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基于缺陷模型的结构模拟电路测试

模拟电路测试 – 3

基于缺陷模型的结构模拟电路测试

模拟缺陷模型

模拟缺陷仿真

直流缺陷仿真

交流缺陷仿真

模拟自动测试模式生成

使用敏感性

使用信号流图

总结

 

结构性缺陷的类型

灾难性的(硬缺陷):

组件完全断开或完全短路

易于测试

参数性的(软缺陷):

模拟R,C,L,Kn或Kp(晶体管K参数)在其公差范围之外

很难测试

 

模拟缺陷模型

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\hamkimfig1.tif

第一阶段增益R2 / R1

高通滤波器增益R3和C1

高通滤波器截止 f ,C1

低通AC电压增益R4,R5和C2

低通直流电压增益R4和R5

低通滤波器截止f , C2

图 1 模拟缺陷模型

 

抽象层次

结构级

结构图– 晶体管原理图

行为视图– 网表的非线性偏微分方程系统

功能级

结构图– 信号流图

行为视图– 模拟网络传输函数

 

模拟测试类型

规格测试

设计特征参数–设计是否符合规格参数

诊断– 查找缺陷原因

生产测试– 测试大量的线性/混合信号电路

 

直流模拟缺陷仿真

互补枢轴 

M.Lin和Y. S. Elcherif,《模拟电路缺陷词典–新方法和实施》,Int’l. J. of Circuit Theory and Applications,1985年

对所有具有分段线性I-V特性的非线性器件进行建模(理想二极管)

用开关代表开路,短路和参数缺陷

规定为n端口网络互补性问题

解决Lemke的互补性枢轴算法

使用m对互补变量(端口电流和电压)

 

一步松弛法

W. Tian和C.-J. Shi,通过一步松弛法进行非线性直流缺陷仿真– 线性电路模型足以进行非线性直流缺陷仿真,VTS-1998

解方程f(x)= 0,x是电路变量矢量(节点电压和支路电流),f是非线性系统函数

预估 x(0)

求解雅可比 Jacobian行列式:Jf(xg)(xf(1)– xg)= -ff(xg)

仅需1步即可使用牛顿-拉夫森 Newton-Raphson 算法

 

缺陷排序

W. Tian和C.-J. Shi,非线性模拟电路的有效DC缺陷仿真,DATE-98

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\vin36.tif

图 2 缺陷排序

 

交流缺陷仿真

Householder公式

S. Householder,《一些封闭的求逆矩阵方法的概论》,SIAM应用数学杂志,1957年

采用修正的节点分析法分析电路: T x = w

等效缺陷电路方程:

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公式(Tf与T略有不同):

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减少方程求解的数量– 比疏散矩阵技术快10倍

 

离散Z 域映射

Nagi,Chatterjee,Abraham,DRAFTS:离散化模拟电路缺陷模拟器,设计自动化会议,1993年

信号流图(Signal Flow Graph , SFG)的模拟电路缺陷仿真

使用SFG和虚拟变量表示复杂的频率状态方程

使用双线性变换,将s域方程映射到z域

使用行为OPAMP模型加速缺陷仿真10余倍

 

蒙特卡洛 ( Monte-Carlo) 模拟

对随机产生模拟电路组件值的细微变化,进行模拟仿真

实际的IC加工制造过程使好的电路偏离了这些值

实践中很好,但是好器件和不良器件有不同的最差工艺角情况

倾向于低估电路的响应范围– 可能声称缺陷是可测的,实际它们是不可测的

 

模拟自动测试模式生成

使用敏感性的ATPG方法

B. Hamida和B. Kaminska,基于灵敏度计算和新电路建模的模拟电路测试,ITC-1993

计算模拟电路灵敏度

构造模拟电路二部图

从图表中找出要测量的输出参数(性能),以确保最大程度地覆盖参数缺陷

确定哪些输出参数对缺陷最敏感

评估测试质量,添加测试点以完成模拟缺陷覆盖

灵敏度

微分 :

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增量:  %title插图%num

Tj– 性能参数

xi – 网络元素

 

电路模型

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\hamkimfig1.tif

图 3 电路模型

 

电路增量灵敏度矩阵

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图 4 电路增量灵敏度矩阵

 

电路二部图

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\hamkimfig2.tif

图 5 电路二部图

 

单一缺陷最佳和最坏情况偏差

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图 6 单一缺陷最佳和最坏情况偏差

 

加权二部图

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\testecon\faultanalog\hamkimfig3.tif

图 7 加权二部图

 

使用信号流图的模拟ATPG

Ramadoss和M. L. Bushnell,

使用信号流图的混合信号器件的测试生成,VLSI Design-1996

生成测试并定义模拟电路的参数缺陷

ATPG方法:

使用信号流图(SFG)通过电路回溯来自电路输出端的信号(指定幅度/相位容限)

反转SFG以允许回溯

使用通过评估SFG设置的输出波形样本来评估内部波形

 

通过反向仿真生成测试 

使用良好的输出波形在所有节点上找到良好的电路信号值

使用不良的输出波形在所有节点上找到不良的电路信号值(对于幅度或相位,使用公差盒的极值)

找到将输出波形驱动到容差箱外所必需的模拟分量的缺陷值

将所有对应的边标记为缺陷

计算修改后的SFG权重,这些权重在倒置SFG中出现不良边缘后具有良好的价值

 

积分器示例

具有理想OPAMP的基本积分器电路

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\morefoil\integrator.tif

图 8 积分器示例

 

信号流图反转

SFG代表模拟网络方程式

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可能会倒置

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图 9 信号流图反转

 

SFG反演算法取自Balabanian的示例(1969年)

SFG反演算法

从主输入x1开始,源节点

将输出边缘的方向从x1反转为x2,并将权重更改为1 / a

将入射到x2的所有边重定向到x1并适当改变权重

从所有输入继续执行所有源节点,直到输出成为源

 

倒置的SFG属性:

相当于原始的SFG

前馈网络– 缩短图周期

表示一组积分方程,通过数值微分求解

可能是不稳定的系统

 

积分器图

经过缺陷的SFG部分的值有错误

不良信号不消失,电路呈线性

适用于以SFG表示的所有电路(一阶和二阶)的方法

从输出到输入的所有路径的回溯

s微分算子的二阶近似

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原始的SFG 倒置的SFG

图 10 积分器图

 

模拟缺陷定义

想找到R1的参数缺陷值

通过反向模拟仿真对所有节点使用好的和不良的节点值

用于反向SFG中的参数缺陷定义

在缺陷之前的节点使用好的值

缺陷后的节点使用错误的值

线性方程组各1个变量

象征性地操纵成分方程式以获得成分公差

 

引起缺陷的R1公差的计算

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图 11公差的计算

 

SFG ATPG结果

R1= 10 KW,Rf = 100 KW,C = 0.01 mF

输出容差= + 10%,用SPICE输出

计算出的测试信号和元件偏差

与缺陷覆盖类似的偏差

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产生的测试波形

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图 12 产生的测试波形

 

SFG方法概括

适用于多输入,多输出电路

处理单个和多个参数缺陷以及灾难性缺陷

对于多重参数容错而言,符号化解决方案难度太大

– 使用迭代方法和仿真来获得偏差

扩展到涵盖模拟电路中的晶体管偏置缺陷

扩展到模拟乘法器和比较器

 

小结

 

基于模拟模型的测试– 刚刚开始获得一些认可

带有缺陷模型的结构测试

具有测试特定参数和灾难性缺陷的优势

基于模拟DSP的测试– 目前的主流

无缺陷模型的功能测试

 

Posted in CMOS模拟集成电路, 数字集成电路

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