2.4　ST2500高性能数模混合测试系统

测试机作为集成电路测试环节的核心设备，其成本和测试效率直接影响了IC的生产成本。随着半导体芯片在中国生产制造规模扩大和系统级封装（System in Package，SIP）的大量推广，单颗芯片集成了越来越多的功能，高性能可扩展的数字混合信号测试机就显得非常重要了。加速科技经过多年研发，采用业界最先进的多学科交叉技术，推出高性能可扩展的数字混合信号测试系统解决方案。

ST2500高性能数模混合测试系统如图2.15所示，由杭州加速科技有限公司研发，借鉴高速通信技术，采用最先进的系统架构，集成度高，功能强大，扩展性强。单机支持5个功能槽位，根据不同应用场景可以配置不同数量的板卡，系统最大可以支持4机级联，共20个功能槽位。功能板卡采用先进的FPGA实现，单板高度集成数字与混合信号功能，包含32个125MHz的数字通道，4路DPS，4路100MHz的TMU，1路采样频率为2MSPS的AWG，1路采样频率为1MSPS的DGT，1路高精度RVS，完全通过硬件实现向量下发和系统调度，支持无阻塞全并行测试，测试效率极高，可以广泛应用于MCU、闪存（FLSAH）、电可擦可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，EEPROM）、小型复杂可编程逻辑器件（Complex Programming Logic Device，CPLD）、现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）、指纹芯片、低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator，LDO）、射频功率放大器（Power Amplifier，PA）、射频（Radio Frequency，RF）开关、滤波器等半导体器件测试和模块系统级测试。

ST2500提供用户友好的集成开发环境、丰富的开发和调试工具以便客户进行测试程序开发。针对测试工厂批量测试，ST2500提供专用的工厂界面，集成丰富的数据记录和分析工具，并可提供客制化工厂系统连接方案，方便批量测试和管理。

ST2500高性能数字混合信号测试系统特点：

• 针对MCU/FLASH/Logic等数字/混合芯片进行优化，降低测试成本。
• 使用125MHz线缆连接，支持高效并行测试。
• 40Gbps通信系统，实现高速测试通信。
• 采用FPGA实现硬件调度，支持无阻塞并行测试。
• 先进通信架构，模块化设计，通过模块组合实现不同通道资源扩展。
• 可根据客户需求灵活配置测试系统。
• 针对数字、混合信号、射频、传感器搭配不同资源板卡。

ST2500关键特性：

• 125MHz测试频率，250Mbps数据传输速率。
• 单板集成数字、模拟、混合信号测试功能。
• 支持最高640个测试工位并行测试。
• 单板支持32路数字I/O，单台测试机支持32~160路数字I/O，4台测试机级联，最大支持640路数字I/O。
• 每通道192M条向量存储深度，扫描（SCAN）模式单扫描链（SCAN Chain）高达3GB，高端通信架构，向量加载及测试过程中的动态修改以广播方式下发，提高并行测试效率。
• 突破传统格式（Format）限制，每通道可定义128组时序组（Timing Set），每Timing Set可定义最多8组波形表（Wave Table），4个沿（Edge）可调，输入输出可自由转换。
• 每通道含独立PPMU模块，±40mA动态负载单元。
• 单板支持4路DPS（+8.4V～-3.25V电平设定，驱动电流为500mA），电源支持并联模式（Gang Mode），单台测试机头最高支持20路DPS，4台测试机级联支持80路DPS。
• 单板支持4路100MHz TMU，1路2MSPS 16bit AWG，1路1MSPS 16bit DGT及1路高精度RVS。
• 系统支持125MHz线缆连接模式，节省系统成本。
• 通信系统标准，超负荷硬件自测系统，保证系统超长时间稳定运行。
• 智能软硬件维护系统，提供故障代码，精确定位软硬件故障位置。
• 提供基于Eclipse的集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE），支持基于C/C++的开发，提供各种开发工具和调试工具。
• 针对工厂量产提供专门的图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）数据实现显示监控，提供丰富的数据记录分析工具。

2.4.1　ST2500硬件资源

ST2500测试机系统架构如图2.16所示，业务板安装在主控板的插槽上，业务板资源与负载板（Load Board，LB）通过DUT接口线缆（Cable）连接，构成测试系统到LB信号输入与输出通道。

1. ST2500系统整体硬件

ST2500系列测试系统由测试机与控制电脑组成。测试机机箱中装有主控板、业务板、电源和风扇。机箱面板提供电源开关孔位、接地接口、主控板和业务板各接口，以及风扇通风孔。图2.17展示了ST2500系列160通道测试机箱前面板各个接口的位置。

机箱正面包含电源开关、紧急停止按钮以及业务板接口。

控制电脑装有级联接口卡，通过级联线与测试机连接，实现测试程序对测试机硬件的控制，每台控制电脑可以最多提供4个级联接口，级联接口按图2.18中1～4的顺序排列。此外，控制电脑还提供1路TTL接口和1路GPIB接口，通过并行晶体管-晶体管逻辑接口（Transistor Transistor Logic，TTL）或通用接口总线（General-Purpose Interface Bus，GPIB）与分选机或探针台连接，控制测试通信及分Bin，实现自动化测试。

在测试过程中，被测IC会被固定在DUT板的插座上，而测试机则通过业务板上的接口和线缆连接DUT板，如图2.19所示。

2. 系统主控板

每块系统主控板（System Control Board，SCB）提供5个业务板槽位和1个电源槽位。

主控板上有多个功能模块，根据功能可分为以下几部分：

• 系统控制管理由CPLD和MCU实现。CPLD检测用户按键操作以及上下电控制；MCU监控系统电压、温度以及业务板的基本信息，同时还负责控制状态灯和风扇。
• 系统数据高速处理转发功能由FPGA实现，同时，业务板之间的快速触发协同也由FPGA控制。

主控板的外设接口包括：

• 校准接口，用于系统校准。
• 升级接口1路，用于升级内部板卡。
• 级联接口1路，用于双机和四机级联。
• 电源槽位1路，用于测试板上电和通过控制板给业务板上电。

3. 业务板

业务板集成多个模拟前端（Analog Frond End，AFE）模块，包含CBIT、AWG、DGT、数字输入输出（Digital I/O）、RVS、BPMU、DPS、通用输入输出（General Purpose Input Output，GPIO）、TMU用以满足不同测试需求，通过插座J1和J2连接到LB插座，LB布线接到DUT，为各模块信号与DUT引脚建立信号通道。

表2.1描述了DFB32业务板的资源配置。

4. 通道规格

下面依次介绍业务板各通道的通道规格（Channel Specification）。

（1）数字通道（DIO）

数字通道参数如表2.2所示。

DIO_CH每个通道带有PMU，称为PPMU（Per Pin Precision Measurement Unit），DIO PPMU支持FVMI、FIMV、FN三种模式（详见2.2.2节），其测量模式及对应参数如表2.3所示。

（2）高压通道（High Voltage Channel，HV_CH）

高压通道共有4个，提供高电压输出。HV_CH0/8/16/24共用DIO_CH 0/8/16/24通道，其通道参数如表2.4所示。

（3）DGT（波形采集器）

DFB32业务板采用单通道DGT，DGT_IN与BPMU0共享同一通道，当通道用作DGT时，其通道参数如表2.5所示。

（4）AWG（波形发生器）

AWG支持输出正弦波（SIN）、斜波（RAMP）、三角波（TRIANGULAR）和方波（PULSE）。AWG通道参数如表2.6所示。

（5）继电器控制位（CBIT）

CBIT用于控制继电器（Relay）的切换。参数规格如表2.7所示。

（6）器件供电单元（DPS）

DPS用于为待测器件电源引脚提供电压和电流，DPS通道参数如表2.8所示。

（7）参考电压源（RVS）

RVS提供了精度更高的电压驱动和测量能力，可作为被测芯片的参考电压输入，其通道参数如表2.9所示。

（8）时间测量单元（TMU）

每块业务板包含4个TMU通道，默认接口为数字通道DIO0/1/16/17，可通过软件配置通过任意数字通道连接。TMU用于测量频率、占空比、上升沿时间、下降沿时间、延时、最大电压、最小电压，以及事件采集。其参数规格如表2.10所示。

（9）板级精密测量单元（BPMU）

BPMU包含4个通道，其参数如表2.11所示。

5. 测试机电源

机箱内部装电源大小为250mm×100mm×72mm（长、宽、高），测试系统使用220V（AC）供电。电源带有保护功能以提高设备的稳定性。电源有短路、过压、过流、超温保护，避免突发情况对设备造成巨大损害，同时避免意外发生。电源相关规格如表2.12所示。

①RH（Relative Humidity），即相对湿度。

6. DUT线缆

DUT线缆采用125MHz Cable，每块业务板配置1根Cable，实物如图2.20所示。

7. 级联线缆

级联线缆（见图2.21）用于连接控制电脑和测试机，不同测试机需要的线缆数量如下：

• ST2516：1根线缆。
• ST2532：2根线缆。
• ST2564：4根线缆。

2.4.2　环境要求

测试系统工作或存放时对温度、湿度等条件有一定的要求，具体要求如表2.13所示。

①1英尺≈0.305米。

ST2500系列测试机系统机箱面板的接口类型是一致的，只是支持的业务板数量和机箱大小不同。编写本书时，ST2500系列已推出ST2516、ST2532、ST2564三款机型，配置业务板DFB32，最多支持的资源接口如图2.22所示。针对RF等测试的业务板进入开发调试阶段，可采用升级后的RF类芯片测试机型。