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关于IC测试里的测量误差探讨----第三届IC测试研讨会主题

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发表于 2014-2-18 15:20:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
如何才能达到精准的IC测试呢,先抛几块砖头:
       今天之所以要讲这个话题,主要是因为我看到现在还有不少的测试工程师还在把测试开发当作一个纯软件的工作.从软件的角度来看,输入固定的信息一般总是可以获得确定的结果,无论重复多少次.然而硬件开发却不是这样的,硬件存在着各种确定或不确定的因素干扰,导致获得结果具有一定的不确定性,就是通常我们说的误差.测试开发包含很多的硬件开发的成分在里面,所以也绕不开误差这个话题。
        说到误差,首先还是要说说一个典型的测试过程的误差的来源:
1) 来自电源和地的误差.理论上电路的电源和地的电势是稳定的,除直流以外,其它任何频域里的分量都为零,这样才能确保电路的稳定准确工作.然而实际上这是做不到的.来自环境,测试设备本身以及芯片本身的各种干扰都会影响电源和地的电平稳定性,而且这种干扰会最终耦合到输出信号上,从而形成误差.通常这些问题除了测试机本身的问题以外,主要都是因为电路板硬件设计的问题导致的,比如EMC的对策不良,电源完整性和信号完整性设计的缺陷
2) 来自信号的误差.无论是测试机提供的各种信号还是其它外围电路提供的信号,天然就不可能是完美的,即存在各种噪声和偏离.这些偏差都有可能以各种形式被耦合到芯片输出信号上.测试设备无从区分真实信号和噪声,从而引起测试的误差.一个经常发生但有容易被忽略的是参考时钟上的相位噪声.电子设计工程师在选择时钟时往往会只考虑时钟频率是否符合,而无视噪声的特性.而时钟上的噪声如果超过允许范围,则往往会导致芯片性能的大幅下降.这个话题很大,具体就不在本文里展开讨论了。
3) 外来的干扰往往也会影响芯片的工作.我们经常听说的crosstalk就是一例.攻击信号线上的高频信号分量有可能会耦合到附近的信号线上,从而在被攻击信号线上形成多余的信号,也就是噪声.当然,外来的干扰的形式很多,有时候环境湿度和温度都有可能影响到电路工作的结果.保持测试环境的稳定以及正确的电路板设计是确保干扰最小化的良策.可惜的是,我看到目前多数测试工程师在这方面的知识积累很薄弱,根本无从在硬件设计阶段给出良好的方案
4) 还有就是测试设备的测量误差.测试设备一般是精心设计过,以确保参数的测量结果能够尽可能地准确.然而,任何硬件都不可能是完美,另外还有设备成本以及设备老化故障等因素存在,所以,测试设备本身的误差也是影响精度的一个重要因素.正确地选择测试设备和测试资源以及采用正确的使用方法是确保影响最小化的不二法门。
        其实,每个工程师都因该明白,测试误差理论上是不可避免.唯一的做法是,充分理解误差的原理和产生原因并能够定量的分析,从而确保把误差降低到可接受的范围以内.那么从误差的表现形式上来看,它有可以大致分作以下几类:
1) 固定误差: 这往往是由于测试机或电路板的问题,导致测试结果和实际结果之间有一个固定的误差.这其实是所有误差里最容易对付和解决的问题了.一般只要用更精确的设备进行校准或者直接把误差值补偿到测试结果中去就可以解决问题了
2) 飘移误差: 硬件设备在长时间使用以后,它的物理特性和参数都会发生偏移.其具体表现形式是测试结果随着时间发生轻微但连续的变化.一旦这种变化超出了允许范围,就会影响到测试结果,进而影响良率.所以,设备的使用者必须对设备的特性有一定的了解,并定期地检查和校准设备
3) 突发误差: 这一情况往往是因为内在或外在的突发原因导致设备的测试结果突然发生变化.比较典型的例子是,设备突然断电后重新启动,一些测试模块如果不重新进行校准,就会发生问题.这一问题往往不容易防范,目前最好的对应防法就是建立量产测试数据的监控流程,一旦发现结果发生异常变化就及时着手调查,必要时甚至要停止量产的继续进行
4) 随机误差: 我们知道,自然界里到处充满了各种噪声,测试设备也不会例外.这些固有的噪声以及外界环境干扰带来的噪声都会被耦合到芯片中,从而干扰信号,产生误差.由于这种误差是随机性的且持续存在,一旦被耦合到信号里就几乎不可能再被完全消除,所以这种误差往往是最难以对付的.这类随机噪声的对应方法是一个很大的课题,需要工程师通过大量的学习和实践积累充分的知识和经验才能有效地对应.一个实际的例子:我们在测试程序量产导入中关注Cp/Cpk的主要目的就是确认随机噪声对良率的影响.
        关于测试测量的误差问题,是一个非常大的话题.我在微博里限于篇幅,就只能浮光掠影地简单介绍一些基本概念,详细问题就不展开了.如果大家有任何具体的问题,欢迎来我微博里交流讨论.当然,首先请关注我的微博. 以后我还会陆续介绍封测相关的各种话题。 我的微博: @封测G哥
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发表于 2014-2-18 15:51:00 | 显示全部楼层
先赞一个。。。。。
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发表于 2014-2-18 16:26:06 | 显示全部楼层
我来介绍几个可能出现误差的实例.
1 塞贝克效应,您可能没听过这个名词,但是应该听过热电耦.
热电耦是由两种不同金属制成的温度测量传感器。它们有可能是铜制的或铁制的,
也可能是由特殊的金属混合物制成的。不同金属材质的两根导线在一个结点处相连接
(这给我们提供了第一个重要的点)——在节点处没有电压,这和您要连接的任何两
根导线一样,在连接处不会产生电压。
当导体的一端与其另一端的温度不一样时,在导线的两端就会
产生一个电压。没错这是真的!无论该导线的电阻如何其只表现为电压而没有电流流
动——这就是塞贝克效应.如果我们使用两种不同的金属,那么将会产生两个不同的
电压,并且二者的电压差可以在开路末端测量到.
原文连接
http://e2e.ti.com/blogs_/b/thesignal/archive/2012/06/26/
thermocouples-stuff-that-every-analog-designer-should-know.aspx
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发表于 2014-2-18 16:53:48 | 显示全部楼层
2,无处不在的RC, RC的存在不仅影响测量的带宽,对很多参数有着很大的影响.
在低频时RC 需要充分的充电时间才能稳定的被测试,有些管脚本身的驱动能力有限,需要等待的时间更长,如果等待不够,测试值就不够准确.但是时间太长,则测试时间太长...
在高频时RC的影响更为明显,在这里RC就像一个高频滤波器,在截止频率以外的频率都被大幅度衰减.所以要考察被测试管脚的RC,来确定是否会影响到该管脚频率的测试,或高频相关测试.在这里有些有经验的工程师会加个buffer来避免rc对管脚的影响,或其它类试电路来隔离rc的影响.不过这里还要考虑buffer 本身或类试电路带来的其它问题。
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发表于 2014-2-18 17:09:34 | 显示全部楼层
我也来说几句吧。
首先,最根本的一点,要正确区分测试“误差”和“错误”。
测试误差,是由于客观条件的限制,导致的测试偏差,一般来讲,都是可以从统计学的角度去理解的。
测试错误,则完全是人为的错误,比如采用了错误的方法,设备的故障,甚至产品本身性能的问题,测试条件的不同,等等,出现的测试偏差,都可以认为是测试错误!
如果只从字面意义上理解,测试,似乎就只是测量的意思,实际上,测试应该包含以下几个方面:输入信号+输出信号+测量信号+判断结果+统计分析!
测试误差或者错误,则存在于每一个方面,任何一个方面的问题,都会导致测试误差,甚至测试错误。
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发表于 2014-2-18 17:12:20 | 显示全部楼层
经典啊,期待研讨会的召开!
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发表于 2014-2-18 17:33:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 jerry_gao 于 2014-2-18 17:54 编辑

先说一下输入信号/条件:
1. 如何确定合理的测试条件,是需要综合各方面的信息,不能局限于测试工程师本身。产品功能模块、性能、指标、应用,以及间接或者直接的测试方法的理解,都需要经验的积累,特别是依靠专业人士的交流和指导。只有确保测试信号/条件的准确性,才能保证测试信号/结果的正常输出。否则,所有的努力,只会导致一个结果:测试错误!!
2. 确定测试条件以后,则是开发测试硬件和软件,同时需要借助一些载体,比如连接线、接口、测试设备、治具等等,不管是什么东西,都会对实际的输入信号产生影响,而我们要保证的,就是期望的输入信号/条件,真实的被加到了产品本身。如果存在一些局限性,则要了解这些局限性,并提前做出风险评估及处理,如果有必要,还需要预留一些方案来消除、减少这些影响,至少,要让这些影响在可控范围内。
3. 如何判定实际的信号/条件有没有输入到产品本身,我们往往会借助一些工具来实现,示波器,万用表之类的。这些工具的正确与熟练使用,对我们实际的调试帮助非常大。
4. 当我们确定一些条件正常工作后,实际上推荐去改变一下测试条件,同时监测输出是否存在变化。为什么要这样做?因为有时候和不同的条件下,会存在同样的输出,特别是空测(比如漏电测试),而这类处理,则是进一步确保你是加入了正确的输入条件。
5. 测试程序的功能,是要涵盖测试验证、分析和生产的功能的,为了提高测试效率,这就使得我们有必要专门制作一些通用模块来实现一些类似的功能,不管是硬件还是软件都是如此,如何可控、灵活而又可靠的建立和利用模块,对提高可靠性,提高效率,非常重要!
6. 从测试开发和测试生产的角度来检验测试条件,出发点是不一样的。测试开发要从方案、产品、设备、硬件和软件多方面角度检验条件,同时,要有实际应用的参考标准进行比较,也就是所谓correlation。如果是生产角度,则往往偏向于setup的准确性,必要的时候,用一些correlation sample之类的进行验证,这样比较容易的判断问题所在。7. 测试设备的正确使用,这个包含测试机本身的系统及资源。可以说,不同的测试机都有自己的特定,不管是软件和硬件,测试供应商都试图帮助测试工程师方便、可靠、稳定的使用测试设备,所以,第4点提到的模块化的处理,其实就是测试厂商帮助我们建立了一些专用的模块,以便我们可以在没有太高要求或者限制的情况下,可以使用测试机。但是,如果想要精通测试,只是简单的使用测试机,是完全不够的,必须不断深入,去摸准测试机的脾气,发现它的优点,还包括缺点和坏习惯,如何更好的掌控好测试机,则是我们在不断的实践和交流中积累起来的。
8. 注意细节,比如接触电阻对电压的影响,不同支路电阻对电流的分流影响,高频信号的阻抗匹配、信号的反射、衰减等影响,都会导致输入信号的变化。往往我们关注测试机的测试信号/条件的正确生成,确不能保证这些信号/条件是否被正确的加到了产品上!
9. correlation的重要性,不同的硬件、程序、设备之间测试的偏差比较,测量结果与实际应用的输出比较等等,都可以帮助我们进一步确保输入信号/条件的可靠性。
10. 在保证输入信号准确的情况下,还需要通过示波器来抓取完整的输入信号,防止或者减小spike,如果这些spike超过了产品定义的输入极限条件,就有可能打坏产品。
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发表于 2014-2-23 20:30:20 | 显示全部楼层
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发表于 2014-2-25 12:34:51 | 显示全部楼层
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发表于 2014-10-17 16:34:27 | 显示全部楼层
这种文章,必须顶,建议版主组合起来,弄成文集,类似ic测试杂志
IC测试机原理学习板,学习FIMV FVMI 钳位 继电器控制 TTL通信 开短路测试原理,测试工程师升职加薪的保障。QQ:1471606816,旺旺:fuyiqin1980
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