATE機臺程控外界源表進行實驗時，操作十分煩瑣，調試較為困難［4-5］。

測試程序開發人員在進行源表程控時，常用的控制協議是可編程儀器標準命令（Standard Commands for Programmable Instruments，SCPI）。SCPI指令集是以IEEE 488.1和IEEE 488.2標準為基礎［6-7］、以ASCII字符組成的標準儀器命令語言。SCPI指令集定義了一套用于控制可編程儀器的標準語法命令格式，在各大儀器廠商間普遍使用，是現在控制可編程儀器的重要標準［8-10］。

本文設計的基于ATE的通用源表程控系統，同樣使用SCPI指令集作為源表程控的通信協議。此系統設計分為軟件和硬件部分：軟件部分用于配置源表的功能設置，參數測試項及測試順序的設置，并且將SCPI控制指令下發至硬件部分；硬件部分用于連接各類型通用源表，并向源表轉發SCPI命令用于程控［11］。源表返回的測試數據將通過網線反饋至硬件部分的存儲單元內進行存儲。ATE測試機臺編程軟件讀取源表測試數據并將測試數據上傳至UI界面進行卡限判斷。經實驗測試，基于ATE的通用源表程控系統極大地簡化了工程測試人員搭建程控系統的工作量，縮短了測試開發人員的程控代碼調試時間，顯著提升了集成電路的測試效率。

1 總體設計方案

通用源表程控系統總體設計如圖1所示，主要包含4個部分：源表程控上位機軟件、綜合控制器、ATE測試機和各類型源表。

在通用源表程控系統運行前，通過源表程控上位機軟件提前將各類型源表的SCPI指令集成在源表上位機軟件協議庫（MySQL數據庫）中，同時錄入源表程控自動配置裝置的SCPI協議庫（嵌入式驅動庫）中，使得二者在簡單協議通信時能進行關聯。

通用源表程控系統運行過程如下：（1）系統在源表程控上位機軟件對外接源表執行功能及順序進行配置和編碼，并將編碼后的“SCPI”程控命令集發送給源表程控自動配置裝置的SCPI收發模塊。（2）指令隔離模塊對ATE機臺發送的調用指令進行隔離，源表程控主控模塊根據調用指令按順序調用外接源表SCPI指令，同時向ATE測試機臺上位機軟件反饋SCPI指令的調用狀態，并將調用的SCPI指令通過路由器模塊傳遞至源表網口；此時，外接源表會根據接收SCPI指令進行測量工作，并將測試數據通過路由器模塊返回至源表程控主控模塊；同時，LCD顯示模塊會實時顯示調用指令、SCPI指令調用狀態、外接源表測試狀態。（3）源表程控主控模塊將測試數據通過SCPI收發模塊上傳至源表程控上位機軟件。（4）源表程控上位機軟件根據上位機軟件協議庫中的SCPI協議對測試數據進行解碼，并將解碼后得到的測試數據存儲于測試數據保存模塊中。（5）ATE測試機臺編程軟件讀取源表程控上位機軟件存儲的外接源表測試數據，并同步上傳至ATE機臺測試數據UI界面用于所測試電參數的卡限判斷。

源表程控上位機軟件的代碼執行流程如圖2所示。若源表程控上位機軟件是配合ATE機臺實現多個或者單一特殊電參數的自動測試，源表程控上位機軟件可以配置外接源表測試中常見的SCPI命令，并配置多個指令序列，然后根據ATE機臺的調用IO電平觸發指令實現程控操作。具體流程是：ATE測試機設定m根控制IO口與源表程控自動配置裝置進行連接，則理論上可加載的SCPI程控命令有2m個（eg：6根線，理論上可加載64個SCPI程控命令），m根控制線施加不同的高低電平，從000…000到111…111，每一個數值對應一個SCPI程控命令，ATE測試機施加電平信號到源表程控自動配置裝置，配置系統接收電平信號后將電平信號轉換為數字標識符，然后把標識符對應的SCPI指令搜索篩選出來，并通過路由器模塊將SCPI指令按順序發送給外接源表，外接源表收到SCPI指令后執行測試工作，再將測試數據經源表程控自動配置裝置回傳至源表程控上位機軟件，ATE測試機臺上位機軟件讀取測試數據后進行卡限判斷。ATE測試完畢后重新發送控制調用IO電平指令加載新的SCPI指令，如此往復直到所有特殊電參數完成測試，從而達到通過不同類型外接源表輔助ATE機臺完成特殊電參數測試的目的。

若源表程控上位機軟件只用于單獨儀表的程控，實現單次數據查詢指令的發送或者期望激勵的施加，則單一程控讀取的數據經過源表程控主控模塊轉發給ATE機臺的上位機軟件，由ATE機臺的上位機軟件記錄測試數據。并且，期望激勵的施加為單向操作，ATE機臺的上位機軟件發送指令后，對應信號源執行相應操作，完成期望激勵施加，程控流程結束。

2 驗證測試

驗證測試以NorFlash芯片HWD29GL01GP作為被測樣件進行實驗，該芯片的A9引腳輸入負載電流須要施加12.5 V電壓進行加壓測流，參數卡限上限為35 μA。所用源表為德科技高精度臺式電源B2902B，同時，采用國際通用測試機臺進行驗證測試。

本次源表執行的功能是加壓測流，配合ATE機臺完成自動測試。首先，設置數字標識符為“0”，所代表的功能是設置源表功能為電源通道1施加電壓12.5 V，電流閾值為1 A，施加電壓并測量芯片輸出的電流；然后，將ATE機臺通過網線和電導線與綜合控制器相連接，源表通過網線直接與綜合控制器相連接。

實驗開始，首先ATE直接運行相應測試項，機臺硬件板卡上的IO通道發送數字標識符“0”綜合控制器；綜合控制器解碼數字標識符“0”對應的SCPI指令，并將SCPI指令發送給指定源表。其次，綜合控制器成功控制高精度臺式電源通道1施加12.5 V電壓并測得電流數據為4.37795 μA。再次，ATE測試機編程軟件讀取測試數據并同步將測試數據上傳至ATE機臺測試數據UI界面用于參數測試卡限判斷。最后，經判斷測試結果在合格卡限范圍內，測試項最終顯示“PASS”，同時源表程控上位機軟件也會記錄測試數據。

綜合上述實驗情況，基于ATE的通用源表程控系統整體測試環境搭建十分簡潔，源表程控上位機軟件完成通用源表的功能配置與測試項順序設置非常便捷，最終測試數據上傳高效穩定。上傳的測試數據表明，基于ATE的通用源表程控系統驗證測試通過。

3 結語

基于ATE的通用源表程控系統成功實現了高精端臺式電源的程控，并完成加壓測流的預設功能，測試數據符合測試參數卡限，實驗驗證測試通過。根據驗證實驗所達到的效果，通用源表程控系統使得基于ATE的程控外接源表搭建更加簡潔，測試操作更加便捷，芯片測試效率顯著提升，具備較高的工程應用價值。

參考文獻

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（編輯 王雪芬）

Design and verification of universal source table program control system based on ATE

LIAO" Yong， BAI" Yang， LI" Jiajun， XIE" Dongcai， HUO" Xinyao

（China Aerospace Science amp; Industry Corp Defense Technology Ramp;T Center， Beijing 100854， China）

Abstract： When testing integrated circuits on ATE machines， the test conditions of the chip’s electrical parameters will exceed the board resources of ATE machines. Therefore， the program control system based on ATE machine is designed by using the characteristics of universal source table with high performance test index. The system and ATE machine can be programmed through simple connection and without writing complex program control instructions. The system can dynamically change the function configuration of the external source table and the sequence of parameter test items to assist the ATE machine to complete continuous automatic test. The test data collected by the source table can be directly sent back to the test data UI interface of the ATE machine for parameter card limit judgment. The experiment proves that the universal source table program control system makes the ATE based program control external source table more concise， test operation more convenient， and significantly improves the chip test efficiency.

Key words： ATE test; source table program control; parameter test; system design

作者簡介：廖勇（1995— ），男，工程師，碩士；研究方向：元器件可靠性。