输入输出端口的眼图优化装置及其集成电路的制作方法

本实用新型涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种输入输出端口的眼图优化装置及其集成电路。

背景技术：

动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)是最为常见的系统内存。对动态随机存取存储器的测试包括对其高速输入输出端口(Input Output，IO)的性能测试以及对输入输出特性的最优化处理。

DQ端口是动态随机存取存储器的高速输入输出端口，如图1所示为现有技术中DQ端口的电路设计，正常情况下，读操作时，输入电路30关闭，DQ端口10作为输出电路工作；写操作时，输出电路20关闭，DQ端口作为输入电路工作。

现有技术中对高速输入输出端口(包括DQ端口)的性能测试并没有较好的测试方法，因为动态随机存取存储器的工作频率较高，负载较小，而现有技术中的测试机通常很难满足。以DDR4(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory 4，第四代双倍速率同步动态随机存储器)为例，其最高工作频率是3.2G，那么测试机的采样频率就需要更高(≥6.4G)，这无疑会增加测试机的设计要求和设计成本。另一方面，DDR4在系统中采用点对点的模式，负载很小，但是测试机的针卡(Probe Card，应用于动态随机存取存储器的晶圆测试)和插座(Socket，应用于动态随机存取存储器的芯片测试)的负载要大很多。因此，动态随机存取存储器不能有效驱动测试机，或测试机不能有效测试到动态随机存取存储器的输出信号，也就无法对输入输出端口(包括DQ端口)的性能进行有效测试。

眼图(Data Eye)是高速信号(包括高速输入输出端口的信号)在半周期内由多个随机数据叠加而成，在输入输出端口通过示波器等仪器采样数据信号而得到，以其内部所能包括的最大矩形来衡量眼图好坏，在某一固定频率下，矩形的高(Data Eye Height)和宽(Data Eye Width)越大，眼图越好。通过优化眼图可实现动态随机存取存储器输入输出特性的最优化。如果动态随机存取存储器不能有效驱动测试机，或测试机不能有效测试到动态随机存取存储器的输出信号，就无法对输入输出端口(包括DQ端口)的眼图进行优化，也就无法实现动态随机存取存储器输入输出特性的最优化。

技术实现要素：

本实用新型提供一种输入输出端口的眼图优化装置及其集成电路，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。

作为本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种输入输出端口的眼图优化装置，包括：顺次连接并形成回路的控制单元、输出驱动电路、输入输出端口以及输入端电路，所述控制单元和所述输入端电路还连接于参考电压，所述控制单元用于产生多组随机数据，并控制每组随机数据输入所述回路进行自测试，以获得眼图的垂直轴数据，并根据所述眼图的垂直轴数据获得所述参考电压的优化值，其中，在进行所述自测试时要历遍每一个参考电压的电压值。

在一些实施例中，所述自测试包括第一测试，所述第一测试包括：所述控制单元控制所述参考电压的电压值在所述参考电压的可输出范围内进行改变，并对每一个电压值执行第二测试；所述第二测试包括：所述控制单元发送所述随机数据至所述输出驱动电路，所述随机数据经所述输入输出端口和所述输入端电路反馈至所述控制单元，所述控制单元比较所述随机数据的反馈数据和所述随机数据的一致性，并在所述随机数据的反馈数据和所述随机数据一致时，标记第二测试通过，反之，标记第二测试不通过。

在一些实施例中，所述眼图的垂直轴数据包括眼图高度，所述参考电压的优化值为所述眼图高度的中间所对应的电压值。

在一些实施例中，所述眼图优化装置还包括输出驱动控制器，连接于所述控制单元和所述输出驱动电路之间，用于接收所述控制单元发送的参考电压的优化值，并更新所述输出驱动电路的设置参数，使所述输出驱动电路的设置参数匹配所述参考电压的优化值。

在一些实施例中，所述眼图优化装置还包括：

输入锁存器，连接于所述输入端电路和所述控制单元之间；以及，

高速振荡器，连接于所述控制单元和所述输入锁存器之间，所述高速振荡器用于产生时钟信号，所述控制单元在所述时钟信号下产生所述随机数据，并将所述随机数据在所述时钟信号下发送至所述输出驱动电路；

其中，所述输入锁存器用于锁存所述输入端电路输出的与所述随机数据同步的数据，并输出至所述控制单元，所述随机数据的反馈数据即为所述输入锁存器输出的数据。

在一些实施例中，所述输入端电路包括差分输入缓冲器，所述差分输入缓冲器的输入端分别连接于所述输入输出端口和所述参考电压，所述差分输入缓冲器的输出端连接于所述输入锁存器，所述差分输入缓冲器用于差分从所述随机数据与所述参考电压的电压值。

在一些实施例中，所述控制单元包括：

随机数据发生器，连接于所述输出驱动电路，用于产生随机数据；

数据比较器，连接于所述随机数据发生器和所述输入锁存器，用于比较所述输入锁存器的输出数据与所述随机数据的一致性；

调谐器，连接于所述参考电压，用于改变所述参考电压的电压值，并历遍每一个电压值；以及，

逻辑控制子单元，连接于所述随机数据发生器，用于控制所述随机数据发生器产生多组不同的随机数据，并对每组随机数据执行所述第一测试，所述逻辑控制子单元还连接于所述输出驱动控制器，用于获得所述参考电压的优化值，并将所述参考电压的优化值发送给所述输出驱动控制器。

在一些实施例中，所述参考电压的可输出范围为电源电压的10％～90％，包括端点值，所述每一个电压值为在所述参考电压的可输出范围内的离散值。

作为本实用新型的另一个方面，本实用新型还提供一种集成电路，包括权利要求以上任一项所述的眼图优化装置。

本实用新型采用上述技术方案，具有如下优点：

本实用新型通过增加一个控制单元，使输入输出端口的输出驱动电路和输入端电路形成反馈回路，利用集成电路内部产生的高速振荡信号实现自测试，节省测试时间和成本，实现眼图优化以及输出驱动的优化，提高效率。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本实用新型进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本实用新型公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本实用新型范围的限制。

图1为现有技术中DQ端口的输入电路和输出电路图。

图2为实施例一的眼图优化装置示意图。

图3为实施例一/二/三/四的眼图示意图。

图4为实施例二的眼图优化装置示意图。

图5为实施例三的眼图优化装置示意图。

图6为实施例四的眼图优化方法流程图。

附图标记说明：

10：DQ端口；20：输出电路；30：输入电路；

100：端口；200：输出驱动电路；300：输入端电路；

301：差分输入缓冲器；400：控制单元；

401：随机数据发生器；402：数据比较器；

403：调谐器；404：寄存器；405逻辑控制子单元；

500：输出驱动控制器；600：高速振荡器；

700：眼图；701：眼图高度；800：输入锁存器。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

具体地，本实用新型的实施例通过增加一个控制单元，使输入输出端口的输出驱动电路和输入端电路形成反馈回路，利用集成电路内部产生的高速振荡信号作为测试信号，通过改变输入端参考电压的电压值来扫描眼图高度，以确定参考电压的优化值，从而实现眼图优化和输出驱动优化。

实施例一

如图2所示，本实用新型实施例提供一种输入输出端口的眼图优化装置，包括顺次连接并形成回路的控制单元400、输出驱动电路200、输入输出端口100和输入端电路300，其中，输入端电路300和控制单元400还连接于参考电压(图中未示出)。

参考电压由参考电压发生器产生，通过改变参考电压发生器的设置参数，可以产生不同的参考电压的电压值，也就是说，参考电压的电压值并不是数字化的已知值。在应用中，需要找到参考电压的优化值，从而使眼图得到优化。

输出驱动电路200连接于控制单元400与输入输出端口100之间，用于将随机数据从控制单元400发送至输入输出端口100。输入端电路300连接于输入输出端口100与控制单元400之间，用于将随机数据从输入输出端口100反馈至控制单元400。

控制单元400连接于输出驱动电路200和输入端电路300之间，用于产生多组不同的随机数据，控制每组随机数据输入回路执行自测试，在进行自测试时要历遍每一个参考电压的电压值。

具体地，本实用新型实施例中，自测试包括第一测试，所述第一测试包括：控制单元400控制参考电压的电压值在参考电压的可输出范围内进行改变，并对每一个参考电压的电压值执行第二测试；所述第二测试包括：控制单元400将随机数据发送至输出驱动电路200，输出驱动电路200将随机数据从控制单元400发送至输入输出端口100，输入端电路300将随机数据从输入输出端口100反馈至控制单元400，控制单元400比较随机数据的反馈数据和随机数据的一致性，并在随机数据的反馈数据和所述随机数据一致时，标记第二测试通过，反之，标记第二测试不通过。

其中，参考电压的可输出范围，即参考电压发生器的可输出范围，为电源电压的10％～90％，包括端点值，每一个参考电压的电压值为在参考电压的可输出范围内的离散值。

如图3所示，通过第二测试，我们可以得到在该参考电压的电压值下是否可以使输入输出端口100正常工作，通过第一测试我们可以得到参考电压的工作范围(电压值的最高限VOH以及最低限VOL之间，包括端点值)，对每组随机数据进行第一测试，就可以得到眼图700的垂直轴上的数据(即每个参考电压的电压值)，包括眼图高度701，根据眼图高度701可以获得参考电压的优化值Vref，参考电压的优化值Vref即为眼图高度701中间的水平线所对应的电压值。需要说明的是，所获得的眼图700的垂直轴上的数据，也包括眼图高度701中间的水平线所对应的电压值，也就是说，眼图高度701以及参考电压的优化值Vref的获得可以通过连接示波器，以供测试者肉眼观察现象，也可以不连接示波器，从测试数据中获得。

本实用新型实施例的眼图优化装置还包括输出驱动控制器500，连接于控制单元400和输出驱动电路200之间。控制单元400在获得参考电压的优化值Vref后，可以将参考电压的优化值Vref保存下来，并发送给输出驱动控制器500，输出驱动控制器500根据控制单元400所获得的参考电压的优化值Vref，更新输出驱动电路200的设置参数，使输出驱动电路200的设置参数匹配参考电压的优化值Vref，从而优化输出驱动。

本实用新型实施例还提供一种集成电路，包括以上所述的眼图优化装置。

本实用新型实施例中，集成电路优选为动态随机存取存储器，输入输出端口100优选为DQ端口。需要说明的是，本实用新型实施例还可以应用于其他类型的集成电路，以实现输入输出端口的自测试。在应用于动态随机存取存储器上时，输入输出端口还可以为DM端口或DQS端口或DQSF端口，同样是通过改变参考电压的电压值，并对每一个电压值进行第二测试，以获得参考电压的工作范围，对多组随机数据进行第一测试，就可以自动扫描获得眼图高度，从而得到参考电压的优化值，以优化眼图，进而优化端口的输出驱动。

本实用新型实施例的眼图优化装置可应用于集成电路调试测试阶段，也可以用于集成电路的量产测试阶段以及产品化工作阶段。

实施例二

本实用新型实施例提供一种输入输出端口的眼图优化装置，是对实施例一所述的眼图优化装置的优化。

如图4所示，本实用新型实施例的眼图优化装置还包括高速振荡器600以及输入锁存器800，输入端电路为差分输入缓冲器301。

差分输入缓冲器301连接于输入输出端口100与输入锁存器800之间，用于差分从输入输出端口100输出的随机数据与参考电压的电压值，随机数据是0和1的叠加，从输入输出端口100输出后与参考电压的电压值进行差分，高于参考电压的电压值时，差分输入缓冲器301输出为1，低于参考电压的电压值时，差分输入缓冲器301输出为0。

高速振荡器600连接于控制单元400和输入锁存器800之间，用于产生时钟信号，并将时钟信号提供给控制单元400和输入锁存器800。控制单元400在时钟信号下产生随机数据，并将随机数据在时钟信号下发送至输出驱动电路200，输入锁存器800将差分输入缓冲器301输出的数据在时钟信号下锁存并输出至控制单元400。为了保证时序的正确性，避免丢数据或数据错误，要对用于输入锁存器800锁存数据的时钟进行相位调整，使输入锁存器800锁存的数据与随机数据同步，即使随机数据的反馈数据与随机数据同步。

本实用新型实施例还提供一种集成电路，包括以上所述的眼图优化装置。

本实用新型实施例中，集成电路优选为动态随机存取存储器，输入输出端口100优选为DQ端口。需要说明的是，本实用新型实施例还可以应用于其他类型的集成电路，以实现输入输出端口的自测试。在应用于动态随机存取存储器上时，输入输出端口还可以为DM端口或DQS端口或DQSF端口，同样是通过改变参考电压的电压值，并对每一个电压值进行第二测试，以获得参考电压的工作范围，对多组随机数据进行第一测试，就可以自动扫描获得眼图高度，从而得到参考电压的优化值，以优化眼图，进而优化端口的输出驱动。

本实用新型实施例的眼图优化装置可应用于集成电路调试测试阶段，也可以用于集成电路的量产测试阶段以及产品化工作阶段。

实施例三

本实用新型实施例提供一种输入输出端口的眼图优化装置，是对实施例二所述的眼图优化装置的优化。

如图5所示，本实用新型实施例的眼图优化装置包括输入输出端口100、输出驱动电路200、差分输入缓冲器301(即输入端电路)、控制单元400、输出驱动控制500、高速振荡器600以及输入锁存器800。

控制单元400包括随机数据发生器401、数据比较器402、调谐器403、寄存器404和逻辑控制子单元405。

随机数据发生器401连接于输出驱动电路200和逻辑控制子单元405之间，并连接于高速振荡器500，用于在高速振荡器500产生的时钟信号下产生随机数据，并将随机数据发送给数据比较器402和输出驱动电路200。

数据比较器402的输入端连接于随机数据发生器401和输入锁存器800，输出端连接于寄存器404，用于比较随机数据的反馈数据与随机数据的一致性，并在随机数据的反馈数据与随机数据一致时标记第二测试通过，反之，标记所述第二测试结果不通过，同时将标记结果发送给寄存器404。

调谐器403连接于参考电压和逻辑控制子单元405之间，用于在逻辑控制子单元405的控制下，改变参考电压的电压值，并历遍每一个参考电压的电压值。

逻辑控制子单元405连接于随机数据发生器401，用于控制随机数据发生器401产生多组不同的随机数据，并对每组随机数据执行第一测试。逻辑控制子单元405还连接于寄存器404和输出驱动控制器600之间，用于获得参考电压的优化值Vref，并将参考电压的优化值Vref保存至寄存器404，在集成电路工作时，将参考电压的优化值Vref发送给输出驱动控制器600。

寄存器404连接于数据比较器402和逻辑控制子单元405，用于储存与参考电压的电压值相匹配的第二测试通过或不通过的标记结果以及参考电压的优化值Vref。

输出端控制器600更新输出驱动电路200的设置参数，使输出驱动电路200的设置参数匹配参考电压的优化值Vref，从而优化眼图，优化输入输出端口100的输出性能。

本实用新型实施例还提供一种集成电路，包括以上所述的眼图优化装置。

本实用新型实施例中，集成电路优选为动态随机存取存储器，输入输出端口100优选为DQ端口。需要说明的是，本实用新型实施例还可以应用于其他类型的集成电路，以实现输入输出端口的自测试。在应用于动态随机存取存储器上时，输入输出端口还可以为DM端口或DQS端口或DQSF端口，同样是通过改变参考电压的电压值，并对每一个电压值进行第二测试，以获得参考电压的工作范围，对多组随机数据进行第一测试，就可以自动扫描获得眼图高度，从而得到参考电压的优化值，以优化眼图，进而优化端口的输出驱动。

本实用新型实施例的眼图优化装置可应用于集成电路调试测试阶段，也可以用于集成电路的量产测试阶段以及产品化工作阶段。

实施例四

本实用新型实施例提供一种眼图优化方法，应用于实施例一的眼图优化装置。

如图6所示，本实用新型实施例的输入输出端口的眼图优化方法包括：

步骤S1，控制单元400产生随机数据；

步骤S2，输出驱动电路200将随机数据从控制单元400发送至输入输出端口100，输入端电路300将随机数据从输入输出端口100反馈至控制单元400；

步骤S3，控制单元400比较随机数据的反馈数据与随机数据的一致性，，并在随机数据的反馈数据和所述随机数据一致时，标记第二测试通过，反之，标记第二测试不通过。随机数据的反馈数据即输入端电路300反馈至控制单元400的数据；

步骤S4，控制单元400控制参考电压的电压值在参考电压的可输出范围内进行改变，并对每一个参考电压的电压值执行步骤S2～S3，从而获得能够参考电压的工作范围(即电压值的最高限VOH以及最低限VOL之间，包括端点值)；

步骤S5，多次循环步骤S1～S4，其中，每个循环中控制单元400产生的随机数据不同；

步骤S6，控制单元400获得眼图高度701，获得参考电压的优化值Vref，其中，参考电压的优化值Vref为位于眼图高度701中间的水平线所对应的电压值，如图3所示；

步骤S7，输出端控制器500更新输出驱动电路200的设置参数，使输出驱动电路200的设置参数匹配参考电压的优化值Vref。

也就是说，在本实用新型实施例中，控制单元400产生多组不同的随机数据，并控制每组随机数据执行自测试，以获得眼图700的垂直轴数据，并根据眼图700的垂直轴数据获得参考电压的优化值Vref，其中，所述自测试应历遍每一个参考电压的电压值，具体地，自测试包括第一测试，所述第一测试包括：控制单元400控制参考电压的电压值在参考电压的可输出范围内进行改变，并对每一个参考电压的电压值执行第二测试；所述第二测试包括：控制单元400发送随机数据至输出驱动电路200，随机数据经输入输出端口100和输入端电路300反馈至控制单元400，控制单元400比较随机数据的反馈数据和随机数据的一致性，即步骤S2～S3。

其中，参考电压的可输出范围为电源电压的10％～90％，包括端点值，所述每一个参考电压的电压值为在参考电压的可输出范围内的离散值。

作为优选，在包括步骤S2和S3的第二测试中，控制单元400在时钟信号下产生随机数据，并将所述随机数据在所述时钟信号下从发送至所述输出驱动电路200，所述随机数据的反馈数据为与所述随机数据同步的数据。

也就是说，测试所用的随机数据是经过高速振荡时钟采样，输入到输出驱动电路200，并经过输入输出端口100发送到输入端电路300，输入端电路300将经过高速振荡时钟锁存的数据反馈给控制单元400，为了保证时序的正确性，避免丢数据或数据错误，对用于锁存输入端电路300的输出数据的时钟要进行相位调整，使所述随机数据的反馈数据与所述随机数据同步。

需要说明的是，眼图700的获得可以通过连接示波器，以供测试者肉眼观察现象，也可以不连接示波器，本实用新型实施例可以通过产生多组随机数据和改变参考电压的电压值来自动扫描获得眼图700的垂直轴数据，从而获得参考电压的优化值Vref。

本实用新型实施例在获得参考电压的优化值Vref后，可以将参考电压的优化值Vref保存下来，并发送给输出驱动控制器500，以优化输出驱动。

本实用新型实施例的眼图优化方法可应用于调试测试阶段，也可以用于量产测试阶段以及产品化工作阶段。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。