解决测试裕度不足的相位步长

技术分类: 测试与测量  | 2007-12-10
Stefan Walther,Verigy高级应用顾问;Guido Schulze,Verigy SoC测试解决方案产品经理

  很多电路和系统都要使用高于1 GHz的时钟,相位抖动、漂移和时钟偏移都会对测量产生影响,如建立和保持时间。自动测试设备(ATE)时钟信号与数据信号的选通(strobe)一般采用固定时序的单次选通,无法适应动态的相移。为解决这个问题,可以采用一种施加一串选通的技术,每个选通在针对时钟和数据的相位上略有移位,这样就可以精确地测试和确定I/O接口中信号的特性,如DDR-SDRAM。

  当芯片上互连的信号传播成为限制器件速度的一个因素,电路设计人员转而采用源同步接口(source-synchronous interface),以缓和长时钟的问题。源同步接口接收主时钟,并为周围电路建立本地时钟。本地时钟减少了由于电源尖峰、电源与接地噪声、局部过热和电磁干扰(EMI)所带来的问题。

  信号相位中的偏移会改变相对于ATE的电路时序,在测试1 Gbps以上的源同步接口时必须记住这个因素。(接口的工作原理见附文:“源同步接口”)

  本地时钟和系统时钟之间的静态偏移不是一个难以解决的问题。可以用一种叫做“输出从属时序”(output dependent timing)的测试方法测出建立与保持时间。使

用这种方法时,测试系统确定出时钟信号和数据信号中跳变沿(transition)的相位,然后在时序信号上扫过一个比较选通,同时监控错误计数。然后测试仪设定正确的比较选通时序,并在器件余下的测试中继续使用。位与位之间的转换相位应该是稳定的,不应含有过多的漂移或抖动。

  图 1 是只有偏移的情况,基准时钟和源同步电路时钟之间的跳变沿相位保持恒定。因此,ATE系统(为待测器件(DUT)提供基准时钟)可以用一个相对于输出时钟和数据恒定相位的固定选通,测得建立与保持时间。

  在1 Gbps以上,漂移与抖动会使一个测试向量数据传输期间的时钟和数据都不再保持恒定。因此,一个源同步接口的输出时钟与数据线(图 2)会减少与固定相位选通相关的时序裕度(timing margin)。由于数据和时钟是同步的,相位变化代表一个不会影响到数据传输的共相抖动。

  但是如果采用固定相位选通,则共相漂移和抖动会影响测量,因为当共相抖动的幅度足够大时,不断波动的跳变沿会耗掉整个裕度空间,在跳变沿通过固定选通位置时产生故障。共相漂移和抖动使一个数据眼闭合程度超过器件的实际应用。因此,就无法确定那些相对于源同步时钟不断动态变化相位的参数数据(建立时间或保持时间)。

  图3明确表示出了共相抖动的影响。为说明这一问题,我们将所有比特位按逆时针方向旋转 90°,这样就可以看到跳变沿相位如何随时间而变化。数据的跳变沿和时钟沿跟踪着代表抖动幅度和形状的正弦波形。当抖动为最小时,跳变沿和时钟沿仍能对准ATE系统的固定相位选通(向左箭头),但由于漂移和抖动,某些位上会出现时序违反现象(由闪电指示)。

  为解决时序问题,我们开发了一种基于软件的方法,即使在共相表现出漂移与抖动的动态变化时,也能用于源同步接口的测试。这种方法基于传统的“捕捉与比较”电路。它能随可用硬件而调整,你可以很容易地使它适合于自己的应用。

  我们的方法使用了多个选通,它可以扫描位循环,寻找时钟与数据将产生精确测量建立与保持时间的那些点。通过用多个选通扫描循环,可以确定是否至少存在一个选通设置,它能满足DUT的建立时间规范。在每个循环中对时钟和数据都不显示错误的那些选通设置将确认一个有效的设置。这些无错的选通设置出现在每个位循环 N 的不同相位(图 4)。如果循环中至少有一个相位扫描步骤通过,则循环就满足了设置时间规范。

  在图 4 中,循环 N-1 在数据线的选通设置2到5,以及时钟线上的选通设置1至3获得一次通过。相位步骤2和3(数据与时钟线均通过的)即为有效测试设置。N-1 循环的无错相位裕度为一个相位步长。

  为了使用该技术,必须重复该测试向量,而选通之间的步长宽度必须对 ATE 足够小,才能找到所需的点。即使每次测试的失真度各不相同,但设定的标准仍然有效。如果一个循环通过了至少一次选通,就可以认为该循环通过。由于不同的循环会在不同次测试时通过,如果每个循环至少通过一次,则可以接受整个测试向量。

  量产测试

  与特性测试不同,量产测试一般不包括测量值。而是使用“合格/不合格”测试法。用我们建议的算法,验证建立与保持时间合格与否的测试时间包括:多测试向量的执行与加载,以及错误数据的后处理。对于长测试向量和宽搜索范围的情况,其所需的测试时间对生产来说过长。为实现可接受的测试吞吐量,需要某种等级的 ATE 硬件支持。

  应专注于一些量产测试优化的关键部分。首先,要能够以全速获得每个位的错误信息,以及能够在测试向量运行中获得大量的错误信息。另外,还必须尽量减少需要上传和处理的数据量。

  我们用Verigy V93000测试仪实现了这种测试方法,它的管脚电路使我们能够在上传期间,对数据引脚和时钟引脚的选通结果执行布尔运算。这样就减少了最终需要通过测试仪与控制器之间串行链接上传的数据量,减少的量与每个源同步域中的数据与时钟引脚数成正比。

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