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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Testschaltungen zum Testen
von elektronischen Treibereinheiten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
Testschaltungen zum Testen von elektronischen Treibereinheiten,
die für
hohe Datenübertragungsgeschwindigkeiten
ausgelegt sind.
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Treibereinheiten,
insbesondere Hochgeschwindigkeits-Treibereinheiten, werden beispielsweise
auf der Senderseite vieler Schnittstelleneinheiten wie Intrachips,
Multichips, Board-Level-Einheiten oder System-Level-Einheiten benötigt. An
diese Treiber sind bestimmte Anforderungen hinsichtlich Sendeamplitude,
Sendefrequenz und Flankensteilheit gestellt. Als ein Beispiel derartiger
Treiber ist beispielsweise der Universal Serial Bus (USB), IBEB1394
(Firewire), VDLS, Write-Channel,
SDI (Serial Digital Interface) etc. in herkömmlichen Schaltungsanordnungen
im Einsatz. Ferner werden für
viele Schnittstelleneinheiten differenzielle Treiber wie beispielsweise
LVDS (Low Voltage Differential Signalling) wie beispielsweise JESD96
eingesetzt.
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STAND DER TECHNIK
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Bei
der Herstellung einer integrierten Schaltung, welche einen differenziellen
Treiber gemäß einer
LVDS-Schnittstelle aufweist, besteht das Problem, dass derartige
Treibereinrichtungen eine in einem sogenannten Augendiagramm definierte
Kenngröße sicher
einhält.
Zu diesem Zweck sind Testvorrichtungen vorzusehen, die derartige
Treibereinheiten hinsichtlich spezifischer Parameter wie Sendeamplitude,
Sendefrequenz und Flankensteilheit überwachen.
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Beispielsweise
ist der LVDS (Low Voltage Differential Signalling)-Schnittstellenstandard
für eine
Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung
vorgesehen. LVDS ist standardisiert nach AMSI/TIA/PIA-644-1995.
Die wesentlichen Merkmale von LVDS sind differenzielle Spannungspegel
und relativ geringe Spannungswerte (low voltage). Hierbei erfolgt
eine differenzielle Signalübertragung
dadurch, dass zwei Leitungen verwendet werden und die Differenz
der Spannungen für
den Logikzustand herangezogen wird. Bei LVDS beträgt die Spannungsdifferenz üblicherweise
0,3 Volt, während
eine absolute Spannung bei ca. 1,2 Volt bereitgestellt wird. Ein
Logikwechsel wird durch ein Umpolen der Leitungen herbeigeführt. Bei
einer derartigen symmetrischen Signalübertragung sind die Signale
auf den zwei Leitungen immer entgegengesetzt.
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Üblicherweise
werden die zwei Leitungen (Pfade) eng aneinanderliegend angeordnet,
um eine geringe Störaussendung
sicherzustellen. Die Leitungsimpedanz über die gesamte Übertragungsstrecke
inklusive möglicher
Steckverbindungen ist im Wesentlichen konstant. Derartige Übertragungsstrecken
werden auch im GBit/s-Bereich eingesetzt. Hierbei sind die beiden
Leitungslängen
exakt gleich auszulegen, um Laufzeitunterschiede zu vermeiden. Ein
wesentliches Problem bei einer derartigen LVDS-Signalübertragung
bei sehr hohen Datenübertragungsraten
liegt darin, dass die Funktionsfähigkeit einer
Treibereinheit überprüft werden
muss.
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GERNER,
M.; MÜLLER,
B.; SANDWEG, G. „Selbsttest
digitaler Schaltungen. München
[u. a.]", Oldenbourg,
1990, Seiten 74–86,
239–259,
ISBN 3-486-21765-8 beschreiben den standardisierten Boundary-Scan-Test
gemäß der Norm
IEEE 1149.1, mit welchem eine oder mehrere zu testende Schaltungseinheiten über eine
normierte serielle Schnittstelle getestet werden können. Eine
in der integrierten Schaltung eingebaute Boundary-Scan-Architektur umfasst
ein Boundary-Scan-Register, ein Instruktionsregister, einen TAP-Controller
und einen Instruktionsdecoder.
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PARKER,
K. P., "The Boundary
Scan Handbook. 3. Auflage, Boston [et al.]", Kluwer Academic Publishers, 2003,
Seiten 8–39,
151–154,
225–256. ISBN
1-4020-7496-4 erläutert
einen standardisierten Boundary-Scan-Test gemäß der Norm IEEE 1149.1 Ein
dort aufgeführter
Betriebsmodus „Sample" ermöglicht lediglich
ein Abtasten eines Schnappschusses eines Ausgangssignals.
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Die
DE 10138556 C1 offenbart
eine Vorrichtung zum Testen der Eingangs- und Ausgangstreiber einer
zu testenden Schaltung. Einzelne Signalanschlüsse der zu testenden Schaltung,
die Eingangs- bzw. Ausgangstreibern zugeordnet sind, sind in Reihe
zu einem Ringoszillator bzw. zu einer offenen Kette verschaltet.
Die Schwingung des Ringoszillators bzw. die entsprechende Verzögerungszeit
wird dann ausgewertet. Durch Vorsehen entsprechender steuerbarer
Schalter kann die Konfiguration des Ringoszillators bzw. der Kette
variabel in Abhängigkeit
von den jeweils zu testenden Eingangs- bzw. Ausgangstreibern modifiziert
werden.
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Die
US 6895535 B2 offenbart
eine Schaltung und ein Verfahren zum Testen von Hochgeschwindigkeits-Daten-Empfängern und
-Treibern mit Hilfe des sogenannten Augendiagramms.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Testvorrichtung
zum Testen von zu testenden Schaltungseinheiten bereitzustellen,
die ein effizientes und kostengünstiges
Testen von schnellen Vorgängen
in den zu testenden Schaltungseinheiten ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Testvorrichtungen zum Testen von zu testenden Schaltungseinheiten
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner wird die obige Aufgabe durch
ein in dem nebengeordneten Patentanspruch 4 angegebenes Verfahren
gelöst.
Darüber
hinaus wird eine Schaltungseinheit gemäß Patentanspruch 9 bereitgestellt.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein
Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Testvorrichtung zum Testen
einer zu testenden Schaltungseinheit mit einer ersten Testeinrichtung, die
außerhalb
der zu testenden Schaltungseinheit angeordnet und zur Erfassung
niedrigfrequenter Signale ausgelegt ist, und einer zweiten Testeinrichtung, die
integral mit der zu testenden Schaltungseinheit angeordnet und zur
Erfassung hochfrequenter Signale ausgelegt ist, bereitzustellen,
wobei die zweite Testeinrichtung eine Abtasthalteeinheit zum Abtasten mindestens
eines Spannungswerts eines aus der zu testenden Schaltungseinheit
ausgegebenen Ausgangssignals mit zueinander zeitverzögerten Abtasthaltesignalen
und zum Halten des abgetasteten Spannungswerts, und eine Logikeinheit
zur Ansteuerung der Abtasthalteeinheit aufweist, wobei die Logikeinheit
einen Testmustergenerator zur Erzeugung eines periodischen Testmusterdatenstroms
aufweist, mit welchem die zu testende Schaltungseinheit testbar
ist, und der mittels der zweiten Testeinrichtung abgetastete Spannungswert
als ein Testergebnissignal der ersten Testeinrichtung zugeführt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
zur Analyse eines Ausgangssignals aus einer zu testenden Schaltungseinheit
gebildetes Augendiagramm zur Feststellung der Funktionsfähigkeit
der zu testenden Schaltungseinheit;
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2a ein
Blockdiagramm, das die wesentlichen Blöcke der Testvorrichtung, die
einerseits in der zu testenden Schaltungseinheit, und andererseits
extern der zu testenden Schaltungseinheit angeordnet sind, zum Verständnis der
Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2b ein
detailliertes Blockdiagramm der zu testenden Schaltungseinheit mit
in einer integral mit der zu testenden Schaltungseinheit angeordneten
Testeinrichtung und einer außerhalb
der zu testenden Schaltungseinheit angeordneten Testeinrichtung
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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3 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
der Logikeinheit, welche in derjenigen Testeinrichtung enthalten
ist, welche innerhalb der zu testenden Schaltungseinheit angeordnet
ist;
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4 ein
Ablaufdiagramm zur Darstellung von Abtasthaltesignalen und einem
Ausgangsdifferenzsignal der zu testenden Schaltungseinheit zur Erläuterung
der Funktion der in 3 dargestellten Logikeinheit;
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5 einen
weitere Logikeinheit, die in derjenigen Testeinrichtung angeordnet
ist, die integral mit der zu testenden Schaltungseinheit ausgebildet ist,
gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Testvorrichtung, bei der diejenige Testeinrichtung, die integral
mit der zu testenden Schaltungseinheit angeordnet ist, gegenüber dem
in 2b gezeigten Ausführungsbeispiel variiert ist; und
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7 eine
Testvorrichtung, bei der ein endlicher Automat innerhalb derjenigen
Testeinrichtung, die integral mit der zu testenden Schaltungseinheit angeordnet
ist, bereitgestellt ist, gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten oder Schritte.
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WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Testvorrichtung zum Testen
von zu testenden Schaltungseinheiten bereitgestellt, welche im Wesentlichen
umfasst:
- a) eine erste Testeinrichtung, die
außerhalb
der zu testenden Schaltungseinheit angeordnet ist;
- b) eine zweite Testeinrichtung, die integral mit der zu testenden
Schaltungseinheit angeordnet ist;
- c) eine in der zweiten Testeinrichtung angeordnete Abtasthalteeinheit
zum Abtasten mindestens eines Spannungswerts eines aus der zu testenden
Schaltungseinheit ausgegebenen Ausgangssignals und zum Halten des
abgetasteten Spannungswerts; und
- d) eine Logikeinheit zur Ansteuerung der Abtasthalteeinheit,
wobei der mittels der zweiten Testeinrichtung abgetastete Spannungswert
als ein Testergebnissignal der ersten Testeinrichtung zugeführt wird.
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Ein
wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
die zweite Testeinrichtung als eine Einheit mit der zu testenden
Schaltungseinheit ausgebildet ist. Die zweite Testeinrichtung weist
vorzugsweise eine Abtasthalteeinheit zum Abtasten mindestens eines
Spannungswerts eines aus der zu testenden Schaltungseinheit ausgegebenen
Ausgangssignals und zum Halten des abgetasteten Spannungswerts auf.
Eine in der zu testenden Schaltungseinheit angeordnete Logikeinheit
steuert hierbei die Abtasthalteschaltung an, wobei der mittels der
zweiten Testeinrichtung abgetastete Spannungswert als ein Testergebnissignal
ausgegeben und der ersten Testeinrichtung zugeführt wird.
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Somit
weist die erfindungsgemäße Testvorrichtung
den Vorteil auf, dass durch die Integration einer internen Testschaltung
Anforderungen an externe Testeinrichtungen verringert werden, derart,
dass ein kompletter Testzyklus, der den Logikteil und den LVDS-Treiberteil
der zu testenden Schaltungseinheit umfasst, auf einem preiswerten
Logiktester ablaufen kann, ohne dass Testzeiten verlängert, Testgenauigkeiten
reduziert oder ein Chipflächenverbrauch
nennenswert erhöht
werden. Auf diese Weise ergibt sich der Vorteil, dass die Testkosten
erheblich verringert werden.
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Ferner
weist das erfindungsgemäße Verfahren
zum Testen von zu testenden Schaltungseinheiten im Wesentlichen
die folgenden Schritte auf:
- a) Verbinden einer
zu testenden Schaltungseinheit, welche eine zweite Testeinrichtung
integral mit derselben gebildet aufweist, mit einer ersten Testeinrichtung,
die außerhalb
der zu testenden Schaltungseinheit angeordnet ist;
- b) Abtasten, mittels einer in der zweiten Testeinrichtung angeordneten
Abtasthalteeinheit, mindestens eines Spannungswerts eines aus der
zu testenden Schaltungseinheit ausgegebenen Ausgangssignals;
- c) Ansteuern der Abtasthalteeinheit mittels einer in der zweiten
Testeinrichtung angeordneten Logikeinheit;
- d) Halten des abgetasteten Spannungswerts mittels der Abtasthalteeinheit;
und
- e) Ausgeben des mittels der zweiten Testeinrichtung abgetasteten
Spannungswerts als ein Testergebnissignal und Zuführen des
Testergebnissignals zu der ersten Testeinrichtung.
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Weiterhin
wird erfindungsgemäß eine Schaltungseinheit
bereitgestellt, die mit einer Testvorrichtung testbar ist, mit:
- a) einer zweiten Testeinrichtung, die integral
in der zu testenden Schaltungseinheit angeordnet ist und welche
aufweist:
- a1) eine Abtasthalteeinheit zum Abtasten mindestens eines Spannungswerts
eines aus der zu testenden Schaltungseinheit (101) ausgegebenen Ausgangssignals
und zum Halten des abgetasteten Spannungswerts; und
- a2) eine Logikeinheit zur Ansteuerung der Abtasthalteeinheit,
wobei
- b) der mittels der zweiten Testeinrichtung abgetastete Spannungswert
als ein Testergebnissignal ausgegeben wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die ersten
und zweiten Testeinrichtungen derart ausgelegt, dass die erste Testeinrichtung
hauptsächlich
zur Erfassung niedrigfrequenter Signale ausgelegt ist, während die
zweite Testeinrichtung hauptsächlich
zur Erfassung hochfrequenter bzw. hochtransienter Signale ausgelegt
ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist
die Logikeinheit einen Testmustergenerator zur Erzeugung eines Testmusterdatenstroms
auf. Dieser Testmusterdatenstrom wird der zu testenden Schaltungseinheit
zugeführt
und dient zum Testen der zu testenden Schaltungseinheit.
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Gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist
die Logikeinheit eine Verzögerungseinrichtung
zur Erzeugung des Abtasthaltesignals aus einem der zu testenden
Schaltungseinheit zugeführten
Takteingangssignal auf.
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Gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist
die Logikeinheit einen Ringoszillator zur Erzeugung des Abtasthaltesignals
aus einem der zu testenden Schaltungseinheit zugeführten Takteingangssignal auf.
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Gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
die zu testenden Schaltungseinheit mittels periodischer Null-Eins-Folgen
in der zweiten Testeinrichtung getestet.
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Vorzugsweise
erfolgt eine Analyse des Testergebnissignals mittels einer Augenöffnung eines
Augendiagramms in der zweiten Testeinrichtung.
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Auf
diese Weise ermöglichen
es die Testvorrichtung zum Testen von zu testenden Schaltungseinheiten
und das zugehörige
Verfahren, die oben angegebene Aufgabe der vorliegenden Erfindung
zu lösen.
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Um
die Funktionsfähigkeit
einer zu testenden Schaltungseinheit beurteilen zu können, wird
ein in 1 gezeigtes Augendiagramm herangezogen. Ein derartiges
Augendiagramm entspricht einer Darstellung von Ausgangsdifferenzsignalen,
die aus der zu testenden Schaltungseinheit bzw. einer in dieser angeordneten
Hochfrequenztreibereinrichtung ausgegeben werden. Hierbei entspricht
ein in 1 dargestellter heller Bereich EB einem "erlaubten Band", während dunkel
dargestellte Bereiche VB "verbotenen
Bändern" entsprechen.
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Ein
mit dem Bezugszeichen 207 gekennzeichnetes Ausgangsdifferenzsignal
muss sich somit, um eine Funktionsfähigkeit einer zu testenden Schaltungseinheit
sicherzustellen, in dem erlaubten Band EB befinden. In typischer
Weise beträgt
eine minimale Sendeamplitude |Vmin| > 100 mVPP.
Eine derartige Amplitude ist in 1 mit dem
Bezugszeichen 201 gekennzeichnet.
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Die
Flankensteilheit des Ausgangsdifferenzsignals 207 bestimmt
die minimale Augenöffnung 202.
Eine minimale Augenöffnung
von Tmin > 55%·1/(2·fTakt) wird hierbei gefordert. Bei einer typischen
Taktfrequenz von 156 MHz ergibt sich hierbei eine Augenöffnung 202 von
Tmin > 1,76
Nanosekunden (ns).
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2a veranschaulicht
ein Blockbild zur Erläuterung
der Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Dargestellt in 2a sind
eine zu testende Schaltungseinheit 101 und eine erste Testeinrichtung 102, welche
die Testvorrichtung 100 ausbilden. Zwischen der zu testenden
Schaltungseinheit 101 und der ersten Testeinrichtung 102 werden
Signale ausgetauscht, d. h. ein Teststeuersignal 210 von
der ersten Testeinrichtung 102 zu der zu testenden Schaltungseinheit 101 und
ein Testergebnissignal 203 von der zu testenden Schaltungseinheit 101 zu
der ersten Testeinrichtung 102. Erfindungsgemäß weist
die zu testende Schaltungseinheit 101 eine Steuerschnittstelleneinheit 108 auf,
welche mit einer Controllereinheit 106 der ersten Testeinrichtung 102 kommunizieren kann.
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Ferner
weist die zu testende Schaltungseinheit 101 eine zweite
Testeinrichtung 103 auf, welche einen Test bezüglich hochtransienter
Vorgänge
in der zu testenden Schaltungseinheit 101 durchführt. Eine derartige
Testdurchführung
ist untenstehend detailliert beschrieben.
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Das
Ergebnis dieses Tests wird als das Testergebnissignal 203 einer
in der ersten Testeinrichtung 102 angeordneten Testereingangsschaltung 107 zugeführt. Die
Testereingangsschaltung 107 weist u. a. eine Speichereinheit
zum Speichern des Testergebnissignals 203 auf. Die Testereingangsschaltung 107 ist
ferner mit einer in der ersten Testeinrichtung 102 angeordneten
Analyse- und Steuereinrichtung 105 verbunden, welche einen
gesamten Testablauf steuert. So steuert die Analyse- und Steuereinrichtung 105 auch
einen Datenaustausch zwischen der Controllereinheit 106 und
der Steuerschnittstelleneinheit 108 der zu testenden Schaltungseinheit 101.
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Hierbei
weisen die erste Testeinrichtung 102 und die zweite Testeinrichtung 103 unterschiedliche Eigenschaften
auf, derart, dass die erste Testeinrichtung 102 zur Erfassung
niedrigfrequenter Signale ausgelegt ist, während die zweite Testeinrichtung,
die integral mit der zu testenden Schaltungseinheit 101 angeordnet
ist, zur Erfassung und zum Testen hochfrequenter bzw. hochtransienter
Signale ausgelegt ist.
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Auf
diese Weise kann die erste Testeinrichtung 102 einfach
und kostengünstig
ausgelegt werden. Die Funktionsweise der zweiten Testeinrichtung 103 wird
untenstehend unter Bezugnahme auf die 2b bis 7 erläutert werden.
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2b zeigt
ein detailliertes Blockdiagramm einer Testvorrichtung gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Es sei darauf hingewiesen, dass aus
Vereinfachungsgründen
schaltungstechnische Details wie Abschlusswiderstände, Lastimpedanzen
etc. in den nachfolgenden Figuren weggelassen sind, da sie nichts
zum Verständnis
der vorliegenden Erfindung beitragen.
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Wie
in 2b gezeigt, ist die erfindungsgemäße Testvorrichtung 100 in
eine erste Testeinrichtung 102 (rechter gestrichelter Block
in 2b) und eine zweite Testeinrichtung 103 (gestrichelter
Block innerhalb der zu testenden Schaltungseinheit 101) aufgeteilt.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist ein Testen eines Hochgeschwindigkeitstreibers
veranschaulicht, der durch die Sendeeinheit 401 dargestellt
ist.
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Es
sei jedoch darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Testvorrichtung
nicht auf ein Testen von Hochgeschwindigkeitstreibern beschränkt ist.
Vorteilhaft lässt
sich die erfindungsgemäße Testvorrichtung
zum Testen von zu testenden Schaltungseinheiten 101 einsetzen,
welche Signale mit schnellen Übergängen aufweisen.
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Die
Sendeeinheit 401 der zu testenden Schaltungseinheit 101 gibt
ein differenzielles Signal auf zwei Pfaden P1 bzw. P2 aus. Das von
der Sendeeinheit 401 bereitgestellte Signal wird als ein
Ausgangsdifferenzsignal 207 weiteren Schaltungseinheiten
(nicht gezeigt) zugeführt.
Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit
der zu testenden Schaltungseinheit 101 wird das Ausgangsdifferenzsignal 207 herangezogen.
Seriell angeordnet sind in den beiden differenziellen Ausgangspfaden
P1, P2 der zu testenden Schaltungseinheit 101 jeweils eine
Entladungsschutzeinheit, ESD (ESD = Electrostatic Discharge, elektrostatische
Entladung) 304 und eine Anschlusseinheit 303.
Die Entladungsschutzeinheiten 304 schützen die gesamte Schaltungsanordnung
vor Überspannungen
bzw. transienten Spannungspulsen. Die Anschlusseinheiten 303 dienen
einem Anschluss der zu testenden Schaltungseinheit an externe Schaltungseinheiten.
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Wie
ferner in 2b veranschaulicht, ist der Sendeeinheit 401 eine
Eingangsmultiplexereinheit 403 vorgeschaltet, welche zwischen
einem Testmusterdatenstrom 205 und dem Eingangsdatenstrom 204 in
Abhängigkeit
von der Zuführung
eines Testauswahlsignals 206 umschaltet. Bei einem Testbetrieb
wird der Testmusterdatenstrom 205 zum Testen der Sendeeinheit
bzw. der zugeordneten Hochgeschwindigkeitstreibereinheiten durch
die Eingangsmultiplexereinheit 403 geleitet.
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Wie
in 2b gezeigt, umfasst die zweite Testeinrichtung 103 die
Logikeinheit 104, welche die Steuerschnittstelleneinheit 108 zur
Kommunikation mit der ersten Testeinrichtung 102 aufweist.
Ferner umfasst die zweite Testeinrichtung 103 Schaltungskomponenten
zur Abtastung des Ausgangsdifferenzsignals 207. Zu diesem
Zweck wird das Ausgangsdifferenzsignal am Ausgang der zu testenden
Schaltungseinheit 101 abgegriffen und über Entladungsschutzeinheiten 304 einer
Pfadmultiplexereinheit 404 zugeleitet. Die Pfadmultiplexereinheit 404 dient
dazu, zwischen den einzelnen differenziellen Pfaden P1 und P2 in
Abhängigkeit
von einem zugeführten
Pfadauswahlsignal 208 umzuschalten.
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Das
Pfadauswahlsignal 208 wird ebenso wie das Testauswahlsignal 206 in
der Logikeinheit 104, die untenstehend detaillierter beschrieben
ist, erzeugt. Somit wird durch die Pfadmultiplexereinheit 404 entweder
der Pfad P1 oder der Pfad P2 durchgeschaltet, wobei der entsprechende
differenzielle Anteil des Ausgangsdifferenzsignals 207 an
dem Ausgang der Pfadmultiplexereinheit 404 bereitsteht.
Der Ausgang der Pfadmultiplexereinheit 404 ist mit einer Abtasthalteeinheit 405 verbunden,
die durch ein Abtasthaltesignal 209 angesteuert wird.
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Die
Erzeugung des Abtasthaltesignals 209 wird untenstehend
detaillierter unter Bezugnahme auf die 3 bis 7 erläutert werden.
An dieser Stelle sei lediglich angemerkt, dass die Abtasthalteeinheit 405 zu
bestimmten, fest vorgegebenen Zeitpunkten Proben des entsprechenden
Teils des Ausgangsdifferenzsignals 207, das durch die Pfadmultiplexereinheit 404 vorgegeben
wird, abtastet und einen entsprechenden Spannungswert hält.
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Die
Abtasthalteeinheit 405 tastet mindestens einen Spannungswert
des aus der zu testenden Schaltungseinheit 101 ausgegebenen
differenziellen Ausgangssignals 207 ab und hält den abgetasteten Spannungswert.
Auf diese Weise ist es möglich, „on chip", d. h. auf der zu
testenden Schaltungseinheit 101 bereits eine Vorverarbeitung
der hochtransienten Signale vorzunehmen, so dass anschließend aus
der zweiten Testeinrichtung 103, die innerhalb der zu testenden
Schaltungseinheit 101 angeordnet ist, lediglich ein niederfrequentes
bzw. Gleichspannungssignal zu der extern angeordneten ersten Testeinrichtung 102 ausgegeben
werden muss.
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Auf
die Abtasthalteeinheit 405 folgend ist eine Filtereinheit 406 angeordnet,
mit welcher eine Filterung des aus der Abtasthalteeinheit 405 ausgegebenen
Signals vorgenommen wird. Auf die Filtereinheit 406 folgt
eine Verstärkereinheit 407 zur
Verstärkung
des aus der Filtereinheit 406 ausgegebenen Spannungssignals.
Das verstärkte
Spannungssignal wird über
eine Entladungsschutzeinheit 304 und eine Anschlusseinheit 303 der
zu testenden Schaltungseinheit 101 nach außen als
ein Testergebnissignal 203 ausgegeben.
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Ein
wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
die erste Testeinrichtung 102 (rechter gestrichelter Block
in 2b) durch die Vorverarbeitung in der zweiten Testeinrichtung 103 wesentlich
einfacher und kostengünstiger
gestaltet werden kann. Insbesondere ist es nicht mehr erforderlich,
dass die erste Testeinrichtung 102 hochtransiente bzw.
hochfrequente Signale verarbeitet. Die erste Testeinrichtung 102 weist
an ihrer Eingangsseite eine Sondeneinheit 305 auf, welcher
das Testergebnissignal 203, das aus der zu testenden Schaltungseinheit 101 ausgegeben wird,
aufnimmt. Folgend auf die Sondeneinheit 302 ist ein Analog-Digital-Konverter 308 zur
Konvertierung des ausgegebenen Spannungssignals angeordnet.
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Nach
einer Analog-Digital-Wandlung des Testergebnissignals 203 in
dem Analog-Digital-Konverter 308 wird der nunmehr erhaltene
digitale Wert einer Speichereinheit 408 zugeführt, in
welcher das Testergebnissignal 203 als ein digitaler Wert
gespeichert wird. Anschließend
erfolgt unter Zuhilfenahme der Analyse- und Steuereinrichtung 105 eine
Analyse des Testergebnisses und eine Bestimmung, ob die zu testende
Schaltungseinheit 101 in ihrer Gesamtheit fehlerfrei ist
oder nicht. Insbesondere wird eine derartige Feststellung auch anhand
einer Auswertung des in 1 gezeigten Augendiagramms vorgenommen.
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Ferner
dient die in der ersten Testeinrichtung 102 angeordnete
Analyse- und Steuereinrichtung 105 dazu, ein Teststeuersignal 210 zur
Steuerung der zweiten Testeinrichtung 103 bereitzustellen.
Zu diesem Zweck weist die erste Testeinrichtung 102 eine Controllereinheit 106 auf,
welche über
die Analyse- und Steuereinrichtung 105 angesteuert wird.
Ein Ausgangssignal der Controllereinheit 106 wird über eine
Treibereinheit 306 und eine Sondeneinheit 305 aus
der ersten Testeinrichtung 102 ausgegeben und einer weiteren
Anschlusseinheit 303 der zu testenden Schaltungseinheit 101 zugeführt.
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Zum
Schutz vor elektrostatischen Entladungen ist der Anschlusseinheit 303 wiederum
eine Entladungsschutzeinheit 304 nachgeschaltet. Das Teststeuersignal 210 wird
schließlich
der oben erwähnten Steuerschnittstelleneinheit 108 der
Logikeinheit 104 zugeführt.
Die Steuerung eines Tests bei einem Testen der zu testenden Schaltungseinheit 101 mittels des
Teststeuersignals 210 wird untenstehend detaillierter erläutert.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass in dem in 2b gezeigten
Ausführungsbeispiel
die Sendeeinheit 401 aus einem „Single Ended"-Eingangssignal ein
Ausgangsdifferenzsignal 207 bildet. In einem normalen Betrieb
wird der Empfangsdatenstrom 204 über die Eingangsmultiplexereinheit 403 der
Sendeeinheit 401 zugeführt,
welche das Ausgangsdifferenzsignal 207 über die beiden Pfade P1 und
P2 ausgibt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung
von differenziellen Ausgangssignalen beschränkt.
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Die
Steuerschnittstelleneinheit 108 kann beispielsweise als
ein serieller Bus, eine digitale Schnittstelle wie beispielsweise
ein JEDEC-Bus oder als eine parallele Schnittstelle ausgebildet
sein. Die in der zu testenden Schaltungseinheit 101 integral
angeordnete zweite Testeinrichtung 103 führt somit eine
Abtastung hochtransienter Signale durch das Abtasthalteverfahren
(sample-hold) durch und stellt ein niederfrequentes Testergebnissignal 203 bereit. Der
Testmusterdatenstrom 205, der aus der Logikeinheit 104 der
zweiten Testeinrichtung 103 ausgegeben und der Sendeeinheit 401 über die
Eingangsmultiplexereinheit 403 zugeführt wird, kann aus einer einfachen
Folge von Logisch 0 und Logisch 1 bestehen.
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Ein
derartiger 0-1-0...-Bitstrom eignet sich hervorragend zum Testen
der zu testenden Schaltungseinheit hinsichtlich hochtransienter
Vorgänge. Unter
Heranziehung des in 1 gezeigten Augendiagramms wird
ein derartiges Testmuster nun abgetastet, wobei beispielsweise 24
Abtastpunkte verwendet werden. Bei 24 Abtastpunkten müssen beispielsweise
zehn Abtastpunkte auf Logisch-"0" liegen, während mindestens
zehn davon unterschiedene Abtastpunkte ein logisches "1"-Signal ergeben müssen, um eine einwandfreie
Funktion der zu testenden Schaltungseinheit 101 feststellen
zu können.
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Die
nach dem Abtasthalteverfahren mittels der Abtasthalteeinheit 405 durchgeführte Abtastung hochfrequenter
bzw. hochtransienter Signale beruht darauf, dass der Testmusterda tenstrom 205 periodisch
ist. Ein derartiger, periodischer Testmusterdatenstrom 205 wird
in der innerhalb zu testenden Schaltungseinheit 101 angeordneten
zweiten Testeinrichtung 103 erzeugt und steht wiederum
zum Testen der zu testenden Schaltungseinheit 101 bereit.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass in den nachfolgenden Figuren, die sich
auf Schaltungsanordnungen beziehen, aus Vereinfachungsgründen Abschlusswiderstände, Lastimpedanzen
und andere, für
das Verständnis
der Erfindung unwesentliche Details weggelassen sind.
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3 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der in 2b veranschaulichten Logikeinheit 104.
Die in 3 gezeigte Variante der Logikeinheit 104a weist
als ein zentrales Element eine Verzögerungseinrichtung 501 auf,
die aus einzelnen Verzögerungseinheiten 502a–502n (T)
ausgebildet ist. Ein der Logikeinheit zugeführtes Takteingangssignal 211 wird
zunächst
einer Pulserzeugungseinheit 504 der Verzögerungseinrichtung 501 zugeführt.
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Nach
der Erzeugung eines Ausgangspulses, der untenstehend unter Bezugnahme
auf 4 näher
erläutert
wird, wird dieser sequenziell den Verzögerungseinheiten 502a–502n der
Verzögerungseinrichtung 501 zugeführt. Es
sei darauf hingewiesen, dass die Verzögerungseinheiten 502a–502n jeweils die
gleiche Verzögerung
T des aus der Pulserzeugungseinheit 504 ausgegebenen Pulssignals
oder eine unterschiedliche Verzögerung
bereitstellen können.
-
3 beruht
auf der Annahme, dass die Verzögerungseinheiten 502a–502n gleiche
Zeitverzögerungen
T des Pulssignals bereitstellen. Die Ausgänge der einzelnen Verzögerungseinheiten 502a–502n werden
einer Umschalteinheit 503, welche als ein Multiplexer ausgebildet
sein kann, zugeführt.
In Abhängigkeit
von einem Umschaltsignal 212, welches der Umschalteinheit 503 zugeführt wird,
wird jeweils ein zeitverzögertes
Pulssignal als das Abtasthaltesignal 209 ausgegeben. Somit
ist es möglich,
mit dem so erzeugten Abtasthaltesignal 209 ein hochtransientes
Signal ähnlich
wie bei einem Sample-Hold-Oszilloskop
innerhalb der zu testenden Schaltungseinheit 101 abzutasten.
-
Ferner
weist die in 3 gezeigte Logikeinheit 104a einen
Testmustergenerator 409 auf, der den Testmusterdatenstrom
(ein periodisches Testsignal) 205 bereitstellt.
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Zu
diesem Zweck wird dem Testmustergenerator 409 das Takteingangssignal 211 zugeführt. Ferner
wird der Logikeinheit 104a über die oben erwähnte Schnittstelleneinheit 108 das
aus der ersten Testeinrichtung 102 ausgegebene Teststeuersignal 210 zugeführt, das
zur Steuerung der gesamten Logikeinheit 104a herangezogen
wird.
-
So
gibt die Steuerschnittstelleneinheit 108 in Abhängigkeit
von dem zugeführten
Teststeuersignal 210 ein Ansteuersignal 213 zu
dem Testmustergenerator 409 aus, der in Abhängigkeit
von dem Ansteuersignal 213 und dem zugeführten Taktsignal 211 den Testmusterdatenstrom 205 als
ein periodisches Testsignal bereitstellt.
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Aus
der Steuerschnittstelleneinheit 108 wird ferner das Pfadauswahlsignal
ausgegeben, welches obenstehend unter Bezugnahme auf 2b erläutert wurde
und zur Festlegung eines abzutastenden Pfads P1, P2 dient. Somit
liefert die in 3 dargestellte Logikeinheit 104a in
Abhängigkeit
von dem zugeführten
Takteingangssignal 211 und dem von der ersten Testeinrichtung 102 bereitgestellten
Teststeuersignal 210 drei Ausgangssignale zur Steuerung
eines Tests der zu testenden Schaltungseinheit mit Hilfe einer integral
angeordneten Testeinrichtung, d. h. der zweiten Testeinrichtung 103:
das Abtasthaltesignal 209, den periodischen Testmusterdatenstrom 205 und
das Pfadauswahlsignal 208.
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In 4 ist
das Abtasthaltesignal 209 in Bezug zu dem Ausgangsdifferenzsignal 207 auf
einer gemeinsamen Zeitachse 216 dargestellt. Wie in 4 veranschaulicht,
wird eine Abtastperiode 214 durch die periodisch auftretenden
Pulse, die aus der Pulserzeugungseinheit 504 (3)
ausgegeben werden, festgelegt. Eine Pulsbreite des aus der Pulserzeugungseinheit 504 ausgegebenen
Pulssignals legt hierbei die Abtastzeit fest.
-
Wie
bereits obenstehend unter Bezugnahme auf 3 erläutert, weisen
einzelne Abtasthaltesignale 209a–209n jeweils eine
Zeitverzögerung
um T zueinander auf. Dies ist in 4 durch
die Zeitverläufe 209a–209n dargestellt.
Die in 3 dargestellte Umschalteinheit 503 wählt nun
eines der Abtasthaltesignale in Abhängigkeit von dem zugeführten Umschaltsignal 212 aus,
um das Ausgangsdifferenzsignal bzw. einen Pfad P1, P2 des Ausgangsdifferenzsignals
periodisch abzutasten.
-
In 5 ist
eine weitere Variante der in 2b dargestellten
Logikeinheit 104 der zweiten Testeinrichtung 103 veranschaulicht.
Die in 5 dargestellte Logikeinheit 104b weist
eine erste Multiplexereinheit 608 und eine zweite Multiplexereinheit 609 auf.
-
Die
erste Multiplexereinheit 608 wird zur Erzeugung des Abtasthaltesignals 209 herangezogen, während die
zweite Multiplexereinheit 609 zur Erzeugung des Testmusterdatenstroms 205 herangezogen wird.
Ein zentrales Element der in 5 veranschaulichten
Logikeinheit 104b ist ein Ringoszillator 601, der
aus einzelnen Invertereinheiten 602 ausgebildet ist. In
Zusammenwirkung mit einem T-Flip-Flop 605, einem ersten
Master-Slave-Flip-Flop 606 und einem zweiten Master-Slave-Flip-Flop 607 werden
aus den Ausgangssignalen der in dem Ringoszillator 601 angeordneten
Invertereinheiten 602 Testmusterdatenströme 205 gewonnen.
Ferner weist die Logikeinheit 104b eine Steuerschnittstelleneinheit 108 zur
Ausgabe des Pfadauswahlsignals 208 auf.
-
Weiterhin
werden die Ausgangssignale der ersten Invertereinheit 602 des
Ringoszillators 601, des T-Flip-Flops 605 und
des ersten Master-Slave-Flip-Flops 606, wie in 5 gezeigt,
mittels erster 603 und zweiter Gattereinheiten 604 derart
verknüpft,
dass die Ausgangssignale der ersten und zweiten Gattereinheiten 603, 604 nach
einer Durchleitung durch die erste Multiplexereinheit 608 das
Abtasthaltesignal 209 bereitstellen. Zur Umschaltung zwischen
den einzelnen Abtasthaltesignalen 209 dienen die ebenfalls
der ersten Multiplexereinheit 608 zugeführten Auswahlsignale A1 und
A2.
-
In 6 ist
eine weitere bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, in welcher Modifikationen
gegenüber
der ersten, in 2b gezeigten Ausführungsform
bereitgestellt sind.
-
Im
Folgenden wird zur Vereinfachung der Beschreibung nur auf diejenigen
Teile eingegangen, die gegenüber
der in 2b veranschaulichten Ausführungsform
verändert
sind. Ein wesentlicher Unterschied der Ausführungsform der 6 gegenüber der
Ausführungsform
der 2b besteht darin, dass ein Analog-Digital-Konverter 308 nicht
in der ersten Testeinrichtung 102, sondern in der zweiten
Testeinrichtung 103 bereitgestellt ist.
-
Eine
derartige Schaltungsauslegung kann dann vorteilhaft sein, wenn die
zu testende Schaltungseinheit 101 bereits einen Analog-Digital-Konverter
aufweist, der zur Digitalisierung des aus der Filtereinheit 406 ausgegebenen
Signals herangezogen werden kann. Der digitalisierte Ausgangswert des
Analog-Digital-Konverters 308 wird anschließend der
Steuerschnittstelleneinheit 108 zugeführt, welche über die
in der zu testenden Schaltungseinrichtung 101 angeordnete
Schaltungseinheiten, d. h. die Entladungsschutzeinheit 304 und
die Anschlusseinheit 303 das Testergebnissignal 203 (hier
als ein digitales Signal) zu der ersten Testeinrichtung 102 ausgibt.
-
Die
in 6 veranschaulichte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung weist den Vorteil auf, dass die erste Testeinrichtung 102 nunmehr
weiter vereinfacht wird. Die erste Testeinrichtung 102 weist
hier lediglich einen einzigen Eingangsanschluss auf, der eine bidirektionale
Sondeneinheit 305 und eine bidirektionale Treibereinheit 306 umfasst.
Die Controllereinheit 106 dient einem Datenaustausch mit
der Steuerschnittstelleneinheit 108 der zweiten Testeinrichtung 103. Über eine
einzige Leitungsverbindung zwischen der ersten Testeinrichtung 102 und
der zu testenden Schaltungseinheit 101 wird nun sowohl
das Testergebnissignal 203 der ersten Testeinrichtung 102 zugeführt, als
auch das Teststeuersignal 210 der zweiten Testeinrichtung 103 zugeführt.
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7 zeigt
ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, bei dem die Logikeinheit durch eine
Kombination einer Datenbuseinheit 610 mit einem endlichen
Automaten 611 ersetzt ist.
-
Der
endliche Automat 611 ist als eine Zustandsmaschine ausgelegt,
die in Abhängigkeit
von Eingangsaktionen eine entsprechende Ausgabe bereitstellt. Auf
diese Weise ist es möglich,
die bereits unter Bezugnahme auf 2b beschriebenen
Signale, d. h. das Testauswahlsignal 206, den Testmusterdatenstrom 205 und
das Abtasthaltesignal 209 zu erzeugen. Zusätzlich zu
den in den voranstehenden Ausführungsformen
beschriebenen Schaltungskomponenten weist die in 7 dargestellte
zu testende Schaltungseinheit 101 ferner eine Integrationseinheit 410 und
eine der Integrationseinheit 410 nachgeschaltete Komparatoreinheit 411 auf.
Der Integrationseinheit 410 wird hierbei das Ausgangssignal
der Filtereinheit 406 zugeführt, wobei dieses in Abhängigkeit
von Anfangs- und Endzeitpunkten, die von dem endlichen Automaten 611 vorgegeben
werden, integriert wird. Ein Über-
oder Unterschreiten bestimmter Ausgangsspannungswerte, die aus der
Integrationseinheit 410 aus gegeben werden, wird durch die
Komparatoreinheit 411 festgestellt.
-
In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten oder Schritte.
-
- 100
- Testvorrichtung
- 101
- Zu
testende Schaltungseinheit
- 102
- Erste
Testeinrichtung
- 103
- Zweite
Testeinrichtung
- 104,
104a, 104b
- Logikeinheit
- 105
- Analyse-
und Steuereinrichtung
- 106
- Controllereinheit
- 107
- Testereingangsschaltung
- 108
- Steuerschnittstelleneinheit
- 201
- Amplitude
- 202
- Augenöffnung
- 203
- Testergebnissignal
- 204
- Empfangsdatenstrom
- 205
- Testmusterdatenstrom
- 206
- Testauswahlsignal
- 207
- Ausgangsdifferenzsignal
- 208
- Pfadauswahlsignal
- 209,
209a–209n
- Abtasthaltesignal
-
-
- 210
- Teststeuersignal
- 211
- Takteingangssignal
- 212
- Umschaltsignal
- 213
- Ansteuersignal
- 214
- Abtastperiode
- 215
- Abtastzeit
- 216
- Zeitachse
- 301
- Zu
testende Schaltungseinheit
- 302
- Testeinrichtung
- 303
- Anschlusseinheit
- 304
- Entladungsschutzeinheit,
ESD
- 305
- Sondeneinheit
- 306
- Treibereinheit
- 307
- Abtasthalteeinheit
- 308
- Analog-Digitalkonverter
- 401
- Sendeeinheit
- 402
- Empfangseinheit
- 403
- Eingangsmultiplexereinheit
- 404
- Pfadmultiplexereinheit
- 405
- Abtasthalteeinheit
- 406
- Filtereinheit
- 407
- Verstärkereinheit
- 408
- Speichereinheit
- 409
- Testmustergenerator
- 410
- Integrationseinheit
- 411
- Komparatoreinheit
- 501
- Verzögerungseinrichtung
- 502a–502n
- Verzögerungseinheiten
- 503
- Umschalteinheit
- 504
- Pulserzeugungseinheit
- 601
- Ringoszillator
- 602
- Invertereinheit
- 603
- Erste
Gattereinheit
- 604
- Zweite
Gattereinheit
- 605
- T-Flipflop
- 606
- Erstes
Master-Slave-Flipflop
- 607
- Zweites
Master-Slave-Flipflop
- 608
- Erste
Multiplexereinheit
- 609
- Zweite
Multiplexereinheit
- 610
- Datenbuseinheit
- 611
- Endlicher
Automat