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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Empfängerschaltungsanordnungen und insbesondere auf das Testen von Hochfrequenzempfängerschaltungsanordnungen nach der Herstellung und vor Ort.
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Herkömmlicherweise werden integrierte Millimeterwellenempfänger, wie z. B. diejenigen, die bei Kraftfahrzeug-Radar bei 77 GHz verwendet werden, entweder nach der Herstellung unter Verwendung aufwendiger Sonden- bzw. Teststationen und Messausrüstung oder nur indirekt über andere Messungen bei niedrigen Frequenzen getestet. Das Erstere ist teuer und zeitaufwendig, während das Letztere nur eine allgemeine Anzeige einer Schaltungsleistung zeigt, anstatt einer häufig gewünschten gründlichen Charakterisierung.
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Obwohl die Integration von Testsignalquellen auf einem Chip vorgeschlagen wurde, kann eine solche Lösung unvollkommen sein, da die Eigenschaften des Testsignals mit Prozessschwankungen variieren und nicht genau bekannt sind. Daher kann es schwierig sein, genaue Messungen zu erhalten, und es besteht weiterhin ein Bedarf an genauem und kosteneffektivem Testen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, eine integrierte Schaltung sowie ein System mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zum Testen von Hochfrequenzempfängern. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren ein Integrieren eines Pulsfolgegenerators und eines Empfängers in eine integrierte Schaltung; Erzeugen einer Pulsfolge durch den Pulsfolgegenerator und Anlegen der Pulsfolge an einen Eingang des Empfängers; Messen zumindest einer Eigenschaft der Pulsfolge; und Bestimmen zumindest einer Charakteristik des Empfängers unter Verwendung der zumindest einen Eigenschaft der Pulsfolge.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst eine integrierte Schaltung einen Empfänger und einen Pulsfolgegenerator, der konfiguriert ist, um eine Pulsfolge zu erzeugen und die Pulsfolge an einen Eingang des Empfängers anzulegen, wobei zumindest eine Charakteristik des Empfängers unter Verwendung zumindest einer gemessenen Eigenschaft der Pulsfolge bestimmt werden kann.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst ein System eine integrierte Schaltung, die einen Empfänger umfasst, und einen Pulsfolgegenerator, der eine Inverterkette umfasst, die eine Gatterverzögerung aufweist, wobei der Pulsfolgegenerator konfiguriert ist, um eine Pulsfolge zu erzeugen und die Pulsfolge an einen Eingang des Empfängers und einen Eingang eines Tiefpassfilters anzulegen, wobei eine mittlere Spannung der Pulsfolge an einem Ausgang des Tiefpassfilters messbar ist; und einen Basisbandprozessor, koppelbar mit einem Ausgang des Empfängers, um ein Ausgangssignal von dem Empfänger zu empfangen, und konfiguriert, um eine Charakteristik des Empfängers basierend auf dem Ausgangssignal, der mittleren Spannung und der Gatterverzögerung zu bestimmen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Diagramm einer Pulsfolge gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 ein Blockdiagramm einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 ein Diagramm einer Pulsfolge gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 ein Pulsfolge-Spektrum-Diagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5 ein Pulsfolge-Spektrum-Diagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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6 ein Blockdiagramm einer Testkonfiguration gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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7 ein Blockdiagramm einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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8 ein Blockdiagramm einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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9 ein Blockdiagramm einer Testkonfiguration gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Obwohl die Erfindung für verschiedene Modifikationen und alternative Formen zugänglich ist, wurden Einzelheiten derselben in den Zeichnungen beispielhaft gezeigt und werden hierin näher beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass es nicht die Absicht ist, die Erfindung auf die speziellen beschriebenen Ausführungsbeispiele zu begrenzen. Im Gegenteil, die Erfindung soll alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die in den Wesensart und den Schutzbereich der Erfindung fallen, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Testsignalgeneratoren und Verfahren zum Testen von Hochfrequenzempfängern. Die Testsignalgeneratorschaltung und der Empfänger, die zu testen sind, können auf der gleichen integrierten Schaltung integriert sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Schaltung beabsichtigt zum Testen von Empfängern nach der Herstellung, wie z. B. bei einem Front-End- und/oder Back-End-Test, sowie bei der Anwendung. Ein Ziel ist es, genaues Testen der Empfängerleistung bei geringen Kosten zu schaffen und ohne den Bedarf an aufwendiger Testausrüstung. Dies ist insbesondere angemessen für Empfänger im Millimeterwellenbereich (z. B. für Kraftfahrzeugradaranwendungen, die bei 77 GHz arbeiten), für die herkömmliches Testen wesentlichen Aufwand erfordert. Obwohl die Beispiele hierin allgemein im Zusammenhang von Radaranwendungen, wie z. B. Kraftfahrzeugradar, die bei 77 GHz arbeiten, erörtert werden können bei verschiedenen Ausführungsbeispielen andere Frequenzen und/oder Anwendungen verwendet werden.
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Die Erfindung adressiert die Probleme, die sich auf das Testen integrierter Empfänger beziehen, durch Erzeugen eines gut definierten Testsignals auf einem Chip. Das Testsignal wird durch einen Pulsfolgegenerator erzeugt, der bei einem Ausführungsbeispiel mit dem Empfänger in einer integrierten Schaltung integriert ist. Das Testsignal wird an einen Empfängereingang angelegt, wie z. B. beim Produktionstesten oder bei der Empfängeranwendung vor Ort, und liefert eine Charakterisierung der Empfängerleistung, wie z. B. Verstärkung, Rauschzahl und Frequenzverhalten, mit verbesserter Genauigkeit bei Ausführungsbeispielen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Testsignal eine Pulsfolge mit geringem Tastverhältnis, das Oberschwingungen bis zu dem Millimeterwellenbereich enthält.
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1 zeigt eine beispielhafte Pulsfolge 100 mit der Periode ι und Pulsdauer T. Um genaue Messungen zu erhalten, ist es wünschenswert, den genauen Wert von T zu kennen.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung 200 zum Erzeugen der Pulsfolge 100. Ein Taktsignal CLK wird an einen ersten Eingang eines UND-Gatters 202 angelegt. Das Taktsignal CLK wird auch an eine Inverterkette 204 angelegt, die drei Inverter 204a, 204b, 204c umfasst. Jeder Inverter 204a–c verzögert das Taktsignal CLK um einen kleinen Zeitbetrag entsprechend der Gatterverzögerung des jeweiligen Inverters 204a–c. Das verzögerte Taktsignal CLK wird dann an den zweiten Eingang des UND-Gatters 202 angelegt, das die Pulsfolge VPuls 206 erzeugt, wobei die Pulsdauer T (1) von VPuls 206 durch die Gesamtgatterverzögerung der Inverterkette 204 bestimmt wird.
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Die Gatterverzögerung ist eine wichtige Gütezahl in der Halbleitertechnologie. Daher sind Ringoszillatoren normalerweise Teil der Prozesssteuerungsüberwachungs-(PCM-; PCM = process control monitoring)Strukturen, die auf jedem hergestellten Wafer enthalten sind, da Ringoszillatoren eine Inverterkette umfassen, die es ermöglicht, die Gatterverzögerung zu messen. PCM-Strukturen sind typischerweise an mehreren unterschiedlichen Positionen auf jedem Wafer platziert. Ringoszillatorgatterverzögerungsmessungen zeigen nur wenig Schwankung über den Wafer, wie es beispielsweise erörtert ist in Boeck u. a., 3.3 ps SiGe Bipolar Technology, IEEE (2004), die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. Daher liefert die Gatterverzögerung, die an diesen bestehenden PCM-Strukturen gemessen wird, eine genaue Information über die Pulsdauer T der Schaltung 200.
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Mit Bezugnahme auf 3, wenn die Pulsdauer T und die Periode ι des Signals 100 bekannt sind, ist es möglich, Informationen über die Pulsamplitude zu erhalten durch Messen der mittleren Spannung VAVG der Pulsfolge 100. Die mittlere Spannung VAVG kann abgeleitet werden durch Tiefpassfiltern der Pulsfolge 100. Sobald die Pulsdauer T und die mittlere Spannung VAVG bekannt sind, ist die resultierende Amplitude des Testsignals 100 ebenfalls bekannt, wodurch eine genaue Empfängercharakterisierung bereitgestellt wird.
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Die Hüllkurve des Spektrums einer Pulsfolge entspricht einer sin(x)/x-Funktion, und die Amplitude der Spektrallinien erreicht eine erste Null bei einer Frequenz von 1/T. Herkömmliche Halbleiterprozesse erreichen typischerweise Gatterverzögerungen unter 4 Pikosekunden (ps). Daher ist es mit Bezugnahme auf 4 möglich, Pulse von ausreichend kurzer Dauer zu erzeugen, um die erste Null 402 bei Frequenzen von 100 GHz oder mehr zu haben. Dies bedeutet, dass Spektrallinien ausreichender Amplitude verfügbar sind in dem Kraftfahrzeugradarband bei 77 GHz. Der untere Abschnitt von 4 zeigt diesen Punkt in einem vergrößerten Abschnitt des Spektrums um 77 GHz herum.
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Alternativ ist es möglich, breitere Pulse zu verwenden, so dass die Betriebsfrequenz des Testobjekts zwischen der ersten und der zweiten Null 502, 504 liegt, wie es in 5 gezeigt ist. Obwohl die erste Null 502 unter der gewünschten Betriebsfrequenz von 77 GHz liegt, bleibt das Spektrum in dem Bereich von 77 GHz ausreichend, was in dem unteren Abschnitt von 5 ersichtlich ist. In der Tat ist das Spektrum bei 77 GHz etwas flach und weist keine wesentliche Schwankung auf, was beim Testen bevorzugt wird.
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6 zeigt eine beispielhafte Implementierung eines Ausführungsbeispiels. Ein Testsignalgenerator 602 ist zusammen mit dem Empfänger, der hier als Testobjekt 604 dargestellt ist, in einer integrierten Schaltung (IC) 605 integriert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Testsignalgenerator 602 als Schaltung 200 implementiert, die in 2 dargestellt ist. Ein Testsignal wird an den Eingang des Empfängers (Testobjekt) 604 und an ein Tiefpassfilter 606 angelegt. An dem Ausgang des Filters 606 kann die mittlere Spannung der Pulsfolge durch ein Voltmeter 608 gemessen werden. Eine Basisbandverarbeitungseinheit 610 ist in Ausführungsbeispielen implementiert, um das Ausgangssignal des Testobjekts 604 zu charakterisieren. Verstärkung und Rauschzahlen des Testobjekts 604 können genau bestimmt werden, da die Charakteristika des Testsignals, das von dem Testsignalgenerator 602 stammt, genau bekannt sind von Messungen der mittleren Spannung VAVG durch das Voltmeter 608 und die Gatterverzögerung, wie es oben beschrieben ist.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Testsignalgenerators 700 mit einer auswählbaren Anzahl von Inverterstufen 702. Ein Multiplexer 704 ist zu der Inverterkette 702 hinzugefügt. Abhängig von dem Zustand eines Ansteuersignals (select signal) 706 wird eine unterschiedliche Anzahl von Inverterstufen, drei oder fünf bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, verwendet. Dies ermöglicht das Variieren der Pulsdauer T und daher der Frequenzcharakteristika des Testsignals, ähnlich den Ausführungsbeispielen von 4 und 5.
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8 und 9 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Wert der Gatterverzögerung und dadurch der Pulsdauer T nicht von Messungen von PCM-Strukturen abgeleitet wird, sondern einzeln für jedes Testobjekt. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit und ermöglicht Empfängertesten, selbst wenn keine PCM-Daten verfügbar sind.
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8 zeigt, wie die Gatterverzögerung der Inverterstufen bei dem Pulsfolgegenerator 800 gemessen werden kann. Abhängig von dem Select_RO-Signal 802 ist der Eingang der ersten Inverterstufe 804a der Inverterkette 804 entweder mit dem Taktsignal CLK oder mit dem Ausgang der letzten Inverterstufe 804b über den Multiplexer 806 verbunden. Wenn der Ausgang der letzten Stufe 804b als Eingang verwendet wird, wirkt die Inverterkette 804 als ein Ringoszillator. Das Ausgangssignal des Ringoszillators (Inverterkette 804) ist verfügbar bei V_RO, und die Gatterverzögerung kann bestimmt werden durch Messen der Frequenz des Signals bei V_RO durch einen Frequenzzähler 902, wie es in 9 dargestellt ist. Wenn der Multiplexer 806 das Taktsignal CLK an den Eingang der Inverterkette 804 anlegt, arbeitet die Schaltung 800 als ein Pulsfolgegenerator, ähnlich wie die Schaltung 200 von 2.
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Ausführungsbeispiele liefern daher eine effiziente und weniger aufwendige Testimplementierung für Hochfrequenzempfänger, einschließlich Kraftfahrzeug- und anderer Radarempfänger, die bei 77 GHz arbeiten, durch Integrieren eines Testsignalgenerators mit dem Empfänger in einer integrierten Schaltung. Charakteristika des Signals, das durch den Testsignalgenerator erzeugt wird, können gut definiert sein, teilweise durch die Verwendung bestehender Strukturen auf dem Wafer. Genaues Testen kann daher mit reduzierten Kosten und reduzierter Komplexität erreicht werden im Vergleich zu herkömmlichem Hochfrequenzempfängertesten.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele von Systemen, Vorrichtungen und Verfahren wurden hierin beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele sind lediglich beispielhaft gegeben und sollen den Schutzbereich der Erfindung nicht begrenzen. Es sollte jedoch darüber hinaus klar sein, dass die verschiedenen Merkmale der Ausführungsbeispiele, die beschrieben wurden, auf verschiedene Weisen kombiniert werden können, um zahlreiche zusätzliche Ausführungsbeispiele zu erzeugen., Obwohl verschiedene Materialien, Abmessungen, Formen, Implementierungspositionen etc. für die Verwendung mit offenbarten Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können darüber hinaus andere außer den Offenbarten verwendet werden, ohne über den Schutzbereich der Erfindung hinauszugehen.
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Fachleute mit Durchschnittskenntnissen in den relevanten Fachgebieten werden erkennen, dass die Erfindung weniger Merkmale umfassen kann, als in jedem einzelnen oben beschriebenen Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele sind keine erschöpfende Darstellung der Art und Weise, wie die verschiedenen Merkmale der Erfindung kombiniert werden können. Folglich sind die Ausführungsbeispiele keine sich gegenseitig ausschließlichen Kombinationen von Merkmalen; eher kann die Erfindung eine Kombination unterschiedlicher einzelner Merkmale umfassen, die aus unterschiedlichen einzelnen Ausführungsbeispielen ausgewählt werden, wie es für Fachleute mit Durchschnittskenntnissen auf dem Gebiet klar ist.
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Jede obige Aufnahme von Dokumenten durch Bezugnahme ist begrenzt, so dass kein Gegenstand aufgenommen ist, der im Widerspruch steht zu der expliziten Offenbarung hierin. Jede obige Aufnahme von Dokumenten durch Bezugnahme ist ferner begrenzt, so dass keine Ansprüche, die in den Dokumenten enthalten sind, hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind. Jede obige Aufnahme von Dokumenten durch Bezugnahme ist noch weiter begrenzt, so dass alle Definitionen, die in den Dokumenten vorgesehen sind, hierin nicht durch Bezugnahme aufgenommen sind, es sei denn, dieselben sind ausdrücklich hierin enthalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Boeck u. a., 3.3 ps SiGe Bipolar Technology, IEEE (2004) [0024]
