2.4　ST2500高性能數模混合測試系統

測試機作為集成電路測試環節的核心設備，其成本和測試效率直接影響了IC的生產成本。隨著半導體芯片在中國生產制造規模擴大和系統級封裝（System in Package，SIP）的大量推廣，單顆芯片集成了越來越多的功能，高性能可擴展的數字混合信號測試機就顯得非常重要了。加速科技經過多年研發，采用業界最先進的多學科交叉技術，推出高性能可擴展的數字混合信號測試系統解決方案。

ST2500高性能數模混合測試系統如圖2.15所示，由杭州加速科技有限公司研發，借鑒高速通信技術，采用最先進的系統架構，集成度高，功能強大，擴展性強。單機支持5個功能槽位，根據不同應用場景可以配置不同數量的板卡，系統最大可以支持4機級聯，共20個功能槽位。功能板卡采用先進的FPGA實現，單板高度集成數字與混合信號功能，包含32個125MHz的數字通道，4路DPS，4路100MHz的TMU，1路采樣頻率為2MSPS的AWG，1路采樣頻率為1MSPS的DGT，1路高精度RVS，完全通過硬件實現向量下發和系統調度，支持無阻塞全并行測試，測試效率極高，可以廣泛應用于MCU、閃存（FLSAH）、電可擦可編程只讀存儲器（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，EEPROM）、小型復雜可編程邏輯器件（Complex Programming Logic Device，CPLD）、現場可編程邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）、指紋芯片、低壓差線性穩壓器（Low Dropout Regulator，LDO）、射頻功率放大器（Power Amplifier，PA）、射頻（Radio Frequency，RF）開關、濾波器等半導體器件測試和模塊系統級測試。

ST2500提供用戶友好的集成開發環境、豐富的開發和調試工具以便客戶進行測試程序開發。針對測試工廠批量測試，ST2500提供專用的工廠界面，集成豐富的數據記錄和分析工具，并可提供客制化工廠系統連接方案，方便批量測試和管理。

ST2500高性能數字混合信號測試系統特點：

• 針對MCU/FLASH/Logic等數字/混合芯片進行優化，降低測試成本。
• 使用125MHz線纜連接，支持高效并行測試。
• 40Gbps通信系統，實現高速測試通信。
• 采用FPGA實現硬件調度，支持無阻塞并行測試。
• 先進通信架構，模塊化設計，通過模塊組合實現不同通道資源擴展。
• 可根據客戶需求靈活配置測試系統。
• 針對數字、混合信號、射頻、傳感器搭配不同資源板卡。

ST2500關鍵特性：

• 125MHz測試頻率，250Mbps數據傳輸速率。
• 單板集成數字、模擬、混合信號測試功能。
• 支持最高640個測試工位并行測試。
• 單板支持32路數字I/O，單臺測試機支持32~160路數字I/O，4臺測試機級聯，最大支持640路數字I/O。
• 每通道192M條向量存儲深度，掃描（SCAN）模式單掃描鏈（SCAN Chain）高達3GB，高端通信架構，向量加載及測試過程中的動態修改以廣播方式下發，提高并行測試效率。
• 突破傳統格式（Format）限制，每通道可定義128組時序組（Timing Set），每Timing Set可定義最多8組波形表（Wave Table），4個沿（Edge）可調，輸入輸出可自由轉換。
• 每通道含獨立PPMU模塊，±40mA動態負載單元。
• 單板支持4路DPS（+8.4V～-3.25V電平設定，驅動電流為500mA），電源支持并聯模式（Gang Mode），單臺測試機頭最高支持20路DPS，4臺測試機級聯支持80路DPS。
• 單板支持4路100MHz TMU，1路2MSPS 16bit AWG，1路1MSPS 16bit DGT及1路高精度RVS。
• 系統支持125MHz線纜連接模式，節省系統成本。
• 通信系統標準，超負荷硬件自測系統，保證系統超長時間穩定運行。
• 智能軟硬件維護系統，提供故障代碼，精確定位軟硬件故障位置。
• 提供基于Eclipse的集成開發環境（Integrated Development Environment，IDE），支持基于C/C++的開發，提供各種開發工具和調試工具。
• 針對工廠量產提供專門的圖形用戶界面（Graphical User Interface，GUI）數據實現顯示監控，提供豐富的數據記錄分析工具。

2.4.1　ST2500硬件資源

ST2500測試機系統架構如圖2.16所示，業務板安裝在主控板的插槽上，業務板資源與負載板（Load Board，LB）通過DUT接口線纜（Cable）連接，構成測試系統到LB信號輸入與輸出通道。

1. ST2500系統整體硬件

ST2500系列測試系統由測試機與控制電腦組成。測試機機箱中裝有主控板、業務板、電源和風扇。機箱面板提供電源開關孔位、接地接口、主控板和業務板各接口，以及風扇通風孔。圖2.17展示了ST2500系列160通道測試機箱前面板各個接口的位置。

機箱正面包含電源開關、緊急停止按鈕以及業務板接口。

控制電腦裝有級聯接口卡，通過級聯線與測試機連接，實現測試程序對測試機硬件的控制，每臺控制電腦可以最多提供4個級聯接口，級聯接口按圖2.18中1～4的順序排列。此外，控制電腦還提供1路TTL接口和1路GPIB接口，通過并行晶體管-晶體管邏輯接口（Transistor Transistor Logic，TTL）或通用接口總線（General-Purpose Interface Bus，GPIB）與分選機或探針臺連接，控制測試通信及分Bin，實現自動化測試。

在測試過程中，被測IC會被固定在DUT板的插座上，而測試機則通過業務板上的接口和線纜連接DUT板，如圖2.19所示。

2. 系統主控板

每塊系統主控板（System Control Board，SCB）提供5個業務板槽位和1個電源槽位。

主控板上有多個功能模塊，根據功能可分為以下幾部分：

• 系統控制管理由CPLD和MCU實現。CPLD檢測用戶按鍵操作以及上下電控制；MCU監控系統電壓、溫度以及業務板的基本信息，同時還負責控制狀態燈和風扇。
• 系統數據高速處理轉發功能由FPGA實現，同時，業務板之間的快速觸發協同也由FPGA控制。

主控板的外設接口包括：

• 校準接口，用于系統校準。
• 升級接口1路，用于升級內部板卡。
• 級聯接口1路，用于雙機和四機級聯。
• 電源槽位1路，用于測試板上電和通過控制板給業務板上電。

3. 業務板

業務板集成多個模擬前端（Analog Frond End，AFE）模塊，包含CBIT、AWG、DGT、數字輸入輸出（Digital I/O）、RVS、BPMU、DPS、通用輸入輸出（General Purpose Input Output，GPIO）、TMU用以滿足不同測試需求，通過插座J1和J2連接到LB插座，LB布線接到DUT，為各模塊信號與DUT引腳建立信號通道。

表2.1描述了DFB32業務板的資源配置。

4. 通道規格

下面依次介紹業務板各通道的通道規格（Channel Specification）。

（1）數字通道（DIO）

數字通道參數如表2.2所示。

DIO_CH每個通道帶有PMU，稱為PPMU（Per Pin Precision Measurement Unit），DIO PPMU支持FVMI、FIMV、FN三種模式（詳見2.2.2節），其測量模式及對應參數如表2.3所示。

（2）高壓通道（High Voltage Channel，HV_CH）

高壓通道共有4個，提供高電壓輸出。HV_CH0/8/16/24共用DIO_CH 0/8/16/24通道，其通道參數如表2.4所示。

（3）DGT（波形采集器）

DFB32業務板采用單通道DGT，DGT_IN與BPMU0共享同一通道，當通道用作DGT時，其通道參數如表2.5所示。

（4）AWG（波形發生器）

AWG支持輸出正弦波（SIN）、斜波（RAMP）、三角波（TRIANGULAR）和方波（PULSE）。AWG通道參數如表2.6所示。

（5）繼電器控制位（CBIT）

CBIT用于控制繼電器（Relay）的切換。參數規格如表2.7所示。

（6）器件供電單元（DPS）

DPS用于為待測器件電源引腳提供電壓和電流，DPS通道參數如表2.8所示。

（7）參考電壓源（RVS）

RVS提供了精度更高的電壓驅動和測量能力，可作為被測芯片的參考電壓輸入，其通道參數如表2.9所示。

（8）時間測量單元（TMU）

每塊業務板包含4個TMU通道，默認接口為數字通道DIO0/1/16/17，可通過軟件配置通過任意數字通道連接。TMU用于測量頻率、占空比、上升沿時間、下降沿時間、延時、最大電壓、最小電壓，以及事件采集。其參數規格如表2.10所示。

（9）板級精密測量單元（BPMU）

BPMU包含4個通道，其參數如表2.11所示。

5. 測試機電源

機箱內部裝電源大小為250mm×100mm×72mm（長、寬、高），測試系統使用220V（AC）供電。電源帶有保護功能以提高設備的穩定性。電源有短路、過壓、過流、超溫保護，避免突發情況對設備造成巨大損害，同時避免意外發生。電源相關規格如表2.12所示。

①RH（Relative Humidity），即相對濕度。

6. DUT線纜

DUT線纜采用125MHz Cable，每塊業務板配置1根Cable，實物如圖2.20所示。

7. 級聯線纜

級聯線纜（見圖2.21）用于連接控制電腦和測試機，不同測試機需要的線纜數量如下：

• ST2516：1根線纜。
• ST2532：2根線纜。
• ST2564：4根線纜。

2.4.2　環境要求

測試系統工作或存放時對溫度、濕度等條件有一定的要求，具體要求如表2.13所示。

①1英尺≈0.305米。

ST2500系列測試機系統機箱面板的接口類型是一致的，只是支持的業務板數量和機箱大小不同。編寫本書時，ST2500系列已推出ST2516、ST2532、ST2564三款機型，配置業務板DFB32，最多支持的資源接口如圖2.22所示。針對RF等測試的業務板進入開發調試階段，可采用升級后的RF類芯片測試機型。