专利名称：自动测试设备的系统性能有效性的校准方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体测试系统，其用于对半导体器件如集成电路(ICs)进行测试，特别是涉及一种不需要外部测试设备对半导体测试系统中的单个测试机插针进行校准。
本申请与2003年1月10日提出的题为“Semiconductor Test SystemStoring Pin Calibration Data In Non-volatile Memory”的美国专利申请案10/340,349有关，该申请的全部内容基于一切目的并入本申请。
背景技术：
在使用测试机等测试系统对IC等半导体器件进行测试的过程中，测试系统如自动测试设备(ATE)在特定的功能测试插针向被测元件(DUT)提供测试信号或测试图案(test pattern)。利用驱动器将测试信号传送到DUT，驱动器可生成对振幅、阻抗、电流、转换速率等可以进行选择的测试信号。测试系统接收DUT响应测试信号而产生的输出信号，并且模拟比较器在接收到按预定周期生成的选通信号时，对该输出信号进行选通或采样。捕捉到的输出数据与预期的输出数据进行比较，以便确定该DUT是否工作正常。
图1是一示例性测试系统环境100。来自插针卡104上的插针单元102的测试向量(test vector)可能需要经过驱动器106、电线108、功能“弹簧插针”110(“pogo pin”)、负载板114上的迹线112(trace)、插座116(socket)、并最终进入DUT 118。输出信号必需经由几乎相同的路径返回到插针卡104，不同之处在于输出信号要经过一个或多个比较器120而非经过驱动器106。驱动器106和比较器120典型地被组装在被称为插针单元或插针电子仪122(pin electronics)的组块中。
插针卡供货商提供的安装在测试系统100内的每一个插针卡104在设计上都是完全相同的。但是，已安装的插针卡104被置于测试系统100内不同插槽(slot)中，因此具有唯一的物理信号路径。过长的信号路径可能会含有寄生电阻和电容(RCs)，使信号的传播以及上升和下降时间变慢。而且，尽管经过每个插针卡104上的每个插针单元102的信号路径都采用相同的电路设计和相同类型的部件，部件间变异(part-to-partvariations)仍可导致传播延迟、电压和电流位准及上升和下降时间的差异。因为DUT的测试要求对输入测试信号的交流(AC)和直流(DC)特性的精确控制及输出信号计时和参数的精确测量，因此需要对插针单元102中的测试信号和输出信号进行校准，以便解决测量误差和信号退化，从而确保精确的测量结果。
校准数据可被看作是为了提供最为精确的结果用来调节元件测量或刺激物(stimulus)的补偿数据。可以采用几种方式来使用校准数据。例如，它可以是一个硬件校正寄存器参数或一个用于校正测量结果的调节参数。在测试系统中每个插针可能都需要使用校准数据补偿参考驱动电压、参考比较电压、驱动电流负载、连接到测试插针的参数测量电路、用来触发比较的计时选通(timing strobe)、用来驱动测试插针刺激物的计时触发器，等等。
传统上，功能测试插针的校准一直是利用测试系统外部的测试设备进行的，例如，示波器、电压表、电流表等等。这些传统方法可能是非常消耗时间的。每个测试机插针的DC和AC特性都被测量后才能得到补偿数据。对于DC测量来说，需要测试设备具有电压源、电流测量(VSIM)和电流源、电压测量(ISVM)的能力。这种方法提供的DC测量具有与测量设备的误差有关的误差因素。对于AC测量(即，与计时相关的特性，如边缘布置、波形上升时间和波形下降时间)，可使用高速示波器。同样，对于这些测量，误差因素就是测量仪器的误差。外部测量仪器的局限性之一就在于这些仪器典型地是由响应时间较慢的通用接口总线(GPIB)协议控制的。由于所有的测量都是通过GPIB并且经由外部测试设备所进行的，因此无论在何时或在何地需要进行补偿时，为了获取所有测量数据并进行计算补偿值的计算，当前ATE系统上庞大的测试机插针数量便会造成一个非常耗时的处理程序。
因此，有必要提供一种不要求使用外部测试设备对单个测试机插针进行校准的ATE校准方法，并提供插针卡之间均衡的时序错位(timing skew)。
发明内容
本发明实施例的旨在提供一种不需要外部测试设备就能够对对单个功能插针进行校准并在功能插针和插针卡之间提供均衡时序错位的ATE校准方法和系统。
总体上适用于本发明实施例的测试系统环境包括多个插针卡，每个插针卡都藉由电线(cabling)耦接到一个DUT接口，如负载板。这些插针卡还藉由底板(backplane)上的测试机总线连接到这些插针卡共用的测试系统组件，如测试机控制器。每个插针卡可具有多个功能插针和一个或多个精密测量单元(PMU，precision measurement unit)。PMU可由两个或多个功能插针之间共享，或者为某单一功能插针所专用。测试系统中所有插针卡上的PMU一起组成一个通用DC单元(UDC，universal DU unit)(也称中央测量单元或中央DC参考单元)。在本发明的实施例中，UDC还具有能够对测试机插针自身进行DC测量并由此能够替代外部测试设备的分布式测量电路的功效。当测试系统处于正常测试(不是校准)模式时，UDC被连接到功能插针以便对DUT进行测量。
本发明的实施例专门为了校准的目的在测试系统中将至少一个功能插针指定为参考或“黄金”插针。此外，还将一个PMU指定为参考PMU。在一个实现(implementation)中，该参考PMU置于与参考插针相同的插针卡上。或者，可以将其置于底板或另一插针卡上。因为参考插针是由功能测试插针中选出的，所以该参考插针具有与其他任何功能测试插针相同的特性。但是，一旦某个功能插针被指定为参考插针，在优选实施例中，该插针就被禁止作为功能插针使用。但是，在另一实施例中，该参考插针可以作为功能插针使用。
一但指定了参考插针和参考PMU，就使用外部测试设备来测量参考插针的AC和DC特性。参考PMU也被用于测量参考插针的AC和DC特性。注意在参考插针上有可能为两种不同的操作模式测量和存储数据。由于测试设备参考插针的测量结果成为了测量所有功能插针和PMU所依据的标准，所以测试机控制器将PMU参考插针的测量与测试参考插针的测量进行比较。在使用参考PMU测量和校准功能插针的过程中，任何偏差都表示参考PMU中被注意到的误差。一旦确定了参考插针和参考PMU的参数和特性，测试系统中其他所有的功能插针都能够利用参考PMU被连接到该参考插针并以该参考插针为基准进行测量，不再需要外部测试设备。
每个功能插针和参考插针都包含驱动器和比较器。为了测量功能插针的输出驱动器特性，使用转换开关将参考插针的比较器耦接到功能插针的驱动器。此时尚未连接任何DUT。然后参考PMU进行功能插针驱动器的DC测量。然后这些DC测量可被任何已知的参考PMU误差补偿(offset)。类似地，为了测量功能插针的输入比较器特性(例如，输入电压和电流位准)，使用转换开关将参考插针的驱动器耦接到功能插针的比较器。然后参考PMU进行功能插针比较器的DC测量，然后同样这些DC测量可被任何已知的参考PMU误差补偿(offset)。由于使了用参考插针和校准后的参考PMU作为测量工具，就没有必要利用外部测试设备测量单个功能插针参数，从而减少了整体的校准时间。将测出的参考插针数据与测出的功能插针数据进行比较，就可以确定每个功能插针的校准数据。
为了尽可能确保所有插针中的错位(skew)都得到均衡，在本发明的一实施例中，将参考插针的位置尽可能选择在靠近功能插针范围的中点(midpoint)。然而，即使将参考插针安置于中点位置，对于错位中较大的不同的补偿仍然是困难的。因此，在本发明另一实施例中，可以指定超过一个参考插针以便限制错位变化。测试机控制器能够依据存储的功能插针校准数据确定需要多少个参考插针，以及在测试系统中何处将其指定，从而限制最大错位。
在本发明的实施例中，每个插针卡以及可选地在底板中采用非易失性存储器如快闪存储器(flash memory)存储校准数据。该非易失性存储器以本机形式安置于每个插针卡上，因此即使从系统中移除一个插针卡或发生断电时，校准数据也不会丢失。
经由上述可知，本发明是有关于一种ATE校准方法和系统，不需要使用外部测试设备为单个功能插针进行校正，并且提供功能插针和插针之间均衡的时序错位(timing skew)。在测试系统中选取一个功能插针作为参考插针或“黄金”插针，并且另外选取一个功能插针作为精确测量单元(PMU)。外部测试设备和参考PMU被用来测量参考插针的AC和DC特性，任何偏差都表示参考PMU中的测量误差。测试系统中的所有功能插针都可以使用参考PMU相对于参考插针进行测量，将测量误差考虑在内，并且不需要外部测量设备。为了确保所有插针间的错位得到均衡，将参考插针的位置选择在尽量靠近功能插针范围内的中点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1绘示一示例性测试系统环境。
图2绘示一可通用于本发明实施例的示例性测试系统环境。
图3绘示一根据本发明实施例在一插针卡和一底板上功能插针和一精密测量单元(PMU)之间的示例性连接路径。
图4绘示一根据本发明实施例插针卡上参考插针的DC和AC测量的示例性电路图。
图5绘示一根据本发明实施例用于VSIM测量的PMU的示例性电路图。
图6绘示一根据本发明实施例PMU测量的程序文件实例。
图7绘示一根据本发明实施例在功能插针的测量期间功能插针和参考插针之间连接的示例性简化示意图。
图8绘示一根据本发明实施例由PMU对一功能插针进行的基础DC测量程序的流程图。
图9绘示一根据本发明实施例在功能插针测量期间插针卡之上的功能插针与插针上的参考插针之间藉由底板连接的示例性详图。
图10绘示一根据本发明实施例一参考插针与(1)位于同一插针卡上作为参考插针的功能插针；和(2)藉由系统底板在另一插针卡上的功能插针之间的示例性连接性。
图11绘示一根据本发明实施例说明对功能性插针时序错位的测量的示例性方块图。
图12绘示一根据本发明实施例对参考插针示例性的任意选择。
图13a绘示一根据本发明一实施例具有1024功能插针和被分配为中点功能插针的一参考针的测试系统实例。
图13b绘示一根据本发明一实施例中为了将错位降低到图13a的最大错位的一半，在插针组0-512(插针256)和插针组513-1025(插针769)内的中点指定两个参考插针的测试系统实例。
图13c绘示一根据本发明实施例为了将错位降低到图13a的最大错位的三分之一，而具有三个参考插针的测试系统实例。。
图14绘示一根据本发明实施例使用本机非易失性存储器，如EEPROM或快闪存储器的插针卡实例。
图15绘示一根据本发明实施例使用非易失性存储器作储存参考插针位置的底板实例。
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的自动测试设备的系统性能有效性的校准方法其具体实施方式
、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
系统环境。本发明的实施例目的在于提供一种不要求外部测试设备就能够校准单个功能插针并在功能插针和插针卡之间提供均衡的时序错位的ATE校准方法和系统。
图2绘示一可通用于本发明实施例的示例性测试系统环境200。测试系统包括多个插针卡202，每个插针卡都藉由电线206耦接到一个DUT接口204，如负载板。插针卡202还藉由底板212上的测试机总线214连接到插针卡共用的测试系统组件，如测试机控制器208。注意尽管在图2测试机控制器208位于底板212之上，在本发明的实施例中，测试机控制器即可以置于底板之上也可以与底板分开设置。其他与插针卡共用的测试系统组件包括电源210和其他本领域技术人员易于想到的元件。
图3绘示一根据本发明实施例功能插针300、302和底板308之上的插针卡306和精密测量单元(PMU)304之间的示例性连接。应该能够理解，尽管图3中只示出了两个代表性的功能插针和一个PMU，实际上插针卡306上具有多个功能插针和一或多个PMU 304。PMU即可由两个或多个功能插针共享，也可专用于某一个功能插针。测试系统中所有插针卡306上的PMU304共同构成一通用DC单元(UDC)(也称中央测量单元或中央DC参考单元)。UDC还具有替代外部测试设备能够进行DC测量的分布式测量电路的功效。UDC还具有能够替代伏特表、电流表等外部测试设备的功效。因此，UDC具有与外部测试设务等同的执行VSIM和ISVM功能的能力。此外，当测试系统处于正常测试(非校准)模式时，UDC还可连接到功能插针用来测量DUT。
功能插针300、302和PMU 304都可以藉由UDC强制开关310(forceswitch)和总线UDC传感开关312(sense switch)连接到底板308，其较佳地位于插针卡306上，以及藉由总线UDC强制开关314和总线UDC传感开关316连接到底板308，这两个开关既可置于插针卡306上，也可置于底板308上。注意I/O Even Pin Addr(I/O偶数插针地址)和I/O Odd Pin Addr(I/O奇数插针地址)块318和320分别是仅当需要将PMU映射到多于一个功能插针而编址时才需要的块。例如，如果每个PMU有8个功能插针，那么就需要一个地址来指定在任何时间哪一个功能插针正在被连接到PMU。
参考插针和参考PMU的设计。本发明的实施例在测试系统中至少指定一个功能插针作为专门用于校准的参考或“黄金”插针。此外，还将一个PMU指定为参考PMU。在一较佳实施例中，参考PMU置于与参考插针相同的插针卡上。为讨论方便，假定图3的实例中的功能插针302和PMU304被指定为整个测试系统的参考插针和参考PMU。由于参考插针302是由功能测试插针中选择的，因此参考插针302具有与其他任何一功能测试插针相同的特性。但是，一旦某功能插针被指定为参考插针，在较佳实施例中该插针被禁止作为功能插针使用。但是，在替代实施例中，参考插针可以被用作功能插针。
参考插针和参考PMU测量。一旦参考插针和参考PMU已经被指定，就使用外部测试设备对参考插针和参考PMU进行测量，从而建立参考插针和参考PMU的特性。首先，使用外部测试设备如用于DC测量的伏特计和电流计、用于AC测量的示波器测量参考插针的性能。
图4是根据本发明实施例对插针卡402上的参考插针400进行DC和AC测量的示例性电路图。在图4的实例中，通过将伏特计或示波器测试探针连接到参考插针驱动器406的输出408并将电流探针连接到插针卡电源的电源线410或412获得对参考插针驱动器的测量。参考插针驱动器的输出408这时可以不连接到DUT或任何功能插针，因此可以进行非负载测量。在一替换实施例中，可在参考插针驱动器的输出加上一个阻抗负载，这样可以进行阻抗负载测量。参考插针驱动器406可由本机插针卡控制器414控制，以便生成用于进行AC测量的转换输出。注意可使用示波器进行AC测量，如上升和下降时间。或者，可以离散时间间隔进行多个DC测量(例如电压)，并可对这些测量进行计算推导出上升和下降时间。然后由外部测试设备进行的参考插针驱动器测量结果可在测试机控制器的控制下存入测试系统存储器。此外，在参考插针输入比较器上也可以进行DC和AC测量。注意有可能为两种不同的模式在参考插针上测量和存储数据。为讨论方便，存储的参考插针的外部测试设备测量结果在这里可通称为R_PINEXT在本发明的实施例中，不论是正在使用外部测试设备对参考插针进行测量时，或是在不同的时间，参考PMU 404还对参考插针驱动器和比较器进行DC测量。这些测量结果还可在测试机控制器的控制下存储于测试系统存储器中。注意参考PMU 404能够藉由反复的DC测量进行AC测量。例如，可藉由对输出波形的反复DC测量得到上升和下降时间，确定10％和90％电压位准，并执行部分计算。为了便于讨论，这里可将参考插针的已存储参考PMU测量结果通称为R_PINPMU.
图5所示为VSIM测量配置的PMU的电路图实例。测试机控制器启用或停用PMU，以便对插针卡上的功能插针进行测试并获得每个功能插针的测量结果(例如电流、电压)。
图6所示为PMU测量例程的程序文件实例。下面的表1中显示了由测量数据得出的校准数据集的实例。
增益调节(％对于正常值的偏差(1.0))
偏移调节(mV)
表1.由测量数据得出的校准数据实例请注意表1中的校准数据实例是由多个插针的测量结果导出的。Min和Max行表示不同PMU参数的数据范围，而平均行给出了由所有插针的测量导出的平均校准值。在表1的实例中，四项DC测量值pmVINP、pmIVIN、pmIVMAX和pmIVMIN代表PMU的四个DC位准，并且每个DC测量结果都包括用于校准的一增益寄存器(倍增系数)和一偏移寄存器(移位)。请注意，pmVINP＝PMU的输入电压、pmiVIN＝PMU的输入电流、pmIVMAX＝PMU上位比较器的电压输入、并且pmIVMIN＝PMU下位比较器的电压输入。
由于测试设备参考插针测量是对于所有经过测量的测功能插针和PMU的标准，因此测试机控制器将参考PMU参考插针测量与测试设备参考插针测量结果进行比较。任何偏差都表示在使用参考PMU对功能插针进行测量和校准时被考虑的参考PMU中的误差。这些偏差还可在测试机控制器的控制下被存入测试系统存储器。例如，如果外部测试设备测量的参考插针的输出低电压(Vol)为0.1伏特，但是参考PMU测量的参考插针的Vol为0.0伏特，那么就会假定参考PMU测量的所有输出低电压测量结结果的误差为-0.1伏特(即，任何参考PMU Vol测量结果都必需加+0.1伏特)。为了便于讨论，参考插针上存储的参考PMU测量结果和参考插针上存储的外部测试设备测量结果可被计算并通称为PMUERR＝P_PINPMU-R_PINEXT功能插针测量。参考插针和参考PMU的参数和特性一经确认，使用参考PMU，就能够将测试系统中所有其他功能插针都连接到参考插针并相对于参考插针对功能插针进行测量，而无需外部测试设备。
图7是根据本发明实施例在功能插针的校准期间功能插针700与参考插针702之间的连接的示例性简化图。如图7所示，每个功能插针和参考插针都包含驱动器和比较器电路。为了测量功能插针700的输出驱动器特性，开关704被配置为将参考插针702的比较器706与功能插针700的驱动器708耦接。此时尚未连接任何DUT。然后参考PMU 710对功能插针驱动器708进行DC测量，测量结果可存储于测试系统存储器。然后这些DC测量结果可被任何已知的参考PMU误差补偿，并且结果被存入测试系统存储器。类似地，为了测量功能插针700的输入比较器特性(例如，输入电压和电流位准)，开关704被配置为将参考插针702的驱动器712与功能插针700的比较器714耦接。然后参考PMU 710对功能插针比较器714进行测量，并由任何已知的参考PMU误差补偿。
图8是根据本发明实施例由PMU进行的功能插针基础DC测量程序。
请注意尽管图7为具有两个比较器的功能和参考插针，但是本发明的实施例中两个比较器并非必要。例如，如果采用两个比较器，在测试机控制器的控制下，在参考插针比较器(参见图7中的输入716和718)上设置的参考电压建立一个预期电压窗口。当待测电压施加到比较器的另外两个输入时，比较器的输出提供关于该电压是否在窗口内、是否高于或低窗口的指示。但是，还可以仅使用一个比较器测量电压范围(例如，高于或低于某一阈值)。应该理解，尽管能够使用参考PMU 710测量电压，在较佳实施例中使用比较器，因为比较器使电压测量的效率更高。例如，使用比较器可将获得上升和下降时间所需要的重复参考PMU测量的次数降到最低。
为了便于讨论，功能插针X上存储的被已知参考PMU误差补偿的参考PMU测量结果可以被计算并通称为F_PIN_XPMU_CORR＝F_PIN_XPMU-PMUERR，其中F_PIN_XPMU代表在使用已知参考PMU误差进行校正前已经存储的关于功能插针X的参考PMU测量结果。
图9为根据本发明实施例在功能插针测量期间藉由底板的插针卡902上功能插针900与插针906上参考插针904之间示例性连接的详图。应该理解，参考插针904还可被用于对位于同一插针卡上的功能插针900进行校准。即使在这种配置中，参考插针904和功能插针900是藉由底板连接的。每个插针卡都包括一本机控制器908，其控制该插针卡上哪一个功能插针是活动的(active)，并且，对于每个活动的插针卡，或者对施加信号到功能插针驱动器进行控制，或者对感测功能插针比较器的接收信号进行控制。
图10是根据本发明实施例藉由开关1008和系统底板1006，在同一插针卡1004上参考插针1000和功能插针1002之间的连接性的实例。还应注意，根据本发明的实施例，位于插针卡1012而非参考插针卡1004上的功能插针1010还可藉由开关1014和系统底板1006连接到参考插针1000。图10是能够使功能插针和不同插针卡上的参考插针每次进行一个连接的继电器(开关)的实例。由于每次只能对一个插针卡进行校准，必需对图10的开关组进行控制，从而仅使与正在测试中的插针卡对应的开关被闭合。
功能插针校准数据的计算。从上文描述的已存储测量结果能够为每个功能插针确定校准数据。该校准数据还可在测试机控制器的控制下被存储于测试系统存储器中。例如，如果参考插针驱动器被测量出具有+0.1伏特的Vol，并且功能插针驱动器被参考PMU测量出具有+0.1伏特的Vol，但是参考PMU的Vol误差为-0.1伏特(即，必需向任何参考PMU Vol测量结果增加+0.1伏特)，那么功能插针驱动器的真实Vol为+0.2伏特。将参考插针和经过校准的参考PMU作为测量工具使用，就没有必要利用外部测试设备对单个功能插针参数进行测量，从而减少了整体校准时间。每个功能插针的校准数据可以采用CD或其他永久性存储介质的方式提供给测试系统。为便于讨论，已经存储的功能插针X的校准数据可以被计算并通称为F_PIN_XCAL＝F_PIN_XPMU_CORR_-R_PINIEXT组写(Group write)。本发明实施例采用组写计算和存储技术，其能够使测试系统存储对每个功能插针都是独一的增益和偏移校准数据，但却又在一个总线周期内计算和存储多个功能插针的校准后的测试数据，从而减少测试时间。为了将其实现，首先将功能插针组织成插针组(例如，一个插针卡上的所有插针)。然后为某一特定插针组发出组写命令，从而设置插针电子仪DC参数，如Vih(计算并存储校准的测试数据)。仅仅出于说明的目的，下面继续对本实例进行描述，从存储设备中拣出属于该插针组的每一个功能插针的原始Vih数据，并将该数据乘以该插针已经存储的增益校正，并将结果加入到该插针已经存储的偏移校正中。最终结果就是校准后的测试数据，其被写入一寄存器。因此一个组写就能够为一个组中的所有插针甚至于测试系统中的所有插针设置Vih。净结果就是测试机中每个功能插针的参数都依照该插针的校准数据被校准。为了执行校准计算，每个功能插针仅需要一个乘法器和一个加法器。同一乘法器和加法器可被用于校准该插针的所有参数。
更新旗标(Update flag)。本发明实施例还利用了更新旗标。一个更新旗标包括为每个功能插针分配给一个寄存器的一个字位。例如，插针A的每个Vih、Vil、Iih和Iil寄存器都被分配一个更新旗标，并且插针B的每个Vih、Vil、Iih和Iil寄存器都被分配一个更新旗标。表2是与某一特定功能插针相关的寄存器的完整列表。
表2.功能插针的寄存器列表实例在表2的实例中，使用23个寄存器存储各种数值。表2中的寄存器包括预定值和测量值的存储寄存器，以及PMU校准操作的所有控制寄存器。
与某一特定参数相关的寄存器的更新旗标在发生此特定参数的组写时被设定，并且只有在适当的寄存器被更新后才会被清空。例如，对Vih的组写可能首先导致功能插针A和B的Vih寄存器的更新旗标被设定。这些设定的更新旗标首先会导致功能插针A的Vih寄存器被写入适当的寄存器，其后是功能插针B的Vih寄存器，假定这两个插针属于同一组。即使对所有参数的组定被尽快地发出，更新旗标确保所有的寄存器都被更新。
错位(skew)校准实例。图11是根据本发明实施例说明功能插针时序错位测量的示例性方块图。表3-表6说明了根据本发明实施例的错位校正程序的实例。表3说明错位校正程序。表4中提供了错位测量数据实例。在该例中，使用多个寄存器按逐个插针存储数据，这些寄存器的列表见表5。测试机控制器中使用的寄存器列表见表6。
表3.错位校准程序实例
表4.错位测量数据实例
表5.校准过程与功能插针相关的寄存器实例
表6.校准过程中与测试机控制器相关的寄存器实例参考插针的位置。如上如述，测试系统中指定一个或更多功能插针为参考插针。图12绘示为任意选择参考插针的示例。由于每个功能插针与参考插针之间的距离不同，造成信号路径的变化，并由此产生时序错位。如果被指定的参考插针导致功能插针错位的广泛变化，对这些错位进行补偿可能就比较困难。在图12的实例中，功能插针1200和1202具有经过平衡的错位，但是其它功能插针1204可能具有具巨大的错位，使得测试机对其进行补偿变得困难。为了确保所有插针之间的错位在可能的最大范围内被平衡，在本发明实施例中，参考插针的位置被选择在尽可能靠近功能插针范围的中点。该中点位置依照参考插针自动平衡功能插针的错位。参考插针的位置存储在指定寄存器中。该寄存器的长度被选择为大到足够保留代表测试系统中允许的最大功能插针插槽数量的二进制位的数量。
图13a是根据本发明实施例具有1024根功能插针和一个作为中点功能插针被指定的参考插针的测试系统实例。在图13a的实例中，功能插针由0到1024编号。在这种配置结构中，插针512，即所有插针的中点，被选为参考插针。存储该位置的寄存器被编程为200h(即十位制的512，如图13a所示)。如上所述，这样的位置将参考插针两侧的功能插针错位进行平衡。
应该注意到在上述实例中，插针0或插针1024与参考插针之间的错位明显高于插针511或插针513与参考插针之间的错位。即使参考插针位于中点位置，巨大的错位差异仍然使得补偿非常困难。因此在本发明的一个实施例中，为了限制错位差异，可以指定多于一个参考插针。依据功能插针的已经存储的校准数据，测试机控制器能够确定需要多少个参考插针，以及将其指定在哪里在。例如，如图13b所示，在插针组0-512(插针256)和插针组513-1025(插针769)内的中点位置指定两个参考插针，与图13a相比，最大时序错位可以减少一半。
在本发明的其它实施例中，测试机控制器能够精确地计算出需要多少个参考插针，以及参考插针的位置，从而限制测试系统中的最大错位。如果最大允许错位为Sk，n为插针组中插针的数目，并且两个连续插针之间的错位为τ，那么n*τ≤Sk，并且参考插针数量#＝{(全部插针数量#/2n)取整}+1注意在该方法中每两个插针组分配一个参考插针，其位于两个插针组的公共边界。
如果参考插针的位置需要改变，只需要将保留有该参考插针位置的寄存器中的值改变即可。由于所有的插针都具有相同的特性，依照寄存器中的新值，新的插针就可以成为参考插针。作为说明，在图13a的实例中，如果参考插针寄存器值由512变为256，那么插针256变为参考插针。如果一个值(例如512)变为多个值(例如256和768)，那么系统配置由一个参考插针变为两个参考插针。该方法允许对测试系统中最大时序错位的动态控制。采用传统的方法无法实现对最大时序错位的修改和控制。
测量值的存储。可存储于插针卡或测试系统底板上的非易失性存储器中的校准数据实例包括，但不限于(i)参考驱动电压补偿；(ii)参考比较电压补偿；(iii)驱动电流负载补偿；(iv)连接到测试插针的参数测量电路的补偿；(v)用于触发比较的时序选通补偿；和(vi)用于驱动测试插针刺激物的时序触发器补偿。
在所有上述讨论和实例中，寄存器被用来存储测量值、校准数据、参考插针位置等等。尽管这一方法已经足够，当发生电源中断时或者为了进行维护将插针卡由测试系统取出时仍存在问题。这两种情况都会导致对系统操作至关重要的校准数据的丢失。当插针卡被移除时，只有该插针卡的校准数据丢失。但是，如果出现断电，包括参考插针位置在内的所有校准数据都会丢失。因此，包括参考插针的分配在内的全面系统校准变得有必要，但费用高昂且耗时。
为了克服这一问题，本发明的实施例在每个插针卡中并且有选择地在底板中采用非易失性存储器如快闪存储器，以便存储校准数据。使用本机非易失性存储器，如EEPROM或快闪存储器的插针卡设计的基本概念在图14中绘示，并在2003年1月10提出的名为“Semiconductor Test SystemStoring Pin Calibration Data In Non-Volatile Memory”的美国专利申请号10/340,349中详细描述。非易失性存储器1400位于本机插针卡1402中，并且如果插针卡由系统中移出或发生电源中断，校准数据不会丢失。在变化实施例中可在插针卡上采用只读存储器(ROM)，但是使用ROM导致某些局限性。当插针卡上使用ROM存储特定插槽的负载板和插座校准数据时，该插针卡的使用会被限制到固定插槽。换言之，由于ROM数据不能改变，如果ROM存储插槽A特定的负载板和插座校准数据，例如，那么该插针卡就只能用于插槽A。如果插针卡被插入插槽B，ROM校准数据变为无效。使用RAM(如DRAM或SRAM)还导致某些限制。现有的系统中使用DRAM或SRAM，要求外部存储，因为DRAM/SRAM中的内容在插针卡由测试系统中移除时丢失。
如图14所示，每个插针卡1402都具有一本机控制器1404，如能够由非易失性存储器1400中读取校准数据并写入特定寄存器的嵌入式微处理器，如果这些寄存器类似于上述使用的实例。不论是嵌入式微处理器还是藉由插针总线外部主处理器都可以访问内部地址/数据总线。
应该注意到在本发明的较佳实施例中，参考插针的位置不应从插针卡非易失性存储器中存储或取用。在本发明的实施例中，参考插针的位置存储在位于底板1502上的另一非易失性存储器1500中，如图15所示。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.在用来测试半导体被测装置(DUT)的测试系统中，所述测试系统具有多个功能插针和一个或多个精密测量单元(PMU)，为所述测试系统的功能插针确定校准数据的方法，包括在所述测试系统中指定一个功能插针作为参考插针(R_PIN)并指定一个PMU作为参考PMU；使用外部测试设备(R_PINEXT)和参考PMU(R_PINPMU)对所述参考插针进行一次特定的测量；藉由计算R_PINPMU-R_PINEXT确定PMU误差(PMU_ERR)；并且对于每个待校准的功能插针X都要，将功能插针X连接到所述参考插针，使用所述参考PMU进行功能插针X的特定测量(F_PIN_XPMU)，藉由计算F_PIN_XPMU-PMU_ERR确定功能插针X(F_PIN_XPMU_CORR)的校正后特定测量结果，和藉由计算F_PIN_XPMU_CORR-R_PINEXT确定功能插针X特定测量结果的校准数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的特定测量结果包括交流电(AC)或直流电(DC)测量结果。
3.根据权利要求1所述的系统，每个功能插针包括一驱动器和至少一比较器，根据权利要求1所述的方法，其中将功能插针X连接到参考插针的步骤还包括将功能插针X的驱动器连接到参考插针的至少一个比较器；并且将所述功能插针的至少一个比较器连接到所述参考插针的驱动器。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于其中利用所述参考插针的至少一个比较器替代参考PMU对功能插针X(F_PIN_XPMU)电压进行特定测量。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于其中功能插针X(F_PIN_XPMU)的AC测量是藉由参考PMU进行并处理多个DC测量进行的。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括将两个或更多功能插针组织为一插针组；将所述插针组中的功能插针连接到DUT；使用参考PMU为插针组中每个功能插针进行一个特定测量的未校准测量；和藉由利用所述特定测量类型的校准数据修改所述未校准测量结果并藉由在一个总线周期内存储所述校准的测量结果，来执行组写以便对所述未校准的测量结果进行校准。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于还包括为所述插针组中每个功能插针的每种测量类型都分配一个更新旗标；当启动某一测量类型的组写时，设定与所述特定测量类型关联的更新旗标；当特定功能插针上特定测量类型的组写已经完成时，重新设定所述特定测量类型与功能插针的更新旗标；及仅在所有设定的更新旗标都已经被重新设定后才终止组写。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括选择所述参考插针的一个位置，使所述参考插针与所述多个功能插针之间的时序错位得到均衡。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括选择所述参考插针的一个位置，该位置大约在所述多个功能插针范围的中点。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于还包括存储所述参考插针的位置到一参考插针寄存器中，该寄存器大到足够从所述多个功能插针中唯一地识别出所述参考插针的位置。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于还包括藉由指定多个功能插针作为参考插针，将所述参考插针与所述多个功能插针之间的时间序错位减到最小；并将每个参考插针的位置存储到所述参考插针寄存器中。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于其中所述的测试系统在多个插针组中的每个插针组中都具有n个功能插针并在两个相邻插针之间具有错位τ，所述方法还包括藉由{(所有插针数#/2n)取整}+1，自动计算出为了限制所述测试系统中的最大错位Sk需要多少个参考插针，其中n*τ≤Sk；及自动指定相邻两个插针组交界处的功能插针作为参考插针。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的测试系统具有多个插针卡，每个插针卡包含多个功能插针，所述方法还包括将每个插针卡上的所述功能插针的校准数据存储到该插针卡上的非易失性存储器中。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于其中所述的存储在每个插针卡上非易失性存储器中的校准数据可藉由本机插针卡控制器寻址。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于其中所述的存储在每个插针卡非易失性存储器中的校准数据可藉由本机插针卡控制器或测试机控制器寻址并被格式化。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括将每个功能插针的校准数据作为一增益值和一偏移值存储。
17.在用来测试半导体被测装置(DUT)的测试系统中，所述测试系统具有多个功能插针和一个或多个精密测量单元(PMU)，一种为所述测试系统的功能插针进行内部测量的方法，包括在所述测试系统中指定一个功能插针作为参考插针并指定一个PMU作为参考PMU；对于每个待测功能插针，将功能插针连接到所述参考插针，并且使用所述参考PMU对功能插针进行内部测量。
18.根据权利要求17所述的系统，每个功能插针都包括一个驱动器和至少一个比较器，根据权利要求17所述的方法，其中将所述功能插针连接到所述参考插针的步骤还包括将所述功能插针的驱动器连接到所述参考插针的至少一个比较器；及将所述功能插针的至少一个比较器连接到所述参考插针的驱动器。
19.一种为了测试半导体被测装置(DUT)能够被校准的测试装置，其特征在于其包括一底板；多个插针卡，藉由所述底板耦接，每个插针卡都包括多个功能插针和一个或多个精密测量单元(PMU)；所述测试装置中的一个功能插针，其被指定为参考插针(R_PIN)，能够使用外部测试设备或一个或多个PMU对其进行测量；所述测试装置中的一个PMU，其被指定为参考PMU，用以测量所述参考插针和所述多个功能插针；和一测试机控制器，其藉由所述底板被耦接到所述多个插针卡上，所述测试机控制器被编程为藉由以下方式确定所述测试装置功能插针的校准数据利用外部测试设备(R_PINEXT)和所述参考PMU(R_PINPMU)存储所述参考插针的某一特定测量结果，藉由计算R_PINPMU-R_PINEXT确定所述特定测量结果的PMU误差(PMU_ERR)，并且对于所有待校功能插针X，将功能插针X连接到所述参考插针，利用所述参考PMU进行功能插针的所述特定测量X(F_PIN_XPMU)，藉由计算F_PIN_XPMU-PMU_ERR确定功能插针X的校正特定测量结果，并且藉由计算F_PIN_XPMU_CORR-R_PINEXT确定所述功能插针X的所述特定测量结果的校准数据。
20.根据权利要求19所述的测试装置，其特征在于其中所述的特定测量结果包括AC或DC测量结果。
21.根据权利要求19所述的测试装置，其特征在于还包括一驱动器和至少一个比较器于每个功能插针内；和所述测试机控制器还被编程为藉由以下方式将功能插针X连接到所述参考插针，将功能插针X的驱动器连接到所述参考插针的至少一个比较器，并将功能插针X的所述至少一个比较器连接到所述参考插针的驱动器。
22.根据权利要求21所述的测试装置，其特征在于其中所述的测试机控制器还被编程为利用所述参考插针的至少一个比较器代替所述参考PMU对功能插针X电压进行所述特定测量(F_PIN_XPMU)。
23.根据权利要求20所述的测试装置，其特征在于其中所述的测试机控制器还被编程为藉由利用参考PMU进行并处理多个DC测量从而进行功能插针X的AC测量(F_PIN_XPMU)。
24.根据权利要求19所述的测试装置，其特征在于两个或更多的所述多个功能插针被组织成一插针组，所述测试机控制器还被编程为将所述插针组中的功能插针连接到所述DUT；利用所述参考PMU对所述插针组中每个功能插针进行某一特定测量类型的未校准的测量；和藉由利用所述特定测量类型的校准数据修改所述未校准测量结果并藉由在一个总线周期内存储所述校准的测量结果执行组写，以便对所述未校准的测量结果进行校准。
25.根据权利要求24所述的测试装置，其特征在于其中所述的测试机控制器还被编程为为所述插针组中每个功能插针的每个测量类型指定一更新旗标；当一测量类型的组写启动时，设定与所述特定测量类型相关的更新旗标；当某一特定功能插针上的某一特定测量类型的组写已经完成时，将所述特定测量类型和功能插针的更新旗标重新设定；和仅在所述设定的更新旗标都被重新设定后终止所述组写。
26.根据权利要求19所述的测试装置，其特征在于其中所述的测试机控制器还被编程为选定所述参考插针的一个位置，从而使所述参考插针和所述多个功能插针之间的时序错位得到均衡。
27.根据权利要求19所述的测试装置，其特征在于其中所述的测试机控制器还被编程为选定所述参考插针的一个位置，该位置大约在所述多个功能插针范围的中点。
28.根据权利要求26所述的测试装置，其特征在于其中所述的测试机控制器还被编程为存储所述参考插针的位置到一参考插针寄存器中，该寄存器大到足够从所述多个功能插针中唯一地识别出所述参考插针的所述位置。
29.根据权利要求28所述的测试装置，其特征在于其中所述的测试机控制器还被编程为藉由指定多个功能插针作为参考插针将所述参考插针和所述多个功能插针之间的时序错位最小化；并在所述参考插针寄存器中存储每个参考插针的所述位置。
30.根据权利要求29所述的测试装置，其特征在于其中所述的多个功能插针被组织为每一个多个插针组中具有的功能插针为n个，并在两个连续插针之间具有的错位为τ，所述测试机控制器还被编程为藉由计算{(插针总数#/2n)取整}+1，自动地计算出在测试系统中需要多少个参考插针，以便限制最大错位Sk，其中n*τ≤Sk；及自动夺指定在两个相邻插针组的交界处的功能插针作为参考插针。
31.根据权利要求19所述的测试装置，其特征在于其中所述的测试机控制器还被编程为将每个插针卡上的功能插针的校准数据存储到该插针卡上的非易失性存储器中。
32.根据权利要求31所述的测试装置，其特征在于其中所述的存储于每个插针卡上的非易失性存储器中的校准数据可藉由一本机插针卡控制器寻址。
33.根据权利要求31所述的测试装置，其特征在于其中所述的存储于每个插针卡上的非易失性存储器中的校准数据可藉由一本机插针卡控制器或一测试机控制器寻址和被格式化。
34.根据权利要求19所述的方法，其特征在于其中所述的测试机控制器还被编程为将每个功能插针的校准数据作为一增益值和一偏移值存储。
35.一种用来测试半导体被测装置(DUT)并在测试装置内进行功能插针内部测试的测试装置，其特征在于其包括一底板；多个藉由所述底板耦接的多个插针卡，每个插针卡包括多个功能插针和一个或多个精密测量单元(PMU)；所述测试装置内被指定为参考插针的功能插针；所述测试装置内被指定为参考PMU以便对所述多个功能插针进行测量的PMU；和一测试机控制器，其藉由底板被耦接到所述多个插针卡，所述测试机控制器被编程为藉由以下方式对所述测试装置内的功能插针进行内部测试将所述功能插针连接到所述参考插针，和利用所述参考PMU对所述功能插针进行所述内部测量。
36.根据权利要求35所述的测试装置，其特征在于还包括一驱动器和至少一个比较器于每个功能插针内；和所述测试机控制器还被编程为藉由以下方式将所述功能插针连接到所述参考插针；将功能插针的所述驱动器连接到所述参考插针的至少一个比较器，并将所述功能插针的至少一个比较器连接到所述参考插针的所述驱动器。
全文摘要
本发明是有关于一种ATE校准方法和系统，不需要使用外部测试设备为单个功能插针进行校正，并且提供功能插针和插针之间均衡的时序错位(timing skew)。在测试系统中选取一个功能插针作为参考插针或“黄金”插针，并且另外选取一个功能插针作为精确测量单元(PMU)。外部测试设备和参考PMU被用来测量参考插针的AC和DC特性，任何偏差都表示参考PMU中的测量误差。测试系统中的所有功能插针都可以使用参考PMU相对于参考插针进行测量，将测量误差考虑在内，并且不需要外部测量设备。为了确保所有插针间的错位得到均衡，将参考插针的位置选择在尽量靠近功能插针范围内的中点。
文档编号G01R31/319GK1761886SQ20048000706
公开日2006年4月19日 申请日期2004年3月22日 优先权日2003年3月21日
发明者道格拉斯·拉尔森, 安夫尼·里, 凯洛·奎欧·东, 若企特·雷吉苏曼 申请人:爱德万测试株式会社