一种OTPMCU芯片检测装置及检测方法与流程

一种otp mcu芯片检测装置及检测方法
技术领域
1.申请实施例涉及芯片检测领域，特别涉及本一种otp mcu芯片检测装置及检测方法。


背景技术：

2.在芯片成产工艺流程中，在芯片生产完成后，需要通过检测部门对生产的芯片进行出厂前的烧录工作。otp型的mcu只能有一次的烧录，所以在烧录前要确保mcu内部所有模块都能正常工作就很重要。并且mcu内部带有adc，比较器，dac，op等模拟模块，为保证芯片各模块工作性能的正常，就要对芯片各关键参数的进行测试，特别是需要对bandgap和osc的修调，这个两个直接决定了mcu的性能。由于mcu应用领域很多，因此烧录程序也很多，otp mcu因独特性而不能把测试代码烧录到芯片中，无法进行功能测试。
3.相关技术中，烧录器只是保证了烧录的正确性，而无法完全保证芯片功能的正确性。需要单独采用仪器设备一一测试和参数调修，测试的效率较低，且测试成本高昂。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种otp mcu芯片检测装置及检测方法。所述技术方案如下：
5.一方面，提供了一种otp mcu芯片检测装置，所述装置包括烧录机台、fpga主控芯片、芯片检测卡座和检测电路；
6.所述芯片检测卡座内用于放置待测的所述otp mcu芯片，且所述芯片检测卡座连接到所述烧录机台上，用于接收所述烧录机台的检测指令；
7.所述fpga主控芯片安装在测试机台上，并与所述烧录机台通信连接；
8.所述检测电路包括接口转换电路和adc检测电路，且所述接口转换电路和所述adc检测电路连接分别连接所述fpga主控芯片和所述芯片检测卡座；
9.所述fpga主控芯片通过所述接口转换电路的spi接口发送测试指令和接收测试数据，并判断所述otp mcu芯片的检测结果，在检测结果合格的情况下，控制所述烧录机台对所述otp mcu芯片进行烧录。
10.另一方面，提供了一种otp mcu芯片检测及烧录方法，所述方法用于上述方面所述的otp mcu芯片检测及烧录装置中的fpga主控芯片，所述方法包括：
11.设备上电，所述fpga芯片加载数据存储器中的测试算法、测试指令、固件程序以及待烧录的芯片代码；所述数据存储器和fpga主控芯片连接，所述fpga主控芯片安装在测试机台上；
12.通过接口转换电路向至少两路所述芯片检测卡座发送装配检查指令，所述装配检查指令用于对所述otp mcu芯片的装配情况进行检测；
13.通过所述接口转换电路依次向所述芯片检测卡座轮询发送管脚检查指令，并检测反馈电平；所述管脚检查指令中包含有所述otp mcu芯片的管脚标号；
14.在管脚正常情况下，向所述芯片检测卡座发送bandgap带隙基准修调指令，并基于
adc检测电路的反馈电压和基准电压的差值继续发送所述修调指令；所述adc检测电路连接于所述fpga主控芯片和所述芯片检测卡座之间，所述修调指令用于控制所述otp mcu芯片输出所述基准电压；
15.在输出所述基准电压情况下，向所述芯片检测卡座发送osc晶振修调指令，根据反馈信号调制并继续发送所述osc修调指令；所述osc修调指令用于控制pwm波输出目标频率；
16.在输出所述目标频率的pwm波情况下，调整所述芯片检测卡座的供电电压，并将待烧录的芯片代码烧录至所述otp mcu芯片中。
17.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：通过在传统的烧录机台上安装独立的fpga主控芯片，由主控芯片读取存储器中的测试数指令烧录代码，并通过接口转换单元对芯片检测卡座发送指定的装配检查指令、管脚检查指令、测试指令和修调指令，结合adc检测电路的反馈电压，实现对各路otp mcu芯片的各项参数进行检查和修调；在修调完成后且芯片撑场情况下，直接控制烧录机台对芯片进行烧录和烧录后检查，集测试台和烧录台功能于一体，省略芯片检测和烧录之间进行二次转运和更换设备的时间，提高了芯片检测和烧录的效率。
附图说明
18.图1是本技术实施例提供的otp mcu芯片检测及烧录装置的结构示意图；
19.图2是本技术实施例提供的otp mcu芯片检测及烧录方法的流程图；
20.图3是本技术实施例提供的电源管理模块的连接示意图；
21.图4是本技术实施例提供的检测和烧录过程的流程图。
具体实施方式
22.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
23.在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
24.烧录机台是芯片在设计加工完成后需要进行成品数据烧录的机器，otp mcu芯片即为otp memory，一次性可编程只读存储器(one time programableread-only memory)是mcu的一种存储器类型。mcu按其存储器类型可分为mask(掩模)rom、otp rom、flash rom等类型。mask rom的程序/数据在出厂时已经固化，适合程序/数据固定不变的应用场合；falsh rom的mcu程序/数据可以反复擦写，灵活性很强，适合程序/数据需要变动的场合；otp rom的mcu拥有一次性可编程能力，适合既要求一定灵活性，又要求写入数据后不能变动的应用场合。本方案中的otp mcu只能有一次的烧录机会，所以在烧录前要确保mcu内部所有模块都能正常工作。mcu内部带有adc，比较器，dac，op等模拟模块，为保证芯片各模块工作性能的正常，就要对芯片各关键参数的进行测试，特别是需要对bandgap带隙基准和osc时钟震荡的修调，这个两个直接决定了mcu的性能。本装置也能对每个模块的功能，管脚bonding情况进行测试，确保每颗出厂芯片都能正常工作。
25.如图1所示，是本技术实施例提供的otp mcu芯片检测及烧录装置的结构示意图。
26.本技术在现有烧录机台的基础上，集成了一款altera的fpga(cycloneiv ep4ce6e22c8n)作为主控制芯片，芯片检测卡座、检测电路，同时外接了数据存储器和声光显示单元。芯片检测卡座用于安装待检测和烧录的otp mcu芯片，各路芯片检测卡座分别通过adc检测电路和接口转换电路连接到主控芯片上，且各路芯片检测卡座分别和烧录机台的烧录接口连接，用于在测试通过时进行程序和代码烧录。
27.本装置检测的otp mcu芯片集成有adc/dac/cmp、osc、mcu微处理器、低压检查、pwm、bandgap、wdt、timer等功能，这些都需要对其进行校验和测试。尤其是bandgap和osc，由于芯片生产工艺的问题，osc的精度达不到设计要求的1％，故需要在芯片出厂前，要对时钟进行修调。bandgap的1.2v电压基准也是一样，都需要修调到1％的精度。此外，由于封装工艺的问题，bonding管脚时，经常出现脱线，绑定不牢靠等问题。本方案需要通过fpga主控芯片完成一系列的检测工作，不依赖人工参与或二次转换设备检测，降低测试时间，提高产能和效率。
28.该主控芯片针对待测试功能设置了控制器单元、烧录协处理单元、adc修调控制单元、osc时钟震荡修调单元以及芯片管脚bonding检查单元等，各个单元分别对应有相应的测试指令、代码和测试算法存储于数据存储器中，数据存储器同样设置于烧录机台上，和主控芯片电连接。测试内容包括对芯片的装配状态检查、otp空位检查、mcu内部功能检查、管脚banding检查、bandgap修调和osc修调，检查完成后，再次控制烧录机台对其进行数据烧录和烧录完检查，确保烧录正确。
29.本方案中fpga主控芯片的协处理器是两套独立的单元，故本装置能同时烧录两个otp mcu芯片。因此设置有两路独立的芯片测试卡座、对应的接口转换电路和adc检测电路。每组芯片测试卡座都分别连接烧录机台上对应的烧录接口。adc检测电路目的为将测试的电压数据转换为数字信号，供主控芯片分析，数据接口转换单元是用于协调fpga和otp mcu芯片之间不同的工作电压。声光显示单元和电源管理单元都由fpga主控芯片进行控制，电源管理单元在不同的情况下输出对应的工作电压，以确保检测和烧录的进行。而声光显示单元则可以在测试出存在芯片的测试结果不通过时进行声光报警。
30.综上，本方案通过在传统的烧录机台上安装独立的fpga主控芯片，由主控芯片读取存储器中的测试数指令烧录代码，并通过接口转换单元对芯片检测卡座发送指定的装配检查指令、管脚检查指令、测试指令和修调指令，结合adc检测电路的反馈电压，实现对各路otp mcu芯片的各项参数进行检查和修调；在修调完成后且芯片撑场情况下，直接控制烧录机台对芯片进行烧录和烧录后检查，集测试台和烧录台功能于一体，消除芯片检测和烧录之间进行二次转运和更换设备的时间，提高了芯片检测和烧录的效率。
31.图2是申请实施例提的otp mcu芯片检测及烧录方法的流程图，用于otp mcu芯片检测及烧录装置中的fpga主控芯片。具体包括如下步骤：
32.步骤201，设备上电，fpga芯片加载数据存储器中的测试算法、测试指令、固件程序以及待烧录的芯片代码。
33.fpga芯片内部集成有控制器，全部过程由控制器协调完成，相关的测试算法、测试指令、固件程序以及待烧录的芯片代码全部存储于数据存储器中，设备上电或重启后，fpga自动把firmware加载到fpga内部的rom中，并启动此控制器。
34.步骤202，fpga主控芯片通过接口转换电路向至少两路芯片检测卡座发送装配检
查指令。
35.需要说明的是，由于该装置是集成式设计，otp mcu芯片在检测和烧录时需要提供不同的工作电压，因而fpga还需要对电源管理模块进行单独控制。在初始化后和进行检测期间，主控芯片会控制电源管理模块的第一电源单元提供3.3v供电电压，对于测试状态的otp mcu芯片，则需要两路独立的第二电源单元向其提供5v检测电压，当其中一路芯片或电源损坏而无法执行下一步操作时，主控芯片根据反馈结果可以关闭其中一路电压输出，及时进行声光报警。
36.接口转换电路用于不同工作电压之间的数据传输，也即本方案中通过转换芯片或mos管在5v和3.3v电压之间转换。fpga通过该接口转换电路分别向两路芯片socket1和芯片socket2发送装配检查指令。该电路和socket之间为spi接口连接，后续以spi接口进行描述。fpga通过spi接口依次向两个socket发送50个读id命令。读id命令用于检测oto mcu芯片是否完整插入到socket中，以及socket是否出现损坏。如果回读到0xc2的数据，就表示这个socket中的芯片工作正常若50个命令结束后没有反馈回0xc2，则判定芯片异常。
37.步骤203，当芯片正常工作时，接收外部的测试指令，通过接口转换电路向芯片检测卡座发送空位检查，并接收otp mcu芯片的反馈指令。
38.空位检查是针对otp mcu的专项检查，因为otp芯片具有单次写入的特征，所以必须要对其进行空位检查，判断其内部是否写入有其他数据或是否被烧录过。主控芯片根据spi接口接收反馈指令进行确认。当otp rom内是全1的数据时，指示otp mcu芯片未进行烧录，否则芯片内部数据存储异常。
39.步骤204，当空位检查满足条件时，向芯片检测卡座发送测试代码。
40.测试代码同样通过spi向socket芯片发送，由socket中的otp mcu芯片解析这些代码，而主控芯片则通过spi接口读取芯片接口中的状态信号和处理结果，就能判断芯片是否正常工作。
41.步骤205，主控芯片通过所接口转换电路依次向芯片检测卡座轮询发送管脚检查指令，并检测反馈电平。
42.轮询次数根据芯片pin脚数量决定，主控芯片依次根据管脚序号生成相应的管脚检查指令，并通过spi接口发送给otp mcu芯片，接收并确定目标io管脚后，打开内部是管脚开关，输出低电平0。主控芯片负责接收反馈电平的信号值，当检测到低电平0时，再次发送管脚检查指令，控制相应管脚输出高电平并检测。当接收到的电平信号值和管脚检测指令要求的信号值不一致时，表明该管脚有问题，即判断芯片异常。当对一个io管脚测试完成后，继续选取下一io管脚，重复上述操作，直至轮询完所有管脚的测试。
43.步骤206，在管脚正常情况下，向芯片检测卡座发送bandgap修调指令，并基于adc检测电路的反馈电压和基准电压的差值继续发送修调指令。
44.在对所有管脚的测试完成，且未出现异常时，向芯片检测卡座发送bandgap修调指令。本方案中bandgap修调的基准电压为1.2v，但因为生产工艺的差异，其芯片可能达不到期望要求，所以需要对其进行调修。该步骤具体包括如下步骤：
45.a，通过接口转换电路向芯片检测卡座发送基于基准电压的bandgap修调指令.
46.b，通过adc检测电路接收经过模数转换的反馈电压，判断反馈电压和基准电压的差值是否大于误差阈值。
47.otp mcu输出的是模拟信号，需要经过adc检测电路进行转换，然后由fpga进行判断，该过程需要依赖于内置的算法完成。本方案中目标基准电压设置为1.2v，修调精度为1％，最大调节次数为100次。主控芯片根据该精度确定误差阈值。当mcu反馈的电压过低时，就相应发送降低bandgap的电压的指令。
48.c，当两者差值小于误差阈值时，指示电压精度修调成功；当差值大于误差阈值，且修调次数小于修调上限时，根据差值继续发送bandgap修调指令，直至电压精度修调至误差阈值内，否则输出芯片异常。
49.如果在此期间检查到电压达到1％的精度，且未达到100次调节时，把此数据记忆下来，并烧录到socket的芯片中，这样芯片每次上电后，就调用此值，从而使芯片的参考电压精度达到1％的设计要求。如果100次后，芯片的调整精度大于1％，则判断芯片异常。
50.步骤207，在输出基准电压情况下，向芯片检测卡座发送osc晶振修调指令，根据反馈信号调制并继续发送osc修调指令。
51.在对基准电压调节完成后，继续调节osc的pwm波频率。该过程需要调用对osc的测试算法，调节过程和步骤206类似。包括如下步骤：
52.a，通过接口转换电路向芯片检测卡座发送osc修调指令；
53.b，接收反馈信号的pwm的频率，并判断和目标频率的差值是否大于误差阈值；
54.c，当两者差值小于误差阈值时，指示osc修调成功；当差值大于误差阈值，且修调次数小于修调上限时，根据差值继续发送osc修调指令，直至频率精度修调至误差阈值内，否则输出芯片异常。
55.对osc修调的精度和最大调节次数和bandgap的电压相同。通过spi接口向mcu发送输出pwm信号的指令，由fpga检查反馈的pwm的频率，如果精度大于1％，则向socket发送继续发送osc修调指令，直至修调精度满足要求，最后得到的数据对应写入到mcu中。
56.步骤208，在输出目标频率的pwm波情况下，调整芯片检测卡座的供电电压，并将待烧录的芯片代码烧录至otp mcu芯片中。
57.在osc修调完成后，确定该otp mcu芯片的各项指标参数正常，可以进行烧录工作。烧录过程需要控制烧录机台完成。但为了完成烧录和检测的工作，需要主控芯片和烧录机台协同进行，且mcu在烧录和测试时的工作电压不相同，所以还需要主控芯片对其进行电压调节。主控芯片需要向电源管理模块发送第二控制指令，控制第三电源单元向芯片检测卡座提供8.5v烧录电压。烧录电压同样需要至少两路，在协处理器的作用下，可以确保在两路芯片在时序上出现不同步时进行异步测试，互不干扰。
58.图4是本技术本实施例提供的检测和烧录过程的流程图。设备上电后，先加载firware固件程序，固件加载成功后，再次加载烧录代码，烧录代码加载成功后，即可等待开始检测的指令。该指令可以是烧录机台发送给的主控芯片的指令，或者是通过测试机的按钮触发。检测的第一步是检测ram中是否存在烧录指令，以确保检测成功后能够正常进行烧录，否则只能进行检测无法进行烧录。确定存在烧录指令后，检测otp mcu芯片是否装配到位；执行装配检查后，再执行otp空位检查，判断芯片内部数据是否异常。otp空位检查后，对内部功能进行检查。在检测结果正常的情况下，继续进行管脚bonding检查。管脚检测正常后，继续进行bandgap修调和osc修调，按照对应的修调算法进行判断芯片内部是否存在异常。在确定各项指标都正常的情况下，即可控制烧录机台对芯片执行烧录步骤。而数据存储
器中存储有代烧录代码，在烧录完成后通过spi接口进行数据校验，判断烧录是否正确，当烧录数据出现异常时，对相应回路进行声光提醒；当芯片烧录正常时，一个完整的检测和烧录周期完成，更换待测芯片，继续执行过上述检测过程。
59.综上，本技术实施例提供的检测和烧录装置及方法，实现烧录和检测于一体，针对otp型mcu的检测，引入独立fpga主控芯片、电源管理模块和数据存储模块，通过fpga的协处理器可以同时处理至少两路芯片检测。主控芯片通过加载数据存储模块内的各种过检测指令和算法，可以分别对两条检测回路进行装配检查、管脚bonding检查、内部功能检查、空位检查、bandgap修调和osc修调。在检测完成后，无需转运芯片，而是继续控制烧录机台直接对其进行烧录和烧录检测，省略芯片检测和烧录之间进行二次转运和更换设备的时间，提高了芯片检测和烧录的效率。
60.以上对本发明的较佳实施例进行了描述；需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容；因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。