芯片VOH/VOL、VIH/VIL、IIH/IIL测试原理

tananan123

1292人浏览 · 2026-01-15 17:22:04

tananan123 · 2026-01-15 17:22:04 发布

芯片VOH/VOL、VIH/VIL、IIH/IIL测试原理

什么是VOH/VOL

VOH（输出高电压）：芯片说“1”时的底气

想象你对着话筒喊话，声音太小对方听不清，太大又会破音。VOH就是芯片输出“1”（高电平）时必须达到的最小电压值，比如1.8V的芯片，VOH可能是1.6V。如果电压低于这个值，其他器件可能误判成“0”，导致沟通失误。

VOL（输出低电压）：芯片说“0”时的底线

同理，VOL是芯片输出“0”（低电平）时允许的最大电压值。比如1.8V的芯片，VOL可能是0.2V。如果电压太高，其他器件可能误以为是个“1”。

VOH/VOL测试原理

对 VOH/VOL 的测试，主要是验证当施加拉或灌电流时，VOL/VOH 是否处于正确的电平（在输出一定的电流下能不能达到电平阈值）。当然也有测空载情况下的VOH/VOL，此时需要pmu的FNMV来进行测量，不过一般多是需要带载的情况下测量；举个例子，下表是 256 x 4 Static RAM 的 VOL/IOL & VOH/IOH 参数：
VOH测试示意图如下：
具体测试流程如下：
1. 产品供电，根据测试条件供对应的电压，即需要测什么电压情况下的VOH/VOL就供什么电压；
2. 配置产品、使待测引脚输出一个高电平；具体配置方法每个芯片都不一样，一般芯片厂商会告诉你如何进入这种待测模式；
3. 向引脚施加恒定的 IOH，等待 1-5 毫秒再测量（在 PMU 设 delay），对于不同的产品需要供的电流是不一样的，即便对于同一个产品，他也可能需要测好几个IOH条件下的VOH，IOH相当于它的负载；
4. 检测引脚电压
  - 低于 VOH（+2.4V）：Fail
  - 其他区间：Pass
需要注意的事项：
1. 因为 IOH是从 DUT 流向 PMU，所以它是一个负值。
2. 因为施加的是恒流，所以需要设置电压钳，如果测出电压比钳位电压还高，有可能是引脚逻辑设成了低电平，触发了对地保护二极管正偏。
3. VDDmin 参数表示能使 DUT 正常进行测试的最小供电电压，再小将无法得出准确的测试结果。
VOL测试示意图如下:
具体测试流程如下：
1. 产品供电，根据测试条件供对应的电压，即需要测什么电压情况下的VOH/VOL就供什么电压；
2. 配置产品、使待测引脚输出一个低电平；具体配置方法每个芯片都不一样，一般芯片厂商会告诉你如何进入这种待测模式；
3. 向引脚施加恒定的 IOL，等待 1-5 毫秒再测量（在 PMU 设 delay），对于不同的产品需要供的电流是不一样的，即便对于同一个产品，他也可能需要测好几个IOL条件下的VOL，IOL相当于它的负载；
4. 检测引脚电压
  - 高于 VOL（+0.4V）：Fail
  - 其他区间：Pass
需要注意的事项：
1. 因为 IOL是从 PMU 流向 DUT，所以它是一个正值。
2. 因为施加的是恒流，所以需要设置电压钳，如果测出电压比钳位电压还高，有可能是引脚逻辑设成了低电平，触发了对地保护二极管正偏。
3. VDDmin 参数表示能使 DUT 正常进行测试的最小供电电压，再小将无法得出准确的测试结果。

什么是VIH/VIL

VIH（输入高电平）：听清“1”的听力下限

芯片不仅是“说话者”，也是“倾听者”。VIH是芯片接收信号时，判断对方说“1”的最低电压门槛。就像你听人说话，对方声音必须≥60分贝你才能听清是“Yes”。如果对方输出的VOH低于你的VIH，你会误把“Yes”听成“No”。3.3V供电的芯片，VIH可能是2.0V。若对方芯片VOH=1.8V（低于你的VIH），通信直接失败。

VIL（输入低电平）：听清“0”的听力上限

VIL是芯片接收信号时，判断对方说“0”的最高电压上限。如果对方说“No”时声音≤30分贝你才认为是“No”，而对方实际发出40分贝（高于你的VIL），你会误以为对方在说“Yes”。3.3V芯片的VIL可能是0.8V。若对方芯片VOL=1.0V（高于你的VIL），你会把“0”误判为“1”。

VIH/VIL测试原理（功能测试法）

在测试过程中，我们无法直观地测量输入电平，而是通过功能测试来判断输入电平是否符合设计规范；
VIL/VIH 是看 DUT 能不能正常识别输入的逻辑。用功能测试法测 VIL/VIH 的示意图如下（假设此芯片左边是输入引脚，右边是输出，输入输出逻辑电平同相）：
用功能测试法测 VIL/VIH 的流程是：
1. 首先要供 VDDmax 的电源给 DUT。
2. 按照 VIL/VIH 标称值给引脚输入电压，让其他的参数满足一定余量
3. 执行功能测试，监控输出引脚的电压;
  - 低于 VOH Spec：Fail
  - 高于 VOL Spec：Fail
  - 其他区间：Pass
4. 供 VDDmin 的电源给 DUT，并重复以上的流程。
注意事项：如果遇到测试不通过的情况，如果不能定位到错误所在，可以先给多一点余量，排除因其他因素导致的问题。比如给 VIL 最优低电平（0V），给 VIH 最优高电平（VDD），看看是否能按流程通过测试，随后再逐步赋 VIH/VIL 原始值以排除问题。

什么是IIH/IIL

IIH和IIL的核心是“漏电流”。它们衡量的是输入引脚在理想高阻状态下，无法避免的微小电流泄露。这个值通常非常小（纳安到微安级），但一旦过大，就会像话筒漏电一样带来问题。

IIH：输入高电平时的输入漏电流

当发言人大声说“1”（输出高电平）时，话筒需要从发言人那里抽取一个微小的电流来维持工作。这个电流就是IIH。IIH越小，说明这个话筒越灵敏，几乎不消耗发言人的力气。

IIL：输入低电平时的输入漏电流

当发言人小声或安静说“0”（输出低电平）时，话筒内部会有微小的电流泄露回电源。这个泄露的电流就是IIL。IIL越小，说明话筒在安静时也更“本分”，不会偷偷耗电。

IIH/IIL测试原理

IIL 指的是输入引脚（I）逻辑为低电平（L）时，允许的最大拉电流（I，source，从外部经引脚往 DUT 的 VSS 漏），用来看引脚对电源的漏电流会不会超标，也是看隔离的程度，IIH 指的是输入引脚（I）逻辑为高电平（H）时，允许的最大灌电流（I，sink，从 DUT 的 VDD 经引脚往外漏）。举个例子，下表是 256 x 4 Static RAM 的 IIL 和 IIH 参数：
IIL 衡量的是输入引脚到 VDD 的电阻值；IIH 衡量的是输入引脚到 VSS 的电阻值。该测试是为了确保输入阻抗满足设计需求、输入电流不会超标
另外，IIL/IIH 测试通常仅能在纯输入引脚上执行。如果遇到双向引脚，则需要加输出负载，将其电平稳定拉高或拉低，避免在保护器件上产生电流，影响测试结果。
使用串行法测试输入引脚 IIL 的示意图如下：
测试流程如下：
1. 首先要供 VDDmax（最差情况）的电源给 DUT。
2. 将 DUT 所有输入引脚设高电平（VIH）。
3. 使用 PMU 将单个输入引脚拉低到 VSS。
4. 等待 1~5 微秒，检测电流值。
  - 低于 IIL（-10µA）：Fail（灌进 DUT 的电流超标）
  - 其他区间：Pass
使用串行法测试输入引脚 IIH 的示意图如下：
测试流程如下：
1. 首先要供 VDDmax 的电源给 DUT。
2. 将 DUT 所有输入引脚设低电平（VIL）。
3. 使用 PMU 将单个输入引脚拉高到 VDDmax。
4. 等待 1~5 微秒，检测电流值。
  - 高于 IIH（+10µA）：Fail（流出 DUT 的电流超标）
  - 其他区间：Pass