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GEBIET DER TECHNIK
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Diese Erfindung betrifft allgemein elektronische Schaltkreise und Verfahren und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Prüfen eines integrierten Schaltkreises.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die steigende Zahl von Frequenzbändern und Standards in Mobilkommunikationssystemen erhöht die Ausgestaltungskomplexität von Mobiltelefonen, weil einige Mobiltelefone nun für den Betrieb unter Nutzung mehrerer Standards über mehrere Frequenzbänder konfiguriert werden. Zusätzlich beinhaltet das Mobiltelefon möglicherweise auch einen Global-Positioning-System(GPS)-Empfänger. In vielen Mobiltelefonen werden diese mehreren Frequenzbänder und Standards implementiert, indem mehrere Hochfrequenz(HF)-Sender und -Empfänger innerhalb mehrerer Signalwege genutzt werden, die unter Nutzung eines Antennenumschalters an eine einzelne Antenne gekoppelt werden können. Die Einführung von immer mehr Frequenzbändern innerhalb des Mobiltelefons kann jedoch einige Probleme hinsichtlich vorsätzlicher Störungen infolge der Erzeugung von Verzerrungsprodukten innerhalb der Schaltung des Mobiltelefons und innerhalb des Antennenumschalters selbst verursachen.
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In einigen Fällen können diese Antennenumschalter unter Nutzung eines oder mehrerer MOS-Schalttransistoren, die auf dem Substrat eines integrierten Schaltkreises angeordnet sind, implementiert werden. Um Verzerrungsprodukte zu minimieren, können die Substrate der MOS-Schalttransistoren auf eine negative Spannung vorgespannt werden und/oder die Gatesteuerspannung kann unter Nutzung einer oder mehrerer Spannungserhöhungsschaltungen, etwa einer Ladungspumpschaltung, über einer lokal verfügbaren Speisespannung gesteuert werden. Gemäß der üblichen Praxis werden Antennenumschalter geprüft, um Funktionalität und Leistung sicherzustellen. Eine Möglichkeit zum Prüfen einer HF-Schalteinrichtung besteht darin, ihre Gesamtfunktionalität bei Gleichstrom zu überprüfen. Bei einer solchen Prüfung werden jedoch möglicherweise Defekte im Schalttransistor oder in den Spannungserhöhungsschaltkreisen, welche die HF-Leistung der HF-Schalteinrichtung unter normalen Betriebsbedingungen möglicherweise mindern, nicht erkannt.
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Aus der
US 7 705 600 B1 ist ein Belastungstest für einen Schaltungskern bekannt, bei dem ein Steuersignal einer Ladungspumpe, die das Gate eines Schalttransistors steuert, in einem Testmodus mittels einer digitalen Schaltungsanordnung basierend auf den Ausgangssignalen zweier Komparatoren erzeugt wird, um den Schaltungskern einem Belastungstest zu unterziehen.
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Aus der
US 2009 167 094 A1 ist eine Schaltungsanordnung mit einer eingebauten Testvorrichtung bekannt, bei der die Ausgangsspannung einer einer Mehrzahl interner Spannungsquellen mit einer Zielspannung verglichen wird, wobei das Ergebnis des Vergleichs über ein I/O-Pad ausgegeben wird.
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Aus der
US 5 694 063 A ist eine Ruhestromerfassungsschaltung bekannt, die zwischen eine Leistungsversorgung und eine zu testende Vorrichtung geschaltet ist.
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Aus der
DE 103 06 620 Al ist eine in eine integrierte Schaltung integrierte Testschaltung bekannt, die eine Schalteinrichtung aufweist, um eine von internen Spannungen gemäß einem Auswahlsignal zum Testen auszuwählen. Eine von der internen Spannung abhängige Spannung wird mit einer extern vorgegebenen Referenzspannung verglichen und als Ergebnis des Vergleichs wird ein Fehlersignal ausgegeben.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Konzept zu schaffen, dass ein effektives Testen von Schaltkreisen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und 11, einen integrierten Schaltkreis nach Anspruch 13 und ein integriertes Schaltsystem nach Anspruch 22 gelöst.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Prüfen eines integrierten Schaltkreises Aufnehmen einer Speisespannung im integrierten Schaltkreis über einen ersten Eingangsstift, über den im integrierten Schaltkreis angeordnete Schaltkreise mit Leistung versorgt werden, Vergleichen der Speisespannung mit einer in dem integrierten Schaltkreis innen generierten Spannung, Generieren eines digitalen Ausgangswerts basierend auf dem Vergleichen und Ausgeben des digitalen Ausgangswerts auf einen Stift des integrierten Schaltkreises über eine serielle Datenschnittstelle, die konfiguriert ist, um auch andere Aspekte des integrierten Schaltkreises zu steuern.
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Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen und der Beschreibung unten dargelegt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen.
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Figurenliste
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Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun Bezug auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen, in denen:
- 1 einen herkömmlichen HF-Schaltstromkreis veranschaulicht;
- 2 eine Ausführungsform eines HF-Schaltstromkreises veranschaulicht, der konfiguriert ist, um eine Ausgangsspannung eines Spannungsreglers zu messen;
- die 3a-b Ausführungsformen von Prüfwellenformen für eine Spannungsreglerprüfung veranschaulichen;
- 4 eine Ausführungsform einer HF-Schalteinrichtung veranschaulicht, die konfiguriert ist, um eine Substratspannungsmessung durchzuführen;
- 5 eine Ausführungsform einer HF-Schalteinrichtung veranschaulicht, die konfiguriert ist, um eine Reglerausgangsstrommessung durchzuführen;
- 6 eine Ausführungsform einer HF-Schalteinrichtung veranschaulicht, die konfiguriert ist, um eine Substratstrommessung durchzuführen;
- 7 eine Ausführungsform einer HF-Schalteinrichtung veranschaulicht, die konfiguriert ist, um eine Substratkriecherkennungsmessung durchzuführen; und
- 8 eine Ausführungsform eines Prüfsystems veranschaulicht, das an eine Ausführungsform eines Prüflings gekoppelt ist.
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Entsprechende Bezugszeichen und Symbole in unterschiedlichen Figuren beziehen sich allgemein auf entsprechende Teile, sofern nicht anders angegeben. Die Figuren sind so gezeichnet, dass sie die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen übersichtlich veranschaulichen, und sind nicht zwangsläufig maßstabsgerecht gezeichnet. Um bestimmte Ausführungsformen übersichtlicher zu veranschaulichen, kann nach dem Bezugszeichen in einer Figur ein Buchstabe stehen, der Variationen derselben Struktur, desselben Materials oder desselben Ablaufschritts angibt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Herstellung und die Nutzung der vorliegend bevorzugten Ausführungsformen werden unten detailliert erörtert. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare Erfindungsgedanken bereitstellt, die in vielen verschiedenen spezifischen Kontexten ausgebildet sein können. Die spezifischen Ausführungsformen, die erörtert werden, dienen lediglich der Veranschaulichung spezifischer Arten der Herstellung und der Nutzung der Erfindung und beschränken nicht den Schutzbereich der Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung wird hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext, nämlich Prüfen eines Antennenumschalters, beschrieben. Die Erfindung ist auch anwendbar auf die Prüfbarkeit von anderen Schaltkreisen und Systemen wie HF-Basisbandschalteinrichtungen und -verstärkern.
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1 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer herkömmlichen CMOS-HF-Schalteinrichtung 100. Ein NMOS-Schalttransistor 102 ist an das Eingangstor RFIN und das Ausgangstor RFOUT gekoppelt. ESD-Widerstände 104 und 106 sind an das Eingangstor RFIN bzw. das Ausgangstor RFOUT gekoppelt, um ESD-Schutz bereitzustellen. Das Gate des Schalttransistors 102 wird über einen Gatewiderstand 107 vom Treiber 110 gesteuert. Der Gatewiderstand 107 kann genutzt werden, um sicherzustellen, dass das Gate des Schalttransistors 102 bei Frequenzen über der Zeitkonstante 1/RC des Gatewiderstands 107 und der Gate-Source- und Gate-Drain-Kapazitäten des Schalttransistors 102 „schwebt“. Diese hohe Impedanz, die vom Gate bei höheren Frequenzen festgestellt wird, ermöglicht, den Transistor bei Signalamplituden, welche die Schwellenspannung des Transistors 102 überschreiten, ein und aus zu lassen. Der Pluspolanschluss Upos des Treibers 110 wird von einem Low-Dropout(LDO)-Regler 108 bereitgestellt und der Negativpolanschluss Uneg des Treibers 110 wird von einer Ladungspumpe 112 bereitgestellt. Ferner kann die Substratspannung Usub des Schalttransistors 102 auf eine negative Spannung vorgespannt werden. Nur ein Schalttransistor 102 ist zur übersichtlicheren Veranschaulichung gezeigt, jedoch kann ein Antennenumschalter mehrere Schalttransistoren aufweisen. Zum Beispiel kann eine typische HF-Schalteinrichtung abhängig vom konkreten System und von dessen Spezifikationen fünf bis zwölf HF-Eingänge und ein bis drei HF-Ausgänge aufweisen. Andere Beispiele für HF-Schaltsysteme und -verfahren, auf die Ausführungsformen von Systemen und Verfahren anwendbar sind, sind beschrieben in der US-Patentanmeldung, Aktenzeichen 13/325,860, mit dem Titel „System and Method for a Radio Frequency Switch“ (System und Verfahren für eine Hochfrequenzschalteinrichtung), eingereicht am 11. Dezember 2011, wobei die gesamte Anmeldung durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
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Eine Möglichkeit zum Verbessern der harmonischen Leistung von HF-CMOS-Schalteinrichtungen ist, eine Gate-Source-Spannung anzulegen, die nahe der maximalen Gate-Source-Spannung ist, die nach den Zuverlässigkeitskriterien des konkreten Bauelements hinsichtlich der Sicherheit zulässig ist. Falls diese Grenze jedoch überschritten wird, verursacht möglicherweise sogar eine leicht erhöhte Gate-Spannung auf lange Sicht Bauelementschäden. Falls die Gate-Source-Spannung hingegen zu gering ist, hat dies während des Betriebs der Schalteinrichtung möglicherweise eine höhere Verzerrung zur Folge.
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Weil externe Speisespannungen allgemein eine große Spannungstoleranz, zum Beispiel 10%, aufweisen, können chipintegrierte Spannungsregler und Ladungspumpen verwendet werden, um Steuerspannungen zu erzeugen. Des Weiteren sind, da die Chipfläche und die Stiftanzahl in vielen Antennenumschaltern, die in Massenkonsumartikeln wie Handys genutzt werden, begrenzt sind, keine zusätzlichen Prüfkontaktflächen bereitgestellt, um die Leistung innerer Regler und anderer innerer Steuerspannungsgeneratorschaltkreise in vielen Massenfertigungsteilen zu prüfen. Daher wurden bisher indirekte Prüfungen eingesetzt, um Schaltkreise wie den in 1 gezeigten Schaltkreis zu prüfen. Zum Beispiel ist ein herkömmliches Verfahren, das zum Prüfen der LDO-Reglerspannung genutzt werden kann, Messen des Speisestroms des Bauelements und der Einfügungsdämpfung des HF-Schalttransistors 102. Unter bestimmten Umständen ist möglicherweise ein Spielraum, zum Beispiel 0,4 V, nötig, um Überschreiten der maximal zulässigen Gate-Source-Spannung des Schaltbauelements zu vermeiden.
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In einer Ausführungsform werden chipintegrierte Komparatoren genutzt, um Parameter mit Bezug auf Speisespannung und/oder eine Spannung, die von einer Speisespannung abgeleitet ist, zu messen. Zum Beispiel weist ein Komparator in einigen Ausführungsformen möglicherweise einen an eine geteilte Speisespannung gekoppelten Referenzeingang und einen an eine geprüfte Spannung gekoppelten Eingang auf. Während des Prüfens kann die Speisespannung unter Nutzung von Kelvin-Anschlüssen an den Speisestiften während der Erzeugungsprüfung genau gesteuert werden, um die Speisespannung mit enger Toleranz zu steuern, während Messungen vorgenommen werden. Indem der Ausgang des Komparators über eine serielle Schnittstelle, die ansonsten speziell für den Betrieb des Chips vorgesehen ist, verfügbar gemacht wird, kann Prüfen innerer Spannungen und Ströme ohne speziell vorgesehene Prüfstifte im integrierten Schaltkreis bewirkt werden.
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In einigen Ausführungsformen kann eine Ja-Nein-Prüfung durchgeführt werden, indem während der Prüfung eine Eingangsreferenzspannungs- oder Speisespannungsrampe erzeugt wird, sodass ein exakterer Parameterwert erlangt werden kann. Alternativ kann ein komplizierterer Analog-Digital-Wandler genutzt werden, um schnellere Messzeiten zu bewirken. Der Ausgang des Komparators oder des Analog-Digital-Wandlers kann mit einem an einen Schnittstellenbus gekoppelten Datenregister verbunden sein. Ferner kann dieser Schnittstellenbus gemäß bekannten standardmäßigen seriellen Schnittstellen, etwa einer seriellen peripheren Schnittstelle (SPI), RF Front-End Mobile industry processor interface RFFE-Mipi oder anderen Schnittstellenstandards, sowie unter Nutzung nicht standardmäßiger Schnittstellen betrieben werden. Alternativ kann der Schnittstellenbus mit anderen Arten digitaler Schnittstellen, zum Beispiel einer Parallelschnittstelle, implementiert werden.
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2 veranschaulicht einen integrierten HF-Schaltstromkreis 120 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ähnlich wie in 1 weist der integrierte HF-Schaltstromkreis 120 einen Schalttransistor 102, einen LDO-Regler 108, eine serielle Schnittstelle 114, eine Ladungspumpe 112 und einen Gatetreiber 110 auf. Der IC 120 weist weiter einen Komparator 122 auf, ein erster Spannungsteiler, der aus den Widerständen R1 und R2 besteht, ist zwischen UDD und GND gekoppelt, und ein zweiter Spannungsteiler, der aus den Widerständen R3 und R4 besteht, ist zwischen dem Reglerausgang Upos und der Masse gekoppelt. In einer Ausführungsform stellt der Ausgang des zweiten Spannungsteilers für den LDO-Regler 108 Rückkopplungsspannung Ufb bereit, und der Ausgang des ersten Spannungsteilers, Uref, kann als Referenzspannung für den Komparator 122 genutzt werden. Alternativ kann der Ausgang des LDO-Reglers 108 direkt oder über einen weiteren Spannungsteilungsschaltkreis gemessen werden, und/oder UDD kann direkt als Referenzspannung genutzt werden. Der Ausgang des Komparators 122 ist über das Signal Uselftest an eine serielle Schnittstelle 114 gekoppelt gezeigt. Ein LDO-Regler 108, eine Ladungspumpe 112, ein Gatesteuerpuffer 110, ein Komparator 122 und eine serielle Schnittstelle 114 können unter Nutzung von aus dem Stand der Technik bekannten Schaltkreisausgestaltungstechniken konstruiert sein und werden hier nicht ausführlich beschrieben. Des Weiteren kann der LDO-Regler 108 seine Leistung aus einer Hauptchipleistungsversorgung, einer Logikleistungsversorgung, einer speziell vorgesehenen Leistungsversorgung oder einer anderen Art von Leistungsversorgung aufnehmen.
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In einer Ausführungsform erzeugt der LDO-Regler 108 eine geregelte Spannung Ureg von ungefähr 1,5 V, die als positive Einspeisung des Gatetreibers 110 und als Eingangsreferenzspannung für die Ladungspumpe 112 genutzt wird. Die Ladungspumpe 112 wiederum generiert eine Substratspannung Usub von ungefähr -3 V und eine negative Gatesteuerspannung Uneg von ungefähr -1,5 V. In einigen Ausführungsformen ist der Schalttransistor 102 so gefertigt, dass er sich in einer isolierten Mulde befindet, die an die Spannung Usub gekoppelt ist. Diese isolierte Mulde kann innerhalb eines Halbleitersubstrats angeordnet sein. Die Speisespannung UDD kann in einigen Ausführungsformen nominell zwischen ungefähr 2,5 V und ungefähr 5 V eingestellt sein. Alternativ können der LDO-Regler 108 und die Ladungspumpe 112 abhängig von der konkreten Anwendung und ihren Spezifikationen andere Spannungen in anderen Spannungsbereichen generieren. Der Betriebsbereich für UDD kann auch einen anderen nominellen Betriebsbereich aufweisen.
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In einer Ausführungsform wird die Ausgangsspannung Upos des LDO-Reglers 108 durch Vergleichen der geteilten Speisespannung Uref der Rückkopplungsspannung Ufb gemessen. Die Spannung Upos kann überprüft werden, indem eine vorbestimmte Spannung am Stift UDD angelegt und der Ausgang des Komparators 122 über die serielle Schnittstelle 114 überwacht wird. In einer Ausführungsform kann eine Rampe der Speisespannung UDD erzeugt werden, um die Spannung Upos genauer zu bestimmen, wie in den 3a und 3b veranschaulicht.
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Es sollte sich verstehen, dass die HF-Schalteinrichtungsausführungsform von 2 lediglich ein Beispiel für ein System ist, das unter Nutzung von Ausführungsformen von Systemen und Verfahren geprüft werden kann. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können noch andere Systeme implementiert werden. Zum Beispiel kann der Ausgang des LDO-Reglers 108 in einer Ausführungsform genutzt werden, um Leistung für eine Haupt-IC-Leistungsversorgung, eine Logikleistungsversorgung oder für andere Arten von Leistungsversorgungen bereitzustellen. In weiteren Ausführungsformen kann der Ausgang des LDO-Reglers 108 genutzt werden, um eine oder mehrere konkrete Schaltkreise mit Leistung zu versorgen.
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Die 3a-b veranschaulichen Wellenformdiagramme, welche die Beziehung zwischen der Spannungsreglerrückkopplungsspannung Ufb, der geteilten Speisespannung Uref, der Ausgangsspannung Uselftest des Komparators 122 und der Speisespannung, welche in den 3a-b als Uin bezeichnet wird, zeigen. Wenn Uin von 1 V auf 5 V erhöht wird, zeigt die geteilte Spannung Uref eine entsprechende Erhöhung von 0,24 V auf 1,2 V. Die Rückkopplungsspannung Ufb erhöht sich linear bei Eingangsspannungen von bis zu ungefähr 2,3 V und beginnt dann, sich bei ungefähr 0,8 V, wenn der LDO-Regler 108 in seinen Konformitätsbereich eintritt, auszugleichen. Die Ausgangsspannung Uselftest des Komparators 122 geht bei einer Eingangsspannung von ungefähr 3,2 V, die annähernd dem Punkt entspricht, an dem Uref eine Spannung aufweist, die ungefähr gleich Ufb ist, von einem logischen Zustand L (niedrig) in einen logischen Zustand H (hoch) über. Alternativ kann der Komparator 122 in einem aktiven Niedrigmodus betrieben werden und von einem logischen Zustand H in einen logischen Zustand L übergehen, wenn Uref Ufb überschreitet. Der Punkt, an dem dies erfolgt, ist, wenn Upos=Uin*(R2*(R3+R4))/(R4*(R1+R2)), wobei R1, R2, R3 und R4 die Widerstandswerte von R1, R2, R3 und R4 von 2 darstellen und Upos die Ausgangsspannung des LDO-Reglers 108 von 2 ist.
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In einer Ausführungsform sind die Spannungsteilerwiderstände so skaliert, dass R1=3R2 und R3=R4. R1 bis R4 können unter Nutzung von Polysiliciumwiderständen mit Werten zwischen ungefähr 100 kΩ und ungefähr 1 MΩ, implementiert werden. Alternativ können abhängig von der konkreten Anwendung und ihren Spezifikationen noch andere Widerstandsarten, Komponentenwerte und/oder Verhältnisse genutzt werden. Des Weiteren beinhaltet der Komparator 122 in einigen Ausführungsformen Hysterese, um Komparatorstörgeräusche dann zu reduzieren, wenn Uref sehr nahe Ufb ist. Eine solche Hysterese kann unter Nutzung eines Schmitt-Triggers oder anderer aus dem Stand der Technik bekannter Schaltkreistechniken implementiert werden. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Widerstände R1 bis R4 ferner unter Nutzung angepasster Dioden, diodenverbundener CMOS-Transistoren oder anderer Bauelemente implementiert werden.
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In einer Ausführungsform kann eine serielle Schnittstelle 114 einen HF-Schalttransistor 102 steuern, um die Zahl der Schnittstellenstifte zu reduzieren. Eine serielle Schnittstelle 114 kann auch andere Aspekte des IC 120 steuern. Zum Beispiel kann eine serielle Schnittstelle einen LDO-Regler 108 über ein Signal Uenable einschalten oder ausschalten und/oder den Zustand eines HF-Schalttransistors 102 steuern, indem sie den Gatetreiber 110 über das Steuersignal Uctrl aktiviert.
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In einigen Ausführungsformen werden die Source und der Drain des Schalttransistors 102 so vorgespannt, dass die Widerstände 104 und 106 geerdet werden, sodass das System betriebsfähig ist, ohne dass Gleichstrom-Blockkondensatoren genutzt werden. Alternativ können in einigen Ausführungsformen Gleichstrom-Blockkondensatoren genutzt werden. Um die Abschalteigenschaften des HF-Schalttransistors 102 weiter zu verbessern, kann eine Ladungspumpe 112 genutzt werden, um die Substratspannung Usub auf eine negative Spannung vorzuspannen.
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4 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Systems 150, in dem die Substratspannung Usub unter Nutzung eines Komparators 152 weiter gemessen wird. In einer Ausführungsform ist ein weiterer aus den Widerständen R5 und R6 bestehender Spannungsteiler zwischen UDD und Usub gekoppelt. Die Ausgangsspannung Usub der Ladungspumpe 112 kann durch Variieren von UDD und Überwachen des Ausgangs des Komparators 152 gemessen werden. In einer weiteren Ausführungsform können die Widerstände R5 und R6 auch zwischen den regulierten Spannungen Upos und Usub gekoppelt sein.
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5 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Systems 160, in dem der Ausgangsstrom des LDO-Reglers 108 unter Nutzung eines Strommessschaltkreises 161, der einen Verstärker 164 und Widerstände R7-R11 beinhaltet, und eines Komparators 162, dessen Ausgang über das Signal Uselftest_current an eine serielle Schnittstelle 114 gekoppelt ist, gemessen wird. Der Strom durch den Widerstand R11 kann in eine Spannung UM umgewandelt werden, die mit Uref verglichen wird. In einer Ausführungsform kann der Strom durch R11 bestimmt werden, indem UDD einer Zeitablenkung unterzogen und der Ausgang des Komparators 162 über die serielle Schnittstelle 114 überwacht wird. Der Widerstand R12 und der Kondensator C1 können bereitgestellt sein, um den Strommessschaltkreis von der Ladungspumpe 112 zu entkoppeln.
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In einigen Fällen kann ein leichter Gateschaden (z. B. infolge einer Überspannung) am Transistor leicht erhöhte Kriechströme verursachen, ohne dass die HF-Leistung des Bauelements unmittelbar beeinträchtigt wird. Ein solcher erhöhter Kriechstrom kann durch einen anfänglichen Bauelementdefekt oder durch ein ESD-Ereignis, das zum Beispiel nach der Fertigung auftritt, während der Bauelementhandhabung verursacht werden. Eine Möglichkeit, wie ein solcher Kriechstrom erkannt werden kann, ist durch Messen des Substratkriechstroms.
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6 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Systems 170, in dem der Substratkriechstrom vom Ladungspumpenausgang Usub zum Substratanschluss des Schalttransistors 102 unter Nutzung eines Strommessbauelements 171 gemessen wird, das aus einem Verstärker 174 und Widerständen R20-R24 und einem Komparator 172 besteht, dessen Ausgang über ein Signal Uselftest_subcurrent an eine serielle Schnittstelle 114 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform wird der Substratstrom gemessen, indem UDD einer Zeitablenkung unterzogen und der Ausgang des Komparators 162 über die serielle Schnittstelle 114 überwacht wird.
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Eine andere Möglichkeit, wie ein Bauelementfehler eines Schalttransistors 102 erkannt werden kann, ist durch Überwachen der Gate-Spannung oder der Source-Spannung des Schalttransistors 102 unter Gleichstrombedingungen, während an das Substrat des Schalttransistors 102 eine negative Spannung angelegt ist. Die von der Ladungspumpe 112 generierte negative Spannung Usub zieht im Fall einiger Bauelementfehler dadurch die Source und/oder den Drain des Transistors 102 zu einer negativen Spannung. In der Ausführungsform von 7 beinhaltet der IC 180 einen Komparator 182, der eine Spannung an RFOUT mit Erdpotenzial vergleicht.
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In einer Ausführungsform ist die Spannung an RFOUT über R30 und C2 an den Eingang des Komparators 182 gekoppelt. Diese Komponenten stellen eine tiefpassgefilterte Version von RFOUT bereit und stellen am Eingang des Komparators 182 auch ESD-Schutz bereit. Alternativ kann die Spannung Ustest mit einer leicht negativen Spannung, zum Beispiel einer Spannung von ungefähr -0,5 V, verglichen werden, oder die Spannung Ustest kann mit einer veränderlichen Spannung verglichen werden, die von einem Spannungsteiler generiert wurde, der zwischen UDD und einer generierten negativen Spannung, etwa Uneg und Usub, gekoppelt ist. Alternativ können außer -0,5 V noch andere Schwellenspannungen genutzt werden. In einer Ausführungsform wird ein Schalttransistor 102 als beschädigt angesehen, falls bestimmt wird, dass die Spannung Ustest geringer als die Schwellenspannung des Komparators 182 ist. Der Zustand des Komparators 182 kann über eine serielle Schnittstelle 114 überwacht werden.
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In Ausführungsformen, die mehrere Schalttransistoren einsetzen, können an jedem HF-Schalttransistor Kriechprüfungen getrennt durchgeführt werden, und das Ergebnis jeder Prüfung wird durch innere Ja-Nein-Logik interpretiert. In einer solchen Ausführungsform können die Source und/oder der Drain jeder Schalteinrichtung zum Komparator 182 gemultiplext werden. Alternativ können mehrere Prüfkomparatoren genutzt werden.
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Es sollte sich verstehen, dass die in den 2, 4, 5, 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen einander nicht ausschließen und in verschiedenen Kombinationen miteinander kombiniert werden können. Zum Beispiel beinhaltet eine Ausführungsform eines Bauelements möglicherweise eine Prüfschaltung, die konfiguriert ist zum Durchführen einer Ausführungsform des Prüfens des Ausgangs des LDO-Reglers 108, des Ausgangsstroms des LDO-Reglers 108, der von der Ladungspumpe 112 generierten Ausgangsspannungen, der Substratspannung des Schalttransistors 102, sowie Durchführen einer Kriechprüfung an der Ausführungsform eines Bauelements durch Überwachen der Source und/oder des Drain des Schalttransistors 102.
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8 veranschaulicht ein an einen Prüfling 204 gekoppeltes Prüfsystem 202. In einer Ausführungsform ist der Prüfling 204 möglicherweise eine Ausführungsform eines integrierten Antennenumschalter-Stromkreises mit MOS-Schalteinrichtungen 208, 210, 212 und 214, die Eingangssignale IO2, IO3, IO4 und IO5 an ein gemeinsames Ausgangssignal IO1 koppeln. Eine serielle Schnittstelle / ein LDO-Regler / ein Ladungspumpschaltkreis steuert die Schalteinrichtungen 208, 210, 212 und 214, und enthält eine Ausführungsform einer Prüfschaltung, die hierin in Ausführungsformen beschrieben wird. Das Prüfsystem 202 weist einen Prüfschnittstellenschaltkreis 220, einen Digital-Analog-Wandler (D/A) 222 und ein Prüfsteuergerät 224 auf. In einer Ausführungsform stellt das Prüfsteuergerät 224 Prüfdaten und Prüftaktsignale für einen Block 206 im Prüfling 204 bereit und stellt auch Steuersignale für die Prüfschnittstelle 220 und den D/A-Wandler 222 bereit. Während des Prüfens kann der D/A-Wandler 222 für den Prüfling 204 Speisespannung UDD bereitstellen, und die Prüfschnittstelle 220 kann Prüfspannungen für an den Prüfling 204 gekoppelte Signale IO1, IO2, IO3, IO4 und 105 überwachen und/oder bereitstellen.
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In einigen Ausführungsformen befindet sich das Prüfsystem 202 möglicherweise in einem Wafer-Prüfgerät, einem Prüfgerät für integrierte Schaltkreise oder einem anderen Prüfsystem, das zum Messen der Leistung des Prüflings 204 genutzt wird. Alternativ kann sich das Prüfsystem 202 in einem Leiterplattenprüfer und/oder in einem Zielsystem befinden, um Funktionsprüf- oder Diagnoseunterstützung für den Prüfling 204 bereitzustellen.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Prüfen eines integrierten Schaltkreises Aufnehmen einer Speisespannung im integrierten Schaltkreis über einen ersten Eingangsstift, Bereitstellen von Leistung an im integrierten Schaltkreis angeordnete Schaltkreise über den ersten Eingangsstift, Vergleichen der Speisespannung mit einer innen generierten Spannung, Generieren eines digitalen Ausgangswerts basierend auf dem Vergleichen und Anwenden des digitalen Ausgangswerts auf einen Stift des integrierten Schaltkreises. In einigen Ausführungsformen beinhaltet Bereitstellen von Leistung für Schaltkreise möglicherweise Bereitstellen von Leistung für eine Hauptleistungsversorgung oder Bereitstellen von Leistung für eine Logikleistungsversorgung.
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In einigen Ausführungsformen wird Vergleichen der Speisespannung mit der innen generierten Spannung von einem Komparator oder einem Analog-Digital-Wandler durchgeführt. Ferner wird Vergleichen der Speisespannung mit einer innen generierten Spannung möglicherweise durchgeführt, indem die Speisespannung unter Nutzung eines ohmschen Spannungsteilers geteilt wird oder indem die Speisespannung mit einem Knoten eines inneren Spannungsreglers verglichen wird. In einer Ausführungsform ist der Knoten des inneren Spannungsreglers möglicherweise eine Rückkopplungsspannung des inneren Spannungsreglers.
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In einer Ausführungsform beinhaltet Vergleichen der Speisespannung mit einer innen generierten Spannung Vergleichen der Speisespannung mit einer Ausgangsspannung einer Ladungspumpe, und Vergleichen der Speisespannung mit der Ausgangsspannung der Ladungspumpe beinhaltet möglicherweise Vergleichen einer geteilten Speisespannung mit einer geteilten Ladungspumpenausgangsspannung.
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In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren weiter Erzeugen der innen generierten Spannung basierend auf einem inneren Strom. Die innen generierte Spannung kann erzeugt werden, indem ein Strom zwischen einem Ausgang einer inneren Regelschaltung und einer Last der inneren Regelschaltung in die innen generierte Spannung umgewandelt wird. In einigen Ausführungsformen ist die Last der inneren Regelschaltung möglicherweise eine Ladungspumpe.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Prüfen einer MOS-Schalteinrichtung Pumpen eines Substrats der MOS-Schalteinrichtung zu einer negativen Spannung, Vergleichen eines Ausgangsknotens einer MOS-Schalteinrichtung mit einer Referenzspannung und Bestimmen eines Zustands einer fehlgeschlagenen Prüfung, wenn der Ausgangsknoten der MOS-Schalteinrichtung kleiner als die Referenzspannung ist. In einer Ausführungsform beinhaltet das Substrat der MOS-Schalteinrichtung möglicherweise eine in einem Halbleitersubstrat angeordnete Mulde.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein integrierter Schaltkreis einen ersten Schaltkreis, eine digitale Schnittstelle, einen Datenwandler mit einem ersten Eingang, der an eine Speisespannung gekoppelt ist, einem zweiten Eingang, der an den ersten Schaltkreis gekoppelt ist, und einem Ausgang, der an die digitale Schnittstelle gekoppelt ist, wobei die digitale Schnittstelle in einem Prüfmodus lesbar ist. Der Datenwandler beinhaltet möglicherweise einen Komparator und/oder die digitale Schnittstelle beinhaltet möglicherweise eine serielle Schnittstelle.
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In einigen Ausführungsformen beinhaltet der erste Schaltkreis einen Spannungsregler, der erste Eingang des Datenwandlers ist über einen Spannungsteiler an die Speisespannung gekoppelt, und der zweite Eingang des Datenwandlers ist an eine Rückkopplungsspannung des Reglers gekoppelt. Die digitale Schnittstelle kann so konfiguriert sein, dass sie einen Ausgangszustand des Datenwandlers im Prüfmodus angibt.
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In einer Ausführungsform beinhaltet der erste Schaltkreis einen Spannungsregler, der erste Eingang des Datenwandlers ist über einen Spannungsteiler an die Speisespannung gekoppelt, der integrierte Schaltkreis umfasst weiter einen Strommessschaltkreis, der in Reihe mit einem Ausgang des Spannungsreglers gekoppelt ist, und der zweite Eingang des Datenwandlers ist an einen Ausgang des Strommessschaltkreises gekoppelt. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Strommessschaltkreis einen Differentialverstärker mit Eingängen, die an einen Strommesswiderstand gekoppelt sind.
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In einer Ausführungsform beinhaltet der erste Schaltkreis eine Ladungspumpe, der erste Eingang des Datenwandlers ist über einen ersten Spannungsteiler an die Speisespannung gekoppelt, und der zweite Eingang des Datenwandlers ist an einen Ausgang der Ladungspumpe gekoppelt. Der zweite Eingang des Datenwandlers ist möglicherweise über einen zweiten Spannungsteiler, der zwischen der Speisespannung und dem Ausgang der Ladungspumpe gekoppelt ist, an den Ausgang der Ladungspumpe gekoppelt.
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In einer Ausführungsform beinhaltet der erste Schaltkreis eine Ladungspumpe, der erste Eingang des Datenwandlers ist über einen ersten Spannungsteiler an die Speisespannung gekoppelt, der integrierte Schaltkreis umfasst weiter einen Strommessschaltkreis, der in Reihe mit einem Ausgang der Ladungspumpe und einem Substratanschluss eines Halbleiterschalters gekoppelt ist, und der zweite Eingang des Datenwandlers ist an einen Ausgang des Strommessschaltkreises gekoppelt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein integrierter Schaltkreis einen Halbleiterschalter, eine digitale Schnittstelle, einen Komparator mit einem ersten Eingang, der an eine Referenzspannung gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an einen Substratanschluss des Halbleiterschalters gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an die digitale Schnittstelle gekoppelt ist. Die Referenzspannung kann geringer als oder gleich einer Erdungsspannung sein. In einer Ausführungsform ist die digitale Schnittstelle konfiguriert, um basierend darauf, ob der Komparator angibt, dass eine Spannung des Substratanschlusses größer als die Referenzspannung ist, anzugeben, ob ein erster Fehlerzustand vorliegt. Der erste Fehlerzustand beinhaltet möglicherweise einen Substratkriechzustand.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein integriertes Schaltsystem einen Spannungsregler, eine digitale Schnittstelle, einen Leistungsversorgungseingang, eine Ladungspumpe, einen HF-Schalter und einen Messschnittstellenschaltkreis. Der Messschnittstellenschaltkreis beinhaltet möglicherweise einen Komparator mit einem ersten Eingang, der an den Leistungsversorgungseingang gekoppelt ist, einem zweiten Eingang, der an einen Parametermessknoten gekoppelt ist, und einem Ausgang, der an die digitale Schnittstelle gekoppelt ist. Die digitale Schnittstelle umfasst eine serielle Schnittstelle, und die HF-Schalteinrichtung beinhaltet möglicherweise mehrere HF-Schalteinrichtungen.
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In einer Ausführungsform ist der erste Eingang des Komparators über einen Spannungsteiler an den Leistungsversorgungseingang gekoppelt, und der zweite Eingang des Komparators ist an einen Rückkopplungsknoten des Spannungsreglers gekoppelt. In einigen Ausführungsformen ist der erste Eingang des Komparators über einen Spannungsteiler an den Leistungsversorgungseingang gekoppelt, und der Messschnittstellenschaltkreis beinhaltet weiter einen Strommessschaltkreis, der in Reihe mit einem Ausgang des Spannungsreglers gekoppelt ist. Der zweite Eingang des Komparators ist möglicherweise an den Strommessschaltkreis gekoppelt.
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In einer Ausführungsform beinhaltet der Strommessschaltkreis einen Widerstand, der in Reihe mit einem Ausgang des Spannungsreglers gekoppelt ist, und einen Verstärker mit einem Pluseingang, der an eine erste Klemme des Widerstands gekoppelt ist, einem Minuseingang, der an eine zweite Klemme des Widerstands gekoppelt ist, und einem Ausgang, der an den zweiten Eingang des Komparators gekoppelt ist.
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In einer Ausführungsform ist der erste Eingang des Komparators über einen Spannungsteiler an den Leistungsversorgungseingang gekoppelt, und der Messschnittstellenschaltkreis beinhaltet weiter einen Strommessschaltkreis, der in Reihe mit einem Ausgang der Ladungspumpe und einem Substratanschluss der HF-Schalteinrichtung gekoppelt ist.
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In einigen Ausführungsformen ist der erste Eingang des Komparators über einen ersten Spannungsteiler an den Leistungsversorgungseingang gekoppelt, und der zweite Eingang des Komparators ist an einen zweiten Spannungsteiler gekoppelt, der zwischen einen Ausgang der Ladungspumpe und den Leistungsversorgungseingang gekoppelt ist.
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Zu den Vorteilen einiger Ausführungsformen gehört die Möglichkeit des Überwachens innerer Spannungen und Ströme eines integrierten Schaltkreises während einer Bauelementherstellungsprüfung und während einer Leiterplattenanwendungsprüfung, indem eine äußere Speisespannung als Referenz genutzt wird, ohne speziell vorgesehene Prüfstifte nutzen zu müssen. Einige Ausführungsformen lassen vorteilhaft die Erkennung geringer Abweichungen innen generierter Referenzspannungen und/oder Kriechströme von spezifizierten Bereichen zu, die später möglicherweise Feldausfälle und/oder eine Leistungsminderung verursachen. In einigen Situationen sind diese innen generierten Referenzreferenzen und/oder Kriechströme möglicherweise ansonsten direkt oder indirekt nicht für Messungen zugänglich.
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Zu den Vorteilen von Ausführungsformen, die auf Widerstand, Diode und/oder CMOS-Spannungsteilern statt auf dem Chip generierten Spannungen beruhen, gehören erhöhte Zuverlässigkeit, geringerer Leistungsverbrauch und kürzere Prüfzeit, da die zusätzlichen Prüfungsunterstützungs-Referenzspannungsgeneratoren nicht geprüft werden müssen.
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In einigen Ausführungsformen erübrigt sich eine zeitaufwendige HF-Prüfung des HF-Schaltens, wodurch die Prüfzeit und die Prüfkosten vorteilhaft reduziert werden. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der Erkennung von Schäden an HF-Schalttransistoren unter Nutzung einer Gleichstromprüfung.
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Wenngleich diese Erfindung mit Bezug zu veranschaulichenden Ausführungsformen beschrieben wurde, ist diese Beschreibung nicht einschränkend auszulegen. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen sowie anderer Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich für den Fachmann bei der Bezugnahme auf die Beschreibung. Es ist deshalb vorgesehen, dass die beigefügten Ansprüche alle solchen Modifikationen oder Ausführungsformen einschließen.