数字集成电路直流参数标准复现方法及标准装置

摘要

本发明公开了数字集成电路直流参数标准复现方法，包括以下步骤：S1：控制器设置直流参数标准值；S2：仪器模块组根据直流参数标准值以及待测试装置的施加值在测试回路中复现直流参数，控制器接受复现的直流参数，并与所述直流参数标准值进行比较，得到误差测试结果；S3：若误差测试结果超过控制器规定的误差判定范围，控制器利用二分法算法对测试回路中的直流参数进行修正，直到误差测试结果小于规定的误差判定范围，修正后的直流参数即是复现的直流参数标准。本发明，控制器将待测试装置测试的回路中的数字集成电路直流参数与数字集成电路直流参数标准进行比较，从而实现数字集成电路直流参数的校准。

说明书

技术领域

本发明涉及微电子计量技术领域，特别涉及一种数字集成电路直流参 数标准复现方法及标准装置。

背景技术

集成电路参数的性能指标直接影响了各种军民用系统、设备的技术指 标，目前这些集成电路参数的量值溯源途径主要通过“集成电路测试系统 校准装置——集成电路测试系统——集成电路参数”的方式进行，这种方 式解决了集成电路测试系统的量值溯源问题，然而却无法保障“集成电路 测试系统——集成电路参数”之间的量值传递的可靠性。原因是集成电路 测试系统的参数和集成电路参数存在本质的差异，集成电路测试系统的量 值溯源是针对单个部件(如驱动器、比较器、精密测量单元、电源等)在 静态条件下的主要参数的量值溯源，而集成电路参数的量值溯源则是实际 测试过程中测试系统多个部件综合作用的结果，可能会存在经过量值溯源 的测试系统所测试的集成电路参数量值不准的情况，无法真正保障各种军 民用系统、设备的性能指标。

目前，业界一般采用金器件的方式进行测试系统的量值比对、核查， 通常的做法是选取某种金器件特定的参数在不同测试系统上测试，以此来 进行测试系统性能比对。此类金器件参数量值单一、准确度不高，并不能 用于集成电路参数标准来对集成电路测试系统进行校准。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种数字集成电路直流参数标准均可以在最小 值到最大值之间进行无极调节，且测量不确定度优于0.1％的数字集成电路 直流参数标准复现方法及标准装置。

一种数字集成电路直流参数标准复现方法，包括以下步骤：

S1：数字集成电路直流参数标准装置1中的控制器12设置数字集成电 路直流参数标准值；

S2：数字集成电路直流参数标准装置1中的仪器模块组11根据所述数 字集成电路直流参数标准值以及待测试装置2对数字集成电路直流参数标 准装置1两端的电压/电流施加值在由控制器12、仪器模块组11、待测试装 置2依次串联连接形成的测试回路中复现数字集成电路直流参数，控制器 12接受仪器模块组11复现的测试回路中的数字集成电路直流参数，并与所 述数字集成电路直流参数标准值进行比较，得到误差测试结果；

S3：若所述误差测试结果超过控制器12规定的误差判定范围，控制器 12利用二分法算法对测试回路中的数字集成电路直流参数进行修正，直到 误差测试结果小于规定的误差判定范围，修正后的数字集成电路直流参数 即是数字集成电路直流参数标准装置1复现的数字集成电路直流参数标准。

本发明提供了一种数字集成电路直流参数标准装置，包括PXI仪器模 块组11、控制器12及接口适配器13；

所述控制器11、接口适配器13分别与所述PXI仪器模块组11电连接；

所述PXI仪器模块组11，用于根据数字集成电路直流参数的测量原理， 复现多组可编程数字集成电路直流参数标准；

所述控制器12，用于控制所述PXI仪器模块组11复现数字集成电路直 流参数标准，并对数据进行存储、处理及显示；

所述接口适配器13，用于根据复现数字集成电路参数标准所对应的不 同的原理，对接收的PXI仪器模块组11的数据信号进行转接、隔离、分配， 以复现不同的数字集成电路参数标准至待测试装置2。

本发明提供的数字集成电路直流参数标准复现方法及标准装置，可以 实现数字集成电路直流参数标准的无极调节，同时具有溯源功能，确保了 数字集成电路直流参数的全量程校准，填补了我国在此项技术的空白；且 性能优异、集成度高、便携性好，可溯源，能够很好地满足当前数字集成 电路直流参数现场校准的需求。

附图说明

图1是本发明实施方式提供的数字集成电路直流参数标准复现方法的 流程示意图。

图2是本发明实施方式提供的数字集成电路直流参数标准装置的结构 示意图。

图3是本发明实施方式提供的数字集成电路直流参数标准复现方法中 直流参数复现的原理结构图。

图4是图3中复现I_OL/I_OH、I_IL/I_IH、I_OS、I_DD参数标准的原理结构图。

图5是图3中复现V_IK、V_OL/V_OH参数标准的原理结构图。

图6是图3中实现V_OL标准量值溯源的电路原理图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施方式提供的一种数字集成电路直流参数标准 复现方法，包括以下步骤：

S1：数字集成电路直流参数标准装置1中的控制器12设置数字集成电 路直流参数标准值；

S2：数字集成电路直流参数标准装置1中的仪器模块组11根据所述数 字集成电路直流参数标准值以及待测试装置2对数字集成电路直流参数标 准装置1两端的电压/电流施加值在由控制器12、仪器模块组11、待测试装 置2依次串联连接形成的测试回路中复现数字集成电路直流参数，控制器 12接受仪器模块组11复现的测试回路中的数字集成电路直流参数，并与所 述数字集成电路直流参数标准值进行比较，得到误差测试结果；

S3：若所述误差测试结果超过控制器12规定的误差判定范围，控制器 12利用二分法算法对测试回路中的数字集成电路直流参数进行修正，直到 误差测试结果小于规定的误差判定范围，修正后的数字集成电路直流参数 即是数字集成电路直流参数标准装置1复现的数字集成电路直流参数标准。

具体的，本实施例中：数字集成电路直流参数标准装置1，用于复现多 组可编程数字集成电路直流参数标准及对待测试装置2中的数字集成电路 直流参数进行校准；待测试装置2优选集成电路测试系统，用于对数字集 成电路直流参数进行测试；仪器模块组11包括数字多用表111、可编程电 阻112、源测量单元113，根据数字集成电路直流参数测量原理，数字多用 表111、可编程电阻112、源测量单元113共同作用复现不同的数字集成电 路直流参数的标准值，具有通用性好、便携性好、参数可无极调节且准确 度高等特点。其中，数字多用表111，用于进行电压电阻测量；可编程电阻 112，用于设定任意电阻值；源测量单元113，用于设置可变电压值；控制 器12规定的误差判定范围由数字多用表111电压测量的分辨力决定，误差 判断范围优选0.1％。

如图3所示，复现数字集成电路直流参数的标准值的原理是：数字集 成电路直流参数标准装置1中，控制器12与PXI仪器模块组11通过PXI 总线6互联，控制PXI仪器模块组11中各模块复现数字集成电路直流参数 标准，并进行数据的存储、处理及显示。接口适配器13实现待测试装置2 与PXI仪器模块组11的自适应连接，一边通过连接线缆5与PXI仪器模块 组11连接，一边通过测试接口7与加载板4连接。接口适配器13依据数 字集成电路参数标准所复现的不同原理，对来自PXI仪器模块组11的信号 进行转接、隔离、分配，以复现不同的参数标准至测试接口7，校准装置3 用于对数字集成电路直流参数标准装置1中的数字集成电路直流参数标准 进行量值溯源。

实施例1

复现数字集成电路直流参数标准，例如I_OL参数时，数字集成电路直流 参数标准复现方法的具体步骤如下：

S1：在数字集成电路直流参数标准装置1内的控制器12中输入一I_OL参数标准值，例如1mA，根据该数字集成电路直流参数标准值设置合适的 可编程电阻值，例如100Ω，并通过数字多用表111对可编程电阻112进行 测量并记录下来；

S2：在集成电路测试系统进行I_OL参数测试时，会对数字集成电路直流 参数标准装置1施加一定的电压值，例如0.4V，I_OL参数标准接收该激励信 号后给源测量单元113设置一初始电压值，例如0V，此时会在可编程电阻 112上产生一压降，根据数字多用表111读取的可编程电阻112两端的电压 测量值以及预先测量的电阻值计算出回路中此时的电流值；

S3：如果该电流值与I_OL参数标准值的误差超过控制器12规定的误差 判定范围，则控制器12通过二分法算法调节源测量单元113的电压施加值， 从而改变回路中的电流值，再次根据数字多用表111测量出回路中电流值。 多次重复上述过程，直至回路中的电流值与I_OL参数标准值的差值小于规定 的误差判定范围，此时，经过修正后的回路中测量的电流值即是数字集成 电路直流参数标准装置1复现的I_OL参数标准，从集成电路测试系统施加电 压开始到I_OL参数标准输出稳定下来的整个过程不超过1s。I_OH、I_IL/I_IH、I_OS、 I_DD参数标准设计原理与I_OL参数标准类似。

电流参数标准值(I_OH、I_IL/I_IH、I_OS、I_DD)与集成电路测试系统的电压 施加值、电阻设置值、源测量单元初始值的关系表如表1、表2所示：

表1

电流参数标准值 电压施加值 电阻设置值 源测量单元初始值 100nA～1μA 10mV～15V 1MΩ 0V 1μA～10μA 10mV～15V 100kΩ 0V 10μA～100mA 10mV～15V 10kΩ 0V 100μA～1mA 10mV～15V 1kΩ 0V 1mA～100mA 10mV～15V 100Ω 0V

表2

电流参数标准值 电压施加值 电阻设置值 源测量单元初始值 -100nA～-1μA 10mV～15V 1MΩ 10V -1μA～-10μA 10mV～15V 100kΩ 10V -10μA～-100mA 10mV～15V 10kΩ 10V -100μA～-1mA 10mV～15V 1kΩ 10V -1mA～-150mA 10mV～15V 100Ω 10V

如图4所示，复现I_OL/I_OH、I_IL/I_IH、I_OS、I_DD参数标准时，仪器模块组 11包括数字多用表111、可编程电阻112及源测量单元113；可编程电阻112 依次与待测试装置2、源测量单元113串联连接形成回路，数字多用表111 并联在可编程电阻112的两端，待测试装置2的通道负极端接地，加载板4 的两端分别与待测试装置2通道的两端连接，加载板4的两端还分别与可 编程电阻112、源测量单元113串联连接后的两端连接，其中，待测试装置 2优选集成电路测试系统。

实施例2

复现数字集成电路直流参数标准，例如：V_OL参数时，数字集成电路直 流参数标准复现方法的具体步骤如下：

S1：在数字集成电路直流参数标准装置1中的控制器12中输入一V_OL参数标准值，例如0.1V，根据该数字集成电路直流参数标准值设置合适的 可编程电阻值，例如1kΩ，并通过数字多用表111对可编程电阻112、源测 量单元113串联后的两端的电压进行测量并记录下来；

S2：在集成电路测试系统进行V_OL参数测试时，会对数字集成电路直 流参数标准装置1施加一定的电流值，例如100μA，V_OL参数标准接收该激 励信号后给源测量单元113设置一初始电压值，例如0V，此时会在可编程 电阻112上产生一压降，根据数字多用表111读取的可编程电阻112、源测 量单元113串联后的两端的电压测量值；

S3：如果该电压值与V_OL参数标准值的误差超过控制器12规定的误差 判定范围，则控制器12通过二分法算法调节源测量单元113的电压施加值， 改变测试接口7的电压值，再次根据数字多用表111测量出测试接口7两 端的电压值。多次重复上述过程，直至测试接口7两端的电压值与V_OL参数 标准值的差值小于规定的误差判定范围，此时，经过修正后的测试接口7 两端的电压值即是数字集成电路直流参数标准装置1复现的V_OL参数标准， 从集成电路测试系统施加电压开始到V_OL参数标准输出稳定下来的整个过 程不超过1s。V_IK、V_OH参数标准设计原理与V_OL参数标准类似。

电压参数标准值(V_IK、V_OL/V_OH)与集成电路测试系统的电流施加值、 电阻设置值、源测量单元初始值的关系表如表3所示：

表3

电压参数标准值 电流施加值 电阻设置值 源测量单元初始值 10mV～15V 10μA～100μA 10kΩ 0V 10mV～15V 100μA～1mA 1kΩ 0V 10mV～15V 1mA～100mA 100Ω 0V

如图5所示，复现V_IK、V_OL/V_OH参数标准时，仪器模块组11包括数字 多用表111、可编程电阻112及源测量单元113；可编程电阻112依次与待 测试装置2、源测量单元113串联连接形成回路，数字多用表111并联在可 编程电阻112与源测量单元113串联连接后的两端，待测试装置2的通道 负极端接地，加载板4的两端分别与待测试装置2的两端连接，加载板4 的两端还分别与数字多用表111的两端连接，其中，待测试装置2优选集 成电路测试系统，接口适配器13通过测试接口7与加载板4电连接，用于 待测试装置2和数字集成电路直流参数标准装置1之间的物理连接。

进一步地，数字集成电路直流参数复现方法还包括以下步骤：校准装 置3将数字集成电路直流参数标准量值溯源到更高一级电压、电流标准。

具体的，本实施例中：校准装置3优选3458A，用于对数字集成电路 直流参数标准进行自动化校准，将数字集成电路直流参数标准溯源到更高 一级电压、电流标准。

对数字集成电路直流参数进行量值溯源时，例如：V_OL参数，S4步骤 如下：

3458A连接至接口适配器13预留接口上，控制器12工作在溯源模式， 通过在控制器12中设置V_OL参数测量点输出相应直流参数标准值(一般选 取满量程内三个测量点)，3458A测量该直流参数标准值，并将测量结果按 照指定格式存储至控制器12中，最后可根据上述测量结果对数字集成电路 直流参数标准装置1的直流参数标准进行误差修正，从而保证数字集成电 路直流参数标准的量值可靠性。

如图6所示，对数字集成电路直流参数进行量值溯源时，仪器模块组 11包括数字多用表111、可编程电阻112、源测量单元113，源测量单元113 包括第一源测量单元113a、第二源测量单元113b；可编程电阻112依次与 第一源测量单元113a、第二源测量单元113b串联连接形成回路，接口适配 器13的两端分别与第一源测量单元113a、数字多用表111的两端连接，校 准装置3的两端与接口适配器13的两端连接，数字多用表111并联在可编 程电阻112与第二源测量单元113b串联连接后的两端。其中，待测试装置 2优选集成电路测试系统，校准装置3优选3458A，接口适配器13通过GPIB 接口8与校准装置3电连接，通过GPIB接口8通信交互的进行自动化校准， 可直接将数字集成电路直流参数标准溯源到更高一级电压、电流标准。

本实施例中：数字多用表111位数不低于六位半，数字多用表111优选 NI公司的PXI-4071；可编程电阻112范围至少10Ω～1MΩ，可编程电阻112 优选pickering公司的40-297-150；第一源测量单元113、第二源测量单元 113精度不低于18bit、范围至少-10V～10V，第一源测量单元113a、第二源 测量单元113b优选NI公司的PXI-4143。

数字集成电路直流参数标准的量值溯源是数字集成电路直流参数校准 装置1的核心，只有经过量值溯源后的数字集成电路直流参数标准装置1 方可应用于待测试装置2的校准。

进一步地，数字集成电路直流参数标准包括输出低电平电压(V_OL)，输 出高电平电压(V_OH)，输出低电平电流(I_OL)，输出高电平电流(I_OH)，输入钳 位电压(V_IK)，输入低电平电流(I_IL)，输入高电平电流(I_IH)，短路电流(I_OS)， 电源电流(I_DD)。

具体的，所有数字集成电路直流参数标准均可以在最小值与最大值之 间进行无极调节，且测量不确定度优于0.1％。

如图2所示，本发明提供的数字集成电路直流参数标准装置，包括PXI 仪器模块组11、控制器12及接口适配器13；

控制器11、接口适配器13分别与PXI仪器模块组11电连接；

PXI仪器模块组11，用于根据数字集成电路直流参数的测量原理，复 现多组可编程数字集成电路直流参数标准；

控制器12，用于控制PXI仪器模块组11复现数字集成电路直流参数标 准，并对数据进行存储、处理及显示；

接口适配器13，用于根据复现数字集成电路参数标准所对应的不同的 原理，对接收的PXI仪器模块组11的数据信号进行转接、隔离、分配，以 复现不同的数字集成电路参数标准至待测试装置2。

具体的，PXI仪器模块组11包括数字多用表111、可编程电阻112、源 测量单元113，根据数字集成电路直流参数测量原理，数字多用表111、可 编程电阻112、源测量单元113共同作用复现不同的数字集成电路直流参数 的标准量值，具有通用性好、便携性好、参数可无极调节且准确度高等特 点。其中，数字多用表111，用于进行电压电阻测量；可编程电阻112，用 于设定任意电阻值；源测量单元113，用于设置可变电压值。本实施例中： PXI(PCI extensions for Instrumentation)，即面向仪器系统的PCI扩展。PXI 仪器模块组11通过连接线缆5与接口适配器13电连接；PXI仪器模块组 11通过PXI总线或GPIB总线与控制器12电连接，PXI仪器模块组11优 选通过PXI总线6与控制器12电连接，GPIB，即General-Purpose Interface  Bus，通用接口总线，是一种设备和计算机连接的总线。

进一步地，数字集成电路直流参数标准包括输出低电平电压(V_OL)，输 出高电平电压(V_OH)，输出低电平电流(I_OL)，输出高电平电流(I_OH)，输入钳 位电压(V_IK)，输入低电平电流(I_IL)，输入高电平电流(I_IH)，短路电流(I_OS)， 电源电流(I_DD)。

具体的，所有数字集成电路直流参数标准均可以在最小值与最大值之 间进行无极调节，且测量不确定度优于0.1％。

进一步地，PXI仪器模块组11包括数字多用表111、可编程电阻112 及源测量单元113；可编程电阻112依次与待测试装置2、源测量单元113 串联连接形成回路，数字多用表111并联在可编程电阻112的两端，用于实 现引入外部设备的I_OL/I_OH、I_IL/I_IH、I_OS、I_DD参数标准的复现。

具体的，本实施例中：数字多用表111位数不低于六位半，数字多用 表111优选NI公司的PXI-4071；可编程电阻112范围至少10Ω～1MΩ，可 编程电阻112优选pickering公司的40-297-150；源测量单元113精度不低 于18bit、范围至少-10V～10V，源测量单元113优选NI公司的PXI-4143。

进一步地，PXI仪器模块组11包括数字多用表111、可编程电阻112 及源测量单元113；可编程电阻112依次与待测试装置2、源测量单元113 串联连接形成回路，数字多用表111并联在可编程电阻112、源测量单元113 串联连接后的两端，用于实现引入外部设备的V_IK、V_OL/V_OH参数标准的复 现。

具体的，本实施例中：数字多用表111位数不低于六位半，数字多用 表111优选NI公司的PXI-4071；可编程电阻112范围至少10Ω～1MΩ，可 编程电阻112优选pickering公司的40-297-150；第一源测量单元113、第二 源测量单元113精度不低于18bit、范围至少-10V～10V，第一源测量单元 113a、第二源测量单元113b优选NI公司的PXI-4143。

本实施例中：PXI仪器模块组11包括数字多用表111、可编程电阻112、 源测量单元113，源测量单元113包括第一源测量单元113a、第二源测量单 元113b；可编程电阻112依次与第一源测量单元113a、第二源测量单元113b 串联连接形成回路，数字多用表111并联在可编程电阻112与第二源测量单 元113b串联连接后的两端，可以采用第一源测量单元113a代替待测试装置 2实现数字集成电路直流参数标准装置1内部的数字集成电路直流参数标准 复现过程。

优选的，数字多用表111位数不低于六位半，数字多用表111优选NI 公司的PXI-4071；可编程电阻112范围至少10Ω～1MΩ，可编程电阻112 优选pickering公司的40-297-150；第一源测量单元113、第二源测量单元 113精度不低于18bit、范围至少-10V～10V，第一源测量单元113a、第二源 测量单元113b优选NI公司的PXI-4143；

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的 技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属 于本发明权利要求的保护范围。