ELE6306 : Test de syst

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ELE6306 Test de systèmes électroniquesProjet
de coursltADC BIST Based-on Histogram Techniquesgt

• lt Sliman Alaoui Bo Zhou gt
• Professeur A. Khouas
• Département de génie électrique
• École Polytechnique de Montréal

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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

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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

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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

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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
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Signal Generator

• Constrains of generator
• Silicon area
• Quality of signal
• - Non-linear
• - Amplitude reduction
• - Over-amplitude

• Figure 4 Influence of signal quality on
  histogram
• non-linear signal
• Amplitude reduction
• Amplitude increase

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Saw-tooth Generator

• Constant current charge a large capacitor
• 2V amplitude
• Period 0.1ms INL 60uV
• Permit to test 13-bit converter

Figure 5 saw-tooth generator
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Saw-Tooth Generator (cont.)
Figure 7 non-linearity on initial phase
Calibrate circuit to adjust current and amplitude
of saw-tooth signal
Figure 6calibration saw-tooth generator
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Triangle Wave Generator

• Use Schmitt trigger to control charging capacitor
  either by Ic or Ic
• Obtain triangle wave between Vth

Figure 8 Triangle-wave generator
Figure 9 waveform of triangle signal
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Triangle-Wave Generator (cont.)
Figure 10 calibrate triangle-wave generator
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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
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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

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Analyseur de réponses de test
Structure BIST dédiée au test dun CAN
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Définition des paramétres fonctionnels dun
convertisseur A/N réel

• Erreur doffset
• Erreur de gain
• Erreur de Non-Linéarité Différentielle et
  Non-Linéarité intégrale

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Erreur doffset

• Correspond dans le cas dun convertisseur réel, à
  un décalage identique de toutes les tensions de
  seuil.
• Généralement exprimé en fraction de .

Erreur doffset
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Erreur de Gain

• Correspond à une variation identique de la
  largeur des différents paliers dont linfluence
  sur la fonction de transfert est représenté à la
  figure suivante

Erreur de gain
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Erreur de Non-Linearite Différentielle et
Non-Linearite Intégrale

• NLD dun 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 dun code i représente la variation entre la
  courbe réelle et la droite de transfert idéale au
  niveau de ce code
• La figure suivante montre linfluence de ces 2
  types des non linéarité sur la fonction de
  transfert du convertisseur.

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Simplification des calculs dexploitation

• Cas dun signal triangulaire
• Lhistogramme de référence obtenu pour un
  convertisseur parfait est

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Simplification des calculs dexploitation (Suite)

• Pour évaluer lerreur de loffset 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
• Lerreur de loffset est opposée a lerreur
  doffset du signal reconstitue.
• Lerreur doffset a un effet linéaire sur la
  fréquence dapparition des deux codes extrêmes.

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Simplification des calculs dexploitation (Suite)

• On peut déduire lerreur de loffset a partir de
  la fréquence dapparition du code
• On utilise le même type dexpression mais cette
  fois pour le code 1 pour que la mesure de
  loffset soit indépendante de la valeur de gain
• En combinant les 2 équations on obtient

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Simplification des calculs dexploitation (Suite)

• Erreur de gain
• Pour limiter linfluence des variations du pas de
  quantification dues a déventuelles non-linearite
  on propose deffectuer la moyenne de mesure du
  gain sur m codes differents et on obtient
  lexpression suivante de lerreur de gain

Influence de lerreur de gain
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Simplification des calculs dexploitation (Suite)

• Erreurs de Non-linearite
• Pour la détermination des NLD et NLI nous
  utilisons les expressions classiques suivantes

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Minimisation des ressources mémoires

• 1.Stockage de lhistogramme expérimental
• Principe de décomposition temporelle
• Décomposer temporellement la procédure de test.
• Lidée consiste a un traitement séquentiel de
  lhistogramme 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.

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Minimisation des ressources mémoires (Suite)

• Procédure dévaluation de lerreur de loffset

Procédure de calcul de loffset
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Minimisation des ressources mémoires (Suite)

• Procédure dévaluation de lerreur de gain

Procédure de calcul de lerreur du gain
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Minimisation des ressources mémoires (Suite)

• Procédure dévaluation des non-linearites

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Minimisation des ressources mémoires (Suite)

• 2.Stockage de lhistogramme idéal
• - Lhistogramme de référence est
  entièrement stocke dans la puce avant toute
  opération de traitement
• - Dans le cas dun signal dentrée
  triangulaire, lhistogramme de référence ne
  comporte que 2 valeurs distinctes Hideale et
  Hextreme.
• - La mémoire nécessaire au stockage de
  lhistogramme de référence pour ce type de signal
  dentrée ne nécessite que 2 registres.

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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 qua condition de
  pouvoir dissocier lévaluation des differents
  paramètres.

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Questions