基于國產(chǎn)芯片車規(guī)應(yīng)用的測試評價體系研究

摘 要：國產(chǎn)芯片基礎(chǔ)研究薄弱，車規(guī)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足，目前主要應(yīng)用在車窗、照明冷卻系統(tǒng)等相對簡單的控制功能領(lǐng)域。為有效保證國產(chǎn)芯片方案域控制器的可靠性，本文章開展了基于國產(chǎn)芯片車規(guī)應(yīng)用的芯片級別、系統(tǒng)級別、整車級別三層級測試流程，并提出“五維度”案例生成規(guī)則及方法，建立了全類別、全工況、全周期、全參數(shù)的國產(chǎn)車規(guī)芯片測試評價體系，為國產(chǎn)芯片的車規(guī)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)化支撐體系。

關(guān)鍵詞：國產(chǎn)芯片 車規(guī)應(yīng)用 測試評價體系

長期以來，汽車行業(yè)和芯片行業(yè)各自獨(dú)立發(fā)展，芯片產(chǎn)業(yè)人員對汽車行業(yè)應(yīng)用場景理解不到位，進(jìn)一步加劇了國產(chǎn)汽車芯片研而不用的情況，造成研制資源浪費(fèi)，車企不愿讓國產(chǎn)芯片上車的局面。為了保證芯片的可靠性、降低國產(chǎn)芯片在研發(fā)和量產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障的概率、杜絕在量產(chǎn)過程中的失效，需要加大測試相關(guān)的研究。目前國內(nèi)的芯片僅按AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，很難覆蓋芯片應(yīng)用過程的全部場景，本文通過國產(chǎn)芯片車規(guī)應(yīng)用的芯片級別測試和系統(tǒng)級別測試篩選出芯片存在的不足或缺陷。用來指導(dǎo)芯片的改進(jìn)，或者在系統(tǒng)設(shè)計中如何彌補(bǔ)這些不良或者缺陷。通過整車級別的測試來驗(yàn)證國產(chǎn)芯片的可靠性和耐久性。建立一套完整的汽車芯片測試評價體系，對于提升國產(chǎn)芯片的競爭力，保障汽車供應(yīng)鏈安全具有重要意義。

1 芯片級別的測試評價的研究

芯片級別的開發(fā)測試框架和流程如圖1所示，貫穿于芯片設(shè)計、驗(yàn)證、晶圓工藝、封裝工藝等整個產(chǎn)品開發(fā)過程。測試組A負(fù)責(zé)環(huán)境應(yīng)力測試試驗(yàn)，測試組B負(fù)責(zé)加速生命周期模擬測試，測試組C/D 組負(fù)責(zé)驗(yàn)證封裝組裝完整性和晶圓工藝可靠性，測試組E組負(fù)責(zé)電性能驗(yàn)證測試，為產(chǎn)品開發(fā)階段做準(zhǔn)備。測試組F負(fù)責(zé)缺陷篩選測試方法，包括PAT數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法和SBA良率分析方法。測試組G負(fù)責(zé)腔封裝完整性測試，所有流程及測試群組之間互相關(guān)聯(lián)起來，形成芯片可靠性驗(yàn)證的閉環(huán)系統(tǒng)。

本研究在芯片測試中，針對汽車域控制器的應(yīng)用場景進(jìn)行了電氣載荷量級定義和電氣參數(shù)的測試制定。通過域控制器的需求和各種失效值制定電氣加載。表1為域控制器上的一顆功率驅(qū)動芯片的電氣加載情況。在負(fù)載中加入了感性負(fù)載及容性負(fù)載。

2 系統(tǒng)級別的測試評價的研究

實(shí)際域控制器的開發(fā)過程中，從五個維度提出案例生成規(guī)則及方法。

（1）高低溫、耐久性、CAN的物理層、功率模塊的熱性能的測試。

（2）根據(jù)充電場景、EMC、系統(tǒng)ESD等應(yīng)用場景需求進(jìn)行組合測試。

（3）不同芯片組合復(fù)用時的相互影響。

（4）芯片內(nèi)部不同模塊或者功能組合的相互影響。

（5）功能安全和信息安全技術(shù)對于芯片的要求。

2.1 硬件可靠性測試的研究

目前主要從全類別、全工況、全周期、全參數(shù)等幾個方面保證測試的完備性。

2.1.1 全類別

在接口測試、功能測試、電性能測試和環(huán)境測試等常規(guī)測試中，針對國產(chǎn)芯片，補(bǔ)充進(jìn)行以下測試：（1）故障注入測試；（2）最惡劣情況測試；（3）超限測試；（4）耐久測試；（5）壽命測試。

2.1.2 全工況

針對國產(chǎn)芯片，增加全面的測試工況以及各種復(fù)雜的工況組合。包含：供電電壓、溫度、濕度、負(fù)載類型、負(fù)載狀態(tài)等多方面的參數(shù)進(jìn)行組合測試。

2.1.3 全周期

針對國產(chǎn)芯片，進(jìn)行全工作周期的測試，主要包括：復(fù)位狀態(tài)、初始狀態(tài)、上下電狀態(tài)、功能執(zhí)行整個周期內(nèi)行為測試。

2.1.4 全參數(shù)

針對國產(chǎn)芯片在各個測試類別，測試工況以及測試周期所組合形成的測試分組中，進(jìn)行全參數(shù)的觀測：

（1）邊界值；（2）動態(tài)行為_時序；（3）動態(tài)行為_瞬間狀態(tài)；（4）動態(tài)行為_穩(wěn)態(tài)；（5）動態(tài)行為_相互影響；（6）動態(tài)行為_對公共資源的影響。

2.2 軟件可靠性測試的研究

2.2.1 時鐘管理測試

時鐘精度測試：驗(yàn)證處理器的時鐘頻率，包括基本頻率和分頻設(shè)置，是否符合設(shè)計規(guī)格。

時鐘穩(wěn)定性測試：-40℃—125℃的極限環(huán)境下，不同電壓平臺，電壓沖擊等各種工況驗(yàn)證時鐘是否產(chǎn)生漂移。

時鐘源管理測試：驗(yàn)證切換時鐘源的功能，在不同的時鐘源之間切換程序是否穩(wěn)定。

2.2.2 GPIO測試

模式設(shè)置：對每一個IO管腳的方向配置，模式配置（如推挽，開漏），上下拉電阻等對應(yīng)的閾值范圍和輸入輸出狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控測試。

批量測試：對不同管腳同時控制，查看相鄰管腳或者相關(guān)管腳的影響。

性能測試：在高負(fù)載的條件下，不同類型的管腳組合測試，對信號波形，響應(yīng)時間功耗進(jìn)行詳細(xì)的分析和測試。

2.2.3 AD測試

采樣精度測試：每個管腳基于初始化的不同配置和參考電壓進(jìn)行采樣值的精度測試，確保采集精度，采樣率和分辨率在合理范圍內(nèi)。

通道測試：對同一個GROUP中不同通道分別測試，不同GROUP中不同通道的組合測試，結(jié)合硬件管腳layout做相鄰管腳的測試。

溫度測試：在-40℃和125℃下對AD的基本功能，配置，性能進(jìn)行詳細(xì)測試。

2.2.4 通信測試

信號質(zhì)量測試：分析各個通信接口的波形，驗(yàn)證配置和準(zhǔn)確性和抗干擾性。

性能測試：高負(fù)載的工況，-40℃—125℃的通信性能測試。

故障注入測試：模擬通信故障情況，驗(yàn)證處理機(jī)制，如總線恢復(fù)機(jī)制，報錯機(jī)制等。

2.2.5 驅(qū)動測試

輸出閾值和驅(qū)動能力：驗(yàn)證不同供電工況，不同溫度等極限環(huán)境情況下的閾值是否準(zhǔn)確穩(wěn)定，驅(qū)動能力是否能夠達(dá)到最大驅(qū)動功率。

驅(qū)動故障診斷：對各個管腳做開路，短路，過載等相關(guān)的故障組合測試，確保每一路的驅(qū)動故障檢測獨(dú)立性和準(zhǔn)確性。

波形驗(yàn)證：對于pwm等信號的驅(qū)動，除了能滿足功能的測試，還做了波形的分析，響應(yīng)時間的分析驗(yàn)證。

2.2.6 DMA測試

針對不同傳輸方向，數(shù)據(jù)大小，循環(huán)傳輸，確保數(shù)據(jù)不丟失，數(shù)據(jù)位置映射準(zhǔn)確。

驗(yàn)證DMA的觸發(fā)和中斷按預(yù)期功能執(zhí)行。

2.2.7 電源管理

在-40℃和125℃的高低溫不同條件下，對各個激活源做充分的組合測試，包括CAN激活，Lin激活，電平激活等激活方式進(jìn)行不同排列的組合及單獨(dú)測試。

以不同頻率，觸發(fā)下電和上電，結(jié)合極限的溫度環(huán)境做電源的可靠性測試。

2.2.8 定時模塊測試

針對定時模塊的軟件開發(fā)質(zhì)量和可靠性，進(jìn)行開發(fā)機(jī)制評估。

測試定時模塊程序在最大輸入頻率、最小脈寬等，驗(yàn)證頻率和占空比的精度及穩(wěn)定性等邊界條件下的行為。

高負(fù)載條件下，測試定時模塊處理任務(wù)的延遲和抖動。在-40℃和125℃之間測試極限工況下處理能力的實(shí)時性。

各個通道的獨(dú)立性：對不同的通道做組合測試，驗(yàn)證相鄰?fù)ǖ阑蛳嚓P(guān)通道的影響。

2.2.9 Overlay

Overlay Ram及Flash全地址范圍驗(yàn)證，并進(jìn)行單通道長地址區(qū)間測試、多通道連續(xù)地址空間測試、多通道重疊地址空間測試、多通道不連續(xù)地址空間測試。

2.2.10 AB分區(qū)

在A區(qū)運(yùn)行的情況下測試擦寫B(tài)區(qū)FLASH，在B區(qū)運(yùn)行的情況下擦寫A區(qū)FLASH。

相同程序分別運(yùn)行在A/B區(qū)是否功能正常，在中斷的情況下切換分區(qū)是否正常。

同一上電周期多次操作切換A/B分區(qū)，復(fù)位時是否會使用最后一次設(shè)置的分區(qū)。

2.2.11 存儲

對EEPROM的設(shè)定區(qū)域進(jìn)行上電寫入，掉電數(shù)據(jù)驗(yàn)證測試。不同的溫度條件下，驗(yàn)證EEPROM的讀寫功能是否正常。

EEPROM進(jìn)行長時間不間斷的讀寫，測試EEPROM的極限讀寫壽命。

3 整車級別的測試評價的研究

在真實(shí)的駕駛條件進(jìn)行汽車芯片與整車的匹配試驗(yàn)。

（1）環(huán)境適應(yīng)性測試：在整車高溫、低溫、高濕、高原等工況下的汽車芯片性能。

（2）擁堵路段模擬：在長時間怠速和頻繁啟停的工況，測試汽車芯片在高負(fù)荷和高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性。

（3）電磁兼容性測試：在密集的電子設(shè)備環(huán)境中，評估汽車芯片在復(fù)雜電磁環(huán)境下的抗干擾能力。

（4）耐久性測試：在長時間的運(yùn)行及怠速工況下，評估汽車芯片的長期可靠性和壽命，評估芯片的長期耐久性和老化特性。

（5）振動和沖擊測試：在車輛遇到的振動和沖擊的工況，測試芯片的機(jī)械穩(wěn)定性。

（6）安全性能測試：測試汽車芯片在故障情況下能夠安全地關(guān)閉或進(jìn)入安全模式。

4 結(jié)論

本文建立了基于芯片、系統(tǒng)、整車三個級別的芯片測試評價體系，從五個維度提出了案例生成規(guī)則及方法，幫助國產(chǎn)芯片企業(yè)快速迭代，開發(fā)周期縮短3個月以上，提高了全國產(chǎn)域控制器應(yīng)用領(lǐng)域及量產(chǎn)可靠性，為“中國芯”的車規(guī)應(yīng)用以及技術(shù)和產(chǎn)品快速迭代建立了基礎(chǔ)化支撐體系。

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