主动有为,踔厉前行,共创封测产业新时代,2022年中国半导体封装测试技术与市场年会于11月15-16日在江苏南通成功举办。

 

中科芯集成电路有限公司下属单位无锡中微腾芯电子有限公司总经理张凯虹,以《以太网芯片的测试挑战与解决方案》为题,分享了以太网芯片行业现状、测试挑战与应用解决方案及典型案例。


以太网芯片行业现状

以太网芯片分类

以太网有两类:第一类是经典以太网,运行速度3~10 Mbps不等;第二类是交换式以太网,可运行在100、1000和10000Mbps的高速率下,分别以快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的形式呈现。

全球以太网交换芯片预计至2025年将为434.0亿元,2020-2025年年均复合增长率为3.4%。以太网交换芯片分为商用和自用,占比均在50%左右。

以太网芯片市场规模
2020年中国商用以太网交换芯片总体市场规模为90.0亿元,预计至2025年将达到171.4亿元,2020-2025年年均复合增长率为13.8%;而我国自用以太网交换芯片规模在2020年达到35.0亿元。与全球结构有所不同中国以太网芯片70%以上为商用,商用的发展很有前景。

以太网芯片市场规模

中国以太网交换芯片的市场规模占全球市场三成多,增长速度明显高于全球速度。


以太网芯片应用
以太网芯片主要用于以太网交换机,占交换机成本的30%-40%。

以太网芯片主要应用

企业网主要使用千兆和万兆,用高速链路构建校园网、企业网的骨干链路和本分部的链接,提供像多媒体业务、数据流、SAN等服务。


运营商网、数据中心主要使用25G到400G以太网,运营商网由于接入层有愈来愈多的以太网上连到城域网的汇聚层,汇聚层有越来越多的以太网连接带骨干层,万兆以太网可简化网络结构、降低成本。支撑各种内容业务像流媒体视频应用、多媒体互动游戏等。

数据中心目前文件与数据服务器所需要的数据带宽不断增加,可在服务器群的分布层和核心层采用该技术满足增长需求。工业自动化方面几乎所有的现场总线系统最终都连接到以太网。


以太网信道传输过程

 一个终端系统的以太网信道传输如下图,主要由MAC控制器、物理层收发器(PHY) 、网络变压器和以太网接口组成。以太网IP子系统包含了MAC和PHY,方式有三种,MAC与PHY集成在CPU/MCU中,最常见的是MAC集成在CPU/MCU中,PHY独立,有时也会将MAC和PHY集成在一起叫以太网控制器(MAC+PHY)。模拟器件PHY独立的架构采用最为广泛。

以太网信道传输过程

MAC与PHY工作在OSI七层模型的数据链路层和物理层。MAC主要保证传输的比特流是正确的,而物理层主要识别接口类型和传输速率。


测试挑战与解决方案

目前,博通、美满、思科已推出的最高交换容量产品均已达到25.6Tbps;以400Gbps连接为例可实例化为40x10Gbps、16x25Gbps、8x50Gbps、4x100Gbps。


测试挑战
通过集成优异的10/25Gbps NRZ SerDes或56/112Gbps PAM4 SerDes实现高密度的1/2.5/5/10/25/40/50/100GbE端口连接。
测试挑战
如此高的线路速率下,信号完整性是个挑战,当一个信号从一个端口传输到另一个端口,信号几个因素会衰减。例如固有电阻,信号电平会下降,带宽限制会导致符号间干扰,电气通道之间的电感耦合以及连接器会导致交叉影响。阻抗不匹配会导致反射(回波损耗)。发射器和接收器会发生抖动,信号因热噪声而降低。


另外,以太网芯片的高速serdes的数量相对较多,对于测试资源的数量要求就比较高,而ATE测试机台特别是高速口的数量相对比较少。这两种芯片虽然在数据链路层和物理层,在功能上需要上升到操作系统层面,防止应用层面的失效发生,所以必须进行系统级的测试。


解决方案

SerDes电路的功能测试采用ATE与内部可测性设计相结合的方式。SerDes中通常有测试电路,可实现自检,采用近端PCS环回、近端PMA环回、远端PCS环回、远端PMA环回等loopback的方式进行。

SerDes电路的功能测试

利用ATE对端口数据进行数字采样,经过对数据采样点处理,重新建立眼图mask;进行数据直方图分析,寻找高和低电压;检测眼图的边缘,用离散傅立叶变换对眼图进行处理,建立眼图mask,便可从眼图边缘数据分布计算出数据抖动。眼图mask的建立基本解决交流参数的测试。


高速输入端口的测试需要对高速串行信号进行加入一定的扰动(抖动的幅度和频率可控,模拟环境中的时钟抖动),然后将此信号送入待测器件的高速输入端,调节抖动的幅度来测试解码模块的输入容忍度。利用测试系统高速模块,采取时钟恢复,加扰方式即能够实现输入的端口特性测试。幅度是去加重与预加重。


应用功能测试(SLT测试):作为对成品FT测试的补充,仿真终端使用场景对待测芯片(DUT)的运行和使用进行测试。eg. windows操作系统下网口驱动能力、DFT未覆盖的关键逻辑、协议功能测试等,并实现自动化。
应用功能测试(SLT测试)


典型案例分享

演讲现场,张凯虹讲解了以ATE&SLT为例的项目说明。该项目(下图所示)是基于原理设计、工程批测、调试验证、后续的可靠性提升等方面来完成。ATE设计了部分的系统测试,如果有MAC芯片会匹配一个PHY芯片进行交互。

案例分享

此产品是建立在中微腾芯平台上进行开发,中微腾芯具有三大核心优势。

中微腾芯三大核心优势

  1. 具有多应用领域的芯片测试开发经验:

以太网芯片、CPU、SoC、RPGA、电源类、塑膜混合类等产品均有测试开发经验。

2. 定制化高端检测技术:

10000PIN/2Gbps 晶圆测试能力;5000PIN、40GHz 成品测试能力;40GHzPCB设计及仿真能力。

3. 赋能全产业链的一站式检测平台:

具备5英寸-12英寸量产能力,年测试量60万片;具备QFN、BGA等PP量产能力,年测试量10亿颗;产品包括消费类、工业级、车规级等;覆盖集成电路检验全流程板卡,包括测试板、老炼试验板、ESD板和辐照单粒子试验板等,覆盖国内主流机型;AEC-Q100 集成电路认证标准、AEC-Q101 分立器件认证标准。


中科芯集成电路有限公司是世界500强中国电子科技集团有限公司打造的高科技电子企业,拥有集成电路设计、制版、工艺、测试、封装、可靠性和应用等完整产业链,获得多项国家、部级科技进步奖,是推进我国集成电路产业跨越式发展的骨干力量。

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