200Mbps～4Gbps数字集成电路测试系统时间参数校准规范.docx

湖北省计量技术规范JJF（鄂）XXXX2023200MbPS4Gbps数字集成电路测试系统时间参数校准规范CalibrationSpeciflcationofACParameterIn200Mbps4GbpsDigitalIntegratedCircuitTestingSystemX × XX实施（报批稿）2023-XX-XX发布湖北省市场监督管理局发布200Mbps4Gbps数字集成电路测试系统时间参数校准规范CalibrationSpecificationofACParamentin200Mbps4GbpsDigitalIntegratedCircuitTestingSystem本技术规范经XXXXXX于20年月日批准，并自20年月日起施行。主要起草单位：中国船舶集团有限公司第七。九研究所本规程主要起草人：顾翼（中国船舶集团有限公司第七O九研究所）王珀（中国船舶集团有限公司第七O九研究所）周厚平（中国船舶集团有限公司第七O九研究所）张明虎（中国船舶集团有限公司第七O九研究所）李轩冕（中国船舶集团有限公司第七。九研究所）郑锋（中国船舶集团有限公司第七。九研究所）目录引言III1范围12引用文件13术语和计量单位13.1 集成电路时间参数13.2 数字通道13.3 时间测量单元13.4 传输延迟时间13.5 通道间同步偏差时间13.6 数字通道方波信号时间间隔13.7 时间测量单元测量时间间隔14概述14.1 原理24.2 用途25计量特性25.1 数字通道测量传输延迟时间25.2 数字通道间同步偏差时间25.3 数字通道方波信号时间间隔25.4 时间测量单元时间间隔测量26校准条件36.1 环境条件36.2 校准用设备37校准项目和校准方法37.1 校准项目37.2 校准方法38校准结果的处理69复校时间间隔7附录A校准记录参考格式8附录B校准结果不确定度评定示例10本规范的编制依据JJFlO71-2010国家计量校准规范编写规则、JJFlOoI2011通用计量术语及定义、JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示编制。本规范为首次发布。200MbPS4Gbps数字集成电路测试系统时间参数校准规范1范围本规范适用于测试速率在200Mbps4Gbps之间的单端信号(非差分)模式下，数字集成电路测试系统(DigitalIntegratedCircuitTestingSystem)的时间参数校准。2引用文件本规范引用了下列文件：GB/T17574半导体器件集成电路第2部分：数字集成电路凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用本规范。3术语和计量单位以下术语和定义适用于本规范。3.1 集成电路时间参数ACparameter也称为集成电路交流参数，是反映集成电路在时域上的性能指标参数。3.2 数字通道Digitalchannel数字集成电路测试系统的重要组成部分，可用于开展集成电路的功能测试和时间参数测试。3.3 时间测量单元TMU(TimeMeasurementUnit)数字集成电路测试系统的重要组成部分，一般用于测量集成电路输出信号的时间参数。3.4 传输延迟时间Transmissiondelaytime测试信号因传输线路影响到达目的地所产生的延迟，是集成电路时间参数测试过程中重要误差来源。3.5 通道间同步偏差时间Synchronizationdeviationtimebetweenchannels通道与通道之间时间基准不一致造成的测试信号不同步，是集成电路时间参数测试过程中重要误差来源。3.6 数字通道方波信号时间间隔Intervalofsquarewavedrivenbydigitalchannel由数字通道驱动并输出的占空比为50%的方波周期信号，相邻两个上升沿之间的时间差值。3.7 时间测量单元测量时间间隔IntervalofsquaresignalmeasuredbyTMU由时间测量单元对占空比为50%的方波周期信号的脉冲宽度进行测量得到的时间量。4概述4.1 原理数字集成电路测试系统用于对数字集成电路进行技术指标参数测试，主要可分为直流参数（De参数，也称为电学参数）测试和交流参数（AC参数，也称时间参数，以下均称时间参数）测试。时间参数测试主要涉及的关键部件包括数字通道和时间测量单元等两类硬件部分，其中关系到集成电路测试结果准确与否的关键参数包括：数字通道测量传输延迟时间准确度，数字通道同步偏差时间，数字通道方波信号时间间隔准确度，时间测量单元时间间隔测量准确度等4个方面被数集电测字成路图1数字集成电路时间参数测量示意图4.2 用途数字集成电路测试系统是集成电路测试的主要设备，在测试接口板上外围电路的配合下形成完善的测试环境，按照被测集成电路数据手册的要求执行相应的电气指标测试项,测试结果是判定高速集成电路能否满足使用要求的重要判据。5计量特性5.1 数字通道测量传输延迟时间a）范围：lns5ns;b）最大允许误差：O.2ns05.2 数字通道间同步偏差时间范围：100ps-10ns；5.3 数字通道方波信号时间间隔a）时间间隔范围：lnslms;b）最大允许误差：200ps-lnso5.4 时间测量单元时间间隔测量a）时间间隔测量范围：lnslms;b）最大允许误差：200ps-1nso6校准条件6.1 环境条件a）环境温度：20°C28；b）相对湿度：30%80%；c）供电电源：电压（220±22）V,频率（50±l）Hz°d）其它要求：现场无影响测量设备正常设备的振动和电磁干扰。6.2 校准用设备校准用设备应经过法定计量技术机构检定或校准，满足校准使用要求，并在有效期内。a）标准延迟线1）延迟时间：0.5ns、2ns、5ns等3种规格，以上级定值结果为准；2）特性阻抗：50÷2;b）数字示波器1）带宽：IOGHz,或不低于信号速率的2.5倍带宽；2）上升时间：50ps;3）时间测量：±（200ps-1.5ns）；4）时间测量最大允许误差：±（0.025%0.1%）。c）频率计1）频率测量范围：lkHz1GHz；2）最大允许误差：±0.001%。d）信号发生器1）方波时间间隔范围：lnslms;2）最大允许误差：200ps-lnso3）上升时间：50pse）转接板1）实现所有数字通道和时间测量单元的测试接口引出；2）特性阻抗：50±2o7校准项目和校准方法7.1 校准项目a）数字通道测量传输延迟时间；b）数字通道间同步偏差时间；c）数字通道方波信号时间间隔；d）时间测量单元时间间隔测量。7.2 校准方法7.2.1 数字通道测量传输延迟时间a）如图2所示，将O.5ns规格标准延迟线（多通道）安装于被校测试系统上。集成电路测试系统数字通道13标准延迟线数字通道2Ui数字通道n-D参考数字通道O3图2数字通道测量传输延迟时间校准连接图b）保持标准延迟线与被校测试系统数字通道断开状态，使数字通道运行系统自带的TDR程序完成调0操作。（如果无法实现调0,则在标准延迟线加载情况下，于被校准测试系统上编制并运行时域反射测量程序，将测量结果手动记录，后续测量过程中作为零位误差减去。）c）连接数字通道与标准延迟线，被校准测试系统编制并运行时域反射测试程序，测量每个数字通道上标准延迟线的延迟时间m”，i为通道号。d）更换2ns、5ns规格标准延迟线，并重复C）步骤，计量测试结果为场2、加3。e）数字通道测量传输延迟时间测量误差按照公式（1）计算。ZlZpil=Zpil-sil（1）式中：APH被校测试系统数字通道传输延迟测量误差，ns；被校测试系统数字通道传输延迟测量值，ns；Zsii标准延迟线延迟时间标准值，nsof）校准记录格式参见附录A表A.1。7.2.2 数字通道间同步偏差时间a）如图3所示，将被校测试系统数字通道通过转接板与示波器其中一个通道相连，将参考数字通道与示波器另一个通道相连。集成电路测试系统数字通道1-转接板数字通道n参考数字通道O数字通道2图3数字通道间同步偏差时间校准连接图b）被校准测试系统编制并运行相关测试程序，设置幅度为50OmV的方波信号，占空比50%,重复周期IoonS。c）调整示波器的垂直标尺200mVdiv,水平标尺为lnsdiv,以第一通道（参考数字通道0）的某一固定百分比幅度（介于30%50%之间）为参考点，测量其它通道的百分比幅度点的时间偏差，记为Zoi.i为被校数字通道序号。d）切换到下一个被校数字通道重复C）步骤，直到遍历完全部数字通道。(2)e）数字通道m和数字通道n之间的通道偏差bnn可以由公式（2）计算ZomnizZom-Zonromn被校测试系统数字通道m和数字通道n之间的同步偏差时间，ns；rom被校测试系统数字通道m和通道O之间的时间偏差，ns；Zon被校测试系统数字通道n和通道O之间的时间偏差，ns。D校准记录格式参见附录A表A.2。7.2.3 数字通道方波信号时间间隔a）如图4所示，将被校测试系统数字通道通过转接板与频率计一个通道相连。集成电路测试系统数字通道i3数字通道2I-C转接板频率计数字通道n图4数字通道方波信号时间间隔校准连接图JJF（鄂）XXXXXXXXb）被校准测试系统编制并运行相关测试程序，设置幅度为50OmV的方波信号，占空比50%,重复周期5ns,频率计测量其输出频率值用，i为通道号，被校通道i的方波时间间隔M由公式（3）计算hn=fi（3）式中：被校数字通道方波时间间隔，S；fi被校数字通道方波频率，Hz；c）切换到下一个被校数字通道重复b）步骤，直到遍历完全部数字通道。d）设置测试系统重复周期为50ns、500ns,并重复6.2.3的b）、C）步骤，计量测试结果为ESi2、3Oe）校准记录格式参见附录A表A.3。7.2.4 时间测量单元时间间隔测量a）如图5所示，将被校测试系统数字通道通过转接板与信号发生器一个通道相连。集成电路测试系统时间测量单元1时间测量单元2-0;-Q转接板信号发生器时间测量单元n图5时间测量单元校准连接图b）设置信号发生器，输出方波周期信号，脉冲宽度为1ns,占空比50%,幅度IV。c）被校准测试系统编制并运行相关测试程序，测量脉冲宽度，记为而i,i为时间测量单元序号。d）切换到下一个被校数字通道重复C）步骤，直到遍历完全部数字通道。e）设置信号发生器脉冲宽度分别为100ns、10sIms,并重复6.2.3的c）、d）步骤,计量测试结果为tmi2>Zmi3、mi10D校准记录格式参见附录A表A.4。8校准结果的处理经校准的集成电路测试系统应出具校准证书。校准证书应准确、客观地报告测试系统的数字通道同步偏差时间、数字通道方波信号时间间隔、时间测量单元时间间隔测量等项目校准结果，校准结果以校准数据等形式给出。校准证书应包括委托方要求的、说明校准结果所必需的和所用方法要求的全部信息。9复校时间间隔集成电路测试系统的时间参数复校时间间隔一般不超过12个月。送校单位也可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。校准记录参考格式送校单位送校单位地址：校准依据设备名称型号规格：出厂编号制造商：环境温度相对湿度：%校准所使用主要计量器具：名称型号规格出厂编号溯源单位证书编号有效期A.1数字通道测量传输延迟时间校准记录格式表A.I数字通道测量传输延迟时间校准记录格式标准延迟线规格:通道测量值iins标准值ZsiiZns误差ZJZpiiZns测量不确定度Urd(=2)A.2数字通道同步偏差时间校准记录格式表A.2数字通道同步偏差时间校准记录格式参考通道序号:通道测量值ZoiZns测量不确定度U(k=2y)A.3数字通道方波信号时间间隔校准记录格式表A.3数字通道方波信号时间间隔校准记录格式通道标称值ailns实测值ZsiiZns误差/4Zsins测量不确定度Uld32)*A.4时间测量单元时间间隔测量校准记录格式表A.4时间测量单元时间间隔测量校准记录格式通道标准值bilns实测值fmi/ns误差Zkmins测量不确定度Uid(=2)附录B校准结果不确定度评定示例8.1 测量不确定度评定参数数字集成电路测试系统时间参数校准项目有4项，本附录说明数字集成电路测试系统时间参数的测量不确定度评定的程序。8.2 数字通道测量传输延迟时间校准结果的不确定度分析8.2.1 概述数字通道测量传输延迟范围为0.5ns5ns,取5ns进行不确定度分析。8.2.2 测量模型采用直接测量的方法，用被校测试系统数字通道直接测量标准延迟线。4pil=rpil-fsil式中：t被校测试系统数字通道传输延迟测量误差，ns；被校测试系统数字通道传输延迟测量值，ns；加一一标准延迟线延迟时间标准值，ns。8.2.3 测量不确定度来源a）数字通道测量重复性的CpH）；b）标准延迟线定值不准确2（即）；c）标准延迟线的温度漂移3（即）。d）接口连接带来的测量不准确以CSi1）；8.2.4 不确定度评定a）测量重复性引入的不确定度以（/pii）：相同条件下，被校测试系统数字通道测量5ns规格（实际定值5.046ns）同一标准延迟线10次。测量结果数据如下:次数12345测量值（ns）5.1055.1105.1055.1055.105次数67891()测量值（ns）5.1105.1105.1105.1105.110l(,-)2单次测量值的实验标准偏差S(X)=俨)一=0.003ns按A类评定，u(rpii)=5(x)=O.OO3nsb)标准延迟线定值不准确引入的不确定度2(加1)：由标准延迟线校准证书得知，5ns规格标准延迟线的定值测量不确定度为0.0InS。按B类评定，视为均匀分布，K=下,Ui(rsii)=0.006nsoC)标准延迟线的温度漂移引入的不确定度3(加】)：标准延迟线的温度漂移系数为0.04%oC,校准过程中环境温度变化要求控制不超过10,5ns延迟线在该温度波动范围内，0.02ns,视为均匀分布，k1=8«3(si)=0.006nsod)接口连接带来的测量不准确以(加1)：标准延迟线与被校测试系统对接过程中，属于被校测试系统数字通道上的pogopin会产生溃缩，一般行程不超过4mm,由此产生的延迟时间变化量大约为0.01ns,视为均匀分布,2=3,其引入的不确定度分量4(4ii)=0.003nso8.2.5 合成标准不确定度由于各分量互不相关，因此合成标准不确定度：IZC=>w12(tsil)+u22(tsi)+u32(tsi)+u42(tsi)=0.009ns8.2.6 扩展不确定度取4=2,U=AX=0.018ns8.3 数字通道间同步偏差时间校准结果的不确定度8.3.1 概述数字通道间同步偏差时间测量范围为100PS70ns,取IOoPS进行不确定度分析。8.3.2 测量模型采用直接测量的方法，用示波器直接测量被校测试系统两个数字通道m和n,分别相对于参考通道之间的同步偏差时间，然后相减。Zomn-<om-on式中：om11数字通道m和数字通道n之间的同步偏差时间，ns；h11数字通道m和相对于参考通道0的同步偏差时间，ns；/on数字通道n和相对于参考通道0的同步偏差时间，ns；8.3.3 测量不确定度来源a)偏差时间测量重复性引入的不确定度为(rom);b)测试探针变形引入的不确定度分量2(bn)；C)切换装置的重复性引入的不确定度分量3Com)；d)数字实时示波器测量不准确引入的不确定度分量(om)o8.3.4 不确定度评定a)偏差时间测量重复性引入的不确定度川(Zom):相同条件下，测量同一组通道间同步偏差时间10次。测量结果数据如下:次数12345测量值(ns)0.1010.1010.1010.1020.102次数678910测量值(ns)0.1020.1010.1020.1020.101(i-)2单次测量值的实验标准偏差S(X)=IpsVn-按A类评定，U(Zom)=S(X)=IPSb)测试探针变形引入的不确定度"2(bn):由通道切换装置在通道切换过程中，Z轴行程导致测试探针变形，引入测量不确定度，通过设置Z轴运动坐标，发现每移动Imm距离测量结果变化0.005ns,视为均匀分布，Zr1=3,U2(om)=0.003nsC)切换装置的重复性引入的不确定度3Com):相同条件下，切换装置对同一被校准测试系统通道切换15次，测试点1ns。显示结果该不确定度分量可忽略。d)数字实时示波器测量引入的不确定度以(f°m):由示波器的说明书得知，影响时间测量的因素包括：增量时间测量精度L43ps,时基准确度1.5乂10-6+1乂10一7年(可忽略不计)，垂直增益2%。视为均匀分布，佝=右。测试点0.1ns时(上升时间V50ps),«4(。)=0.0014nso8.3.5 合成标准不确定度由于各分量互不相关，因此合成标准不确定度：Uc(tom)=U2(tm)÷w22(tom)+2)+U42)=3311s尼(ron)的评定方法与Z(rom)一致，且两者正相关，因此：Uc(Zomn)=Uc(ZOm)+Uc(Zon)=0.003311S8.3.6 扩展不确定度取左=2,U=k×uc=0.007nso8.4 数字通道方波信号时间间隔测量不确定度分析8.4.1 概述数字通道方波信号时间间隔测量范围为lnslms,取下限InS点进行不确定度分析。8.4.2 测量模型Y=T式中：T时间间隔测量值，ns>s>msO8.4.3 测量不确定度来源a） 切换装置的重复性引入的不确定度w（M）;b） 测试探针变形引入的不确定度2（fd）；c） 时间间隔测量重复性引入不确定度3（fd）；d） 示波器测量不准确4（fd）。8.4.4 确定度评定a）切换装置的重复性引入的不确定度&d）：相同条件下，切换装置对同一校准点切换10次，测试点1ns。显示结果该不确定度分量可忽略。b）测试探针变形引入的不确定度23）：由通道切换装置在通道切换过程中，Z轴行程行程导致导致测试探针变形，引入测量不确定度，通过设置Z轴运动坐标，发现每移动Imm距离测量结果变化0.005ns,视为均匀分布，k=3,w1（r0）=0.003nsoC）时间间隔测量重复性3«d）:在相同条件下，标准示波器测量被校准对象的脉冲信号10次。测量结果数据如下：表1时间间隔测量（InS）重复性数据记录次数12345测量值（DS）1.0021.0021.0021.0021.002次数678910测量值（ns）1.0021.0021.0021.0021.002_l-)2实验标准偏差s(r°)=0.42ps;v7vn(n-)按A类评定，w3（0）=ly（r0）=0.42pSod）示波器测量不准确U4（td）由示波器的说明书得知，影响时间测量的因素包括：增量时间测量精度L43ps,时基准确度1.5XlO'+lX10-/年，垂直增益2机视为均匀分布，测试点InS时（上升时间V50ps）,w4（d）=0.0014nso8.4.5 合成标准不确定度由于各分量互不相关，因此合成标准不确定度：wc=0.0033ns8.4.6 扩展不确定度取置信概率=95%,则A:=2,（=0.007nso8.5 时间测量单元的时间间隔测量不确定度分析8.5.1 概述时间测量单元的时间间隔测量范围为lnslms,取下限点InS点进行不确定度分析。8.5.2 测量模型Y=T式中：T脉冲宽度的测量值，ns、s>mso8.5.3 测量不确定度来源a）切换装置的重复性引入的不确定度&d）；b）测试探针变形引入的不确定度2（fd）;C）波形输出脉冲宽度测量重复性引入不确定度3«d）；d）码型发生器输出不准确以（。8.5.4 确定度评定a）切换装置的重复性引入的不确定度&d）：相同条件下，切换装置对同一被校准测试系统通道切换15次，测试点1ns。显示结果该不确定度分量可忽略。b）测试探针变形引入的不确定度团Qd）：由通道切换装置在通道切换过程中，Z轴行程导致测试探针变形，引入测量不确定度，通过设置Z轴运动坐标，发现每移动Imm距离测量结果变化0.005ns,视为均匀分布，k=Ul(z0)=0.003nsoC)波形输出脉冲宽度测量重复性3(fd):测试点InS时，在相同条件下，被校对象的时间测量单元测量标准脉冲信号10次。测量结果数据如下：表2时间测量单元的时间间隔测量(1ns)重复性数据记录次数12345测量值(ns)0.9999998350.9999998340.9999998350.9999998350.999999834次数678910测量值(ns)0.9999998340.9999998350.9999998350.9999998340.999999834一、l-o)2实验标准偏差s=J-j=Ons;按A类评定，W3(Z0)=5(r0)=Onsod)码型发生器输出不准确w(fd)由码型发生器的说明书得知，10GHZ以上上升下降时间V19ps时，抖动0.4ps(忽略不计)，频率稳定性±Ippm,视为均匀分布，测试点InS时，w4(rd)=0.01Inso8.5.5 合成标准不确定度由于各分量互不相关，因此合成标准不确定度:测试点InS时,Wc=O.OllnSo8.5.6 扩展不确定度取置信概率P=95%,则A=2,=0.02ns;XXXXXX(靠Irp