集成電路（Integrated Circuit，IC）測試技術是集成電路產業中不可或缺的重要組成部分，而測試設備是IC測試技術的一種重要工具。模擬IC自動測試系統是一款針對模擬IC直流參數和交流參數進行測試的設備，主要用于IC晶圓的測試，以便驗證芯片的性能參數是否符合規范要求。
1模擬IC自動測試系統結構
模擬IC自動測試系統主要包括PC、PCI通信板、控制板、母板、TMU板、OVC板、AWG板、DIG板和DUT板組成，系統結構框圖如圖1所示。
圖1 模擬IC自動測試系統框圖
1. 1 PC模塊
PC是整個模擬IC自動測試系統的主控制中心，類似于人類的“大腦”，主要負責向各個功能板發送功能指令使其實現相應的功能，并接收、處理測量得到的數據結果。
1.2 PCI通信板模塊
PCI通信板主要負責對PC發送的功能指令進行譯碼，然后轉換成測試數據總線傳遞給模擬IC自動測試系統，類似于PC與自動測試系統之間的“橋梁”。
1.3控制板模塊
控制板主要是將PCI傳遞的測試數據總線進行相應的數據處理，完成PCI和各功能板之間的通信。
1. 4母板模塊
母板類似于控制板和各功能板之間的“橋梁”，主要實現測試數據總線的傳遞。
1.5功能板模塊
TMU（Time Measure Unit），時間測量單元，主要功能是測量信號的頻率、周期、上升沿時間、高脈沖時間等時間參數；AWG（Arbitrary Waveform Generator），任意波形發生器，主要功能是可以產生任意的波形；DIG是數據采集卡，主要對波形的數據進行采集、處理、存儲和傳輸；OVC（Octal Voltage/Current），直流參數測試單元，主要功能對直流參數進行測試。
2直流參數測試單元
模擬IC自動測試系統中直流參數測試單元的主要功能是為芯片提供穩定的電壓值或者電流值，然后測量其電流或者電壓，從而判斷芯片是否符合規范要求。本設計中的直流參數設計單元（OVC）可提供4個獨立的PMU（Precision Measure Unit，精密測量單元），最大輸出電壓可達到+20 V，誤差為0.5%，最大輸出電流可達到±0.5 A，誤差為0.1%，OVC的硬件結構如圖2所示。
圖2 OVC硬件電路結構
2.1直流參數測試單元原理
OVC系統采用16位DAC7744、16位ADC974以及開爾文連接法來提高系統的精度。PMU可以實現兩種功能：FVMI（加電壓測電流）功能和FIMV（加電流測電壓）功能。兩種功能的原理框圖如圖3所示。
圖3 PMU功能原理圖
從PC端發送功能指令FV/FI，FPGA對功能指令進行解碼，從而控制DAC、繼電器開關和ADC，最終將測量結果MI/MV上傳到PC端。本設計中DAC采用16位的DAC7744，ADC采用16位的ADC974，它們都擁有4個獨立的通道，可提供4個獨立的PMU通道，分辨率為305μV，能夠滿足系統高精度的要求。2.2加電壓測電流（FVMI）功能原理
加電壓測電流功能主要是為待測器件施加一個穩定的電壓值，然后測量流經待測器件的電流。將圖3中的開關S2、S3打到FV端，整個電路就可以實現加電壓測電流（FVMI）的功能。
首先，為了提高系統的精度，圖3中的Force端和Sense端采用開爾文連接法，最終連接到待測器件的同一端。
其次，FPGA接收到PC的功能指令，當前系統實現加壓測流的功能，FPGA控制DAC輸出所施加的電壓值，由于DAC7744輸出電壓范圍在-10～+10 V之間，如果所施加的電壓值在-10～+10 V之間，那么開關S1直接打到FV/FI端，如果所施加的電壓值在+10～+20 V或者-20～-10 V之間，那么開關S1需要打到-2F V端，將DAC的輸出電壓經過OPA1反相放大2倍后輸出所要施加的電壓值。
然后，DAC輸出的電壓值到達功率放大器OPA2，此時選擇合適采樣電阻Rs，并將與其相連的繼電器閉合。那么，OPA2、采樣電阻、待測器件就形成了一個回路，如圖4所示。
圖4 FVM1功能原理圖
由圖4可知，流經待測器件load的電流與流經采樣電阻Rs的電流相等，而儀表放大器OPA3的輸出電壓VD是采樣電阻Rs兩端的壓差，那么VD除以采樣電阻阻值Rs得到的電流值I即為流經采樣電阻Rs的電流值，也就是流經待測器件load的電流值。VD經過ADC轉換成16位數字信號，上傳到PC，PC端將數據進行處理，最終得到電流值MI.
2.3加電流測電壓（FIMV）功能原理
加電流測電壓功能主要是為待測器件施加一個穩定的電流值，然后測量待測器件的電壓值。將圖3中的開關S2、S3打到FI端，整個電路就可以實現加電流測電壓（FIMV）的功能。
首先，為了提高系統的精度，圖3中的Force端和Sense端采用開爾文連接法，最終連接到待測器件的同一端。
其次，FPGA接收到PC的功能指令，當前系統實現加流測壓的功能，此時需要選擇合適的采樣電阻值Rs，由FPGA控制DAC輸出一定的電壓值，電壓值等于所施加的電流值FI乘以采樣電阻阻值Rs.
然后，DAC輸出的電壓值到達功率放大器OPA2，此時與采樣電阻Rs相連的繼電器閉合。那么，OPA2、采樣電阻、OPA3和待測器件就形成了一個回路，如圖5所示。
圖5 FIMV功能原理圖
由圖5可知，流經采樣電阻Rs的電流與流經待測器件load的電流相等，即PC所施加的電流值，那么此時待測器件load的電壓值就是Sense端的電壓值VT，VT經過電壓跟隨器OPA4、緩沖器OPA5，最終由ADC轉換成16位數字信號，上傳到PC，PC端將數據進行處理，最終得到電壓值MV.
2.4測量結果
本設計直流參數測試單元（OVC）包括4個獨立的PMU，以其中一個PMU為例，選用精密電阻作為待測器件，表1是FVMI功能和FIMV功能的測試數據。
3結論
根據文中的測試數據可以分析得到：直流參數測試單元可以作為穩定的、精確的電壓源或電流源。目前，OVC已進入硬件電路的老化性測試階段，在不久的將來，將投入模擬IC的測試應用。
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