CN104764914A - 误差补偿方法与应用此方法的自动测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种误差补偿方法与应用此方法的自动测试设备，此误差补偿方法包含以环形振荡器依据至少一个环境因子，产生第一时钟信号。并依据系统时钟信号与第一时钟信号，得到周期测定值。再依据周期测定值与周期预期值，得到补正率。而后依据补正率，补偿测试信号的误差。

Description

误差补偿方法与应用此方法的自动测试设备

技术领域

本发明关于一种误差补偿方法与应用此方法的自动测试设备，特别关于一种利用环形振荡器特性而实现的误差补偿方法与应用此方法的自动测试设备。

背景技术

在集成电路生产流程中，自动测试是非常重要的一个环节。利用自动测试可以找出功能不正常的集成电路芯片，从而避免让客户拿到这样不正常的集成电路芯片。一般而言，自动测试以自动测试设备来完成。自动测试设备可以用多种预设的测试条件以及测试信号来同时对一个或多个待测物(deviceunder test,DUT)进行测试。

然而，当自动测试设备运行时，自动测试设备的电源电压与环境温度可能会因为多个电路同时操作而不稳定。举例来说，电源电压可能会较预设的电压值为低，而环境温度可能会较预设的温度值为高。这些环境因子的变异，都可能使自动测试设备所送出的测试信号或时钟信号不正确，如何能正确的补偿这些信号的误差，是一个待解决的问题。

发明内容

有鉴于以上的问题，本发明提出一种误差补偿方法与应用此方法的自动测试设备，利用环形振荡器去模拟自动测试设备中的控制电路的传播延迟(propagation delay)因为温度或电压变异所产生的误差，从而以环形振荡器所输出的时钟信号的变异量产生一个补正率。并利用所计算出来的补正率，调整送给延迟线路的控制信号送出的时间点，藉以使延迟线路所输出的信号的信号边缘发生的时间点与预期的时间点相同。

依据本发明一个或多个实施例所实现的一种误差补偿方法，适于一自动测试设备，此方法包含以环形振荡器依据至少一个环境因子，产生第一时钟信号。并依据系统时钟信号与第一时钟信号，得到周期测定值。再依据周期测定值与周期预期值，得到补正率。而后依据补正率，补偿测试信号的误差。

而依据本发明一个或多个实施例所实现一种自动测试设备，至少包含环形振荡器、周期测定单元与除法演算单元。环形振荡器用以依据至少一个环境因子产生第一时钟信号。周期量测单元电性连接至环形振荡器，用以依据系统时钟信号与第一时钟信号，得到周期测定值。而除法演算单元电性连接至周期量测单元，用以依据周期测定值与一个周期预期值，得到补正率。补正率用以补偿测试信号的误差。

依据本发明一个或多个实施例所公开的误差补偿方法与应用此方法的自动测试设备，利用环形振荡器所产生的第一时钟信号会因为环境温度与电源电压而变的特性，去模拟自动测试设备中的控制电路的传播延迟因为环境温度与电源电压而发生的变异。从而补偿送给延迟线路的控制信号的变异，而使延迟线路所输出的测试信号的信号边缘发生的时间点符合所设定的时间点。

以上之关于本发明内容的说明及以下之实施方式的说明系用以示范与解释本发明之精神与原理，并且提供本发明的权利要求保护范围更进一步之解释。

附图说明

图1为依据本发明一实施例的自动测试设备功能方块图。

图2为依据本发明一实施例中图1的变动量演算线路功能方块图。

图3为依据本发明一实施例的环形振荡器电路示意图。

图4为依据本发明一实施例中图2的周期量测单元功能方块图。

图5为依据本发明一实施例中周期量测单元中多个信号的时序图。

图6A为依据本发明一实施例的误差补偿方法流程图。

图6B为依据本发明一实施例中，于图6A之前的方法流程图。

其中，附图标记：

1        自动测试设备      11            变动量演算线路

111      环形振荡器        INV₁～INV_2N+7 反相器

1113     多工器            113           周期量测单元

1131     周期设定线路

1133     计数器

115      除法演算单元

13       校正回路

15       时间计算模块

17       控制模块

19       延迟线路

00、01、10、11输入接脚

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明之详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求保护范围及附图，任何本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关目的及优点。以下之实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

关于本发明一个实施例中的自动测试设备，请参照图1，其为依据本发明一实施例的自动测试设备功能方块图。如图1所示，自动测试设备1可以包含变动量演算线路11、校正回路13、时间计算模块15、控制模块17与延迟线路19。其中变动量演算线路11与校正回路13电性连接，控制模块17分别电性连接至校正回路13与时间计算模块15，而延迟线路19电性连接至控制模块17。

变动量演算线路11用以产生一个补正率，以补偿自动测试设备1之中其他模块及线路因为环境因子(例如环境温度或是电源电压)的变异而产生的误差。关于变动量演算线路11的构造及运作原理，请参照图2，其为依据本发明一实施例中图1的变动量演算线路功能方块图。如图2所示，变动量演算线路11可以包含环形振荡器111(ring oscillator)、周期量测单元113与除法演算单元115。其中周期量测单元113电性连接于环形振荡器111与除法演算单元115之间。

环形振荡器111用以依据至少一个环境因子产生第一时钟信号。实作上，环形振荡器111可以由2k+1个反相器(inverter,NOT-gate)串连接成一个环状而形成，依据巴克豪生准则(Barkhausen’s criterion)可以知道环形振荡器111不是一个稳定收敛的回授电路(feedback loop circuit)因此会发生振荡的现象。并且由于电路学基本原理可以推定环形振荡器111所产生的第一时钟信号的周期大致等于2k+1个反相器的传播延迟(propagation delay)的两倍。因此，可以藉由特定的架构，设计出可调整输出的时钟信号的周期的环形振荡器111。并且，可以在环境温度等于预设温度且电源电压等于预设电压时，调整环形振荡器111所输出的第一时钟信号的的周期至一个周期设定值。而后可以用周期设定值跟系统时钟信号来计算出周期预期值。

于本发明一实施例中，关于前述的环形振荡器111，可以参照图3，其系依据本发明一实施例的环形振荡器电路示意图。如图3所示，环形振荡器111可以包含2N+7个反相器INV₁至INV_2N+7与一个四对一多工器1113(four-to-onemultiplexer,4-1MUX)。并且第2N+1个反相器INV_2N+1、第2N+3个反相器INV_2N+3、第2N+5个反相器INV_2N+5与第2N+7个反相器INV_2N+7的输出端分别连接至多工器1113的四个输入接脚，也就是输入接脚00、输入接脚01、输入接脚10与输入接脚11。而多工器1113依据周期设定信号来将其中一个输入接脚桥接(bridge)至多工器1113的输出接脚，此输出接脚并且直接连接至第1个反相器INV₁的输入端。举例来说，当周期设定信号为00时，一共有2N+1个反相器INV₁至INV_2N+1形成一个振荡回路，因此环形振荡器111所输出的第一时钟信号的周期大约为4N+2倍的反相器1111的传播延迟(propagation delay,Tp)。而当周期设定信号为11时，一共有2N+7个反相器INV₁至INV_2N+7形成一个振荡回路，因此环形振荡器111所输出的第一时钟信号的周期大约为4N+14倍的反相器1111的传播延迟Tp。

因此，以图3所举例的环形振荡器111，第一时钟信号的周期可以是(4N+2)Tp、(4N+6)Tp、(4N+10)Tp或(4N+14)Tp。举例来说，若N为10，每个反相器的传播延迟Tp为0.1纳秒，则第一时钟信号的周期可以是4.2纳秒、4.6纳秒、5纳秒或5.4纳秒。因此，周期设定信号为00时所对应的周期设定值为4.2纳秒，周期设定信号为01时所对应的周期设定值为4.6纳秒，周期设定信号为10时所对应的周期设定值为5纳秒，而周期设定信号为11时所对应的周期设定值为5.4纳秒。虽然在本实施例中仅公开具有四个可选择的周期设定值的环形振荡器111，然而依据本发明的精神，环形振荡器111所输出的第一时钟信号可供选择的周期设定值可以不限于四个，也可以是八个或任意正整数个，本发明不加以限定。

周期量测单元113用以依据系统时钟信号与环形振荡器111所输出的第一时钟信号，来得到一个周期测定值。更明确的来说，关于本发明一实施例中的周期量测单元113，请参照图4，其为依据本发明一实施例中图2的周期量测单元功能方块图。如图4所示，周期量测单元113中可以包含周期设定线路1131与计数器1133，周期设定线路1131电性连接至环形振荡器111，而计数器1133电性连接于周期设定线路1131与除法演算单元115之间。

周期设定线路1131用以依据第一时钟信号与一个量测数量设定来产生量测周期信号。请参照图5，其为依据本发明一实施例中周期量测单元中多个信号的时序图。举例来说，当量测数量设定是8的时候，则周期设定线路1131所输出的量测周期信号中，每个高逻辑准位所占的时间长度相当于第一时钟信号的8个周期。在一种实作方式中，周期设定线路1131可以用一个除频器(frequency divider,FD)来实现。

计数器1133依据量测周期信号与系统时钟信号，来产生周期测定值。于一个实施例中，量测周期信号可以作为计数器1133的一个“致能信号”(enablesignal)，从而当量测周期信号是高逻辑准位的时间区间内，计数器1133可以计算系统时钟信号有几个正缘(positive edge)或是几个负缘(negativeedge)，来当作周期测定值。于图5的实施例中，当量测周期信号的正缘以前，周期测定值可以被设定为0或是其他定值。而当量测周期信号为高逻辑准位时，计数器1133将周期测定值设定为0，并且在系统时钟信号的每一个正缘都使周期测定值被加一。而在量测周期信号的负缘发生后，量测周期信号的下一个正缘发生前至少一段时间不再更动周期测定值，并把周期测定值送给除法演算单元115以供后续的计算。

除法演算单元115用以依据周期量测单元113所产生的周期测定值与前述的周期预期值，来得到补正率，提供给自动测试设备1来依据补正率补偿测试信号的误差。于一个实施例中，补正率(P_C)可以被定义为：

$P_C=\frac{N_e-N_m}{N_e}---\left(1\right)$

其中在方程式(1)中，N_e是周期预期值，N_m是周期测定值。于在一个实施例中，周期预期值N_e可以是被设定成8、16、32或是2^m，其中m是正整数。藉此，除法演算单元115可以包含一个多位元减法器与一个多位元移位器(shifter)，以减法器计算出周期预期值与周期测定值的差值后，将这个差值的特定几个相邻的位元，以移位器输出做为补正率。藉此，相较于周期预期值N_e不是2的整数次方的实施例，除法演算单元115的电路复杂度较低。

此外，依据上述，当周期预期值N_e大于周期测定值N_m时，表示第一时钟信号的周期相较于周期设定值较小，因此在量测周期信号为高逻辑准位的时间区间内，数到较少的系统时钟信号的正缘。因此表示自动测试设备1中的一个或多个控制信号的传播延迟较标准的传播延迟更短。反之，周期预期值N_e小于周期测定值N_m时，表示第一时钟信号的周期相较于周期设定值较大，因此在量测周期信号为高逻辑准位的时间区间内，数到较多的系统时钟信号的正缘。因此表示自动测试设备1中的一个或多个控制信号的传播延迟较标准的传播延迟更长。藉此，补正率的正负号可以用来指示控制模块17应该要提早送出控制信号(当传播延迟较长时)或是延后送出控制信号(传播延迟较短时)。

接着请回到图1，校正回路13用以依据前述变动量演算电路11所输出的补正率，来产生一个校正信号。于一个实施例中，校正回路13送出的校正信号是用来告诉控制模块17，因为环境因子(环境温度及/或电源电压)的变异，整体电路的传播延迟会有多少变异量。于此实施例中，校正回路13可以直接将前述补正率作为所述的变异量。也就是说，环形振荡器111所输出的第一时钟信号需要被补正的比例(补正率)大致等于自动测试设备1中的诸多控制电路的传输延迟需要被补正的比例。

于另外一个实施例中，校正回路13中可以存有一个补正率对传播延迟的对照表，也就是说每个补正率对应的传播延迟的对照表。并且依据补正率可以找出对应的传播延迟，而后与补正率为零的传播延迟来计算出自动测试设备1的诸多控制电路的传播延迟需要被修正的数值(例如时间差)。而校正信号可以包含前述算出的数值。

时间计算模块15用以依据时间设定值与延迟控制信号来产生一个时间设定信号。更明确来说，时间设定值是用来定义测试信号的占空比(duty ratio)或该测试信号的信号边缘(positive/negative edge)发生的时间点。而时间计算模块15可以依据延迟控制信号来得知当前的延迟控制信号是否符合预期并依据时间设定值来决定时间设定信号要如何指示控制模块17来调整延迟控制信号。

控制模块17用以依据系统时钟信号、校正回路13所送出的校正信号与时间计算模块15所送出的时间设定信号，产生延迟控制信号来控制延迟线路19。具体来说，若收到时间设定信号，控制模块17可以知道必须在哪一个时间点让延迟控制信号产生一个正缘，而又在那一个时间点让延迟控制信号产生一个负缘。而收到校正信号，控制模块17可以知道整个延迟控制信号的传播延迟与标准的传播延迟会有多少变异。举例来说，控制模块17依据时间设定信号知道要在启动后第50纳秒的时候让延迟控制信号产生一个正缘，并依据校正信号知道当前的环境温度与电源电压会使延迟控制信号的传播延迟比起标准的传播延迟慢上0.1纳秒，则控制模块17会在第49.9纳秒的时候让延迟控制信号产生一个正缘，因此实际上延迟控制信号送到延迟线路19的时间点会符合预设的时间点。

延迟线路19用以依据延迟控制信号产生测试信号以提供给待测物，以进行所欲进行的测试。延迟线路19在实作上可以是多个反相器的串接，藉此降低后端待测物的负载因为负载效应而对控制模块所送出的延迟控制信号的传播延迟造成的影响。而测试信号可以是具有特定正缘负缘模式(pattern)的输入信号，也可以是特定的时钟信号，本发明在此不加以限制。

现有的自动测试设备没有本案中的“变动量演算电路11”的存在，当时间计算模块、控制模块要控制延迟线路来产生并输出测试信号时，实质上这个控制的信号在电路中传播时会有“传播延迟”，而在设计上会以预设温度、预设的电源电压时的“标准的传播延迟”来设计电路。因此现有的自动测试设备在运作时，因为对多个待测物供电，而有了电源电压及/或环境温度的变异。随着变异的产生，传播延迟也不再等于标准的传播延迟，而使输出的测试信号的占空比及/或信号边缘与预设的占空比及/或信号边缘不同。

举例来说，在一个测试事件中，预设要在启动后，在第10纳秒时产生测试信号的正缘(rising edge)，而后在第30纳秒时产生测试信号的负缘(falling edge)，接着在第35纳秒时产生测试信号的正缘。然而，实际上环境温度比预设温度高了摄氏20度，且电源电压比预设的电源电压低了0.1伏特，因此实际上的传播延迟比起标准的传播延迟大约慢了0.1纳秒。因此会在第10.1纳秒时产生测试信号的正缘，而后在第30.1纳秒时产生测试信号的负缘，接着在第35.1纳秒时产生测试信号的正缘。如此可能会造成测试上的错误。

在另一个测试事件中，因为实际上环境温度比预设温度高了摄氏20度与电源电压比预设的电源电压低了0.1伏特，因此实际上，控制正缘发生的信号的传播延迟比标准的传播延迟大约慢了0.1纳秒，而控制负缘发生的信号的传播延迟比标准的传播延迟大约慢了0.2纳秒。因此会在第10.1纳秒时产生测试信号的正缘，而后在第30.2耐秒时产生测试信号的负缘，接着在第35.1纳秒时产生测试信号的正缘。因此不只信号边缘发生的时间点有误，连测试信号的占空比都与预设的占空比不同。

相较之下，本发明一个或多个实施例中的自动测试设备1包含变动量演算电路11，而可以即时推估出自动测试设备1中的一个或多个控制信号在传播时的传播延迟会比起标准的传播延迟有多少差异(较快或者较慢)，从而依据所推估出来的差异来让控制模块17调整信号产生的时间点，以补偿因为环境温度及/或电源电压等环境因素所造成的传播延迟变异。

依据本发明一实施例所实现的适用于自动测试设备的误差补偿方法，请参照图6A，其为依据本发明一实施例的误差补偿方法流程图。如步骤S510所示，以环形振荡器依据至少一个环境因子，产生第一时钟信号。并如步骤S520所示，依据系统时钟信号与第一时钟信号，得到周期测定值。再如步骤S530所示，依据周期测定值与周期预期值，得到补正率。而后如步骤S540所示，依据补正率，补偿测试信号的误差。

此外，关于本发明另一实施例的误差补偿方法，可以更参照图6B，其为依据本发明另一实施例的误差补偿方法流程图。相较于图6A，在步骤S510之前，可以更包含步骤S505，设定环形振荡器的第一时钟信号，在环境温度等于预设温度且电源电压等于预设电压时，第一时钟信号的周期等于周期设定值。以及步骤S507，依据周期设定值与系统时钟信号，得到周期预期值。

综上所述，依据本发明一个或多个实施例所公开的误差补偿方法与应用此方法的自动测试设备，利用环形振荡器所产生的第一时钟信号会因为环境温度与电源电压而变的特性，去模拟自动测试设备中的多个模块与电路的传播延迟因为环境温度与电源电压而发生的变异。从而补偿送给延迟线路的控制信号的变异，而使延迟线路所输出的测试信号的信号边缘发生的时间点符合所设定的时间点。

Claims (10)

1.一种误差补偿方法，适于一自动测试设备，其特征在于，此方法包含：

以一环形振荡器依据至少一环境因子，产生一第一时钟信号；

依据一系统时钟信号与该第一时钟信号，得到一周期测定值；以及

依据该周期测定值与一周期预期值，得到一补正率；

依据该补正率，补偿一测试信号的误差。

2.如权利要求1所述的误差补偿方法，其特征在于，该环境因子选自由该自动测试设备的一环境温度与该自动测试设备所提供的一电源电压所组成的群组其中至少之一，并且此误差补偿方法还包含：

设定该环形振荡器的该第一时钟信号，在该环境温度等于一预设温度且该电源电压等于一预设电压时，该第一时钟信号的周期等于一周期设定值；以及

依据该周期设定值与该系统时钟信号，得到该周期预期值。

3.如权利要求1所述的误差补偿方法，其特征在于，该补正率正比于该周期预期值与该周期测定值之间的一差值，且该补正率反比于该周期测定值。

4.如权利要求1所述的误差补偿方法，其特征在于，在依据该补正率，补偿该测试信号的误差的步骤中包含：

依据该补正率与一时间设定值，产生一延迟控制信号；以及

以该延迟控制信号控制一延迟线路，以产生该测试信号。

5.如权利要求4所述的误差补偿方法，其特征在于，该时间设定值用以定义该测试信号的占空比与该测试信号的信号边缘发生的时间点其中至少之一。

6.一种自动测试设备，其特征在于，包含：

一环形振荡器，用以依据至少一环境因子产生一第一时钟信号；

一周期量测单元，电性连接至该环形振荡器，用以依据一系统时钟信号与该第一时钟信号，得到一周期测定值；以及

一除法演算单元，电性连接至该周期量测单元，用以依据该周期测定值与一周期预期值，得到一补正率，该补正率用以补偿一测试信号的误差。

7.如权利要求6所述的自动测试设备，其特征在于，该环境因子选自由该自动测试设备的一环境温度与该自动测试设备所提供的一电源电压所组成的群组其中至少之一，并且在该环境温度等于一预设温度且该电源电压等于一预设电压时等于一周期设定值时，该第一时钟信号的周期等于一周期设定值，并依据该周期设定值与该系统时钟信号，设定该周期预期值。

8.如权利要求6所述的自动测试设备，其特征在于，该补正率，该补正率正比于该周期预期值与该周期测定值之间的一差值，且该补正率反比于该周期测定值。

9.如权利要求6所述的自动测试设备，其特征在于，还包含：

一校正回路，电性连接至该除法演算单元，用以依据该补正率产生一校正信号；

一时间计算模块，用以依据一时间设定值与一延迟控制信号，产生一时间设定信号；

一控制模块，电性连接至该校正回路与该时间计算模块，用以依据该系统时钟信号、该校正信号与该时间设定信号，产生该延迟控制信号；以及

一延迟线路，电性连接至该控制模块，用以依据该延迟控制信号产生该测试信号。

10.如权利要求9所述的自动测试设备，其特征在于，该时间设定值用以定义该输出时钟信号的占空比与该输出时钟信号的信号边缘的时间点其中至少之一。