第11节 High Impedance Currents, IOZH/IOZL
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更新于2008-05-14 14:27:49

高阻电流High Impedance Currents, IOZH/IOZL

       IOZL指的是当一个低电平(L)施加在一个处于高阻态(Z)的输出管脚(O)上,管脚上产生的漏电流(I);与之相似,IOZH指的是当一个高电平(H)施加在一个处于高阻态(Z)的输出管脚(O)上,管脚上产生的漏电流(I)。

 

测试目的

       IOZ测试的目的是确保器件输出管脚被预置为高阻态时,其输出阻抗足够高,或者说管脚能处于“关闭”状态。IOZL测试测量的是处于高阻态时输出管脚到VDD的阻抗,IOZH测试测量的则是输出管脚到GND的阻抗。它们实质上是确定输出管脚关闭时的阻抗满足设计要求,以保证管脚上不会产生高于规格书定义的漏电流。这也是发现CMOS器件制程缺陷的好方法。下表是IOZ定义的例子:

 
Parameter Description Test Conditions Min Max Units
IOZ Output Current High-Z VSS , Vout VDD = 5.25V Output Disabled -2.0 +2.0 uA
 


测试方法

1、  串行/静态测试法
    实施IOZ测试时,施加VDD,运行将器件管脚预处理到高阻态的向量。DC测试系统(如PMU)依次驱动高电平和低电平到某个待测管脚,测量电流值,然后将测量值与规格书中的边界值相比较,并判断测试通过与否。此过程不断重复直到所有的高阻态管脚均测试完毕。测试时确定VDDVOZvoltage applied to the output)施加正确,并检查程序中电流边界设定正确与否;此项测试要求设定电流钳制。
   
与之前的DC类测试相似,串行测试法的优点在于能够独立测试每个管脚,缺点也是测试时间的问题。

 



                                   
             
4-21. IOZ测试

 

2、  并行测试法
   
一些测试系统拥有并行DC测试的能力,如per pin PMU结构的测试系统,用它们进行IOZ测试则简单的多:施加VDD,运行预处理向量,先向所有的待测管脚同时施加低(或高)电平,测量电流值,并将测量值与规格书定义的测试边界相比较,判断测试通过与否;再同时施加高(或低)电平,重复上一操作。

            优缺点相信大家都清楚:节省了测试时间,但是测试系统本身成本高。

 

注:a. 之前提到的集体测试法不能运用于IOZ测试。

       b. 测试前仔细阅读相关文档,确定哪些管脚需要测试。

       c. VDD施加VDDmax ;施加到管脚的电平,高对应VDDmax,低对应0V

 

阻抗计算
   
前面说过,IOZ测试的实质是测量高阻态下的输出管脚的相关阻抗。由欧姆定律R=U/I可知,图4-22中的最小阻抗为2.625Mohm,当实际阻抗低于此值,测试将会fail. 一般来说,CMOS器件的输出阻抗范围在20M-50Mohm之间,因此高阻态下的输出阻抗会更高,基本上远远高于器件规格书中的定义值。

 



                                                图4-22.阻抗计算
 
故障寻找
   
打开datalogger观察IOZ测量结果,测试某个器件后,其测试结果不外乎以下三种情况:
       
1.  电流在正常范围,测试通过;
       
2.  电流高于上限或低于下限,测试不通过,但是电流在边界附近或在机台量程之内,偏差较小;
       
3.  电流高于上限或低于下限,测试不通过,且电流不在边界附近或在机台量程之外,偏差较大。
 Datalog of:  IOZL/IOZH
Serial/Static test using the PMU
 Pin  Force/rng    Meas/rng     Min     Max      Result
PIN1   5.250V/8V   1.0na/10uA  -2.00uA  2.00uA PASS
PIN1   0.000V/8V   0.0na/10uA  -2.00uA  2.00uA PASS
PIN2   5.250V/8V  10.2ua/10uA  -2.00uA  2.00uA FAIL
PIN2   0.000V/8V   1.0na/10uA  -2.00uA  2.00uA PASS
PIN3   5.250V/8V   0.0na/10uA  -2.00uA  2.00uA PASS
PIN3   0.000V/8V  -1.0na/10uA  -2.00uA  2.00uA PASS
PIN4   5.250V/8V   1.0na/10uA  -2.00uA  2.00uA PASS
PIN4   0.000V/8V  -7.8ua/10uA  -2.00uA  2.00uA FAIL  

      
当测试不通过的情况发生,我们首先要找找非器件的原因:将器件从socket上拿走,运行测试程序空跑一次,测试结果应该为0电流;如果不是,则表明有器件之外的地方消耗了电流,我们就得一步步找出测试硬件上的问题所在并解决它,这和我们之前介绍的电流类测试是一致的。
   
上面的datalog显示pin4的测量值偏离了边界,但是还在测量范围之内(<10uA),这是情况2的情形,这可能是器件本身的缺陷引起,也有可能由晶圆制造过程中的异变或静电对管脚的伤害造成。从datalog中我们可以看出,这是器件内管脚到VDD端的通路出了问题导致了漏电流——给管脚施加GND电平时有电流从VDD端经器件流往PMU,引起负电流。需要的话可以通过电阻代替法校验PMU的准确度以保证测量的精度。

       pin2的测量值则属于情况3的情形,实际测量值超出了量程,PMU设置了自我保护,给出了接近满量程的测量值,这种情形基本可能是器件存在一系列的重大缺陷,或者器件没有预处理到期望的状态,甚至可能是loadboard上有细小的杂物。
   
如果器件没有被正确地预处理,管脚上就可能是逻辑0或逻辑1状态,这时候它的阻抗比期望值小得多。所以进行IOZ测试之前,其预处理向量需要事先验证,通常使用Gross Function Test来进行;如果向量运行后,器件没有达到期望的状态,则我们要花时间解决这个问题。

       datalogpin2上施加VDDmax产生过多的电流而施加0电平电流正常可以看出,此管脚可能出于逻辑0状态——给管脚施加VDD电平有正向电流从PMU经器件流往VSS端。要定位问题的来源,在PMU连接到管脚前,观察预处理后的输出管脚,看其上的逻辑电平是否正确:如果不是逻辑0或逻辑1,则输出出于高阻态,就不是预处理的原因了。

 

 

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