基于 V93k ATE 的 SoC 芯片輸出不穩(wěn)定的測試方法

0 引言

波形轉(zhuǎn)換跟蹤（Wave Transition Tracking）是基于 V93k ATE 協(xié)議引擎的一種測試方法[1-7]。協(xié)議引擎主要包含兩個(gè)部分，一個(gè)是 Transition Tracking模塊，另一個(gè)是 Pattern Compare 模塊，Transition Tracking 模塊又包含初始同步和 Tracking 兩個(gè)部分。Transition Tracking 模塊首先進(jìn)行初始同步，找到同步后繼續(xù)進(jìn)行 Tracking，抓取出所有接收到的數(shù)據(jù)，然后將結(jié)果以 bit 序列的形式傳給 Pattern Compare 模塊，Pattern Compare 對 bit 序列和期望值進(jìn)行比較。這種協(xié)議引擎能夠解決 ATE 測試中相位變化，波形輕微畸變造成的不穩(wěn)定的問題。圖 1 是整個(gè)引擎協(xié)議的結(jié)構(gòu)圖，后面內(nèi)容是根據(jù)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行介紹。

1 初始同步和后續(xù)同步

1.1 初始同步 Initial Synchronization

初始同步的目的是發(fā)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)中的起始有效數(shù)據(jù)，它的原理是在選定的跟蹤裝置中成功地比較期望數(shù)據(jù)的起始段，即接收到的數(shù)據(jù)和同步測試向量（Pattern）的匹配。如果同步 Pattern 長度為 n，一開始接收到的 n 個(gè) bit 如果沒有匹配，那么接收到的數(shù)據(jù)向前移動(dòng) 1 個(gè) bit 后，繼續(xù)與同步 n 個(gè) bit Pattern 進(jìn)行比對，直到接收到的數(shù)據(jù)與同步 Pattern 匹配為止，同步 Pattern 中不能包含有 X Tokens（X 表示 Mask 或是不關(guān)注的狀態(tài)，Token 表示一定長度連續(xù)的 bit 數(shù)）。

1.2 后續(xù)同步 Subsequent Synchronization

與起始同步原理一樣，對于 IO 管腳而言，當(dāng)信號由輸出轉(zhuǎn)為輸入再轉(zhuǎn)為輸出的時(shí)候，對輸出必須 Tracking，而對于輸入 Tracking 必須被關(guān)掉，所以當(dāng)數(shù)據(jù)由輸出轉(zhuǎn)為輸入再轉(zhuǎn)為輸出的時(shí)候就會(huì)再次同步，在這種情況下，Tracking 關(guān)閉和再次打開時(shí)，要求中間關(guān)閉的時(shí)間必須不少于 24 個(gè) bit 長度數(shù)據(jù)來保證 Tracking 的充分復(fù)位。

2 Tracking 原理

Tracking測試原理類似于過采樣的原理，它將一個(gè) UI，相當(dāng)于一個(gè) Tracking Window，定義為 Period/X mode（V93k 測試儀轉(zhuǎn)碼的一種方式）里面的比較沿拆分為四個(gè)比較沿，相當(dāng)于 4 次采樣，采樣之間的延遲相同，然后根據(jù) Tracking Window 中波形翻轉(zhuǎn)的類型，選取其中一個(gè)采樣結(jié)果作為本次采樣的結(jié)果，同時(shí)確定下一個(gè) Tracking Window 的位置，以此類推，直到輸出波形 Tracking 完成，得到輸出波形的 bit 系列，如圖 2 所示。

3 Transition 類型

Transition 大致可以分為下面幾種類型，如果把上述提到一個(gè) UI 拆分為四個(gè)比較沿分別稱為 A、B、C、D。

3.1 Transition at A 與 No Transition

傳輸翻轉(zhuǎn)發(fā)生在A比較沿或沒有翻轉(zhuǎn)，Tracking 選擇 C 比較作為期望的比較沿的位置和下一個(gè)Tracking window的位置會(huì)緊接著上一個(gè) Window 進(jìn)行Tracking，如圖 3 所示。

3.2 Transition at A and B

傳輸翻轉(zhuǎn)發(fā)生在A和B之間，選擇 D 比較作為我們期望比較沿的位置（相對之前第一種情況 Select 位置往后移動(dòng) 1/4 個(gè) UI），下一個(gè) Tracking Window 的位置會(huì)往后跳 1/4 之一個(gè) UI 后繼續(xù)Tracking，如圖 4 所示。

3.3 Transition at C and D

傳輸翻轉(zhuǎn)發(fā)生在 C 和 D 之間，選擇 B 比較作為我們期望比較沿的位置（相對之前第一種情況 select 位置往前移動(dòng) 1/4 個(gè) UI），下一個(gè) Tracking Window 的位置會(huì)往前跳 1/4 個(gè) UI 后繼續(xù) Tracking，如圖 5 所示。

3.4 Transition at B and C

傳輸翻轉(zhuǎn)發(fā)生在 B 和 C 之間，由于這種情況會(huì)導(dǎo)致下一個(gè) Tracking Window 移動(dòng) 1/2 個(gè) UI，因此會(huì)導(dǎo)致一種不確定性，到底bit是往前移 1/2 個(gè)UI還是往后移 1/2 個(gè) UI。所以 Tracking 測試只允許開始的時(shí)候出現(xiàn)一次 Transition at B and C 的情況（第一次可以包容，因?yàn)橄聜€(gè) Window 不管往前還是往后都可以繼續(xù) Tracking），中間如果再出現(xiàn)，就會(huì)出現(xiàn)測試錯(cuò)誤。如圖 6 所示。

4 Tracking 的適用范圍和傳輸速率

4.1 Tracking 范圍

在 5 個(gè) UI 里面偏移小于正負(fù) 1/4 個(gè) UI 或是 24 個(gè) UI 里面偏移小于 1 個(gè) UI。

在整個(gè) Tracking 測試?yán)锩婵偟钠菩∮?7.5 個(gè) UI。

4.2 Tracking 傳輸速率

對于不同的 V93k 測試板卡，Tracking 的傳輸速率不一樣。最大的數(shù)據(jù)傳輸速率分別為，Pin Scale 1600，不論 X4 mode 還是 X6 mode 最大傳輸速率都是 1 600 Mbit/s；Pin Scale 9G，X4 mode 最大傳輸速率為：4 533 Mbit/s，X6 mode 最大傳輸速率為：6 800 Mbit/s。

5 Tracking 測試 Waveform 和 Equation 的定義

5.1 Tracking 中 Waveform 的定義

由于 Transition tracking pattern 必須是 X4 或是 X6 mode，所以在 waveform（用于定義輸入輸出的波形）中必須包含關(guān)鍵字 TTMODE X4 或是TTMODE X6。Tracking 測試的管腳必須是輸出或是 I/O 類型的管腳。對于輸出和 IO 兩種類型 Waveform 定義不同。

（1）如果測試的 Pin 為輸出 Pin，只需定義比較波形（Compare waveform）和對應(yīng)的控制 Tracking 行為的 Control window。

（2）如果測試 Pin 為 IO pin，除了定義輸出比較波形和對應(yīng) Control window 外還需要定義 Drive waveform 和對應(yīng)的控制 Tracking 行為的 Control Window。圖 7、圖 8 別是轉(zhuǎn)碼后 X4 mode waveform 定義和更改后 Tracking waveform 的定義。

5.2 Tracking 中 Equation 定義

Equation 定義相對簡單，Equation 用于定義波形的時(shí)序關(guān)系，和 Waveform 一樣，在 Tracking 測試中必須有關(guān)鍵字 TTMODE X4 或是TTMODE X6。如圖 9、圖 10 是原 Equation 的定義和 Tracking Equation 的定義所示，而在 Tracking Equation 只需加關(guān)鍵詞 TTXMODE4 和定義 d1 和 r1 既可。

6 Tracking 測試代碼及測試結(jié)果

6.1 Tracking 測試代碼

圖 11、圖 12 Tracking 的測試碼。圖 11 要是設(shè)置 Tracking Test 名為 Basic_Tracking，以及設(shè)置所需要 Tracking 的管腳和相應(yīng)模式的設(shè)置。在圖 11 設(shè)置完成以后，圖 12 執(zhí)行 Function 測試，然后獲取 Tracking 測試的狀態(tài)，然后根據(jù)獲取狀態(tài)打印出相應(yīng)的信息，以便于Debug和分析。

6.2 Tracking 結(jié)果與 Timing Diagram 波形

從圖 13 以看出波形整體偏移，比對不過所以顯示紅色，圖 14 放大后 Scope 波形，明顯看出時(shí)序有偏差。通過 Tracking 測試后，從圖 15 可以看出經(jīng)過初始同步 Tracking 找到波形的位置并進(jìn)行正確 Tracking 測試，F(xiàn)unctional 測試結(jié)果也是 Pass，而圖 16 放大后的波形，可以看到時(shí)序偏移問題已經(jīng)得到解決。

7 結(jié)語

本文基于 Advantest 93k ATE測試儀，詳細(xì)介紹了對于在測試中時(shí)序偏移造成測試不穩(wěn)定的 Transition tracking AT E測試方法。這種方法可以解決部分由于時(shí)序偏差或是很小波形畸變造成測試不穩(wěn)定的問題，為 ATE 測試中遇到類似的問題提供一種可測性的解決方案。