用于模数转换器的内建自测试的制作方法

用于模数转换器的内建自测试的制作方法
【专利摘要】本发明公开了用于模数转换器的内建自测试。一种具有内建自测试电路的半导体芯片，包括：第一模数转换器（ADC），被配置为将在其输入处所接收到的模拟输入电压信号转换为表征所述第一ADC的数字输出电压信号；以及第二ADC，耦接到所述第一ADC的输入，并且被配置为将在其输入处所接收到的所述模拟输入电压信号转换为数字反馈电压信号，其中，基于数字反馈信号来生成所述模拟输入电压信号。
【专利说明】用于模数转换器的内建自测试

【技术领域】
[0001]本发明涉及模数转换器的测试，特别是涉及用于模数转换器的内建测试。

【背景技术】
[0002]模数转换器(ADC)是很多半导体器件中的常见部件。ADC通过接收模拟输入电压信号并且将该电压信号转换为数字电压信号表示来操作。很多不同类型的ADC是可用的。
[0003]微控制器具有嵌入在同一半导体芯片上的多个ADC。这些所嵌入的ADC已经在生产期间通过测量特性曲线而被测试，由于要对特性转换曲线采样若干次并且高精度ADC具有长的稳定时间的原因而以牵涉漫长测量的方式进行测量。另外，具有高精度的ADC要求昂贵的高精度自动化测试设备(ATE)硬件，此情况下在ATE硬件与半导体芯片之间路由大量信号。这些因素中的每一个对生产成本具有消极影响。
[0004]替换地，在生产期间已经使用伺服环路测试ADC以测量ADC特性转换曲线。测量时间保持近似恒定，并且由于用电压测量仪器来代替电压生成器，因此减少了复杂度。然而，由于来自半导体芯片的信号仍然不得不被路由到电压测量仪器，因此这种伺服环路技术仍然受限制。


【发明内容】

[0005]本发明的一个方面涉及一种具有内建自测试电路的半导体芯片，包括:第一模数转换器(ADC),被配置为将在其输入处所接收到的模拟输入电压信号转换为表征所述第一ADC的数字输出电压信号；以及第二 ADC，耦接到所述第一 ADC的输入，并且被配置为将在其输入处所接收到的所述模拟输入电压信号转换为数字反馈电压信号，其中，基于数字反馈信号来生成所述模拟输入电压信号。

【专利附图】

【附图说明】
[0006]图1图解根据示例性实施例的内建自测试(BIST)电路的电路图。
[0007]图2图解根据另一示例性实施例的BIST电路的电路图。
[0008]图3图解根据示例性实施例的用于执行BIST的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0009]本发明关注于一种具有内建自测试(BIST)电路的半导体芯片，更具体地说，关注于一种具有使用位于同一半导体芯片上的第二 ADC的用于模数转换器(ADC)的BIST电路的半导体芯片。
[0010]可以使用该BIST电路的一种电子器件是微控制器。在此所描述的BIST电路绝不意图被限制于为用于在微控制器中使用，相反BIST电路能够与采用ADC的任何电子器件一起使用。
[0011]图1图解根据示例性实施例的BIST电路的电路图100。更具体地说，BIST电路180包括Sigma-Delta ( Σ Δ ) ADC 120，其连同反馈环路中的附加部件一起生成模拟输入电压Vin，模拟输入电压Vin然后用作对于逐次逼近寄存器(SAR)ADC 110的模拟输入电压Vin0在模拟输入电压Vin被生成于芯片上的情况下，用于SAR ADC 110的BIST是可能的。
[0012]如果存在已经位于同一半导体芯片100内的另一 ADC (在此情况下，Σ AADC120)，则这种SAR ADC 110的BIST特别可行。注意在正常操作期间，可以独立地使用SARADC 110和SAADC 120。另一方面，如果在半导体芯片100内不存在其它可用的ADC，则Σ AADC 120可以被实现以专用于BIST的目的。出于经济原因，用于这种专用Σ AADC的附加面积应该是最小的。
[0013]目的是仅添加最少的附加部件。在图1所示的实现中，包括两个电流源156、158和两个开关152、154的推挽电流源150被实现以支持BIST。
[0014]在操作期间，SAADC 120处于具有数字比较器140的反馈环路中，数字比较器140驱动推/挽电流源150以生成模拟输入电压Vin。更详细的描述如下。
[0015]在图1中被示出为I比特Σ AADC但不限制于此的Σ AADC 120将在其输入处所接收到的模拟输入电压信号Vin转换为I比特数字反馈电压信号Vfb。然后，为了减少数据率，抽取器160将数字反馈电压信号Vfb下采样(即针对2"个时钟周期求和)为η比特的抽取数字反馈电压信号Vdfb。
[0016]提供具有高放大率的数字比较器140，以对在其输入“a”处所接收到的抽取数字反馈电压信号Vdfb与在其输入“b”处从寄存器130所接收到的η比特数字寄存器电压信号Vr进行比较。数字寄存器130可以是计数器、CPU、存储器、或者如本领域技术人员应领会的那样为任何其它适合于供给想要的将以模拟形式被反映为模拟输入电压信号Vin的数字寄存器电压信号Vr的元件。例如，数字寄存器130可以是被配置为生成将以模拟形式被反映为模拟输入电压信号Vin的数字电压斜坡的计数器。
[0017]当数字寄存器电压信号Vr的值大于抽取反馈电压信号Vdfb的值时，比较器输出“a”呈现为逻辑“I”以将上开关152置于闭合位置，并且比较器输出“b”呈现为逻辑“O”以将下开关154置于打开位置。该电路配置中的充电电流源Ich 156耦接到SAR ADC 110和Σ AADC 120的输入，并且模拟输入电压信号Vin的值由此而增加。另一方面，当抽取反馈电压信号Vdfb的值大于数字寄存器电压信号Vr的值时，比较器输出“a”呈现为逻辑“O”以将上开关152置于打开位置，并且比较器输出“b”呈现为逻辑“I”以将下开关154置于闭合位置。该配置中的放电电流源Idis 158耦接到SAR ADC 110和Σ AADC 120的输入，并且模拟输入电压信号Vin的值由此而减小。如应当显而易见那样，当抽取反馈电压信号Vdfb和数字寄存器电压信号Vr的值相等时，上开关152和下开关154都打开，并且模拟输入电压Vin保持稳定。
[0018]推/挽电流源150稱接在电压Vmax与Vmin之间。Vmax的值高于电源的值,Vmin的值低于地的值，从而所生成的模拟输入电压Vin超出整个电源范围地扩展。另外，耦接到在开关152和154与地之间的节点的输入电容器起减少模拟输入电压Vin中的纹波的作用。从微控制器外部的线路提供电压Vmax和Vmin以及解耦接电容器。
[0019]所生成的模拟输入电压Vin被用作对于SAR ADC 110的输入电压信号，SAR ADC110是被测试的ADC。SAR ADC 110将模拟输入电压Vin转换为数字输出电压Vo。在图1分别示出为Histy (柱状图y)和Histx (柱状图x)的SAR ADC 110和Σ AADC 120的输出可以由微控制器内的固件处理，或由ATE硬件估计，以确定SAR ADC 110的特性。在寄存器电压信号Vr是斜坡的情况下，通过示例的方式，对于恰当地起作用的SAR ADC 110而言所得到的柱状图是平坦的直线。替换地，在寄存器电压信号Vr是正弦波的情况下，对于恰当地起作用的SAR ADC 110而言所得到的柱状图具有类似槽状(bathtub)的形状。数字输出电压Vo因此表征SAR ADC 110。
[0020]ADC 110在图1中被示出为SAR ADC，并且ADC 120被示出为Σ AADC0这样的SARADC和Σ Λ ADC是本领域技术人员已知的，并且在此将不更详细地讨论，以不会不必要地模糊本发明的各方面。然而，重要的是应注意尽管ADC 110被描述为SAR ADC并且ADC 120被描述为Σ Λ ADC，但本公开不限制于这些方面。ADC 110和ADC 120中的每一个可以是适合于它们意图的目的的任何种类的ADC。
[0021]图2图解根据另一示例性实施例的BIST电路280的电路图200。该实施例具有基本上与图1所示的实施例相同的目的。也就是说，该替换BIST电路280包括Σ AADC 120，Σ AADC 120连同反馈环路中的附加部件一起生成模拟输入电压Vin，模拟输入电压Vin然后被用作对于SAR ADC 110的模拟输入电压Vin。
[0022]该替换实施例的主要差别在于:推/挽配置中的数字输出270代替推挽电流源150。来自比较器240的比较电压Vcomp驱动数字输出270。以电容器和电阻器形成的RC带通滤波器起切除各电压之间的纹波的作用。这种替换配置避免了对于图1的电流源的需要，但其确实具有OdB电源抑制比，这在BIST设置期间可以是可接受的。以相同标号来标明与有关图1所描述的元件相同的其它元件，并且为了简洁，不重复其描述。
[0023]图3图解根据示例性实施例的用于执行BIST的方法300的流程图。
[0024]初始地，在步骤310，Σ AADC 120将在其输入处所接收到的模拟输入电压信号Vin转换为数字反馈电压信号Vfb。然后在步骤320抽取器160生成从Σ AADC 120接收到的数字反馈电压信号Vfb的抽取数字反馈电压信号Vdfb。
[0025]在步骤330，比较器140/240对抽取数字反馈电压信号Vdfb与来自寄存器130的数字输入电压信号Vr进行比较，并且输出比较信号。在步骤340，该比较信号然后用于生成模拟输入电压信号Vin。如上面讨论那样，可以使用图1所示的推挽电流源150或替换地使用图2所示的数字输出板270而基于比较信号来生成模拟输入电压信号Vin。
[0026]最后，SAR ADC 110 (其为在测试下的器件)将在其输入处所接收到的模拟输入电压信号Vin转换为表征SAR ADC 110的数字输出电压信号Vo (步骤350)。
[0027]在此所公开的BIST实现在很多其它方面中是有利的。首先，模拟输入电压Vin对于测试ADC是足够精确的，并且也可以用于与ADC无关的其它测试目的。无论模拟输入电压Vin的精度如何，与常规测试实现相比，测试时间都仍然减少。
[0028]此外，在微控制器或其它应用内内部地生成模拟输入电压Vin。在生成模拟输入电压Vin的ADC已经被证明起作用之后，可以在无需ATE硬件的情况下内部地测试微控制器内的任何另外ADC。ATE硬件可以替代地用于其它目的，因此增加了用于并行测试的潜力。此外，测试板设计要求更少的必要连接，这对于具有高并行因素的测试是尤其有意义的。
[0029]最后，BIST所需的所有信号位于数字域内。与在内部执行的测试相结合的该因素意味着不仅可以在生产期间而且可以在封装之后(诸如在货运之前或在现场中)执行测试。测量数据可因此对于针对系统健康监控目的而对消费者可用，或者对增加安全集成级别可用。
[0030]虽然已经结合示例性实施例描述了前述内容，但应理解术语“示例性”仅意味作为示例，而非最好或最优。相应地，本公开意图覆盖可被包括在本公开的范围内的替换、修改和等同物。
[0031]附加地，在详细描述中，已经为了提供示例性实施例的透彻理解而阐述大量具体细节。然而，对于本领域技术人员而言应显而易见可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。在其它实例中，并未详细描述众所周知的方法、过程、部件和电路，从而不会不必要地模糊本公开的各方面。
【权利要求】
1.一种具有内建自测试电路的半导体芯片，包括:第一模数转换器(ADC)，被配置为将在其输入处所接收到的模拟输入电压信号转换为表征所述第一 ADC的数字输出电压信号；以及第二 ADC，耦接到所述第一 ADC的输入，并且被配置为将在其输入处所接收到的所述模拟输入电压信号转换为数字反馈电压信号，其中，基于数字反馈信号来生成所述模拟输入电压信号。
2.如权利要求1所述的半导体芯片，还包括:比较器，耦接到所述第二 ADC，并且被配置为:对来自所述第二 ADC的在其第一输入处所接收到的所述数字反馈电压信号与在其第二输入处所接收到的数字输入电压信号进行比较，并且输出比较信号，其中，基于所述比较信号来生成所述模拟输入电压信号。
3.如权利要求2所述的半导体芯片，其中，所述第二ADC是单比特SAADC。
4.如权利要求3所述的半导体芯片，还包括:抽取器，耦接在所述第二 ADC与所述比较器的第一输入之间，并且被配置为生成抽取数字反馈电压信号。
5.如权利要求2所述的半导体芯片，还包括:推挽电流源，耦接在所述比较器的输出与所述第一 ADC和所述第二 ADC中的每一个的输入之间，并且被配置为基于所述比较信号来生成所述模拟输入电压信号。
6.如权利要求2所述的半导体芯片，还包括:计数器，被配置为生成电压斜坡作为所述数字输入电压信号。
7.如权利要求2所述的半导体芯片，还包括:寄存器，被配置为:提供正弦波信号作为所述数字输入电压信号。
8.如权利要求2所述的半导体芯片，还包括:数字输出板，以推挽配置耦接在所述比较器的输出与所述第一 ADC和所述第二 ADC中的每一个的输入之间，并且被配置为:基于所述比较信号来生成所述模拟输入电压信号。
9.如权利要求1所述的半导体芯片，其中，所述第一ADC是逐次逼近寄存器(SAR)ADC。
10.如权利要求1所述的半导体芯片，其中，所述第二ADC是Σ AADC0
11.如权利要求1所述的半导体芯片，其中，所述第一ADC和所述第二 ADC位于微控制器内。
12.—种在半导体芯片中执行内建自测试(BIST)的方法，所述方法包括:把在位于所述半导体芯片上的第一模数转换器(ADC)的输入处所接收到的模拟输入电压信号转换为表征所述第一 ADC的数字输出电压信号；以及把在耦接到所述第一 ADC的输入并且位于所述半导体芯片上的第二 ADC的输入处所接收到的所述模拟输入电压信号转换为数字反馈电压信号，其中，基于数字反馈信号来生成所述模拟输入电压信号。
13.如权利要求12所述的方法，还包括:对在比较器的第一输入处从所述第二 ADC接收到的所述数字反馈电压信号与在所述比较器的第二输入处所接收到的数字输入电压信号进行比较，并且输出比较信号，其中，基于所述比较信号来生成所述模拟输入电压信号。
14.如权利要求13所述的方法，还包括:通过抽取器生成从所述的第二 ADC接收到的所述数字反馈电压信号的抽取数字反馈电压信号，以输入到所述比较器的所述第一输入。
15.如权利要求13所述的方法，还包括:通过耦接在所述比较器的输出与所述第一 ADC和所述第二 ADC中的每一个的输入之间的推挽电流源，基于所述比较信号来生成所述模拟输入电压信号。
16.如权利要求13所述的方法，还包括:生成电压斜坡作为所述数字输入电压信号。
17.如权利要求12所述的方法，被执行于所述半导体芯片的生产期间。
18.如权利要求12所述的方法，被执行于封装所述半导体芯片之后。
19.如权利要求12所述的方法,被执行于微控制器内。
20.一种具有内建自测试电路的半导体芯片，包括:第一模数转换装置，用于将模拟输入电压信号转换为表征所述第一模数转换装置的数字输出电压信号；以及第二模数转换装置，用于将所述模拟输入电压信号转换为数字反馈电压信号，其中，基于数字反馈信号来生成所述模拟输入电压信号。
【文档编号】H03M1/10GK104283559SQ201410314146
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】P.博格纳, J.梅杰里 申请人:英飞凌科技股份有限公司