0 引言
集成電路的生產(chǎn)成本以測(cè)試開發(fā)、測(cè)試時(shí)間以及測(cè)試設(shè)備為主。模擬電路一般只占芯片面積的10％左右，測(cè)試成本卻占總測(cè)試成本的主要部分。所以，削減模擬部分的測(cè)試成本將有利于芯片的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。數(shù)字電路有很多成熟的可測(cè)性設(shè)計(jì)技術(shù)(design fortest，DFT)，模擬電路測(cè)試還未發(fā)展到如此成熟，缺乏完善的模型進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試。隨著集成電路的發(fā)展，混合信號(hào)芯片功能越來(lái)越復(fù)雜，但芯片I／O口數(shù)量跟不上芯片發(fā)展的規(guī)模，導(dǎo)致很多電路節(jié)點(diǎn)變得不可控制或(與)不可觀察，加大了測(cè)試工作的難度。
典型模擬電路有放大器、濾波器等各種線性和非線性電路，通常包含若干串聯(lián)結(jié)構(gòu)的模塊。本文從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，針對(duì)串聯(lián)結(jié)構(gòu)電路提出一種可測(cè)性設(shè)計(jì)方案，增加較少的I／O口，使外部測(cè)試設(shè)備可以控制觀察內(nèi)部的各個(gè)模塊，這些增加的。I／O數(shù)目不隨內(nèi)部模塊數(shù)目而變化，同時(shí)該結(jié)構(gòu)還可以兼容邊界掃描技術(shù)。
1 系統(tǒng)級(jí)的可測(cè)性設(shè)計(jì)
1．1 控制觀察模塊
控制觀察模塊(control observe module，COM)的等效模型如圖1(a)所示。由開關(guān)1、開關(guān)2、開關(guān)3上的高低電平組成模塊工作的指令碼(Instruction Code)。如圖1(b)分別有透明模式，測(cè)試觀察模式和測(cè)試輸入模式?？刂七@三種模式的指令碼分別為010，100，001?？墒瓜到y(tǒng)電路和嵌入式模塊間建立各種通路連接方式。
1．2 基本原理
如圖2所示，In是原始輸入端，Out是原始輸出端，在M1(模擬電路模塊1)、M2(模擬電路模塊2)和M3(模擬電路模塊3)之間插入COM，AB1和AB2是測(cè)試端口，其中AB1為COM觀察輸出端，AB2為COM控制輸入端，IR(指令寄存器)與COM模式端連接，所有IR串聯(lián)連接，在clk作用下串行輸入指令碼，rst為置零端。
當(dāng)COM1和COM2為透明模式時(shí)，輸入In的信號(hào)經(jīng)M1，M2和M3到輸出Out，測(cè)試整個(gè)通路，指令碼為O10010：
當(dāng)COM1為測(cè)試觀察模式，COM2為測(cè)試控制模式時(shí)，由通路In→M1→COM1→AB1可以單獨(dú)測(cè)試M1，由通路AB2→COM2→M3→Out可以單獨(dú)測(cè)試M3，指令碼為100001；
當(dāng)COM1為測(cè)試控制模式，COM2為測(cè)試觀察模式時(shí)，由通路AB2→COM1→M2→COM2→AB1可以單獨(dú)測(cè)試M2，指令碼為001100；
當(dāng)COM1為透明模式，COM2為測(cè)試觀察模式時(shí)，由通路In→M1→COM1→M2→COM2→AB1可以單獨(dú)測(cè)試M1與M2組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，指令碼為0101 00；
當(dāng)COM1為測(cè)試控制模式，COM2為透明模式時(shí)，由通路AB2→COM1→M2→COM2→M3→Out可以單獨(dú)測(cè)試M2與M3組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，指令碼為001 010。
對(duì)于n個(gè)模擬電路模塊，通過合適的指令碼也可以隔離若干內(nèi)部模塊進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試。
2 DFT結(jié)構(gòu)的具體實(shí)現(xiàn)與仿真
2．1 COM模塊和指令寄存器的實(shí)現(xiàn)
COM模塊內(nèi)部的模擬開關(guān)選擇雙向傳輸性好的時(shí)鐘控制CMOS互補(bǔ)門實(shí)現(xiàn)。為了有效傳輸信號(hào)，傳輸門導(dǎo)通電阻不能隨輸入信號(hào)的變化而有太大的波動(dòng)。它的導(dǎo)通電阻計(jì)算如下：
傳輸門導(dǎo)通電阻基本不受輸入信號(hào)的影響。經(jīng)仿真，該互補(bǔ)開關(guān)的-3 dB帶寬達(dá)到121．8 MHz，可以滿足大多數(shù)模擬電路的帶寬要求。
指令寄存器模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)指令移位傳輸以及存儲(chǔ)的功能，它由D觸發(fā)器組成的移位寄存單元實(shí)現(xiàn)，并且加入了異步置零端。
2．2 整體結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證仿真
在模擬電路設(shè)計(jì)中多級(jí)運(yùn)算放大器的使用很常見，作為驗(yàn)證，模擬電路模塊M1～M3選擇運(yùn)算放大器緩沖模塊，對(duì)電路進(jìn)行DFT設(shè)計(jì)，使用Cadence軟件，基于0．5 μm CMOS工藝庫(kù)對(duì)該DFT結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能仿真分析。
指令寄存器置零時(shí)所有開關(guān)斷開，輸入信號(hào)為偏置2 V，振幅1 V的1 MHz正弦波，各輸出端被截止。圖3是在各種指令碼下，電路信號(hào)傳輸?shù)姆抡娣治?，輸入信?hào)均能通過特定通路有效傳輸?shù)街付ㄝ敵龆丝凇?/p>
3 與邊界掃描技術(shù)的兼容性
邊界掃描測(cè)試技術(shù)在降低產(chǎn)品測(cè)試成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性以及縮短產(chǎn)品上市時(shí)間等方面有顯著的優(yōu)點(diǎn)，目前在數(shù)字電路的測(cè)試中已得到很多應(yīng)用。它也可應(yīng)用于混合信號(hào)測(cè)試，圖4就是一種混合信號(hào)芯片測(cè)試方案。本文設(shè)計(jì)的DFT結(jié)構(gòu)中指令寄存器串接在IEEE 1149．1標(biāo)準(zhǔn)中的掃描寄存器后，共用時(shí)鐘信號(hào)，可以進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試，并且進(jìn)一步減少了模擬部分額外引出的端口數(shù)。
4 結(jié)語(yǔ)
本文針對(duì)串聯(lián)結(jié)構(gòu)的模擬集成電路提出一種可測(cè)性設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，提高了電路的可控制性及可觀察性，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路整體以及內(nèi)部單一或幾個(gè)相鄰模塊的測(cè)試。仿真分析證明，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有效，只需額外引出5個(gè)PAD，數(shù)目少，靈活性高，不隨模塊數(shù)增加而變化，并可兼容邊界掃描技術(shù)。不過，在提高可測(cè)試性的同時(shí)，會(huì)在一定程度上增加芯片的面積和功耗。