基于FPGA的集成电路测试系统设计

基于FPGA的集成电路测试系统设计
【摘要】随着电路设计技术的不断发展，集成电路的测试对保证电路可靠性的作用日益增加。

集成电路的测试不仅对确保电路的可靠性有重要作用，而且可以降低电路与系统的制造成本。

本文是基于集成电路的逻辑功能测试理论，通过测试集成电路的逻辑功能是否正常来判断电路功能是否正常。

实验结果表明，该系统测试便捷，准确，对于芯片的生产商和使用者都具有较重要的意义。

【关键词】逻辑芯片；功能测试；FPGA；MFC
在最原始的测试过程中，对集成电路（Integrated Circuit，IC）的测试是依靠有经验的测试人员使用信号发生器、万用表和示波器等仪器来进行测试的。

这种测试方法测试效率低，无法实现大规模大批量的测试。

随着集成电路的集成度和引脚数的不断增加，工业生产上必须要使用新的适合大规模电路测试的测试方法。

在这种情况下，集成电路的自动测试仪开始不断发展。

现在国内的同类型产品中，一部分采用了单片机实现，这部分仪器分析速度慢，难以用于大规模的测试系统之中，并且在管脚的扩展性上受到严重的限制。

另一部分使用了DSP芯片，虽然功能上较为完善，但造价不菲，实用性能有限。

本文的设计是基于FPGA实现逻辑芯片的功能故障测试。

由于FPGA芯片价格的不断下降和低端芯片的不断出现，使用FPGA作为主控芯片可以更适合于市场，且有利于对性能进行扩展。

实验表明，该系统设计合理，能对被测芯片进行准确的功能测试。

1.逻辑芯片功能测试的基本理论简介
功能测试也称为合格—不合格测试，它决定了生产出来的元件是否能正常工作。

一个典型的测试过程如下：将预先定义的测试模板加载到测试设备中，它给被测元件提供激励和收集相应的响应；需要一个探针板或测试板将测试设备的输入、输出与管芯或封装后芯片的相应管脚连接起来。

测试模板指的是施加的波形、电压电平、时钟频率和预期响应在测试程序中的定义。

元件装入测试设备，测试设备执行测试程序，将输入模板序列应用于被测元件，比较得到的和预期的响应。

如果观察到不同，则表示元件出错，即该元件功能测试不合格。

2.测试系统设计
该测试系统由下位机硬件电路和上位机测试软件两大部分构成。

系统采用功能模块化设计，控制灵活，操作简单，而且采用ROM存储测试向量表库，方便以后的芯片型号添加和扩展，有很好的实际应用性。

2.1 硬件设计
控制器模块选用Altera的FPGA芯片EP3C16Q240C8N，配置芯片选用EPCS4。

控制器由使用VerilogHDL硬件语言实现了包括串口接收模块、数据转换与测试保护模块和串口发送模块三个部分的功能设计。

串口接收模块完成与串口芯片MAX3232进行通信，接收由上位机发送来的测试指令；数据转换与测试保护模块产生实现一个类似于D触发器的保护器，对测试端的被测芯片输出脚进行双保护，保证其在测试后的回测值不受初值影响；串口发送模块将测试后得到的数据组合为一个回测寄存器，并按照串口通信协议将回测数据发送回上位机。

串口通信模块选用MAX3232芯片，现串口的全双工数据传输。

2.2 软件设计
3.系统测试验证
3.1 常规测试
以芯片74LS08为例，测试流程如下：
（1）使用Microsoft Office Access 2003软件建立测试数据库，并在数据库中建立几款不同被测芯片的测试数据。

（2）在芯片型号检索对话框中输入“74LS08”型号后，点击“确定”按钮即可完成芯片检索的流程。

（3）自动测试模式下，系统将调用数据库中被测芯片的完整测试数据，并且完成整个测试集的循环测试。

3.2 故障测试
此时，如果被测芯片依然为74LS00芯片，而从上位机的数据库中重新调入74LS00芯片的测试信息进行测试，其测试结果则显示为“该芯片功能测试全部通过”。

其显示界面如图3所示。

由此可以验证，测试系统对芯片功能故障的判断十分准确，并且测试系统可以准确的识别存在故障的测试矢量位置，以便于用户进行进一步的分析。

4.结论
本文用FPGA进行了一个芯片功能测试系统，并对其功能进行了验证，实验结果表明该系统测试方法简单，测试过程迅速，测试结果准确。

该系统为芯片功能测试提供了一个很好的解决方案，具有重要的应用价值。

参考文献
[]罗和平.数字IC自动测试设备关键技术研究[D].成都：电子科技大学，2008.
[2]马秀莹.新型超大规模集成电路（VLSI）直流参数自动测试系统[D].北京：北京工业大学，2005.
[3]康华光.电子技术基础（数字部分）[M].北京：高等教育出版社，2005.
[4]张伟伟.混合电路仿真中的元件建模与故障建模技术研究[D].武汉：华中科技大学，2008.
[5]陈光禹，潘中良.可测性设计技术[M].北京：电子工业出版社，1997.。