数字集成电路标准样片校准规范.docx

湖北省计量技术规范JJF（鄂）XXXX2022数字集成电路标准样片校准规范CalibrationSpecificationforDigitalIntegratedCircuitReferenceMaterials（报批稿）XXXX实施××××发布湖北省市场监督管理局发布数字集成电路标准样片校准规范i ××××-××××CalibrationSpeciflcationforDigitalIntegratedCircuitReferenceMaterials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O九研究所本规程主要起草人：李轩冕（中国船舶集团有限公司第七。九研究所）周厚平（中国船舶集团有限公司第七。九研究所）张明虎（中国船舶集团有限公司第七。九研究所）胡勇（中国船舶集团有限公司第七。九研究所）丁超（中国船舶集团有限公司第七。九研究所）曾文仕（中国船舶集团有限公司第七。九研究所）目录1范围12引用文件13概述14计量特性15校准条件25.1 环境条件25.2 测量标准及其他设备36校准项目和校准方法36.1 校准项目36.2 校准方法47校准结果表达98复校时间间隔10附录A测量不确定度评定示例11附录B校准原始记录参考格式16附录C校准证书内页参考格式18引言本规范的编制依据JJFlo71-2010国家计量校准规范编写规则、JJF100l2011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。数字集成电路标准样片校准规范1范围本规范适用于对数字集成电路标准样片的校准。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JJF（鄂）102-2023数字集成电路测试系统（标准样片法）校准规范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概述数字集成电路标准样片（以下简称标准样片）是已确定一种或多种参数的专用集成电路，以标准样片为计量标准器，通过复现数字集成电路参数的量值对测试系统进行校准,其校准结果反映了被校准测试系统在实测工况下的综合测量状态。标准样片的特性参数通过校准后主要用于数字集成电路测试系统的校准、实验室比对和能力验证等。标准样片的管脚定义如图1所示，一般采用标准的双列直插式封装，管脚包括电源、地、控制、输入、输出等管脚，其工作时数字集成电路测试系统对其电源、地、控制管脚根据具体参数施加相应的信号，使标准样片进入该参数的工作状态后，控制测试系统对标准样片输入、输出管脚施加/测量对应参数即可得到该参数的测量值。4计量特性标准样片的校准点为离散值，典型标准样片的计量特性见表K表1标准样片计量特性参数名标称值最大允许误差测量条件½l100mV±6mVVol=Voh=1.5VLOV±6mV5.0V÷6mV½h100mV÷6mVLOV±6mV5.0V÷6mVVol0.IV÷0.5mVIol-IOOuA1.0V±0.5mVVbH2.0V÷2mVIoh=-300uA4.9V÷2mVIoh=-100uAIoL10A÷50nAVol=IV100A±0.5AImA÷5AIOmA±50A100mA+0.5mAH-IOA+50nAV0h=4V-100A±0.5A-ImA±5A-IOmA±50A-100mA±0.5mAdd20A±0.1AVcc1-2VVcc2=5V200A±lA2mA±10A20mA±0.1mA200mA+ImAfPLH3ns±0.6nsVref=1.5V60ns÷Ins100ns÷InsfPHL3ns±0.2ns60ns±0.3ns100ns÷0.3ns注：标准样片的标准值和测量不确定度以最终校准结果赋值为准。5校准条件5.1 环境条件环境条件及其要求如下：a)环境温度：20oC-28°C;b)相对湿度：30%80%；c)供电电源：交流电压(220±22)V,频率(50±l)Hz;d)其他：周围环境无影响仪器正常工作的机械振动和电磁场干扰。5.2 测量标准及其他设备测量用标准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）数字多用表：1）直流电压测量范围：0.1V-10V；2）直流电压测量最大允许误差：±（0.005%0.05%）；3）直流电流测量范围：10A200mA；4）直流电流测量最大允许误差：±（0.01%0.05%）。b）电压电流源：1）输出直流电压范围：0.1V10V；2）输出直流电压最大允许误差：±（0.05%0.5%）；3）输出直流电流范围：10A20OmA；4）输出直流电流最大允许误差：±（0.5%2%）。c）数字示波器：1）带宽：300MHz；2）时间测量：1.5nso6校准项目和校准方法6.1 校准项目标准样片的校准项目见表2。表2校准项目一览表序号校准项目校准方法条款I½L6.2.12VlH6.2.23Vol6.2.34Voh6.2.45ol6.2.56Zoh6.2.67dd6.2.78Zplh6.2.89Iphl6.2.96.2 校准方法6.2.1 Vila）按图2所示将标准样片通过专用夹具、加载板与集成电路测试系统连接。b）标准样片输入端同时连接电压源与数字多用表，输出端和控制端连接测试系统数字通道，电源端与测试系统电源DPS相连。图2V"Vh参数校准连接图C）给标准样片VIL参数校准时，测试系统数字通道给控制端输入的一组数字信号确定Wl参数量值。d）由于SL为特性参数管脚，电压电流源使用电压源模式施加SL所需电压量值。e）DPS施加规定的电压值。f）输出端施加规定的比较电平。g）输入端电压由地电压（VSS）值逐渐上升，使输出逻辑状态发生改变时，此时控制数字多用表读取输入端的电压值，该值即为标准值。6.2.2 Viha）按图2所示将标准样片通过专用夹具、加载板与集成电路测试系统连接。b）标准样片输入端同时连接电压源与数字多用表，输出端和控制端连接测试系统数字通道，电源端与测试系统电源DPS相连。c）给标准样片Vih参数校准时，测试系统数字通道给控制端输入的一组数字信号确定VIH参数量值。d）由于VIH为特性参数管脚，电压电流源使用电压源模式施加Uh所需电压量值。e）DPS施加规定的电压值。D输出端施加规定的比较电平。g）输入端电压由电源电压（Vdd）值逐渐下降，使输出逻辑状态发生改变时，此时控制数字多用表读取输入端的电压值，该值即为Vih标准值。6.2.3 Vola）按图3所示将标准样片通过专用夹具、加载板与集成电路测试系统连接。b）标准样片输入端与控制端连接测试系统数字通道，电源端与测试系统电源DPS相连，其中一路数字多用表使用电流档与电压电流源和标准样片输出端进行串联，另一路数字多用表使用电压档接在标准样片输出端和接地端之间。数字+ Q 多用表（I） - O数字+ O多用表 （V）-O电压十 0 电流源.Q标准样片图3VoLzMOH参数校准连接图c）给标准样片VoL校准时，测试系统数字通道给控制端输入的一组数字信号确定Vol参数量值。d）DPS施加规定的电压值。e）输入端施加规定低电平。f）电压电流源使用电流源模式施加一负载电流Zol,此时电流表实时观测负载电流值,控制器控制电压电流源调整负载电流大小直至电流表读取的示值为规定的负载电流值，电压表读取输出端电压值，该值即为VoL标准值。6.2.4 Voha）按图3所示将标准样片通过专用夹具、加载板与集成电路测试系统连接。b）标准样片输入端与控制端连接测试系统数字通道，电源端与测试系统电源DPS相连，其中一路数字多用表使用电流档与电压电流源和标准样片输出端进行串联，另一路数字多用表使用电压档接在标准样片输出端和接地端之间。c）给标准样片H）H校准时,测试系统数字通道给控制端输入的一组数字信号确定Voh参数量值。d）DPS施加规定的电压值。e）输入端施加规/E局电平。0电压电流源使用电流源模式施加一负载电流/OH,此时电流表实时观测负载电流值,控制器控制电压电流源调整负载电流大小直至电流表读取的示值为规定的负载电流值，电压表读取输出端电压值，该值即为MOH标准值。6.2.5 Iola）按图4所示将标准样片通过专用夹具、加载板与集成电路测试系统连接。加载板数字+ O多用表 （V）O电压十 ° 电流源.Q标准样片b）标准样片输入端与控制端连接测试系统数字通道，电源端与测试系统电源DPS相连，其中一路数字多用表使用电流档与电压电流源和标准样片输出端进行串联，另一路数字多用表使用电压档接在标准样片输出端和接地端之间。数字+Q多用表控制端输入端O-DPS电源端数字通道（D-O图4/oiOH参数校准连接图C）给标准样片/0L校准时，测试系统数字通道给控制端输入的一组数字信号确定/0L参数量值。d）DPS施加规定的电压值。e）输入端施加规定低电平。f）电压电流源使用电压源模式施加一电压值，此时电压表实时观测VoL电压值，控制器控制电压电流源调整电压大小直至电压表读取的示值为规定的Vol电压值，电流表读取输出端电流值，该值即为/OL标准值。6.2.6 Zoha）按图4所示将标准样片通过专用夹具、加载板与集成电路测试系统连接。b）标准样片输入端与控制端连接测试系统数字通道，电源端与测试系统电源DPS相连，其中一路数字多用表使用电流档与电压电流源和标准样片输出端进行串联，另一路数字多用表使用电压档接在标准样片输出端和接地端之间。C）给标准样片/OH校准时，测试系统数字通道给控制端输入的一组数字信号确定/OH参数量值。d）DPS施加规定的电压值。e）输入端施加规定高电平。f）电压电流源使用电压源模式施加一电压值，此时电压表实时观测MOH电压值，控制器控制电压电流源调整电压大小直至电压表读取的示值为规定的Voh电压值，电流表读取输出端电流值，该值即为/oh标准值。6.2.7 dda）按图5所示将标准样片通过专用夹具、加载板与集成电路测试系统连接。b）标准样片输入端、输出端与控制端连接测试系统数字通道，其中一路数字多用表使用电流档与电压电流源和标准样片电源端进行串联，另一路数字多用表使用电压档接在标准样片电源端和接地端之间。加载板控制端输入端输出端数字+。多用表(V) O数字+。 多用表（I） - O电压十 ° 电流源.Q标准样片数字 通道图5/DD参数校准连接图C）给标准样片/DD校准时，测试系统数字通道给控制端输入的一组数字信号确定/DD参数量值。d）输入端和输出端施加规定电平。e）控制器控制电压电流源施加一电压值Vdd,此时电压表实时观测电源端电压值，控制器控制电压电流源调整电压大小直至电压表读取的示值为规定的电源电压值,电流表读取此时的电流值，该值即为/DD标准值。6.2.8Zplha）按图6所示将标准样片通过专用夹具、加载板与集成电路测试系统连接。b）标准样片输入端与控制端连接测试系统数字通道，电源端与测试系统电源相连,输入端O-输出端数字通道标准样片数字示波器的两路通道分别与标准样片的输入端、输出端相连。ChlO数字示波器ch2O图64lh"phl参数校准连接图C）给标准样片fPLH校准时,测试系统数字通道给控制端输入的一组数字信号确定ZPLH参数量值。d）DPS施加规定的电压值。e）输入端施加规定频率、占空比为1：1的方波信号，此时设置数字示波器读取通道2（输出端输出信号电压由低电平到高电平的边沿上参考电平VREF处，参考电平VREF为信号幅度中间部位）至通道1上升沿（输入信号电压边沿上参考电平Vref处，参考电平VREF为信号幅度中间部位）的时间延迟，该值即为加LH标准值，如图7所示。6.2.9fPHLa）按图6所示将标准样片通过专用夹具、加载板与集成电路测试系统连接。b）标准样片输入端与控制端连接测试系统数字通道，电源端与测试系统电源相连，数字示波器的两路通道分别与标准样片的输入端、输出端相连。C）给标准样片fPHL校准时,测试系统数字通道给控制端输入的一组数字信号确定ZPHL参数量值。d）DPS施加规定的电压值。e）输入端施加规定频率、占空比为1：1的方波信号，此时设置数字示波器读取通道2（输出端输出信号电压由高电平到低电平的边沿上参考电平VREF处，参考电平Vref为信号幅度中间部位）至通道1下降沿（输入信号电压边沿上参考电平Vref处，参考电平VREF为信号幅度中间部位）的时间延迟，该值即为mHL标准值，如图8所示。7校准结果表达校准结果通过校准证书反映，校准证书应至少包括以下信息：a）标题，如“校准证书”；b）实验室名称和地址；c）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；d）证书或报告的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；e）客户的名称和地址；D被校对象的描述和明确标识；g）进行校准的日期；h）对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；i）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；j）校准环境的描述；k）校准结果及其测量不确定度的说明；1）如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对校准过程中被校对象的设置和操作进行说明；m）对校准规范的偏离的说明；n）校准证书和校准报告签发人的签名或等效标识；O）校准结果仅对被校对象有效的声明；P）未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。8复校时间间隔建议复校时间间隔为1年。送校单位也可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。测量不确定度评定示例A.1引言标准样片的项目有9项，可分为电压类（VlL/Vih、VdL/Voh）、电流类（/ol/oh、/DD）、时间类（加LH/PHL）等3类进行测量不确定度评定。本附录以MOL的1.0V、/0L的ImA和加LH的60ns的测量不确定度评定为例，说明数字集成电路测试系统（标准样片法）校准项目的测量不确定度评定的程序。由于校准方法和所用设备相同或近似，其他校准项目的测量不确定度评定程序类同。A.2VoL校准结果的测量不确定度评定（IV）A.2.1测量模型VoL校准采用直接测量的方法，电压电流源使用电流源模式施加一负载电流，此时电流表实时观测负载电流值，控制器控制电压电流源调整负载电流大小直至电流表读取的示值为规定的负载电流值，电压表读取输出端电压值，该值即为MOL,见公式（A.1）：Y=U（A.1）式中：Y标准样片VoL的标准值，V;U标准样片MoL的测量值，V；A.2.2测量不确定度来源a）数字多用表测量直流电压的误差；b）校准结果的分辨力；c）数字多用表测量MoL的重复性。A.2.3不确定度评定a）数字多用表测量直流电压的误差引入的不确定度分量"b：对于标准样片IV点，由数字多用表指标可知，数字多用表测量直流电压的误差为±8.3Vo按B类评定，视为均匀分布,8.3=4.8Vb）校准结果的分辨力引入的不确定度分量与2：IV点校准结果的分辨力为100V,按B类评定，视为均匀分布，=3,N=访=30VC)数字多用表测量MoL的重复性引入的不确定度分量A：在相同条件下，测量标准样片的同一VOL值10次。测量结果数据如下：表AJ%L重复性数据记录次数12345测量值(V)1.00021.00021.00021.00021.0002次数678910测量值(V)1.0(X)21.0(X)2l.(X)031.00021.0002(x,-x)2实验标准偏差(X)=且=32VYn-校准结果由10次重复测量的平均值得到，则由测量VoL的重复性引入的不确定度分量A=SG)=°vA.2.4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=i2÷wA2=32VA.2.5扩展不确定度取包含因子2=2,U=R=O.ImVA.3/OL校准结果的测量不确定度评定(ImA)A.3.1测量模型/OL校准采用直接测量法，电压电流源使用电压源模式施加一电压值，此时电压表实时观测VoL电压值，控制电压电流源调整电压大小直至电压表读取的示值为规定的VOL电压值，电流表读取输出端电流值，该值即为/OL。见公式(A.2):Y=I(A.2)式中:Y标准样片oL的标准值，mA；I标准样片NoL的测量值，mA；A.3.2测量不确定度来源a）数字多用表测量直流电流的误差；b）测量回路的泄漏电流；C）数字多用表测量/OL的重复性。A.3.3不确定度评定a）数字多用表测量直流电流的误差引入的不确定度分量Bl：对于标准样片ImA点，由数字多用表指标可知，数字多用表测量直流电流的误差为±25爪按B类评定，视为均匀分布尖S“春内Ab）测量回路的泄漏电流引入的不确定度分量出根据实验观测，回路中的泄漏电流为±1x10-3,ImA点泄漏电流±lA,按B类评定，视为均匀分布，=3,=-=0.6AC）由数字多用表测量/OL的重复性引入的不确定度分量在相同条件下，测量标准样片的同一/OL值10次。测量结果数据如下:次数12345测量值（mA）0.99950.99950.99960.99950.9995次数678910测量值（mA）0.99950.99960.99950.99950.9996表A.2ol重复性数据记录实验标准偏差S“a）=0.05A-l(x,-x)2校准结果由10次重复测量的平均值得到，则由测量/OL的重复性引入的不确定度分量A=SR)=翟=002AA.3.4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:/=PX2+纵2=06AA.3.5扩展不确定度取包含因子2=2,U=k×uc=.2A.4MH校准结果的测量不确定度评定（60ns）A.4.1测量模型介LH校准采用直接测量法，测试系统数字通道给控制端输入的一组数字信号确定参数量值，DPS施加规定的电压值，输入端施加规定频率、占空比为1：1的方波信号，此时设置数字示波器读取通道2（输出端输出脉冲电压由低电平到高电平的边沿上参考电平VREF处）至通道1上升沿（输入脉冲电压边沿上参考电平VREF处）的时间延迟，该值即为加LHO见公式（A.3）：Y=t（A3）式中：Y标准样片卅LH的标准值，ns；t标准样片加LH的测量值，ns；A.4.2测量不确定度来源a）数字示波器测量时间间隔的不准确；b）测量回路对信号的不匹配；c）温度的不稳定；d）数字示波器测量ZPLH的重复性。A.4.3不确定度评定a）数字示波器测量时间间隔的不准确引入的不确定度分量：由数字示波器的指标可知，60ns点误差为±1.48ps,按B类评定，视为均匀分布,&=6,mbi=09ps；b）测量回路对信号的不匹配引入的不确定度分量与2:根据实验观测，回路对延迟时间的影响量为±150ps,按B类评定，视为均匀分布,K=W，% =詈 86 ps；C)温度的不稳定引入的不确定度分量b3：=3, w3= = 70ps;根据实验观测，在规定温度条件下由温度波动带来的传输延时测量的误差为土2×10-60ns点误差土120ps,按B类评定，视为均匀分布d)由数字示波器测量Zplh的重复性引入的不确定度分量A:在相同条件下，测量标准样片的同一MH值10次。测量结果数据如下:表A.3>lh重复性数据记录次数I2345测量值(ns)60.660.660.660.660.6次数678910测量值(ns)60.760.760.760.760.7JlO(,-)2W-=53psn-校准结果由10次重复测量的平均值得到，则由测量ZPLH的重复性引入的不确定度分A.4.4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=7i2+wA2=OHnsA.4.5扩展不确定度取包含因子女=2,U=k×uc=0.3ns校准原始记录参考格式第页，共页送校单位：送校单位地址：校准依据：标准样片名称：型号规格：出厂编号制造商：校准地点环境温度eC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VlL½L标称值WL标准值测量不确定度(k2)½HVlH标称值Kh标准值测量不确定度(上=2)VolVol标称值M)L标准值测量不确定度(A=2)VohVbH标称值Voh标准值测量不确定度(h2)ZolIol标称值/ol标准值测量不确定度依=2)第页，共页IOHH标称值Zoh标准值测量不确定度也=2)dddd标称值dd标准值测量不确定度也=2)PLHPLH标称值IPLH标准值测量不确定度(62)FPHLIphl标称值，PHL标准值测量不确定度伏=2)校准证书内页参考格式校准结果证书编号：XXXXXXXXXX½Ll标称值VlL标准值测量不确定度（仁2）½HWh标称值KH标准值测量不确定度（U2）VolVZOL标称值%L标准值测量不确定度（仁2）VohVoh标称值VOH标准值测量不确定度伏=2）Zolol标称值/OL标准值测量不确定度伏=2）ZohZoh标称值H标准值测量不确定度（仁2）（续）dddd标称值dd标准值测量不确定度（仁2）PLH/PLH标称值Mh标准值测量不确定度（后2）ZPHLfpHL标称值加HL标准值测量不确定度（A=2）XXXXXXSLl.口