芯片IV曲线自动测试方法及系统与流程

芯片iv曲线自动测试方法及系统
1.技术领域
2.本发明属于芯片测试技术领域，具体涉及一种芯片iv曲线自动测试方法及系统。
3.

背景技术：

4.在芯片设计制造领域，当流片出片之后，需要对芯片的各项性能进行实测和验证，而这些测试和验证中的某些测试过程可能会对芯片内部结构造成破坏或者损伤。因此在实施测试之前，需要对芯片的基准性能参数进行一次初步摸底并做映像，通常这种摸底都采用对芯片某两个特定引脚间施加特定的电流i和电压v，并逐点采集数据，最终根据i和v之间的关系，绘制出iv特性曲。不同引脚间的测试形成一个组合，该组合下的不同iv曲线图，综合反映了该芯片在测试前的电特性全貌，即可作为后续测试完毕后的性能校对参考样本。
5.现有技术中，iv特性参数的测试通常需借助于一定的仪器和装置，通过自动、半自动或者手动的方式完成。iv特性测试过程的关键点包括：（1）某两个不同的管脚组成一个测试组合；（2）不同测试项给定不同的i/v输入；（3）多个测试组合形成的测试集合。
6.根据仪器、装置以及测试和绘制方式的不同，可将现有技术分为以下三大类别：a、利用专业设备进行自动化测试、绘制。该种测试绘制方式，在对被测试芯片所有管脚间的特定电压或电流进行统一性设置后，设备即可快速根据设置参数，完成对芯片的iv特性测试和iv曲线图的绘制。通常该方式被专业的实验室或者专业的测试机构所运用。b、利用简易设备进行半自动化测试、绘制。该种测试绘制方式，每次设置一对管脚间的参数，同时需要手工连接相应管脚间的引线，在连线完毕后由设备根据设置参数，完成对芯片相应管脚的iv特性测试和iv曲线图的绘制,之后对下一步测试项进行参数配置，重新手工连接引线，再由设备继续进行测试和绘制。该测试方式被应用在测试频次不高、被测试对象种类比较单一的场景中。c、利用源测量单元smu（源表-电源/iv量表）进行手工测试、绘制。该种测试绘制方式成本低，只需借助于源表，通过每一步的手工输入参数、手工连接引线，手工切换输出，同时人工采样、记录数据，合并所有数据后，再手工或者借助于相应的图表软件，绘制iv曲线。该测试方式被应用在测试频次不高，测试要求不高，同时被测试芯片类型不多的场景下。
7.如上所述，现有的iv曲线测试绘制技术，除了手工测试绘制之外，多数需要借助于测试设备，测试设备包括专业设备和简易设备，设备的成本决定了设备的专业性高低，而企业在考虑测试精度、效率的同时，又不得不考虑成本的投入。总的来讲，现有的iv曲线测试绘制技术，存在以下几个问题：（1）专业设备的昂贵成本。专业设备技术先进、自动化效率高、精度高。但是专业设备动辄几十万上百万，普通企业根本无法承担这种投入。另一方面，iv曲线的测试绘制，通常只是专业设备的其中一项辅助功能，企业通常不可能单独为了测
一个iv曲线特性，投入巨资去购买一台专业的测试设备。（2）简易设备的测试准确度、精度和效率问题。相较于专业设备的巨额投资，简易设备的采用是一个比较不错的选择。但是简易设备因其成本低，在测试精度、便捷性、灵活性等方面存在一定的不足。简易设备测试的最大缺点是无法自动化完成测试绘制过程。在测试频次较高、测试品种较多的场景下，频繁地手工切换管脚、频繁地修改各管脚间的测试参数，极大阻碍了测试进度，降低了测试效率，同时因需要手工介入引线和设置，存在各种人为不确定性因素，测试结果的准确和稳定性也很难的到保障。同时测试数据没有被系统地存储和管理。（3）手工测试绘制的误差和效率问题。手工测试依赖于源表和测试人员的经验。从精度上来讲，源表的好坏、测试经验的丰富程度决定了测试的精度、效率的高低。手工测试最大的问题是效率低下，人为误差导致测试存在的不确定性较高。 同时手工测绘时候，读取到的测试值，往往受到峰值和谷值的影响，存在一定的测试误差。（4）单次测试数量仅为1颗芯片。无论是专业设备还是简易设备，在单次测量芯片的数量上，均只支持1颗芯片。而现实生产环境中存在单次测量多颗芯片的需求。
8.

技术实现要素：

9.鉴于以上存在的问题，本发明提供一种芯片iv曲线自动测试方法及系统。
10.为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：本发明实施例一方面提供一种芯片iv曲线自动测试方法，包括以下步骤：设备包括源表、主控设备、电平转换模块、mcu、io扩展模块、多组开关电路阵列、继电器阵列和至少一组多路继电器的芯片iv曲线测试系统，所述源表与主控设备电连接，主控设通过接口与电平转换模块连接，经过电平转换后，将电平转换成与mcu引脚相匹配的电平值进行通信，所述mcu 与io扩展模块电连接，所述io扩展模块与开关电路阵列电连接，所述开关电路阵列与继电器阵列和多路继电器电连接，所述多路继电器连接待测试的芯片，所述源表的正负极分别与继电器阵列不同分组电连接；将需要测量的管脚配对数据、测试条件，形成步序文件；设计主控程序在主控设备中运行，由所述主控程序读取步序文件，并将步序文件中的参数分解，通过主控设备将参数通过指令发送给mcu；mcu控制其中一组开关电路阵列，驱动继电器阵列，根据步序文件中的参数，接通其中的一个测试单元，其余的测试单元断开；mcu控制另一组开关电路阵列，从而驱动多路继电器，使步序文件中的指定芯片的指定管脚，被源表的正负极连接，由此形成源表正极、通过继电器阵列选中的芯片、多路继电器选中的第一选中管脚、多路继电器选中的第二选中管脚和源表负极组成的测试回路；主控设备将步序中的测试参数发送给源表，控制源表使能，向接通的测试回路发送信号，同时获得电流电压的数据，返回给主控设备；主控设备将获取到的信号绘制成iv曲线图；所有开关电路、继电器复位，进入下一条步序，如此循环，直到所有步序被执行完毕。
11.优选地，所述源表为可控制的电源，同时用于电压和电流测试。
12.优选地，所述测试单元包括待测试的其中一个芯片和多路继电器，多路继电器一次控制一颗芯片所有引脚的接入和断开。
13.优选地，通过主控装置的串口传递命令给源表，进行输出和信号采集。
14.优选地，所述测试条件包括预设电流、预设电压、电压区间和测试点的间隔数、测试单元编号和被测试管脚名称。
15.本发明实施例又一方面提供一种芯片iv曲线自动测试系统，包括源表、主控设备、电平转换模块、mcu、io扩展模块、多组开关电路阵列、继电器阵列和至少一组多路继电器，所述源表与主控设备电连接，主控设通过接口与电平转换模块连接，经过电平转换后，将电平转换成与mcu引脚相匹配的电平值进行通信，所述mcu与io扩展模块电连接，所述io扩展模块与开关电路阵列电连接，所述开关电路阵列与继电器阵列和多路继电器电连接，所述多路继电器连接待测试的芯片，所述源表的正负极分别与继电器阵列不同分组电连接；主控程序在主控设备中运行，由所述主控程序读取步序文件，并将步序文件中的参数分解，通过主控设备将参数通过指令发送给mcu，所述步序文件包括需要测量的管脚配对数据、测试条件；mcu控制其中一组开关电路阵列，驱动继电器阵列，根据步序文件中的参数，接通其中的一个测试单元，其余的测试单元断开；mcu控制另一组开关电路阵列，从而驱动多路继电器，使步序文件中的指定芯片的指定管脚，被源表的正负极连接，由此形成源表正极、通过继电器阵列选中的芯片、多路继电器选中的第一选中管脚、多路继电器选中的第二选中管脚和源表负极组成的测试回路；主控设备将步序中的测试参数发送给源表，控制源表使能，向接通的测试回路发送信号，同时获得电流电压的数据，返回给主控设备；主控设备将获取到的信号绘制成iv曲线图；所有开关电路、继电器复位，进入下一条步序，如此循环，直到所有步序被执行完毕。
16.优选地，所述开关电路阵列采用晶体管阵列。
17.优选地，所述开关电路阵列采用mos管阵列。
18.优选地，所述测试单元包括待测试的其中一个芯片和多路继电器，多路继电器一次控制一颗芯片所有引脚的接入和断开。
19.优选地，所述测试条件包括预设电流、预设电压、电压区间和测试点的间隔数、测试单元编号和被测试管脚名称。
20.采用本发明具有如下的有益效果：（1）单次可测量多颗芯片。通过将测试单元模块化，并加入可扩展接口，实现轮巡式测试，最高支持一次测试36颗芯片（可通过增加开关电路阵列来增加拓展接口的数量），极大提高测试效率。
21.（2）用步序文件将所有测试步骤程序化。主控程序通过解析步序文件的参数，发送命令给控制单元自动执行。
22.（3）自动控制源表输出和采集信号。
23.（4）自动控制芯片引脚间的配对导通和输入输出。由于芯片的引脚较多，进行iv曲线测绘必须设置不同引脚间的电信号导入，因此用软件通过主控装置的串口与单片机实现
通信，控制继电器阵列实现特定的继电器端子导通，使得该项繁琐的操作得以自动实现。
24.（5）通过多次采集信号，计算平均值，减少测量误差，提高精度。
25.（6）可自动绘制iv曲线图，由主控程序根据测试数据（电压和电流的对应关系）自动绘制成xy轴上的iv曲线，并保存成位图文件。
26.（7）自动保存数据，解决了测试中数据采集的自动保存问题，并将自动绘制的iv曲线图随数据一并保存，以供后续使用中的查询和调用。
27.附图说明
28.图1为本发明实施例的芯片iv曲线自动测试方法的流程图；图2为本发明实施例的芯片iv曲线自动测试系统的结构示意图；图3为一具体应用实例中待测芯片与多路继电器的接线原理图。
29.具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.参见图1，所示为本发明实施例的芯片iv曲线自动测试方法的流程图，包括以下步骤：设备包括源表、主控设备、电平转换模块、mcu、io扩展模块、多组开关电路阵列、继电器阵列和至少一组多路继电器的芯片iv曲线测试系统，如图 2 所示，源表与主控设备电连接，主控设通过接口与电平转换模块连接，经过电平转换后，将电平转换成与mcu引脚相匹配的电平值进行通信，mcu 与io扩展模块电连接，io扩展模块与开关电路阵列电连接，开关电路阵列与继电器阵列和多路继电器电连接，多路继电器连接待测试的芯片，源表的正负极分别与继电器阵列不同分组电连接；设置包括源表、主控设备、mcu、多组开关电路阵列、继电器阵列和至少一组多路继电器的芯片iv曲线测试系统，如图2所示，源表与主控设备电连接，主控设备与mcu电连接，mcu与开关电路阵列电连接，开关电路阵列与继电器阵列电连接，多路继电器连接待测试的芯片，所述源表的正极与继电器阵列电连接，所述源表的负极与待测试芯片的管脚连接；将需要测量的管脚配对数据、测试条件，形成步序文件；测试条件可以包括预设电流、预设电压、电压区间和测试点的间隔数、测试单元编号、被测试管脚名称等；设计主控程序在主控设备中运行，由所述主控程序读取步序文件，并将步序文件中的参数分解，通过主控设备将参数通过指令发送给mcu；mcu控制其中一组开关电路阵列，驱动继电器阵列，根据步序文件中的参数，接通其中的一个测试单元，其余的测试单元断开；mcu控制另一组开关电路阵列，从而驱动多路继电器，使步序文件中的指定芯片的指定管脚，被源表的正负极连接，由此形成源表正极、通过继电器阵列选中的芯片、多路继
电器选中的第一选中管脚、多路继电器选中的第二选中管脚和源表负极组成的测试回路；主控设备将步序中的测试参数发送给源表，控制源表使能，向接通的测试回路发送信号，同时获得电流电压的数据，返回给主控设备；主控设备将获取到的信号绘制成iv曲线图；所有开关电路、继电器复位，进入下一条步序，如此循环，直到所有步序被执行完毕。
32.具体实施例中，主控程序是用来读取、解析步序文件、发送指令、接收测量结果并绘制和保存数据的程序。主控制程序实现对步序表的读取、分解、转化，并将分转化后的步序逻辑和配置参数通过串口发送给源表和单片机，执行物理连接、信号输出、信号采集、信号处理和保存。主控装置是用来运行主控程序的装置。源表是可控制的电源，并同时具有电压、电流的测试功能。步序文件可以是带有格式分隔符的文件，包括不限于文本文件、excel文件、json文件、xml文件等。测试单元包括待测试的其中一个芯片和多路继电器，多路继电器一次控制一颗芯片所有引脚的接入和断开。多路继电器是一种具有多条连接线路的继电器，所有连接线路的连接状态同时受控，连接状态相同，多路继电器可通过开关电路阵列来控制。开关电路阵列可以一种晶体管或者mos管组成的集成电路开关阵列，由 mcu发送指令进行控制，具有多路、多状态功能，用来驱动继电器。所有连接通路的连接状态同时受控，不通的连接状态可根据指令来指定。
33.通过以上设置的芯片iv曲线自动测试方法，可实现单次测量多颗芯片。通过将测试单元模块化，并加入可扩展接口，实现轮巡式测试，最高支持一次测试36颗芯片，可通过增加开关电路阵列来增加拓展接口的数量，极大提高测试效率。
34.为了实现单次测多颗芯片，采用两级继电器控制，即第一级控制测试单元的选中，采用继电器阵列实现；第二级控制芯片管脚的选中，采用多路继电器实现，两级继电器均由mcu控制开关电路阵列来实现操控。通过mcu对开关电路阵列的控制，实现对继电器阵列的操控，每个测试单元是一个模块，使得测试单元，具有可扩展性。在测试时，由开关电路阵列控制测试单元中的多路继电器，由程序控制并决定是否将该单元接入当前的测试中。开关电路阵列可采用晶体管阵列或者mos管阵列，如达林顿晶体管阵列。每一次测试，只接入一个测试单元。测试结束复位，并根据指令选取下一个测试单元。
35.本发明一实施例中，测试步序指的是iv曲线测试绘制的整个流程按照设定好的顺序一步步执行。步序文件是测试参数配置的核心，步序文件被导入主控装置后，所有开关、仪器的自动化操控均由主控程序通过解析步序文件的参数，发送命令给控制单元自动执行。步序文件的每一行内容包括序号、测试单元编号，第一测试引脚名称、第二测试引脚名称、给定电压区间、给定电压的区间间隔数目、钳制电流、开关电路阵列的开关指令、多路继电器的开关指令。主控程序读取步序文件中的每一行，按照配置内容执行命令，发送到相应的被控单元，对指定编号的测试单元自动执行测试动作，完成一次测试，并按照步序文件的序号，对每个指定的测试单元进行指定配置参数的测试。
36.本发明一实施例中，源表通常被用于手工测试某些项目，采用程序进行控制后，可以更便捷和精准地给出信号和进行采集数据。特别是在一定的电压区间或者电流区间，需要将该区间分解成若干个测试点进行测试，需要频繁手动调整源表的参数，这个过程很大程度上存在一定的误输入和误读出，直接使测试结果受到影响。
37.本发明一实施例中，由于芯片的引脚较多，进行iv曲线测绘必须设置不同引脚间的电信号导入，因此用软件通过主控装置的串口与单片机实现通信，控制继电器阵列实现特定的继电器端子导通，使得该项繁琐的操作得以自动实现，即自动控制芯片引脚间的配对导通和输入输出。
38.通过人工设置源表并进行测量的弊端在于，一次读取数据往往存在波峰波谷值的误差，本发明一实施例中，采用多次信号采集，并取平均值，来避免人工测试导致的误差，提高测量的精度。
39.iv曲线图是根据电流（i）电压（v）之间的关系绘制的特性图，通常根据测试过程中取得的分布点数据绘制，本发明一实施例中，由主控程序根据测试数据（电压和电流的对应关系）自动绘制成xy轴上的iv曲线，并保存成位图文件。 进一步的，测试中数据采集的自动保存问题，并将自动绘制的iv曲线图随数据一并保存，以供后续使用中的查询和调用。
40.与方法实施例对应的，参见图2，本发明实施例提供了一种芯片iv曲线自动测试系统，包括源表、主控设备、电平转换模块、mcu、io扩展模块、多组开关电路阵列、继电器阵列和至少一组多路继电器，源表与主控设备电连接，主控设通过接口与电平转换模块连接，经过电平转换后，将电平转换成与mcu引脚相匹配的电平值进行通信，mcu与io扩展模块电连接，io扩展模块与开关电路阵列电连接，开关电路阵列与继电器阵列和多路继电器电连接，多路继电器连接待测试的芯片，源表的正负极分别与继电器阵列不同分组电连接。主控程序在主控设备中运行，由所述主控程序读取步序文件，并将步序文件中的参数分解，通过主控设备将参数通过指令发送给mcu，所述步序文件包括需要测量的管脚配对数据、测试条件；mcu控制其中一组开关电路阵列，驱动继电器阵列，根据步序文件中的参数，接通其中的一个测试单元，其余的测试单元断开；mcu控制另一组开关电路阵列，从而驱动多路继电器，使步序文件中的指定芯片的指定管脚，被源表的正负极连接，由此形成源表正极、通过继电器阵列选中的芯片、多路继电器选中的第一选中管脚、多路继电器选中的第二选中管脚和源表负极组成的测试回路；主控设备将步序中的测试参数发送给源表，控制源表使能，向接通的测试回路发送信号，同时获得电流电压的数据，返回给主控设备；主控设备将获取到的信号绘制成iv曲线图；所有开关电路、继电器复位，进入下一条步序，如此循环，直到所有步序被执行完毕。
41.具体应用实例中，源表与主控设备可以通过rs232电连接。主控设备与mcu也可以通过rs232电连接。
42.具体应用实例中，mcu通过iic接口与io扩展模块连接。
43.本发明一实施例中，参见图3，所示为多路继电器（k1-k6），源表正极（smu+）、选中的芯片（u）、选中的芯片管脚和源表负极（smu-）的测试回路结构示意图，通过控制继电器的开合，可以形成不同的测试回路，进而测量。
44.具体实施例中，主控程序是用来读取、解析步序文件、发送指令、接收测量结果并绘制和保存数据的程序。主控制程序实现对步序表的读取、分解、转化，并将分转化后的步序逻辑和配置参数通过串口发送给源表和单片机，执行物理连接、信号输出、信号采集、信号处理和保存。主控装置是用来运行主控程序的装置。源表是可控制的电源，并同时具有电压、电流的测试功能。步序文件可以是带有格式分隔符的文件，包括不限于文本文件、excel文件、json文件、xml文件等。测试单元包括待测试的其中一个芯片和多路继电器，多路继电
器一次控制一颗芯片所有引脚的接入和断开。多路继电器是一种具有多条连接线路的继电器，所有连接线路的连接状态同时受控，连接状态相同，多路继电器可通过开关电路阵列来控制。开关电路阵列可以一种晶体管或者mos管组成的集成电路开关阵列，由mcu发送指令进行控制，具有多路、多状态功能，用来驱动继电器。所有连接通路的连接状态同时受控，不通的连接状态可根据指令来指定。
45.通过以上设置的芯片iv曲线测试系统，可实现单次测量多颗芯片。通过将测试单元模块化，并加入可扩展接口，实现轮巡式测试，最高支持一次测试36颗芯片，可通过增加开关电路阵列来增加拓展接口的数量，极大提高测试效率。
46.为了实现单次测多颗芯片，采用两级继电器控制，即第一级控制测试单元的选中，采用继电器阵列实现；第二级控制芯片管脚的选中，采用多路继电器实现，两级继电器均由mcu控制开关电路阵列来实现操控。通过mcu对开关电路阵列的控制，实现对继电器阵列的操控，每个测试单元是一个模块，使得测试单元，具有可扩展性。在测试时，由开关电路阵列控制测试单元中的多路继电器，由程序控制并决定是否将该单元接入当前的测试中。开关电路阵列可采用晶体管阵列或者mos管阵列，如达林顿晶体管阵列。每一次测试，只接入一个测试单元。测试结束复位，并根据指令选取下一个测试单元。
47.本发明一实施例中，测试步序指的是iv曲线测试绘制的整个流程按照设定好的顺序一步步执行。步序文件是测试参数配置的核心，步序文件被导入主控装置后，所有开关、仪器的自动化操控均由主控程序通过解析步序文件的参数，发送命令给控制单元自动执行。步序文件的每一行内容包括序号、测试单元编号，第一测试引脚名称、第二测试引脚名称、给定电压区间、给定电压的区间间隔数目、钳制电流、开关电路阵列的开关指令、多路继电器的开关指令。主控程序读取步序文件中的每一行，按照配置内容执行命令，发送到相应的被控单元，对指定编号的测试单元自动执行测试动作，完成一次测试，并按照步序文件的序号，对每个指定的测试单元进行指定配置参数的测试。
48.本发明一实施例中，源表通常被用于手工测试某些项目，采用程序进行控制后，可以更便捷和精准地给出信号和进行采集数据。特别是在一定的电压区间或者电流区间，需要将该区间分解成若干个测试点进行测试，需要频繁手动调整源表的参数，这个过程很大程度上存在一定的误输入和误读出，直接使测试结果受到影响。
49.本发明一实施例中，由于芯片的引脚较多，进行iv曲线测绘必须设置不同引脚间的电信号导入，因此用软件通过主控装置的串口与单片机实现通信，控制继电器阵列实现特定的继电器端子导通，使得该项繁琐的操作得以自动实现，即自动控制芯片引脚间的配对导通和输入输出。
50.通过人工设置源表并进行测量的弊端在于，一次读取数据往往存在波峰波谷值的误差，本发明一实施例中，采用多次信号采集，并取平均值，来避免人工测试导致的误差，提高测量的精度。
51.iv曲线图是根据电流（i）电压（v）之间的关系绘制的特性图，通常根据测试过程中取得的分布点数据绘制，本发明一实施例中，由主控程序根据测试数据（电压和电流的对应关系）自动绘制成xy轴上的iv曲线，并保存成位图文件。进一步的，测试中数据采集的自动保存问题，并将自动绘制的iv曲线图随数据一并保存，以供后续使用中的查询和调用。
52.应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描
述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。