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芯片测试之VIL/VIH(输入电平)Test全解析：从原理到实战

news 2025/6/14 15:12:05

大家好，我是硅言。在数字芯片的“沟通体系”中，VIL（输入低电平）和VIH（输入高电平）如同芯片的“听觉阈值”，决定了它能否准确识别外部信号的逻辑状态。本文将从原理剖析、测试方法到实战案例，带大家深入理解这一关键参数的意义与验证过程。

在这里插入图片描述

一、VIL/VIH的原理：噪声与滞回的博弈

阈值定义与逻辑关系

VIL：输入引脚能可靠识别为逻辑“0”的最大电压阈值。若输入电压超过VIL，芯片可能误判为“1”。例如，某3.6V 的NOR芯片的VIL为0.3×VDD=1.08V。

VIH：输入引脚能可靠识别为逻辑“1”的最小电压阈值。若输入电压低于VIH，芯片可能误判为“0”。那么，3.6V 的NOR芯片的VIH为0.7×VDD=2.52V。

二者的逻辑关系为：VDD > VIH > Vt（阈值电压） > VIL > 0，确保信号在中间电平时不会频繁跳变。

滞回电压（Hysteresis）的重要性

施密特触发器通过引入滞回窗口（VIH - VIL），使输入信号需跨越一定电压差才能触发翻转，从而抑制噪声干扰。例如，当输入接近VIH时，若存在小幅波动，输出仍保持稳定。设计需满足“VOH≥VIH”且“VOL≤VIL”，否则信号链传递失效。芯片的“语言能力”大揭秘：VOH、VOL、IOH、IOL、VIH、VIL全解析

二、测试原理与方法

测试方法：通过动态改变VIL/VIH，验证芯片功能是否正常

VIL测试步骤：
Step 1：供电至VDDmax，芯片编写数据
Step 2：对待测引脚施加VIL
Step 3：运行功能测试向量，检测输出信号是否符合预期逻辑
Step 4：重复步骤1-3，直到功能测试向量Fail

硅言测试VIL程序Demo（不是完整代码奥，仅示意）：

var pinDigital = SemiContext.Digital("CLK,CS,DI,DO,WP,HOLD");
pinDigital.SetSelectedFunction("Digital");
pinDigital.BurstPattern("WREN_06h", true, true, 10);
common.SPI_Write_Byte(pinDigital, Utility.HexStringsToIntArray("31,02"));
pinDigital.BurstPattern("WREN_06h", true, true, 10);
common.SPI_Sector_Erase(pinDigital, (ulong)Convert.ToInt32("20", 16), 0);
pinDigital.BurstPattern("WREN_06h", true, true, 10);
common.Quad_SPI_Page_Program(pinDigital, (ulong)Convert.ToInt32("32", 16), 0, (ulong)Convert.ToInt32("55", 16))
var measure_pin = SemiContext.Digital(MeasurePin);
measure_pin.SetSelectedFunction("Digital");
for (int i = 0; i < Vstep; i++)
{measure_pin.SetVil(Vstart + i * Vdelta);MultiSiteUlongArray bytesFromTarget = common.Quad_SPI_Write_Read_Byte(pinDigital, Utility.HexStringsToIntArray("6B,00,00,00,00"), 1);if (bytesFromTarget.Get(1).Length != 0){if (Convert.ToString((int)(bytesFromTarget.Get(1)[0]), 16) == "55"){}else{data = Vstart + i * Vdelta;}}
}

VIH测试步骤：
Step 1：供电至VDDmax，芯片编写数据
Step 2：对待测引脚施加VIH
Step 3：运行功能测试向量，检测输出信号是否符合预期逻辑
Step 4：重复步骤1-3，直到功能测试向量Fail

硅言测试VIH程序Demo（不是完整代码奥，仅示意）：

var pinDigital = SemiContext.Digital("CLK,CS,DI,DO,WP,HOLD");
pinDigital.SetSelectedFunction("Digital");
pinDigital.BurstPattern("WREN_06h", true, true, 10);
common.SPI_Write_Byte(pinDigital, Utility.HexStringsToIntArray("31,02"));
pinDigital.BurstPattern("WREN_06h", true, true, 10);
common.SPI_Sector_Erase(pinDigital, (ulong)Convert.ToInt32("20", 16), 0);
pinDigital.BurstPattern("WREN_06h", true, true, 10);
common.Quad_SPI_Page_Program(pinDigital, (ulong)Convert.ToInt32("32", 16), 0, (ulong)Convert.ToInt32("AA", 16))
var measure_pin = SemiContext.Digital(MeasurePin);
measure_pin.SetSelectedFunction("Digital");
for (int i = 0; i < Vstep; i++)
{measure_pin.SetVih(Vstart + i * Vdelta);MultiSiteUlongArray bytesFromTarget = common.Quad_SPI_Write_Read_Byte(pinDigital, Utility.HexStringsToIntArray("6B,00,00,00,00"), 1);if (bytesFromTarget.Get(1).Length != 0){if (Convert.ToString((int)(bytesFromTarget.Get(1)[0]), 16) == "AA"){}else{data = Vstart + i * Vdelta;}}
}

为提升效率，可采用集体测试法（Ganged Test）：同时驱动所有输入引脚至相同电平，测量总电流并与理论最大值（各引脚限值之和）对比。但此方法无法定位单个引脚故障，需后续串行复测。

常见失效模式：噪声干扰，高频测试或负载电流突变可能引入噪声，需关闭非必要负载并延长测试周期。工艺偏差，CMOS器件的阈值电压（Vth）漂移可能导致VIL/VIH超标，需增加工艺角覆盖。

随着AI技术渗透，自适应VIL/VIH测试成为新方向：AI动态调参，根据实时噪声环境调整测试阈值，提升鲁棒性。缺陷预测模型，通过历史数据训练，预测输入缓冲器潜在失效风险。VIL/VIH的测试，是数字电路设计的“守门人”。从滞回电压的物理本质，到量产中的良率爬坡，每一步都需精密计算与工程智慧。正如芯片测试的终极哲学：在噪声中寻找秩序，在极限中定义可靠。

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