基于 V93k ATE 的 SoC 芯片输出不稳定的测试方法

基于 V93k ATE 的 SoC 芯片输出不稳定的测试方法
刘相伟，唐昱，唐丽，刘安康

摘要：分析表明，大多数 SoC 芯片是基于锁相环倍频外部时钟或内部时钟来运行的，而芯片之间的加工工艺存在细微差异，导致各个芯片工作可能的存在时序差异。即使同一颗芯片在不同的电压和温度的条件下，其工作时序也存在一定差异。针对芯片波形时序不稳定的情况，介绍一种基于 V93k ATE 的波形转换跟踪的测试方法。

关键词：集成电路测试，系统级芯片，波形转换跟踪，时序差异。

中图分类号：TN407   文章编号：1674-2583(2020)05-0043-03

DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2020.05.014

中文引用格式：刘相伟，唐昱，唐丽，刘安康.基于V93K ATE的SoC芯片输出不稳定的测试方法`J`.集成电路应用, 2020, 37(05): 43-45.

Realization of Output Instability Testing Method of SoC Chip Based on V93k ATE
LIU Xiangwei, TANG Yu, TANG Li, LIU Ankang

Abstract — The analysis shows that most SoC chip is based on frequency multiplication phase-locked loop external clock or internal clock to work. However, there are slight differences in processing technology between the chips, which may lead to timing differences in the work of each chip. Even if the same chip at different voltage and temperature conditions, the work timing sequence is also different. In view of the instability of chip waveform timing, this paper introduces a testing method of waveform conversion tracking based on V93k ATE. 

Index Terms —  IC testing, waveform transition tracking, SoC, timing difference. 

0  引言

波形转换跟踪（Wave Transition Tracking）是基于 V93k ATE 协议引擎的一种测试方法`1-7`。协议引擎主要包含两个部分，一个是 Transition Tracking模块，另一个是 Pattern Compare 模块，Transition Tracking 模块又包含初始同步和 Tracking 两个部分。Transition Tracking 模块首先进行初始同步，找到同步后继续进行 Tracking，抓取出所有接收到的数据，然后将结果以 bit 序列的形式传给 Pattern Compare 模块，Pattern Compare 对 bit 序列和期望值进行比较。这种协议引擎能够解决 ATE 测试中相位变化，波形轻微畸变造成的不稳定的问题。图 1 是整个引擎协议的结构图，后面内容是根据结构图进行介绍。

1  初始同步和后续同步

  1.1 初始同步 Initial Synchronization

初始同步的目的是发现接收数据中的起始有效数据，它的原理是在选定的跟踪装置中成功地比较期望数据的起始段，即接收到的数据和同步测试向量（Pattern）的匹配。如果同步 Pattern 长度为 n，一开始接收到的 n 个 bit 如果没有匹配，那么接收到的数据向前移动 1 个 bit 后，继续与同步 n 个 bit Pattern 进行比对，直到接收到的数据与同步 Pattern 匹配为止，同步 Pattern 中不能包含有 X Tokens（X 表示 Mask 或是不关注的状态，Token 表示一定长度连续的 bit 数）。

  1.2 后续同步 Subsequent Synchronization 

与起始同步原理一样，对于 IO 管脚而言，当信号由输出转为输入再转为输出的时候，对输出必须 Tracking，而对于输入 Tracking 必须被关掉，所以当数据由输出转为输入再转为输出的时候就会再次同步，在这种情况下，Tracking 关闭和再次打开时，要求中间关闭的时间必须不少于 24 个 bit 长度数据来保证 Tracking 的充分复位。

2 Tracking 原理

Tracking测试原理类似于过采样的原理，它将一个 UI，相当于一个 Tracking Window，定义为 Period/X mode（V93k 测试仪转码的一种方式）里面的比较沿拆分为四个比较沿，相当于 4 次采样，采样之间的延迟相同，然后根据 Tracking Window 中波形翻转的类型，选取其中一个采样结果作为本次采样的结果，同时确定下一个 Tracking Window 的位置，以此类推，直到输出波形 Tracking 完成，得到输出波形的 bit 系列，如图 2 所示。

3  Transition 类型

Transition 大致可以分为下面几种类型，如果把上述提到一个 UI 拆分为四个比较沿分别称为 A、B、C、D。

  3.1 Transition at A 与 No Transition

传输翻转发生在A比较沿或没有翻转，Tracking 选择 C 比较作为期望的比较沿的位置和下一个Tracking window的位置会紧接着上一个 Window 进行Tracking，如图 3 所示。

  3.2 Transition at A and B

传输翻转发生在A和B之间，选择 D 比较作为我们期望比较沿的位置（相对之前第一种情况 Select 位置往后移动 1/4 个 UI），下一个 Tracking Window 的位置会往后跳 1/4 之一个 UI 后继续Tracking，如图 4 所示。

  3.3 Transition at C and D

传输翻转发生在 C 和 D 之间，选择 B 比较作为我们期望比较沿的位置（相对之前第一种情况 select 位置往前移动 1/4 个 UI），下一个 Tracking Window 的位置会往前跳 1/4 个 UI 后继续 Tracking，如图 5 所示。

  3.4 Transition at B and C

传输翻转发生在 B 和 C 之间，由于这种情况会导致下一个 Tracking Window 移动 1/2 个 UI，因此会导致一种不确定性，到底bit是往前移 1/2 个UI还是往后移 1/2 个 UI。所以 Tracking 测试只允许开始的时候出现一次 Transition at B and C 的情况（第一次可以包容，因为下个 Window 不管往前还是往后都可以继续 Tracking），中间如果再出现，就会出现测试错误。如图 6 所示。

4  Tracking 的适用范围和传输速率

  4.1 Tracking 范围

在 5 个 UI 里面偏移小于正负 1/4 个 UI 或是 24 个 UI 里面偏移小于 1 个 UI。

在整个 Tracking 测试里面总的偏移小于 7.5 个 UI。

  4.2 Tracking 传输速率

对于不同的 V93k 测试板卡，Tracking 的传输速率不一样。最大的数据传输速率分别为，Pin Scale 1600，不论 X4 mode 还是 X6 mode 最大传输速率都是 1 600 Mbit/s；Pin Scale 9G，X4 mode 最大传输速率为：4 533 Mbit/s，X6 mode 最大传输速率为：6 800 Mbit/s。

5  Tracking 测试 Waveform 和 Equation 的定义

  5.1 Tracking 中 Waveform 的定义

由于 Transition tracking pattern 必须是 X4 或是 X6 mode，所以在 waveform（用于定义输入输出的波形）中必须包含关键字 TTMODE X4 或是TTMODE X6。Tracking 测试的管脚必须是输出或是 I/O 类型的管脚。对于输出和 IO 两种类型 Waveform 定义不同。

（1）如果测试的 Pin 为输出 Pin，只需定义比较波形（Compare waveform）和对应的控制 Tracking 行为的 Control window。

（2）如果测试 Pin 为 IO pin，除了定义输出比较波形和对应 Control window 外还需要定义 Drive waveform 和对应的控制 Tracking 行为的 Control Window。图 7、图 8 别是转码后 X4 mode waveform 定义和更改后 Tracking waveform 的定义。

  5.2 Tracking 中 Equation 定义

Equation 定义相对简单，Equation 用于定义波形的时序关系，和 Waveform 一样，在 Tracking 测试中必须有关键字 TTMODE X4 或是TTMODE X6。如图 9、图 10 是原 Equation 的定义和 Tracking Equation 的定义所示，而在 Tracking Equation 只需加关键词 TTXMODE4 和定义 d1 和 r1 既可。

6  Tracking 测试代码及测试结果

  6.1 Tracking 测试代码

图 11、图 12 Tracking 的测试码。图 11 要是设置 Tracking Test 名为 Basic_Tracking，以及设置所需要 Tracking 的管脚和相应模式的设置。在图 11 设置完成以后，图 12 执行 Function 测试，然后获取 Tracking 测试的状态，然后根据获取状态打印出相应的信息，以便于Debug和分析。

  6.2 Tracking 结果与 Timing Diagram 波形

从图 13 以看出波形整体偏移，比对不过所以显示红色，图 14 放大后 Scope 波形，明显看出时序有偏差。通过 Tracking 测试后，从图 15 可以看出经过初始同步 Tracking 找到波形的位置并进行正确 Tracking 测试，Functional 测试结果也是 Pass，而图 16 放大后的波形，可以看到时序偏移问题已经得到解决。

7  结语

本文基于 Advantest 93k ATE测试仪，详细介绍了对于在测试中时序偏移造成测试不稳定的 Transition tracking AT E测试方法。这种方法可以解决部分由于时序偏差或是很小波形畸变造成测试不稳定的问题，为 ATE 测试中遇到类似的问题提供一种可测性的解决方案。

参考文献

`1` 王华.基于ATE的SoC协议测试方法研究`J`.集成电路应用,2018,35(11):18-21+30.

`2` 陈辉,姚若河,王晓晗,恩云飞,魏建中.一种ATE测试向量时序优化算法`J`.微电子学,2011, 41(02):310-314.

`3` 王鹏,尤然,刘旭红,范毓洋,田毅.基于SoC的信号跨时钟域传输验证方法研究`J`.电子技术应用,2017,43(12):29-32.

`4` 白宇峰,吕寅鹏.基于抗随机性故障分析的高效率可测试设计方法`J`.电子技术应用,2017, 43(08):40-42.

`5` 喻贤坤,姜爽,王磊,王莉,彭斌.数字集成电路门控时钟可靠性研究`J`.电子技术应用,2017, 43(01):60-63+67.

`6` Tracking bi-direction pins：V93000-ADVANTEST Technical Doenmentation`M`.Topic114307,2014.

`7` Commands for the protocol engine per pin：V93000-ADVANTEST Technical Doenmentation`M`.Topic116779,2011.