CN107436379B - 用于测试模拟信号的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于测试模拟信号的系统，所述系统包括参考信号生成装置、多个比较装置以及存储装置，其中，所述参考信号生成装置用于生成参考信号；所述比较装置的数量与待测信号的数量相同，每个比较装置分别用于将一个待测信号与所述参考信号进行比较并生成比较结果信号；以及所述存储装置用于存储基于所述比较结果信号的测量结果并串行输出所述测量结果。本发明所提供的用于测试模拟信号的系统可以同时测量多个待测信号，减少测试时间，并且由于采用存储装置存储并串行输出测量结果，因此能够减少测试操作所需的焊盘，从而降低测试操作的复杂性。

Description

用于测试模拟信号的系统
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体而言涉及一种用于测试模拟信号的系统。
背景技术
随着工艺尺寸的不断缩小，芯片上面集成的电路越来越多，功能也变得越来越复杂，芯片测试所需要的I/O焊盘(PAD)也会随之增加，而PAD之间有严格的尺寸限制，一定长度的PAD数目非常有限，给芯片测试造成了很大的困难。
传统的测量模拟信号电压的方式是将模拟信号接到PAD测量。随着电路复杂度的增加，会需要很多的PAD，测试时间将随着信号数目的增加而增加，同时增加了测试操作的复杂性，也会给测试的准确性造成影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于测试模拟信号的系统，其特征在于，所述系统包括参考信号生成装置、多个比较装置以及存储装置，其中，所述参考信号生成装置用于生成参考信号；所述比较装置的数量与待测信号的数量相同，每个比较装置分别用于将一个待测信号与所述参考信号进行比较并生成比较结果信号；以及所述存储装置用于存储基于所述比较结果信号的测量结果并串行输出所述测量结果。
在本发明的一个实施例中，所述参考信号生成装置进一步用于生成在预定基准信号范围内按照预定增量进行变化的阶梯参考信号。
在本发明的一个实施例中，当所述待测信号在所述预定基准信号范围内时，所述测量结果包括使所述比较装置输出的比较结果信号发生跳变时的阶梯参考信号。
示例性地，当所述待测信号在所述预定基准信号范围内时，所述测量结果进一步为使所述比较装置输出的比较结果信号发生跳变时的阶梯参考信号在预定基准信号的基础上按照所述预定增量所变化的次数。
在本发明的一个实施例中，当所述待测信号不在所述预定基准信号范围内时，所述测量结果为所述比较装置的比较结果信号。
示例性地，所述比较结果信号包括第一信号和第二信号，所述第一信号指示所述待测信号小于所述预定基准信号范围的最小值，所述第二信号指示所述待测信号大于所述预定基准信号范围的最大值。
在本发明的一个实施例中，所述存储装置包括锁存器和存储器，所述锁存器锁存所述测量结果并将所述测量结果写入到所述存储器，所述存储器在读使能时串行输出所述测量结果。
在本发明的一个实施例中，所述参考信号生成装置由分压电路实现。
示例性地，所述分压电路包括多个串联连接的电阻。
在本发明的一个实施例中，所述比较装置由运算放大器实现。
本发明所提供的用于测试模拟信号的系统可以同时测量多个待测信号，减少测试时间，并且由于采用存储装置存储并串行输出测量结果，因此能够减少测试操作所需的焊盘，从而降低测试操作的复杂性。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1示出了现有的测试模拟信号的示例性电路；
图2示出了根据本发明实施例的用于测试模拟信号的系统的结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例的用于测试模拟信号的系统的示例性电路；
图4示出了图3所示电路的工作流程示意图；以及
图5示出了图3所示电路的仿真结果示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
图1示出了现有的测试模拟信号的示例性电路100。如图1所示，该测试模拟信号的示例性电路100包括多路复用器104和比较器106。其中，电路100在经电源108上电后，多路复用器104在选择信号110的控制下从多个待测信号102中选择一个待测信号输入到比较器106；比较器106在使能信号114的控制下将多路复用器104所选择的一个待测信号与参考信号112进行比较，并直接输出比较结果116作为测量结果。
对于图1所示的测试模拟信号的电路100，由于运用多路复用器选择一个待测信号，因此每次仅能测试一个待测信号。随着电路复杂度的增加，待测信号的数目随之增加，如采用图1所示的电路100，测试时间也将随着待测信号数目的增加而增加。此外，随着电路复杂度的增加，所需要的PAD的数目也随之增加，这将增加测试操作的复杂性，也会给测试的准确性造成影响。而且，运用多路复用器选择待测信号并逐个进行模数转换，对于新的工艺节点，需要重新设计电路并仿真以保证电路的功能，这将增加电路的复杂程度，并增加测量所需的时间。
为了克服上述缺陷，本发明提供一种用于测试模拟信号的系统。图2示出了根据本发明实施例的用于测试模拟信号的系统200的结构示意图。如图2所示，系统200包括参考信号生成装置201、多个比较装置202(1)～202(n)以及存储装置203。
其中，参考信号生成装置201用于生成参考信号，该参考信号用于输入到比较装置202以与待测信号进行比较。
比较装置202的数量取决于待测信号的数量，例如当包括n个待测信号1～n时，比较装置202的数量为n，例如如图2所示的比较装置202(1)～202(n)，其中n为大于1的自然数。每个比较装置202分别用于将一个待测信号与参考信号进行比较并各自生成比较结果的信号1～n。
存储装置203用于存储基于多个比较装置202各自的比较结果信号的测量结果，并在使能信号(未在图2中示出)的控制下串行地输出测量结果。
示例性地，该测量结果可以为比较装置202的比较结果信号。可替代地，该测量结果可以为基于多个比较结果信号的其他信号，例如在某比较结果信号下的参考信号等，稍后会进行更详细的描述。
由于用于测试模拟信号的系统200包括与待测信号数目相同的比较装置，因此可以同时大批量的测试多个待测信号，大大减少了测试时间。此外，由于采用存储装置存储多个测量结果，并将多个测量结果串行输出，因此可以大大减少所需要的PAD的数目，实现利用有限的I/O PAD测量大量的信号，大大降低了测试操作的复杂性。
根据本发明的一个实施例，参考信号生成装置201可以进一步用于生成在预定基准信号范围内按照预定增量进行变化的阶梯参考信号。
示例性地，预定基准信号范围可以包括从第一基准信号到第二基准信号的范围，其中第一基准信号小于第二基准信号。参考信号生成装置201可以生成在第一基准信号的基础上按照预定的增量(步进值)增大的阶梯参考信号，或者在第二基准信号的基础上按照预定的增量减小的阶梯参考信号。这样，可以提高参考信号(参考电压)的精度，从而提高整个测试系统的精度，并且可以避免外部输入参考电压毛刺等影响。
示例性地，参考信号生成装置201可以采用分压电路来实现。例如，分压电路可以包括多个串联连接的电阻。参考电压的步进值为总的电压除以电阻的数目。考虑到噪声等干扰，PAD可以输入的电压值精度有限，利用根据本发明实施例的该参考信号生成装置201可以根据PAD输入电压和电阻分压得到高精度的步进电压，并用于参考电压。这样的量测电路在制程开发的初期就可以进行设计，不需要等待高精度的DA/AD验证完成。
在本发明的一个实施例中，当待测信号在预定基准信号范围内时，存储装置203存储并输出的测量结果可以为使比较装置202输出的比较结果信号发生跳变时的阶梯参考信号。例如，当比较装置202确定待测信号大于第一基准信号且小于第二基准信号时，在参考信号从第一基准信号按照预定增量增大的过程中，比较装置202的比较结果信号可突然跳变，此时，该参考信号与待测信号最为接近，可作为待测信号的测量结果存储到存储装置203中。
进一步地，当待测信号在预定基准信号范围内时，存储装置203存储并输出的测量结果可以为使比较装置202输出的比较结果信号发生跳变时的阶梯参考信号在预定基准信号的基础上按照预定增量所变化的次数，可以将该次数称为阶梯数目。基于该阶梯数目进行计算，即可得到待测信号的测量结果。示例性地，该测量结果等于基准电压+阶梯电压(步进电压)*阶梯数目。
在本发明的一个实施例中，当待测信号不在预定基准信号范围内时，存储装置203存储并输出的测量结果可以为比较装置202的比较结果信号。示例性地，该比较结果信号包括第一信号和第二信号，其中，第一信号指示待测信号小于预定基准信号范围的最小值，第二信号指示待测信号大于预定基准信号范围的最大值。
例如，预定基准信号范围可以包括从第一基准信号到第二基准信号的范围，其中第一基准信号小于第二基准信号。当比较装置202确定待测信号小于第一基准信号时，向存储装置203输出第一信号(例如1)，该第一信号指示待测信号小于预定基准信号范围的最小值；当比较装置202确定待测信号大于第二基准信号时，向存储装置203输出第二信号(例如0)，该第二信号指示待测信号大于预定基准信号范围的最大值。
无论待测信号是否处于预定基准电压范围内，经系统200的测量后测量结果均存储在存储装置203中，存储装置203可将这些测量结果一起串行输出。
在本发明的一个实施例中，存储装置203可以包括锁存器和存储器。其中，锁存器锁存测量结果并将测量结果写入到存储器，存储器在读使能时串行输出测量结果。
示例性地，锁存器锁存参考信号生成装置201所生成的阶梯参考信号的电压。当比较装置202的比较结果信号发生跳变时，存储器写使能，同时锁存器打开，将阶梯参考信号此时的电压写入存储器。当打开读使能信号，就可以顺序读出存储器的值。
在另一个示例中，锁存器锁存阶梯参考信号在预定基准信号的基础上按照预定增量所变化的次数(即阶梯数目)。当比较装置202的比较结果信号发生跳变时，存储器写使能，同时锁存器打开，将此时的阶梯参考信号的阶梯数目写入存储器。当打开读使能信号，就可以顺序读出存储器的值，基于该值进行计算，即可得到待测信号的测量结果。示例性地，该测量结果等于基准电压+阶梯电压(步进电压)*阶梯数目。
在又一个示例中，锁存器锁存比较装置202所输出的比较结果信号。当比较装置202确定待测信号不在预定基准信号范围内时，锁存器将来自比较装置202的比较结果信号作为测量结果写入到存储器，在存储器读使能时，串行输出该测量结果。通过该测量结果，可得出待测信号不在预定基准信号范围内。进一步地，该测量结果可以指示待测信号小于预定基准信号范围的最小值，或指示待测信号大于预定基准信号范围的最大值。
示例性地，上述比较装置202可以由运算放大器实现。
示例性实施例一
图3示出了根据上述实施例的用于测试模拟信号的系统300的示例性电路。如图3所示，系统300包括分压电路301、n个实现为运算放大器的比较器OP1～OPn、锁存器302以及存储器303。其中，n为大于1的自然数。
其中，分压电路301总电压为VDD，分压电路301用于生成在预定基准电压范围内按照预定增量进行变化的阶梯参考电压V_reference，用于输入到比较器中，以分别与待测信号1～n的电压进行比较。
锁存器302锁存阶梯参考电压。当待测信号电压处于预定基准电压范围内时，锁存器302将比较器的比较结果信号发生跳变时的阶梯参考电压在基准电压的基础上按照预定增量所变化的次数(即阶梯数目)写入到存储器，存储器303在读使能时串行输出由锁存器所写入的数据。基于该数据可得待测信号的实际值，即待测信号电压的实际值等于基准电压+阶梯电压(步进电压)*阶梯数目。
锁存器302还锁存比较器的比较结果信号。当待测信号电压不在预定基准电压范围内时，锁存器302直接将比较结果信号写入到存储器303。该比较结果信号指示待测信号的电压不在预定基准电压范围内，即小于预定基准电压范围的最小值，或者大于预定基准电压范围的最大值。
在多个待测信号中，可能有处于预定基准电压范围内的待测信号，也可能有不在预定基准电压范围内的待测信号。这些待测信号无论是否处于预定基准电压范围内，经系统300的测量后测量结果均存储在存储器303中，在存储器303读使能时串行输出。
因此，基于系统300测试模拟信号可以大大减少测试时间，大大减少所需要的PAD的数目，从而大大降低测试操作的复杂性。
图4示出了图3所示电路的工作流程示意图。如图4所示，分压电路301产生随时间(时钟信号CLK)而变化的阶梯参考电压V_reference，该阶梯参考电压V_reference总是被锁存在锁存器302中。将待测信号ANAV的电压V_in与参考信号的电压V_reference输入到与其对应的比较器(例如OP1)相比较，如果比较器比较结果没有跳变，则继续将待测信号与变化的参考信号进行比较。如果比较器的比较结果发生跳变(例如之前V_in一直大于V_reference，但在V_reference再次变化后V_in小于V_reference)，则存储器303写使能，同时锁存器302打开，将随时间变化的阶梯参考电压此时的电压写入存储器303。当读使能信号不为1(即为0)时，锁存器302继续将数据写入存储器303；当读使能信号为1时，存储器303中的数据顺序输出。为了简便，在图4中仅示出一个待测信号和一个比较器，其他待测信号和比较器的情形与其类似，此处不再赘述。
图5示出了图3所示电路的仿真结果示意图。如图5所示，设置待测信号为V0-V9，基准参考电压的范围设置为1.7V～1.9V，参考电压的阶梯宽度(即阶梯电压或步进电压)设置为0.009V。经测试，存储器输出结果为13、6、1、17、15、11、4、19、0、8。这些数值表示阶梯数目，通过采用公式1.7+0.009*(n-1)计算，可得待测信号电压的实际值，其中n为比较器比较结果跳变时的阶梯参考电压的所处的阶梯数目，所处的阶梯数目减1即为阶梯参考电压在基准电压(1.7V)的基础上根据预定增量(0.009V)所变化的次数。值得注意的是，V2的输出结果为1、V8的输出结果为0，它们为比较结果信号，分别指示待测信号V2的电压小于1.7V，待测信号V8的电压大于1.9V。最终V0-V9的实际电压(在保留两位小数的情况下)分别为1.8、1.75、1.62、1.85、1.83、1.79、1.73、1.87、1.93、1.77。
综上，本发明所提供的基于上述实施例的用于测试模拟信号的系统可以大大减少测试时间，大大减少所需要的PAD的数目，大大降低测试操作的复杂性。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (8)

1.一种用于测试模拟信号的系统，其特征在于，所述系统包括参考信号生成装置、多个比较装置以及存储装置，其中，
所述参考信号生成装置用于生成参考信号，所述参考信号生成装置进一步用于生成在预定基准信号范围内按照预定增量进行变化的阶梯参考信号；
所述比较装置的数量与待测信号的数量相同，所述待测信号的数量至少为两个，每个比较装置分别用于将一个待测信号与所述参考信号进行比较并生成比较结果信号；以及
所述存储装置用于存储基于所述比较结果信号的测量结果并串行输出所述测量结果；
其中，当所述待测信号在所述预定基准信号范围内时，所述测量结果包括使所述比较装置输出的比较结果信号发生跳变时的阶梯参考信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述待测信号在所述预定基准信号范围内时，所述测量结果进一步为使所述比较装置输出的比较结果信号发生跳变时的阶梯参考信号在预定基准信号的基础上按照所述预定增量所变化的次数。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述待测信号不在所述预定基准信号范围内时，所述测量结果为所述比较装置的比较结果信号。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述比较结果信号包括第一信号和第二信号，所述第一信号指示所述待测信号小于所述预定基准信号范围的最小值，所述第二信号指示所述待测信号大于所述预定基准信号范围的最大值。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述存储装置包括锁存器和存储器，所述锁存器锁存所述测量结果并将所述测量结果写入到所述存储器，所述存储器在读使能时串行输出所述测量结果。
6.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述参考信号生成装置由分压电路实现。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述分压电路包括多个串联连接的电阻。
8.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述比较装置由运算放大器实现。
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