通用微处理器等效老化试验方法分析与研究

　　等效老化信号的确定

　　对于不同的电路，由于其设计和制造工艺不同，其额定工作电流和分布电容都不一样，由（4）式可知，电流Icc随信号频率线性变化的斜率不同。因此，不同产品在相同的信号频率下老化，其“归一化老化电流”α会有较大的区别，老化应力水平并不一致。

　　针对两种功能相同，工艺和设计都不同的产品，老化的外围线路图是相同的。令两种产品的“归一化老化电流”为α，它们的额定工作电流分别为I cco1和I cco2，电流随频率变化的斜率分别为K1=C1V1、K2=C2V2，就可以分别确定出动态老化信号频率：（6），（7）式中，α是根据可靠性要求和工程情况综合确定的，额定工作电流I cco可以测试或从产品手册中查出，电流随频率变化的斜率k 可以通过试验的方法求出，等效老化的信号频率也就随之确定。

　　通用CPU 等效老化方案设计

　　通用CPU 老化线路设计

　　老化技术从静态老化、动态老化发展到功能性老化，功能性老化被认为是探测器件缺陷的一种更好的方法。然而进行功能性老化需要将测试设备与老化设备有机地结合起来，设备非常昂贵，目前国内还没有条件进行功能性老化。基于国内的现状，文中不涉及CPU 功能性老化及老化向量集的研究，重点在于研究等效的CPU 动态老化试验方法。

　　参照国内外一些老化方案，结合对CPU486 体系结构的研究，进行通用CPU486 老化试验方案设计。根据设计公司对通用CPU486 模拟仿真的结果可知，给CPU486 加复位和时钟信号，若所给复位信号和时钟信号能使CPU 正常复位，CPU 内部翻转的晶体管数可达60%～70%。仅给时钟信号内部翻转的晶体管数目是很少的，这一点从老化电流上就可反映出来，两种情况下其老化电流相差非常大，见图1。在无法进行功能性老化的情况下，采用时钟信号和复位信号进行CPU486 动态老化，可使老化覆盖率达到60~70%，不失为一种有效的工程方法。以CPU486 为例，本课题采用加时钟和复位信号的方式进行动态老化。老化时，在时钟端与复位端加上信号，其它输入端通过一个4.7k?的保护电阻接地或电源，使其有一个固定的状态，输出开路。老化状态可通过地址状态输出端ADS#进行观察，若ADS#端有正常的输出信号，表明其老化状态正常。

　　通用CPU 等效老化信号确定

　　通用CPU 老化时要同时加上时钟和复位信号，为了使得不同产品在相同的“归一化老化电流”下进行老化，必须确定时钟和复位信号频率对CPU 老化电流的影响。

　　本文设计了一系列实验，实验采用了四种不同公司、不同设计、不同工艺，相同封装的几组样品，有关试验样品的具体信息见表1，其中XXX-33 为国内某公司产品。

　　采用前面确定的通用CPU 动态老化线路，对表1 列出的四种产品进行了实验。图1 是IntelDX2-66老化电源电流Icc随Reset、CLK 信号频率变化曲线，其他几种产品的实验结果与图1 类似。

　　从图1 可以看出不加Reset 信号时老化电源电流远远小于Reset 频率不为0 的情况；Reset 频率在500Hz、1kHz 直到10kHz，IntelDX2-66CPU486 老化电源电流Icc值随CLK 频率变化趋势几乎可以认为是相重合的直线，说明Reset 频率变化对老化电流的影响不大，而老化电流随CLK 的频率呈线性变化，CLK 频率对老化电流的影响十分显著。

　　图2 是在Reset 频率为10kHz时，四种不同CPU486 老化电流随CLK 频率变化的曲线。从图2 可以方便地得出各款CPU486 的老化电流Icc随CLK 频率变化的斜率。同时从各自的数据手册上可以查出在额定频率下的工作电流值。表2 给出了四种CPU486 老化电流随CLK 频率变化的斜率k 值（为实验值）及额定频率下的工作电流值cc I 。

　　设归一化老化电流为α，根据（6）式可分别算出四种CPU486 等效老化的时钟信号频率，具体的计算结果见表3。“归一化老化电流”α的值，主要根据产品的额定功率、热阻、最高结温及老化设备能力等因素综合确定。α的值取范围为0~1，但α具体取什么值，主要受老化设备能力的限制，老化信号源频率高，可以将“归一化老化电流”α的值取得大一些，但只要所有的同类产品α值相同，老化的应力水平相当。但对于功耗特别大的产品，在老化时一定要注意α的取值，使老化时芯片温度小于最高结温的限制。