芯片自检电路、检测电路、芯片及自检方法与流程

1.本发明属于芯片技术领域，涉及一种检测电路，尤其涉及一种芯片自检电路及自检方法。


背景技术：

2.传感器广泛应用在诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、医学诊断等领域，几乎每一个现代化项目都离不开各种各样的传感器，根据应用特点分类包括，压力传感器、加速度传感器、磁性传感器、温度传感器等等。不同传感器的结构大致相同，都是由前端敏感元件、信号放大电路和模数转换器组成。
3.根据传感器的低速高精度需求，模数转换器一般采用sdm(sigma
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delta modulator)。传感器芯片在出厂时会在测试机台上筛选出不达指标的残片和废片，到用户手中后依然可能由于外界机械冲击、辐射、老化等原因导致输出不正常，进而引发整个系统的功能性问题。现代复杂系统要求高可靠性，需要传感器在不能正常工作时输出报警信号，就可以做出相应处理避免极端情况出现。传感器中通常加入自检电路来完成这项功能，通过对比测试输出和设计输出之间的差值来判断传感器是否还工作在正常区间。
4.然而，现有方案要么需要中断正常信号切换到自检模式、要么加入的自检电路本身存在没有被检测的风险。
5.有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的芯片检测电路，以便克服现有芯片检测电路存在的上述至少部分缺陷。


技术实现要素：

6.本发明提供一种芯片自检电路、检测电路、芯片及自检方法，可提高检测的精确度及便捷度。
7.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：
8.一种芯片自检电路，所述芯片自检电路包括：
9.信号处理电路，其输入端连接芯片的设定输出端，接收所述芯片设定输出端的输出信号，所述信号处理电路的输入端还接收一测试信号ft；
10.第一梳状滤波器，其输入端连接所述信号处理电路的输出端，用以把第一个陷波点恰好设置在测试信号ft处，从输入信号中消除测试信号；
11.第二梳状滤波器，其输入端连接所述过信号处理电路的输出端，用以把第一个陷波点设置在大于ft的频率处，同时得到所述敏感元件的输出信号和测试信号；
12.高通滤波器，其输入端连接所述第二梳状滤波器的输出端，用以分离出测试信号的数字量；以及
13.判断模块，分别连接所述信号处理电路、第一梳状滤波器、第二梳状滤波器和高通滤波器，根据所述信号处理电路、第一梳状滤波器、第二梳状滤波器和高通滤波器的传输函数，预先计算出测试信号的数字量，如果输出的结果和该预设值差距在正常范围内，认为信
号处理电路功能正常，否则认为信号处理电路功能不正常。
14.作为本发明的一种实施方式，所述信号处理电路包括：
15.信号放大器，其输入端能连接敏感元件的输出端，用以将所述敏感元件输出的信号进行放大，消除由于工艺制造引入的电路直流偏移误差；
16.过采样模数转换器，其输入端连接所述信号放大器的输出端，所述过采样模数转换器的采样率fs远大于敏感元件输出信号带宽fb，将低频部分的量化噪声搬移到高频部分，输入到数字电路的高速码流经过低通滤波器之后滤掉高频噪声，生成高精度的数字码。
17.作为本发明的一种实施方式，所述第二梳状滤波器用以把第一个陷波点设置在ft的2倍的频率处，同时得到所述敏感元件的输出信号和测试信号；
18.作为本发明的一种实施方式，采样率fs大于等于敏感元件输出信号带宽fb的256倍。
19.根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种检测电路，所述检测电路包括：
20.第一梳状滤波器，其输入端连接信号处理电路的输出端，用以把第一个陷波点恰好设置在测试信号ft处，从输入信号中消除测试信号；所述信号处理电路的输入端连接芯片的设定输出端，接收所述芯片设定输出端的输出信号，所述信号处理电路的输入端还接收一测试信号ft；
21.第二梳状滤波器，其输入端连接所述过信号处理电路的输出端，用以把第一个陷波点设置在大于ft的频率处，同时得到所述敏感元件的输出信号和测试信号；
22.高通滤波器，其输入端连接所述第二梳状滤波器的输出端，用以分离出测试信号的数字量；以及
23.判断模块，分别连接所述信号处理电路、第一梳状滤波器、第二梳状滤波器和高通滤波器，根据所述信号处理电路、第一梳状滤波器、第二梳状滤波器和高通滤波器的传输函数，预先计算出测试信号的数字量，如果输出的结果和该预设值差距在正常范围内，认为信号处理电路功能正常，否则认为信号处理电路功能不正常。
24.根据本发明的又一个方面，采用如下技术方案：一种芯片，所述芯片包括上述的芯片自检电路。
25.根据本发明的又一个方面，采用如下技术方案：一种芯片，所述芯片包括上述的检测电路。
26.根据本发明的又一个方面，采用如下技术方案：一种自检方法，所述自检方法包括：
27.向信号处理电路输入一测试信号ft；所述信号处理电路的输入端还连接芯片的设定输出端，接收所述芯片设定输出端的输出信号；
28.第一梳状滤波器把第一个陷波点恰好设置在测试信号ft处，从输入信号中消除测试信号；
29.第二梳状滤波器把第一个陷波点设置在大于ft的频率处，同时得到所述敏感元件的输出信号和测试信号；
30.高通滤波器从第二梳状滤波器的输出信号中分离出测试信号的数字量；
31.判断模块根据所述信号处理电路、第一梳状滤波器、第二梳状滤波器和高通滤波
器的传输函数，预先计算出测试信号的数字量，如果输出的结果和该预设值差距在正常范围内，认为信号处理电路功能正常，否则认为信号处理电路功能不正常。
32.作为本发明的一种实施方式，所述第二梳状滤波器把第一个陷波点设置在ft的2倍的频率处，同时得到所述敏感元件的输出信号和测试信号。
33.作为本发明的一种实施方式，采样率fs等于敏感元件输出信号带宽fb的256倍。
34.本发明的有益效果在于：本发明提出的芯片自检电路、检测电路、芯片及自检方法，可提高检测的精确度及便捷度。
35.本发明对输入测试信号没有特殊需求，可在芯片内部自行生成，这样可以在用户使用过程中也可以运行，并不局限在量产测试阶段。测试信号注入后，不需要中断芯片的正常操作，采用频分复用的方式，通过两个不同陷波点的梳妆滤波器以及高通滤波器分离出正常信号和测试信号，把测试信号的数字量和预设值对比后可以判断芯片信号处理电路是否处于正常工作状态。整个自检系统在模拟电路部分没有引入额外的测试和比较电路，不存在自检电路本身功能异常的风险，而且最大程度的对信号处理电路部分进行了测试覆盖；在数字电路部分的滤波器和判断电路可以通过冗余的方式减小功能异常的风险。
附图说明
36.图1为本发明一实施例中芯片自检电路的组成示意图。
37.图2为本发明一实施例中梳状滤波器的传输函数示意图。
38.图3a至图3e分别为本发明一实施例中自检电路各点频谱图。
具体实施方式
39.下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
40.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
41.该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
42.说明书中各个实施例中的步骤的表述只是为了方便说明，本技术的实现方式不受步骤实现的顺序限制。说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。
43.请参阅图1，本发明揭示了一种芯片自检电路，在本发明的一实施例中，所述芯片可以为传感器芯片；所述芯片自检电路包括：信号处理电路1、第一梳状滤波器2、第二梳状滤波器3、高通滤波器4及判断模块5。
44.信号处理电路1的输入端连接传感器的敏感元件的输出端(当然也可以是其他芯片的其他输出端)，接收所述敏感元件的输出信号，所述信号处理电路的输入端还接收一测试信号ft。
45.第一梳状滤波器2的输入端连接所述信号处理电路的输出端，用以把第一个陷波点恰好设置在测试信号ft处，从输入信号中消除测试信号。
46.第二梳状滤波器3的输入端连接所述过信号处理电路的输出端，用以把第一个陷
波点设置在大于ft的频率(如可以是ft的2倍，当然也可以是其他频率值，如ft的3倍、1.5倍等)处，同时得到所述敏感元件的输出信号和测试信号。采样率fs可以等于敏感元件输出信号带宽fb的256倍，当然也可以是其他数值。
47.高通滤波器4的输入端连接所述第二梳状滤波器的输出端，用以分离出测试信号的数字量。
48.判断模块5分别连接所述信号处理电路1、第一梳状滤波器2、第二梳状滤波器3和高通滤波器4，根据所述信号处理电路1、第一梳状滤波器2、第二梳状滤波器3和高通滤波器4的传输函数，预先计算出测试信号的数字量，如果输出的结果和该预设值差距在正常范围内，认为信号处理电路功能正常，否则认为信号处理电路功能不正常。在一实施例中，判断模块5可以包括数字比较器，一般设置一个比较上限和一个比较下限，如果高通滤波器输出在这两个门限之间，就认为信号处理电路功能正常。
49.在本发明的一实施例中，所述信号处理电路1包括：信号放大器11、过采样模数转换器12。信号放大器11的输入端能连接敏感元件的输出端，用以将所述敏感元件输出的信号进行放大，消除由于工艺制造引入的电路直流偏移误差。
50.过采样模数转换器12的输入端连接所述信号放大器的输出端，所述过采样模数转换器的采样率fs远大于敏感元件输出信号带宽fb，将低频部分的量化噪声搬移到高频部分，输入到数字电路的高速码流经过低通滤波器之后滤掉高频噪声，生成高精度的数字码。
51.在本发明的一实施例中，梳状滤波器不仅是低通滤波器，而且是陷波滤波器，传输函数如图2所示，用于传感器中处理sdm模数转换器的数字输出。传感器中的信号放大电路使用斩波调制技术(chopper stabilization)来消除由于工艺制造引入的电路直流偏移误差(dc offset)，梳妆滤波器的陷波点(notch)可以准确消除斩波引入的干扰。
52.图3a至图3e分别为本发明一实施例中自检电路各点频谱图；请参阅图3a至图3e，在本发明的一实施例中，本发明在敏感器件输出端注入一定频率(ft)的方波作为测试信号，在不中断正常操作的情况下，测试信号和正常信号混频后输入信号处理电路，如图3a所示，转换完成后的数字信号同时输入到两个不同的梳状滤波器，如图3b所示。其中第一梳状滤波器把第一个陷波点恰好设置在ft处，可以从正常输入信号中准确消除测试信号，如图3c所示；第二梳状滤波器把第一个陷波点设置在两倍ft或者更高频率处，可以同时得到正常信号和测试信号，如图3d所示，由于正常信号的带宽远低于测试信号频率，使用高通滤波器可以分离出测试信号的数字量,如图3e所示。根据信号处理电路、梳状滤波器和高通滤波器的传输函数，预先计算出测试信号的数字量，如果实际电路输出的结果和该预设值差距在正常范围内，可以认为信号处理电路功能正常，否则输出故障码。
53.本发明揭示一种检测电路，所述检测电路包括：第一梳状滤波器、第二梳状滤波器、高通滤波器及判断模块。即所述检测电路可以包括图1中的信号处理电路。
54.所述第一梳状滤波器的输入端连接信号处理电路的输出端，用以把第一个陷波点恰好设置在测试信号ft处，从输入信号中消除测试信号。所述信号处理电路的输入端连接传感器的敏感元件的输出端，接收所述敏感元件的输出信号，所述信号处理电路的输入端还接收一测试信号ft。
55.第二梳状滤波器的输入端连接所述过信号处理电路的输出端，用以把第一个陷波点设置在大于ft的频率处，同时得到所述敏感元件的输出信号和测试信号；高通滤波器的
输入端连接所述第二梳状滤波器的输出端，用以分离出测试信号的数字量。
56.判断模块分别连接所述信号处理电路、第一梳状滤波器、第二梳状滤波器和高通滤波器，根据所述信号处理电路、第一梳状滤波器、第二梳状滤波器和高通滤波器的传输函数，预先计算出测试信号的数字量，如果输出的结果和该预设值差距在正常范围内，认为信号处理电路功能正常，否则认为信号处理电路功能不正常。
57.本发明还揭示一种传感器，所述传感器包括上述的芯片自检电路。
58.本发明进一步揭示一种传感器，所述传感器包括上述的检测电路。
59.本发明还揭示一种自检方法，所述自检方法包括：
60.【步骤a】向信号处理电路输入一测试信号ft；所述信号处理电路的输入端还连接传感器的敏感元件的输出端，接收所述敏感元件的输出信号；
61.【步骤b】第一梳状滤波器把第一个陷波点恰好设置在测试信号ft处，从输入信号中消除测试信号；
62.【步骤c】第二梳状滤波器把第一个陷波点设置在大于ft的频率处，同时得到所述敏感元件的输出信号和测试信号；
63.【步骤d】高通滤波器从第二梳状滤波器的输出信号中分离出测试信号的数字量；
64.【步骤e】判断模块根据所述信号处理电路、第一梳状滤波器、第二梳状滤波器和高通滤波器的传输函数，预先计算出测试信号的数字量，如果输出的结果和该预设值差距在正常范围内，认为信号处理电路功能正常，否则认为信号处理电路功能不正常。
65.综上所述，本发明提出的芯片自检电路、检测电路、传感器及自检方法，可提高检测的精确度及便捷度。
66.本发明对输入测试信号没有特殊需求，可在芯片内部自行生成，这样可以在用户使用过程中也可以运行，并不局限在量产测试阶段。测试信号注入后，不需要中断芯片的正常操作，采用频分复用的方式，通过两个不同陷波点的梳妆滤波器以及高通滤波器分离出正常信号和测试信号，把测试信号的数字量和预设值对比后可以判断传感器信号处理电路是否处于正常工作状态。整个自检系统在模拟电路部分没有引入额外的测试和比较电路，不存在自检电路本身功能异常的风险，而且最大程度的对信号处理电路部分进行了测试覆盖；在数字电路部分的滤波器和判断电路可以通过冗余的方式减小功能异常的风险。
67.需要注意的是，本技术可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施；例如，可采用专用集成电路(asic)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一些实施例中，本技术的软件程序可以通过处理器执行以实现上文步骤或功能。同样地，本技术的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中；例如，ram存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本技术的一些步骤或功能可采用硬件来实现；例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。
68.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
69.这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，
对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。