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Elektronische
Testschaltung für
einen integrierten Schaltkreis sowie Verfahren zum Prüfen der Treiberstärke und
zum Prüfen
der Eingangsempfindlichkeit eines Empfängers des integrierten Schaltkreises
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Die
Erfindung betrifft eine elektronische Testschaltung für einen
integrierten Schaltkreis, ein Verfahren zum Prüfen der Treiberstärke eines
integrierten Schaltkreises sowie ein Verfahren zum Prüfen der
Eingangsempfindlichkeit eines Empfängers eines integrierten Schaltkreises.
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Transceiverbausteine
verfügen über einen Sender
bzw. Treiber und über
einen Empfänger.
Solche Transceiverbausteine werden zunächst in der Charakterisierungsphase
aufwändigen
und zeitintensiven Messungen unterzogen, anhand derer festgestellt
werden kann, ob sie die vorgegebene Spezifikation erfüllen. Wenn
ein Transceiverbaustein die Charakterisierungsphase erfolgreich
durchlaufen hat, so bedeutet dies, dass keine durch den Schaltungsentwurf
bedingten Fehler vorliegen und dass die Transceiverbausteine demgemäß innerhalb
der vorgegebenen Spezifikationen liegen.
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In
der Produktionsphase dieser Transceiverbausteine ist es häufig nicht
möglich,
die Einhaltung der Spezifikationsparameter durch die Transceiverbausteine
zu überprüfen, denn
diese Tests sind sehr zeitaufwändig
und benötigen
sehr teure Testerausstattungen, sodass aus Kosten- und Effizienzgründen häufig auf
einem produktionsbegleitenden Test von Transceiverbausteinen ver zichtet
wird. Beispiele für
solche Testverfahren sind in M.F. Toner, G.W. Roberts, "A BIST Scheme for
a SNR, Gain Tracking and Frequency Response Test of a Sigma-Delta
ADC", IEEE Trans.
Circ. Syst. II, vol. 42, pp. 1-15, 1995 und K. Arabi, B. Kaminska, "Oscillation Built-in
Self-test (OBIST) Scheme for Functional and Structural Testing of
Analog and Mixed-Signal Integrated Circuits", IEEE Design & Test of Computers, 1996 gegeben. Daher
kann nicht ausgeschlossen werden, dass beim Produktionsprozess durch
das Zusammentreffen ungünstiger
Schwankungen in den Prozessparametern einzelne Transceiverbausteine
oder sogar ganze Lose die vorgegebenen Spezifikationen verletzen
und daher unbrauchbar werden.
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Die
JP 03-169127 zeigt eine Kompensationsschaltung für einen Transceiver, bei der
Teile des gesendeten Signals vom empfangenen Signal abgezogen werden.
Diese Schaltung ist nicht als Testschaltung für einen integrierten Schaltkreis
geeignet.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Testschaltung sowie
Testverfahren anzugeben, mit denen der Zeitaufwand und die Testerausstattung reduziert
werden können
und mit denen es daher ermöglicht
wird, integrierte Schaltkreise zeit- und kostensparend, insbesondere
auch im produktionsbegleitenden Test überprüfen zu können.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Gemäß der Erfindung
wird eine elektronische Testschaltung für einen zu testenden integrierten
Schaltkreis, insbesondere für einen
Transceiver vorgesehen, der einen Eingang zum Empfang eines insbesondere
verstärkten
analogen Datenstroms, einen programmierbaren digitalen Leitungsemulator zum
Nachbilden von Eigenschaften einer Übertragungsstrecke sowie einen
Ausgang zum Aussenden eines analogen Datenstroms mit einem durch
den programmierbaren digitalen Leitungsemulator einstellbaren Signal-Rauschverhältnis aufweist.
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Ein
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt nämlich darin, einen programmierbaren
Digitalbaustein in einen Loop-Back-Pfad eines zu testenden integrierten
Schaltkreises einzufügen,
der in der Lage ist, gezielt die Eigenschaften einer beliebigen Übertragungsstrecke,
bspw. einer Verbindungsleitung oder eines RLC-Netzwerks nachzubilden. Dieser
als programmierbarer digitaler Leitungsemulator ausgebildete programmierbare
Digitalbaustein ist in der Lage, einen empfangenen analogen Datenstrom
gezielt zu verzerren bzw. zu formen und somit die Signalqualität des ausgesendeten
und an einem Dateneingang des zu testenden integrierten Schaltkreises
anliegenden Signals individuell einzustellen. Dadurch kann geprüft werden,
ob mit einem derart verzerrten Datenstrom eine noch zulässige Bitfehlerrate
in dem zu testenden integrierten Schaltkreis erreicht wird. Mit
solchen Verzerrungen lassen sich Tests erzeugen, die dem Einsatz
in realen Übertragungsstrecken
sehr nahe kommen.
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Gemäß einem
weiteren Grundgedanken der Erfindung können mit der elektronischen
Testschaltung Mixed-Signal-Bausteine, die im Gegensatz zu rein digitalen
elektronischen Bauteilen auch über analoge
Ein- und Ausgänge
verfügen,
parametrisch getestet werden, ohne dass teure Mixed-Signal-Tester
eingesetzt werden müssen.
Dadurch können
die Testkosten beträchtlich
gesenkt werden.
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Die
analogen Ein- und Ausgänge
sind in der Regel durch Parametersätze in Datenblättern spezifiziert.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der elektronischen Testschaltung weist der programmierbare digitale
Leitungsemulator ein digitales Filter auf, das von einem digitalen
oder digitalisierten Datenstrom durchlaufen wird. Die Koeffizienten
des digitalen Filters können
dabei von einem Benutzer so gewählt
werden, dass der von dem digitalen Filter in einen digitalen Datenstrom
verarbeitete Datenstrom die gewünschten
Eigenschaften aufweist. Durch Einsatz eines derartigen digitalen
Filters kann eine Vielzahl von verschiedenen Übertragungsstrecken präzise und
einfach nachgebildet werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der elektronischen Testschaltung
sind weiterhin ein Koeffizientenspeicher und eine programmierbare
digitale Schnittstelle vorgesehen, mittels derer das digitale Filter
benutzerdefiniert einstellbar ist. Das digitale Filter wird über den
Koeffizientenspeicher programmiert, wobei die Koeffizienten und die
Architektur des Filters die Übertragungsfunktion bestimmen.
Die programmierbare digitale Schnittstelle kann dabei mit einem
als Computersystem vorliegenden Tester verbunden sein, wobei zwischen der
programmierbaren digitalen Schnittstelle und dem Tester ein Datenaustausch
von Filterkoeffizienten sowie von Steuer- und Statusdaten möglich ist. Dadurch
ergibt sich eine benutzerfreundliche, flexible und auch während des
Produktionstests mögliche Anpassung
und Einstellung der Testparameter.
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Um
das digitale Filter mit einem zu testenden integrierten Schaltkreis
betreiben zu können,
der analoge Datenströme
aus- sendet und empfängt, kann
der Leitungsemulator einen Analog-Digital-Wandler vor dem digitalen Filter
und einen Digital-Analog-Wandler
nach dem digitalen Filter aufweisen. An die Auflösungen des AD-Wandlers und
des DA-Wandlers sind dabei nur geringe Anforderungen zu stellen,
mit der Folge, dass solche Wandler sehr kostengünstig in den Leitungsemulator
integriert werden können.
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Wenn
der programmierbare digitale Leitungsemulator ferner einen hinter
dem DA-Wandler angeordneten analogen Tiefpassfilter zum Verarbeiten
des empfangenen analogen Datenstroms in einen tiefpassgefilterten
analogen Ausgangsdatenstrom aufweist, so wird der analoge Datenstrom,
der aufgrund der geringen Auflösung
des DA-Wandlers noch störende
Stufen enthalten kann, vorteilhafterweise geglättet. Der analoge Datenstrom
am Ausgang des analogen Tiefpassfilters hat dann die gleichen Eigenschaften,
wie ein Datenstrom, der eine Verbindungsleitung oder ein RLC-Netzwerk
mit den gleichen Filterkoeffizienten durchlaufen hätte. Dadurch
können
beliebige Verbindungsleitungen und RLC-Netzwerke präzise und
einfach nachgebildet werden.
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Transceiver
können
mit der erfindungsgemäßen elektronischen
Testschaltung vorteilhaft getestet werden, wenn deren Treiber mit
dem Eingang des RD-Wandlers und deren Empfänger mit dem Ausgang des analogen
Tiefpassfilters verbunden sind.
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Dadurch
ist es möglich,
Transceiver, insbesondere deren analoge Parameter auch produktionsbegleitend
zu überprüfen, ohne
dass die in der Charakterisierungsphase zum Einsatz kommenden Tests,
bspw. die Messung eines Augendiagramms, die eine sehr präzise und
teure Messapparatur erfordern und außerordentlich zeitauf wändig sind,
durchgeführt
zu werden brauchen. Transceiver sind nämlich unter anderem durch analoge
Parameter spezifiziert. Typische analoge Parameter für den Treiber
eines Transceivers sind bspw. die Treiberstärke,die Ausgangsleistung, die
Flankensteilheit, das Passverhältnis
und der Jitter. Der Empfänger
des Transceivers wird bspw. durch seine Eingangsempfindlichkeit,
seine Eingangsdynamik und seiner Jittertoleranz spezifiziert.
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Wenn
nach dem Digital-Analog-Wandler oder nach dem analogen Tiefpassfilter
ein programmierbarer Verstärker
in den analogen Signalpfad der elektronischen Testschaltung integriert
ist, so können durch
Verändern
der Parameter des digitalen Filters und durch Verändern der
Verstärkung
des programmierbaren Verstärkers
verschiedene Parameter gesetzt werden, wodurch die Überprüfung des
zu testenden integrierten Schaltkreis, insbesondere die Eingangsempfindlichkeit
seines Empfängers
weiter verbessert wird. Dieser programmierbare Verstärker kann
entweder vom Digital-Analog-Wandler umfasst sein oder als zusätzliche
Komponente nach dem Digital-Analog-Wandler oder nach dem analogen
Tiefpassfilter vorliegen.
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Die
Erfindung betrifft auch einen integrierten Testschaltkreis, auf
dem die vorstehend beschriebene elektronische Testschaltung mit
dem digitalen Filter, mit dem Koeffizientenspeicher und mit der
programmierbaren digitalen Schnittstelle monolithisch integriert
ist. Die elektronische Testschaltung kann dementsprechend besonders
komprimiert auf einem integrierten Testschaltkreis zusammengefasst
werden. Zusätzlich
zu dem digitalen Filter, zu dem Koeffizientenspeicher und zu der
programmierbaren digitalen Schnittstelle können auch der AD-Wandler und der
DA- Wandler auf demselben
integrierten Testschaltkreis aufgebracht werden, wodurch sich eine besonders
platzsparende Singlechip-Lösung
ergibt. Mit einem derartig ausgebildeten integrierten Testschaltkreis
kann die erfindungsgemäße elektronische
Testschaltung entweder mit diskreten Komponenten oder mit einer
Singlechip-Lösung
als externer Testaufbau, bspw. auf dem Loadboard realisiert werden.
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Die
Erfindung betrifft auch einen beliebigen integrierten Schaltkreis,
insbesondere einen Transceiver, der eine vorstehend beschriebene
elektronische Testschaltung aufweist. Dabei ist die elektronische
Testschaltung auf diesem integrierten Schaltkreis monolithisch integriert
und zusätzlich
zu der eigentlichen Schaltung des integrierten Schaltkreises als
eingebauter Selbsttest bzw. als Build In Self Test BIST ausgebildet.
Dabei können
der AD-Wandler, der DA-Wandler, sowie der analoge Tiefpassfilter
der elektronischen Testschaltung entfallen, denn die elektronische
Testschaltung ist in diesem Fall in dem digitalen Signalweg des
integrierten Schaltkreises eingebracht. Mit dieser kostengünstigen
Onchip-Lösung
können
die höchstmöglichen
Datenraten erzielt werden. Sie eignet sich auch zum Einsatz in Hochgeschwindigkeits-Schnittstellen
bzw. High speed Interfaces. Auf dem Loadboard, auf dem der zu testende integrierte
Schaltkreis beim Test aufgesetzt wird, muss dann lediglich noch
die direkte Verbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger des
zu testenden integrierten Schaltkreises hergestellt werden. Darüber hinaus
sind keine weiteren Bauteile auf dem Loadboard notwendig.
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Bei
dieser Realisierungsform der elektronischen Testschaltung ist jedoch
Voraussetzung, dass die dafür
benötigte
Chipfläche zur
Verfügung
steht. Insbesondere bei integrierten Schaltkreisen, bei denen die
Schaltfläche
lediglich durch die Anzahl der aufzubringenden Anschlusskontakte
begrenzt ist, steht in der Regel genügend Chipfläche zur Verfügung.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können das digitale Filter einschließlich des
Koeffizientenspeichers und der programmierbaren digitalen Schnittstelle
in Form eines Field Programmable Gate Arrays FPGA auf dem Testschaltkreis
ausgebildet sein.
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Die
Erfindung betrifft des weiteren ein Loadboard mit einem oder mehreren
Testsockeln zum Testen von integrierten Schaltkreisen bzw. ICs oder zur
Aufnahme von Halbleiter-Wafern. Ein solches Loadboard wird von einem
Bestückungsautomat
mit ICs oder mit Halbleiter-Wafern zur ihrer Überprüfung bestückt und an ein Tester zum Testen
von ICs oder von Halbleiter-Wafern angeschlossen. Dabei weist das
Loadboard einen vorstehend beschriebenen integrierten Testschaltkreis
sowie einen analogen Tiefpassfilter auf.
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Die
Testschaltung kann auf dem Loadboard durch einen Singlechip-Aufbau,
aber auch mit diskreten Komponenten realisiert werden, bei welcher
das digitale Filter, der Koeffizientenspeicher und die programmierbare
digitale Schnittstelle auf einem gemeinsamen integrierten Testschaltkreis
und der AD-Wandler sowie der DA-Wandler auf jeweils separaten integrierten
Schaltkreisen ausgebildet sind.
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Durch
die Gesamtintegration bei einer Singlechiplösung können weit höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten
erreicht werden, als dies bei dem diskreten Aufbau der Fall ist.
Die absolute Höchstgeschwindigkeit
hängt dabei
von der verwendeten Technologie ab.
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Die
erfindungsgemäße elektronische
Testschaltung kann auch in die Instrumentierung des verwendeten
Testers integriert werden. Auch auf der Testerinstrumentierung kann
ein Aufbau mit diskreten Komponenten oder ein Singlechip-Aufbau
gewählt
werden.
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Die
vorstehend beschriebene erfindungsgemäße elektronische-Testschaltung kann
auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. Die unterschiedlichen
Ausprägungen
der erfindungsgemäßen elektronischen
Testschaltung unterscheiden sich einerseits in der Wahl der physikalischen
Testebene und andererseits in der Ausprägung mit diskreten Komponenten
oder als Singlechip. Abhängig
davon, wie viele Elemente der elektronischen Testschaltung in den
integrierten Testschaltkreis aufgenommen werden können, lassen
sich unterschiedliche Kosteneinsparungen erzielen.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Prüfen der
Treiberstärke
eines Treibers eines zu testenden integrierten Schaltkreises, insbesondere eines
Transceivers, sowie ein Verfahren zum Prüfen der Eingangsempfindlichkeit
eines Empfängers
eines solchen integrierten Schaltkreises.
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Bei
beiden Verfahren wird zunächst
eine vorstehend beschriebene integrierte elektronische Testschaltung
bereitgestellt, die auf einem integrierten Testschaltkreis, auf
einem Loadboard oder auf einer Testerinstrumentierung vorliegt,
und mit dem zu testenden integrierten Schaltkreis verbunden oder
es wird ein zu testender integrierter Schaltkreis mit einer Onchip-Testschaltung bereitgestellt
und mit einem Loadboard verbunden.
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Beim
Verfahren zum Prüfen
der Treiberstärke
wird dann der programmierbare digitale Leitungsemulator, insbesondere
das digitale Filter, auf ein bestimmtes Lastverhalten eingestellt,
indem er über
die programmierbare digitale Schnittstelle und über den Koeffizientenspeicher
mit den gewünschten
Parametern programmiert wird, sodass er die gewünschte Last korrekt nachbildet.
Der Treiber muss nämlich
in der Lage sein, eine bestimmte Last zu treiben, sodass das resultierende
Signal von dem Empfänger noch
richtig erkannt wird. Dabei kann es sich um eine Ohmsche Last, um
eine kapazitive Last oder um eine Übertragungsleitung handeln.
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Dann
werden Daten an den Treiber des zu testenden integrierten Schaltkreises
angelegt und der analoge Datenstrom durch den Empfänger des zu
testenden integrierten Schaltkreises erfasst. Daraus lässt sich
die Bitfehlerrate des integrierten Schaltkreises ermitteln. Wird
in diesem Betriebszustand eine vorgebbare maximale Bitfehlerrate
unterschritten, so ist der Parameter Treiberstärke unter Einbeziehung der
Eigenschaften des Empfängers verifiziert.
Falls diese vorgebbare maximale Bitfehlerrate überschritten wird, wird der
zu testende integrierte Schaltkreis aussortiert.
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Bei
diesem Verfahren wird gemäß einem
reziprokes Netzwerk aus dem vom Empfänger enthaltenen Datenstrom
auf die vom Treiber angelegte Treiberstärke rückgeschlossen. Mit diesem Verfahren
kann die Treiberstärke
eines Treibers eines zu testenden integrierten Schaltkreises einfach
und kostengünstig überprüft wer den,
ohne dass eine aufwändige
analoge Testerausstattung zur Verfügung stehen muss. Die Qualität des analogen
Empfangssignals wird während
des Tests nicht beobachtet, kann jedoch bei der Erstellung der Testdaten
durch Simulation erzeugt und in Form eines Augendiagramms dargestellt
werden.
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Beim
Verfahren zum Prüfen
der Eingangsempfindlichkeit eines Empfängers wird nach dem Bereitstellen
der Testvorrichtung und des zu testenden integrierten Schaltkreises
der programmierbare digitale Leitungsemulator, insbesondere das
digitale Filter, derart eingestellt, dass ein digitaler oder digitalisierter
Datenstrom in einen digitalen Datenstrom mit einem gewünschten
Signal-Rausch-Verhältnis
verarbeitet wird. Der Empfänger
muss nämlich
in der Lage sein, bis zu einem bestimmten Signal-Rausch-Verhältnis das
Signal noch richtig zu detektieren. Die gerade noch erkennbare Signalqualität kann dabei bspw.
durch eine Worst case-Augenmarke beschrieben werden.
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Dann
werden Daten an den Treiber des zu testenden integrierten Schaltkreises
angelegt, und der analoge Datenstrom wird durch den Empfänger des
zu testenden integrierten Schaltkreises erfasst, woraus sich die
Bitfehlerrate des integrierten Schaltkreises bestimmen lässt. Wird
in diesem Betriebszustand die maximale vorgebbare Bitfehlerrate
unterschritten, so ist der Parameter Eingangsempfindlichkeit verifiziert.
Falls die vorgebbare maximale Bitfehlerrate überschritten wird, wird der
integrierte Schaltkreis aussortiert.
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Mit
diesem Verfahren kann die Eingangsempfindlichkeit eines Empfängers eines
zu testenden integrierten Schaltkreises einfach und kostengünstig überprüft werden,
ohne dass eine aufwän dige
analoge Testerausstattung zur Verfügung stehen muss. Durch Simulationen
kann ein Satz von Filterkoeffizienten für den Leitungsemulator gewonnen werden,
sodass das Eingangssignal am Empfänger bei verschiedenen Treiberleistungen
das Worstcase-Auge
besitzt.
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In
einer ersten vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Prüfen
der Eingangsempfindlichkeit eines Empfängers wird, falls die elektronische
Testschaltung über
einen programmierbaren Verstärker
verfügt,
nach dem Einstellen des programmierbaren digitalen Leitungsemulators auch
die Verstärkerleistung
des programmierbaren Verstärkers
eingestellt. Dadurch kann die Eingangsempfindlichkeit des Empfängers besser überprüft werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der beiden erfindungsgemäßen Verfahren
werden die Schritte des Anlegens von Daten an den Treiber und des
Erfassens des analogen Datenstroms mehrfach hintereinander ausgeführt, wobei
die Treiberleistung sukzessive abgesenkt oder angehoben wird, bis
die Bitfehlerrate den vorgegebenen Maximalwert überschreitet. Dabei wird der
programmierbare digitale Leitungsemulator während des Tests mit den durch die
Simulation gewonnenen Koeffizienten programmiert. Je nach dem, ob
man innerhalb oder außerhalb
der Worstcase-Augenmarke liegt, erfüllt der Empfänger die
Spezifikation oder nicht und wird dementsprechend verifiziert oder
aussortiert. Die Verwendung von solchen Augenmarken beim Testen
von integrierten Schaltkreisen ist dem Fachmann bekannt und braucht
hier nicht weiter erläutert
zu werden.
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Die
erfindungsgemäßen Verfahren
können mit
einer elektronischen Testschaltung oder mit einem integrierten Schaltkreis,
mit einem Loadboard und mit einer Tester-instrumentierung durchgeführt werden,
auf denen jeweils eine erfindungsgemäße elektronische Testschaltung
vorliegt. Die Einsatzmöglichkeiten
sind dementsprechend äußerst vielfältig.
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Durch
den Einsatz der erfindungsgemäßen Verfahren
können
eine Vielzahl von Mixed-Signal-Bausteintypen kostengünstig überprüft werden, wobei
eine teure analoge Testerquelle entfällt und stattdessen nur noch
einige digitale Kanäle
zur Programmierung des digitalen Filters benötigt werden.
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Mit
der Verlagerung der analogen Testerquelle von dem Tester auf das
Loadboard oder in den zu testenden integrierten Schaltkreis selbst
kann nicht nur der Mixed-Signal-Tester ersetzt werden, sondern es
sind auch die Voraussetzungen für
einen Multi-Site-Test geschaffen, zumal digitale Testmuster und
Stimuli, bspw. Referenzen, leicht an mehrere integrierte Schaltkreise
parallel verteilt werden können.
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Für integrierte
Schaltkreise mit Abtastraten von bis zu 100 MHz ist lediglich eine
relativ kostengünstig
realisierbare Modifikation des Loadboards notwendig. Dann kann das
Verfahren schon für
existierende integrierte Schaltkreise eingesetzt werden.
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Für integrierte
Schaltkreise mit höheren
Abtastraten ist eine DFT-Maßnahme
auf dem integrierten Schaltkreis erforderlich. Weitere Maßnahmen
auf dem Loadboard sind in diesem Fall nicht notwendig.
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Typen
von integrierten Schaltkreisen, deren Testabdeckung mit dem vorgeschlagenen
Verfahren verbessert werden können,
sind im niederratigen Bereich angesiedelt, wie bspw. Treiber, Bausteine
für Fahrzeugbusse.
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Im
höherratigen
Bereich kann das erfindungsgemäße Verfahren
zum Test von High speed Interfaces eingesetzt werden, wie bspw.
bei Serial-ATA, Read/Write-Channel oder Advanced Memory Buffer.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer ersten Testanordnung mit einem
ersten Transceiver und mit einem ersten programmierbaren digitalen
Emulator,
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2 zeigt
eine vergrößerte schematische Darstellung
des ersten programmierbaren digitalen Emulators aus 1,
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3 zeigt
eine schematische Darstellung einer zweiten Testanordnung mit einem
ersten Loadboard,
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4 zeigt
eine schematische Darstellung einer dritten Testanordnung mit einem
zweiten Loadboard,
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5 zeigt
eine schematische Darstellung einer vierten Testanordnung mit einem
dritten Loadboard, auf dem ein zweiter Transceiver angeordnet ist.
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1 zeigt
eine erste Testanordnung 1 mit einem zu testenden ersten
Transceiver 2 und mit einem ersten programmierbaren digitalen
Emulator TPE1.
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Der
erste Transceiver 2 umfasst einen ersten Digital-Analog-Wandler DAC1, einen Treiber bzw. Operationsverstärker TX,
einen Empfänger
RX, einen ersten Analog-Digital-Wandler ADC1 sowie
weitere hier aus Gründen
der besseren Darstellbarkeit nicht gezeigte Elemente. Der Ausgang
des Treibers TX ist mit dem Eingang des ersten programmierbaren
digitalen Emulators TPE1, und der Empfänger RX ist
mit dessen Ausgang verbunden.
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Ein
erster digitaler Datenstrom 21 wird von dem ersten DA-Wandler DAC1 in einen ersten analogen Datenstrom 22 gewandelt,
von dem Treiber TX verstärkt
und als verstärkter
analoger Datenstrom 23 ausgegeben. Dieser verstärkte analoge
Datenstrom 23 bildet den Eingang für den ersten programmierbaren
digitalen Emulator TPE1 und wird von diesem
in einen gestörten
analogen Datenstrom 24 verarbeitet, der an den Empfänger RX
weitergegeben wird. Der Empfänger
RX verarbeitet diesen gestörten
analogen Datenstrom 24 in einem zweiten digitalen Datenstrom 25,
der danach von dem ersten AD-Wandler ADC1 in
einen zweiten digitalen Datenstrom 26 verarbeitet wird.
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Der
verstärkte
analoge Datenstrom 23, der erste programmierbare digitale
Emulator TPE1 und der gestörte analoge
Datenstrom 24 bilden eine Rückführungsschleife bzw. einen Loop-Back-Pfad, der
in der Lage ist, gezielte Eigenschaften einer Übertragungsstrecke, z.B. einer
Verbindungsleitung nachzubilden.
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2 zeigt
eine vergrößerte schematische Darstellung
des ersten programmierbaren digitalen Emulators TPE1.
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Auf
dem Signalweg zwischen dem verstärkten
analogen Datenstrom 23 und dem gestörten analogen Datenstrom 24 sind
im ersten pro grammierbaren digitalen Emulator TPE1 ein
zweiter AD-Wandler ADC2, ein digitales Filter
DF, ein zweiter DA-Wandler DAC2 sowie ein
analoger Tiefpassfilter ALPF vorgesehen.
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Die
Parameter des digitalen Filters DF sind so gewählt, dass ein das digitale
Filter DF durchlaufender Datenstrom mit einer definierten Verzerrung beaufschlagt
wird, sodass die Eigenschaften einer Übertragungsleitung nachgebildet
werden. Das digitale Filter DF steht mit einem Koeffizientenspeicher CM
in Verbindung, der über
eine programmierbare digitale Schnittstelle PDI individuell programmiert
werden kann. Dadurch können
Parameter für
das digitale Filter DF sowie Steuer- und Statusdaten zwischen dem
digitalen Filter DF und einem in 2 nicht
gezeigten Tester ausgetauscht werden. Die Auflösung des zweiten AD-Wandlers
ADC2 und des zweiten DA-Wandlers DAC2 ist gering und bewegt sich in der Größenordnung
von 10 bit für
eine Abtastrate von 105 Mega samples per second/Msps.
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Der
verstärkte
analoge Datenstrom 23 aus 1 bildet
den analogen Eingangsdatenstrom 31, der durch den zweiten
AD-Wandler ADC2 in einen digitalisierten
Datenstrom 32 umgewandelt wird. Der digitalisierte Datenstrom 32 durchläuft das
digitale Filter DF, wird dort mit einer definierten Verzerrung beaufschlagt
und verlässt
diesen in Form eines digitalen Datenstroms 33. Der digitale
Datenstrom 33 wird danach vom zweiten DA-Wandler DAC2 in einen analogen Datenstrom 34 umgewandelt,
der anschließend
vom analogen Tiefpassfilter ALPF in einen geglätteten bzw. tiefpassgefilterten
analogen Ausgangsdatenstrom 35 verarbeitet wird.
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Der
tiefpassgefilterte analoge Ausgangsdatenstrom 35 am Ausgang
des ersten programmierbaren digitalen Emulators TPE1 bildet
den gestörten analogen
Datenstrom 24 aus 1 und hat
die gleichen Eigenschaften wie ein Datenstrom, der eine Übertragungsleitung
mit dem gleichen Filterparametern durchlaufen hätte. Somit wird durch den ersten programmierbaren
digitalen Emulator TPE2 eine Übertragungsleitung
approximiert, d.h. möglichst
exakt nachgebildet.
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3 zeigt
eine zweite Testanordnung 4 mit einem ersten Loadboard 41.
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Auf
dem ersten Loadboard 41 ist der erste zu testende Transceiver 2 sowie
ein zweiter programmierbarer digitaler Emulator TPE2 angeordnet.
Der erste Transceiver 2 entspricht hinsichtlich seiner Funktion
und seines Rufbaus demjenigen aus 1 und ist
zusätzlich über digitale
Testerkanäle
DTC mit einem hier nicht gezeigten üblichen Tester verbunden. Über die
digitalen Testerkanäle
DTC wird der erste Transceiver 2 mit Daten entsprechenden
Signalen gespeist, und Testwerte des ersten Transceivers 2 werden
zur Analyse und zum Auswerten an den Tester übertragen.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
sind die Komponenten des zweiten programmierbaren digitalen Emulators
TPE2 auf drei verschiedenen integrierten
Schaltkreisen IC1, IC2 und
IC3 ausgebildet. Dies ist nicht unbedingt
erforderlich. Der digitale Emulator TPE kann auch auf weniger oder
mehr als drei integrierten Schaltkreisen ausgebildet sein.
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Der
zweite programmierbare digitale Emulator TPE2 entspricht
hinsichtlich seiner Komponenten im wesentlichen dem ersten programmierbaren
digitalen Emulator TPE1, wobei der zweite
AD-Wandler ADC2 auf einem ersten integrierten Schaltkreis
IC1, das digitale Filter DF, der Koeffizientenspeicher
CM und die programmierbare digitale Schnittstelle PDI auf einem
zweiten integrierten Schaltkreis IC2, und der
zweite DA-Wandler DAC2 auf einem dritten
integrierten Schaltkreis IC3 ausgebildet
sind, und wobei der analoge Tiefpassfilter ALPF z.B. in Form eines RC-Netzwerks RC vorliegt.
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Beim
zweiten programmierbaren digitalen Emulator TPE2 ist
zusätzlich
ein auf dem analogen Signalweg zwischen dem dritten integrierten
Schaltkreis IC3 und dem RC-Netzwerk RC angeordneter programmierbarer
Verstärker 42 vorgesehen,
der den vom zweiten DA-Wandler DAC2 erzeugten
analogen Datenstrom 34 in einen analogen Datenstrom 341 verstärkt. Der
programmierbare Verstärker 42 verfügt über einen
in 3 nicht gezeigten digitalen Eingang, über den
er programmiert werden kann. Der analoge Eingang des programmierbaren
Verstärkers 42 ist
mit dem Ausgang des zweiten DA-Wandler DAC2 und
sein analoger Ausgang mit dem Eingang des RC-Netzwerks RC verbunden.
Mit dem programmierbaren Verstärker 42 kann
die absolute Amplitude des analogen Datenstroms 34 verändert werden,
um die Eingangsempfindlichkeit des Empfängers RX zu überprüfen.
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Durch
Verändern
der Parameter des digitalen Filters DF und durch Verändern der
Verstärkung des
programmierbaren Verstärkers 42 können verschiedene
Parameter gesetzt werden, um zu prüfen, bei welcher Eingangsempfindlichkeit
die zulässige Bitfehlerrate überschritten
wird.
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In
einem hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel
kann der Verstärker 42 auch
hinter dem RC-Netzwerk angeordnet sein Die programmierbare digitale
Schnittstelle PDI steht über
die digitalen Testerkanäle
DTC mit dem Tester in Verbindung und kann somit automatisiert programmiert
werden.
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Mit
dem zweiten integrierten Schaltkreis IC2 kann
das Signal-Rausch-Verhältnis verändert werden.
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Der
zweite AD-Wandler ADC2 und der zweite DA-Wandler
DAC2 weisen eine Auflösung von 10bit für eine Abtastrate
von 105 Msps auf. Sie sind bspw. vom Typ 10bit ADC MAX1180 und 10bit
DAC MAX5858. Das digitale Filter DF einschließlich des Koeffizientenspeichers
CM und der programmierbaren digitalen Schnittstelle PDI kann durch
ein FPGA wie bspw. VIRTEX II-Pro von XILINKS realisiert werden.
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Der
Ausgang des ersten Transceivers 2 stellt ein analoges Signal
mit einer bestimmten Signalform zur Verfügung. Diese Signalform wird
durch eine digitale Repräsentation
beschrieben, die den digitalen Eingang des ersten Digital-Analog-Wandlers
DAC1 beschreibt.
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In
einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die Treiberstärke
des Treibers TX des ersten Transceivers 2 getestet. Dabei
wird das digitale Filter DF über
den Koeffizientenspeicher CM und über die programmierbare digitale
Schnittstelle PDI so programmiert, dass es das Verhalten einer Übertragungsleitung
nachbildet. Dann werden über
die digitalen Testerkanäle DTC
definierte Daten an den Treiber TX des ersten Transceivers 2 angelegt
und der in Abhängigkeit
des vom Empfänger
RX empfangenen gestörten
analogen Datenstroms 24 erzeugte zweite digitale Datenstrom 26 gemessen.
Durch den in 3 nicht gezeigten Tester lässt sich
daraufhin die Bitfehlerrate des ersten zu testenden Transceivers 2 bestimmen.
Falls diese gemessene Bitfehlerrate eine vorgegebene maximale Bitfehlerrate
unterschreitet, ist der Parameter Treiberstärke unter Einbeziehung der
Eigenschaften des Empfängers
RX verifiziert. Andernfalls ist der erste Transceiver 2 auszusortieren.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die Eingangsempfindlichkeit des Empfängers RX
des ersten Transceivers 2 überprüft. Dabei wird das digitale
Filter DF durch den Koeffizientenspeicher CM und durch die programmierbare digitale
Schnittstelle PDI so programmiert, dass der digitalisierte Datenstrom 32 mit
einem bestimmten Signal-Rausch-Verhältnis beaufschlagt wird. Dann werden
von dem Tester über
die digitalen Testerkanäle
DTC vordefinierte Daten an den Treiber TX des ersten Transceivers 2 angelegt
und der in Abhängigkeit
des gestörten
analogen Datenstroms 24 erhaltene zweite digitale Datenstrom 26 gemessen.
Demgemäß kann durch
den Tester die Bitfehlerrate dieses zweiten digitalen Datenstroms 26 bestimmt
werden. Unterschreitet die gemessene Bitfehlerrate den vorgegebenen
Maximalwert, so werden die letzten Verfahrensschritte wiederholt,
wobei durch den Tester jeweils eine geringere Treiberleistung an
den Treiber TX angelegt wird.
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In
einem weiteren hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel wird wie folgt
vorgegangen. Durch den Tester wird durch ein Verfahren das Signal/Rauschverhältnis so
lange reduziert, bis die ge messene Bitfehlerrate einen vorgegebenen
Maximalwert überschreitet.
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Wenn
eine gemessene Bitfehlerrate den vorgegebenen Maximalwert erstmals überschreitet,
wird festgestellt, ob die dabei angelegten Daten innerhalb oder
außerhalb
einer vorgegebenen Worst case-Augenmarke liegen, ob der Empfänger RX
demnach die vorgegebene Spezifikation hinsichtlich seiner Eingangsempfindlichkeit
erfüllt
oder ob er aussortiert werden muss.
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Diese
Testverfahren können
auch als pseudoparametrische Testverfahren bezeichnet werden.
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4 zeigt
eine dritte Testanordnung 5 mit einem zweiten Loadboard 51.
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Auf
dem zweiten Loadboard 51 ist der erste Transceiver 2 und
ein weiterer programmierbarer digitaler Emulator ausgebildet, der
sich aus dem vierten integrierten Schaltkreis IC4 und
dem RC-Netzwerk RC zusammensetzt. Dabei sind der zweite AD-Wandler
ADC2, das digitale Filter DF, der Koeffizientenspeicher
CM, die programmierbare digitale Schnittstelle PDI und der zweite
DA-Wandler DAC2 auf einem gemeinsamen vierten integrierten
Schaltkreis IC4 vorgesehen. Somit befinden
sich die Wandler sowie die durch das Field Programmable Gate Array
realisierte Logik auf einem gemeinsamen integrierten Schaltkreis
IC4. Durch diese Gesamtintegration können weit
höhere
Verarbeitungsgeschwindigkeiten erreicht werden, als dies bei dem
in 3 gezeigten diskreten Aufbau der Fall ist.
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5 zeigt
eine vierte Testanordnung 6 mit einem dritten Loadboard 61,
auf dem ein zweiter zu testender Transceiver 62 angeordnet
ist.
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Auf
dem zweiten Transceiver 62 ist eine integrierte Selbsttestschaltung
BIST monolithisch integriert. Diese Selbsttestschaltung BIST setzt
sich aus dem digitalen Filter DF, aus dem Koeffizientenspeicher
CM und aus der programmierbaren digitalen Schnittstelle PDI zusammen.
Das digitale Filter DF befindet sich in dem internen Signalweg des
zweiten Transceivers 62 und zwar derart, dass der Ausgang des
digitalen Filters DF mit dem Eingang des zweiten DA-Wandlers DAC2 verbunden ist. Das digitale Filter DF verarbeitet
einen internen digitalen Datenstrom 132 in einen mit einer
definierten Verzerrung versehenen internen digitalen Datenstrom 133.
Die Verzerrung ist "pulse
shaped" bzw. "pulsgeformt" in dem Sinne, dass
er eine digitale Repräsentation
eines analogen Datenstroms darstellt. Dieser analoge Datenstrom
wird so ausgebildet, dass nach dem Durchgang durch den digitalen
Filter DF ein recht genauso angenähertes gewünschtes Signal entsteht, also
entsprechend den jeweiligen Anforderungen umgeformt. Der zweite
Transceiver 62 ist über
die digitalen Testerkanäle
DTC mit einem hier nicht gezeigten Tester verbunden, über den
Daten an den zweiten Transceiver 62 angelegt und Messwerte
generiert werden.
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Zwischen
dem Treiber TX und dem Empfänger
RX ist eine direkte Verbindungsleitung 63 auf dem dritten
Loadboard 61 vorgesehen. Auf dem dritten Loadboard 61 sind
darüber
hinaus keine weiteren Bauteile mehr notwendig.
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Bei
der vierten Testanordnung 6 ist die Einheit zur Leitungsemulation
vollständig
in den zweiten Transceiver integriert.
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Mit
dieser on chip-Anordnung des digitalen Leitungsemulators als Selbsttestschaltung
BIST können
die höchstmöglichen
Datenraten erzielt werden, weswegen sich die vierte Testanordnung 6 auch
für den
Einsatz in High speed interfaces eignet.
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Die
Erfindung ist auch in den folgenden Merkmalszusammenstellungen verwirklicht.
- 1. Integrierter Testschaltkreis, auf dem eine
erfindungsgemäße elektronische
Testschaltung monolithisch integriert ist.
- 2. Integrierter Testschaltkreis nach Ziffer 1, wobei das digitale
Filter (DF), der Koeffizientenspeicher (CM) und die programmierbare
digitale Schnittstelle (PDI) in Form eines Field Programmable Gate
Array (IC2) ausgebildet sind.
- 3. Nadelkarte zum Testen von integrierten Schaltkreisen bzw.
ICs, wobei die Nadelkarte einen integrierten Testschaltkreis (IC2, IC4) nach Ziffer
1 oder 2 sowie einen analogen Tiefpassfilter (ALPF) aufweist.
- 4. Nadelkarte nach Ziffer 3, wobei
– das digitale Filter (DF),
der Koeffizientenspeicher (CM) und die programmierbare digitale Schnittstelle
(PDI) auf einem gemeinsamen integrierten Testschaltkreis (IC2) und
– der Analog-Digital-Wandler
(ADC2) sowie der Digital-Analog-Wandler (DAC2) auf jeweils separaten integrierten Schaltkreisen
(IC1, IC3) ausgebildet
sind.
- 5. Loadboard zur Aufnahme einer Nadelkarte zum Testen von integrierten
Schaltkreisen bzw. ICs und/oder mit einem oder mehreren Testsockeln zum
Testen von integrierten Schaltkreisen bzw. ICs und/oder zum Anschluss
eines Wandlers an ein Messgerät
zum Testen von integrierten Schaltkreisen bzw. ICs, wobei das Loadboard
(41, 51, 61) einen integrierten Testschaltkreis
(IC2, IC4) nach
Ziffer 1 oder 2 sowie einen analogen Tiefpassfilter (ALPF) aufweist.
- 6. Loadboard nach Ziffer 5, wobei
– das digitale Filter (DF),
der Koeffizientenspeicher (CM) und die programierbare digitale Schnittstelle
(PDI) auf einem gemeinsamen integrierten Testschaltkreis (IC2) und
– der Analog-Digital-Wandler
(ADC2) sowie der Digital-Analog-Wandler (DAC2) auf jeweils separaten integrierten Schaltkreisen
(IC1, IC3) ausgebildet
sind.
- 7. Messgerät
mit Mess-Sensoren, insbesondere für Ströme und Spannungen und mit Instrumenten zur
Erzeugung von digitalen, zur Weiterverarbeitung mit einem mit dem
Messgerät
verbundenen Computersystem bestimmten Signalen aus den gemessenen
Werten, insbesondere Strömen
und Spannungen, wobei das Messgerät einen integrierten Testschaltkreis
(IC2, IC4) nach
Ziffer 1 oder 2 sowie einen analogen Tiefpassfilter (ALPF) aufweist.
- 8. Messgerät
nach Ziffer 7, wobei
– das
digitale Filter (DF), der Koeffizientenspeicher (CM) und die programmierbare
digitale Schnittstelle (PDI) auf einem gemeinsamen integrierten
Testschaltkreis (IC2) und
– der Analog-Digital-Wandler
(ADC2) sowie der Digital-Analog-Wandler (DAC2) auf jeweils separaten integrierten Schaltkreisen
(ICi, IC3) ausgebildet sind.
- 9. Computersystem zur Aufnahme von digitalen, von einem Messgerät erzeugten
Signalen, wobei das Computersystem einen integrierten Testschaltkreis
(IC2, IC4) nach
Ziffer 1 oder 2 sowie einen analogen Tiefpassfilter (ALPF) aufweist
- 10. Computersystem nach Ziffer 9, wobei
– das digitale
Filter (DF), der Koeffizientenspeicher (CM) und die programmierbare
digitale Schnittstelle (PDI) auf einem gemeinsamen integrierten
Testschaltkreis (IC2) und
– der Analog-Digital-Wandler
(ADC2) sowie der Digital-Analog-Wandler (DAC2) auf jeweils separaten integrierten Schaltkreisen
(ICi, IC3) ausgebildet sind.
- 11. Integrierter Schaltkreis, insbesondere Transceiver, der
eine erfindungsgemäße elektronische Testschaltung
aufweist.
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- 1
- erste
Testanordnung
- 2
- erster
Transceiver
- TX
- Treiber
- RX
- Empfänger
- ADC1
- erster
Analog-Digital-Wandler
- DAC1
- erster
Digital-Analog-Wandler
- 21
- erster
digitaler Datenstrom
- 22
- erster
analoger Datenstrom
- 23
- verstärkter analoger
Datenstrom
- 24
- gestörter analoger
Datenstrom
- 25
- zweiter
digitaler Datenstrom
- 26
- zweiter
analoger Datenstrom
- TPE1
- erster
programmierbarer digitaler Emulator
- DAC2
- zweiter
Digital-Analog-Wandler
- ADC2
- zweiter
Analog-Digital-Wandler
- DF
- digitaler
Filter
- ALPF
- analoger
Tiefpassfilter
- CM
- Koeffizientenspeicher
- PDI
- programmierbare
digitale Schnittstelle
- 31
- analoger
Eingangsdatenstrom
- 32
- digitalisierter
Datenstrom
- 33
- digitaler
Datenstrom
- 34
- analoger
Datenstrom
- 35
- tiefpassgefilterter
analoger Ausgangsdatenstrom
- 4
- zweite
Testanordnung
- 41
- erstes
Loadboard
- TPE2
- zweiter
programmierbarer digitaler Emulator
- IC1
- erster
integrierter Schaltkreis
- IC2
- zweiter
integrierter Schaltkreis
- IC3
- dritter
integrierter Schaltkreis
- 42
- programmierbarer
Verstärker
- 341
- verstärkter analoger
Datenstrom
- RC
- RC-Netzwerk
- DTC
- digitale
Testerkanäle
- 5
- dritte
Testanordnung
- 51
- zweites
Loadboard
- IC4
- vierter
integrierter Schaltkreis
- 6
- vierte
Testanordnung
- 61
- drittes
Loadboard
- 62
- zweiter
Transceiver
- BIST
- Selbsttestschaltung
- 63
- direkte
Verbindungsleitung
- 132
- interner
digitaler Datenstrom
- 133
- digitaler
Datenstrom