TW201702622A - 晶片上內建測試與操作驗證 - Google Patents

晶片上內建測試與操作驗證 Download PDF

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Abstract

藉由建構具有與目標光子裝置類似或相當電氣特性的可切換晶片上負載，實現光學物理媒體相關積體電路(PMD ICs)的操作與功能測試。

Description

晶片上內建測試與操作驗證 【相關申請案之參照】
本申請案主張2015年4月3日申請之美國臨時申請案第62/142,608號與2015年7月30日申請之美國正式申請案第14/814,066號之優先權，其整體揭露內容係藉由引用形式而併入本文。
本文所述標的一般是關於類比電路與訊號、以及相關聯之擴增技術。特別是，本發明是關於一種晶片上內建測試與操作驗證系統及方法。
光學物理媒體相關(PMD)積體電路(ICs)(PMD ICs)係設計以結合光子裝置(例如雷射與光二極體/光偵測器)來操作。這些電路是電氣與光學領域之間的介面。在功能性及/或驗證測試期間，例如在高溫操作壽命(HTOL)期間，PMD ICs需要是動態地操作以及被實際地負載。隨著操作資料速率增加，這樣的負載條件成本過高或變得極為複雜。許多現有的接近權衡測試與低於理想負載條件及/或因測試系統複雜性而受到較大變化範圍之影響相關聯。
根據一個具體實施例，所說明的是一種晶片上內建測試與驗 證系統，其包括用於驅動一裝置之一驅動器裝置，其中該裝置與一電流特性和一電壓特性相關聯；一負載電路，係設計以呈現該裝置的該電流-電壓(I-V)特性；及一切換器，其耦接於該驅動器裝置與該負載電路之間，使得該切換器允許選擇驅動該裝置之該驅動器裝置或該負載電路，其中該切換器可於該驅動器裝置的操作驗證期間被啟動。
根據一個具體實施例，所說明的是一種用於在一製造環境中驅動一負載時測試一驅動器裝置的操作之方法，包括：決定該裝置的一I-V特性；導入一晶片上負載，以重製該裝置的該I-V特性；以及使該晶片上負載可切換地耦接至該驅動器電路，以能選擇驅動該裝置之該驅動器裝置或該負載電路。
根據一個具體實施例，所說明的是一晶片上內建測試與驗證系統，其包括一第一通道與一第二通道，其中每一個通道包括：一第一接點與一第二接點；耦接該第一接點與該第二接點之一切換電阻器網路，其中該切換電阻器網路可於該第一接點與該第二接點之間選擇一所需電阻；一晶片上負載，其係耦接至該第一接點；以及一放大器，係耦接至該第二接點。
100‧‧‧驅動器/放大器
102‧‧‧切換器
102(a)‧‧‧切換器
102(b)‧‧‧切換器
102(c)‧‧‧切換器
102(d)‧‧‧切換器
102(e)‧‧‧切換器
102(f)‧‧‧切換器
102(g)‧‧‧切換器
102(h)‧‧‧切換器
104‧‧‧晶片上負載
106‧‧‧裝置
108‧‧‧晶片上內建測試與操作驗證模組
202(a)‧‧‧二極體
202(b)‧‧‧二極體
204‧‧‧接地
206(a)‧‧‧接點
206(b)‧‧‧接點
208‧‧‧節點
208(a)‧‧‧節點
208(b)‧‧‧節點
208(c)‧‧‧節點
302‧‧‧電容器
304‧‧‧電流鏡
306(a)‧‧‧地表接地
306(b)‧‧‧接地
308‧‧‧電力供應源/電壓
310(a)‧‧‧電阻器
310(b)‧‧‧電阻器
310(c)‧‧‧電阻器
310(d)‧‧‧電阻器
310(e)‧‧‧電阻器
310(f)‧‧‧電阻器
310(g)‧‧‧電阻器
310(h)‧‧‧電阻器
420‧‧‧通道
420(a)‧‧‧通道
420(b)‧‧‧通道
第一圖為根據一個具體實施例之晶片上內建測試與操作驗證系統之方塊圖。
第二A圖為根據一個具體實施例之VCSEL裝置的例示I-V特性。
第二B圖為根據一個具體實施例之雷射裝置(例如VCSEL驅 動器)之晶片上內建測試與操作驗證系統的示意圖。
第三圖為根據一個具體實施例之光學接收器裝置之晶片上內建測試與操作驗證系統的示意圖。
第四A圖為根據一個具體實施例之光學接收器裝置之雙通道晶片上內建測試與操作驗證系統的示意圖。
第四B圖為根據一個具體實施例、針對燒入操作而配置之光學接收器裝置之雙通道晶片上內建測試與操作驗證系統的示意圖。
第四C圖為根據一個具體實施例、針對高速測試操作而配置之光學接收器裝置之雙通道晶片上內建測試與操作驗證系統的示意圖。
根據一個具體實施例，可藉由建構具有與一目標光子裝置相同或相當的電氣特性的一可切換之晶片上電路來實現PMD ICs的操作與功能測試。根據一個具體實施例，對於垂直腔表面發光雷射(VCSEL)驅動器積體電路而言，是使用具有適當控制的兩個適當大小之雙極電晶體來模擬VCSEL的I-V特性。
根據接收器之另一具體實施例，係使用可切換之電阻器負載來模擬光偵測器的偏壓條件。因為這些模擬的負載裝置是經歷相同的PMD IC半導體製程，因此可預期在各種測試條件下有相容的一致性和解析度。
第一圖為根據一個具體實施例之晶片上內建測試與操作驗證系統之方塊圖。晶片上內建測試與操作驗證模組108可包括切換器102和晶片上負載104。根據一個具體實施例，切換器102控制驅動器100驅動晶片上負載104或裝置106。裝置106可為作為發送器或接收器之光子裝置。舉例 而言，根據一個具體實施例，裝置106為VCSEL。根據一替代具體實施例，裝置106為光二極體。
根據一個具體實施例，晶片上負載104會呈現出模擬裝置106的I-V特性之特定I-V特性。根據一個具體實施例，晶片上負載104可包括包含主動及/或被動元件的任何電路，其係呈現出類似於或相當於負載106之I-V特性。
第二A圖為根據一個具體實施例之VCSEL裝置的例示I-V特性。如第二A圖所示，水平軸表示電壓(單位為伏特)，而垂直軸表示電流(單位為毫安培)。在特定的測試與燒入情況中，是需要對VCSEL裝置的I-V特性建立模型，例如第二A圖所示之I-V特性，而不需要存在VCSEL裝置本身。
第二B圖為根據一個具體實施例之用於雷射裝置(例如VCSEL驅動器)之晶片上內建測試與操作驗證系統的示意圖。晶片上內建測試與操作驗證模組108包括切換器102和晶片上負載104。晶片上負載104是被設計以呈現與雷射裝置(例如VCSEL)相似或相同的I-V特性(亦即，類似於第二A圖中所示者)。根據一個具體實施例，晶片上負載104包括二極體202(a)、二極體202(b)與接地204。
放大器100提供一電壓或電流訊號，其係由一實際VCSEL(未示於第二B圖中)或晶片上負載104所接收。切換器102可允許選擇晶片上負載104或實際VCSEL(未示於第二B圖中)。接點206(a)和206(b)提供了與其他構件或設備(未示於第二B圖中)之互連。
第三圖為根據一個具體實施例之光學接收器裝置之單通道 晶片上內建測試與操作驗證系統的示意圖。如下文將詳細說明者，通道420可被使用作為三種操作模式之拓樸配置中的構件，包括正常操作、燒入或高速測試。雖然本文所述系統與方法可被用於一般裝置的測試與燒入，但第三圖所述拓樸特別是與用於光電接收器裝置中之光二極體的測試與燒入有關。
參閱第三圖，根據一具體實施例之單通道模組的通道420包括接點206(a)、接點206(b)、放大器100、電阻器310a、電容器302、接地306(b)與晶片上負載104。接點206(b)係耦接至放大器100，其可為一轉阻放大器，係配置為經由電阻器310(a)耦接節點208(a)與208(b)之反饋配置。接點206(a)係耦接至晶片上負載104與電容器302，其本身係耦接至接地306(b)。晶片上負載104包括電力供應源308(Vcc)、電流鏡304、切換器102(a)、切換器102(b)及地表接地306(a)。節點208(c)是作用為經由電容器302與接地306(b)之AC接地。
根據一個具體實施例，在正常操作中，一反向偏壓之光二極體(未示於第三圖)係耦接於接點206(a)與206(b)之間。特別是，在此配置中，光二極體的陽極是附接至接點206(b)，同時光二極體的陰極是附接至接點206(a)。在正常操作期間，陰極需要路徑以供應電壓308，因此切換器102(a)會被開啟，而切換器102(b)被關閉。電流鏡304提供了供應源308之隔離與電流限制。
在高速電氣測試期間，切換器102(a)被關閉，而切換器102(b)被開啟，使節點208(c)在低頻率下耦接至地表接地306(a)，以增進高速發訊。
第四A圖為根據一個具體實施例之光學接收器裝置之雙通 道晶片上內建測試與操作驗證系統的示意圖。晶片上內建測試與操作驗證系統包括一雙通道模組108的通道420(a)與420(b)。每一個通道420(a)和420(b)都與第三圖中所述者類似。然而，其每一通道中增加一切換電阻器網路。
舉例而言，如第四A圖所示，與節點206(a)和206(b)相關聯之第一通道420(a)進一步包括一切換電阻器網路，其包括切換電阻器(102(c)、310(b))、(102(d)、310(c))、(102(e)、310(d))，如圖所示，切換器102(f)係耦接於接點206(a)與接點206(b)之間。同樣地，與接點206(c)和206(d)相關聯之第二通道420(b)進一步包括一切換電阻器網路，其包括切換電阻器(102(i)、310(f))、(102(j)、310(g))、(102(k)、310(h))，並且如圖所示，切換器102(l)係耦接於接點206(c)與接點206(d)之間。
每一通道之切換電阻器網路可於相關聯的接點間(亦即接點206(a)與206(b)之間或接點206(c)與206(d)之間)導入各種電阻值。因此，開啟或關閉網路中各個切換電阻器即可控制相關接點之間的電流大小，其係模擬光二極體的靜態光電流。這允許對偵測器偏壓以及對放大器100(其可為例如一接收放大器)之輸入電流實行實際的燒入條件。
第四B圖為根據一個具體實施例、針對燒入操作而配置之光學接收器裝置之雙通道晶片上內建測試與操作驗證系統的示意圖。如第四B圖所示，切換器102(a)、102(c)、102(f)、102(g)、102(i)與102(l)被開啟(如切換器中的黑點所示)，其他的切換器則被關閉。
第四C圖為根據一個具體實施例、針對高速測試操作而配置之光學接收器裝置之雙通道晶片上內建測試與操作驗證系統的示意圖。如 第四C圖所示，切換器102(a)、102(c)、102(f)與102(h)被開啟(如切換器中的黑點所示)，其他的切換器則被關閉。在這個配置中，切換電阻器(102(c)、310(b))沿著接點206(a)和206(b)之間的切換器102(f)提供適當的靜態(DC)電流，以模擬一光二極體。接點206(c)經由切換器102(h)而接地，藉此為接點206(b)上之高速訊號提供低阻抗接地。
雖已參照圖式中所示之較佳模式來特別說明與描述本發明，但該領域中熟習技藝者將可理解，在其中可進行各種細節變化，其皆不背離如申請專利範圍中所定義之發明精神與範疇。
100‧‧‧驅動器電路
102‧‧‧切換器
104‧‧‧晶片上負載
106‧‧‧裝置
108‧‧‧晶片上內建測試與操作驗證模組

Claims (20)

  1. 一種晶片上內建測試與認證系統，其包括：一驅動器裝置，用於驅動一裝置，其中該裝置係與一電流特性和一電壓特性(「I-V特性」)相關聯；一負載電路，其係設計以呈現該裝置的該I-V特性；及一切換器，耦接於該驅動器裝置與該負載電路之間，使得該切換器允許選擇驅動該裝置之該驅動器裝置或該負載電路中其一，其中該切換器係於該驅動器裝置的操作驗證期間被啟動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該裝置係一光子裝置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該光子裝置係一垂直腔表面發光雷射(VCSEL)。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該光子裝置係一光二極體。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中該負載電路進一步包括串聯配置之一第一二極體及一第二二極體。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之系統，其中該負載電路進一步包括一電流鏡、一第一切換器及一第二切換器。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之系統，進一步包括耦接至該負載電路之一第一接點、耦接至一光接收器的一輸入之一第二接點、以及耦接該第一接點與該第二接點之一切換電阻網路。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中該切換電阻網路進一步包括至少一個一切換器與一電阻器之串聯組合，該串聯組合進一步與一第二切換器串聯。
  9. 一種用於在一製造環境中驅動一負載時測試一驅動器裝置的操作之方法，其包括：(a)決定該裝置之一I-V特性；(b)導入一晶片上負載以重製該裝置的該I-V特性；及(c)使該晶片上負載可切換地耦接至該驅動器電路，以允許選擇驅動該裝置之該驅動器裝置或該負載電路中其一。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該裝置係一光子裝置。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該光子裝置係一垂直腔表面發光雷射(VCSEL)。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該光子裝置係一光二極體。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該晶片上負載進一步包括串聯配置之一第一二極體及一第二二極體。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該負載電路進一步包括一電流鏡、一第一切換器及一第二切換器。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，進一步包括耦接至該負載電路之一第一接點、耦接至一光接收器的輸入之一第二接點、以及耦接該第一接點與該第二接點之一切換電阻網路。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該切換電阻網路進一步包括至少一個一切換器與一電阻器之串聯組合，該串聯組合進一步與一第二切換器串聯。
  17. 一種晶片上內建測試與驗證系統，其包括：一第一通道及一第二通道，其中每一通道進一步包括： 一第一接點及一第二接點；一切換電阻器網路，其耦接該第一接點與該第二接點，其中該切換電阻器網路允許於該第一接點與該第二接點之間選擇一所需電阻；一晶片上負載，其耦接至該第一接點；及一放大器，其耦接至該第二接點。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之晶片上內建測試與驗證系統，其中該晶片上負載包括一電流鏡、一第一切換器、一第二切換器及一接地節點。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之晶片上內建測試與驗證系統，其中該切換電阻器網路包括至少一個切換電阻器，各該至少一個切換電阻器可選擇以控制從該第一接點流至該第二接點之電流。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之晶片上內建測試與驗證系統，其中該切換電阻器網路模擬一光二極體的靜態光電流。
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