SJ∕T 11706-2018 半导体集成电路现场可编程门阵列测试方法

SJ/T11706—2018 1 1本标准按照GB/T1.1—2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则编写。1半导体集成电路现场可编程门阵列测试方法本标准规定了SRAM型现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray,以下简称FPG3术语和定义配置文件coofigurationfile根据FPGA开发要求编制规定并约束FPGA功能的数据文件，也称位流文件。配置文件一般包括24.1标准大气条件除本标准或适用的相关文件另有规定外，电测试环境温度为253℃,相对湿度为45%～80%,环境4.2注意事项b)测试期间，施于FPGA的电源电压应在规定值的±1%以内，施于FPGA的其它电参量的准确度c)FPGA与测试系统连接或断开时，不应超过FPGA的使用极限条件；d)除另有规定外，FPGA应在额定条件下e)测试期间，不得带电插拔FPGA;4.3测试设备测试设备应能保证FPGA测试的顺利进行，且具备相应的测试准确度，应能为FPGA提供下列条件：a)提供必要的电源供应；e)提供合适的接口和数据通道；g)对输出响应进行采样，并进行适当的数据分析。4.4电源和参考电压的设置a)测试过程中，应满足外部电源电压、内部核心电压或适用时的其他电源的电压设置要求；b)按相关规定设置参考输入电压(VREF)。在未配置状态下，空白FPGA的输入输出单元端口为不确定态。测试过程中，配置文件应根据测试要求定义IOB资源分配，可定义为输入、输出和固定电平；允许将未使用的IOB端口设定为固定电平状态或高阻状态。4.6测试流程3b)根据测试要求，将配置文件下载到被测FPGA,并确认下载过程正确；c)按规定施加适当的测试激励，观察相应的输出，并进行分析判断。5.15.1静态参数5.1.2输入高电平电压xv5.1.4输出高电平电压(o)5.1.5输出低电严电压(V)按GB/T17574-1998中第2节第4章的规定进行测试。5.1.8.2测试原理图4VeesTFPGA5.1.8.3测试条件测试期间，下列测试条件应符合有关文件的规定：a)环境或参考点温度；b)接口电源电压Vcco;c)上电顺序。5.1.8.4程序测试程序分为直接测量和间接测量。1)直接测量程序如下：a)在规定的环境条件下，将FPGA接入测试系统中。但不上电，此时FPGA成功上电输出信号标志位应处于无效状态；c)判断FPGA成功上电输出信号标志位，应变为有效；2)间接测量程序如下：a)在规定的环境条件下，将FPGA接入测试系统中。但不上电，此时FPGA成功上电输出信号标志位应处于无效状态；c)判断FPGA成功上电输出信d)上述现象均符合的情况下，记录上电过程中内核电源电5.1.9输入低电平漏电流(/n)按GB/T17574—1998中第2节第2章的规定进行测试。5.1.10输入高电平漏电流(/m)按GB/T17574—1998中第2节第25FPGA图带上拉电阻的引出端输入电流测试原理图a)环境或参者点温度b)接口电源电压Vccoa)在规定的环境条件下将FPGA接入测试系统中；d)按要求给被测输入引脚施加电压(通常为0V),测试该输入引脚电流。6FPGAFPGAIzppVccoa)环境或参考点温度；b)接口电源电压Vcco;d)输入端条件。d)按要求给被测输入引脚施加电压(通常为Vcco),测试该输入引脚电流。7VocpTVocpT被测器件输入网络输出分析VpasrV图4配置数据能保持的最低内核电源电压Mom测试原理图5.1.13.3测试条件测试期间，下列侧进条件应符合有关文件的规定：a)环境或参考点温度b)接口电源电压Vco;c)内核电源电压ccnd)电平协议按如下程床宪成测试：a)在规定的环境条件下将FPG系c)施加规定电源和参考电压(ccnT、Vcco、REr等);d)施加规定务件的输入条件，被测电源输入端输入电压由内核电源电压Rc推荐工作电压下降置的功能正常工作时的最低电压即是配置数据能保持的最低内核电源电压电压(VDRINT)。5.1.14配置数据能保持的言低接口电源电压(Yan)在指定配置电路下，测试FPGA引脚的配置数据能保持的最低接口电源电压。5.1.14.2测试原理图8VcooVcooVpro输入网络言a)环境或参考点温度；b)接口电源电压Vcco;d)电平协议：e)输入端条件。5.1.14.4程序5.2动态参数5.2.1通则动态参数一般包括：输入输出电容Cn/Cour,最高工作频率等。5.2.3最高工作频率(fx)在规定的测试条件下，使FPGA主要时序单元模块能够正确工作的最高频率，即为最高工作频率9输入网络FPGA输出网洛输出分析输入网络可调时钟可调时钟a)环境或参考点温度5.3.1通则FPGA外部开关参数测试方法包括直接测量法、单次判定法和逐次逼近法等。FPGA内部开关参数测试方法与外部开关参数测试方法类似，但输入输出接口在FPGA芯片内部，而且不能确定测试值对实际值的偏向。需根据有关文件要求选取合理测试方案，或由设计保证。SJ/T11706—20185.3.2直接测量法该方法目的是通过对FPGA进行配置、设置负载、施加必要的激励，利用测试仪器直接测量或监视某一固定路径的时序延迟，直接从外部引脚进行测量。此方法仅适用于外部开关参数的测试，如信号输入/输出延迟、外部时钟到输出的延迟等。5.3.2.2测试条件测试期间，下列测试条件应符合有关文件的规定：a)环境或参考点温度；b)接口电源电压Vcco;5.3.2.3程序按如下程序完成测试：a)在规定的测试条件下，将FPGA接入测试系统中；b)将FPGA配置为特定功能，允许将未使用IOB资源应配置为固定电平或高阻状态；5.3.3单次判定法此方法目的是间接通过功能判断的方法来判定参数值是否满足规范要求，根据规范值设定向量时此方法适用于FPGA内部模块中不能直接测量、但反映模块性能的某些非延迟类参数，如建立保持时间等。5.3.3.2测试条件测试期间，下列测试条件应符合有关文件的规定：a)环境或参考点温度；b)接口电源电压VCco;5.3.3.3程序按如下程序完成测试：a)在规定的测试条件下，将FPGA接入测试系统中；b)设置待测参数初始值(参数初始值可采用后仿真值),利用信号发生器产生符合设置值的激励信号；c)根据要求将FPGA配置为特定功能，产生相关的配置文件并对FPGA进行配置；d)将产生的激励信号施加给FPGA,同时采样输出的信号；e)对输出信号进行分析判断。若输出结果为通过，说明该参数满足详细规范要求；若输出结果错误，则表明该参数不满足详细规范要求。SJ/T11706—2018此方法目的是间接通过功能判断的方法来验证某一参数值，并且需要多次逼近测试才能掌握参数的较精确值，除仪器误差外，该值与实际值总是存在一定的方法误差。此方法适用于FPGA内部模块中不能直接测量、但直接反映模块性能的某些非延迟类参数，如建立保持时间等。测试期间，下列测试条件应符名有关文件的规定a)环境或参考点温度，Bb)电源电压Vccoc)推荐工作电压cr5.3.4.3程序按如下程序完成测试：b)设置待测参数初始值(参数首次初始值可采用后仿真值),利用信号发生器产生符合设置值的激励信号：c)根据详细规范要求将FPGA配置为特定功能。产生相关的配置文件并对PPCA进行配置；d)将产生的激励信号施加给FPGA芯片同日采样输出的信号；e)对输出信号进行分析判断，根据分市结果改参数进行下一次测试或终。若输出结果为正确f)测试结束时应给出如下结果：“该参数的逼近值”。对于目标为判断实际产品与设定值是否一致的测试，该循环过程只霞进行一次；对于为了采用此方法寻找极限值的测试、可多次进行此循环，直到确定参数的临界值5.4功能测试功能测试用于验证FPGA能实现预期功能以及各模块可实现设计功能。本条内容提供了对FPGA实现功能验证的一般原理，包括：a)面向应用的功能验证利用FPGA实现某一特定功能的应用，并按该特定电路的功能特性验证配置后的FPGA。验证过程中FPGA处于某一特定的配置状态，通过该状态下器件的工作性能反映FPGA器件的功能。b)面向电路的功能验证功能测试功能测试可编程逻辑模块互连资源全局时钟网络配置下载模块5.4.2.1目的5.4.2.2测试条件5.4.2.3程序SJ/T11706—2018注：测试电路设计完成后，应进行设计验证，确保设计的电路本身没有错误。对开发完的设计程序采用相应FPGAb)接口电源电压Vcco;5.4.3.3程序注：产品设计过程中，为了设计效率和可测性设计考虑，往往对产品进行了结构划分，而且对划分后的功能模块类型模块组成功能验证要求可配置逻辑模块查找表等验证各基本单元的功能.输入输出单元寄存器等验证模块的各种功能，例如双向数据传输、输入延迟模块、差分输入、多标准电平接口、双倍率数据传输等。互连资源互连线段、可编程开关、全局时钟网络等至少覆盖永久性连接、永久性断开两种故障。时钟单元数字锁相环DLL、模拟锁相环DCM等验证模块的各种功能，例如各模式下时钟锁相功能；各模式下分频、倍频、相移功能。嵌入式功能模块BRAM、DSP、乘法器等验证各嵌入式功能模块的相关功能。配置下载模块一验证各种模式下的配置功能。边界扫描模块验证扫描链、指令集、状态机等功能。按如下程序完成测试：SJ/T11706—2018SJ/T11706—2018A.1概述A.2.1两输入异或门A.2.1.2测试原理图A.2.1.3测试条件a)环境或参考点温度：A.2.1.4程序A.2.2.2测试原理图SJ/T11706—2018A.2.2.3测试条件a)环境或参考点温度：A.2.2.4程序A.2.3.3测试条件b)接口电源电压Vcco;A.2.3.4程序d)经过以上的配置以及测试向量的加载，可以分析得到二选一数据选择器的故障特性。测试三选一数据选择器是否正确实现了输出根据配置设定的输入信号值变化。A.2.4.2测试原理图三选一数据选择器测试原理图如图A.4所示。RA.2.4.3测试条件测试期间，下列测试条件应符合有关文件的规定：a)环境或参考点温度：A.2.4.4程序按如下程序完成测试：a)将三选一数据选择器分别配置为图A.4所示的三种工作模式；上加载0和1信号值，观测输出端口信号值是否及时跟随F5端口上的信号值变化，如果两者一致则说明该种配置模式下三选一数据选择器的功能正确。c)同理，当将三选一数据选择器配置为图A.4所示的其它两种模式时，通过观察输出信号与对应设定的输入端口上的一致性，判断响应配置模式下选择器工作的故障属性；d)经过以上的配置以及测试向量的加载，可以分析得到三选一数据选择器的故障特性。测试四选一数据选择器是否正确实现了输出根据配置设定的输入信号值变化。四选一数据选择器测试原理图如图A.5所示。XORXORXORXORXORA.2.5.3测试条件a)环境或参考点温度：b)接口电源电压Vcco;c)内核电源电压VccnA.2.5.4程序按如下程序完成测试b)各种不同的配置模式下，固定未选定输信号端的值，过活动端口的信号值与输出信号值的测试五选一数据选择器是否起根据能置设定的输入信号值变化XORXORXORXORXORt06A.2.6.3测试条件b)接口电源电压Vcco;A.2.6.4程序SJ/T11706—2018b)各种不同的配置模式下，固定未选定输入信号端的值，通过活动端口的信号值与输出信号值的一致性判断五选一数据选择器的功能是否正确，依次确定其故障属性；c)经过以上的配置以及测试向量的加载，可以分析得到五选一数据选择器的故障特性。A.2.7六选一数据选择器测试六选一数据选择器是否正确实现了输出根据配置设定的输入信号值变化。A.2.7.2测试原理图六选一数据选择器测试原理图如图A.7所示。中中FXORpcYCYXOR中05FCY图A.7六选一数据选择器测试原理图A.2.7.3测试条件测试期间，下列测试条件应符合有关文件的规定：a)环境或参考点温度；b)接口电源电压Vcco;A.2.7.4程序a)将六选一数据选择器分别配置为图A.7所示的六种工作模式；b)各种不同的配置模式下，固定未选定输入信号端的值，通过活动端口的信号值与输出信号值的一致性判断六选一数据选择器的功能是否正确，依次确定其故障属性；c)经过以上的配置以及测试向量的加载，可以分析得到六选一数据选择器的故障特性。A.2.8进位链根据进位链的特有的属性，覆盖进位链结构中用到的多路复用器(MUX)部分的测试，同时完成进位链结构特有的逻辑结构。对于它的测试是对进位链包含的多路数据选择器以及相应的进位逻辑进行A.2.8.2测试原理图进位链测试原理图如图A.8所示。1图A.8位链测试原理图b)接口电源电压eoA.2.8.4程序a)将进位链以列为单位串接在一起测试二输入查找表(LUT)实现的两个变量的任意组合函数发生器的功能是否正确。A.2.9.2测试原理图XORTS+TS+S图A.9二输入查找表测试原理图A.2.9.3测试条件测试期间，下列测试条件应符合有关文件的规定：a)环境或参考点温度；b)接口电源电压Vcco;A.2.9.4程序按如下程序完成测试：a)分别将二输入查找表的内部逻辑配置为同或和异或两种模式；b)在输入端施加相应的测试向量，通过对比实际查找表的输出结果和预期的输出结果即可完成对于二输入查找表该种工作模式下的功能测试。A.2.10四输入查找表四输入查找表的测试所指的是测试查找表实现的四个变量的任意组合函数发生器的功能是否正确。A.2.10.2测试原理图四输入查找表测试原理图如图A.10、A.■RAMA1■ROM□RAM□ROMA4A3A2A1A4A3A1A4A3A2DD图A.11四输入查找表配置选择A.2.10.3测试条件b)接口电源电压VccoA.2.10.4程序六输入查找的测试所指的实现的六个输入变量的任意组合时数发生器的功能是否SJ/T11706—2018A.2.11.4程序按如下程序完成测试：a)根据六输入查找表的基本功能模型分别进行配置；b)通过对于各种配置功能的测试，对六输入查找表结构的整体故障特性进行评估。A.2.12触发器A.2.12.2测试原理图触发器测试原理图如图A.14、A.15所示。□LATCH□SRLOW图A.14触发器配置选择图A.15触发器同步异步时序选择A.2.12.3测试条件测试期间，下列测试条件应符合有关文件的规定：a)环境或参考点温度；b)接口电源电压Vcco;A.2.12.4程序a)根据不同结构的触发器，对各种模式进行组合配置，对其实现相应的同步异步触发功能、置位和复位功能以及触发器功能b)通过对于各种配置功能的测试，对触发器的整体故障特性进行评估。SJ/T11706—2018测试原理图测试原理图AD⁰RDO[#:0]DOP[#:0]BRAM双则试原理如图B.2所ADDRAWEASRAADDRBWEBB.3测试条件测试试验类型试验目的码流需要满足的条件工作模式测试验证BRAM存储单元是否存在制造缺陷。测试BRAM模块在单端口和双端口工作模式下的读写功能。测试BRAM模块在各工作模式下的写使能功能。测试BRAM模块在各工作模式下的端口使能功能。测试BRAM模块在各工作模式下清零功能。要求覆盖单端口模式和双端口模式下所有可能的可编程字宽设置。要求写入全0、全1、序列、随机数四种数据作为存储器的存储内容；在双端口模式下应具有两个端口同时进行读操作、两个端口同时进行写操作和一个端口进行读操作，另一个端口进行写操作。功能测试测试BRAM的初始化功能对BRAM进行初始化，要求写入全0、全1、序列、随机数