参数引脚测量单元高电压扩展的制作方法

本发明一般地涉及用于自动化测试设备的集成电路，更具体地涉及一种用于高度集成的片上系统引脚电子ic中的参数引脚测量单元高电压扩展电路，该电路包含了用于自动化测试设备和asic验证的多种模拟功能和支持数字式的功能。

背景技术：

传统上，自动化测试设备集成芯片制造者通过在单个芯片上集成dac、定时、驱动器、比较器、负载、以及ppmu来实现更大的电路密度。局限在于很多应用需要高电压功能，这需要非常大的高电压器件。这些大器件在标准低压cmos工艺中通常无法获得，并且那些能够获得的器件拉高了芯片尺寸，拉低了产量，并且通常还限制了器件所达到的集成度。例如，5vppmu可以在低电压工艺中集成到复杂设计中，但是120+vppmu可能由于工艺限制或成本限制而无法集成。

技术实现要素：

本发明使用传统低电压又高度集成的ppmu。这种集成度在其它自动化测试设备芯片中实现。对于需要比目前在自动化测试设备芯片诸如汽车测试设备具有的芯片上可管理的电压更高的电压的应用，本发明提供添加最小电路以针对有限数目的引脚提供高电压ppmu功能的优点。这种hvppmu必须能够准确地施加电压和测量电流，并且相反地，准确地施加电流和测量电压。

因为以给定工艺中开发的ppmu受限于工艺击穿电压限定的电压范围，本发明允许在最少添加器件的情况下扩展电压范围，同时仍保持较低电压ppmu的全特征集合。该特征集合包括可编程电压和电流水平，电流限制和电压限制。

根据结合附图考虑的以下描述，将更好地理解作为本发明的特征的其它新颖特征，连同组构和操作方法及其进一步的目的和优点，在附图中图示了本发明的优选实施例作为示例。然而，应当清楚地理解，附图仅用于说明和描述，并且其不应当视为对本发明的限制。表征本发明的新颖性的各种特征在所附的权利要求书中特别指出并且形成本公开的一部分。本发明不在于单独采用这些特征中的任何一个，而在于针对所指定的功能的所有其结构的特定组合。

附图说明

本发明在考虑下文的其具体实施方式时将被更好地理解并且除上文阐述的那些目的之外的目的会更加明显。这样的描述参照了附图，其中：

图1是示出以“强制电压”模式示出的本发明的引脚参数测量单元集成电路的示意图；以及

图2是示出了本发明的电路在“强制电流”模式下的示意图。

具体实施方式

参照图1和2，其中图示了新的、改进的引脚参数测量单元集成电路，此处强制电压模式通常命名为100(图1)并且强制电流模式通常命名为200(图2)。

首先参照图1，标记为“集成ppmu”的框中的电路代表可见于当前可用的集成产品上的参数测量单元(“ppmu”)。需要四个功能来实现hvppmu功能。将它们描述如下：

电压强制：首先，使用放大器_a1在dout处施加电压。在dout处施加的电压由反馈节点ext_sense确定。ext_sense由输出节点dout_hv确定，dout_hv经放大器_a2缓冲并且随后由r1和r2组成的电阻分压器分压。ext_sense的值给出如下：

ext_sense＝dout_hv*1*r1/(r1+r2)。

v-i转换器：电压-电流转换器(“v-i”)转换器获得集成ppmu的电压输出dout并将它转换为一对电流i1和i2。电流由dout如下定义：

dout＜＝0v，i1＝iq，其中iq是最小静态电流。

i2＝dout/r+iq

dout＞＝0，i2＝iq

i1＝dout/r+iq，其中r设为提供最大期望输出电流。

电流镜和测量：q2p、q3p、q4p组成电流镜，其中在q2p中流动的电流被反映在q3p和q4p中。类似地，q2n、q3n、q4n组成电流镜，其中在q2n中流动的电流被反映在q3n和q4n中。这些电路是对称的，并且对于上升/下降的dout电压将相似地表现。q2p栅极-漏极连接并且还连接到上述电压-电流转换器v-i转换器的i1。随着电流i1增加，q4p中的电流增加并且驱动输出dout_hv更高。类似地，q2n栅极-漏极连接并且还连接到电压-电流转换器v-i转换器的i2。随着dout电压下降，在q2n和q4n中电流将增加，从而拉低了dout_hv节点。dout将由放大器_a1驱动，直到vforce＝ext_sense。通过对公式1进行替换，

vforce＝dout_hv*r1/r1+r2或者

dout_hv＝vforce*(r1+r2)/r1。

测量电流：传统上，测量电流功能通过使用仪器放大器测量已知电阻器rsense两端的电压来执行。输出mi_out将由irsense*rsense给出。随后iout计算为iout＝irsense＝mi_out/rsense。在这种情况下，需要关注的是测量dout_hv输出中的电流，而不一定是dout引脚。为了测量dout_hv引脚处的电流，应当注意类似的电流在q3p和q3n中流动，因此q3n和q3p中的电流总和将准确代表q4p和q4n中的电流总和。iout由iq4p-iq4n给出。dout联结到q3p和q3n的漏极并且为低阻抗，因此在dout中流动的电流将代表在dout_hv中流动的电流。此代表电流将流过rsense并且因此可由mi仪器放大器mi_instrment_amp测量。iout_hv＝irsense＝mi_out/rsense。

强制电流：强制电流在扩展ppmu中以与在集成ppmu中相同的方式设置。到放大器_a1的exe_sense反馈被断开。mi_out信号反馈到放大器_a1的负输入端。这在图2中示出。iforce被设置为代表期望输出电流的电压。dout电压将上升/下降以增加/减小i1中的电流，并增加/减少i2中的电流。这将增加/减少源自q3p的电流并增加/减少q3n中电流，直到rsense中的电流使得mi_out＝iforce。给定q3p/q4p＝1和q3n/q4n＝1的比例(scaling)，在dout_hv输出中将流过等效电流。由于如上所述iout＝mi_out/isense，以及mi_out＝iforce，iforce可替换mi_out以获得iout＝iforce/rsense。测量电压可以通过测量extsense处的电压来执行，因为ext_sense＝dout_hv*1*r1/(r1+r2)。

随后，有可能计算dout_hv＝ext_sense*(r1+r2)1r1。

高z：还希望使hvppmu进入hiz或者高阻抗状态。这通过关闭v-i转换器并允许二极管q3p、q3n分别将q4p和q4n的栅极拉到vpos和vneg轨面(rail)来实现。这将关闭输出器件q4p和q4n，使dout_hv为高阻抗节点。

上述公开足以使得本领域普通技术人员能够实践本发明，并且提供实践发明人当前设想的本发明的最佳模式。然而此处提供的是本发明的优选实施例的全面和完整公开，其不旨在将本发明限定到示出和描述的确切构造、尺寸关系、和操作。在不脱离本发明的真实精神和范围的情况下，本领域技术人员容易想到各种修改、替选结构、改变、和等同物，并且可以在合适情况下采用。这样的改变可涉及替选材料、部件、结构布置、大小、形状、形式、功能、操作特征等。

因此，上面的描述和说明不应视作限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书限定。