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DC参数测试
第四章.DC参数测试
（1）
摘要
本章节我们来说说DC参数测试，大致有以下内容，
⏹ 欧姆定律等基础知识
⏹ DC测试的各种方法
⏹ 各种DC测试的实现
⏹ 各类测试方法的优缺点
基本术语
在大家看DC测试部分之前，有几个术语大家还是应该知道的，如下：
HotSwitching 热切换，即我们常说的带电操作，在这里和relay（继电器）有
关，指在有电流的情况下断开relay或闭合relay的瞬间就有电流
流过（如：
闭合前relay两端的电位不等）。
热切换会减少relay
的使用寿命，甚至直接损坏relay，好的程序应避免使用热切换。
Latch-up 闩锁效应，由于在信号、电源或地等管脚上施加了错误的电压，
在CMOS器件内部引起了大电流，造成局部电路受损甚至烧毁，
导致器件寿命缩短或潜在失效等灾难性的后果。
Binning
Binning（我很苦恼这玩意汉语怎么说——译者）是一个按照芯片测试结果进行自动分类的过程。
在测试程序中，通常有两种Binning的方式——hardbinning和softbinning.Hardbinning控制物理硬件实体（如机械手）将测试后的芯片放到实际的位置中去，这些位置通常放着包装管或者托盘。
Softbinning控制软件计数器记录良品的种类和不良品的类型，便于测试中确定芯片的失效类别。
Hardbinning的数目受到外部自动设备的制约，而Softbinning的数目原则上没有限制。
下面是一个Binning的例子：
Bin# 类别
01 100MHz下良品
02 75MHz下良品
10 Open-Short测试不良品
11 整体IDD测试不良品
12 整体功能测试不良品
13 75MHz功能测试不良品
14 功能测试VIL/VIH不良品
15 DC测试VOL/VOH不良品
16 动态/静态IDD测试不良品
17 IIL/IIH漏电流测试不良品
从上面简单的例子中我们可以看到，Hardbin0，Softbin01-02是良品，是我们常说的GoodBin；而Hardbin1,Softbin10-17是不良品，也就是我们常说的FailedBin。
测试程序必须通过硬件接口提供必要的Binning信息给handler，当handler接收到一个器件的测试结果，它会去判读其Binning的信息，根据信息将器件放置到相应位置的托盘或管带中。
第四章.DC参数测试
（2）
ProgramFlow
测试程序流程中的各个测试项之间的关系对DC测试来说是重要的，很多DC测试要求前提条件，如器件的逻辑必须达到规定的逻辑状态要求，因此，在DC测试实施之前，通常功能测试需要被验证无误。
如果器件的功能不正确，则后面的DC测试结果是没有意义的。
图4-1的测试流程图图解了一个典型的测试流程，我们可以看到GrossFunctionalTest在DCTest之前实施了，这将保证所有的器件功能都已经完全实现，并且DC测试所有的前提条件都是满足要求的。
我们在制定测试程序中的测试流程时要考虑的因素不少，最重要的是测试流程对生产测试效率的影响。
一个好的流程会将基本的测试放在前面，尽可能早的发现可能出现的失效，以提升测试效率，缩短测试时间。
其它需要考虑的因素可能有：
测试中的信息收集、良品等级区分等，确保你的测试流程满足所有的要求。
图4-1.测试流程
生产测试进行一段时间后，测试工程师应该去看看测试记录，决定是否需要对测试流程进行优化——出现不良品频率较高的测试项应该放到流程的前面去。
TestSummary
测试概要提供了表明测试结果的统计信息，它是为良率分析提供依据的，因此需要尽可能多地包含相关的信息，最少应该包含总测试量、总的良品数、总的不良品数以及相应的每个子分类的不良品数等。
在生产测试进行的时候，经常地去看一下TestSummary可以实时地去监控测试状态。
图4-2显示的是一个Summary的实例。
TESTSUMMARY
TOTALUNITS %OFTOTAL
TOTALTESTED..........................100
TOTALPASSEDBIN1.....................30 30
TOTALPASSEDBIN2.....................50 50
TOTALFAILED...........................20 20
CONTINUITY（SHORTS）FAILURES............1 1
CONTINUITY（OPENS） FAILURES............2 2
GROSSIDDATVDDMAX.....................0 0
GROSSFUNCTIONALATVDDMIN..............7 7
GROSSFUNCTIONALATVDDMAX..............0 0
100MHZFUNCTIONALATVDDMIN...........50
100MHZFUNCTIONALATVDDMAX............0
75MHZFUNCTIONALATVDDMIN.............0 0
75MHZFUNCTIONALATVDDMAX.............0 0
VIL/VIHFUNCTIONALATVDDMIN............1 1
VIL/VIHFUNCTIONALATVDDMAX............0 0
VOL/VOHDCSTATICATVDDMIN.............3 3
IDDDYNAMICATVDDMAX...................4 4
IDDSTATICATVDDMAX....................2 2
IIL/IIHATVDDMAX.......................0 0
IOZL/IOZHATVDDMAX.....................0 0
PowerSupplyAlarms.....................0
AverageStaticIDD.....................26.8uA
图4-2.TestSummary
第四章.DC参数测试（3）
DC测试与隐藏电阻
许多DC测试或验证都是通过驱动电流测量电压或者驱动电压测量电流实现的，其实质是测量电路中硅介质产生的电阻值。
当测试模式为驱动电流时，测量到的电压为这部分电阻上产生的电压；与之相似，驱动电压时，测量到的电流为这部分电阻消耗的电流。
我们按照器件规格书来设计半导体电路，基本上每条半导体通路的导通电压、电路电阻等详细的参数都已规定；整体传导率也可能随着器件不同的功能状态而改变，而处于全导通、半导通和不导通的状态。
在DC参数测试中欧姆定律用于计算所测试的电阻值，验证或调试DC测试时，我们可以将待测的电路看作电阻来排除可能存在的缺陷，通过驱动和测量得到的电压和电流值可以计算出这个假设电阻的阻抗。
Parameter
Description
TestConditions
Min
Max
Unit
VOL
OutputLowVoltage
V
我们可以用VOL这个参数来举例说明：
，，这个参数陈述了输出门电路驱动逻辑0时在输出8mA电流情况下其上的电压不能高于这样一个规则。
了解了这个信息，我们可以通过欧姆定律去计算器件管脚上拥有的输出电阻，看它是否满足设计要求。
通过定律公式R=V/I我们可以知道，器件设计时，其输出电阻不能高于50ohm，但是我们在规格书上看不到“输出电阻”字样，取而代之的是VOL和IOL这些信息。
注：
很多情况下我们可以用电阻代替待测器件去验证整个测试相关环节的正确性，它能排除DUT以外的错误，如程序的错误或负载板的问题，是非常有效的调试手段。
第四章.DC参数测试（4）-VOH/IOH
VOH/IOH
VOH指器件输出逻辑1时输出管脚上需要保证的最低电压（输出电平的最小值）；IOH指器件输出逻辑1时输出管脚上的负载电流（为拉电流）。
下表是256x4静态RAM的VOH/IOH参数说明：
Parameter
Description
TestConditions
Min
Max
Unit
VOH
OutputHighVoltage
VDD=
V
测试目的
VOH/IOH测试实际上测量的是输出管脚在输出逻辑1时的电阻，此测试确保输出阻抗满足设计要求，并保证在严格的VOH条件下提供所定义的IOH电流。
测试方法
VOH/IOH测试可以通过静态或动态方式实现，这里我们先说说静态方法。
如图4-3，静态测试时，器件的所有输出管脚被预置到输出逻辑1状态，测试机的PMU单元通过内部继电器的切换连接到待测的输出管脚，接着驱动（拉出）IOH电流，测量此时管脚上的电压值并与定义的VOH相比较，如果测量值低于VOH，则判不合格。
对于单个PMU的测试机来说，这个过程不断地被重复直到所有的输出管脚都经过测试，而PPPMU结构的测试机则可以一次完成。
注：
1）使用VDDmin作为此测试最差情形；
2）IOH是拉出的电流，对测试机来说它是负电流；
3）测试时需要设置电压钳制。
图测试
阻抗计算
VOH测试检验了器件当输出逻辑1时输出管脚输送电流的能力，另一种检验这种能力的途径则是测量逻辑1状态时输出端口的阻抗。
如图4-4，施加在等效电路中电阻上的压降为，，则R=E/I=452ohm，那么此输出端口的阻抗低于452ohm时，器件合格。
在调试、分析过程中将管脚电路合理替换为等效电路可以帮助我们简化思路，是个不错的方法。
图4-4.等效电路
故障寻找
开始TroubleShooting前，打开dataloger纪录测量结果，如果待测器件有自己的标准，测试并纪录测量结果后，所得结果不外乎以下三种情况：
1． VOH电压正常，测试通过；
2． 在正确输出逻辑1条件下，VOH电压测量值低于最小限定，测试不通过；
3． 在错误的输出条件下，如逻辑0，VOH电压测量值远低于最小限定，测试不通过。
这种情况下，测试机依然试图驱动反向电流到输出管脚，而管脚因为状态不对会
表现出很高的阻抗，这样会在PMU上引起一个负压，这时保护二极管会起作用，
将电压限制在左右。
当故障（failure）发生时，我们需要观察datalog中的电压测量值以确定故障类型，是上述的第2种情况？
还是第3种？
Datalogof:
VOH/IOH
Serial/StatictestusingthePMU
Pin Force/rng Meas/rng Min Result
V/8V 2.40VPASS
PIN2 -2.0mA/10mA /8V 2.40VFAIL
PIN3 -5.2mA/10mA 3.96V/8V 2.40VPASS
PIN4 -5.2mA/10mA 3.95V/8V 2.40VPASS
PIN5 -8.0mA/10mA 3.85V/8V 2.40VPASS
PIN6 -8.0mA/10mA /8V 2.40VFAIL
如果只是测量值低于最小限定，则很可能是器件自身的缺陷，如上面datalog中pin2的失效，从中我们可以看到测试发生时预处理成功实现，器件处于正确的逻辑状态，而输出端的阻抗很大。
这有可能是测试硬件上的阻抗附加到了其中，因此对测试机及测试配件的校验工作就显得很重要了。
故障也可能是因为器件没有正确地进行预处理而导致逻辑状态不对引起的，上面datalog中pin6的失效就是这种情况。
在进行DC测试之前，应该保证进行预处理的向量正确无误，这就要将预处理工作当作一项功能测试来进行。
在测试流程中，代表预处理功能的测试项应该放到相应的DC测试项之前。
只有它通过了保证了预处理已经正确实施，我们才去做DC测量；否则我们就要花时间去解决预处理功能的测试问题。
只有输出被设定为正确地状态，VOH/IOH测试才有意义。
第四章.DC参数测试（5）-VOL/IOL
VOL/IOL
VOL指器件输出逻辑0时输出管脚上需要压制的最高电压（输出电平的最大值）；IOL指器件输出逻辑0时输出管脚上的负载电流（为灌电流）。
下表是256x4静态RAM的VOL/IOL参数说明：
Parameter
Description
TestConditions
Min
Max
Unit
VOL
OutputLowVoltage
V
测试目的
VOL/IOL测试实际上测量的是输出管脚在输出逻辑0时的电阻，此测试确保输出阻抗满足设计要求，并保证在严格的VOL条件下吸收所定义的IOL电流。
换句话说，器件的输出管脚必须吃进规格书定义的最小电流而保持正确的逻辑状态。
测试方法
与VOH/IOH一样，VOL/IOL测试也可以通过静态或动态方式实现，这里我们还是先说说静态方法。
如图4-5，静态测试时，器件的所有输出管脚被预置到输出逻辑0状态，测试机的PMU单元通过内部继电器的切换连接到待测的输出管脚，接着驱动（灌入）IOL电流，测量此时管脚上的电压值并与定义的VOL相比较，如果测量值高于VOL，则判不合格。
对于单个PMU的测试机来说，这个过程不断地被重复直到所有的输出管脚都经过测试，而PPPMU结构的测试机则可以一次完成。
注：
1）使用VDDmin作为此测试最差情形；
2）IOL是灌入的电流，对测试机来说它是正电流；
3）测试时需要设置电压钳制。
图测试
阻抗计算
VOL测试检验了器件当输出逻辑0时输出管脚吸收电流的能力，另一种检验这种能力的途径则是测量逻辑0状态时输出端口的阻抗。
如图4-6，施加在等效电路中电阻上的压降为，I=8mA，则R=E/I=50ohm，那么此输出端口的阻抗低于50ohm时，器件合格。
图4-6.等效电路
故障寻找
开始TroubleShooting前，打开dataloger纪录测量结果，如果待测器件有自己的标准，测试并纪录测量结果后，所得结果不外乎以下三种情况：
1. VOL电压正常，测试通过；
2. 在正确输出逻辑0条件下，VOL电压测量值高于最大限定，测试不通过；
3. 在错误的输出条件下，如逻辑1，VOL电压测量值远高于最大限定，测试不通过。
这种情况下，datalog中将显示程序中设定的钳制电压值。
当故障（failure）发生时，我们需要观察datalog中的电压测量值以确定故障类型，是上述的第2种情况？
还是第3种？
Datalogof:
VOL/IOL
Serial/StatictestusingthePMU
Pin Force/rng Meas/rng Min Max Result
PIN1 12.0mA/20mA 130mV/8V 400mV PASS
PIN2 12.0mA/20mA 421mV/8V 400mV FAIL
PIN3 4.0mA/10mA 125mV/8V 400mV PASS
PIN4 4.0mA/10mA 90mV/8V 400mV PASS
PIN5 8.0mA/10mA 205mV/8V 400mV PASS
PIN6 8.0mA/10mA 5.52V/8V 400mV FAIL
如果只是测量值高于最大限定，则很可能是器件自身的缺陷，如上面datalog中pin2的失效，从中我们可以看到测试发生时预处理成功实现，器件处于正确的逻辑状态，而输出端的阻抗稍大。
这有可能是测试硬件上的阻抗附加到了其中，因此对测试机及测试配件的校验工作就显得很重要了。
故障也可能是因为器件没有正确地进行预处理而导致逻辑状态不对引起的，上面datalog中pin6的失效就是这种情况。
在进行DC测试之前，应该保证进行预处理的向量正确无误，这就要将预处理工作当作一项功能测试来进行。
在测试流程中，代表预处理功能的测试项应该放到相应的DC测试项之前。
只有它通过了保证了预处理已经正确实施，我们才去做DC测量；否则我们就要花时间去解决预处理功能的测试问题。
同样，只有输出被设定为正确地状态，VOL/IOL测试才有意义。
第四章.DC参数测试（6）-GrossIDD
IDDGrossCurrent
在说GrossIDD之前，我们先说说什么是IDD。
IDD的定义有很多，其中包括流过DraintoDrain（CMOSD极）的电流；DraintoGND的电流；Drain的leakage电流等等。
普遍认为最符合实际的定义应该是：
IDD的测试分动态和静态两种电流，动态IDD是器件在正常工作时，Drain对GND的漏电流，静态IDD是器件在静态时Drain对GND的漏电流。
理论讲Drain对Source是高阻的状态，如图4-7，在D-S没有正向偏置，G-S反向偏置，导电沟道打开后，D到S才会有电流的流过，但实际上由于自由电子的存在，自由电子的附着在SiO2和N+，导致D-S有漏电流，此漏电流就是IDD。
在COMS电路中称为IDD，在TTL电路中称ICC。
这里我们先讲讲器件毛的IDD之和——GrossIDD，它的意义在于在Open-Short测试之后，尽早地挑选出功耗较大的电路，因为功耗较大意味着器件存在结构缺陷，或者已经损坏。
一般说来，器件的GrossIDD越大，其功耗越大。
图4-7.增强型MOS管结构及符号
GrossIDD测试方法
GrossIDD测试在CP测试中肯定存在，在FT测试中也可能包含，它测量的是流入VDD管脚的电流。
理论上讲，IDD测试在器件功能正确且被成功预处理的情况下才能保证测量值的正确性，但是测试的效率性要求GrossIDD通常在功能测试之前实施，这种情况下我们不知道器件有没有被正确的预处理，因此GrossIDD的边界我们通常放得很宽。
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