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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Multipegel-Digitalsignalisierung
und insbesondere Techniken zum Testen von Fehlern, welche in einem
Multipegel, Multileitungssignalisierungssystem auftreten können.
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Die
Verwendung von multiplen Signalpegeln anstatt von binären Signalpegeln
stellt eine bekannte Technik zum Erhöhen der Datenrate eines digitalen
Signalisierungssystems dar, ohne dabei notwendigerweise die Signalfrequenz
des Systems zu erhöhen.
Eine derartige Multipegelsignalisierung wird manchmal als multiple
Pulsamplitudenmodulation oder Multi-PAM bezeichnet und wurde in
Radios oder anderen Fern-Drahtlossignalisierungssystemen implementiert.
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Andere
Fernverwendungen einer Multi-PAM-Signalisierung beinhaltet Computer
oder Telekommunikationssysteme, welche Gigabit Ethernet über optische
Faseroptik (IEEE 802.3z) oder über
Kupferkabel (IEEE 802.3ab) verwenden, welches 3 und 5 Signalpegel
verwenden, welche symmetrisch um Erde bzw. Masse herum angeordnet
sind und Erde bzw. Masse einschließen.
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Multi-PAM
wurde typischerweise nicht für
eine Kommunikation zwischen Vorrichtungen verwendet, welche nah
beieinander angeordnet sind oder zu dem gleichen System gehören, wie
beispielsweise Vorrichtungen auf derselben integrierten Schaltung
IC oder auf derselben Leiterplatte (PCB). Ein Grund hierfür könnte darin
zu finden sein, dass die Eigenschaften der Übertragungsleitungen, wie beispielsweise
Busse oder Signalleitungen, in derartigen Systemen, über welche
die Signale übertragen
werden, fest bzw. straft gesteuert werden, so dass eine Erhöhung der
Datenrate durch eine einfache Erhöhung der Datenfrequenz erreicht
werden kann. Bei höheren
Frequenzen können
Empfangsvorrichtungen jedoch eine reduzierte Fähigkeit aufweisen, binäre Signale
zu unterscheiden, so dass eine Unterteilung der Signale in kleinere
Pegel für
Multi-PAM problematisch ist. Multi-PAM kann ebenfalls schwer in
einem Multi-Drop-Bussystem (d.h. Busse, welche durch multiple Verarbeitungsmechanismen
geteilt werden) zu implemen tieren sein, da ein geringeres Signal-Rausch-Verhältnis von
derartigen Systemen manchmal Bitfehler selbst für binäre Signale aufweisen.
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Ein
Testen einer Multi-PAM-Vorrichtung ist ebenfalls problematisch,
da Testgeräte
typischerweise zum Testen von binären Signalen entwickelt wurden.
Zusätzlich
zu der Komplexität
der Entwicklung einer Multi-PAM-Vorrichtung sind noch nicht einmal
herkömmliche
Mittel zum Testen einer Multi-PAM-Vorrichtung vorhanden, um sicherzustellen,
dass die Vorrichtung fehlerfrei arbeitet.
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US 5,097,144 betrifft eine
Treiberschaltung zur Verwendung beim Testen von binären bidirektionalen Halbleitervorrichtungen.
Die DUT (zu testende Vorrichtung) stellt eine herkömmliche
binäre
Vorrichtung mit lediglich zwei Signalpegeln (hoch und niedrig) dar.
Ein Signal mit drei Zuständen
(hoch, niedrig, mittel) wird zu Testzwecken des herkömmlichen
I/O-Anschlusses verwendet, um ein effizientes Testen zu ermöglichen.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Fehlerdetektionsmechanismen für Multipegelsignalschnittstellen. Derartige
Fehlerdetektionsmechanismen können
ein Übersetzen
bzw. Übertragen
zwischen Multipegelsignalen eines Testgerätes aufweisen. Die Fehlerdetektionsmechanismen
können
insbesondere vorteilhaft zum Testen von integrierten Schaltungen
ausgestaltet sein, welche zur Kommunikation gemäß Multi-PAM-Signalen über Leiterplatten
entwickelt worden sind.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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1 zeigt
ein Diagramm eines Multipegel-Signalisierungssystems mit vier logischen
Zuständen
entsprechend vier Spannungsbereichen,
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2 zeigt
ein Diagramm einer repräsentativen
Multipegel-Signalisierungsvorrichtung,
welche dazu verwendet werden kann, die Spannungspegel gemäß 1 zu
erzeugen,
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3 zeigt
ein Diagramm eines differenziellen 4-PAM-Signalisierungssystems,
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4A zeigt
ein Diagramm eines Paares von Encodern, welche binäre Signale
in multiplexte Steuersignale für
die Multipegel-Signalisierungsvorrichtung
gemäß 2 codiert,
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4B zeigt
ein Diagramm eines der Encoder von 4A, welcher
MSB geradzahlige und LSB geradzahlige Signale in Steuersignale codiert,
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5A zeigt
ein Diagramm eines Empfängers
und eines Decoders, welcher die Multipegelsignale empfängt, die
durch die Signalisierungsvorrichtung von 2 gesendet
wurden, und die Signale in binäre MSB
geradzahlige und LSB geradzahlige Komponenten decodiert,
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5B zeigt
ein Diagramm eines Empfängers
und eines Decoders von 5A mit einem weiteren Empfänger und
Decoder, welche die Multipegelsignale empfangen, welche durch die
Signalisierungsvorrichtung von 2 gesendet
wurden, und die Signale in binäre
MSB und LSB geradzahlige und ungeradzahlige Komponenten decodiert,
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6 zeigt
ein funktionelles Blockdiagramm einer Vorrichtung einschließlich einer
Multipegel-Signalschnittstelle, welche an einen Speicher gekoppelt
ist,
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7 zeigt
ein funktionelles Blockschaltbild eines Systems zum Testen der Vorrichtung
von 6 mit einem binären Testgerät einer Testschnittstelle,
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8 zeigt
ein Spannungs- und Timing-Diagramm, welches ein 4-PAM-Signal mit sechs
möglichen 2-PAM-Übergangen
aufweist,
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9 zeigt
ein Spannungs- und Timing-Diagramm, welches sechs Übergänge zeigt,
welche zum Testen einer 4-PAM-Signalschnittstelle
mit einem 2-PAM-Testgerät
verwendet werden kann,
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10 zeigt
ein Spannungs- und Timing-Diagramm, welches die Ergebnisse einer
selektiven Überlagerung
von Anwendungen für
die sechs Übergänge gemäß 9 zum
Testen von 4-PAM-Signalen mit 2-PAM-Anwendungen,
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11 zeigt
ein Blockschaltbild eines binären
Testsystems mit einer Testschnittstelle zum Testen einer zu testenden
Vorrichtung (DUT) mit einer Multipegel-Signalschnittstelle,
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12 zeigt
ein Schaltdiagramm eines Teiles des Systems von 11,
welches eine Impedanz zeigt, welche an eine reduzierte Signalreflexionen
angepasst ist,
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13 zeigt
ein Schaltbild eines Teils des Systems von 11 mit
einer Impedanz zum Anpassen der Testempfänger für reduzierte Signalreflexionen,
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14 zeigt
ein Schaltbild eines Empfängers
von 11, 12 oder 13, welche
duale Spannungspegel detektieren kann,
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15 zeigt ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels
eines Leistungsteilers, welcher in der Testschnittstelle von 11 oder 12 zum
Konvertieren von binären
Testsignalen in 4-PAM-Testsignale verwendet
werden kann,
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15B zeigt ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines Leistungsteilers, welcher in der Testschnittstelle gemäß 11 und 12 zum
Konvertieren von binären
Testsignalen in 4-PAM-Testsignale verwendet
werden kann,
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16A zeigt ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels
eines angepassten Dämpfungsgliedes,
welcher in der Testschnittstelle gemäß 11 und 12 zum
Reduzieren von Signalreflexionen verwendet werden kann,
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16C zeigt ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels
eines angepassten Dämpfungsgliedes,
welcher in der Testschnittstelle gemäß 11 und 12 zum
Reduzieren der Signalreflexion verwendet werden kann,
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17 zeigt
ein Blockdiagramm eines binären
Testsystems mit einer Testschnittstelle, welche eine Schaltung zum
Testen eines DUT mit einer Multipegel-Signalschnittstelle aufweist.
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Detaillierte
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
ein Multipegel-Signalsystem mit vier logischen Zuständen entsprechend
vier unterschiedlichen Spannungspegeln VOUT0, VOUT1, VOUT2 und VOUT3.
Die Spannungspegel in diesem Beispiel sind alle positiv bezogen
auf Erde bzw. Masse und reichen bis zu VTERM. VOUT0 wird oberhalb
von VREFH definiert, VOUT1 wird als zwischen VREFM und VREFH definiert,
VOUT2 wird als zwischen VREFL und VREFM definiert und VOUT3 wird
als weniger als VREFL definiert. VOUT0 entspricht einem logischen
Zustand 00, VOUT1 entspricht einem logischen Zustand 01, VOUT2 entspricht
einem logischen Zustand 11 und VOUT3 entspricht einem logischen
Zustand 10. Ein Beispiel des oben beschriebenen 4-PAM-Systems wurde
für eine Speichersystemschnittstelle
mit VOUT0 = 1,80 V, VOUT1 = 1,533 V, VOUT2 = 1,266 V und VOUT3 =
1,00 V implementiert. Obwohl in diesem Beispiel vier logische Zustände beschrieben
worden sind, kann ein Multipegel-Signalsystem mehr oder weniger
logische Zustände
aufweisen, wobei zumindest zwei Referenzpegel als Grenzen zwischen
diesen Zuständen
dienen.
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Das
erste Bit jedes logischen Zustandes wird als höchstwertigstes Bit (Most Significant
Bit) MSB und das zweite Bit jedes logischen Zustands wird als niederwertigstes
Bit (Least significant Bit) LSB bezeichnet. Jeder logische Zustand
kann als ein Symbol bezeichnet werden, da es Informationen hinsichtlich
mehr als einem Bit vorsieht. Daten können sowohl bei der steigenden
als auch bei der fallenden Flanke eines Taktzyklusses übertragen
und gelesen werden, so dass jedes Bitsignal und jedes Dualbitsignal
eine Dauer von einem halben Taktzyklus aufweist. Die logischen Zustände werden
in einer Gray-codierten Reihenfolge arrangiert, sodass ein fehlerhaftes
Lesen eines benachbarten logischen Zustandes einen Fehler in lediglich
einem der Bits produziert. Eine weitere Eigenschaft dieser logischen
4-PAM-Anordnung stellt das Setzen des LSB gleich null für alle Zustandsergebnisse
in einem 2-PAM-Schemata dar. Alternativ dazu können die logischen Zustände in einer
numerischen (00, 01, 10, 11) oder einer anderen Reihenfolge arrangiert
werden.
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In
einem Ausführungsbeispiel
wird das Kommunikationssystem für
einen Speicherbus verwendet, welcher beispielsweise einen Direktzugriffsspeicher
bzw. einen Schreib-Lese-Speicher (Random Access Memory) RAM aufweist,
wie der in der
US 5,243,703 von
Farmwald et al. beschrieben worden ist. Die dort beschriebenen Multi-PAM-Kommunikations-
und Testtechniken können
ebenfalls für
andere Systeme verwendet werden, wie beispielsweise für eine Kommunika tion
zwischen Prozessoren einer Multiprozessorvorrichtung oder zwischen
einem Prozessor und einer Peripherievorrichtung, wie beispielsweise
einem Plattenlaufwerkcontroller oder einer Netzwerkschnittstellenkarte über einen
Eingang/Ausgangsbus.
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2 zeigt
eine Darstellung eines Kommunikationssystems, welches verwendet
wird, um die Spannungspegel gemäß 1 zu
erzeugen. Ein Ausgangstreiber 20 treibt Signale an einen
Ausgangs-Pad 18 und Übertragungsleitungen 16,
welche beispielsweise einen Speicherbus oder eine andere Verbindung
zwischen Vorrichtungen darstellen, welche auf einer Leiterplatte
befestigt sind, um an dem Pad 25 empfangen zu werden. Eine Übertragungsleitung 16 weist
die charakteristische Impedanz Z0 27 auf,
welche im Wesentlichen an den Abschlusswiderstand 29 zur
Minimierung von Reflexionen angepasst ist.
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Der
Ausgangstreiber 20 weist erste 21, zweite 22 und
dritte 23 Transistorstromquellen auf, welche zusammen einen
Strom I erzeugen, wenn alle aktiv sind, wodurch die Spannung am
Pad 25 von VTERM durch I·Z0 heruntergezogen
wird, wodurch ein logischer Zustand 10 gemäß dem Gray-Codesystem signalisiert
wird. Ein Steuersignal, welches durch die Leitungen C1, C2 und C3
eingegeben wird, schaltet entsprechende Stromquellen 21, 22 und 23 an
und aus. Um eine Spannung VOUT0 = VTERM zu erzeugen, welches einen logischen
Zustand 00 signalisiert, werden die Stromquellen 21, 22 und 23 alle
ausgeschaltet, um eine Spannung VOUT1 = VTERM – (1/3)I·Z0 zu
erzeugen, welches einen logischen Zustand 01 signalisiert, wird
eine der Stromquellen eingeschaltet und um eine Spannung VOUT2 =
VTERM – (2/3)I·Z0 zu erzeugen, werden zwei der Stromquellen
eingeschaltet. Der logische Pegel 00 wird ausgewählt, um einen Stromfluss von
null aufzuweisen, um den Energieverbrauch für die Situation zu reduzieren,
in der die übertragenen
Daten einen MSB und einen LSB von null aufweisen. Die Referenzpegel
werden auf der Hälfte
zwischen den Signalpegeln gesetzt, sodass VREFH = VTERM – (1/6)I·Z0, VREFM = VTERM – (1/2)I·Z0 und
VREFL = VTERM (5/6)I·Z0.
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3 zeigt
ein Beispiel eines differenziellen 4-PAM-Signalisierungssystems,
wenn Daten auf zwei Leitungen oder über andere Übertragungsmedien codiert werden
und ein Symbolwert durch die Spannungsdifferenz bestimmt wird, welche
durch einen Empfänger
gemessen wird. Die Verwendung einer differenziellen Signalisierung
kann eine größere Immunität gegenüber Rauschen
und Übersprechen
(Crosstalk) vorsehen. Eine Spannung V1 auf einem der Drähte bzw.
Leitungen verändert
sich über
die Zeit zwischen vier Spannungspegeln gemäß der durchgezogenen Linie 50,
während
sich eine Spannung V2 auf der anderen Leitung ebenfalls zwischen
den vier Spannungspegeln auf komplementäre Art und Weise gemäß der gestrichelten
Linie 55 variiert. Spannungsunterschiede VDIFF zwischen
Spannungen V1 und V2 für
Zeitpunkte T1, T2, T3 und T4 werden jeweils über die Signale in beliebigen
Einheiten, wie +3, +1, –1
und –3
aufgelistet. Die MSB- und LSB-Symbole entsprechen den Spannungsdifferenzen
und werden oberhalb der Signale in einer Gray-codierten Sequenz
gelistet.
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Ein
weiteres Beispiel eines Multipegel-Signalisierungsgerätes und
Verfahren ist in
US 6,005,895 von Perino
et al. beschrieben. Diese und andere Multipegel-Signalschnittstellen können gemäß der vorliegenden Erfindung
getestet werden. Der Inhalt der US 2003-0070126 A1 mit dem Titel "Built-In Self-Testing
of Multilevel Signal Interfaces "wird
ebenfalls für
die Zwecke der Offenbarung der Erfindung in Bezug genommen, wobei US
2003-0070126 A1 andere Mittel zum Testen von Multipegel-Signalschnittstellen
zeigt, welches am selben Tag wie die vorliegende Anmeldung durch
die Erfinder Werner, Zerbe und Stonecypher der vorliegenden Anmeldung
eingereicht worden ist.
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4A zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem Daten sowohl bei der steigenden als auch bei fallenden Taktflanken
unter Verwendung eines Paares von im Wesentlichen identischen Codierern 100 und 120 übermittelt
und gelesen werden, wodurch MSB und LSB geradzahligen und ungeradzahligen
Signalen in die Steuersignale auf den Leitungen C1, C2 und C3 des
Ausgangstreibers 20 übersetzt
werden. MSB geradzahlige und LSB geradzahlige Signale auf Leitungen
MSBE und LSBE werden an den Codierer 100 eingegeben, welcher thermometercodierte
Signale auf Leitungen C1E, C2E und C3E ausgibt. Auf ähnliche
Art und Weise werden MSB ungeradzahlige und LSB ungeradzahlige Signale über Leitungen
MSBO und LSBO an einen Codierer 120 eingegeben, welcher
thermometercodierte Signale auf Leitungen C1O, C2O und C3O ausgibt.
Leitungen C1E und C1O werden an einen Multiplexer 106 eingegeben,
Leitungen C2E und C2O werden an einen Multiplexer 102 eingegeben
und Leitungen C3E und C3O werden an einen Multiplexer 112 eingegeben.
Multiplexer 102, 106 und 112 wählen ungeradzahlige
oder geradzahlige Signale entsprechend einem Taktauswahlsignal auf
einer Auswahlleitung 118 aus und geben thermometercodierte
Steuersignale auf den Leitungen C1, C2 und C3 aus.
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Der
Codierer 100 ist in 4B detaillierter
gezeigt. MSBE ist mit der Leitung C2E verbunden. MSBE wird ebenfalls
an ein ODER-Gatter 104 eingegeben, welches LSBE einen anderen
Eingang aufweist, wobei der Ausgang des ODER-Gatters 104 mit
der Leitung C1E verbunden ist. Signale auf der Leitung LSBE gehen durch
den Invertierer 108, wobei das invertierte Signal auf Leitung
LSBE_B an ein UND-Gatter 110 eingegeben wird. Das UND-Gatter 110 empfängt als
weiteren Eingang die Leitung MSBE, wobei der Ausgang mit der Leitung
C3E verbunden ist, um ein drittes Steuersignal vorzusehen.
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Tabelle
1 veranschaulicht die Korrespondenz zwischen MSB- und LSB-Signalen
und den Steuersignalen auf Leitungen C1, C2 und C3, die binäre Signale
in 4-PAM-Signale
umwandeln.
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Beispielsweise
wenn MSB = 0 und LSB = 0, dann sind alle Steuersignale aus. Wenn
MSB = 0 und LSB = 1, gibt das ODER-Gatter 104 ein aus,
sodass das Steuersignal auf der Leitung C1 ein ist, aber die Steuersignale
auf den Leitungen C2 und C3 sind immer noch aus. Wenn sowohl MSB
= 1 als auch LSB = 1, dann werden die Steuersignale auf den Leitungen
C1 und C2 eingeschaltet, aber aufgrund des invertierten LSB-Signals am
Eingang des UND-Gatters, wie beispielsweise das UND-Gatter 110,
ist das Steuersignal auf der Leitung C3 aus. Wenn MSB = 1 und LSB
= 0, werden die Steuersignale auf allen Leitungen C1, C2 und C3
eingeschaltet. Auf diese Art und Weise können die MSB und LSB gemäß dem Gray-Code
kombiniert werden und zu thermometercodierten Steuersignale auf
Leitungen C1, C2 und C3 übersetzt
werden, welche die Stromquellen zum Treiben der 4-PAM-Signale steuern.
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5A zeigt
ein mögliches
Ausführungsbeispiel
eines Empfängers 200,
welcher dazu verwendet werden kann, die Multipegelsignale zu empfangen,
welche durch die oben beschriebenen Treiber übermittelt werden und die Signale
in MSBE- und LSBE-Komponenten
zu decodieren. Wie oben beschrieben, können Daten bei der doppelten
Taktfrequenz übertragen
werden und ein im Wesentlichen identischer Empfänger 240 ist in 5B gezeigt,
wobei die Empfänger 200 und 240 jeweils
geradzahlige und ungeradzahlige Daten lesen.
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Ein
MSBE-Empfänger 202 des
4-PAM-Empfängers 200 in
diesem Beispiel empfängt
und decodiert ein 4-PAM-Eingangssignal VIN, indem bestimmt wird,
ob das Signal VIN größer oder
kleiner als VREFM ist. In dem MSBE-Empfänger 202 vergleicht
ein Latchkomparator 204 den Wert der Spannung des empfangenen
Eingangssignals VIN mit der Referenzspannung VREFM und latcht den
Wert des Ergebnisses des Vergleichs B in Antwort auf ein Empfangstaktsignal
RCLOCK. Obwohl dieses Ausführungsbeispiel
eine Datenabtastung sowohl bei ansteigenden als auch bei fallenden
Taktflanken zeigt, können
Daten alternativ dazu lediglich bei steigenden Taktflanken oder
lediglich bei fallenden Taktflanken abgetastet werden.
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In
einem LSBE-Empfänger 208 vergleichen
zwei Latchkomparatoren 210 und 214 den Wert der
Spannung des empfangenen Eingangssignals VIN mit den Referenzspannungen
VREFH und VREFL und der Wert des Vergleichs A und C wird in Antwort
auf das Empfangstaktsignal gelatcht. Um das LSBE zu decodieren, werden
Signale von den Komparatorausgängen
B, A und C durch eine kombinatorische Logik 220 durchgeleitet.
Die Latchkomparatoren 204, 210 und 214 können als
integrierende Empfänger
implementiert werden, um die Empfindlichkeit der Ausgangssignale
bezogen auf Rauschen zu reduzieren. Dies kann durch Integrieren der
Differenz zwischen dem empfangenen Signal Vin und den drei entsprechenden
Referenzspannungen über die
meisten oder alle Bitzyklen und dann durch Latchen des integrierenden
Ergebnisses als Ausgänge
A, B und C erreicht werden. Eine verwandte Veröffentlichung eines Multi-PAM-Signalisierungssystems
ist in der U.S.-Patentanmeldung, Anmeldenummer 09/478,916 mit dem
Titel "Low Latency
Multi-Level Communication Interface", eingereicht am 6. Januar 2000 (zum
Anmeldetag der vorliegenden Erfindung noch nicht veröffentlicht)
gefunden werden.
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6 zeigt
ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 300 einschließlich einer
Multipegel-Signalschnittstelle 330, welche mit einem Speicher 350 gekoppelt
ist, wobei beide gemäß der vorliegenden
Erfindung getestet werden können.
Der Speicher 350 kann binäre oder andere Formen von Daten
unter Verwendung von Halbleiter, magnetischen, optischen, ferroelektrischen
oder anderen bekannten Mitteln zum Speichern speichern. Datensignale 301 von
dem Speicher 350 werden mit Übertragungstaktsignalen 303 getaktet
und in dem Codierer 305 codiert, welches Steuersignale
für den
Ausgangstreiber 310 vorsieht. Multipegelsignale werden durch
den Ausgangstreiber 310 zu den Eingangs/Ausgangsanschlüssen 313 übertragen.
Der Codierer 305 und der Ausgangstreiber 310 können dem
Codierer 100 und dem Ausgangstreiber 20, welche
oben beschrieben worden sind, ähneln,
und der Eingangs/Ausgangsanschluss 313 kann dem oben beschriebenen
Pad beispielsweise entsprechen. Ferner ist ein Empfänger 315 an
den Eingangs/Ausgangsanschluss 313 gekoppelt, wobei der
Empfänger
zum Empfangen von Multipegelsignalen von dem Anschluss 313 ausgestaltet
ist. Der Ausgang des Empfängers 315 wird
mit Empfangstaktsignalen 317 getaktet und in binäre Signale
in dem Decoder 320 decodiert, um als Daten 322 ausgegeben
zu werden. Der Empfänger 315 und
der Decoder 320 können
dem oben beschriebenen Empfänger 200 ähneln.
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7 zeigt
ein System
400 zum Testen der Vorrichtung
300,
welches als zu testende Vorrichtung (DUT) bezeichnet wird, mit einem
binären
Testgerät
404 und
Testschnittstelle
408. Das Testgerät
404 kann ein herkömmliches
Testgerät,
wie beispielsweise mit der Modellnummer 83000 oder 95000 High Speed
Memory Tester von Agilent Technologies, Palo Alto, California, darstellen,
welches zum Testen von Vorrichtungen mit binären Signalen entwickelt wurde.
Die Testschnittstelle
408 kann eine Leiterplatte darstellen,
welche dazu ausgebildet ist, elektrische und mechanische Verbindungen
zwischen dem Testgerät
404 und der
DUT
300 vorzusehen, und kann als ein Load Board bezeichnet
werden. Beispiele derartiger Load Boards sind in der
US 5,686,833 von Spinner beschrieben.
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Wie
vorstehend beschrieben, weist die DUT 300 eine Multipegel-Signalschnittstelle 330 und
einen Speicher 350 auf. Die Vorrichtung 300 kann
ferner viele zusätzliche Überträger und
Empfänger
zum Kommunizieren von binären
und Multipegelsignalen über
assoziierte Eingangs/Ausgangsanschlüsse aufweisen, obwohl zur Erhöhung der
Klarheit derartige zusätzliche
Elemente nicht in 7 gezeigt sind. Eine Kommunikation
von binären
Signalen mit einer Multipegel-Signalschnittstelle kann durch die
Verwendung von geeigneten Steuersignalen erreicht werden, beispielsweise
durch Setzen des LSB auf null für
alle Zustände,
welche von dem Codierer dem Ausgangstreiber eingegeben werden, welche
oben beschrieben worden sind. Alternativ dazu kann zumindest ein
Empfänger
oder Übertrager/Empfängerpaar
exklusiv für
die binäre
Kommunikation vorgesehen werden.
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In
einem anderen Fall kann die DUT 300 Fehlern in binären Signalen
sowie Fehlern in Multipegelsignalen getestet werden. Dieses Testen
der binären
und Multipegelsignale kann durch die gleichen oder unterschiedliche
Einschübe
von DUT 300 auf dem Load Board 408 erfolgen. Wenn
die binären
und Multipegelsignale während
der gleichen Einfügung
des DUT 300 in das Load Board 408 getestet werden
sollen, kann das binäre
Testen zu einem Zeitpunkt erfolgen und das Multipegel-Testen kann
zu einem anderen Zeitpunkt erfolgen.
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Sowohl
binäre
als auch Multipegelsignale können
durch ein Augendiagramm gekennzeichnet werden. Das Augendiagramm
stellt Bereiche von Übertragungsspannungen
und Signalübertragungszeiten
dar, für
welche die Datenübertragung
erfolgreich ist. Die Breite jedes Auges entspricht dem Bereich der
Signalübertragungszeiten
verglichen mit einer idealen Centerzeit, wobei nach wie vor eine
erfolgreiche Datenübertragung vorhanden
ist. Die Höhe
jedes Auges stellt den Wert des Spannungsfehlers und Rauschens dar,
welche die DUT tolerieren kann verglichen mit einem ideale Centerspannungspegel.
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Das
Testen bestimmt den Bereich der Übertragungsspannungen
und der Signalübertragungszeiten, für welche
die DUT erfolgreich Daten empfangen kann und vergleicht diesen Bereich
mit einigen Spannungs- und Timing-Kriterien, welche für das System
geeignet sind. Ein Empfängertesten
kann durch wiederholtes Senden von Daten an die DUT unter Verwendung
von verschiedenen Übertragungsspannungen
und Signalübertragungszeiten
und durch Messen des Bereichs erfolgen, für welche eine Übertragung
erfolgreich war.
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Gemäß 8 weist
ein 4-PAM-Signal sechs mögliche
2-PAM-Übergänge auf.
Jeder dieser Übergänge weist
ein charakteristisches Augendiagramm auf. Ein Empfängertesten
kann durch eine individuelle Messung der sechs Augen und durch Vergleichen
jedes dieser Ergebnisse mit Spannungs- und Timing-Kriterien erfolgen.
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9 zeigt
sechs Übergänge, welche
verwendet werden können,
um eine 4-PAM-Signalschnittstelle mit
einem 2-PAM-Testgerät 404 zu
testen. In dem oberen Bereich von 9 wird eine
Reihe von Übergangssignalpegeln
gezeigt, welche durch das Testgerät 404 erzeugt worden
sind. In dem unteren Bereich von 9 sind Augendiagramme
in dem Testgerät 404 für von der
DUT 300 empfangenen Signale gezeigt. Jede der sechs 2-PAM-Sequenzen
kann durch Variieren jedes der Empfangsreferenzpegel variiert werden,
welche einen Signalübergang
kreuzt, während
die anderen konstant gehalten werden. In diesem Fall wird der Übergang 3
dreimal gelesen, während
eines von VRH, VRM und VRL während
jedes Übergangs
variiert werden. Der Übergang
2 wird einmal gelesen, während
VRH variiert wird und einmal, während
VRM variiert wird. Auf ähnliche
Art und Weise wird der Übergang
5 einmal gelesen, während
VRM variiert wird und einmal gelesen, während VRL variiert wird. Die Übergänge 1, 4
und 6 müssen
lediglich durch Variieren einer der drei Referenzen getestet werden.
Somit werden insgesamt sechs 2-PAM-Sequenzen zehnmal getestet. Tabelle
2 zeigt MSB- und LSB-Werte für
die Übergänge sowie
die Referenzpegel, welche überprüft werden,
die, welche nicht überprüft werden,
mit einem X markiert werden.
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Gemäß 10 werden
entsprechende Augendiagramme von verschiedenen Übergängen überlagert (beispielsweise logisch
UND-verknüpft
werden), um eine gesamte DUT-Performancecharakteristik zu erzeugen,
nachdem die Augen für
jeden Übergang
bestimmt worden sind. Alternativ dazu kann eine Sequenz von Testsignalen,
welche durch das Testgerät 404 erzeugt
worden sind, in dem Speicher 350 der DUT 300 gespeichert
werden und dann wiederholt von der DUT an das Testgerät übertragen
werden, welches programmiert ist, um verschiedene Pegel der binären Signale
jedes Mal zu detektieren, wenn die Sequenz empfangen wird.
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11 zeigt
ein Blockschaltbild eines weiteren Testsystems 500 zum
Testen der DUT 300. Das Testsystem 500 enthält ein herkömmliches
Testgerät 505,
welches wie vorstehend beschrieben zum Testen von Vorrichtungen
mit binären
Signalen entwickelt worden ist. Das Testgerät 505 weist einen
oder mehrere Testtreiber 507, 508 auf, welche
binäre
Systeme basierend auf Eingängen
von einem Signalcontroller 510 ausgeben. Auf ähnliche
Art und Weise kann das Testgerät 505 einen
oder mehrere Testempfänger 511 und 512 aufweisen,
welches einer DUT empfangenen Signale als binäre Signale kategorisiert. Die
binären
Signale werden von Testempfängern 511 und/oder 512 an
einen Fehlerdetektormechanismus 515 ausgegeben, welche
die Signale mit den gemäß dem Signalcontroller 510 erwarteten
Signalen vergleicht und ein Fehlersignal erzeugt, wenn das von den
Empfängern
empfangene Signal von dem erwarteten abweicht. Der Signalcontroller 510 kann
beispielsweise ein Programm darstellen, welches durch das Testgerät 505 ausgeführt wird
einschließlich einer
Sequenz von digitalen Signalen, welche dazu entwickelt worden sind,
Fehler in der DUT 300 zu testen. Ein Vergleichsmechanismus
für den
Fehlerdetektor 515, wie beispielsweise eine Vielzahl von
Komparatoren oder eine Vielzahl von XOR- oder XNOR-Gatter können dann
bestimmen, die durch die Testempfänger 511, 512 empfangene
binäre
Sequenz vorab durch die Testtreiber 507 und 508 ausgegebene
binäre
Sequenz entspricht. Alternativ dazu kann der Fehlerdetektor 515 als
ein Teil eines Testprogramms sein, welches auf dem Gerät 505 ausgeführt wird.
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In
einem Ausführungsbeispiel
kann der Signalcontroller 510 eine pseudozufällige Bitsequenz
(Pseudo Random Bit Sequence) PRBS optional über Software zum Testen eines
Detektors in der DUT 300 erzeugen, welche an ein Linear-Rückkopplungs-Schieberegister
LFSR in der DUT 300 gekoppelt ist. Demgegenüber kann
die DUT 300 ein PRBS-Signal erzeugen und die Testempfänger 511 und 512 überprüfen die
empfangene Sequenz im Vergleich zu einem durch den Fehlerdetektor 515 vorgesehenen
Programm. Auf diese Art und Weise können der Eingangsempfänger 530 und
der Ausgangstreiber unabhängig
voneinander ohne Verwendung des Speichers 540 getestet
werden.
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Bei
einer herkömmlichen
Implementierung im Gegensatz zu der gemäß 11 würde ein
erster Testtreiber ein erstes binäres Signal an einen ersten
Anschluss der DUT ausgeben, während
ein zweiter Testtreiber ein zweites binäres Signal an einen zweiten
Anschluss einer DUT ausgeben würde.
In dem Ausführungsbeispiel
gemäß 11 weist
die Testschnittstelle 505 einen angepassten Impedanzsummierer 520 auf,
welcher ebenfalls als ein Leistungskombinierer oder Leistungsteiler
bekannt ist, wobei der Summierer die Signale von den Testtreibern 507 und 508 summiert,
um ein Multipegelsignal zu generieren, welches an den I/O-Anschluss 522 der
DUT 533 ausgegeben wird. Die MSB- und LSB-Steuersignale werden
an die Testtreiber 507 und 508 eingegeben, welche
binäre
Signale ausgeben, welche an dem Leistungskombinierer/Teiler 520 summiert
werden, um 4-PAM-Signale auszubilden, welche an die DUT 533 gesendet
werden. Der MSB-Testtreiber 507 gibt zweimal die Spannung
des LSB-Testtreibers 508 aus, um das 4-PAM-Signal gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
korrekt zu wichten.
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Ein
Multipegel-Eingangsempfänger 530 der
DUT 533 decodiert das Multipegelsignal und gibt eine Sequenz
von binären
Signalen an den Speicher 540 aus. Die DUT 533 kann
ebenfalls das von dem Testsystem 500 empfangene Multipegelsignal
speichern und dann das Multipegelsignal wiederholt zum Testen durch
zumindest einen der binären
Testempfänger 511 und 512 ausgeben,
wobei die Testempfänger
einen unterschiedlichen binären
Schwellwert messen, wenn das Multipegelsignal wiederholt wird. Um
dies durchzuführen,
codiert der Ausgangstreiber 544 die Sequenz der an den
Speicher 540 ausgegebenen binären Signalen und überträgt das resultierende
Multipegelsignal an eine Testschnittstelle 506, welche
mit den Testempfängern 511 und 512 gekoppelt
ist. Testempfänger 511 und 512 können auf
unterschiedliche Spannungspegel gesetzt werden, um empfangene Multipegelsignale
in binäre
MSB- und LSB-Komponenten zu decodieren, welche durch den Fehlerdetektor 515 validiert
werden. Ein optionaler Leistungskombinierer 525 wird in
der Testschnittstelle 506 vorgesehen, welches ebenfalls
als ein angepasstes Dämpfungsglied
dient, um Reflexionen durch den Leistungskombinierer 512 ausgegebenen
Signal zu minimieren.
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Beispielsweise
kann der Testempfänger 511 während einer
ersten Sequenz von Signalen von dem Speicher 540 gesetzt
werden, um einen binären
Schwellwert aufzuweisen, welcher dem VREFH des 4-PAM-Signalsystems
gemäß 1 entspricht.
Während
einer zweiten Sequenz von Signalen von dem Speicher 540 kann
der Testempfänger 511 gesetzt
werden, um einen binären
Schwellwert aufzuweisen, welcher VREFM entspricht und während einer
Sequenz von Signalen von dem Speicher 540 kann der Testempfänger 511 gesetzt
werden, um einen binären
Schwellwert aufzuweisen, welcher VREFL entspricht. Der binäre Ausgang
des Testempfängers 511 kann
dann durch den Fehlerdetektor 515 mit einem erwarteten
Muster vergleichen, welcher durch die Sequenz der Signale bestimmt
worden sind, welche in die Testtreiber 507 und 508 eingegeben
werden.
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Tabelle
3 zeigt die Logikpegel bei verschiedenen Positionen in dem System
gemäß 11,
welche 4-PAM-Spannungspegel entsprechen, mit einem Bereich zwischen
1,0 V und 1,8 V, wobei die 4-PAM-Spannungspegel in der linken Spalte
der Tabelle aufgelistet worden sind.
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Gray-codierte
MSB- und LSB-Logikpegel der DUT 533 entsprechen den vier
Spannungspegeln 1,0 V, 1,266 V, 1,533 V und 1,8 V, wie sie in der
zweiten Spalte gezeigt sind. Steuersignale gemäß der dritten Spalte werden
in die Testtreiber 507 und 508 eingegeben, um
die vier Spannungen zu erzeugen, wobei der MSB-Spannungsausgang vom Treiber 507 zweifach
im Hinblick auf den des LSB-Spannungsausgangs
vom Treiber 508, wie vorstehend beschrieben, gewichtet
wird. Digitaltestempfängereingänge des
4-PAM-Signals müssen
drei Referenzpegel VREFH, VREFM und VREFL, wie vorstehend beschrieben,
unterscheiden und die binäre
Logik entsprechend diesen Pegeln ist in der vierten Spalte von Tabelle
3 beschrieben. Andere Codiersysteme sind möglich. Beispielsweise kann
die Spalte 2 binäre
anstelle von Gray-codierten aufweisen. Systeme, bei denen Signale
symmetrisch oberhalb und unterhalb einer Referenzspannung schwingen,
können
andere Symbole als in den Spalten 3 und 4 gezeigt, benötigen.
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Testempfänger 511 und 512 können beide
Signale von einem einzigen Pin der DUT empfangen und können auf
unterschiedliche binäre
Schwellwerte gesetzt werden, sodass das Testen von der DUT 533 nach Fehlern
in einer Sequenz von kombinierten Signalen, welche durch die Testtreiber 507 und 508 übertragen worden
sind, in lediglich zwei Übertragungen
der Sequenz von der DUT zum Testen der Empfänger ermöglicht werden. Beispielsweise
kann der Empfänger 511 in
der ersten Übertragung
der Sequenz von der DUT 533 zum Testen des Gerätes 505 auf
VREFH eingestellt werden und der Empfänger 512 kann auf
VREFM eingestellt werden. Während
einer zweiten Übertragung
der Sequenz von der DUT 533 zum Testen des Gerätes 505 kann der
Empfänger
auf VREFM gesetzt werden und der Empfänger 512 kann auf
VREFL gesetzt werden. Eine Verbindung eines dritten Testempfängers mit
dem DUT-Anschluss zusätzlich
zu den Testempfängern 511 und 512 erlaubt
es, dass ein Test ohne wiederholte Übertragung der Sequenz von
dem Speicher fortgesetzt wird. Bestimmte Testgeräte (beispielsweise Agilent
Technologies 95000 High Speed Memory Tester) weisen Empfänger auf,
welche jeweils an zwei Spannungspegeln V0H und V0L arbeiten können, sodass
einer dieser Empfänger
eine Sequenz von 4-PAM-Signalen
durch eine doppelte Übertragung
der Sequenz von dem Ausgangstreiber 544 analysieren kann,
welche von dem System 500 an die DUT 533 eingegeben
werden. Alternativ dazu können
zwei derartige Dualspannungs-Digitalempfänger, welche
mit einem DUT-Anschluss verbunden sind, 4-PAM-Signale ohne Wiederholung dieser Signale
analysieren.
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12 zeigt
ein Blockschaltbild eines Teils des Systems gemäß 11 einschließlich einer
Konfiguration, welche Reflexionen während des Testens durch eine
Impedanz reduzieren, welche an die Testschnittstelle 506 DUT 533 und
Signalübertragungsleitungen
angepasst ist. Die Impedanz Z1 des Bereichs
der Testschnittstelle 506, welche den Leistungskombinierer/Teiler 520 mit
der DUT 533 verbindet, ist im Wesentlichen mit der Impedanz
Z1 der DUT 533 abgeglichen bzw.
angepasst. Auf ähnliche
Weise ist die Impedanz Z1 eines Abschnitts
der Testschnittstelle 506 angepasst, welche den Empfänger 511 mit
der DUT 533 verbindet. Source-Widerstände 560 und 562 werden
zum Abgleichen der Impedanz Z2 der Leitungen,
welche die Testtreiber 507 und 508 mit dem Leistungskombinierer/Teiler 520 verbinden,
vorgesehen. Empfänger 511 sieht
einen Abschluss der Signale von dem Leistungskombinierer/Teiler 520 für Signale
durch die DUT 533 vor, wobei der Abschlusswiderstand 564 die
Impedanz Z3 der Leitung abgleicht, welche
den Empfänger 511 und
den Leistungsteiler/Dämpfungsglied 525 verbindet.
Sowohl Ausgänge
des MSB-Testtreibers 507 und des LSB-Testtreibers 508 werden
relativ zu den gewünschten
Spannungspegeln an der DUT 533 vervierfacht, um für Spannungsabfälle des
Leistungskombinierer/Teilers 520 und für weitere Abfälle aufgrund
der Source-Impedanz
der Testschnittstelle 506 zu kompensieren. Tabelle 4 zeigt
die Spannungspegel an Treibern 507 und 508, welche die
Spannungspegel gemäß Tabelle
3 an dem DUT-Anschluss vorsehen.
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In
einem alternativen Ausführungsbeispiel
kann ein differenzielles 4-PAM-Signal gemäß 3 vorgesehen
werden, um zwei der Schaltungen gemäß 11 zu
verwenden und dann die MSB-Treiber und die LSB-Treiber auf komplementäre Art und
Weise anzutreiben.
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13 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
in dem die Testempfänger 511 und 512 beide
das Multipegelsignal empfangen, welches von dem Ausgangstreiber 544 nach
einer Verteilung eines Leistungsteilers 525 ausgegeben
wurde. Widerstän
de 570 und 572 sind im Wesentlichen an die Impedanz
Z2 der Leitungen angepasst, welche die Testempfänger 511 und 512 mit
dem Leistungskombinierer/Dämpfungsglied 525 verbindet.
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14 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
in dem der Empfänger 511 mehrere
Spannungspegel V1 und V2 detektieren
kann. Der nicht in der Figur gezeigte Empfänger 512 kann ebenfalls
dazu in der Lage sein, mehrere Spannungspegel zu detektieren. Der
Widerstand 575 wird vorgesehen, um die Impedanz Z1 in den Leitungen abzugleichen, welche den
Testempfänger 511 und
den Ausgangstreiber 544 in Abwesenheit des Leistungskombinierers/Dämpfungsglieds 525 verbindet.
Für den
Fall, in dem der Empfänger 511 gemäß 14 in
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 13 verwendet
wird, kann ein 4-PAM-Signal, welches von dem Ausgangstreiber 544 übermittelt
wurde, durch die Empfänger 511 und 512 ohne
wiederholte Übertragung
des Signals detektiert werden.
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15A zeigt ein erstes Beispiel eines Leistungskombinierers/Splitters 520,
welcher mit dem MSB-Testtreiber 507 und dem LSB-Testtreiber 508 zum
Ausgeben eines 4-PAM-Signals verwendet werden kann. 15B zeigt ein zweites Beispiel eines Leistungskombinierers/Teilers 520,
welcher mit dem MSB-Testtreiber 507 und dem LSB-Testtreiber 508 verwendet
werden kann, um ein 4-PAM-Signal auszugeben.
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Verschiedene
angepasste Dämpfungsglied-Ausführungsbeispiele
des optionalen Leistungsteilers/Dämpfungsglieds 525 sind
detaillierter in 16A, 16B und 16C gezeigt, wobei die ersten beiden symmetrisch
und die dritte asymmetrisch ist. Während das von dem Empfänger 511 gesehene
Signal für das
angepasste Dämpfungsglied-Ausführungsbeispiel
im Vergleich zu dem Leistungsteiler-Ausführungsbeispiel
reduziert werde würde,
können
Load-Board-Widerstände
vorgesehen werden, um einen verbesserten Abschluss und somit reduzierte
Reflexionen vorzusehen, wenn Testtreiber 507 und 508 an
die DUT 533 schreiben. Reduzierte Reflexionen sind wichtig
in einem Multipegel-Signalisierungssystem, da eine reflektierte
Energie die Spannungsmargen reduzieren, welche bereits durch Splitten
des Signals in multiple Spannungspegel reduziert worden sind.
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Gemäß 17 wird
eine Schnittstellenschaltung 555 vorgesehen, um Multipegelsignale
von der DUT in binäre
Signale umzuwandeln, welche in die Empfänger des Testgerätes 505 eingegeben
werden. Die Schnittstellenschaltung 555 kann ebenfalls
Schaltungen zum Konvertieren von binären Signalen von dem Testgerät 505 in
Multipegelsignale aufweisen, welche in einen Empfänger in
der DUT 533 eingegeben werden. Die Schnittstellenschaltung 555 kann
als eine integrierte Schaltung IC vorgesehen werden, oder kann Schaltungen ähnlich denen
gemäß 4 und 5 zum
Umwandeln zwischen binären
Schaltungen des Testgerätes 505 und
Multipegelsignalen der DUT 533 aufweisen.
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Obwohl
vorstehend bevorzugte Ausführungsbeispiele
hinsichtlich eines Testens von einer Vorrichtung mit einer Multipegel-Schnittstelle
mit einem binären
Testgerät
beschrieben worden sind, ist es dem Fachmann offensichtlich, dass
andere Ausführungsbeispiele
oder Modifikationen dieser Erfindung im Lichte der obigen Lehre
offensichtlich ist. Somit ist die Erfindung lediglich durch die
nachfolgenden Ansprüche
beschränkt.