ELE6306 : Test de systèmes électroniques Projet de cours
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ELE6306 : Test de systèmes
électroniques
Projet de cours
<ADC BIST Based-on Histogram
Techniques>
< Sliman Alaoui ; Bo Zhou >
Professeur : A. Khouas
Département de génie électrique
École Polytechnique de Montréal
Plan Techniques of ADC Built in self-test - Advantages of ADC BIST - ADC & DAC BIST - ADC only BIST Charateristics of Histrogram method Architecture of general ADC BIST - on-chip stimulus generation circuits - output signal analyzer
Techniques of ADC BIST Advantages of ADC BIST - Reduce test time - Eliminate expensive mixed-signal tester, reduce
the test time - Make the accessibility inside the chip easier ADC & DAC BIST - The digital generation of the stimulus and the
digital analysis of the responses -∑-∆ converter, generate pure analog sine wave ADC only BIST - Oscillation - Histrogram
Histrogram Techniques Give analog signal
and record of the number of times each code appears on the ADC output
For linear signal, histogram is flat
For sine wave signal, codes near peak region appear more times than that near center
Architecture of general ADC BIST
Analog stimulus generation
- Saw-tooth - triangle Output analyzer
- Analyze Least Significant Bit (LSB) only
- Compress technique to simplify the calculation and minimize memory
Figure 3: Scheme of general ADC BIST
Signal Generator
Constrains of generator
Silicon area Quality of signal - Non-linear - Amplitude
reduction - Over-amplitude Figure 4: Influence of signal quality on
histogram
(a) non-linear signal
(b) Amplitude reduction
(c) Amplitude increase
Saw-tooth Generator Constant current
charge a large capacitor:
2V amplitude Period: 0.1ms
INL 60uV
Permit to test 13-bit converter
tC
IctVout *)(
nn
INL
2
10*60
22
6
15n
Figure 5: saw-tooth generator
Saw-Tooth Generator (cont.)
Calibrate circuit to adjust current and amplitude of saw-tooth signal
Figure 6:calibration saw-tooth generator
Figure 7: non-linearity on initial phase
Triangle Wave Generator Use Schmitt
trigger to control charging capacitor either by Ic or –Ic
Obtain triangle wave between +Vth 21
1*
RR
RVsatVth
Figure 8: Triangle-wave generator
Figure 9: waveform of triangle signal
Triangle-Wave Generator (cont.)
compVC
CiVctrlVctrl *)1(
1
2
Figure 10: calibrate triangle-wave generator
Switched Capacitor Integrator Phase 1, C1 is charge
to Vin Phase 2, charges
distributed between C1 and C2
Stepsize just depends on capacitor ratio and input voltage
Figure 11: switched capacitor integrator
Conclusion
In the view of signal generator: - Single ramp: saw-tooth and triangle-
wave multi-tone ramp: triangle-wave generator has more accuracy but it needs more power and silicon area
- Switched capacitor integrator: fix offset obtain more accuracy easily, minimize silicon area
Analyseur de réponses de test :
Structure BIST dédiée au test d’un CAN
Définition des paramétres fonctionnels d’un convertisseur A/N réel:
Erreur d’offset
Erreur de gain
Erreur de Non-Linéarité Différentielle et Non-Linéarité intégrale
Erreur d’offset:
Correspond dans le cas d’un convertisseur réel, à un décalage identique de toutes les tensions de seuil.
Généralement exprimé en fraction de .
Erreur d’offset
Erreur de Gain:
Correspond à une variation identique de la largeur des différents paliers don’t l’influence sur la fonction de transfert est représenté à la figure suivante:
Erreur de gain
Erreur de Non-Linearite Différentielle et Non-Linearite Intégrale
NLD d’un code i représente la différence, exprimée en LSB, de la largeur du palier associe au code i par rapport a la valeur idéale de 1 LSB.
NLI d’un code i représente la variation entre la courbe réelle et la droite de transfert idéale au niveau de ce code
La figure suivante montre l’influence de ces 2 types des non linéarité sur la fonction de transfert du convertisseur.
Simplification des calculs d’exploitation
Cas d’un signal triangulaireL’histogramme de référence obtenu pour un convertisseur
parfait est:
Simplification des calculs d’exploitation (Suite)
Pour évaluer l’erreur de l’offset et du gain on va considérer le signal vu a travers le convertisseur sous test plus précisément le signal analogique reconstitue a partir de la sortie numérique du CAN.
On remarque que:L’erreur de l’offset est opposée a l’erreur
d’offset du signal reconstitue.L’erreur d’offset a un effet linéaire sur la
fréquence d’apparition des deux codes extrêmes.
Simplification des calculs d’exploitation (Suite)
On peut déduire l’erreur de l’offset a partir de la fréquence
d’apparition du code
On utilise le même type d’expression mais cette fois pour le code 1 pour que la mesure de l’offset soit indépendante de la valeur de gain
En combinant les 2 équations on obtient:
n2
Simplification des calculs d’exploitation (Suite)
Erreur de gain:
Pour limiter l’influence des variations du pas de quantification dues a d’éventuelles non-linearite on propose d’effectuer la moyenne de mesure du gain sur m codes differents et on obtient l’expression suivante de l’erreur de gain:
Influence de l’erreur de gain
Simplification des calculs d’exploitation (Suite)
Erreurs de Non-linearite: Pour la détermination des NLD et NLI nous utilisons les
expressions classiques suivantes:
Minimisation des ressources mémoires
1.Stockage de l’histogramme expérimental:
Principe de décomposition temporelle:
Décomposer temporellement la procédure de test.
L’idée consiste a un traitement séquentiel de l’histogramme en utilisant un nombre minimum de codes
- A un haut niveau, la décomposition temporelle correspond a une division du test en differents phases successives.
- A un plus bas niveau, chacune des phases de test est elle-même décomposée en plusieures étapes élémentaires.
Minimisation des ressources mémoires (Suite)
Procédure d’évaluation de l’erreur de l’offset:
Procédure de calcul de l’offset
Minimisation des ressources mémoires (Suite)
Procédure d’évaluation de l’erreur de gain:
Procédure de calcul de l’erreur du gain
Minimisation des ressources mémoires (Suite)
Procédure d’évaluation des non-linearites:
Minimisation des ressources mémoires (Suite)
2.Stockage de l’histogramme idéal:
- L`histogramme de référence est entièrement stocke dans la puce avant toute opération de traitement
- Dans le cas d’un signal d’entrée triangulaire, l’histogramme de référence ne comporte que 2 valeurs distinctes Hideale et Hextreme.
- La mémoire nécessaire au stockage de l’histogramme de référence pour ce type de signal d’entrée ne nécessite que 2 registres.
Minimisation des ressources mémoires (Suite)
Avantages: - Avec ce principe relativement simple les mêmes
ressources peuvent être réutilises pour les differents calculs.
- Dans chacune des phases, une seule caractéristique fonctionnelle du CAN est extraite.
- A code est calcule et les ressources mémoires requises ne concernent donc que le code en cours
Inconveigant: - Ne peut être appliquée qu’a condition de pouvoir
dissocier l’évaluation des differents paramètres.
Questions