测试装置和测试系统的制作方法

1.本实用新型涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种测试装置和测试系统。


背景技术：

2.半导体芯片在封装完成后需要对其电性进行测试。现有的芯片测试设备可以直接测试芯片的电压和电流，却无法测试芯片的电容。因此，当需要测试芯片的电容时，需要更换测试设备。这增加了芯片测试的测试成本与测试时间。


技术实现要素：

3.基于此，有必要提供一种测试装置，包括：
4.测试模块，包括接口单元、恒流单元、电压测试单元，所述接口单元包括第一接口和第二接口，所述第一接口和所述第二接口之间用于接入待测电容，所述电压测试单元两端分别连接所述第一接口和所述第二接口，所述恒流单元用于输出恒流电流，所述恒流单元的输出端与所述第一接口连接；
5.计时模块，用于计时；
6.控制模块，连接所述恒流单元、所述电压测试单元以及所述计时模块。
7.在一个实施例中，所述恒流单元包括运算放大器u1、反馈电路，所述运算放大器u1的输出端用于输出恒流电流，所述反馈电路包括测试电阻、运算放大器u2，所述测试电阻两端分别连接所述运算放大器u1输出端以及所述第一接口，所述运算放大器u2的正相输入端和反相输入端分别连接所述测试电阻的两侧，且所述运算放大器u2的输出端与所述运算放大器u1反相输入端连接。
8.在一个实施例中，所述反馈电路还包括第一电压跟随电路，所述第一电压跟随电路包括运算放大器u3、运算放大器u4，所述运算放大器u3的正相输入端和所述运算放大器u4的正相输入端分别连接所述测试电阻的两侧，所述运算放大器u3的输出端连接所述运算放大器u2的正相输入端，所述运算放大器u4的输出端连接所述运算放大器u2的反相输入端，且所述运算放大器u3的反相输入端连接所述运算放大器u3的输出端，所述运算放大器u4的反相输入端连接所述运算放大器u4的输出端。
9.在一个实施例中，所述恒流单元包括数模转换电路，所述数模转换电路两端分别连接所述运算放大器u1的正相输入端与所述控制模块。
10.在一个实施例中，所述电压测试单元包括运算放大器u5和模数转换电路，所述运算放大器u5的正相输入端与所述第一接口连接，所述运算放大器u5的反相输入端与所述第二接口连接，所述运算放大器u5的输出端与所述模数转换电路连接，所述模数转换电路连接所述控制模块。
11.在一个实施例中，所述电压测试单元还包括第二电压跟随电路，所述第二电压跟随电路包括运算放大器u6和运算放大器u7，所述运算放大器u6的正相输入端与所述第一接口连接，所述运算放大器u7的正相输入端与所述第二接口连接，所述运算放大器u6的输出
端连接所述运算放大器u5的正相输入端，所述运算放大器u7的输出端连接所述运算放大器u5的负相输入端，且所述运算放大器u6的输出端连接所述运算放大器u6的负相输入端，所述运算放大器u7的输出端连接所述运算放大器u7的负相输入端。
12.在一个实施例中，所述测试装置包括上位机与测试机，所述控制模块以及所述计时模块设置于所述上位机，所述测试模块设置于所述测试机。
13.在一个实施例中，所述测试机包括多个所述测试模块，所述计时模块包括多个计数器。
14.在一个实施例中，所述测试机还包括加电压测电流模块、加电流测电压模块和加电流测电流模块。
15.在一个实施例中，还提供一种测试系统，包括芯片测试载板以及前述的测试装置，所述芯片测试载板包括待测芯片，所述待测芯片包括所述待测电容，所述待测电容接入所述第一接口和所述第二接口。
16.上述测试装置和测试系统，通过测试电流、变化电压和变化时间，方便快速地计算出相应的电容值。将上述测试装置和测试系统集成至芯片测试设备中，以实现在一台芯片测试设备中既可以测试芯片的电流、电压，也可以获得芯片电容。结构简单，没有额外成本的情况下可以实现多通道电容测试。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为一实施例的测试系统示意图；
19.图2为一实施例的测试装置示意图；
20.图3为一实施例的测试模块示意图；
21.图4为一实施例的测试模块中电路连接示意图；
22.图5为一实施例提供的电容值计算示意图。
23.附图标记说明：测试模块-10；计时模块-20；计数器-21；控制模块-30；恒流单元-100；反馈电路-110；测试电阻-111；第一电压跟随电路-112；接口单元-200；第一接口210；第二接口-220；电压测试单元-300；第二电压跟随电路-310。
具体实施方式
24.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
25.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
26.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，
但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
27.可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
28.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
29.在一个实施例中，请参阅图1，提供一种测试系统，包括芯片测试载板(device under test board，dut board)以及测试装置。其中，测试装置可以为上位机和测试机。
30.芯片测试载板包括待测芯片，待测芯片包括待测电容。作为示例，上位机与测试机之间可以通过第一连接线(例如，pcle cable)连接，芯片测试载板可以通过第二连接线(例如，cable)与测试机连接，将测试模块10的测试资源引到芯片测试载板上，同时待测芯片需要测试的管脚引出，将测试资源和待测芯片的各个管脚分别对接进行测试，满足各种测试需求。
31.上述测试系统的结构简单，没有额外成本的情况下可以实现多通道电容测试。
32.基于同样的构思，在一个实施例中，请参阅图2，提供一种测试装置，包括测试模块10、计时模块20以及控制模块30。
33.请参阅图3，测试模块10包括恒流单元100、接口单元200以及电压测试单元300。接口单元200包括第一接口210和第二接口220，第一接口210和第二接口220之间用于接入待测电容。作为示例，第一接口210和第二接口220可以分别与待测电容的上下极板连接。
34.请参阅图4，电压测试单元300用于测试待测电容变化的电压。电压测试单元300两端分别连接第一接口210和第二接口220。可以理解，待测电容在充电和放电过程中，待测电容的上下极板的电压会发生变化。
35.恒流单元100用于输出恒流电流。恒流单元100的输出端与第一接口210连接，使得流经待测电容的电流也为恒流电流。
36.计时模块20用于计时。作为示例，计时模块20可以记录待测电容的电压变化时长。
37.控制模块30连接恒流单元100、电压测试单元300以及计时模块20。具体的，控制模块30可以控制恒流单元100是否开启、恒流单元100流出的电流值、电压测试单元300是否开启测试功能以及计时模块20是否开启计时功能。当然，控制模块30也可以设有读取功能。例如，控制模块30可以读取恒流单元100流出的电流值、电压测试单元300测试到的电压值、以及计时模块20的计时结果。
38.根据电容的定义，电容值c可以表示为：
39.c＝q/u，
40.其中，q为电容的带电量，u为电容的电压。
41.并且，带电量q可以表示为：
42.q＝i*t，
43.其中，i为流经的电流，t为流经电流的时间。
44.因此，可以得到c＝i*
△
t/
△
u＝i*(t2-t1)/(u2-u1)。请参阅图5，控制模块30读取设定的两个电压值(u1和u2)之间的时间差(
△
t)，可以计算得到电容值c。
45.在上述实施例中，控制模块30读取恒流单元100输出的电流值(i)、电压测试单元300测试到的变化的电压值(
△
u)、以及计时模块20的计时结果(
△
t)，可以快速便捷地计算出接口单元200接入的待测电容的电容值。
46.而且，上述实施例的结构简单，没有额外成本的情况下可以实现多通道电容测试。
47.作为示例，控制模块30和计时模块20之间可以设有开关。当控制模块30读取电压测试单元300测试到第一电压值(u1)时，闭合开关，且计时模块20开始计时(t1)。当控制模块30读取电压测试单元300测试到第二电压值(u2)时，断开开关，计时模块20停止计时(t2)。控制模块30可以读取电压测试单元300测试到的变化电压值(
△
u)和计时模块20的计时结果(
△
t)。
48.当然，本实施例并不限于上述示例。例如，计时模块20也可以始终计时，控制模块30根据电压测试单元300测试到电压值读取相应时间。
49.在一个实施例中，请参阅图4，恒流单元100包括运算放大器u1和反馈电路110。
50.运算放大器u1的输出端用于输出恒流电流。
51.反馈电路110包括测试电阻111以及运算放大器u2。测试电阻111两端分别连接运算放大器u1输出端以及第一接口210。
52.运算放大器u2的正相输入端和反相输入端分别连接测试电阻111的两侧，且运算放大器u2的输出端与运算放大器u1反相输入端连接，使得运算放大器u2可以将电路信息反馈至运算放大器u1。
53.作为示例，反馈电路110还可以包括电阻r1、电阻r2、电阻r3以及电阻r4。电阻r1可以连接运算放大器u2的正相输入端和测试电阻111靠近运算放大器u1的一端。电阻r2可以一端连接运算放大器u2的正相输入端，一端接地。电阻r3可以连接运算放大器u2的反相输入端和测试电阻111靠近第一接口210的一端。电阻r4可以连接运算放大器u2的反相输入端和运算放大器u2的输出端。
54.运算放大器u2、电阻r1、电阻r2、电阻r3以及电阻r4可以共同构成差分放大电路。差分放大电路可以检测到测试电阻111两端的电压，且测试电阻111的阻值是固定的。根据差分放大电路检测到测试电阻111两端的电压以及测试电阻111的阻值，同样可以获得流经待测电容的电流值。
55.差分放大电路可以最终输出一个电压值，实现运算放大器u1的输出端输出的恒流电流的电流值到电压值的转换。运算放大器u2的反相输入端把电流值反馈至运算放大器u1的反向输入端，形成负反馈。由于运算放大器u1的反向输入端输入的电压值小于运算放大器u1的正向输入端输入的电压值，从而使得运算放大器u1的输出端依据较大的得正向输入端输入的电压值输出电流，从而达到恒流的效果。
56.在一个实施例中，请参阅图4，反馈电路110还包括第一电压跟随电路112。
57.第一电压跟随电路112包括并联设置的运算放大器u3和运算放大器u4。
58.作为示例，运算放大器u3的正相输入端连接测试电阻111靠近第一接口210的一端，运算放大器u3的反相输入端连接运算放大器u3的输出端，且运算放大器u3的输出端连
接运算放大器u2的正相输入端。
59.同时，运算放大器u4的正相输入端连接测试电阻111的两侧，运算放大器u4的反相输入端连接运算放大器u4的输出端，且运算放大器u4的输出端连接运算放大器u2的反相输入端。
60.上述实施例中，运算放大器u3和运算放大器u4的输出电压与输入电压相同，使第一电压跟随电路112具有高输入阻抗的特点。这可以充分减小测试电阻111两端电压到电压测试单元300的漏电流，使漏电流达到可以忽略的量级，可以提高检测电流值的准度。
61.在一个实施例中，恒流单元100包括数模转换电路。
62.数模转换电路两端分别连接运算放大器u1的正相输入端与控制模块30。数模转换电路可以接收恒流数值的数字信号，将数字信号转换为模拟信号，并将模拟信号发送至运算放大器u1的正相输入端。运算放大器u1按照模拟信号表示的恒流数值输出电流。具体的，数模转换电路可以包括数模转换器(digital-analog converter，dac)中。
63.在一个实施例中，请参阅图4，电压测试单元300包括运算放大器u5和模数转换电路。
64.运算放大器u5的正相输入端与第一接口210连接，运算放大器u5的反相输入端与第二接口220连接，运算放大器u5的输出端与模数转换电路连接，模数转换电路连接控制模块30。
65.模数转换电路可以获得电压测试单元300测得的待测电容的电压值，并将电压值转换为数字信号。控制模块30可以读取该数字信号。模数转换电路可以包括模数转换器(analog-digital converter，adc)中。
66.作为示例，电压测试单元300可以设有电阻r5、电阻r6、电阻r7以及电阻r8。电阻r5可以连接运算放大器u5的正相输入端和第一接口210。电阻r6可以连接运算放大器u5的反相输入端和第二接口220。电阻r7可以一端连接运算放大器u5的正相输入端，一端接地。电阻r8可以连接运算放大器u5的反相输入端和运算放大器u5的输出端。
67.在一个实施例中，请参阅图4，电压测试单元300还包括第二电压跟随电路310。
68.第二电压跟随电路310包括并联设置的运算放大器u6和运算放大器u7。
69.作为示例，运算放大器u6的正相输入端与第一接口210连接，运算放大器u6的输出端连接运算放大器u5的正相输入端，且运算放大器u6的输出端连接运算放大器u6的负相输入端。
70.同时，运算放大器u7的正相输入端与第二接口220连接，运算放大器u7的输出端连接运算放大器u5的负相输入端，运算放大器u7的输出端连接运算放大器u7的负相输入端。
71.上述实施例中，运算放大器u6和运算放大器u7的输出电压与输入电压相同，使第二电压跟随电路310具有高输入阻抗的特点。这可以充分减小待测电容两端电压到电压测试单元300的漏电流，使漏电流达到可以忽略的量级，可以提高检测电压值的准度。
72.而且，恒流单元100的架构与电压测试单元300的架构相似，更进一步简化了上述测试模块10的设置。
73.在一个实施例中，请参阅图1，测试装置包括上位机与测试机。上位机与测试机之间可以通过第一连接线(例如，pcle cable)连接。
74.控制模块30以及计时模块20设置于上位机。上位机可以包括各类使用终端。例如，
pc电脑、智能手机等。上位机中可以设有相关软件，使得用户可以根据不同待测电容，设置不同的测试条件和测试项目来满足各种测试需求。
75.测试模块10设置于测试机。作为示例，测试机可以为自动化测试仪器(例如，pxie机箱)。作为示例，pxie机箱包含机箱中的pxie功能板卡，机箱给pxie功能板卡提供电源和各种时钟资源。此外，pxie功能板卡还提供其他测试资源，覆盖了高压、低压、大电流，小电流、音频和射频的各领域测试。
76.具体的，除测试模块10外，测试机还包括加电压测电流模块(fimi)、加电流测电压模块(fvmi)和加电流测电流模块(fvmv)等。
77.当然，控制模块30、计时模块20以及测试模块10也可以都设置于测试机。
78.在一个实施例中，请参阅图2，测试机包括多个测试模块10，同时，计时模块20包括多个计数器21。
79.作为示例，pxie功能板卡有4个测试通道，每个通道都可以独立进行，因此可以实现多通道的电容测试。
80.每个测试通道均连接一个测试模块10。每一测试模块10可以与不同计数器21连接。这使得测试装置可以同时测试4个待测电容的电容值。作为示例，计数器21可以为脉冲时钟。
81.作为示例，请参阅图4，可以通过pxie功能板卡内现场可编程逻辑门阵列(field－programmable gate array，fpga)的计数器21进行高精度计时。控制模块30读取设定的两个电压值之间的时间差，根据电容值的计算公式，计算得出电容值，实现待测电容的测试。
82.当然，计时模块20也可以设置成其他形式，例如计时器等。
83.可以理解，上述测试模块10、计时模块20以及控制模块30还可以采用其他形式，而不限于上述实施例已经提到的形式，只要其能够达到完成通过读取电流值，变化的电压值以及相应时间的功能即可。
84.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
85.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
86.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种测试装置，其特征在于，包括：测试模块，包括接口单元、恒流单元、电压测试单元，所述接口单元包括第一接口和第二接口，所述第一接口和所述第二接口之间用于接入待测电容，所述电压测试单元两端分别连接所述第一接口和所述第二接口，所述恒流单元用于输出恒流电流，所述恒流单元的输出端与所述第一接口连接；计时模块，用于计时；控制模块，连接所述恒流单元、所述电压测试单元以及所述计时模块。2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述恒流单元包括运算放大器u1、反馈电路，所述运算放大器u1的输出端用于输出恒流电流，所述反馈电路包括测试电阻、运算放大器u2，所述测试电阻两端分别连接所述运算放大器u1输出端以及所述第一接口，所述运算放大器u2的正相输入端和反相输入端分别连接所述测试电阻的两侧，且所述运算放大器u2的输出端与所述运算放大器u1反相输入端连接。3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述反馈电路还包括第一电压跟随电路，所述第一电压跟随电路包括运算放大器u3、运算放大器u4，所述运算放大器u3的正相输入端和所述运算放大器u4的正相输入端分别连接所述测试电阻的两侧，所述运算放大器u3的输出端连接所述运算放大器u2的正相输入端，所述运算放大器u4的输出端连接所述运算放大器u2的反相输入端，且所述运算放大器u3的反相输入端连接所述运算放大器u3的输出端，所述运算放大器u4的反相输入端连接所述运算放大器u4的输出端。4.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述恒流单元包括数模转换电路，所述数模转换电路两端分别连接所述运算放大器u1的正相输入端与所述控制模块。5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述电压测试单元包括运算放大器u5和模数转换电路，所述运算放大器u5的正相输入端与所述第一接口连接，所述运算放大器u5的反相输入端与所述第二接口连接，所述运算放大器u5的输出端与所述模数转换电路连接，所述模数转换电路连接所述控制模块。6.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述电压测试单元还包括第二电压跟随电路，所述第二电压跟随电路包括运算放大器u6和运算放大器u7，所述运算放大器u6的正相输入端与所述第一接口连接，所述运算放大器u7的正相输入端与所述第二接口连接，所述运算放大器u6的输出端连接所述运算放大器u5的正相输入端，所述运算放大器u7的输出端连接所述运算放大器u5的负相输入端，且所述运算放大器u6的输出端连接所述运算放大器u6的负相输入端，所述运算放大器u7的输出端连接所述运算放大器u7的负相输入端。7.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括上位机与测试机，所述控制模块以及所述计时模块设置于所述上位机，所述测试模块设置于所述测试机。8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述测试机包括多个所述测试模块，所述计时模块包括多个计数器。9.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述测试机还包括加电压测电流模块、加电流测电压模块和加电流测电流模块。10.一种测试系统，其特征在于，包括芯片测试载板以及如权利要求1-9任一所述的测试装置，所述芯片测试载板包括待测芯片，所述待测芯片包括所述待测电容，所述待测电容接入所述第一接口和所述第二接口。

技术总结
本实用新型涉及一种测试装置，包括：测试模块，包括接口单元、恒流单元、电压测试单元，所述接口单元包括第一接口和第二接口，所述第一接口和所述第二接口之间用于接入待测电容，所述电压测试单元两端分别连接所述第一接口和所述第二接口，所述恒流单元用于输出恒流电流，所述恒流单元的输出端与所述第一接口连接；计时模块，用于计时；控制模块，连接所述恒流单元、所述电压测试单元以及所述计时模块。上述测试装置和测试系统，通过测试电流、变化电压和变化时间，方便快速地计算出相应的电容值。将上述测试装置和测试系统集成至芯片测试设备中，以实现在一台芯片测试设备中既可以测试芯片的电流、电压，也可以获得芯片电容。也可以获得芯片电容。也可以获得芯片电容。


技术研发人员：陈焕 周鹏飞 蔡公华 陈蛟
受保护的技术使用者：苏州华兴源创科技股份有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/12