實用模擬BIST的基本原則

　引言

　　大多數(shù)IC設(shè)計工程師都了解數(shù)字BIST的工作原理。它用一個LFSR（線性反饋移位寄存器）生成偽隨機的位模式，并通過臨時配置成串行移位寄存器的觸發(fā)器，將這個位模式加到待測電路上。數(shù)字BIST亦用相同的觸發(fā)器捕獲響應(yīng)，將移出的結(jié)果壓縮成一個數(shù)字標(biāo)志，再將其與一個正確的標(biāo)志作逐位對比。盡管工業(yè)邏輯BIST的細(xì)節(jié)要更復(fù)雜，但基本原理仍適用于多時鐘域、多周期延遲路徑，以及電源
電源

電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置，也稱電源供應(yīng)器，它提供計算機中所有部件所需要的電能。[全文]

軌噪聲等。

　　1 “模擬”的定義

　　“模擬”電路對不同的人有不同的含義。一個PLL或SERDES（串行器/解串器）可以看作是數(shù)字的，模擬的，或混合信號的。對這些單元的BIST測試可以是純數(shù)字的，因為這些功能只有數(shù)字輸入和輸出。例如，有些IC會用片上的頻率計數(shù)器
計數(shù)器

　　計數(shù)器是一種具有多種測量功能、多種用途的電子計數(shù)器。它可以測量頻率、周期、時間間隔、頻率比、累加計數(shù)、 計時等；配上相應(yīng)的插件，還可以測量相位、電壓等。一般我們把凡具有測頻和測周兩種以上功能的計數(shù)器都?xì)w類為通用計數(shù)器。 [全文]

來測量PLL的輸出頻率，它是用一個基準(zhǔn)頻率的已知周期數(shù)，統(tǒng)計振蕩的周期數(shù)，如果計數(shù)中的任何位不同于期望值，則測試就失敗。很多用于測試IC SERDES收發(fā)器性能的方法是采用環(huán)回的偽隨機數(shù)據(jù)，如檢測到一個誤碼就認(rèn)為失敗。然而，測試ADC或DAC這類模擬電路時，顯然要求BIST電路可以生成或捕獲模擬信號，即瞬時電壓總是相關(guān)的信號。傳統(tǒng)的模擬電路（如濾波器
濾波器
　　凡是有能力進(jìn)行信號處理的裝置都可以稱為濾波器。在近代電信裝備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器應(yīng)用極為廣泛；在所有的電子部件中，使用最多，技術(shù)最復(fù)雜要算濾波器了。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣，所以，對濾波器的研究和生產(chǎn)歷來為各國所重視。 [全文]

和線性穩(wěn)壓器
穩(wěn)壓器
　　穩(wěn)壓器就是用來提供負(fù)載電流，能使穩(wěn)定電壓的設(shè)備。穩(wěn)壓器通過誤差放大器的連接和對反向輸入端的分壓電阻進(jìn)行采樣，最終使同相輸入端連接到一個參考電壓上。 [全文]

）都有模擬輸入與輸出，不過很多都有數(shù)字控制的信號或時鐘。最純粹的模擬電路（如RF電路）可能根本沒有數(shù)字信號。

　　在測試時，模擬電路至少要有一個非確定性瞬態(tài)電壓的信號。測試包括對信號的檢查，是在兩個電壓之間，是數(shù)字值，還是時間閾值；還要檢查信號統(tǒng)計值是否在極限內(nèi)；或檢查一個有關(guān)信號的算術(shù)運算值是否在極限之間。對所有具備任何模擬信號的電路，都應(yīng)采用模擬測試原理。

　　純數(shù)字電路的響應(yīng)是確定性的，因此，一個可接受的輸出信號只需要采樣一次。不過，如果能看到數(shù)字電路信號足夠多的細(xì)節(jié)，如毫伏或皮秒量級，則所有電路都是模擬的。在納米級CMOS工藝時，這種考慮尤其不能忽視，因為對于1V電源軌以及亞納秒級時鐘周期，電源軌噪聲、抖動、溫度以及參量變動都有顯著的影響。測試模擬電路的BIST電路容易受這些效應(yīng)影響，哪怕BIST幾乎是全數(shù)字的，因此，很多模擬設(shè)計者都想了解模擬BIST如何比相同芯片上的模擬電路更精確。

　　2 設(shè)計模擬BIST的挑戰(zhàn)

　　設(shè)計用于模擬電路的BIST要比精確提供和捕捉模擬信號更加復(fù)雜。信號變動與需要測量的參數(shù)都要比數(shù)字BIST處理的邏輯0和邏輯1要多得多。模擬激勵與響應(yīng)可以從直流電壓、線性斜坡以及脈沖，直到正弦波與頻率調(diào)制。激勵與響應(yīng)可能還屬于不同的域，從而使挑戰(zhàn)更加復(fù)雜化。例如，一個DC電壓輸入可能產(chǎn)生一個頻率輸出。挑戰(zhàn)中還增加了需要分析的各種參數(shù)，它們可能包括幅度、相位延遲，以及SNR（信噪比），還有DC電壓、峰峰抖動，以及占空比。

　　測試設(shè)備一般必須比待測電路精度高一個數(shù)量級。于是，最令人生畏的模擬BIST挑戰(zhàn)就是：如何經(jīng)濟地實現(xiàn)比待測電路更高的精度，而后者很可能已經(jīng)實現(xiàn)了在其硅片面積與技術(shù)下的最佳精度。信號幅度的范圍可能非常巨大。ADC與DAC可以處理動態(tài)范圍高達(dá)224的片上模擬信號，相當(dāng)于8個數(shù)量級。

　　數(shù)字BIST可以比作一個正在給自己的多項選擇測試打分的學(xué)生。他將一個模板放在答題紙上，統(tǒng)計正確答案數(shù)。另一方面，模擬BIST則可以比做一個正在做作文考試的學(xué)生。這不是一個簡單而客觀的過程?，F(xiàn)在，考慮到實用模擬BIST所必須應(yīng)用的基礎(chǔ)電路原理，應(yīng)可以了解挑戰(zhàn)的量級了。

　　3 基礎(chǔ)電路原則

　　3.1 原則一

　　通過施加時序不敏感的數(shù)字測試模式、時鐘以及DC電壓，測試機制本身必須是可測的，而無需片外的線性AC信號或測量。ATE（自動測試設(shè)備）在離開工廠前，要做大量的校準(zhǔn)與測試。要讓BIST成為混合信號ATE的替代方案，就必須在使用前作校準(zhǔn)與測試。采用基于掃描的測試，模擬BIST電路的純數(shù)字部分應(yīng)是可測的，包括邏輯BIST。如果數(shù)字電路包含了延遲線或延遲匹配線路，則應(yīng)測試這些延遲和延遲增量。測量一個延遲的方法是：將延遲線包含或配置到一個回路振蕩器
振蕩器

　　振蕩器是收發(fā)設(shè)備的基礎(chǔ)電路,它的作用是產(chǎn)生一定頻率的交流信號，是一種能量轉(zhuǎn)換裝置——將直流電能轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流電能。 [全文]

中，并用片上頻率計數(shù)器測量其振蕩頻率。

　　對模擬BIST中純 模擬部分的測試則更復(fù)雜。有些研究人員建議在自己的模擬BIST中使用一個ADC或DAC，暗含著ATE可以測試它的假設(shè)；然而，混合信號ATE仍將是必要的，因此削弱了BIST的很多優(yōu)勢。

　　也許最陳舊的BIST技術(shù)就是將一個DAC輸出連回到一個ADC輸入，或?qū)⒁粋€調(diào)制器輸出連到一個解調(diào)器
解調(diào)器

　　解調(diào)器是調(diào)制式直流放大電路中的一個重要組成部分.負(fù)責(zé)把已放大了的交流電壓還原為直流電壓,其大小和極性與交流電壓的幅度和相位要對應(yīng)。 [全文]

輸入，以此完成整個數(shù)字測試。這種方法仿佛是用一個未經(jīng)測試的電路，去測試另外的電路，對補償失誤不敏感。例如，對于ADC中補償?shù)南嗨品蔷€性，DAC的非線性則可能過高，因為兩者一起要好于任何單獨一個。