基于fpga的集成电路老化测试系统设计

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1、基于FPGA的集成电路老化测试系统设计1.绪论1.1元器件可靠性现代社会，电子设备已经应用到社会的各个行业和各个角落，从个人到智能家居，从工业控制到航天军工等。随着电子设备发挥的作用越来越重要，自然而然的，人们对电子设备的提出了可靠性的要求[1]。所谓可靠性，一般说的就是产品可靠性，产品可靠性是指在产品处在最初设计的环境下，是否会出现不能使用的问题或者在正常的使用过程中，是否会发生失效故障，从而引起财产损失或人员事故[2]。按照国家标准的定义，可靠性是指在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的

2、能力[7]。虽然关于质量检验的说法由来已久，如我国古代就有成语：万无一失、固若金汤等，据成书于公元前239年的《吕氏春秋》中记载，不仅进行质量检验，而且进行质量责任制物勒工名[3]。在实际生活中，某个产品是否耐用好用，也有质量可靠性因素。但可靠性真正形成一种可靠性技术，是始于20世纪50年代，在60年代得到迅速的发展[4]。所谓可靠性技术是指通过一定的筛选测试试验提高产品可靠性的技术[5]。在航空、航天、兵器、舰船等国防领域，因为电子设备使用环境恶劣，所以对电子设备提出高可靠性要求，这使可靠性技术

3、在这些行业得到了大量的应用。而作为电子设备的主要组成部分，集成电路具有使用量大且相对较为脆弱的特性，在可靠性技术的研究上，其中一个重要的一个环节就是对元器件可靠性的研究。经过多年的实践发展，元器件可靠性技术的应用已经形成了一套完整的元器件保障体系，制定了多个元器件可靠性标准，如美国军用标准MIL中就有专门元器件标准文件：半导体器件试验方法MIL-STD-750B和微电子器件试验方法和程序MIL-STD-883等。我国关于元器件可靠性的标准文件有国家标准GB/T15297、GB/T4937和国家军用

4、标准GJB128A、GJB548B等。电子元器件可靠性基础试验包括多个方面，如机械振动、气密封装、电性能、抗辐射等[1]。本论文只涉及可靠性保障技术电性能基础试验。..........1.2关于FPGA现场可编辑门阵列，简称FPGA，是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上，伴随着超大规模集成电路设计技术的发展和半导体制作工艺的进步所诞生的产物[11]。FPGA的基础结构由逻辑阵列块LAB(LogicArrayBlock)、输入输出模块IOB(InputOutputBlock)和内部连线（

5、Interconnect）三个部分组成。FPGA利用查找表LUT（Look-upTable）来实现组合逻辑，每个LUT连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或者驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块[12]。作为一种半定制集成电路，FPGA的出现既解决了传统定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数量有限的缺点。完成电路设计后，利用的综合与布局，快速的在FPGA上实现，是现代IC设计验证的技术主流[13]。20世纪60年代，以TI(Te

6、xasInstruments)公司为首的半导体公司大量生产了各种通用类型的ASIC，如商用的74系列、军用的54系列、4000系列等[11]。这些ASIC的特点是，功能固定、技术成熟、种类多样、涉及方面齐全。每个芯片都有自己的特定作用，或是用于逻辑数字电路，或是用于模拟电路。因为这些优点，这些器件得到了大量应用，从而形成了一个规模庞大的集成电路市场，这为大规模集成电路技术的发展提供了强大的动力，使得各种新的而且具有更强大功能的ASIC不断产生，这些通用的元器件在现代化进程的各个行业起了巨大的作用。

7、直到今天，这其中很多元器件仍然出现在电子工程师的设计图纸上。............2.系统设计概述本系统以FPGA为主控制器，上位机通过FPGA的串口接收模块给FPGA不同的指令，控制各个模块的工作，然后通过FPGA的串口发送模块从FPGA读取测试功能模块测试所得的数据。2.1功能与需求分析作为集成电路集成老化测试系统，需要满足元器件老化和测试两方面的实验要求。根据元器件老化测试的一般环境要求和FPGA设计的规则，系统需要以下功能：（1）应具有较高的稳定性，以单个FPGA为主控制器，满足所有主控

8、方面的设计需求。单个FPGA为主控制器，相比其他的如单片机加逻辑电路的控制方式，由于FPGA的可编程硬件特性，几乎可以在FPGA片内实现所有逻辑电路器件的功能，这无疑是巨大的优势。提高了单板的集成度，从而可以将所有功能在一块较小的电路板上实现，这不仅是降低了成本，而且从可维护性和稳定可靠性上面讲，只需一种设计语言和设计方式，升级维护起来也方便的多。（2）能提供常用器件所需的工作环境及电压输入，即能够给被测器件特定的测试输入条件。在大多数情况下，器件的测试条件要求有不同的供电电压和输