内建自测试方法、装置及片上系统的制作方法

内建自测试方法、装置及片上系统的制作方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种内建自测试装置，包括与模拟/混合信号电路相连接的测试控制电路；与所述测试控制电路相连接的测试图形生成电路和测试响应分析电路；与所述测试响应分析电路相连接的存储器；所述测试图形生成电路和所述测试响应分析电路还分别与所述模拟/混合信号电路相连接；其中，所述测试响应分析电路包括故障检测模块和参数计算模块；所述测试控制电路用于在监测到测试模式信号时，指示所述测试图形生成电路生成与所述测试模式相对应的测试图形，并指示所述测试响应分析电路切换至与所述测试模式相对应的工作模式。可以实现对模拟/混合信号电路的多方式测试。本申请实施例还提供一种内建自测试方法及片上系统。
【专利说明】
内建自测试方法、装置及片上系统
技术领域
[0001] 本发明涉及测试技术领域，更具体地说，涉及一种内建自测试方法、装置及片上系 统。
【背景技术】
[0002] 集成电路技术已经发展到了片上系统（System on a化ip, SoC)阶段，测试是SoC 的关键技术之一。SoC中除了集成大量的数字电路知识产权（Intellectual Property, I巧 核，还集成了模拟电路或数模混合信号电路（W下简称模拟/混合信号电路）IP核。对于 模拟/混合信号电路，由于没有像数字集成电路郝样成熟的可测试性设计工具支持，因此， 研究SoC中模拟/混合信号电路的测试结构W及自测试方法，是SoC可测性设计中亟待考 虑和解决的问题。
[0003] 模拟/混合信号IP核有两种基本测试方法；功能测试和结构测试。功能测试是源 于产品规格的测试，目的是检查电路是否满足设计要求，功能测试的主要内容有直流参数 (也称静态参数）和交流参数（也称动态参数）。结构测试是源于缺陷的测试，也称为基于 故障的测试，已有的故障模型是致命故障和参数故障，致命故障模型描述的是内部连线开 路或短路等情形，参数故障模型描述的是元器件值超出允许变化范围的情形。
[0004] 内建自测试度iuld-In-Self-Test，BIST)是可测试性设计的一种实现技术。在电 路内部建立测试生成、施加、分析和测试控制结构，使得电路能够测试自身，送就是内建自 测试。由于内建自测试是在片内完成测试过程，可W减少测试时对高性能测试设备的依赖 性，从而可W降低IP核的测试时间和测试成本。因此，目前越来越多的模拟/混合信号IP 核的测试采用内建自测试结构。
[0005] 然而，目前采用内建自测试结构对模拟/混合信号IP核的测试，要么是基于功能 测试的内建自测试结构，要么是基于故障测试的内建自测试结构，测试方式比较单一。

【发明内容】

[0006] 本发明的目的是提供一种内建自测试方法、装置及片上系统，W实现对模拟/混 合信号电路的多方式测试。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
[0008] -种内建自测试装置，应用于片上系统，所述片上系统集成有模拟/混合信号电 路，所述装置包括：与所述模拟/混合信号电路相连接的测试控制电路；与所述测试控制电 路相连接的测试图形生成电路和测试响应分析电路；与所述测试响应分析电路相连接的存 储器；所述测试图形生成电路和所述测试响应分析电路还分别与所述模拟/混合信号电路 相连接；其中，
[0009] 所述测试响应分析电路包括故障检测模块和参数计算模块；
[0010] 所述测试控制电路用于在监测到测试模式信号时，指示所述测试图形生成电路生 成与所述测试模式相对应的测试图形，并指示所述测试响应分析电路切换至与所述测试模 式相对应的工作模式，所述测试响应分析电路的工作模式包括：故障检测模块独立启动模 式，参数计算模块独立启动模式，或者，故障检测模块和参数计算模块均启动模式；
[0011] 所述故障检测模块用于依据所述模拟/混合信号电路对所述测试图形生成电路 生成的测试图形的响应信息，判断所述模拟/混合信号电路是否存在故障；
[0012] 所述参数计算模块用于依据所述模拟/混合信号电路对所述测试图形生成电路 生成的测试图形的响应信息，计算与所述模拟/混合信号电路相对应的参数，所述参数包 括静态参数和/或动态参数。
[0013] 上述装置，优选的，所述参数计算模块包括：
[0014] 静态参数计算子模块和/或动态参数计算子模块。
[0015] 上述装置，优选的，当所述参数计算模块包括静态参数计算子模块和动态参数计 算子模块时，所述参数计算模块的工作模式包括：
[0016] 静态参数计算子模块独立启动模式，动态参数计算子模块独立启动模式，或者，静 态参数计算子模块和动态参数计算子模块均启动模式。
[0017] 上述装置，优选的，若所述片上系统集成有混合信号电路，且所述混合信号电路为 模数转换电路，则所述测试图形生成电路通过数模转换电路与所述混合信号电路相连接。
[0018] 上述装置，优选的，若所述片上系统集成有混合信号电路，且所述混合信号电路为 数模转换电路，则所述测试响应分析电路通过模数转换电路与所述混合信号电路相连接。
[0019] 上述装置，优选的，所述故障检测模块包括：
[0020] 差分电路，用于将所述测试图形生成电路生成的测试图形信号与所述混合信号电 路响应所述测试图形输出的信号做差运算；
[0021] 累加器，用于对差运算的结果的绝对值做累加运算；
[0022] 判决器，依据累加运算结果判断所述混合信号电路是否出现故障。
[0023] 上述装置，优选的，所述参数计算模块包括静态参数子模块，所述静态参数子模块 包括：
[0024] 计数器，用于统计所述混合信号电路输出的信号的各个数字码出现的次数；
[00巧]第一运算器，用于依据所述混合信号电路输出的信号的各个数字码出现的次数计 算得到静态参数。
[0026] 上述装置，优选的，所述参数计算模块包括动态参数子模块，所述动态参数子模块 包括：
[0027] 变换器，用于对所述混合信号电路输出的信号进行快速傅里叶变换，得到所述混 合信号电路输出的信号的频率谱；
[0028] 第二运算模块，用于依据所述混合信号电路输出的信号的频率谱计算得到动态参 数。
[0029] 上述装置，优选的，若所述片上系统集成有模拟电路，则所述测试图形生成电路通 过数模转换电路与所述模拟电路相连接，所述测试响应分析电路通过模数转换电路与所述 模拟电路相连接。
[0030] 一种片上系统，包括如上任意一项所述的内建自测试装置。
[0031] 一种内建自测试方法，应用于片上系统，所述片上系统集成有模拟/混合信号电 路，所述片上系统还包括：与所述模拟/混合信号电路相连接的测试控制电路；与所述测试 控制电路相连接的测试图形生成电路和测试响应分析电路；与所述测试响应分析电路相连 接的存储器；所述测试图形生成电路和所述测试响应分析电路还分别与所述模拟/混合信 号电路相连接；其中，所述测试响应分析电路包括故障检测模块和参数计算模块；所述方 法包括：
[0032] 所述测试控制电路监测到测试模式信号输入时，指示所述测试图形生成电路生成 与所述测试模式相对应的测试图形，并指示所述测试响应分析电路切换至与所述测试模式 相对应的工作模式，所述测试响应分析电路的工作模式包括：故障检测模块独立启动模式， 参数计算模块独立启动模式，或者，故障检测模块和参数计算模块均启动模式；
[0033] 所述故障检测模块处于工作状态时，依据所述模拟/混合信号电路对所述测试图 形生成电路生成的测试图形的响应信息，判断所述模拟/混合信号电路是否存在故障；
[0034] 所述参数计算模块处于工作状态时，依据所述模拟/混合信号电路对所述测试图 形生成电路生成的测试图形的响应信息，计算与所述模拟/混合信号电路相对应的参数， 所述参数包括静态参数和/或动态参数。
[0035] 上述方法，优选的，若所述片上系统集成有混合信号电路，且所述混合信号电路为 模数转换电路或数模转换电路，则依据所述混合信号电路对所述测试图形生成电路生成的 测试图形的响应信息，判断所述混合信号电路是否存在故障包括：
[0036] 将所述测试图形生成电路生成的测试图形信号与所述混合信号电路响应所述测 试图形输出的信号做差运算；
[0037] 对差运算的结果的绝对值做累加运算；
[0038] 依据累加运算结果判断所述混合信号电路是否出现故障。
[0039] 上述方法，优选的，若所述片上系统集成有混合信号电路，且所述混合信号电路为 模数转换电路或数模转换电路，则当所述参数为静态参数时，依据所述混合信号电路对所 述测试图形生成电路生成的测试图形的响应信息，计算与所述混合信号电路相对应的参数 包括：
[0040] 统计所述混合信号电路输出的信号的各个数字码出现的次数；
[0041] 依据所述混合信号电路输出的信号的各个数字码出现的次数计算得到静态参数。
[0042] 上述方法，优选的，若所述片上系统集成有混合信号电路，且所述混合信号电路为 模数转换电路或数模转换电路，则当所述参数为动态参数时，依据所述混合信号电路对所 述测试图形生成电路生成的测试图形的响应信息，计算与所述混合信号电路相对应的参数 包括：
[0043] 对所述混合信号电路输出的信号进行快速傅里叶变换，得到所述混合信号电路输 出的信号的频率谱；
[0044] 依据所述混合信号电路输出的信号的频率谱计算得到动态参数。
[0045] 通过W上方案可知，本申请提供的一种内建自测试方法、装置及片上系统，所述片 上系统集成有模拟/混合信号电路，测试控制电路，测试图形生成电路，测试响应分析电路 和存储器；其中，所述测试响应分析电路包括故障检测模块和参数计算模块；测试控制电 路监测到测试模式信号时，指示所述测试图形生成电路生成与所述测试模式相对应的测试 图形，并指示所述测试响应分析电路切换至与所述测试模式相对应的工作模式，所述测试 响应分析电路的工作模式包括：故障检测模块独立启动模式，参数计算模块独立启动模式， 或者，故障检测模块和参数计算模块均启动模式；所述故障检测模块用于判断所述模拟/ 混合信号电路是否存在故障；所述参数计算模块用于计算与所述模拟/混合信号电路相对 应的参数，所述参数包括静态参数和/或动态参数。
[0046] 综上，通过本申请实施例提供的内建自测试方法、装置及片上系统，不同的测试模 式信号对应测试响应分析电路的不同工作模式，从而既可W只进行基于故障的测试，又可 W只进行基于功能的测试，或者，基于故障的测试和基于功能的测试混合进行，实现了对模 拟/混合信号电路的多方式测试。
【附图说明】
[0047] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W 根据送些附图获得其他的附图。
[004引图1为本申请实施例提供的内建自测试装置的一种结构示意图；
[0049] 图2为本申请实施例提供的故障检测模块的一种结构示意图；
[0050] 图3为本申请实施例提供的静态参数子模块的一种结构示意图；
[0051] 图4为本申请实施例提供的动态参数子模块的一种结构示意图；
[0052] 图5为本申请实施例提供的内建自测试方法的一种实现流程图；
[0053] 图6为本申请实施例提供的依据混合信号电路对测试图形生成电路生成的测试 图形的响应信息，判断混合信号电路是否存在故障的一种实现流程图；
[0054] 图7为本申请实施例提供的依据混合信号电路对测试图形生成电路生成的测试 图形的响应信息，计算与混合信号电路相对应的参数的一种实现流程图；
[00巧]图8为本申请实施例提供的依据混合信号电路对测试图形生成电路生成的测试 图形的响应信息，计算与混合信号电路相对应的参数的另一种实现流程图。
[0056] 说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第二"、"第H""第四"等（如 果存在）是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解送样 使用的数据在适当情况下可W互换，W便送里描述的本申请的实施例能够W除了在送里图 示的W外的顺序实施。
【具体实施方式】
[0057] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0058] 本申请实施例提供的内建自测试装置及方法应用于片上系统，该片上系统集成有 模拟电路或数模混合信号电路（W下简称模拟/混合信号电路），本申请实施例提供的内建 自测试装置用于对所述模拟/混合信号电路进行测试。
[0059] 请参阅图1，图1为本申请实施例提供的内建自测试装置的一种结构示意图，可W 包括：
[0060] 测试控制电路11，测试图形生成电路12,测试响应分析电路13,和存储器14 ;其 中，
[0061] 测试控制电路11分别与测试图形生成电路12、测试响应分析电路13和模拟/混 合信号电路相连接；
[0062] 测试图形生成电路12和测试响应分析电路13还分别与模拟/混合信号电路相连 接；
[0063] 测试图形生成电路12可W采用线性反馈移位寄存器结构的测试图形生成电路， 测试图形生成电路12可W生成多种测试波形，包括伪随机波、斜坡波、银齿波、H角波、阶 梯波、方波W及一定频率的正弦波。
[0064] 测试响应分析电路13包括故障检测模块131和参数计算模块132 ;其中，
[0065] 故障检测模块131用于依据所述模拟/混合信号电路对所述测试图形生成电路生 成的测试图形的响应信息，判断所述模拟/混合信号电路是否存在故障，即故障检测模块 131处于工作状态时，可W实现基于故障的测试。
[0066] 参数计算模块132用于依据所述模拟/混合信号电路对所述测试图形生成电路生 成的测试图形的响应信息，计算与所述模拟/混合信号电路相对应的参数，所述参数包括 静态参数和/或动态参数，即参数计算模块132处于工作状态时，可W实现基于功能的测 试。
[0067] 本申请实施例中，当需要计算静态参数时，可W通过测试控制电路11控制测试图 形生成电路12生成线性波形信号，如H角波信号或斜坡波信号等，而当需要计算动态参数 时，可W通过测试控制电路11控制测试图形生成电路12生成正弦波信号。
[0068] 测试响应分析电路13的工作模式可W包括；故障检测模块131独立启动模式，参 数计算模块132独立启动模式，或者，故障检测模块131和参数计算模块132均启动模式； 具体选择哪种工作模式可W根据实际需求由用户选择确定。
[0069] 其中，在故障检测模块131和参数计算模块132均启动模式下，可W在故障检测模 块131工作完成后，参数计算模块132再进行相应工作；或者，可W在参数计算模块132工 作完成后，故障检测模块131再进行相应工作。具体为哪种方式可W根据实际需求确定。
[0070] 优选的，为了节省坏片的测试时间，可W先进行故障测试，测试通过了再进行参数 测试，如果测试不通过，则不再进行参数测试。
[0071] 存储器14与测试响应分析电路13相连接，用于存储内建自测试过程中需要保存 的信息。
[0072] 例如，存储器14中可W存储参数计算过程中用到的数据。
[0073] 本申请实施例中测试流程可W采取顺序测试方法，存储资源可W根据测试流程进 行分时复用（即分时间段复用同一个存储器），送样可W降低存储器的面积开销。
[0074] 例如，本发明实施例中，静态参数和动态参数分开进行测试，郝么，静态参数测试 和动态参数测试就可W分时复用存储器14。
[00巧]再例如，在进行动态参数测试时，可能会用到蝶形运算，其中，一个蝶形运算单元， 需要保存的数据包括输入数据和输出数据，郝么分时复用可W是指：第一级开始依次求第 1个、第2个、第3个……蝶形运行，存储器14的第一存储区域保存的是第一级蝶形运算 的输入，存储器14的第二存储区域保存的是第一级蝶形运算的输出，在求第二级蝶形运算 时，第一级蝶形运算的输出（即存储器14的第二存储区域保存的数据）可W作为第2级蝶 形运算的输入，第2级蝶形运算的输出可W存放在存储器14的第一存储区域，W此类推。
[0076] 测试控制电路11用于监测是否有测试模式信号生成，当监测到测试模式信号时， 指示测试图形生成电路12生成与所述测试模式相对应的测试图形。其中，每一种测试模式 下可能对应一种测试图形，也可能对应两种或更多种测试图形。当对应两种或更多种测试 图形时，可W根据测试需求确定所述两种或更多种测试图形的生成顺序及测试图形的生成 时机，在测试过程中按照测试图形的生成顺序在相应的生成时机生成测试图形输出至模拟 /混合信号电路。
[0077] 本申请属于离线内建自测试，测试控制电路11可W通过两个测试引脚监测是否 有测试模式信号生成。具体的，可W通过如表1所述模式配置方式监测是否有测试模式信 号生成。
[0078] 表 1
[0079]
[0080]
[0081] TMl和TM2表示两个测试引脚，本申请实施例中，当两个测试引脚均输入低电平 时，表示自建内测装置关闭。当两个测试引脚中，只要有一个引脚的输入是高电平，则表示 自建内测装置开启，具体的，当TMl引脚输入低电平（表1中用0表示），且TM2引脚输入 高电平（表1中用1表示）时，表示开启参数计算模块独立启动模式，即参数测试模式；当 TMl引脚输入高电平，且TM2引脚输入低电平时，表示开启故障检测模块独立启动模式，即 故障检测模式；当TMl引脚和TM2引脚均输入高电平时，表示开启故障检测模块和参数计算 模块均启动模式，即混合测试模式。
[0082] 测试控制电路11在监测到测试模式信号时，还指示测试响应分析电路13将工作 模式切换至与所述测试模式相对应的工作模式。
[0083] 本申请实施例中，测试控制电路11、测试图形生成电路12、测试响应分析电路13 和存储器14可W均为数字电路。
[0084] 本申请实施例提供的一种内建自测试装置，应用于片上系统，片上系统集成有模 拟/混合信号电路，所述装置包括；测试控制电路，测试图形生成电路，测试响应分析电路 和存储器；其中，所述测试响应分析电路包括故障检测模块和参数计算模块；测试控制电 路监测到测试模式信号时，控制所述测试图形生成电路生成与所述测试模式相对应的测试 图形，并控制所述测试响应分析电路切换至与所述测试模式相对应的工作模式，所述测试 响应分析电路的工作模式包括：故障检测模块独立启动模式，参数计算模块独立启动模式， 或者，故障检测模块和参数计算模块均启动模式；所述故障检测模块用于判断所述模拟/ 混合信号电路是否存在故障；所述参数计算模块用于计算与所述模拟/混合信号电路相对 应的参数，所述参数包括静态参数和/或动态参数。
[0085] 综上，通过本申请实施例提供的内建自测试装置，不同的测试模式信号对应测试 响应分析电路的不同工作模式，从而既可W只进行基于故障的测试，又可W只进行基于功 能的测试，或者，基于故障的测试和基于功能的测试混合进行，实现了对模拟/混合信号电 路的多方式测试。
[0086] 上述实施例中，优选的，所述参数计算模块包括静态参数计算子模块和/或动态 参数计算子模块。
[0087] 静态参数计算子模块用于计算静态参数；动态参数计算子模块用于计算动态参 数。
[0088] 具体的，参数计算模块可W根据应用环境进行设计。例如，有的模拟/混合信号电 路可能只需要计算静态参数或只需要计算动态参数，送种情况下，参数计算模块可W只设 计静态参数计算子模块，或只设计动态参数子模块即可，W尽量减小内建自测装置所占用 的面积，减少面积开销。
[0089] 上述实施例中，优选的，当所述参数计算模块包括静态参数计算子模块和动态参 数计算子模块时，所述参数计算模块的工作模式包括：
[0090] 静态参数计算子模块独立启动模式，动态参数计算子模块独立启动模式，或者，静 态参数计算子模块和动态参数计算子模块均启动模式。
[0091] 当参数计算模块处于静态参数计算子模块和动态参数计算子模块均启动模式时， 可W先通过静态参数计算子模块计算静态参数，然后再通过动态参数计算子模块计算动态 参数；或者，可W先通过动态参数计算子模块计算动态参数，然后再通过静态参数计算子模 块计算静态参数。
[0092] 上述实施例中，优选的，当所述参数计算模块包括静态参数计算子模块和动态参 数计算子模块时，本申请实施例提供的内建自测试装置可W支持走种测试模式，测试控制 电路11可W通过H个测试引脚确监测是否有测试模式信号生成。具体的，可W通过如表2 所示模式配置方式监测是否有测试模式信号生成。
[0093] 表 2
[0094]

[0095]
[0096] TMUTM2和TM3表示H个测试引脚，本申请实施例中，当H个测试引脚均输入低电 平时，表示自建内测装置关闭。当H个测试引脚中，只要有一个引脚的输入是高电平，则表 示自建内测装置开启，具体的，当TMl引脚输入高电平，且TM2引脚和TM3引脚均输入低电 平时，表示开启故障检测模块独立启动模式，即故障检测模式；当TM2引脚输入高电平，且 TMl引脚和TM3引脚均输入低电平时，表示开启静态参数计算子模块独立启动模式，即静态 参数测试模式；当TMl引脚和TM2引脚均输入高电平，且TM3引脚输入低电平时，表示开启 动态参数计算子模块独立启动模式，即动态参数测试模式；当TMl引脚和TM2引脚均输入低 电平，且TM3引脚输入高电平时，表示开启故障检测模块和静态参数计算子模块均启动模 式，即故障检测和静态参数测试模式；当TMl引脚和TM3引脚均输入高电平，且TM2引脚输 入低电平时，表示开启故障检测模块和动态参数计算子模块均启动模式，即故障检测和动 态参数测试模式；当TMl引脚输入低电平，且TM2引脚和TM3引脚均输入高电平时，表示开 启静态参数计算子模块和动态参数计算子模块均启动模式，即启动静态参数和动态参数测 试模式；当TMl引脚、TM2引脚和TM3引脚均输入高电平时，表示开启故障检测模块、静态参 数计算子模块和动态参数计算子模块均启动模式，即混合测试模式。
[0097] 当启动混合测试模式时，对模拟/混合信号电路进行测试的实现流程可W为：
[009引步骤一；测试控制电路11指示测试图形生成电路12生成测试波形，并指示测试 响应分析电路13准备进行响应分析。测试响应分析电路接收到数字码（若混合信号电路 为模数转换电路，则该数字码由混合信号电路直接输出，若为模拟电路或混合信号电路为 数模转换电路，则该数字码由模数转换电路对模拟电路或混合信号电路数据的信号进行模 数转换输出）后，进行故障检测，若检测结果为"通过"，则执行步骤二；若检测结果为"未通 过"，则执行步骤四；
[009引步骤二；测试控制电路11指示测试图形生成电路12生成立角波信号，并指示测试 响应分析电路13进行响应分析，测试响应分析电路13在接收到数字码（若混合信号电路 为模数转换电路，则该数字码由混合信号电路直接输出，若为模拟电路或混合信号电路为 数模转换电路，则该数字码由模数转换电路对模拟电路或混合信号电路数据的信号进行模 数转换输出）后，进行静态参数测试，测试结束后输出静态参数测试结果并返回结束信号 给测试控制电路11，并执行步骤H ;
[0100] 步骤H ;测试控制电路11指示测试图形生成电路12生成正弦波信号，并指示测试 响应分析电路13进行响应分析，测试响应分析电路13在接收到数字码（若混合信号电路 为模数转换电路，则该数字码由混合信号电路直接输出，若为模拟电路或混合信号电路为 数模转换电路，则该数字码由模数转换电路对模拟电路或混合信号电路数据的信号进行模 数转换输出）后，进行动态参数测试，测试结束后输出动态参数测试结果并返回结束信号 给测试控制电路。
[0101] 步骤四：输出测试结果。
[0102] 通过本申请实施例提供的内建自测试装置，测试工程师可W根据需要选择3种 (如表1所示）或7种（如表2所示）测试模式，在不同的测试模式下，测试控制控制电路 11控制测试响应分析电路中与所选择的测试模式相应的模块和/或子模块工作，而其它不 参与测试的模块和/或子模块则处于关闭状态，送样可W降低内建自测试装置的功耗。
[0103] 上述实施例中，为了便于对内建自测试装置的开关状态进行控制，还可W增加开/ 关控制引脚。当该引脚输入满足预设条件的信号时，确定开启内建自测试装置，例如，当该 引脚输入上升沿信号（先输入低电平信号再输入高电平信号）时，开启内建自测试装置。
[0104] 具体的，本申请实施例提供的内建自测试装置可W用于混合信号片上系统中模数 转换（A/DC) IP核的内建自测试或数模转换值/AC) IP核的内建自测试。
[0105] 上述实施例中，可选的，若所述片上系统集成有混合信号电路，且所述混合信号电 路为模数转换电路，则所述测试图形生成电路12通过数模转换电路与所述混合信号电路 相连接。
[0106] 数模转换电路将测试图形生成电路12生成的测试波形转换为模拟激励，因此，测 试图形生成电路12和数模转换电路配合用于片上模拟激励的产生。本申请实施例中，数模 转换电路的精度至少比模数转换电路的精度高化it。
[0107] 上述实施例中，可选的，若所述片上系统集成有混合信号电路，且所述混合信号电 路为数模转换电路，则所述测试响应分析电路通过模数转换电路与所述混合信号电路相连 接。
[0108] 模数转换电路将所述数模转换电路的模拟输出转换为数字码，因此，测试响应分 析电路13和模数转换电路配合用于测试响应分析。本申请实施例中，模数转换电路的精度 至少比数模转换电路的精度高化it。
[0109] 上述实施例中，可选的，所述故障检测模块131的一种结构示意图如图2所示，可 W包括：
[0110] 差分电路21，累加器22和判决器23 ;其中，
[0111] 差分电路21用于将所述测试图形生成电路生成的测试图形的信号与所述混合信 号电路响应所述测试图形输出的信号做差运算；
[0112] 本申请实施例中，测试图形生成电路和测试响应分析电路为数字信号处理电路。
[0113] 累加器22用于对差运算的结果的绝对值做累加运算；
[0114] 判决器23用于依据累加运算结果判断所述混合信号电路是否出现故障。
[0115] 具体的，判决器23可W判断累加运算结果是否在预设的范围内，如果是，则说明 混合信号电路没有故障，否则说明混合信号的电路出现故障。其中，所述预设的范围是指在 元器件参数、电压、温度的变化及噪声的影响下，混合信号电路能够对测试波形正确响应的 区间。
[0116] 上述实施例中，优选的，所述参数计算模块包括静态参数子模块，所述静态参数子 模块的一种结构示意图如图3所示，可W包括：
[0117] 计数器31和第一运算器32 ;其中，
[0118] 计数器31用于统计所述混合信号电路输出的信号的各个数字码出现的次数；
[0119] 各个数字码出现的次数可W存储至存储器中。
[0120] 第一运算器32用于依据所述混合信号电路输出的信号的各个数字码出现的次数 计算得到静态参数。
[0121] 其中，静态参数可W包括；失调误差、增益误差、积分非线性误差和微分非线性误 差；具体的，各个静态参数的计算方法可W为：
[0122] (1)
[0123] C 2 )
[0124] ( 3 ) (4)
[0125]
[0126]
[0127] H(i)表示第i个数字码出现的次数；N表示模数转换电路的精度；raL(i)表示第 i个数字码的微分非线性误差；I化(i)表示第i个数字码的积分非线性误差；VwfW康示失 调误差；Gain表示增益误差；Ni= LNz= 2^-2 ;Hideai为理想情况下每个数字码出现的次数， 与斜坡激励（或H角波激励）的斜率slope,混合信号电路的灵敏度LSB，采样速率f,，W及 周期斜坡的持续周期数X有关，具体计算公式为：
[012 引 slope = 2 XFSRw Xftri,其中，
[0129] FSR为数模转换模块或模数转换模块的量程；FSRw为斜坡（或H角波）的量程； ftri为周期斜坡（或H角波）的频率。
[0130] 上述实施例中，优选的，所述参数计算模块包括动态参数子模块，所述动态参数子 模块的一种结构示意图如图4所示，可W包括：
[0131] 变换器41和第二运算模块42 ;其中，
[0132] 变换器41用于对所述混合信号电路输出的信号进行快速傅里叶变换，得到所述 混合信号电路输出的信号的频率谱；
[0133] 第二运算模块42用于依据所述混合信号电路输出的信号的频率谱计算得到动态 参数。
[0134] 其中，动态参数可W包括；信噪比、无杂散动态范围、总谐波失真比、信号噪声失真 比、和有效位数；具体的，各个动态参数的计算方法可W为：
[0135] 依据所述混合信号电路输出的信号的频率谱计算所述混合信号电路输出的信号 的总的功率，所述混合信号电路输出的信号的信号功率，W及所述混合信号电路输出的信 号的各次谐波的功率；
[0136] 由总功率减去信号功率W及谐波功率得到噪声功率；
[0137] 具体的，当需要计算动态参数时，在正弦激励下采集一定数量的输出采样点，把送 些点通过快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform, FFT)获得输出信号的频率谱，该频率 谱记录了从基频到fs/2频率范围，各个频率带内（span)信号幅度的大小，假设FFT点数为 8192, span数量为4096,每个span的信号幅度为D (span_i)，则 ;
[013引 总功率；Ptotal = sum(值（span_l)2:值（span_4096)2);
[0139] 信号功率；找到除了基频span_l W外的幅度最大值处span_signal，附近+-5的 范围为信号功率，Psi即曰1 = sum值（span_si即al-5)2: (D(span_si即曰1巧)2);
[0140] 谐波功率；指各次谐波功率之和，各次谐波的频率等于信号频率的整数倍，因此2 次谐波的位置大约在2*span_si即al附近，3次谐波3*span_si即al附近。由于奈奎斯特 采样定理的约束，频率超过fs/2的span,将共辆映射到1~fs/2的区间里，总共有两种情 况；1如果谐波span_h大于4096小于8192, span_h会映射到（8192-span_h)位置，2如果 span_h大于8192小于12288，span_h会映射到（span_h-8192)位置。并W此类推。如果 谐波频率与基频有重叠的话，则该次谐波功率是无法计算的。得到谐波span位置后，计算 方法与信号功率计算方法类似。
[0141] 具体的，各个动态参数的计算方法可W为：
[0142] 妨
[0143] (6)
[0144] C 7 )
[0145] 做
[0146] ENOB = (SNDR-1. 76)/6. 02 (9)
[0147] 其中，SNR表示信噪比；Pm,。。康示信号功率；P。。156表示噪声功率；S抑R表示无 杂散动态范围；SNDR表示信号噪声失真比；T皿表示总谐波失真比；ENOB表示有效位数； Pharmnni。max为幅度最大一处谐波的功率；P harmnni。为总谐波功率。
[0148] 在传统的A/DC测试中，都是选择使用基于ATE (Automatic Test Equipment,自动 测试机）或模拟测试设备对A/DC测试芯片进行基于功能的参数测试。在片上系统中，A/DC 作为一个IP核，存在信号不可控制和不可观察等问题，传统基于功能的内建自测试方法， 使用模拟电路产生模拟激励，使用数字信号处理器值igtal Si即al Processor, DS巧分析 A/DC响应，依赖于DSP是否存在。典型基于故障的模拟混合信号电路BIST结构，附加设计 较多，而且不能进行基于功能的测试。
[0149] 本发明所提出的BIST结构，可W很好的解决上述问题。
[0150] 片上测试图形生成电路和测试响应分析电路可W解决信号不可控和不可观察的 问题，减少模拟混合信号电路（包括模数转换电路和数模转换电路）测试对测试设备的依 赖，降低测试成本。
[0151] 既可W完成基于故障的测试，又可W完成基于功能的测试。
[0152] 测试模式可W灵活选择，可W为混合信号片上系统（如包括A/DC的SoC)的批量 生产提供良率测试解决方案，当只需要判断混合信号电路是否存在故障时，使用故障检测 测试模式，可W节省测试时间。
[0153] 除混合信号电路外，BIST电路其他模块可用参数化的VHDL或Verilog进行描述， 有利于快速、方便的合成和综合，有利于对BIST电路进行可测性设计，并有利于形成可复 用BIST IP核，可应用到任意的混合信号片上系统，还可应用到基于FPGA的模拟/混合信 号系统。
[0154] 上述实施例中，可选的，若所述片上系统集成有模拟电路，则测试图形生成电路12 通过数模转换电路与所述模拟电路相连接；测试响应分析电路13则通过模数转换电路与 所述模拟电路相连接。
[01巧]上述实施例中，优选的，本申请实施例提供的内建自测试装置还可W设置复位引 脚，用于接收清零信号，对测试响应分析电路进行清零。
[0156] 本申请实施例还提供一种片上系统，该片上系统具有如上任意一实施例提供的内 建自测试装置。
[0157] 与装置实施例相对应，本申请实施例还提供一种内建自测试方法，本申请实施例 提供的内建自测试方法应用于片上系统，所述片上系统集成有模拟/混合信号电路，该片 上系统还集成有；与所述模拟/混合信号电路相连接的测试控制电路；与所述测试控制电 路相连接的测试图形生成电路和测试响应分析电路；与所述测试响应分析电路相连接的存 储器；所述测试图形生成电路和所述测试响应分析电路还分别与所述模拟/混合信号电路 相连接；其中，所述测试响应分析电路包括故障检测模块和参数计算模块；本申请实施例 提供的内建自测试方法的一种实现流程图如图5所示，可W包括：
[015引步骤S51 ;测试控制电路监测是否有测试模式信号输入；
[0159] 步骤S52 ;当监测到测试模式信号输入时，测试控制电路指示所述测试图形生成 电路生成与所述测试模式相对应的测试图形，并指示所述测试响应分析电路切换至与所述 测试模式相对应的工作模式；
[0160] 所述测试响应分析电路的工作模式包括；故障检测模块独立开启模式，参数计算 模块独立开启模式，或者，故障检测模块和参数计算模块均开启模式；
[0161] 所述故障检测模块处于工作状态时，依据所述模拟/混合信号电路对所述测试图 形生成电路生成的测试图形的响应信息，判断所述模拟/混合信号电路是否存在故障，即 故障检测模块处于工作状态时，可W实现基于故障的测试；
[0162] 所述参数计算模块处于工作状态时，依据所述模拟/混合信号电路对所述测试图 形生成电路生成的测试图形的响应信息，计算与所述模拟/混合信号电路相对应的参数， 所述参数包括静态参数和/或动态参数，即参数计算模块处于工作状态时，可W实现基于 功能的测试。
[0163] 测试图形生成电路12可W采用线性反馈移位寄存器结构的测试图形生成电路， 测试图形生成电路12可W生成多种测试波形，包括伪随机波、斜坡波、银齿波、H角波、阶 梯波、方波W及一定频率的正弦波。
[0164] 其中，每一种测试模式下可能对应一种测试图形，也可能对应两种或更多种测试 图形。当对应两种或更多种测试图形时，可W根据测试需求确定所述两种或更多种测试图 形的生成顺序及测试图形的生成时机，在测试过程中按照测试图形的生成顺序在相应的生 成时机生成测试图形输出至模拟/混合信号电路。
[0165] 本申请实施例提供的一种内建自测试方法，应用于片上系统，片上系统集成有模 拟/混合信号电路，所述装置包括；测试控制电路，测试图形生成电路，测试响应分析电路 和存储器；其中，所述测试响应分析电路包括故障检测模块和参数计算模块；测试控制电 路监测到测试模式信号时，控制所述测试图形生成电路生成与所述测试模式相对应的测试 图形，并控制所述测试响应分析电路切换至与所述测试模式相对应的工作模式，所述测试 响应分析电路的工作模式包括：故障检测模块独立启动模式，参数计算模块独立启动模式， 或者，故障检测模块和参数计算模块均启动模式；所述故障检测模块用于判断所述模拟/ 混合信号电路是否存在故障；所述参数计算模块用于计算与所述模拟/混合信号电路相对 应的参数，所述参数包括静态参数和/或动态参数。
[0166] 综上，通过本申请实施例提供的内建自测试方法，不同的测试模式信号对应测试 响应分析电路的不同工作模式，从而既可W只进行基于故障的测试，又可W只进行基于功 能的测试，或者，基于故障的测试和基于功能的测试混合进行，实现了对模拟/混合信号电 路的多方式测试。
[0167] 上述实施例中，优选的，若所述片上系统集成有混合信号电路，且所述混合信号电 路为模数转换电路或数模转换电路，则所述依据所述混合信号电路对所述测试图形生成电 路生成的测试图形的响应信息，判断所述混合信号电路是否存在故障的一种实现流程图如 图6所示，可W包括：
[0168] 步骤S61 ;将所述测试图形生成电路生成的测试图形信号与所述混合信号电路响 应所述测试图形输出的信号做差运算；
[0169] 步骤S62 ;对差值运算的结果的绝对值做累加运算；
[0170] 步骤S63 ;依据累加运算结果判断所述混合信号电路是否出现故障。
[0171] 具体的，可W判断累加运算结果是否在预设的范围内，如果是，则说明混合信号电 路没有故障，否则说明混合信号的电路出现故障。其中，所述预设的范围是指在元器件参 数、电压、温度的变化及噪声的影响下，混合信号电路能够对测试波形正确响应的区间。
[0172] 上述实施例中，优选的，若所述片上系统集成有混合信号电路，且所述混合信号电 路为模数转换电路或数模转换电路，则当所述参数为静态参数时，所述依据所述混合信号 电路对所述测试图形生成电路生成的测试图形的响应信息，计算与所述混合信号电路相对 应的参数的一种实现流程图如图7所示，可W包括：
[0173] 步骤S71 ;统计所述混合信号电路输出的信号的各个数字码出现的次数；
[0174] 各个数字码出现的次数可W存储至存储器中。
[0175] 步骤S72 ;依据所述混合信号电路输出的信号的各个数字码出现的次数计算得到 静态参数。
[0176] 其中，静态参数可W包括；失调误差、增益误差、积分非线性误差和微分非线性误 差；具体的，各个静态参数的计算方法可W参看图3所示实施例，送里不再赏述。
[0177] 上述实施例中，优选的，若所述片上系统集成有混合信号电路，且所述混合信号电 路为模数转换电路或数模转换电路，则当所述参数为动态参数时，所述依据所述混合信号 电路对所述测试图形生成电路生成的测试图形的响应信息，计算与所述混合信号电路相对 应的参数的另一种实现流程图如图8所示，可W包括：
[0178] 步骤S81 ;对所述混合信号电路输出的信号进行快速傅里叶变换，得到所述混合 信号电路输出的信号的频率谱；
[0179] 步骤S82 ;依据所述混合信号电路输出的信号的频率谱计算得到动态参数。
[0180] 其中，动态参数可W包括；信噪比，无杂散动态范围、总谐波失真比、信号噪声失真 比、和有效位数；具体的，各个动态参数的计算方法可W参看图4所示实施例，送里不再赏 述。
[0181] 所属领域的技术人员可W清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、 装置和单元的具体工作过程，可W参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赏述。
[0182] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所掲露的系统、装置和方法，可W 通过其它的方式实现。例如，W上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的 划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可W有另外的划分方式，例如多个单元或组件 可W结合或者可W集成到另一个系统，或一些特征可W忽略，或不执行。另一点，所显示或 讨论的相互之间的禪合或直接禪合或通信连接可W是通过一些接口，装置或单元的间接禪 合或通信连接，可W是电性，机械或其它的形式。
[0183] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对送些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可W在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的送些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种内建自测试装置，应用于片上系统，所述片上系统集成有模拟/混合信号电路， 其特征在于，所述装置包括：与所述模拟/混合信号电路相连接的测试控制电路；与所述测 试控制电路相连接的测试图形生成电路和测试响应分析电路；与所述测试响应分析电路相 连接的存储器；所述测试图形生成电路和所述测试响应分析电路还分别与所述模拟/混合 信号电路相连接；其中， 所述测试响应分析电路包括故障检测模块和参数计算模块； 所述测试控制电路用于在监测到测试模式信号时，指示所述测试图形生成电路生成与 所述测试模式相对应的测试图形，并指示所述测试响应分析电路切换至与所述测试模式相 对应的工作模式，所述测试响应分析电路的工作模式包括：故障检测模块独立启动模式，参 数计算模块独立启动模式，或者，故障检测模块和参数计算模块均启动模式； 所述故障检测模块用于依据所述模拟/混合信号电路对所述测试图形生成电路生成 的测试图形的响应信息，判断所述模拟/混合信号电路是否存在故障； 所述参数计算模块用于依据所述模拟/混合信号电路对所述测试图形生成电路生成 的测试图形的响应信息，计算与所述模拟/混合信号电路相对应的参数，所述参数包括静 态参数和/或动态参数。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述参数计算模块包括： 静态参数计算子模块和/或动态参数计算子模块。3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，当所述参数计算模块包括静态参数计算 子模块和动态参数计算子模块时，所述参数计算模块的工作模式包括： 静态参数计算子模块独立启动模式，动态参数计算子模块独立启动模式，或者，静态参 数计算子模块和动态参数计算子模块均启动模式。4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，若所述片上系统集成有混合信号电路，且 所述混合信号电路为模数转换电路，则所述测试图形生成电路通过数模转换电路与所述混 合信号电路相连接。5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，若所述片上系统集成有混合信号电路，且 所述混合信号电路为数模转换电路，则所述测试响应分析电路通过模数转换电路与所述混 合信号电路相连接。6. 根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述故障检测模块包括： 差分电路，用于将所述测试图形生成电路生成的测试图形信号与所述混合信号电路响 应所述测试图形输出的信号做差运算； 累加器，用于对差运算的结果的绝对值做累加运算； 判决器，依据累加运算结果判断所述混合信号电路是否出现故障。7. 根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述参数计算模块包括静态参数子模 块，所述静态参数子模块包括： 计数器，用于统计所述混合信号电路输出的信号的各个数字码出现的次数； 第一运算器，用于依据所述混合信号电路输出的信号的各个数字码出现的次数计算得 到静态参数。8. 根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述参数计算模块包括动态参数子模 块，所述动态参数子模块包括： 变换器，用于对所述混合信号电路输出的信号进行快速傅里叶变换，得到所述混合信 号电路输出的信号的频率谱； 第二运算模块，用于依据所述混合信号电路输出的信号的频率谱计算得到动态参数。9. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，若所述片上系统集成有模拟电路，则所述 测试图形生成电路通过数模转换电路与所述模拟电路相连接，所述测试响应分析电路通过 模数转换电路与所述模拟电路相连接。10. -种片上系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的内建自测试装 置。11. 一种内建自测试方法，应用于片上系统，所述片上系统集成有模拟/混合信号电 路，其特征在于，所述片上系统还包括：与所述模拟/混合信号电路相连接的测试控制电 路；与所述测试控制电路相连接的测试图形生成电路和测试响应分析电路；与所述测试响 应分析电路相连接的存储器；所述测试图形生成电路和所述测试响应分析电路还分别与所 述模拟/混合信号电路相连接；其中，所述测试响应分析电路包括故障检测模块和参数计 算模块；所述方法包括： 所述测试控制电路监测到测试模式信号输入时，指示所述测试图形生成电路生成与所 述测试模式相对应的测试图形，并指示所述测试响应分析电路切换至与所述测试模式相对 应的工作模式，所述测试响应分析电路的工作模式包括：故障检测模块独立启动模式，参数 计算模块独立启动模式，或者，故障检测模块和参数计算模块均启动模式； 所述故障检测模块处于工作状态时，依据所述模拟/混合信号电路对所述测试图形生 成电路生成的测试图形的响应信息，判断所述模拟/混合信号电路是否存在故障； 所述参数计算模块处于工作状态时，依据所述模拟/混合信号电路对所述测试图形生 成电路生成的测试图形的响应信息，计算与所述模拟/混合信号电路相对应的参数，所述 参数包括静态参数和/或动态参数。12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，若所述片上系统集成有混合信号电路， 且所述混合信号电路为模数转换电路或数模转换电路，则依据所述混合信号电路对所述测 试图形生成电路生成的测试图形的响应信息，判断所述混合信号电路是否存在故障包括： 将所述测试图形生成电路生成的测试图形信号与所述混合信号电路响应所述测试图 形输出的信号做差运算； 对差运算的结果的绝对值做累加运算； 依据累加运算结果判断所述混合信号电路是否出现故障。13. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，若所述片上系统集成有混合信号电路， 且所述混合信号电路为模数转换电路或数模转换电路，则当所述参数为静态参数时，依据 所述混合信号电路对所述测试图形生成电路生成的测试图形的响应信息，计算与所述混合 信号电路相对应的参数包括： 统计所述混合信号电路输出的信号的各个数字码出现的次数； 依据所述混合信号电路输出的信号的各个数字码出现的次数计算得到静态参数。14. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，若所述片上系统集成有混合信号电路， 且所述混合信号电路为模数转换电路或数模转换电路，则当所述参数为动态参数时，依据 所述混合信号电路对所述测试图形生成电路生成的测试图形的响应信息，计算与所述混合 信号电路相对应的参数包括： 对所述混合信号电路输出的信号进行快速傅里叶变换，得到所述混合信号电路输出的 信号的频率谱； 依据所述混合信号电路输出的信号的频率谱计算得到动态参数。
【文档编号】G01R31/316GK105988077SQ201510062392
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月6日
【发明人】冯燕, 陈岚
【申请人】中国科学院微电子研究所