基于PMU的小型集成电路测试系统实现及性能分析 .pdfVIP

基于PMU的小型集成电路测试系统实现

及性能分析

摘要：由于电路设计技术的飞速进步，集成电路的测试已成为确保电路可靠

性的重要手段。测试集成电路不仅可以确保其可靠性，还能够有效降低制造成本。

本文提出了一种基于PMU的小型集成电路测试系统的设计方法，该系统具有高精

度、高稳定性、快速响应性的特点，同时，其硬件设计成本相对于其他类似产品

明显降低，可以满足集成电路测试中对直流参数的需求。

关键词：PMU；小型集成电路；测试系统

由于集成电路的技术日新月异，测试的难度也在不断攀升。目前，测试方法

主要是通过使用自动测试仪来完成。结合我国半导体技术的发展状况来说，芯片

测试技术已经远远落后于芯片制造速度，由于高性能测试仪器价格昂贵，这导致

电路测试的成本大幅增加。本文提出了一种全新的电路测试系统，旨在有效地降

低集成电路测试的成本，同时满足小微集成电路测试用户对测试精度和速度的需

求。

一、模拟集成电路测试仪的总体架构

本文旨在探讨模拟集成电路测试仪的直流参数测试板（PAB）的设计原理、

性能分析以及功能扩展，其由嵌入式控制器、总线接口电路、PAB板、MAB板和

DUT适配板组成，可以满足多种应用场景的需求。

1、PAB电路的工作原理和结构组成

为了确保模拟集成电路直流参数测试的准确性，DUT需接受恒流源和恒压源

的激励，而PMU单元则负责施加激励，并进行相应的测量。PAB板由电压源/电流

源、钳位器件以及测量器件组成，为了满足测试系统的精确性和成本效益，我们

采用了ADI公司的集成PMU外接功率扩展电路的方案来实施设计。PMU由电压源、

电流源、比较电路、钳位电路、测量电路以及补偿电路组成，具备良好的低频测

量精度，但是由于功耗有限，因此需要通过额外功率对电路进行扩展。DUT技术

可以通过施加恒流源/恒压源激励来稳定电压/电流，以满足高功率需求，因此，

我们使用了由大功率运算放大器和跟随器组成的负反馈电路。经过对比，可以发

现激励响应值与参数手册中的预期值存在差异，从而得出pass/fail的结论。钳

位电路可以有效地阻止由于操作不当或者引入外部负荷而造成的电流和电压过高，

保护测试仪和DUT不受损坏。而通过采用四线开尔文连接方式，可以大大提高

DUT响应信号检测的精度。采用补偿技术，能够有效地抑制电路的自激和振荡现

象。采用四象限技术设计的PAB板，每个PMU都能够提供八种独特的运行状态。

2、PAB板硬件电路的设计与实现

（1）电压源与电流源

为了更好地测试大功率集成电路，电流量程的起始点被设置为2mA，并在其

中进行调整，以确保测试的准确性。对于电流量程较小的区域，将采用PMU内部

量程，以期能够减少PMU发热的同时提升测试系统的精确性。电压源与电流源各

部分的组成如表1所示：

表1电压源与电流源组成情况

构成部分器件名称

小功率电压／高精度运放Ａ１

电流源

电流源反馈回采样电阻，电流检测运放Ａ３、Ａ４

路

恒压源反馈回高精度运放Ａ１，电压检测运放Ａ５、Ａ６

路

大功率电压源高精度运放Ａ１、Ａ２，大功率运放Ａ９

／电流源

大功率恒流源采样电阻、大功率电流仪表放大器、电流检测运

反馈电路放Ａ３和Ａ４

大功率恒压源高精度运放Ａ１、Ａ２，大功率运放Ａ９，大功

反馈电路率电压放大器，电压检测运放Ａ５、Ａ６

电流源与电压模拟开关

源的切换

通过对比分析，可以发现恒压源和恒流源的工作原理有很多相似之处，因此

本文将重点介绍大功率恒压源的设计和实现。

A9大功率运放可以实现+7倍的放大倍数。根据虚短虚断原理，当放大倍数

达到+7倍时，R1和R2满足：

通过采用高精度的电阻和运放，仪表放大器能够将输出电压稳定地传输到输入端，

实现电压的有效控制。

为了使电压输出和检测的范围达到最佳的平衡，设计R3=R7，R2=R6，R1=R5，

R4=R8。则电路的放大系数K满足以下条件：

根据