基于STS8200测试平台DC-DC升压芯片测试的研究

-PAGEI-上海建桥学院本科毕业设计（论文）-PAGE1-基于STS8200测试平台DC-DC升压芯片测试的研究摘要随着科技的发展和技术的不断进步，集成电路IC产业取得了重大突破，集成电路测试也成为了IC产业中举足轻重的存在。集成电路测试不仅仅是能通过测试芯片得到测试数据，筛选出芯片的优良，还可以给芯片设计者一个性能的反馈，帮助芯片的优化。所以，集成电路测试在集成电路的发展中有重大意义。在当下，手机、相机以及平板电脑等便携式数码电子产品也在飞速发展，电子产品扮演着人们日常生活中举足轻重的地位，电源也是电子产品中最重要的一部分。因此，电源管理芯片是整个电子系统中不可或缺的重要组成部件，其发展和需求量都成为了市场的关注对象。由于DC-DC变换器具有转换效率高、小体积等优越的特点，以至于被广泛应用于各种便携式电子产品中。本课题基于STS8200测试平台对DC-DC升压芯片测试进行研究。了解同步升压DC-DC变换器芯片测试的基本原理以及有关基础知识，设计测试电路并验证。根据测试电路设计PCB板。学习STS8200测试平台的软件、硬件和编程，完成相对应测试板的焊接和相对应程序编写。利用测试平台完成DC-DC升压芯片的测试，在测试机上对XT1871芯片的静态电流、输出电压、线性调整度、负载调整度等几个方面进行测试，并对测试结果进行分析，对测试中出现的问题提出解决方法。关键词：集成电路测试，DC-DC，测试程序，自动测试设备（ATE），同步升压，芯片-PAGEIV-ResearchonSTS8200testplatformDC-DCboostchiptestAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnologyandthecontinuousprogressoftechnology,ICindustryhasmadeasignificantbreakthrough,ICtestinghasbecomeapivotalpresenceintheICindustry.Integratedcircuittestingcannotonlygetthetestdatathroughthetestchip,screenoutthegoodchip,butalsocangiveaperformancefeedbacktothechipdesigner,helptheoptimizationofthechip.Therefore,ICtestingisofgreatsignificanceinthedevelopmentofIC.Atpresent,mobilephones,cameras,tabletcomputersandotherportabledigitalelectronicproductsarealsodevelopingrapidly,electronicproductsplayapivotalroleinPeople'sDailylife,powersupplyisalsothemostimportantpartofelectronicproducts.Therefore,powermanagementchipisanindispensablecomponentoftheentireelectronicsystem,itsdevelopmentanddemandhavebecomethefocusofthemarket.Becauseoftheadvantagesofhighconversionefficiencyandsmallvolume,DC-DCconverteriswidelyusedinvariousportableelectronicproducts.ThistopicbasedonSTS8200testplatformforDC-DCboostchiptestresearch.UnderstandthebasicprincipleandrelatedbasicknowledgeofsynchronousboostDC-DCconverterchiptest,designandverifythetestcircuit.DesignPCBboardaccordingtotestcircuit.Learnthesoftware,hardwareandprogrammingofSTS8200testplatform,completetheweldingandprogrammingofcorrespondingtestboard.UsingthetestplatformtocompletethetestofDC-DCboostchip,thestaticcurrent,outputvoltage,linearadjustment,loadadjustmentandotheraspectsofXT1871chiparetestedonthetestmachine,andthetestresultsareanalyzed,andthesolutionstotheproblemsinthetestareproposed.KeyWords：Integratedcircuittesting,DC-DC,Testprogram,AutomaticTestEquipment(ATE),Synchronousboost,chip目录1绪论 11.1中国集成电路测试发展现况 11.2集成电路测试发展趋势 21.3集成电路测试分类 21.4集成电路测试方法 31.5本文研究内容 31.5.1课题意义 31.5.2研究内容 42STS8200测试平台 52.1测试平台概述 52.2测试系统硬件 52.2.1PC机 62.2.2总线接口卡 62.2.3测试主机 62.3测试平台软件 62.3.1控制台 72.3.2启动程序 72.3.3启动测试 72.3.4主界面 72.3.5程序启动 72.3.6装载测试程序 72.3.7执行测试 82.3.8数据显示 83DC-DC变换器 93.1Boost电路 93.2BUCK电路 103.3Buck-Boost电路 113.4PWM（PFM） 123.5XT1871芯片的介绍 143.5.1概述 143.5.2功能特性 143.5.3封装 143.5.4引脚 154测试方案的设计及验证 174.1测试电路设计 174.1.1测试电路工作原理 174.1.2测试电路图 174.2芯片测试电路验证 184.3PCB板设计 214.3.1PADS软件 214.3.2PCB板版图设计 224.3.3PCB板焊接 244.4程序设计 244.4.1测试程序框图 254.4.2引脚程序 254.4.3清源程序 254.4.4OS测试程序 264.4.5电流电压测试程序 274.4.6线性调整度测试程序 284.4.7负载调整测试程序 295芯片测试 305.1测试的过程 305.2测试方法 335.3测试结果分析 33结论 34参考文献 35附录A测试程序 36致谢 411绪论随着工艺的精湛，科技的发展，芯片内部的构造复杂度提升，制造工艺不可避免的会在生产过程中给芯片留下潜在的缺陷，使器件的可靠性不能达到标准的要求，还会因为各种原因而出现故障。因此集成电路测试是半导体产业里必不可少的环节，贯穿在芯片设计、晶圆制造、芯片封装以及集成电路应用的整个环节。1.1中国集成电路测试发展现况中国集成电路产业诞生于六十年代，共经历了三个发展阶段：1965年-1978年：以计算机和军工配套为目标，开发逻辑电路为主要产品，初步建立集成电路工业基础及相关设备、仪器、材料的配套条件。1978年-1990年：引进美国的二手设备，改善国家集成电路装备水平，以消费类整机作为配套重点，解决了彩电集成电路的国产化。1990年-2000年：以908工程、909工程为重点，CAD为突破口，抓好科技攻关和北方科研开发基地的建设，为信息产业服务，集成电路行业取得了新的发展。2000年至今是高速发展阶段。中国集成电路产业随着元器件特征尺寸的不断缩小，各种产业结构融合度更高，技术更新速度更快，形成一种全新的学科或者产业，这对于整体社会发展有着关键作用。因此必须要充分发挥集成电路和其他产业之间的联系，使其能够为更多的产业提供源源不断的生产动力，整个社会朝着智能化与自动化的方向发展。自1987年，台积电创立将IC制造从IC产业中剥离出来，而后逐渐发展为设计、制造、封装、测试分离的产业链模式。这种垂直分工的模式首先大大提升了整个产业的运作效率。将相对轻资产的设计和重资产的制造及封测分离有利于各个环节集中研发投入，加速技术发展，降低了企业的准入门槛和运营成本。各环节交由不同厂商进行，增强企业的专业性和生产流程的准确性。此外，专业测试从封测中分离既可以减少重复产能投资，又可以稳定地为中小设计厂商提供专业化测试服务，以规模效应降低产品的测试费用，缩减产业成本。世界整体产业也从IDM转向垂直分工。而集成电路测试卡在产业链的关键节点，贯穿设计、制造、封装以及应用的全过程。从整个制造流程上来看，集成电路测试具体包括设计阶段的设计验证、晶圆制造阶段的过程工艺检测、封装前的晶圆测试以及封装后的成品测试，贯穿设计、制造、封装以及应用的全过程，在保证芯片性能、提高产业链运转效率方面具有重要作用。我国国内测试产业自1981年起，陆续有六五、七五、八五等每五年为一期的国家科技计划支持，使得我国IC测试产业取得10MHz数字测试系统、2OMHz内存测试系统、4OMHz数字测试系统等一系列科研成果，但是这些成果并未进行进一步转化，以供应工业之用，因此目前国内IC生产线中的中、高档的测试系统仍以依赖国外进口为主,基本上暂时没有国产中、高档的半导体测试设备或是测试的生产线。1.2集成电路测试发展趋势1.规模化目前测试设备以进口为主，单机价值高达30万美元到100万美元不等，重资产行业特征明显，资本投入巨大，第三方测试公司专业化和规模化优势明显，测试产品多元化加速测试方案迭代，源源不断的订单保证产能利用率。因此，集成电路测试行业需要规模化，首先是能大幅提高设备利用率，维持产业盈利。再者是因为测试行业技术水平的提高也依赖于大规模的测试项目所推进，2.专业化以目前来看，IC产业继续高度细化分工，芯片测试走向专业化也必定是大势所趋。首先，IC制程演进和工艺日趋复杂化，制程过程中的参数控制和缺陷检测等要求越来越高，IC测试专业化的需求提升；其次，芯片设计趋向于多样化和定制化，对应的测试方案也多样化，对测试的人才和经验要求提升，则测试外包有利于降低中小企业的负担，增加效率。此外，专业测试在成本上具有一定优势。3.自主化国内IC设计公司出于对接成本和国内对代工及封装、测试环节的自主可控考虑更倾向于选择大陆测试厂商。国内IC设计企业在与境外测试厂商包括代工厂商对接过程中存在着运输和沟通对接成本高的问题，同时，基于国内对于晶圆代工及封装、测试环节的自主可控考虑，在国内能提供专业IC测试服务的情况下，设计厂商更倾向于选择大陆测试厂商，而其中潜在的市场规模至2020年可达300亿元。4.依赖化目前国内IC生产线中的中、高档的测试系统仍以依赖国外进口为主,基本上尚无国产中、高档的半导体测试设备或是测试的生产线.其实问题的主要症结，在于过去二十几年以来,中国IC产业尚未成型，因此也没有足够可供以练兵或是刺激发展的客观环境。目前国内已经装配的IC生产线之测试系统，主要偏重在低档数字测试系统、模拟及数字、模拟混合测试系统等，在中高档测试能力部分目前仍十分薄弱，尚无法与国外业者相抗衡。但在国家的大力支持下,国产中、高档测试系统已经研制成功,目前正进入小批量生产阶段.相信不久将逐步服务于国内IC生产线中。1.3集成电路测试分类1.设计验证又称实验室测试或特性测试，是在芯片进入量产之前，验证设计是否正确，需要进行功能测试和物理验证，以及可靠、老化实验。2.过程工艺检测即晶圆制造过程中的测试，需要对缺陷、膜厚、线宽、关键尺寸等进行检测。3.晶圆测试（中测）通过对代工完成后的晶圆进行测试，目的是在划片封装前把坏的祼片（die）挑出来，以减少封装和芯片成品测试成本，同时统计出晶圆上的管芯合格率、不合格管芯的确切位置和各类形式的合格率等，能直接反应晶圆制造良率、检验晶圆制造能力。4.芯片成品测试（成测）集成电路后道工序的划片、键合、封装及老化过程中都会损坏部分电路，所以在封装、老化以后要按照测试规范对电路成品进行全面的电路性能检测，目的是挑选出合格的成品，根据器件性能的参数指标分级，同时记录各级的器件数和各种参数的统计分布情况；根据这些数据和信息，质量管理部门监督产品的质量，生产管理部门控制电路的生产。1.4集成电路测试方法集成电路测试方法可分为一般测试和特殊测试，一般测试是将封装后的芯片置于各种环境与要求下测试其电气特性，如消耗功率、运行速度、耐压度等。根据芯片的测试数据，将芯片的特性划分为不同的等级。特殊测试那么是根据客户提供的特殊需求技术参数，从相近参数规格、品种中拿出局部芯片，做有针对性的专门测试，根据得到的测试结果是否满足客户的特殊需求，如果不满足，则需要设计特殊的客户专用芯片。最后，给测试合格的产品贴上规格、型号及出厂日期等标识的标签并加以包装后即可出厂。测试数据不在测试方案所给出的范围的芯片即为废品。1.5本文研究内容1.5.1课题意义集成电路测试专业化、规模化、自主化是集成电路发展的必然趋势，是技术发展的必然趋势，也是集成电路产业未来发展的方向。首先，垂直分工的产业模式提升了整个产业的运作效率。其次，将相对轻资产的设计和重资产的制造及封测分离有利于各个环节集中研发投入，不仅加速了技术的发展，还降低了企业的准入门槛和运营成本。再者，整个过程都是由不同的厂商公司合作完成，增加了增强企业的专业性和生产流程的准确性。因此，专业测试从封测中分离既可以减少重复产能投资，又可以稳定地为中小设计厂商提供专业化测试服务，以规模效应降低产品的测试费用，缩减产业成本。本课题主要是通过测试XT1871芯片的各方面功能是否达标，比如OS，静态电流，输出电压，线性调整度，负载调整度等。一方面可以向客户提供更完整的芯片功能鉴定，另一方面通过测试检查芯片的不足之处与芯片设计工程师进行沟通调整，从而完善芯片。1.5.2研究内容1.集成电路的基本知识。2.测试设备和测试方法。了解STS8200测试机的构造及使用方法，熟悉测试环境（电源、负载、示波器、逻辑分析、函数发生器）；学会使用PADS、立创EDA软件进行PCB板的设计；练习焊接技术。图1.1课题研究流程4.产品测试需要在STS8200测试平台上完成测试工作，对XT1871芯片功能的实现评估。5.问题分析对焊接、电路设计、PCB设计、实体搭建、参数辨识等，在测试的准备和过程中出现的问题进行分析。

2STS8200测试平台本课题选择基于STS8200的测试平台进行测试，该系统能满足“大模小数”类芯片测试需求。选择该系统主要是考虑了本课题的测试规范和测试时的测试需求。2.1测试平台概述STS8200系统的主要特点如下：1.PC机通过PCI总线接口卡控制和管理测试主机。2.人性化设计功能强大，软件功能便捷。3.硬件模块可以灵活配置，最大支持16工位同步并行测试。4.双PC支持TWIN工作模式，两测试站可独立测试不同器件品种。5.长达3.5米的输出电缆连接用户板，四线开尔文连接方式及屏蔽措施保证被测器件端的测试精度和稳定性。6.支持多种机械手、探针台工作，提高测试效率。2.2测试系统硬件STS8200系统由PC机、系统总线接口卡、探针台接口卡、测试主机、测试盒等构成。图2.1STS8200尺寸图2.2.1PC机STS8200系统所用PC机的CPU达到2.4GHz，运行内存1G，硬盘40G，1024*768彩色显示器，2个以上的PCI插槽（用于插入系统总线的接口卡和探针台的接口卡,乒乓测试模式一般占用3个PCI插槽）。PC机还必须装有Windows7/XP/2000操作系统和VisualC++软件。2.2.2总线接口卡总线接口卡IF8001置于PC内，通过68芯电缆和测试主机进行连接，同时驱动上下两个插件箱背板上的总线模块（SM8001），以实现PC和测试主机之间数据的转换和驱动。2.2.3测试主机测试主机主要由机柜、插件箱（背板总线卡）、电源单元、风扇单元、机外电缆及标准测试盒等几部分构成。2.3测试平台软件STS8200软件的操作界面主要由以下程序及模块组成：1.control.exe——系统控制中心。2.Testui.exe——测试操作界面。3.PGSEdit.dll——程序编辑工具。4.datalog.dll——数据保存模块。5.check.dll——自检模块。6.dataAnalyse.exe——数据转换，分析及处理。7.STSCAL.exe——校准工具。8.StsDebug.exe——调试工具。此外还有一些与以上模块相关的库、配置文件及系统的硬件模块驱动程序，这些共同组成了一个完整的测试系统软件。图2.2软件测试流程2.3.1控制台控制台是系统的控制中心，它负责用户的登录、用户的管理、测试操作界面的调入、各station对测试机请求的调度与分配以及自检和校准等相关工具的调用。使用软件系统首先需要启动控制台，即：control.exe。2.3.2启动程序因为测试机是精密复杂的电子设备，必须要对使用人员加以控制，启动control.exe后，首先需要用户登录，只有授权的用户输入正确的用户名与密码才可以使用系统。登录成功后，系统会自动在右下角的托盘添加CONTROL程序的图标。此时可以双击小图标调出control.exe控制面板，或是右键点击图标使用菜单来操作。2.3.3启动测试点击StationA按钮或StationB按钮,或选择相应右键菜单，则系统会自动调用testui.exe进入测试界面。2.3.4主界面主界面的功能主要是装入测试程序，运行测试程序，显示测试结果，进行分档统计，数据保存，同时集成了程序编辑模块与数据处理模块的调用。2.3.5程序启动由control.exe的面板或右键菜单启动相应station的TESTUI.exe。2.3.6装载测试程序点击“Load”按钮，从文件选择窗口中选择需要装入的测试程序，点OK即可装入。图2.3显示界面2.3.7执行测试当程序装入成功后，可以点击“Text”进行单次的测试，或是点击“Run”进行自动测试（前提是需要正确连接并选择相应的驱动程序）。一次测试完成后，测试结果会在数据显示面板上显示出来。在自动测试进行中，点击“Stop”可以中止自动测试过程。2.3.8数据显示每一次测试完成后，结果都会在数据面板上显示出来。显示模式分为“Dmode”(详细模式)、“Mmode”(多行模式)和“Binmode”（分档显示模式），可以切换到适合自己的方式来观看测试数据。其中“Dmode”模式显示的信息最为全面，是默认的显示模式。

3DC-DC变换器DC-DC变换器是转变输入电压并有效输出固定电压的电压转换器。一般由控制芯片，电感线圈，二极管，三极管，电容器构成。DC-DC转换器分为三类：升压型DC-DC转换器（Boost）、降压型DC-DC转换器（Buck）以及升降压型DC-DC转换器（Buck-Boost）。可以根据需求选用。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM控制型即使长时间使用，尤其小负载时具有耗电小的优点。PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制。DC-DC转换器广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。在电路类型分类上属于斩波电路。3.1Boost电路Boost升压电路是六种基本斩波电路之一，是一种开关直流升压电路，它可以实现输出电压高于输入电压。主要应用于直流电动机传动、单相功率因数校正（PFC）电路及其他交直流电源中。升压型电路常使用于将较低的直流电压变换为较高的直流电压，如电池供电设备中的升压电路，液晶背光电源等。当MOS管导通的时候，电感的正向伏秒为：Vin*Ton。当MOS管截止的时候，电感的正向伏秒为：(Vo-Vin)*(Ts-Ton)。所以Boost电路公式为Vo=Vin/(1-D)。图3.1Boost电路原理图开关导通时，电源通过开关与电感形成回路，电感电流线性上升，在通延时计时器时，电感的电流达到最大值，电感的储能亦达到最大值。在开关闭合的这段时间内，电容C为负载提供能量，等效电路如图3.2所示。图3.2Boos开关导通电路当开关关断时，由于电感需要维持其电流，二极管导通，电感储能向负载和电容释放,这段时间电感电流线性下降，到下一个周期开关闭合时，电感电流达到最小值，等效电路如图3.3所示。图3.3Boos开关关断电路3.2BUCK电路BUCK电路是一种降压斩波器，通过震荡电路将直流电压转变为高频电源，然后通过脉冲变压器、整流滤波回路输出需要的直流电压，类似于开关电源。降压变换器输出电压平均值UO总是小于输出电压UD。通常电感中的电流是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。当MOS管导通的时候，电感的正向伏秒为：Vin*Ton=（Vin-Vo）*Ts。当MOS管截止的时候，电感的正向伏秒为：Vo*Toff=Vo*(Ts-Ton)。根据电感伏秒平衡，可以得到BUCK电路公式为Vo=D*Vin。图3.4BUCK电路当MOS管导通时，等效电路图如图左所示，此时MOS管导通，相当于短路，所以电源和电感直接相连，电源给电感充电的同时给输出提供电压，并给输出电容充电，再回到电源负极；此时二极管反向截至。当MOS管关断时，等效线路图如图右所示，此时MOS管关断，相当于断路，所以电源端断开，电源不起作用；此时电感、输出负载和二极管形成回路，电感给输出提供电压，同时输出电容也能够稳定输出电压；此时二极管正向导通，因此二极管的作用是电感续流时提供通路，所以称之为续流二极管。3.3Buck-Boost电路即降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，通过电感传输。当MOS管导通的时候，电感的正向伏秒为：Vin*Ton。当MOS管截止的时候，电感的正向伏秒为：-Vo*(Ts-Ton)。所以Vo=-Vin*D/(1-D)极性相反，幅值可以是升压也可以是降压。

图3.5Buck-Boost电路当功率管Q1闭合时，输入端和电感L1直接接到电源两端，此时电感电流逐渐上升。导通瞬态时di/dt变大，故此过程中主要由输入电容CIN供电。输出端COUT依靠自身的放电为RL提供能量。当功率管Q1关断时，输入端VIN给输入电容充电。输出端由于电感的电流不能突变，电感通过续流管D1给输出电容COUT及负载RL供电。系统稳定工作后，电感伏秒守恒。Q1导通时，电感电压等于输入端电压VIN，Q1关断时，电感电压等于输出端电压VOUT。3.4PWM（PFM）开关电源的控制技术主要有三种：脉冲宽度调制(PWM)；脉冲频率调制(PFM)；脉冲宽度频率调制(PWM-PFM)。PWM和PFM是两大类DC-DC转换器架构，每种类型的性能特征都是不一样的。如：1.重负载和轻负载时的效率2.负载调节3.设计复杂性4.EMI噪声考虑PWM-PFM集成型转换器设计方案可以整合这两种操作模式，利用它们各自的优势来进行设计。PWM就是脉宽宽度调制，拥有固定的频率振荡器。它的驱动信号是恒定的频率，具有可变的占空比（功率FET导通时间与总开关周期之比）。开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。图3.6脉宽调制PFM是脉冲频率调制是一种脉冲调制技术，它调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。调制信号通常为频率变化的方波信号。PWM是频率的宽和窄的变化，是利用波脉冲宽度控制输出；PFM是频率的有和无的变化，是利用脉冲的有无控制输出。图3.7脉冲频率调制其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片。PFM具有静态功耗小的优点，但它没有限流的功能也不能工作在连续的导电方式。PWM-PFM兼有PWM和PFM的优点。与PWM相比，PFM的输出电流小，但是因为PFM控制的DC-DC变换器在达到设定电压以上时就会停止工作，所以消耗的电流就会变得很小。因此，消耗电流的减少可改进低负荷时的效率。PWM在低负荷时虽然效率不太高，但是因其纹波电压小，且开关频率固定，所以消除噪声较简单。PWM-PFM切换控制式DC-DC变换器是在重负荷时由PWM控制，低负荷时自动切换到PFM控制，即在一款产品中同时拥有PWM的优点与PFM的优点。在具有待机模式的系统中，采用PFM-PWM切换控制的产品能得到较高效率。3.5XT1871芯片的介绍3.5.1概述XT1871芯片是一款低功耗高效率、低纹波、工作频率高的PFM控制升压DC-DC变换器。仅需要3个外部元器,即可完成低输入的电池电压输入。3.5.2功能特性1.用途：1~3个干电池的电子设备，数码相机、电子词典；LED手电筒、LED灯；血压计、MP3、遥控玩具；无线耳机、无线鼠标键盘、医疗器械；防丢器、汽车防盗器、充电器；VCR、PDA等手持电子设备。2.产品特点：（1）最高效率：94%。（2）最高工作频率：300KHz。（3）低静态电流：15µA。（4）输出电压：1.8V～5.0V（步进0.1V）。（5）输出精度：±2.5%。（6）输入电压：0.9V～6.5V。（7）低纹波，低噪声。（8）小体积封装。3.5.3封装三极管和二极管本身就是半导体芯片，它需要用塑料封装起来才能使用。塑料封装的形式多种多样，该芯片采用SOT23-3L封装，SOT-23是一种外观封装样式，是SOP封装的派生类别SOT（小外形晶体管）封装类的封装标准之一。封装样式与三极管的型号无关，同样型号的三极管可以有多种封装形式，但一般是小形贴片封装。E尺寸为1.500~1.700；E1尺寸为2.650~2.950；D尺寸为2.820~3.020；b尺寸为0.300~0.500；e尺寸为0.950；e1尺寸为1.800~2.000。根据封装尺寸图进行PCB板中芯片模块的设计。图3.8SOT23-3L封装尺寸图3.5.4引脚XT1871芯片有三个引脚，分别是GND脚,LX脚以及VOUT脚。GND脚为接地端，LX脚为开关，VOUT脚为输出端。1.引脚分布图3.9XT1871引脚分布图

2.引脚分配引脚分配如表3.1表述。表3.1XT1871引脚分配图引脚号引脚名称功能描述SOT23-3L1GND接地端2LX开关3VOUT输出端

4测试方案的设计及验证集成电路产品在进行设计和制造时需要一个完善的流程。一个有效的测试方案不仅能够很大程度上提高集成电路的生产效率，还能够确保生产中各个环节不出差错。如果没有一个良好的测试流程，产品批量生产中有很大概率会出现质量不达标的状况。4.1测试电路设计4.1.1测试电路工作原理本课题DC-DC升压芯片使用电路为Boost升压电路。图4.1Boost电路典型架构图4.1为Boost电路典型架构，由电源、电感、MOS管、二极管、输出电容组成。电感是储能元件，可以储存能量，在合适的时候为电路提供能量。该电路有两种工作模式，对应MOS管开、关两种状态，左图是MOS管打开的等效电路，右图是MOS管关断的等效电路。当MOS管打开时，电路相当于短路。如左图，电感右端直接接到GND，也就是电源负极。所以此时电源仅给电感充电，输出电压由输出电容提供电压，电容两端电压即输出电压，所以输出电容是必不可少的。当MOS管关断时，电路相当于断路，电路组成为电源接电感，通过续流二极管给输出供电，同时给输出电容充电。这个时候电感是放电过程，所以电源电压加上电感电压等于输出电压，从而达到升压的目的。4.1.2测试电路图根据Boost升压电路工作原理以及XT1871芯片测试参数绘制出测试电路图，如图4.2所示。该测试电路主要由电源、电感、MOS管、二极管、输出电容组成。图4.2XT1871芯片测试电路图4.2芯片测试电路验证测试电路验证是根据芯片的测试电路，使用立创EDA软件绘制PCB板，再通过示波器、负载电源等仪器进行验证测试。立创EDA英文全称为ElectronicsDesignAutomation，是一款基于浏览器的电子设计自动化工具。XT1871测试电路试验PCB板版图如图4.3所示。图4.3XT1871试验PCB板版图

图4.4PCB板焊接实物图1.启动电压测试测试条件为负载=1mA，启动电压测试结果如表4.1表述。表4.1启动电压123UNITV5V2.输出电压VOUT测试测试条件：ILoad=10mA,VIN=1.5V,输出电压测试结果如表4.2表述。表4.2输出电压123UNITVOUT4.8904.9454.975V3.电路工作电流测试测试条件:IOUT=0mA，电路工作电流测试结果如表4.3表述。表4.3电路工作电流Vin123UNIT1.0uA1.520.120.520.52.016.013.315.615.44.静态电流测试测试条件:Vout=6.0V(不加电感)，静态电流测试结果如表4.4表述。表4.4静态电流123UNITIDDuA5.芯片工作电流测试测试条件:Vout=3.0、4.0V(不加电感)，芯片工作电流测试结果如表4.5表述。表4.5工作电流123UNIT3.0175.1180.6176.3uA4.01109.01182.11919.36.负载调整度测试是指输出电压随负载变化的波动，条件是输入为额定电压2.5V和3.0V。电源负载的变化会引起电源输出的变化,负载增加输出会降低。相反，负载减少输出升高。一般电源负载变化引起的输出变化会减到最低,通常范围为3%~5%。观察万用表，记下输出电压最大和最小值，利用公式求得负载调整率。

负载调整度测试结果如表4.6、表4.7表述。表4.6负载调整度，VIN=2.5VIload(mA)123UNIT14.7424.7344.745V104.7294.7284.678204.7124.7224.634304.6754.6554.613404.6384.6354.595604.5584.3424.337804.2414.3184.3101004.2204.2964.2851204.1994.2774.261调整度（1-100）11.69.710.2%

表4.7负载调整度，VIN=3.0VIload(mA)123UNIT14.7714.9134.721V104.7384.8434.717204.7104.8214.707304.6904.8104.696404.6704.7864.681604.6244.5944.666804.5674.6004.6711004.5124.6144.6841204.5234.6294.6871504.5424.6644.7452004.4894.6564.743调整度（1-100）5.586.270.79%7.线性调整度测试ILoad=30mA，在输入电压全范围内测量输出电压，观察示波器及万用表，记下输入电压全范围变化时的输出电压最大值和最小值，利用公式求得线性调整度。线性调整度测试结果如表4.8表述。表4.8线性调整度Vin123UNIT1.84.8574.3554.3482.04.5404.4824.4472.24.5964.5494.5402.54.6614.6424.6052.84.6624.7004.6423.04.6884.8094.6973.24.7254.8554.7233.54.9094.9214.901调整度4.926.666.51%由测试数据可得，芯片测试电路设计可行。4.3PCB板设计4.3.1PADS软件PADS是一款制作PCB板的软件。PADS包括PADSLogic、PADSLayout和PADSRouter。PADSLayout（PowerPCB）提供了与其他PCB设计软件、CAM加工软件、机械设计软件的接口，方便在不同设计环境下的数据转换和传递工作。4.3.2PCB板版图设计在电子电路设计中，PCB板是设计内容的物理载体，所有设计意图的最终实现都是需要通过PCB板来表现的，PCB设计在任何项目中都是不可缺少的一个环节。在PCB设计中主要注意几点：功能的实现；性能的稳定；加工的简易；单板的美观。1.PCB板版图布局XT1871板版图是基于STS8200测试平台所设计的。板图布局如图4.5所示。图4.5XT1871PCB板版图布局2.PCB板图模块（1）64PIN插槽因为测试时需要通过杜邦线将测试板与测试机连接起来，因此测试板上需要一个64PIN插槽。图4.664PIN插槽（2）继电器继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（输入回路）和被控制系统（输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。图4.7继电器

4.3.3PCB板焊接PCB板版图绘制好后，经过工厂打板后将元器件焊接上去。图4.8右图为未焊接实物图，左图为焊接后实物图。图4.8XT1871PCB板实物图4.4程序设计测试程序是基于STS8200编程手册进行编写，主要内容为需要测试的测试项目。测试项目指标如表4.9表述。表4.9测试项目和指标编号测试项目下限上限单位1静态电流VIN=VOUT+0.5V411uA2输出电压AVIN=(VOUT-1)V,IL=1mAVOUT*0.98VOUT*1.02V3输出电压BVIN=(VOUT-0.5)V,IL=1mAVOUT*0.97VOUT*1.03V4输出电压CVIN=(VOUT-1)V,IL=30mAVOUT*0.97VOUT*1.03V5线性调整度VOUT1-VOUT2-5050mV6负载调整度VOUT1-VOUT3-5050mV4.4.1测试程序框图测试程序框图如图4.9所示。图4.9测试程序框图4.4.2引脚程序图4.10程序是定义芯片三个引脚的通道端口，0,1,2分别为三个引脚在64PIN插槽中通道FOVI_SH0、FOVI_SH1、FOVI_SH3三个信号定义口。图4.10引脚模块程序4.4.3清源程序清源程序如图4.11所示。给LX,VIN,VOUT端口供电，档位为电压10V电流10mA，打开端口清零。在1秒之后将端口关闭。再延时1秒后继电器关闭，清源完成。清源的作用是防止串源，目的主要是防止本次测试影响下一个测试项目的测试。

图4.11清源程序4.4.4OS测试程序1.OS_LX测试程序OS_LX测试程序如图4.12所示。打开继电器两个控制端口7,9，切掉继电器。延时5秒。LX端口抽掉500uA的电流，档位为电压2V、电流1mA。LX通道端口打开，延时2秒，开始采样测试OS_LX，采样次数为10秒内采样20次。图4.12OS_LX测试程序2.OS_VOUT测试程序OS_VOUT测试程序如图4.13所示。输出端口抽掉300uA的电流，档位为电压2V、电流1mA。VOUT通道端口打开，延时2秒，开始采样测试OS_VOUT，采样次数为10秒内采样20次。图4.13OS_VOUT测试程序4.4.5电流电压测试程序1.静态电流测试静态电流测试程序如图4.14所示。打开继电器两个控制端口，切掉继电器。延时3秒，输入端口供给3V的电压，加电压测试电流。档位为电压10V、电流1mA，VIN通道端口打开，延时5秒，开始采样测试ISS。采样次数为10秒内采样10次。图4.14ISS测试程序2.输出电压测试（1）VOUT_A测试VOUT_A测试程序如图4.15所示。打开继电器控制端口，切掉继电器。延时1秒，输入端口供给1.5V的电压，加电压测试电流。档位为电压5V、电流100mA，VIN通道端口打开，延时10秒后输出端口抽掉1mA的电流，抽电流测试电压。档位为电压5V、电流100mA，VOUT通道端口打开，延时20秒后开始测试VOUT_A。采样次数为50秒内采样100次。图4.15VOUT_A测试程序（2）VOUT_B测试VOUT_B测试程序如图4.16所示。打开继电器控制端口，切掉继电器。延时5秒，输入端口供给2V的电压，加电压测试电流。档位为电压5V、电流100mA，VIN通道端口打开，延时20秒后输出端口抽掉1mA的电流，抽电流测试电压。档位为电压5V、电流100mA，VOUT通道端口打开，延时20秒后开始测试VOUT_B。采样次数为80秒内采样100次。图4.16VOUT_B测试程序（3）VOUT_C测试VOUT_C测试程序如图4.17所示。输出端口抽掉5mA的电流，抽电流测试电压。档位为电压5V、电流100mA，VOUT通道端口打开，延时20秒后输出端口再抽掉15mA的电流，档位为电压5V、电流100mA，VOUT通道端口打开。延时50秒，输出端口抽掉30mA的电流，档位为电压5V、电流100mA，VOUT通道端口打开。延时50秒后开始测试VOUT_C，采样次数为100秒内采样100次。因为VOUT_C所抽取的电流是所有测试输出电压里最多的，所以所抽取的电流要从小到大慢慢抽，不然可能会损害芯片。图4.17VOUT_C测试程序4.4.6线性调整度测试程序线性调整度程