集成电路综合自动测试系统硬件平台设计

丁新

天津科力技术有限公司  300000

摘要：集成电路作为信息技术等领域的基石，是各类战略性新兴产业发展的关键基础。集成电路测试贯穿集成电路设计、制造、封装、应用整个过程，根据不同环节的不同，可以分成设计验证测试、工艺监控测试、圆片测试、成品测试、可靠性测试和用户测试；根据测试电路对象不同，可以分为针对低集成度、单一功能芯片的专用低端设备，针对高集成度、低功耗新型SOC类芯片的测试设备，以及针对高性能DSP、高端SOC芯片设备。下面，文章就集成电路综合自动测试系统硬件平台设计展开论述。

关键词：集成电路；测试系统；硬件平台

1研究背景

党的二十大报告提出：“推动战略性新兴产业融合集群发展，构建新一代信息技术、人工智能、生物技术、新能源、新材料、高端装备、绿色环保等一批新的增长引擎”。集成电路作为信息技术等领域的基石，是各类战略性新兴产业发展的关键基础。

2022年，国家发展改革委、教育部、财政部、商务部等多个国家部委就集成电路产业税收优惠、推进基础电路领域人才培养、打造集成电路企业和产品市场准入平台等多个方向发布了各类支持政策。2021年，国务院发布的《“十四五”数字经济发展规划》中指出，瞄准传感器、量子信息、网络通信、集成电路等战略性、前瞻性领域，提高数字技术基础研发能力。完善5G、集成电路、新能源汽车、人工智能、工业互联网等重点产业链供应链体系[1]。

针对当前国内集成电路产业快速发展的现状，为进一步提升国产高性能集成电路测试设备水平、满足产量不断提升的高性能国产集成电路设计验证、量产测试等测试需求，研制国产超大规模集成电路综合自动测试系统，未来可有效满足国产超大规模集成电路测试需要。

2系统总体设计

超大规模集成电路综合自动测试验证系统主要包含硬件平台、软件平台。硬件平台作为基础支撑平台，提供被测试集成电路所需的硬件测试资源。软件平台作为实现测试验证的基础软件环境。超大规模集成电路综合测试验证系统总体组成框图如图1所示。

图1系统总体组成图

硬件平台包含测试头、配电监控分系统、显控分系统、自检校准分系统等四部分。具体组成如图2所示。

图2硬件平台基本组成框图

2.1显控分系统

主要包含主控工作站、矢量转换工作站、网络设备等；主控工作站部署自动测试软件，矢量转换工作站部署矢量转换软件，显控分系统内部通过LAN网络实现互联；主控工作站通过适配卡与PXIE仪器连接，实现仪器的控制信息和数据信息交互，通过LAN、GPIB等接口控制外挂式仪器。

2.2测试头

主要包含基于PXIe总线的测试仪器等。测试头通过PXIe总线外挂式控制器连接主控工作站的适配卡，基于PXIe总线接收控制信息、上传测试数据信息；PXIe总线背板接收各模块的温湿度、用电信息等；状态监控单元采集测试头其他部分的运行状态信息并将信息上传到配电监控分系统；测试头内所有的硬件资源汇集到DIB接口板，通过接口板完成与被测芯片的测试接入适配功能。

2.3配电监控分系统

配电单元：外部供电分成两路，一路用于液冷单元供电，另一路接入稳压配电单元，进行稳压和AC/DC转换，分别用于显控分系统、测试头等供电；监控显示单元：实现AC/DC电源的输出监测、测试头内部状态监控信息读取、PXIE背板数据读取，并实现上述信息的显示、本地存储和报警功能；根据主控计算机的查询等指令，实现基于LAN的数据上传功能。

2.4自检校准分系统

主要包含外部校准仪器、内部校准仪器和自检校准DIB等。仪器通过LAN/GPIB等与主控工作站相连，自检校准DIB通过RS485与主控工作站相连。测试头中的仪器、校准仪器和DIB均在自检校准软件的控制下，配合完成自检校准。各分系统组成与接口关联如图3所示。

图3硬件平台分系统接口关系

3测试系统集成与校准方案

3.1测试系统集成方案

测试头是测试系统的核心单元。测试头集成安装PXIe总线仪器模块、液冷内循环单元、测试接入装置、风冷单元、监控单元、线缆网等。其中，测试接入装置包含测试头对接锁紧装置、测试接口板动力对接装置、测试接口板（含测试插座）组成，通过测试连接装置实现测试头硬件资源通道与测试接口板的资源信号转接，通过测试插座实现对多类型集成电路的测试安装。

测试接入装置安装在测试头顶端，其下部通过线缆与测试头内部的测试仪器连接、转接到其内部安装的弹性连接器上。同时其内部还安装有动力结构件，实现安装在测试接入装置顶端的测试接口板（DIB）下压与弹性连接器相连。

3.2校准方案

硬件平台的校准主要分为两个步骤，外部校准以及内部校准，以内部校准为主。硬件平台通过专用的校准DIB板实现各仪器模块的统一校准。校准DIB板上放置有参考电压源，参考电阻以及高精度PMU单元。具体校准时，首先通过外部校准仪器对校准DIB板上的内部校准资源进行校准，然后通过内部校准资源对仪器通道的各项参量进行测量，实现各通道的自动校准。无论是内部校准还是外部校准，校准过程中，都会记录被校准参量的预期值与实际值，由此得到需要被修正的偏差，在校准完成后会以文本的格式保存于上位机中，在具体测试时，软件会首先加载校准文本数据，用以修正系统误差。

4集成电路关键应用领域技术

4.1计算产品性能基准工具领域

计算产品性能基准工具是支撑计算产品性能迭代优化、牵引计算产业能力提升的重要保障。目前国际认可度较高的性能基准工具为SPEC公司的相关产品，为保障国内相关产业的发展，电子标准院开展了国内首个通用计算CPU性能评测基准工具“CPUBench”的研制工作。CPUBench在业务代表性、易用性、易维护性等方面具备一定的优势，可用于指导通用计算CPU、服务器等计算产品的设计优化、规格选型和市场采购等工作，对计算产业的发展具有重要的牵引意义。

4.2人工智能芯片领域

为贯彻“两个强国”和“新基建”重点领域的发展，落实《国家标准化发展纲要》等重要文件，突破集成电路“卡脖子”关键问题，我国重点推动人工智能芯片(以下简称“AI芯”)标准化工作。清华大学、华为技术有限公司和上海依图网络科技有限公司等20余家单位，共同研制了人工智能芯片领域标准体系。共同制定了T/CESA1119—2020《人工智能芯片面向云侧的深度学习芯片测试指标与测试方法》等3项AI芯系列标准，标准覆盖了AI芯应用的“云、边、端”主流场景，并在2021年12月入选了工信部“百项团标”应用示范项目[2]。

结语

综上所述，本文主要介绍了国产超大规模集成电路综合自动测试系统硬件平台。硬件平台作为基础支撑平台，提供被测试集成电路所需的硬件测试资源，未来进一步优化系统软硬件后，可广泛应用在集成电路的设计验证、量产测试和筛选测试等环节，满足国产集成电路测试需要。

参考文献

[1]叶敏军.数字集成电路测试技术应用[J].电子技术与软件工程,2021(01):93-94.

[2]徐琛玥.数字集成电路测试技术应用分析[J].集成电路应用,2020,37(09):8-9.