电子测量中的SoC测试的发展趋势及挑战
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2020-12-08
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电子测量中的电子测量中的SoC测试的发展趋势及挑战测试的发展趋势及挑战
1前言 随着半导体科技的进步，我们已经可以把越来越多的电路设计在同一个芯片中，这里面可能包含有中央处
理器（CPU）、嵌入式内存（Embedded memory）、数字信号处理器（DSP）、数字功能模块（Digital
function）、模拟功能模块（Analog function）、模拟数字转换器（ADC, DAC）以及各种外围配置（USB,
MPEG,…）等等，这就是我们所说的SoC（系统单芯片）技术。目前，很多具有中央处理器功能的消费性电子
产品，如视频转换器（Set-top box）、移动电话（mobile phones）和个人数字助理（PDA）等等，都可称之为
SoC芯片。这类产品不
1前言
随着半导体科技的进步，我们已经可以把越来越多的电路设计在同一个芯片中，这里面可能包含有中央处理器（CPU）、嵌
入式内存（Embedded memory）、数字信号处理器（DSP）、数字功能模块（Digital function）、模拟功能模块（Analog
function）、模拟数字转换器（ADC, DAC）以及各种外围配置（USB, MPEG,…）等等，这就是我们所说的SoC（系统单芯
片）技术。目前，很多具有中央处理器功能的消费性电子产品，如视频转换器（Set-top box）、移动电话（mobile phones）
和个人数字助理（PDA）等等，都可称之为SoC芯片。这类产品不仅在市场上占有重要地位，且其销售量还在不断的增长当
中，已经越来越成为消费性电子的主流产品。
这类产品对成本与市场价格相当敏感，因此，业者的竞争力便来自于谁能更好的控制成本。由于在一个芯片中集成了多种不同
的功能模块，SoC技术的发展为降低这类消费性电子产品的成本提供了机会。与此同时，由于功能模块的高度集成，SoC 芯
片的设计、制造和测试过程也变得更为复杂。
降低测试成本一向是业者关注的焦点之一，而测试系统的选择又是其中之重。安捷伦公司推出的93000 SoC测试系统，完全以
业者的需求为考量，适时解决了业者的相关难题，为业者提供了最为经济有效的测试方案。
为使读者进一步了解安捷伦93000 SoC测试系统所涵盖的功能及原理，本文针对SoC芯片的测试需求，从93000 SoC系统的共
时测试模式和混合信号测试功能进行了讨论。
2 SoC芯片的测试需求
SoC芯片内部非常复杂，研发制造的技术一直处于持续改进的状态。同样的，在测试上也遇到前所未有的难题。SoC芯片中：
（1）晶体管的数目越来越多。
（2）为了符合顾客的需求，芯片所提供的功能越来越多。
（3）各个不同功能模块运作的频率往往不同。
(4)各功能模块所使用的电压也可能不同。
（5）各功能模块的测试原理也不相同。
如何能有效进行SoC芯片的测试工作，是学术界、产业界与各个研究单位都在努力解决的问题。目前有一种方法，叫做内置自
检（BIST, Build-In Self Test）。运用这种测试方法时，在芯片的设计阶段，就必须把自检测试的原理考虑进去，在制造芯片
的电路中也必须要加入一些额外的自检测试电路。测试时，只要给予芯片一些基本的信号，激活其自检测试功能，通过芯片内
部的自检测试电路，即可得知芯片的好坏状况。这种方法的优点是使得测试变得很简单，只需负责激活芯片内部的自检测试功
能，然后再把测试结果判读出来就好了。但是，自检测试也有其缺点。首先，制造时必须要加入额外的自检测试电路，因此芯
片的大小及成本会增加﹔其次，在目前的应用中，只有内存芯片的自检测试功能比较成熟，测试的覆盖率较高，其它方面的芯
片自检测试功能都还在研究阶段，尚无法应用在实际测试之中﹔第三，在从事错误分析的
过程中，自检测试所提供的结果有限，只能提供较少的信息来做分析。
另一种方法是运用传统的测试技术。由于SoC 芯片的功能与应用有相当的复杂性和多变性，因此对测试系统所具有的能力也
要求较高。测试设备本身必须要具备测试各种不同功能模块的能力，包含对逻辑、模拟、内存，高速或高频电路的测试能力等
等。同时测试系统最好是每个测试通道都有自己的独立作业能力，避免采用资源共享的方式，以便能够灵活运用在各种不同的
测试功能上。
芯片结构的复杂化，测试内容的多样化，使得SoC芯片的测试成本有不降反升的趋势，也使业者对测试系统的提出了更高的要
求。安捷伦公司推出的93000 SoC测试系统，以其独到的设计、灵活的配置和完善的功能，达到了这一要求。
3 共时测试(Concurrent Test)
以往测试SoC芯片，大多是采用分模块测试的方式，例如先测试数字部分的电路功能是否正常，然后测试内存部分，接下来再
测试模拟部分，依此类推。这种方式较简单，直接从现有的各种测试经验转移过来即可，不过却会花上许多测试时间。现在有
一种新的测试技巧，就是同时针对不同的功能模块同时来作测试，亦即所谓的共时测试，可大幅度的缩减测试SoC芯片所需的
时间（图1）。此观念其实不难，却是SoC测试前所未有的突破，当然这也需要其它多方面的配合，比如，在设计方面必须事
先考虑到可测性设计（DFT），要能够允许测试系统同时存取到芯片内的不同模块﹔此外，各个模块之间的隔离要做好，使彼
此的干扰问题减少；最后，测试系统要有相应的功能，可以同时测试各种不同的功能模块。
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