SoC測試的發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)

時間：2012-05-12 01:36:16

關鍵字： SoC 測試系統(tǒng) SOC芯片功能模塊

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[導讀]SoC測試的發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)

1前言

隨著半導體科技的進步，我們已經(jīng)可以把越來越多的電路設計在同一個芯片中，這里面可能包含有中央處理器（CPU）、嵌入式內(nèi)存（Embeddedmemory）、數(shù)字信號處理器（DSP）、數(shù)字功能模塊（Digitalfunction）、模擬功能模塊（Analogfunction）、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC,DAC）以及各種外圍配置（USB,MPEG,…）等等，這就是我們所說的SoC（系統(tǒng)單芯片）技術。目前，很多具有中央處理器功能的消費性電子產(chǎn)品，如視頻轉(zhuǎn)換器（Set-topbox）、移動電話（mobilephones）和個人數(shù)字助理（PDA）等等，都可稱之為SoC芯片。這類產(chǎn)品不僅在市場上占有重要地位，且其銷售量還在不斷的增長當中，已經(jīng)越來越成為消費性電子的主流產(chǎn)品。

這類產(chǎn)品對成本與市場價格相當敏感，因此，業(yè)者的競爭力便來自于誰能更好的控制成本。由于在一個芯片中集成了多種不同的功能模塊，SoC技術的發(fā)展為降低這類消費性電子產(chǎn)品的成本提供了機會。與此同時，由于功能模塊的高度集成，SoC芯片的設計、制造和測試過程也變得更為復雜。

降低測試成本一向是業(yè)者關注的焦點之一，而測試系統(tǒng)的選擇又是其中之重。安捷倫公司推出的93000SoC測試系統(tǒng)，完全以業(yè)者的需求為考量，適時解決了業(yè)者的相關難題，為業(yè)者提供了最為經(jīng)濟有效的測試方案。

為使讀者進一步了解安捷倫93000SoC測試系統(tǒng)所涵蓋的功能及原理，本文針對SoC芯片的測試需求，從93000SoC系統(tǒng)的共時測試模式和混合信號測試功能進行了討論。

2SoC芯片的測試需求

SoC芯片內(nèi)部非常復雜，研發(fā)制造的技術一直處于持續(xù)改進的狀態(tài)。同樣的，在測試上也遇到前所未有的難題。SoC芯片中：

（1）晶體管的數(shù)目越來越多。

（2）為了符合顧客的需求，芯片所提供的功能越來越多。

（3）各個不同功能模塊運作的頻率往往不同。

（4）各功能模塊所使用的電壓也可能不同。

（5）各功能模塊的測試原理也不相同。

如何能有效進行SoC芯片的測試工作，是學術界、產(chǎn)業(yè)界與各個研究單位都在努力解決的問題。目前有一種方法，叫做內(nèi)置自檢（BIST,Build-InSelfTest）。運用這種測試方法時，在芯片的設計階段，就必須把自檢測試的原理考慮進去，在制造芯片的電路中也必須要加入一些額外的自檢測試電路。測試時，只要給予芯片一些基本的信號，激活其自檢測試功能，通過芯片內(nèi)部的自檢測試電路，即可得知芯片的好壞狀況。這種方法的優(yōu)點是使得測試變得很簡單，只需負責激活芯片內(nèi)部的自檢測試功能，然后再把測試結(jié)果判讀出來就好了。但是，自檢測試也有其缺點。首先，制造時必須要加入額外的自檢測試電路，因此芯片的大小及成本會增加﹔其次，在目前的應用中，只有內(nèi)存芯片的自檢測試功能比較成熟，測試的覆蓋率較高，其它方面的芯片自檢測試功能都還在研究階段，尚無法應用在實際測試之中﹔第三，在從事錯誤分析的過程中，自檢測試所提供的結(jié)果有限，只能提供較少的信息來做分析。

另一種方法是運用傳統(tǒng)的測試技術。由于SoC芯片的功能與應用有相當?shù)膹碗s性和多變性，因此對測試系統(tǒng)所具有的能力也要求較高。測試設備本身必須要具備測試各種不同功能模塊的能力，包含對邏輯、模擬、內(nèi)存，高速或高頻電路的測試能力等等。同時測試系統(tǒng)最好是每個測試通道都有自己的獨立作業(yè)能力，避免采用資源共享的方式，以便能夠靈活運用在各種不同的測試功能上。

芯片結(jié)構(gòu)的復雜化，測試內(nèi)容的多樣化，使得SoC芯片的測試成本有不降反升的趨勢，也使業(yè)者對測試系統(tǒng)的提出了更高的要求。安捷倫公司推出的93000SoC測試系統(tǒng)，以其獨到的設計、靈活的配置和完善的功能，達到了這一要求。

3共時測試(ConcurrentTest)

以往測試SoC芯片，大多是采用分模塊測試的方式，例如先測試數(shù)字部分的電路功能是否正常，然后測試內(nèi)存部分，接下來再測試模擬部分，依此類推。這種方式較簡單，直接從現(xiàn)有的各種測試經(jīng)驗轉(zhuǎn)移過來即可，不過卻會花上許多測試時間。現(xiàn)在有一種新的測試技巧，就是同時針對不同的功能模塊同時來作測試，亦即所謂的共時測試，可大幅度的縮減測試SoC芯片所需的時間。此觀念其實不難，卻是SoC測試前所未有的突破，當然這也需要其它多方面的配合，比如，在設計方面必須事先考慮到可測性設計（DFT），要能夠允許測試系統(tǒng)同時存取到芯片內(nèi)的不同模塊﹔此外，各個模塊之間的隔離要做好，使彼此的干擾問題減少；最后，測試系統(tǒng)要有相應的功能，可以同時測試各種不同的功能模塊。

Agilent的93000SoC測試系統(tǒng)以其強大、靈活的硬件配置，日臻完善的軟件系統(tǒng)，為用戶提供了理想的集成測試環(huán)境，它的以下特性確保其全面支持SoC芯片的共時測試：

●獨立的測試通道結(jié)構(gòu)獨立的通道結(jié)構(gòu)可以使測試通道的各項直流和交流參數(shù)完全獨立，測試通道的動態(tài)分組具有最大的靈活性。因此，各個測試通道可以自由地組成測試端口。

●運行模式的多樣性系統(tǒng)的每一個測試通道都可以運行在多種模式下，如功能測試、邊界掃描、BIST控制、APG、數(shù)據(jù)采樣等。

●獨立的端口結(jié)構(gòu)獨立的端口結(jié)構(gòu)可以使各個端口自由地運行在各自的電平、波形、周期、向量及其控制

指令上。同時，其獨立結(jié)構(gòu)

使得高、低端的測試通道混用成為可能，用戶可以更為靈活地選擇系統(tǒng)配置，降低測試設備的購置費用。

●端口的同步功能端口的同步功能既保證了端口間的時間精度，確保了相關端口間的相位同步，又允許獨立端口間的異步操作。

●完善的軟件開發(fā)環(huán)境93000SoC的軟件系統(tǒng)SmarTest充分支持并行測試程序的開發(fā)、調(diào)試，能夠方便地將對各個功能模塊的測試結(jié)果集成顯示在同一窗口中。

由此可見，Agilent的93000SoC測試系統(tǒng)在軟、硬件上都可以充分支持SoC芯片的共時測試，為用戶縮短測試時間、提高測試效率提供了新的空間。同時，由于其獨立的端口結(jié)構(gòu)，增強了系統(tǒng)配置的靈活性，為用戶提供了高效的配置方案。

4混合信號測試(Mixed-signalTesting)

在計算機的世界之中，我們可以發(fā)現(xiàn)到處都是數(shù)字（digital）的影子。0與1的文字、二進制的表示，幾乎讓人處在一個絕對分明的虛幻世界里。然而在現(xiàn)實生活當中，存在的卻多是模擬（analog）的信號，例如我們說話的聲音、看到的影像以及感受到的溫度。為了處理人類實際的需求，在芯片中除了數(shù)字功能之外，我們也往往可以看到模擬與數(shù)字信號同時并存，即所謂的混合信號。

為了要測試芯片中的模擬電路是否正常，在測試系統(tǒng)中除了原本所具備數(shù)字方面的測試功能之外，通常還需要一些額外的選件。一般說來，波形發(fā)生器（ArbitraryWaveformGenerator,AWG）、波形采樣器（WaveformDigitizer,WD）和時隙分析儀（TimingIntervalAnalyzer,TIA）是最常用到的。波形發(fā)生器可用來產(chǎn)生各種形式的模擬信號，如弦波、方波、復合頻率波形等，作為測試芯片時所需的輸入波形﹔波形采樣器則是用來擷取芯片所輸出的模擬信號，以便我們處理和分析輸出結(jié)果﹔而時隙分析儀則可以檢測輸出信號在時域（timedomain）方面的特性，比如頻率、工作周期、波形上升時間和下降時間等等。

舉例而言，如果要測試一個放大器或模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），我們必須要使用波形發(fā)生器來產(chǎn)生模擬信號，輸入待測的芯片，以進行所需的測試。而針對數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）的測試工作，則需要波形采樣器，以擷取其所產(chǎn)生的模擬信號來做分析、判斷。對于鎖相環(huán)電路（PLL,PhaseLockedLoop）的測試，可以用時隙分析儀來量測其輸出的頻率、周期等。

在混合信號的測試中，如何有效的區(qū)隔數(shù)字信號與模擬信號的互相干擾是非常重要的。由于共處在同一芯片中，這兩種不同特性的信號往往會互相干擾，因此必須要特別注意把模擬電路的供電電源與數(shù)字電路的供電電源分開來﹔同樣的，模擬電路的接地層，也要和數(shù)字電路的接地層分開，這樣測試出來的效果才會比較好。

Agilent的93000SoC測試系統(tǒng)針對不同的應用，為用戶提供了多種不同的選件，以適應用戶對速度、精度的不同需求。以下列出了其主要選件：

HighResolutionAWG(1MSample/s18-bit)

HighSpeedAWG(128MSample/s12-bit)

30MAWG（30MSample/s16-bit）

BroadbandHighSpeedAWG(500MSample/s12-bit)

UltraHighSpeedAWG(2.6GSample/s8-bit)

4.1GAWG（4.1Gsample/s8-bit）

HighResolutionDigitizer(2MSample/s16-bit)

20MHzDigitizer（5MSample/s16-bit）

HighSpeedDigitizer(41MSample/s12-bit)

DualHighSpeedSampler(1GHzinputfreq.12-bit)

TimeIntervalAnalyzer(TIA)