CN113945828A - 一种具有失调校准的低成本模拟测试电路 - Google Patents

一种具有失调校准的低成本模拟测试电路 Download PDF

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Abstract

本发明为一种具有失调校准的低成本模拟测试电路，实现了模拟信号的高度自动化测量，可广泛应用于模拟电路中的直流电压电流的测量与筛选。在IC行业激烈竞争的今天，测试资源非常紧缺，降低测试时间，尽可能减少测试资源的占用，对降低芯片成本具有重要意义。在相同测试成本下，也可通过投入更多测试项，利用丰富的测试手段解决电路设计中难以解决的问题成为可能。本设计实现了片内高度自动化测试，在使用很少的测试资源基础上，可以快速且高精度的完成多项测试。设计仅使用一个测试PAD实现多信号的测试，既减少了PAD面积和封装成本，也防止芯片内部信号直接输出到PAD，提高芯片的安全性。另外，设计具有失调校准功能，以提高测试精度。

Description

一种具有失调校准的低成本模拟测试电路
技术领域
本发明涉及模拟电路设计领域，在量产测试中，基于其高度的模拟信号自动化测量方法，以及极少的测试资源投入，实现高速低成本的芯片测试。
背景技术
随着集成电路的复杂度越来越高，模拟集成电路中越来越多的电压信号和电流信号需要进行测量。同时集成电路的精度越来越高，模拟信号的测试要求和测试复杂度都相应提高。电子产品日新月异的发展，由于业内激烈的竞争环境，产品品质提高的同时，芯片的价格成为消费者重点关注的对象之一。测试成本是芯片生产成本的重要组成，而测试成本与测试时间呈正相关关系。在IC行业激烈竞争的今天，测试资源非常紧缺，降低测试时间，尽可能减少测试资源的占用，对降低芯片成本具有重要意义。
随着工艺尺寸不断的演进，建立准确的器件模型也越来越困难。然而模拟电路设计是高度依赖于器件模型的精确性，当器件模型不够准确时，将会导致模拟电路实际加工测试值，与理论设计仿真值产生出入。因此降低信号的测试成本，可以投入更多测试项，利用丰富的测试手段解决电路设计中难以解决的问题成为可能。因此，电路设计人员很有必要投入部分精力去研究低成本电路测试方案。
发明内容
(1)发明目的
通常测试模拟直流电压或电流信号采用的做法是测试机直接利用资源有限的sense线测量，该种方法进行多颗芯片同测时，每一颗芯片都需占用一条sense线，用到的sense线数目较多，占用较多的测试资源，意味着测试成本较高。本发明目的在于，一是降低测试成本，减少sense线的使用，避免了每颗测试芯片都需要一个sense线，在进行多颗芯片同测时，只需要提供一条force线。二是实现测试pad复用，仅用一个测试pad，实现多路信号的测试，不仅降低芯片成本，同时避免模拟电路内部信号直接连接pad，提高芯片的安全性。三是为了提高测试精度，本设计提出了一种offset校准功能的实现方法。
(2)技术方案
如图1所示，一种具有失调校准的低成本模拟测试电路，其特征在于，仅用一个测试PAD完成多路片内直流电压和电流的TRIM、测量及筛选。其组成结构主要包括：基准百分比产生电路、电压比较器、电流比较器、待测电压信号选择器和逻辑电路、开关S2、开关S3。
基准百分比产生电路，包括开关S1、OFFSET校正电阻串1、OFFSET校正电阻串2、百分比分压调节电阻串、以及OFFSET校正基准产生电阻串。其输入端连接名为TST_PAD的芯片PAD，用于芯片测试过程中施加片外基准电压。M+1位的输入控制信号COMP_OFFSET_TRIM<M:0>调节OFFSET校正电阻串1和OFFSET校正电阻串2，用于校准比较器offset。N+1位的输入控制信号COMP_PERCENT_SEL<N:0>调节百分比分压调节电阻串，用于输出不同缩放比例的基准电压VREF_PERCENT。其输出按百分比缩放的基准电压VREF_PERCENT连接电压比较器的负向输入端VIN。其输出OFFSET校正基准电压VREF_OFFSET通过开关S3连接到电压比较器的负向输入端VIP。
电压比较器，其正向输入端VIP通过开关S3连接基准百分比产生电路的输出VREF_OFFSET，同时其正向输入端VIP连接待测信号选择器的输出信号SIGNAL_SEL，其负向输入端连接基准百分比产生电路的输出VREF_PERCENT，其输出端VCOMP_OUT连接逻辑电路的一个输入端。
电流比较器，其输入端之一通过开关S2连接TST_PAD，其它X+1个输入端连接X+1路待测电流信号CURRENT_TEST<X:0>。同时具有X+1位的待测电流选择控制信号CURRENT_SEL<X:0>，用于选择待测电流。其输出端CCOMP_OUT连接逻辑电路的另一个输入端。
待测电压信号选择器，其X+1个输入端连接待测电压信号VOL_TEST<X:1>，同时具有X+1位的待测电压选择控制信号VOL_SEL<X:0>，用于选择待测电压。其输出端VOL_SEL连接电压比较器的正向输入端。
逻辑电路，其一个输入端连接电流比较器的输出CCOMP_OUT，另一个输入端连接电压比较器的输出端VCOMP_OUT。其输出端TST_OUT提供给芯片系统，作为测试结果的判断依据。
其工作原理如下：
测试电路OFFSET校准的原理为，开关S1、S3闭合，开关S2断开，待测信号选择器配置为无信号输出，电流比较器配置为关闭状态，VREF_PERCENT_SEL<N:0>配置为输出VREF_PERCENT与VREF_OFFSET相同分压值。TST_PAD施加合适的基准电压VTST_PAD，此时VREF_PERCENT＝VREF_OFFSET，由于电路不可避免的存在失配，因此比较器输出为高或低，顺次通过调节COMP_OFFSET_TRIM<M:0>，直到比较器输出翻转，完成OFFSET校准。
COMP_PERCENT_SEL<N:0>调节百分比分压调节电阻串，用于输出不同缩放比例的基准电压VREF_PERCENT，例如可以设计VREF_PERCENT输出范围为K*VTST_PAD*(1±10％)，步长为0.5％，共41个输出档位，其中K为自定的电阻分压比例。OFFSET校正电阻串1和OFFSET校正电阻串2，为互补关系，OFFSET校正电阻串1的阻值加上OFFSET校正电阻串2的阻值为固定值，在OFFSET校准过程中保持该值不变。因此基准百分比产生电路的总电阻数也为固定值。在OFFSET校准完成后，VREF_PERCENT输出为[K*VTST_PAD*(1±10％)]±VOFFSET，其中VOFFSET为校准的失配电压，步长依然为0.5％。即VREF_PERCENT每一输出档位均实现了OFFSET校准。
对模拟电压信号的TRIM测试原理为，开关S1闭合，开关S2、S3断开，待测信号选择器通过调节VOL_SEL<X:0>选择被测模拟信号VOL_TEST<X:1>，VREF_PERCENT配置为目标电压值，即可通过调节被测模拟信号的TRIM控制字，直到输出TST_OUT的翻转，即完成模拟信号的TRIM过程。
对模拟电压信号的筛选测试原理为，开关S1闭合，开关S2、S3断开，待测信号选择器通过调节VOL_SEL<X:0>选择被测模拟信号VOL_TEST<X:1>，VREF_PERCENT配置为筛选目标电压值的上限值，例如+2％的档位，如果输出TST_OUT为低，则说明被测模拟信号在上限值以下，否则超出。在将VREF_PERCENT配置为筛选目标电压值的下限值，例如-2％的档位，如果输出TST_OUT为高，则说明被测模拟信号在下限值以上，否则超出。
对模拟电压信号的测量原理为，开关S1闭合，开关S2、S3断开，待测信号选择器通过调节VOL_SEL<X:0>选择被测模拟信号VOL_TEST<X:1>，逐次调节COMP_PERCENT_SEL<N:0>改变VREF_PERCENT输出值，直到TST_OUT输出发生翻转，此时VREF_PERCENT值即为被测信号的值。如果VREF_PERCENT的范围不够，可以通过改变TST_PAD电压来实现合适的范围。
对模拟电流信号的TRIM测试原理为，开关S2闭合，开关S1、S3断开，电流比较器通过调节CURRENT_SEL<X:0>选择被测模拟信号CURRENT_TEST<X:0>，TST_PAD外灌目标电流值，即可通过调节被测模拟电流信号的TRIM控制字，直到输出TST_OUT的翻转，即完成模拟信号的TRIM过程。
对模拟电流信号的筛选测试原理为，开关S2闭合，开关S1、S3断开，电流比较器通过调节CURRENT_SEL<X:0>选择被测模拟信号CURRENT_TEST<X:0>，TST_PAD外灌目标电流上限值，如果输出TST_OUT为低，则说明被测模拟信号在上限值以下，否则超出。再将TST_PAD外灌目标电流下限值，如果输出TST_OUT为高，则说明被测模拟信号在下限值以上，否则超出。
对模拟电流信号的测量原理为，开关S2闭合，开关S1、S3断开，电流比较器通过调节CURRENT_SEL<X:0>选择被测模拟信号CURRENT_TEST<X:0>，TST_PAD步进式外灌电流值，直到输出TST_OUT的翻转，测试外灌电流值即为被测模拟电流信号值。
附图说明
图1一种具有失调校准的低成本模拟测试电路
具体实施方式
图1为本发明的一种具有失调校准的低成本模拟测试电路，本设计OFFSET校准控制字COMP_OFFSET_TRIM<3:0>共4bits。百分比分压调节电阻串控制字COMP_PERCENT_SEL<5:0>共6bits，TST_PAD外灌1.3V基准电压，VREF_PERCENT输出如表1所示，共41个档位，步长为5mV，VREF_OFFSET电压值为1V。模拟电压选择控制字VOL_SEL<2:0>共3bits，可以选择8路模拟电压信号VOL_TEST<3:1>测量。模拟电路选择信号控制字CURRENT_SEL<1:0>共2bits可以选择4路模拟电流信号CURRENT_TEST<2:0>测量。
表1TST_PERCENT_SEL<5:0>对应
Figure BDA0003309498980000041
Figure BDA0003309498980000051
首先对测试电路进行OFFSET校准，开关S1、S3闭合，开关S2断开，待测信号选择器配置为无信号输出，电流比较器配置为关闭状态，VREF_PERCENT_SEL<5:0>配置为010100输出VREF_PERCENT与VREF_OFFSET相为1V。由于电路不可避免的存在失配，因此比较器输出为高或低，通过调节COMP_OFFSET_TRIM<3:0>，直到比较器输出翻转，完成OFFSET校准。
以测试带隙基准电压VREF电压为例，其目标值为1V。开关S1闭合，开关S2、S3断开，通过调节VOL_SEL<2:0>选择VREF输出到比较器正向输入端，VREF_PERCENT_SEL<5:0>配置为010100输出VREF_PERCENT＝1V，通过调节VREF的TRIM控制字，直到输出TST_OUT的翻转，即完成VREF的TRIM过程。在VREF的筛选测试中，期望VREF的筛选精度为±2％。首先将VREF_PERCENT_SEL<5:0>配置为011000输出VREF_PERCENT＝1.02V，稳定时间后，如果输出TST_OUT为低，则测试通过，否则筛除芯片。再将VREF_PERCENT_SEL<5:0>配置为010000输出VREF_PERCENT＝0.98V，稳定时间后，如果输出TST_OUT为高，则测试通过，否则筛除芯片。
以上详细描述了本发明的基本原理、电路特征及实现的详细思路。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种具有失调校准的低成本模拟测试电路，其特征在于，仅用一个测试PAD完成多路片内直流电压和电流的TRIM、测量及筛选，其组成结构包括：基准百分比产生电路、电压比较器、电流比较器、待测电压信号选择器和逻辑电路、开关S2、开关S3，其中基准百分比产生电路的一个输入端口连接名为TST_PAD的芯片PAD，一个输出端VREF_PERCENT连接电压比较器输入端VIN，基准百分比产生电路的另一个输出VREF_OFFSET通过开关S3连接电压比较器的输入端VIP，同时电压比较器输入端VIP连接待测信号选择器的输出VOL_SEL；通过将VREF_OFFSET与VREF_PERCENT电压进行比较，可以实现对基准百分比产生电路和电压比较器的失配进行检测校准；通过将VOL_SEL信号与VREF_PERCENT电压进行比较，比较结果VCOMP_OUT输出给逻辑电路进行判断，实现电压待测信号的测试功能；电流测试功能通过电流比较器实现，电流比较器一个输入端通过开关S2连接名为TST_PAD的芯片PAD，进行电流比较时TST_PAD外灌基准电流，有片内待测电流经电流比较器进行比较，比较结果CCOMP_OUT输出给逻辑电路进行判断，实现电流待测信号的测试功能。
2.根据权利要求1所述的低成本模拟测试电路，其特征在于，所述的基准百分比产生电路，包括开关S1、OFFSET校正电阻串1、OFFSET校正电阻串2、百分比分压调节电阻串、以及OFFSET校正基准产生电阻串，所述的基准百分比产生电路的输入端连接名为TST_PAD的芯片PAD，用于芯片测试过程中施加片外基准电压；M+1位的输入控制信号COMP_OFFSET_TRIM<M:0>调节OFFSET校正电阻串1和OFFSET校正电阻串2，用于校准比较器offset；N+1位的输入控制信号COMP_PERCENT_SEL<N:0>调节百分比分压调节电阻串，用于输出不同缩放比例的基准电压VREF_PERCENT；所述的基准百分比产生电路的输出按百分比缩放的基准电压VREF_PERCENT连接电压比较器的负向输入端VIN；所述的基准百分比产生电路的输出OFFSET校正基准电压VREF_OFFSET通过开关S3连接到电压比较器的负向输入端VIP。
3.根据权利要求1所述的低成本模拟测试电路，其特征在于，所述的电压比较器，其正向输入端VIP通过开关S3连接所述基准百分比产生电路的输出VREF_OFFSET，同时其正向输入端VIP连接待测信号选择器的输出信号SIGNAL_SEL，其负向输入端连接基准百分比产生电路的输出VREF_PERCENT，其输出端VCOMP_OUT连接逻辑电路的一个输入端。
4.根据权利要求1所述的低成本模拟测试电路，其特征在于，所述的电流比较器，其输入端之一通过开关S2连接芯片的TST_PAD，其它X+1个输入端连接X+1路待测电流信号CURRENT_TEST<X:0>；同时具有X+1位的待测电流选择控制信号CURRENT_SEL<X:0>，用于选择待测电流；其输出端CCOMP_OUT连接逻辑电路的另一个输入端。
5.根据权利要求1所述的低成本模拟测试电路，其特征在于，所述的待测电压信号选择器，其X+1个输入端连接待测电压信号VOL_TEST<X:1>，同时具有X+1位的待测电压选择控制信号VOL_SEL<X:0>，用于选择待测电压；其输出端VOL_SEL连接电压比较器的正向输入端。
6.根据权利要求1所述的模拟测试电路，其特征在于，所述的逻辑电路，其一个输入端连接电流比较器的输出CCOMP_OUT，另一个输入端连接电压比较器的输出端VCOMP_OUT；其输出端TST_OUT提供给芯片系统作为标志信号，作为测试结果的判断依据。
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