可測性設(shè)計結(jié)構(gòu)提高電路內(nèi)系統(tǒng)模塊的可測試性

引 言

集成電路的生產(chǎn)成本以測試開發(fā)、測試時間以及測試設(shè)備為主。模擬電路一般只占芯片面積的10%左右，測試成本卻占總測試成本的主要部分。所以，削減模擬部分的測試成本將有利于芯片的設(shè)計與生產(chǎn)。

數(shù)字電路有很多成熟的可測性設(shè)計技術(shù)( design fortest，DFT )，模擬電路測試還未發(fā)展到如此成熟，缺乏完善的模型進(jìn)行自動化測試。隨著集成電路的發(fā)展，混合信號芯片功能越來越復(fù)雜，但芯片I/ O 口數(shù)量跟不上芯片發(fā)展的規(guī)模，導(dǎo)致很多電路節(jié)點變得不可控制或( 與) 不可觀察，加大了測試工作的難度。

典型模擬電路有放大器、濾波器等各種線性和非線性電路，通常包含若干串聯(lián)結(jié)構(gòu)的模塊。本文從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，針對串聯(lián)結(jié)構(gòu)電路提出一種可測性設(shè)計方案,增加較少的I/ O 口，使外部測試設(shè)備可以控制觀察內(nèi)部的各個模塊，這些增加的I/ O 數(shù)目不隨內(nèi)部模塊數(shù)目而變化，同時該結(jié)構(gòu)還可以兼容邊界掃描技術(shù)。

1 系統(tǒng)級的可測性設(shè)計

1. 1 控制觀察模塊

控制觀察模塊( contr ol observ e module，COM) 的等效模型如圖1( a) 所示。由開關(guān)1、開關(guān)2、開關(guān)3 上的高低電平組成模塊工作的指令碼( Inst ruct ion Code) 。

如圖1( b) 分別有透明模式，測試觀察模式和測試輸入模式。控制這三種模式的指令碼分別為010，100，001?？墒瓜到y(tǒng)電路和嵌入式模塊間建立各種通路連接方式。

1. 2 基本原理

如圖2 所示，In 是原始輸入端，Out 是原始輸出端,在M1( 模擬電路模塊1) 、M2( 模擬電路模塊2) 和M3( 模擬電路模塊3) 之間插入COM，A B1 和AB2 是測試端口，其中AB1 為COM 觀察輸出端，AB2 為COM 控制輸入端，IR( 指令寄存器) 與COM 模式端連接，所有IR 串聯(lián)連接，在clk 作用下串行輸入指令碼，rst 為置零端。

圖2 DFT 設(shè)計的基本原理框圖

當(dāng)COM1 和COM2 為透明模式時，輸入In 的信號經(jīng)M1，M2 和M3 到輸出Out ，測試整個通路，指令碼為010010;當(dāng)COM1 為測試觀察模式，COM2 為測試控制模式時，由通路In →M1 →COM1 → AB1 可以單獨測試M1，由通路AB2 →COM2 →M3 → Out 可以單獨測試M3，指令碼為100001;當(dāng)COM1 為測試控制模式，COM2 為測試觀察模式時，由通路AB2 →COM1 →M2 →COM2 →AB1 可以單獨測試M2，指令碼為001100;當(dāng)COM1 為透明模式，COM2 為測試觀察模式時,由通路In →M1 → COM1 →M2 → COM2 → AB1 可以單獨測試M1 與M2 組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，指令碼為010100;當(dāng)COM1 為測試控制模式，COM2 為透明模式時,由通路AB2 → COM1 →M2 →COM2 →M3 →Out 可以單獨測試M2 與M3 組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，指令碼為001010。

對于n 個模擬電路模塊，通過合適的指令碼也可以隔離若干內(nèi)部模塊進(jìn)行單獨測試。

2 DFT 結(jié)構(gòu)的具體實現(xiàn)與仿真

2. 1 COM 模塊和指令寄存器的實現(xiàn)

COM 模塊內(nèi)部的模擬開關(guān)選擇雙向傳輸性好的時鐘控制CMOS 互補(bǔ)門實現(xiàn)。為了有效傳輸信號，傳輸門導(dǎo)通電阻不能隨輸入信號的變化而有太大的波動。

它的導(dǎo)通電阻計算如下：

傳輸門導(dǎo)通電阻基本不受輸入信號的影響。經(jīng)仿真，該互補(bǔ)開關(guān)的- 3 dB 帶寬達(dá)到121. 8 MHz，可以滿足大多數(shù)模擬電路的帶寬要求。

指令寄存器模塊用來實現(xiàn)指令移位傳輸以及存儲的功能，它由D 觸發(fā)器組成的移位寄存單元實現(xiàn),并且加入了異步置零端。

2. 2 整體結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)與驗證仿真

在模擬電路設(shè)計中多級運算放大器的使用很常見 ，作為驗證，模擬電路模塊M1~ M3 選擇運算放大器緩沖模塊，對電路進(jìn)行DFT 設(shè)計，使用Cadence 軟件，基于0. 5 um CMOS 工藝庫對該DFT 結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能仿真分析。

指令寄存器置零時所有開關(guān)斷開，輸入信號為偏置2 V，振幅1 V 的1 MHz 正弦波，各輸出端被截止。

圖3是在各種指令碼下，電路信號傳輸?shù)姆抡娣治觯斎胄盘柧芡ㄟ^特定通路有效傳輸?shù)街付ㄝ敵?a target="_blank">端口。

圖3 各種指令碼下的電路整體仿真結(jié)果

3 與邊界掃描技術(shù)的兼容性

邊界掃描測試技術(shù) 在降低產(chǎn)品測試成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性以及縮短產(chǎn)品上市時間等方面有顯著的優(yōu)點，目前在數(shù)字電路的測試中已得到很多應(yīng)用。

它也可應(yīng)用于混合信號測試，圖4 就是一種混合信號芯片測試方案。本文設(shè)計的DFT 結(jié)構(gòu)中指令寄存器串接在IEEE 1149. 1 標(biāo)準(zhǔn)中的掃描寄存器后，共用時鐘信號，可以進(jìn)行聯(lián)合測試，并且進(jìn)一步減少了模擬部分額外引出的端口數(shù)。

圖4 混合信號芯片測試的一種方案

4 結(jié) 語

本文針對串聯(lián)結(jié)構(gòu)的模擬集成電路提出一種可測性設(shè)計結(jié)構(gòu)，提高了電路的可控制性及可觀察性，實現(xiàn)對電路整體以及內(nèi)部單一或幾個相鄰模塊的測試。仿真分析證明，該結(jié)構(gòu)簡單有效，只需額外引出5 個PAD，數(shù)目少，靈活性高，不隨模塊數(shù)增加而變化，并可兼容邊界掃描技術(shù)。不過，在提高可測試性的同時，會在一定程度上增加芯片的面積和功耗。