Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/GenRad/D19860908Elc029.shtml

Новое оборудование фирмы Genrad для испытания изделий, создаваемых по программе ССИС

УДК 621.317.799:621.3.049.77

How Genrad's new tester copes with VHSIC chips, No. 20, pp. 49—52.

Испытательная система GR180 фирмы Genrad Semiconductor Test Inc. способна работать с кристаллами ИС, имеющими до 288 выводов, при тактовой частоте 120 МГц, что делает ее пригодной для проверки изделий, создаваемых в рамках программы ССИС, и им подобных.

Программа создания сверхскоростных интегральных схем (ССИС) выдвигает перед изготовителями испытательного оборудования небывало сложные проблемы. Разрабатываемые сейчас кристаллы этих ИС — по техническому заданию министерства обороны США они должны работать на тактовой частоте 100 МГц и иметь минимальные размеры элементов 0,5 мкм — будут содержать более полумиллиона вентилей в составе цепей произвольной и последовательностной логики, а также постоянные запоминающие устройства и память с произвольной выборкой. Все эти параметры и элементы ИС нужно проверить за один проход изделия по испытательной установке и при разумных затратах времени. Другая проблема связана с тем, что число контактов ввода/вывода велико,— в настоящее время разрабатываются ССИС с количеством выводов от 120 до 240, а в будущем ожидаются изделия с еще большим числом контактов.

Фирма Genrad Semiconductor Test Inc. предлагает систему, которую она считает решением проблемы. Новая испытательная система GR180 этой фирмы (рис.1) проектировалась с расчетом на удовлетворение существующих и перспективных требований, выдвигаемых ССИС. Она оснащена 120-МГц тактовым генератором, который обеспечивает основные сигналы синхронизации для проверяемого прибора. До сих пор самый быстродействующий тактовый генератор в испытательных системах имел рабочую частоту 80 МГц. Испытательная головка системы GR180 содержит 288 тест-контактов — вдвое больше, чем в большинстве существующих систем. GR180 формирует разнообразные входные воздействия, позволяющие испытывать различные типы логики, которые встречаются в кристаллах ССИС. Для проверки функционирования цепей последовательностной и произвольной логики могут быть использованы тестовые последовательности, составляемые на стадии проектирования ИС, но в системе имеются дополнительные генераторы тестовых последовательностей, которые позволяют осуществлять тестирование ЗУПВ по методу последовательной адресации или «движущихся» логических «1» и «0». Цена базового варианта системы составляет примерно 950 тыс. долл.

Испытательная система GR180 фирмы Genrad, работающая на тактовой частоте 120 МГц и обеспечивающая разнообразные входные воздействия, позволяет испытыв
Рис.1. Испытательная система GR180 фирмы Genrad, работающая на тактовой частоте 120 МГц и обеспечивающая разнообразные входные воздействия, позволяет испытывать интегральные схемы класса ССИС, содержащие схемы произвольной и последовательностной логики, ПЗУ и ЗУПВ и имеющие до 288 выводов.

Чтобы обеспечить столь высокое быстродействие системы, тактовый генератор на 120 МГц, размещаемый внутри испытательной головки, выполнен из арсенида галлия. «GaAs применен для того, чтобы обеспечить малую длительность переднего фронта сигнала»,— говорит Роджер Болл, директор подразделения Genrad по разработке изделия (Милпитас, шт.Калифорния). Он отмечает, что быстродействие GR180 достаточно также для испытания быстродействующих коммерческих логических ИС, например ЭСЛ-матриц серии 100К, поставляемый фирмами Toshiba, Motorola и NEC. Эти матрицы работают на тактовых частотах до 100 МГц и могут содержать до 8000 вентилей и более 200 контактов ВВ. «Технические условия на некоторые ЭСЛ-приборы требуют, чтобы сигнал на выходе появлялся спустя 1,5 нс после подачи сигнала на вход,— говорит Болл. — Чтобы испытательная система могла подтвердить, что проверяемый прибор удовлетворяет этому требованию, она должна с весьма высокой точностью выдерживать положения фронтов тактовых импульсов».

Номинальная погрешность фазировки импульсов в системе GR180 составляет 750 пс. Эта цифра складывается из трех компонентов ошибки: расфазировки сигналов (на входных контактах проверяемого изделия), накапливаемой ошибки во всей системе и расфазировки на выходных контактах компаратора. Входной фазовый сдвиг составляет 300 пс, такой же сдвиг имеет место на выходных компараторах. Остальные 150 пс — это накапливаемая ошибка всей испытательной системы.

Характеризуя качество функционирования своих систем, некоторые изготовители в качестве меры общесистемной погрешности указывают только входной разброс фаз. «Погрешность следует отличать от разброса фаз»,— предупреждает Болл. Фазовый сдвиг характеризуется временным интервалом, на который передний фронт импульса 1 на одном входном контакте может быть сдвинут (в любую сторону) относительно переднего фронта импульса на любом другом контакте, также принимающем импульс 1.

Тест-программа для системы GR180 разработана на АРМ серии VAX фирмы Digital Equipment Corp., соединенном с испытательной системой локальной сетью Ethernet, которая работала под управлением пакета Decnet (рис.2). Тест-программы можно также разрабатывать на месте при помощи ЦП системы, в качестве которого служит мини-компьютер PDP-11 фирмы DEC.

Функциональная структура. Высокочастотные динамические испытания осуществляются в системе GR180 подсистемой функциональных испытаний, которая располаг
Рис.2. Функциональная структура. Высокочастотные динамические испытания осуществляются в системе GR180 подсистемой функциональных испытаний, которая располагает такими ресурсами, как генераторы тест-векторов и анализаторы и память большого объема в составе блока таблицы истинности выводов, позволяющая хранить до 260 тыс. тест-векторов.

Тест-векторы можно генерировать и на АРМ, использованном при конструировании ССИС. В настоящее время в систему GR180 можно загружать тест-последовательности через сеть Ethernet при помощи имитатора логики Hilo, разработанного в самой фирме Genrad.

Составление тест-последовательностей

Раньше тест-последовательности, генерированные имитатором логики для верификации конструкции ИС, нельзя было автоматически передавать инженерам для производственных испытаний. Установка GR180 позволяет легко осуществлять такую передачу. Тест-программы обычно пишутся на АРМ серии VAX и вводятся в испытательную систему GR180. Наличие в ней средств сети Ethernet означает, что систему можно подключать к другим компьютерам и АРМ серии VAX, например к машинам фирмы Daisy Systems Corp. Благодаря этой сети можно получать доступ к файлам тест-векторов, сформированным блоком моделирования в процессе проектирования кристаллов ССИС на этих АРМ, и направлять их в собственно испытательную систему.

В условиях проектной среды (рис.3) инженер, пользуясь моделирующим блоком Hilo фирмы Genrad, создает модель схемы на языке описания аппаратных средств. Кроме того, пользуясь языком описания сигналов, также реализуемым блоком Hilo, он определяет набор входных воздействий на схему. В результате имитации подачи этих воздействий на модель схемы создается файл сбора данных в формате ASCII.

Два языка. Пользователи моделируют схему на языке описания аппаратных средств и определяют входные воздействия на языке описания сигналов.
Рис.3. Два языка. Пользователи моделируют схему на языке описания аппаратных средств и определяют входные воздействия на языке описания сигналов.

Фирма Genrad предлагает пакет постпроцессорной обработки, называемый Hipost; он выполняется на АРМ серии VAX, преобразуя созданный на имитаторе Hilo файл сбора данных в формат файлов для процессора тест-последовательностей, в котором этот файл может быть использован системой GR180. Для подачи функциональных векторов на проверяемый прибор программа вызывает процессор тест-векторов. Имеются другие варианты пакета Hipost, выполняемые на АРМ Logician или Megalogician фирмы Daisy для генерации тест-векторов, которые можно передавать в АРМ серии VAX.

Перед началом испытаний тест-программа посылается в контроллер процедуры испытаний, размещенный внутри собственно испытательной системы. Каждая тест-программа загружается в этот контроллер целиком. Наличие тест-программы в быстродействующей памяти гарантирует, что не будет теряться время на выборку тест-последовательности из медленно действующего НМД или другого устройства массовой памяти.

«Контроллер процедуры испытаний в GR180 имеет емкость памяти 4 млн. 32-разрядных слов, или 400 тыс. тест-векторов, превосходя по этому параметру контроллер системы предыдущего поколения GR18, который может хранить 1 млн. 32-разрядных слов, или 100 тыс. тест-векторов,— говорит Болл. — Большее число векторов необходимо ввиду сложности ССИС, которые предстоит испытывать». Информация с выхода контроллера процедур испытаний посылается на шину, совместимую с ЭСЛ-сигналами; по этой шине тест-векторы с высокой скоростью передаются в блок таблицы истинности и блок таблицы управления входами проверяемого прибора.

Блок таблицы истинности выводов — это ЗУ с последовательной выборкой, способное хранить до 260 тыс. векторов. Тест-векторы с имитатора логики передаются в это ЗУ и последовательно подаются на проверяемый прибор. Способность хранить такое большое число тест-векторов — серьезное преимущество при испытаниях сложных ИС, поскольку весь набор тест-векторов загружается в память лишь однажды. Если бы эта память имела меньший объем, то загрузить и прогнать можно было бы только часть тест-набора, а потом следовало бы перезагрузить память оставшейся частью. Большая память блока таблицы истинности улучшает производительность испытательной системы. Уникальная особенность описываемого тестера состоит в том, что фиксированный набор тест-векторов, хранящийся в блоке таблицы истинности, можно подать на проверяемый прибор за один подцикл всего испытательного цикла.

До или после подачи векторов, содержащихся в блоке таблицы истинности, на проверяемый прибор можно выборочно подавать более короткие тест-векторы, пересылаемые контроллером процедур испытаний в блок таблицы управления входами проверяемого прибора. «Менее объемные наборы тест-векторов в блоке таблицы управления входами, разрабатываемые программистом, который составляет программу испытаний, полезны, например, для установки проверяемого прибора в некоторое начальное состояние,— говорит Болл. — Когда на ИС впервые подается питание, ее логическая схема находится в некотором неизвестном состоянии. Прежде чем можно будет начать испытания, ИС необходимо подвергать воздействиям, пока она не перейдет в какое-либо известное состояние».

Блок таблицы управления входами зацикливается на данном тест-векторе, повторно подавая его на проверяемый прибор. В то же время имеющийся в испытательной системе блок формирования входных воздействий и сравнения контролирует выходы проверяемого прибора, ожидая, пока не появится известное состояние. Как только достигается такое состояние, блок таблицы управления входами прекращает цикл и передает управление блоку таблицы истинности, который запускает прогон своих 260 тыс. векторов через проверяемую ИС.

Изменения по ходу испытаний

Поскольку содержимое памяти блока таблицы управления входами предусматривает произвольную адресацию, процессор тест-последовательностей может передавать этому блоку управление с тем, чтобы он прямо в ходе испытаний изменил поток тест-сигналов. Он может выполнять некоторый тест в форме жесткого цикла, переходить от одного набора тест-последовательностей к другому и т.п. Какой из нескольких генераторов тест-последовательностей использовать для испытаний того или иного прибора, определяет селектор тест-последовательностей. Он может выбрать либо блок таблицы истинности, либо блок таблицы управления входами, либо один из группы специализированных генераторов тест-последовательностей и анализаторов.

В группу генераторов тест-последовательностей и анализаторов входит также генератор последовательности данных, предназначенный для проведения испытаний методом последовательного опроса уровней (LSSD1{Level-sensitive scan-design method}); этот метод, разработанный в фирме IBM Corp., предусматривает встраивание в сложные ИС дополнительных регистров, облегчающих испытания. Было бы невозможно испытывать большие кристаллы ССИС, насыщенные схемами произвольной логики, путем подачи на входы кристалла тест-последовательностей и контроля вектор-реакций на его выходах. Чтобы упростить испытания таких кристаллов, конструктор ИС должен расчленять ее логическую схему на отдельные меньшие секции.

На входе и выходе каждой такой отдельной секции конструктор располагает сдвиговые регистры. Параллельный выход сдвигового регистра, установленного на входе логической секции, образует тест-векторы, служащие для нее входными воздействиями. Это тест-воздействие «прокладывает себе путь» через лабиринт логических связей секции и на ее выходе стробируется для параллельной передачи в выходной регистр секции. Тест-векторы задают состояние отдельных разрядов выходного регистра. Как только вектор-реакция пропущен строб-сигналами во второй из упомянутых регистров, этот вектор поразрядно выводится из него в тест-систему для анализа.

«Одна из особенностей генераторов последовательностей данных в составе группы генераторов тест-последовательностей и анализаторов состоит в их способности задавать состояния «1», «0», «высокий импеданс» и «не обращать внимания» [игнорировать определенный бит],— говорит Болл. — Система GR180 способна выбирать любой из этих вариантов для каждого входа проверяемого прибора при большой скорости прогона тест-программы». Воздействие на каждый вход проверяемого прибора можно оперативно изменять непосредственно в процессе испытания, причем генераторы последовательностей данных могут генерировать потоки битов тест-последовательностей длиной в 2 Мбит.

«Действительное преимущество этой системы состоит в том, что сложные переключения тест-последовательностей могут выполняться в ходе одного прогона тест-программы,— говорит Джин Рот, руководитель маркетинга в фирме Genrad. — Конструктору не нужно заново повторять всю процедуру составления тест-последовательности для проверки каждой функции кристалла».

Обычно тестер контролирует параметры по переменному току после проверки параметров по постоянному току. Для выполнения параметрических испытаний на постоянном токе система GR180 содержит блок измерения параметров и независимый набор эталонных опорных источников на каждый испытательный контакт головки. Такой набор поможет задавать высокий уровень напряжения формирователя тест-воздействий, низкий уровень напряжения формирователя, высокий уровень напряжения компаратора, низкий уровень напряжения компаратора, низкий ток нагрузки, высокий ток нагрузки, режим переключения уровня напряжения нагрузки.

Блок параметрических измерений тест-головки системы может быть подключен к любому контакту проверяемого прибора для подачи воздействия на этот контакт и последующих измерений. Блок контролирует такие характеристики ИС, как утечка на входном контакте и выходной уровень на каждом контакте.

Другие системы проводят параметрические испытания по каждому контакту ИС по принципу «годен/не годен», сравнивая напряжение на контакте с опорным напряжением. Такой тип систем не обеспечивает измерение абсолютных значений напряжений на выводах, а это важная характеристика ССИС-кристаллов. Установка фирмы Genrad выполняет такие измерения. Поскольку для каждого контакта предусмотрены независимые источники, инженер-испытатель может подавать воздействия на все контакты испытуемого прибора одновременно, и притом подбирать воздействие для каждого контакта индивидуально. Это особенно важно при испытаниях гибридных схем, которые могут содержать различные типы цепей, требующие различных типов источников.

288-контактная испытательная головка системы GR180 может быть использована либо как единая головка, либо как две 144-контактных для одновременного испытания двух ИС. Более того, в варианте с двумя головками система может на одной головке выполнять динамические испытания при большой тактовой частоте, а на другой — статические параметрические испытания по постоянному току, что обеспечивает существенное повышение производительности.

«Мы предусмотрели также ряд интерфейсов для системы,— говорит Рот. — Применен новый интерфейс испытательной головки, GP300, обеспечивающий сопряжение с 300-контактной платой зонда и с манипуляторами». Необычным в этом интерфейсе является его способность стыковаться с зондами, содержащими 300-контактные платы; до сих пор было невозможно осуществлять такое согласование с зондом, число контактов которого превосходит номинальное число контактов головки.

Дочерние статьи:

История создания тестера для ССИС

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 59, No.10 (743), 1986г - пер. с англ. М.: Мир, 1986, стр.61

Electronics Vol.59 No.19 May 12, 1986 A McGraw-Hill Publication

Electronics Vol.59 No.20 May 19, 1986 A McGraw-Hill Publication

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Испытательное оборудование





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/GenRad/D19860908Elc029.shtml