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浅谈 DC 测试 --VOL/IOL

时间:2025-07-07 21:28来源:FreyaW 半导体ATE测试 作者:ictest8_edit 点击:

 

书接上文,咱们继续来了解DUT数字PIN脚输出带载能力的测试,此项也是ATE DC 测试的常见测试项:VOL/IOL。

一、参数定义
 
VOL:DUT 输出逻辑0时输出管脚上所能承受的最高电压即输出电平的最大值。

IOL:DUT 正确输出逻辑0时输出管脚上的负载电流(此时电流方向:流入DUT)。
 
举个栗子,如下是TI 的MSPM0C1104 芯片 DC spec中关于VOL/IOL 参数信息:

 

· 当供电电源: VDD = 2.7V 时,该芯片I/O channel 在输出逻辑 0 时,能承受的最大负载电流为6mA,此时DUT 所能正确识别输出逻辑0 的最大电压值为0.4V。

· 当供电电源: VDD = 1.7V 时,该芯片I/O channel 在输出逻辑 0 时,能承受的最大负载电流为2mA,此时DUT 所能正确识别输出逻辑0 的最大电压值为0.4V。

* 不用电源电压下,I/O channel的带载能力是不同的,相同输出模式(输出逻辑0或逻辑1)下,电源电压越大,I/O 的带载能力越强,如本例,同为SDIO(标准I/O channel), Vdd 2.7V模式,I/O channal 在输出逻辑0 时带载能力是Vdd 1.7V模式,I/O channel 在输出逻辑0时带载能力的3倍(6mA/2mA)。

二. 测试目的


VOL/IOL 测试实际上测量的是输出管脚输出逻辑电平0时的输出电阻此测试的目的是确保输出阻抗满足设计要求,保证输出管脚在输出逻辑0时,在严格的VOL 条件下,输出管脚可以吸收Spec 中所定义的IOL 电流。换句话说,在输出逻辑0时,DUT 的输出管脚必须能够吃进DataSheet 中定义的最大电流而保证正确的逻辑状态。

因为VOH/IOH, VOL/IOL 测试的本质是测量IC I/O channel 在不同输出逻辑电平时的输出阻抗,故对于VOH/IOH & VOL/IOL 的测量我们可以有两种方式:

1.按照Spec 提供Power电压,Pre-condition后, force voltage(VOH/VOL) , measure Current(IOH/IOL)

2. 按照Spec 提供Power电压,Pre-condition后, force current(IOH/IOL) , measure voltage(VOH/VOL)

实际规划测试方案时,根据所选机台进行电压/电流 测试的测试精度,测试时间,Range 区间等参数来选择合适测试方案。

*一般测试机台有Per Pin 的电流负载(active load),无Per Pin 的电流测量meter,故针I/O 在不同逻辑电平状态下,输出阻抗的参数的测量大多选取 Force/Load current Measure Voltage 的方式进行

三. 测试方法

与VOH/IOH 测试相同,VOL/IOL 的测试也有静态测试和动态测试两种方式。

静态测试:


Step1. 提供 VDDmin = 2.7V 给Power Pin(worse case)

Step2. 设置Pass/Fail Limit:<0.4 V (考虑gand band 可将Limit 设置为0.38V
(0.4V±5%)
)
Step3.设置Voltage measurement Clamp 0.5V(Clamp ≥ Max(Measure Range, Limit)) 
Step4. Run Pre-condition pattern 将DUT 置于输出逻辑0 的状态
Step5. 等待1~5ms 后测量输出电压值
Step6. 若输出电压值在Limit 范围内则Pass,反之Fail.High Light:
*需设置VDD min 作为此测试最差情形
*IOL 此时为正电流,电流方向为:灌入DUT。
* 测试时需要设置Clamp 电压,Calmp Voltage ≥ Max(measure range, Limit)

Trouble Shooting:
1.Pre-condition pattern Pass & VOL 电压正常-->不用debug爽歪歪~~
2. Pre-condition pattern Pass,VOL电压实测值高于Limit,测试Fail.
§ 此时的VOL 测试电压应该处于Limit 与Clamp 电压之间,输出阻抗略大,可能原因:测试接触阻抗叠加,器件制造缺陷
§ 交换Site进行测试排除测试硬件引起的Fail
§ 交换芯片进行测试,排除DUT 间差异
§ 利用万用表测试当前状态下DUT 输出阻抗,排除测试程序问题
§ 利用EVB board 实测相同芯片的输出阻抗,排除接触阻抗叠加导致的测试Fail(若能确认是因为接触阻抗叠加导致的测试Fail,可与研发商讨确认适当的Relex 测试Limit)

3.Pre-condition pattern Fail, VOL实测电压值等于程序中设置的Clamp 电压,远高于Limit,测试fail。   

*此种情况就彰显了测试Clamp 设置的必要性!!!

动态测试:


Step1. Level / program 中设定电源电压为 VDDmin = 2.7V,
Step2. Level 同VOH/IOH 测试项
tep3. 断开待测Pin 脚的 PPMU relay,闭合AC relay
Step4. Run Pre-condition pattern 将待测Pin 脚置于输出逻辑0的状态
Step5. Run VOL/IOL test pattern(在Step4 的pre-condition Pattern 后针对待测I/O Pin 脚增加'X'-> 等待 和’L‘->比较VOL)
Step6. 读取Pattern Pass Fail 结果

至此我们可以把DUT I/O channel 输出DC 参数测试的Level 和 wavetable combine 在一起,减少程序Level set 和wavetabel set 数目:

DC_VoHL_Level:

DC_VoHL_Wavetable:


 
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