一种用于反熔丝型FPGA器件的老炼筛选装置的制作方法

一种用于反熔丝型fpga器件的老炼筛选装置
技术领域
1.本发明涉及集成电路可靠性试验领域，尤其是指一种用于反熔丝型fpga器件的老炼筛选装置。


背景技术：

2.反熔丝型fpga器件具有可靠性高，保密性好，抗辐射能力强的特点，在复杂环境和军工领域有着广泛的应用。
3.反熔丝技术与fpga的结合，实现了反熔丝型fpga器件的诸多优势。反熔丝单元作为该类型fpga器件的配置存储单元，在编程前处于高阻断开状态，其电阻值为几百兆欧姆，在经过高压脉冲编程后处于低阻连通状态，其电阻值为几十欧姆。反熔丝单元是一种非易失性存储单元，具有一次编程的特性，这使得反熔丝型fpga无法通过多次配置不同故障模型的测试代码来对fpga内部逻辑资源进行测试与筛选，同时由于反熔丝单元对于器件整体可靠性起着决定性的作用，因此前期通过对未编程反熔丝型fpga器件进行有效老炼筛选并淘汰有缺陷反熔丝单元的器件对于产品后期在系统运行的长期可靠性有着深远的影响。
4.目前国外相关器件厂商仅提供了部分关于反熔丝型fpga器件的老炼筛选说明文档，没有提供比较详细的老炼筛选装置说明与实现方法，本发明结合不同类型反熔丝型fpga器件的特性，公开了一种通用的反熔丝型fpga的老炼筛选装置的具体实现方法。


技术实现要素：

5.为此，本发明公开一种用于反熔丝型fpga器件的老炼筛选装置，提供一套完整的对于反熔丝型fpga系列产品的老炼筛选解决方案。
6.为解决上述技术问题，本发明的一种用于反熔丝型fpga器件的老炼筛选装置，包括数据流生成模块、老炼驱动板和老炼工位板，所述的数据流生成模块内由matlab软件实现，通过程序设计和算法迭代，产生激励的jtag数据流文件，所述的数据流生成模块通过数字通道与老炼驱动板之间通信相连；所述的老炼驱动板与老炼工位板之间通过专用接口相连，其中的专用接口内集成有电源通道、数字通道、模拟通道，其中的老炼工位板根据所检测器件插座的外形结构进行工位布局，所述的老炼驱动板上集成包括微处理器主控mcu，大容量sd卡，电压、电流采集模块，显示模块，状态指示模块，声光报警模块、模式选择模块，所述的主控mcu通过内置dma控制器分别与大容量sd卡，显示模块，状态指示模块相连，且主控mcu内还集成有电源管理，同时与外置dc/dc电源管理芯片相连，形成电源通道，所述的主控mcu通过内置adc转换器分别与电压、电流采集模块，声光报警模块相连，组成了关于电压电流判断报警回路，所述的主控mcu与模式选择模块之间相连，组成了运行模式设置功能回路。
7.在本发明的一个实施例中，所述的电源通道，所述电源通道产生四路可编程输出电源，上电顺序通过主控芯片进行控制；
8.数字通道，所述数字通道由fpga和电平转换芯片组成，将jtag数据流分配至指定
的通道进行数据收发；
9.模拟通道，所述模拟通道产生17路可编程模拟通道输出，对反熔丝fpga器件特有的编程端口提供电压。
10.在本发明的一个实施例中，所述大容量的sd卡作为向量存储空间，存储有激励jtag文件。
11.在本发明的一个实施例中，所述数据流生成模块用于生成指定型号反熔丝fpga器件的老炼数据流文件，并存储在sd卡中。
12.在本发明的一个实施例中，所述电压、电流采集模块对电源通道进行电压和电流的采集。
13.在本发明的一个实施例中，所述老炼驱动板主控mcu读取sd卡中配置信息及jtag数据流文件，并与fpga进行数据传输，实现对电源通道、数字通道、模拟通道的配置，并且进行数据采集和监控报警。
14.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明实现一种可以覆盖主要反熔丝技术(mtm(metal to metal)型反熔丝和ono(oxide-nitride-oxide)型反熔丝)电应力特性要求，满足不同规模反熔丝型fpga器件老炼向量空间要求，可以灵活进行开发的反熔丝型fpga老炼筛选装置。解决了常规老炼筛选装置无法满足反熔丝型fpga在老炼筛选中对于硬件资源、向量深度以及配置灵活的开发的要求。
附图说明
15.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
16.图1是本发明反熔丝型fpga老练筛选装置组成框图；
17.图2是本发明所述反熔丝型fpga老练筛驱动板原理框图。
具体实施方式
18.如图1和图2所示，本实施例提供反熔丝型fpga器件的老炼筛选装置，包含数据流生成模块、老炼工位板和老炼驱动板，其组成框图如图1所示。板卡间通过两个2.54mm间距的金手指连接端子对插。该端子可以通过定制安装在指定型号的高温老化箱上，从而在箱内外形成标准接口，实现高温下工位板和驱动板的可靠连接。连接端子定义了电源通道、数字通道和模拟通道的位号，老炼驱动板和老炼工位板可根据该定义独立设计。以下对老炼筛选装置的各组成部分进行分别说明。
19.数据流生成模块由matlab软件实现，根据不同类型反熔丝型fpga器件的可测性设计原理、jtag扫描链定义及模式指令数据寄存器的定义，通过程序设计和算法迭代，产生覆盖器件逻辑宏单元真值表、覆盖器件io端口功能、可对器件反熔丝整列进行正向、反向加载电应力以及对可测资源进行激励的jtag数据流文件，该文件存储在大容量sd卡中，供主控mcu调用执行。
20.老炼工位板的设计主要根据器件插座的外形结构进行工位布局。根据不同类型不同规模反熔丝型fpga器件的特性，布线主要有三种类型的通道：1.电源通道：将器件的内核电源、端口电源、jtag配置电源、电荷泵电源连接至端子对应的电源通道。2.数字通道：反熔
丝型fpga器件采用jtag边界扫描端口进行数据收发，将器件的jtag端口进行总线连接，tdo(jtag输出端口)或prx(器件探针端口)用于表征每个器件的工作状态，因此通过单独的端口连接至数字通道。3.模拟通道：反熔丝型fpga器件特有的高压编程通道，端子中进行定义两种类型的编程通道，通过连接至对应的模拟通道实现对器件的反熔丝阵列进行应力筛选。
21.老炼驱动板原理框图如图2所示，其中主控部分由微处理器mcu组成，向量存储空间由大容量sd卡组成，电源通道部分由多路dc/dc电源管理芯片组成，数字通道部分由fpga和电平转换芯片组成，模拟通道部分由数模转换器dac搭配多路通道放大器组成，此外还配备了电压、电流采集模块，显示模块，状态指示模块，声光报警模块、模式选择模块等进而实现了整体功能。以下对老化驱动板的实现过程进行具体说明
22.mcu主控制器负责整个老炼筛选进程的调度与运行。上电初始化后，首先从sd卡中读取并校验老炼筛选电压配置文件，该文件记录了不同老炼要求的电压条件，mcu控制器将该文件内容转换为可供dac转换器调用的数组；然后控制dc/dc电源管理芯片以规定上电顺序对老炼工位板上的器件上电；上电后通过电压、电流采集模块进行实时数据采集，一旦发生短路和过流的情况则切断电源并进行故障记录显示和声光报警。进入正常工作状态后，mcu控制器根据设定的老炼筛选的流程进行操作，从sd卡中读取对应操作的执行文件，并将解析的数据转存至fpga，由fpga进行jtag数据收发，mcu控制器根据执行文件中指定的电压应力条件，通过dac调用对应数组的数值输出电压至多路通道放大器，实现相应的模拟通道电压输出。
23.由于反熔丝型fpga采用jtag边界扫描端口进行串行数据流配置，随着器件规模的增大数据帧的位流长度相应增长，因此也要求更多的向量存储空间。本装置采用大容量sd卡作为向量空间存储，可以满足不同规模的器件对于向量空间的要求。采用fatfs文件系统进行数据操作，便于调试和管理。
24.老炼驱动板的电源通道由dc/dc电源管理芯片提供。该电源管理芯片由单路12v的电源供电，产生四路可编程输出电源，上电顺序通过主控芯片进行控制。其本身具有供电效率高、电流负载大、自身发热小的优点，并且提供了pwgood状态指示和温度传感输出供主控mcu进行实时监控。当发生输出电压偏差和过流导致的温度过热时，主控mcu可以及时切断电源，以保证老炼工位板的器件不会因为异常情况而被烧毁。
25.数字通道由fpga和电平转换芯片组成，其中fpga虚拟为主控mcu的外部存储器，mcu采用dma(直接存储器访问)控制器实现数据在sd卡和fpga之间的高速数据传输。fpga读取数据后，经过译码，将jtag数据流分配至指定的数字通道，并在jtag时钟上升沿读取tdo(jtag输出端口)或prx(器件探针端口)的数据与期望数据进行比较，将运行的程序文件和比较的结果输出至状态指示模块，以便于观察老炼筛选流程中各工位的运行情况。fpga在硬件配置上具有很大的灵活性，可以满足不同种类器件的数据译码要求；电平转换芯片实现了数字通道的电压变换，实现了对不同器件的电平要求的覆盖。
26.模拟通道由主控mcu的dac数模转换器和多路通道放大器组成。fpga将解析的模拟通道信息回传mcu控制器以选择对应的老炼筛选电压配置数组中的数据。该数组中包含了17路模拟通道的电压信息，分为2个dac控制器进行转换。其中一个dac控制器进行直接数据转换和功率放大，输出1路用于控制反熔丝型fpga熔丝阵列的开关的vsv电压；另一个dac控
制器以分时复用的方式，依次将16路模拟通道的电压值输出至多路通道放大器产生用于加载至熔丝阵列的vpp电压，以满足对不同规模的反熔丝fpga器件的反熔丝阵列加载电应力的需求。多路通道放大器由模拟开关和功率放大模块组成，通过切换输出16路模拟通道电压并进行采样保持和功率放大，实现了多路模拟通道的输出。
27.电压、电流采集模块主要对电源通道进行电压和电流的采集，通过显示模块进行实时显示，并通过通讯接口进行定时数据上传。
28.显示模块由12864液晶组成，用于显示老炼的器件型号和实时采集的电压电流信息，若发生故障，则显示对应的故障信息。
29.状态指示模块由led阵列组成，用于指示当前老炼运行的程序信息和老炼工位的运行状态。
30.声光报警某块由故障指示灯和蜂鸣器组成，当发生短路、过流、过热故障时，进行声光报警，提示巡检人员进行故障排查。
31.模式选择模块由拨码开关组成，主控mcu可运行在不同的模式中，实现配置的灵活性。
32.以上为老炼驱动板各模块实现过程的介绍，各模块经过有机结合而形成统一的整体，实现了对不同类型反熔丝型fpga器件进行老炼筛选的要求。
33.反熔丝型fpga器件是一种以反熔丝作为逻辑配置存储单元的一次可编程器件。反熔丝型fpga不同于可重复配置的sram型和flash型fpga，无法通过多次配置不同类型故障模型的测试代码来对内部逻辑资源进行老炼与筛选。本发明针对反熔丝型fpga器件的特点，提供了器件老炼筛选所需的硬件资源和软件实现方案，在器件未编程的状态下实现对器件内部逻辑资源、i/o端口、反熔丝单元阵列施加相应的电应力，剔除器件的早期失效，以达到老炼筛选的目的，解决了反熔丝型fpga器件未编程状态下进行有效老炼筛选的问题。本发明通过jtag边界扫描端口进行串行数据流配置，同时配备了大容量的测试代码存储空间和多路可编程模拟通道，提供并实时监控器件的工作电压和电流以及器件的运行状态，可满足不同类型与规模的反熔丝型fpga器件在老炼筛选中对于硬件资源和位流容量的要求，具有广泛的适用性。
34.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。