CN1815251A - 使用微机电系统滤波器测试电子电路的装置和方法 - Google Patents

使用微机电系统滤波器测试电子电路的装置和方法 Download PDF

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CN1815251A CNA2006100032351A CN200610003235A CN1815251A CN 1815251 A CN1815251 A CN 1815251A CN A2006100032351 A CNA2006100032351 A CN A2006100032351A CN 200610003235 A CN200610003235 A CN 200610003235A CN 1815251 A CN1815251 A CN 1815251A
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Abstract

本发明公开了一种混合信号集成电路测试设备(10)，包括：测试电子部件(140)，用于生成输入被测器件(50)的测试信号和接收来自所述被测器件(50)的响应信号；以及连接在所述测试电子部件(140)和所述被测器件(50)之间的接口(150)。所述接口(150)包括用于对与所述测试信号和所述响应信号二者中的一个相关联的模拟信号进行滤波的微机电系统(MEMS)滤波器(160)。

Description

使用微机电系统滤波器测试电子电路的装置和方法
技术领域
本发明涉及集成电路器件测试装置。
背景技术
随着集成电路通过缩减特征尺寸、提高集成程度和时钟频率而不断获得更高级的性能，集成电路测试设备的制造商努力利用科技来提高测试仪性能并同时降低改良测试仪的成本。例如，数字集成电路测试设备提供成百上千的数字测试触点或引脚，各触点或引脚提供时钟信号、二进制激励或捕捉二进制数据，以并行测试多个被测器件(DUT)。测试设备还通常包括DUT接口板，其提供测试电子部件和DUT之间的接口。DUT接口板一般包含数千个精确布置的微型弹簧触点，以实现与DUT的电连接。因此，数字集成电路测试设备传统上是昂贵而且复杂的。
混合信号集成电路测试设备具有额外的提供模拟信号激励和捕捉模拟响应信号的负担。例如，当测试模数转换器(ADC)时，测试信号一般由测试设备上的数模转换器(DAC)生成，ADC的数字输出由测试设备捕捉。类似地，当测试DAC时，测试信号是测试设备产生的数字流，DAC的输出是模拟信号，由测试设备上的高速ADC捕捉。
但是，生成模拟测试信号和获取模拟输出信号所必需的ADC和DAC资源显著增加了测试设备的成本，并占用了测试设备上的宝贵“不动产”。混合信号资源(即ADC和DAC)比相同数量的数字资源需要更多的空间。因此，测试设备的吞吐量受限于混合信号资源可用的空间及其成本。此外，随着电连接的密度和数量增加，去往和来自DUT的信号的传播变得越来越成问题。
因此，需要一种更简单、成本更低、密度更高的混合信号集成电路测试设备。
发明内容
本发明的实施例提供了一种用于测试被测集成电路器件(DUT)的装置，其避免了对DAC或高速ADC的需要。该装置包括测试电子部件，用于生成输入DUT的测试信号和接收来自DUT的响应信号。该装置还包括连接在测试电子部件和DUT之间的接口。该接口包括至少一个微机电系统(MEMS)滤波器，用于对与测试信号和响应信号之一相关联的模拟信号进行滤波。
在一个实施例中，为了测试DUT上的ADC，该装置还包括用于生成信号的信号生成器。MEMS滤波器对信号进行滤波，以产生信号基频处的滤波后信号。例如，在一个示例性实施例中，信号生成器是用于产生时钟信号的时钟生成器。
在另一实施例中，为了测试DUT上的DAC，模拟信号是DAC的输出，MEMS滤波器可操作来分离模拟信号的一个或多个频率分量，以产生滤波后信号。信号测量器件对滤波后信号采样以获得对DAC的测量。
有益地，通过使用MEMS滤波器来代替DAC和高速ADC，本发明的实施例提供了一种更简单、成本更低、密度更高的混合信号集成电路测试设备。此外，本发明提供了具有除了上述特征和优点之外的或代替上述特征和优点的其他特征和优点的实施例。本发明的很多特征和优点从下面参照附图的描述中变得十分清楚。
附图说明
将参照附图描述所公开的发明，附图示出了本发明的重要示例性实施例，这些实施例通过引用被包含在说明书中，在附图中：
图1是根据本发明实施例的简化的示例性集成电路测试设备的框图；
图2是根据本发明实施例的使用MEMS滤波器的用于测试数模转换器的简化的示例性测试设备的概要框图；
图3是根据本发明实施例的使用MEMS滤波器的用于测试模数转换器的简化的示例性测试设备的概要框图；
图4是根据本发明实施例的使用MEMS滤波器的用于测试模数转换器的另一简化的示例性测试设备的概要框图；
图5是根据本发明实施例的使用MEMS滤波器的用于测试数字和模拟信号的简化的示例性测试设备的概要框图；
图6是根据本发明实施例的示例性MEMS滤波器的概要示意图；
图7是图6的示例性MEMS滤波器的横截面视图；
图8是根据本发明实施例的用于测试模数转换器的示例性过程的流程图；以及
图9是根据本发明实施例的用于测试数模转换器的示例性过程的流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明实施例的简化的示例性集成电路测试设备10的框图。集成电路测试设备10包括电源110、定时系统120、测试控制器130、测试电子部件140和被测器件(DUT)接口150。DUT接口150将测试电子部件140连接到集成电路DUT 50。这里使用的DUT一词指要被测试的一个或多个集成电路器件。例如，在一个实施例中，DUT接口150包含多个触点，每个触点都能够实现与DUT 50上的一个或多个器件的电连接。每个触点经由DUT接口150中的内部电路和测试电子部件140连接到测试电子部件140中的各测量器件。
电源110被示为被连接为向测试设备10的每个组件120、130、140和150供电。但是应当理解，在其他实施例中，可使用独立的电源来向测试设备10的组件120、130、140和150中的一个或多个供电。定时系统120向测试设备10的组件130、140和150中的每一个提供定时信号，以同步到DUT 50的连接和测试设备10执行的测量。
测试控制器130可操作来控制测试电子部件140和DUT接口150。例如，在一个实施例中，基于测试控制器130接收的输入，测试控制器130致使DUT接口150在DUT接口150上的触点与DUT 50上的器件端子之间实现一个或多个连接。此外，测试控制器130致使测试电子部件140通过DUT接口150连接向DUT 50施加一个或多个预定测试信号，并致使测试电子部件140将来自DUT 50的作为结果的输出信号与各预期值进行比较，以确定DUT 50是否可接受。
根据本发明的实施例，为了测试包括数字和模拟电路器件二者的集成电路，测试电子部件140能够生成测试模拟信号和捕捉输出模拟信号，而无需庞大或昂贵的DAC或高速ADC。使用DUT接口150上的窄带通(高品质因数(high-Q))微机电系统(MEMS)滤波器160来完成模拟信号的生成和捕捉。MEMS滤波器160使用微谐振器的固有振荡频率来发送精确的频率，同时衰减其他频率的噪声和其他信号。MEMS滤波器160可被直接构造在DUT接口150上，或被安装在DUT接口150上。
MEMS滤波器160的相对大小显著小于由电感器和电容器构成的传统无源滤波器。因此，使用MEMS滤波器160来代替传统无源滤波器不仅节约了DUT接口150上的空间，而且允许比传统滤波器更多的MEMS滤波器160被放置在DUT接口150上，从而提高了测试吞吐量并降低了每次测试的成本。此外，将高品质因数的MEMS滤波器160结合在DUT接口150中，在实现混合信号测试功能的同时，通过消除对DAC的需要和减小ADC带宽或一起消除了ADC而简化了混合信号硬件。因此，使用DUT接口150上的MEMS滤波器160降低了测试设备10的成本和复杂度。
MEMS滤波器160的一个示例如图6和7所示。MEMS滤波器160包括利用分别由锚柱660和680紧固的支撑梁650和670而悬于平面结构760上方的盘谐振器(disk resonator)600。用于向盘谐振器600提供掺杂(impure)模拟信号的输入电极610和620和用于传送输出模拟信号的输出电极630和640被与盘谐振器600相邻地正交放置。盘谐振器600和每个电极610、620、630和640之间存在缝隙690。支撑梁650和盘谐振器600一起形成了在谐振频率处谐振的谐振系统。谐振频率与盘谐振器600的直径成反比。例如，在一个实施例中，利用直径为64μm的盘谐振器600和80nm的缝隙690，谐振系统产生大约60MHz的谐振频率。
可通过标准集成电路制造工艺来构造MEMS滤波器160，如图7的横截面视图所示。MEMS滤波器160被示为构造在p型硅衬底700上。n+层710被直接创建在衬底700中氧化物层720之下。例如，氧化物层720是SiO2层。氮化物层730形成在氧化物层720之上，多晶硅层740形成在氮化物层730之上，以创建盘谐振器600悬于其上的平面结构760。一般地，另一氧化物层形成在气隙空间750中多晶硅层740上，氰氟酸浸液(dip)被用来在盘谐振器600、空隙690和电极630、640形成后去除氧化物。盘谐振器600和电极630、640也由多晶硅形成。
在操作中，被施加在输入电极610和620之间的在盘谐振器600的谐振频率附近的频率处的交变电信号致使盘谐振器600在所施加的交变电信号的频率处谐振。该振荡仅仅在谐振频率或接近谐振频率处显著。
盘600的振荡导致输出电极630和640之间的电压。盘600的振荡所导致的机械谐振具有高品质因数，因此MEMS滤波器160工作为传递谐振频率处的电信号并衰减其他不需要的频率。应当理解，图6和7所示的MEMS滤波器160的特定结构仅是示例性的，本发明不限于任何特定的MEMS滤波器结构。
图2是根据本发明实施例的使用MEMS滤波器160的用于测试数模转换器(DAC)60的简化的示例性测试设备10的概要框图。为了测试DUT50a上的DAC 60，数字信号生成器210产生的数字信号300通过数字I/O器件220和DUT接口150被输入DAC 60的数字输入端。数字信号300致使DAC 60产生模拟输出信号310。为了确认DAC 60的操作，测试电子部件140被设置为观察模拟输出信号310的特定频率分量。因此，数字信号300的频谱被选择来实现产生模拟输出信号310中的特定频率分量。例如，如果对应于两条正弦曲线的数字信号300被输入DAC 60，则对于可接受的DAC 60，测试电子部件140将预期观察到的特定频率分量是这两条正弦曲线的非线性积。非线性积将表现为在与这两条正弦曲线的输入频率之间的和和差以及这些频率的谐波之间的和和差相对应的频率处的互调制信号。
为了分离所需的互调制信号，模拟输出信号310被传递通过一个或多个MEMS滤波器160a、160b...160N。每个MEMS滤波器160a、160b...160N都具有在MEMS滤波器被制造时确定的特定谐振频率。因此，在一个实施例中，接收模拟输出信号310的特定的MEMS滤波器160a、160b...160N是其谐振频率等于所需的互调制信号频率之一的MEMS滤波器160a、160b...160N。在另一实施例中，数字信号300的频谱被选择来产生特定MEMS滤波器160a、160b...160N的已知谐振频率处的互调制信号频率。因此，输入DAC 60的数字信号300的频谱可被调节以获得利用选定的MEMS滤波器160a、160b...160N的最优工作。于是，具有不太精确地确定的谐振频率的不太贵的MEMS滤波器160可被用于本发明的实施例。
每个MEMS滤波器160a、160b...160N阻挡MEMS滤波器160a、160b...160N的窄带之外的任何信号分量，以产生各滤波后信号320a、320b...320N。所得到的信号滤波后信号320a、320b...320N被各信号测量器件(SMD)260a、260b...260N采样。例如，在一个实施例中，SMD260a、260b...260N是以低于滤波后信号320a、320b...320N的各Nyquist频率的频率对所得到的滤波后信号320a、320b...320N采样的ADC。在其他实施例中，电平比较器、峰值检测器或其他类型的SMD 260可代替ADC被用来检测特定的互调制信号。
图3是根据本发明实施例的使用MEMS滤波器160检测模数转换器(ADC)70的简化的示例性测试设备10的概要框图。为了检测DUT 50b上的ADC 70，测试电子部件140中的掺杂模拟信号生成器240生成掺杂模拟信号400，该信号经由模拟I/O器件250被传递到DUT接口150中的高品质因数MEMS滤波器160。高品质因数MEMS滤波器160对掺杂模拟信号400进行滤波，以产生模拟测试信号410。如上所述，DUT接口150上的每个MEMS滤波器160都具有在制造MEMS滤波器时确定的特定谐振频率，这允许使用专用于ADC 70的测试频率要求的MEMS滤波器160。因此，在一个实施例中，接收掺杂模拟信号400的DUT接口150上的特定MEMS滤波器160基于ADC 70的特定测试频率要求被选择。一旦具有处于ADC 70的特定测试频率范围中的谐振频率的特定MEMS滤波器160被选择用于ADC 70，掺杂模拟信号生成器240所产生的掺杂模拟信号400的频率就被调节为落在选定的MEMS滤波器160的通带中。将掺杂模拟信号400校准为MEMS滤波器160的谐振频率使得不再需要制造具有精确定义的频率的MEMS滤波器160。因此，不太贵的MEMS滤波器160可被用于本发明的实施例。但是应当注意，选定的MEMS滤波器160的Q增大，MEMS滤波器160的通带减小，这需要掺杂模拟信号400的频率被更精确地控制。
在一个实施例中，掺杂模拟信号400由简单的便宜的模拟振荡器生成。在其他实施例中，掺杂模拟信号400是数字信号例如时钟信号。例如，掺杂模拟信号生成器240可以是产生时钟信号的时钟生成器。
MEMS滤波器160从掺杂模拟信号400衰减谐波和其他不需要的信号分量，得到具有高纯度的正弦波形的模拟测试信号410。例如，时钟信号400一般类似于由基频和谐频构成的方波。MEMS滤波器160操作为对谐频滤波，以产生具有被用作为掺杂模拟信号400的时钟信号的基频处的正弦波形的模拟测试信号410。模拟测试信号410被从DUT接口150输入ADC 70的模拟端子。模拟测试信号410致使ADC 70产生数字输出信号420。数字输出信号420经由DUT接口150和数字I/O器件220被传递到测试电子部件140。
图4是根据本发明实施例的使用MEMS滤波器160的用于测试ADC70的简化的另一示例性测试设备10的概要框图。在图4中，测试电子部件140中的掺杂模拟信号生成器240a、240b...240N中的每一个分别生成掺杂模拟信号400a、400b...400N，这些信号分别被传递通过DUT接口150中的高品质因数MEMS滤波器160a、160b...160N，以被分别转换为正弦模拟信号。分别被MEMS滤波器160a、160b...160N产生的作为结果的正弦模拟信号405a、405b...405N被求和电路500组合，以产生模拟测试信号410。因此，输入ADC 70的模拟输入端的模拟测试信号410具有包含多个均具有高纯度的正弦分量的被定义的复杂波形。
现在参照图5，其示出了根据本发明实施例的使用MEMS滤波器160的用于测试数字和模拟信号的简化的示例性测试设备10的概要框图。测试设备10中的测试电子部件140既包括数字输入/输出(I/O)器件220(一般是多个数字I/O器件之一)，又包括模拟I/O器件250(一般是多个模拟I/O器件之一)，其中所述数字I/O器件利用DUT 50a和50b上的被测器件的数字信号端来交换数字信号，所述模拟I/O器件利用DUT 50a和50b上的被测器件的模拟信号端来交换模拟信号。图5所示的被测器件的示例包括DUT 50a上的数模转换器(DAC)60和DUT 50b上的模数转换器(ADC)70。
在一个实施例中，为了测试DAC 60，数字信号生成器210生成数字信号225，该信号通过数字I/O器件220和DUT接口150被输入DAC 60的数字输入端。数字信号225致使DAC 60产生包括正弦波形的模拟输出信号232。模拟输出信号232经由DUT接口150和模拟I/O器件250，被测试电子部件140中的信号测量器件260(例如ADC、电平比较器、峰值检测器件或其他类型的信号测量器件)测量。
根据本发明的实施例，取代利用以模拟输出信号232的Nyquist频率或超出该频率的频率来进行采样以捕捉DAC 60的宽带模拟响应的高速ADC，信号测量器件260可以是以低于Nyquist频率的频率进行采样的低速ADC。为了达到这个目的，DAC 60的模拟输出232被传递通过DUT接口150中的一个或多个高品质因数MEMS滤波器160a。每个滤波器丢弃MEMS滤波器160a的窄带之外的任何信号分量。然后，通过以低于模拟输出信号232的Nyquist频率的频率对得到的滤波后信号235进行采样来表征滤波后信号235，从而大大减小了对ADC的带宽要求。
在信号测量器件260是ADC的实施例中，滤波后模拟信号235被ADC 260转换为数字信号238，该信号被输入测试电子部件140中的比较器230。在一个实施例中，比较器230被实现为用于执行比较的电子电路。但是应当理解，在其他实施例中，比较器230可以是算法或被配置为执行比较的硬件、软件和/或固件的其他组合。比较器230将数字信号238与预期数字信号进行比较以获得对DAC 60的测量。比较器230的输出被测试控制器130(图1所示)用来确定DAC 60是否可接受。
在另一实施例中，为了测试ADC 70，测试电子部件140中的掺杂模拟信号生成器240生成掺杂模拟信号255，该信号经由模拟I/O器件被传递到DUT接口150中的高品质因数MEMS滤波器160b。高品质因数MEMS滤波器160b对掺杂模拟信号255进行滤波，以产生模拟测试信号258。在其他实施例中，掺杂模拟信号生成器240可位于DUT接口150本身上。例如，在一个实施例中，掺杂模拟信号生成器240是生成作为掺杂模拟信号255的时钟信号的时钟生成器。MEMS滤波器160b被选择用来从被用作为掺杂模拟信号255的时钟信号衰减谐波和其他不需要的信号分量。模拟测试信号258从DUT接口150被输入ADC 70的模拟输入端。
模拟测试信号258致使ADC 70产生数字输出信号265。数字输出信号265经由DUT接口150和数字I/O器件220到达测试电子部件140中的比较器230。比较器230将数字输出信号265与预期数字信号进行比较，以获得对ADC 70的测量。比较器230的输出被测试控制器130(图1所示)用来确定ADC 70是否可接受。
图8是根据本发明实施例的用于测试模数转换器(ADC)的示例性过程800的流程图。开始，测试设备生成掺杂模拟信号，并将该掺杂模拟信号传递通过高品质因数MEMS滤波器，以产生掺杂模拟信号频率处的模拟测试信号(框810和820)。然后，模拟测试信号被输入ADC(框830)。模拟测试信号致使ADC产生数字输出信号，该信号被测试设备接收(框840)。测试设备使用接收的数字输出信号来获得对ADC的测量，以确定ADC是否可接受(框850)。
图9是根据本发明实施例的用于测试数模转换器(ADC)的示例性过程900的流程图。开始，测试设备将数字信号提供给DAC的数字端子(框910)。数字信号致使DAC产生模拟输出信号，该信号被测试设备接收(框920)。为了确认DAC的操作，模拟输出信号被传递通过一个或多个MEMS滤波器，以分离模拟输出信号的特定频率分量(框930)。滤波后的频率分量被测试(例如被ADC在低于模拟输出信号的Nyquist频率的频率处)以获得对DAC的测量(框940和950)。
本申请所描述的创新原理可在申请的很大范围上被修改和改变。因此，专利主题的范围不应被限制为所讨论的任何特定示例性教导，而是应由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于测试被测测试集成电路器件的装置，包括：
测试电子部件(140)，用于生成输入所述被测器件(50)的测试信号和接收来自所述被测器件(50)的响应信号；以及
连接在所述测试电子部件(140)和所述被测器件(50)之间的接口(150)，所述接口(150)包括用于对与所述测试信号和所述响应信号二者中的一个相关联的模拟信号进行滤波的微机电系统滤波器(160)。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述测试电子部件(140)包括用于生成数字信号(225)的数字信号生成器(210)，其中所述被测器件(50)是数模转换器(60)，所述模拟信号是所述数模转换器(60)响应于接收所述数字信号(225)而产生的响应信号(232)，所述微机电系统滤波器(160)可操作来分离所述模拟信号的频率分量以产生滤波后信号(235)。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述滤波后信号(235)包括至少一个互调制信号(320a、320b…320N)，每个所述互调制信号的频率对应于两个输入频率之间的和或差。
4.如权利要求2所述的装置，其中所述测试电子部件(140)还包括可操作来测试所述滤波后信号(235)以获得对所述数模转换器(60)的测量的信号测量器件(260)。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述测试电子部件(140)包括用于生成掺杂模拟信号(255)的掺杂模拟信号生成器(240)，其中所述被测器件(50)是模数转换器(70)，所述掺杂模拟信号(255)是被所述微机电系统滤波器(160)滤波的模拟信号，所述微机电系统滤波器(160)可操作来产生所述掺杂模拟信号(255)的基频处的测试信号(258)。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述掺杂模拟信号生成器(240)包括掺杂模拟信号生成器(240a、240b…240N)，每个所述掺杂模拟信号生成器用于生成各自的掺杂模拟信号(400a、400b…400N)，其中所述微机电系统滤波器(160)包括微机电系统滤波(160a、160b…160N)，每个所述微机电系统滤波器都被连接以对所述掺杂模拟信号(400a、400b…400N)中的各自一个进行滤波，并产生各自的滤波后信号(405a、405b…405N)，并且还包括：
求和电路(500)，其被连接以组合所述滤波后信号(405a、405b…405N)以产生所述测试信号(410)。
7.一种用于测试被测器件的方法，该方法包括：
提供能够接收与所述被测器件(50)相关联的模拟信号并对所述模拟信号滤波的微机电系统滤波器(160)；
对于被测器件是模数转换器(70)的情况：
在微机电系统滤波器(160)处接收(810)来自测试设备(140)的模拟信号(255)；
对所述模拟信号(255)进行滤波(820)，以产生所述模拟信号(255)的基频处的滤波后信号(258)，以及
将所述滤波后信号(258)提供(830)给所述模数转换器(70)；以及
对于被测器件是数模转换器(60)的情况：
在微机电系统滤波器(160)处接收(920)来自数模转换器(60)的模拟信号(232)；
对所述模拟信号(232)进行滤波(930)，以分离其频率分量(235)，以及
将分离所得的频率分量(235)提供(940和950)给所述测试设备(140)。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述在微机电系统滤波器(160)处接收(810)来自所述测试设备(140)的模拟信号(255)的操作包括生成掺杂模拟信号(400a、400b…400N)；所述对所述模拟信号(255)进行滤波(820)以产生所述模拟信号(255)的基频处的滤波后信号(258)的操作包括利用各个微机电系统滤波器(160a、160b…160N)对每个所述掺杂模拟信号(400a、400b…400N)进行滤波以产生各自的滤波后信号(405a、405b…405N)；并且所述方法还包括组合所述滤波后信号(405a、405b…405N)以产生所述模拟测试信号(410)。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述对所述模拟信号(255)进行滤波(820)以产生所述模拟信号(255)的基频处的滤波后信号(258)的操作包括将所述模拟信号(255)的频率调节为所述微机电系统滤波器(160)的谐振频率。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述对所述模拟信号(232)进行滤波(930)以分离其频率分量(235)的操作包括将所述模拟信号(310)传递通过微机电系统滤波器(160a、160b…160N)以分离各互调制信号(320a、320b…320N)；所述方法还包括测量每个所述互调制信号(320a、320b…320N)。
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