具有內部電源域的測試準備集成電路的製作方法

2023-10-07 04:30:19 5

專利名稱：具有內部電源域的測試準備集成電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括內部電源域(power supply domain)的集成 電路及此種集成電路的測試。
背景技術：
在發表於the Digest of technical Papers of the 2003 IEEE International Solid-State Circuits Conference, San Francisco, pages 109-109的題為 "An Autonomous Decentralized Low- Power System with Adaptive-Universal Control for a Chip Multiprocessor" 的文章中， Masayuki Miyazaki等描述了具有多個電源域的集成電路。Masayuki Miyazaki等描述了怎樣使用多個電源域來減少集成電 路的耗電量。該集成電路的功能電路被分成多個模塊。每一個都具有 其自己的穩壓電源電路，用以控制該模塊中電路的電源電壓和主體偏 置電壓(body bias voltage)。運行中，取決於各個模塊處理提供給該 模塊的數據所必需的時鐘頻率，為每個模塊動態地調節這些電壓。Masayuki Miyazaki等描述了在初始的晶片測試階段期間怎樣利 用內置自測試(BIST)電路來確定各個頻率所需要的電壓。BIST電 路包括A/D轉換器和計數器電路，其中，A/D轉換器被設置為輸出相 關電壓的數位化測量，而計數器電路被設置為對時鐘脈衝進行計數， 直到該數位化電壓值超過規定閾值為止。BIST電路被設置為對所測量 的電壓電平和電壓轉換間隔進行檢查。Masayuki Miyazaki等將該測量 值存儲在査找表存儲器(LUT)中，以用於選擇按照所需時鐘頻率所 支持的電壓。Masayuki Miyazaki等公開了集中式的BIST電路以及用於不同模
塊的相應的LUT。集中式的BIST電路經由集成電路的數據總線與 LUT相連。Masayuki Miyazaki等並未公開A/D轉換器的使用或用於 故障測試的轉換時間測量。Masayuki Miyazaki等僅僅建議必須從多個 離散的可能工作電壓出發而獲得轉換時間的測量，以用於在正常電路 運行期間選擇最佳電壓。國際專利申請No. WO 01/22103公開了一種測試振蕩線路的方 法，特別是測試鎖相環(PLL)電路。在該方法中，為獲得測試測量， 對振蕩器電路的頻率進行計數。改變振蕩器電路的輸入電壓並測量頻 率響應。在一個例子中，在具有鑑相器、過濾器和VCO (壓控振蕩器) 的PLL中，PLL在鑑相器處被斷開，從鑑相器來施加測試電壓並測量 產生的VCO頻率。該專利申請並不涉及具有多個電源域的集成電路 的測試。發明內容特別地，本發明的目的是提供具有電源域的集成電路的測試，其 中，為了測試而使用簡單的通用(versatile)電路。根據權利要求l，本發明提供一種測試準備(test prepared)集成 電路。根據本發明，該集成電路包括時間積分模數轉換電路，其輸入 與內部電源導電體相連而輸出與測試輸出相連。這使得可以獲得關於 電源電壓電平和電源電壓電平之間的轉換時間這兩種測試數據。當在 相對於積分時間間隔啟動的預定計時關係範圍內啟動電源電壓的轉換 時，積分電壓取決於轉換速度。典型地，該積分模數轉換電路的輸出 結果經由掃描鏈路被饋送到測試輸出，但是，可選地，可以提供片上 比較器電路以確定所測量的積分值是否在預定的範圍內，或者，更特 別地，所測量的積分值是否具有預定值，並且比較結構被饋送到測試 輸出。在實施例中，集成電路包括多個電源域，其具有各自的內部電源 導電體和公共控制輸入，該公共控制輸入被設置為集中地控制每一積 分模數轉換電路中的積分的啟動。因此，可以使用公共的積分時間間 隔對多個電源導電體的電源特性進行快速測試。如果使用集中式的電
壓測量電路，則必須依次對不同的電源域提供積分時間間隔。通過使 用這樣的多個積分電路，可以使用公共的積分時間間隔。優選地，該 測試控制電路提供了對電源電壓的獨立控制，或在測試期間對於不同 的電源導電體提供了電源電壓的轉換。因此，可以並行地執行不同的 測試。在實施例中，積分模數轉換電路包括壓控振蕩器，具有與電源 導電體相連的頻率控制輸入以及振蕩器輸出；頻率計數器，其輸入與 振蕩輸出相連，計數輸出與測試輸出相連。因此，可實現簡單、可靠 的積分電源測量電路。在實施例中，集成電路具有外部可訪問的端子，用於控制積分時 間間隔的持續時間。在可選的實施例中，片上測試控制電路控制積分 時間間隔的持續時間。優選地，響應於測試命令，片上測試控制電路使得積分模數轉換 電路啟動積分和電源電壓適配，在相對於積分起始的預定計時關係內 對電源電壓進行改變。在測試方法中，通過將控制信號發送至從電源 導電體汲取電流的邏輯電路，以在積分期間在該邏輯電路中產生所選擇的活動，來測量電源電壓的活動相關性(dependence)。下面，將利用附圖中的非限定例子來描述本發明的這些及其它目 的和優點。


圖1示意性地示出了集成電路。圖2示出了用於測試的信號。圖3示出了積分模數轉換電路。圖4示出了測試系統。圖5示出了測試過程的流程圖。圖6示出了另一個積分模數轉換電路。圖7示意性地示出了集成電路的實施例。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了集成電路10，其具有電源連接VSS、 VSS'; 多個邏輯電路塊12;電源電壓適配電路14;積分模數轉換電路16; 電壓選擇電路18;以及多個掃描寄存器19。電源電壓適配電路I4與電源連接Vss、 Vss'相連。該集成電路包括內部電源導電體13，其從 各個電源電壓適配電路14相連至對應邏輯電路塊12的電源端子。邏 輯電路塊12可以包括組合邏輯電路以及存儲元件。積分模數轉換電路16的輸入與各個內部電源導電體13相連，並 且輸出與掃描寄存器19相連。掃描記錄接入移位寄存器鏈路，以用於 從積分模數轉換電路16輸出數據。與集成電路10的其它部分相連的 附加的掃描寄存器(未顯示)可以是該掃描鏈路的一部分。積分模數 轉換電路16具有控制積分時間間隔的控制輸入。典型地，邏輯電路塊12相互連接以傳輸數據，和/或連接至集成 電路10的管腳以輸入和/或輸出數據。作為例子，附圖示出了一些用 於此目的的連接，但是本發明並不僅限於這個例子。典型地，邏輯電 路塊12在其輸入和/或輸出處包括電平移位電路(未顯示)，用以根據 各個邏輯電路塊12所使用的邏輯電壓來移位邏輯電壓電平。在正常運行過程中，根據各個邏輯電路塊12的操作環境，電源 電壓適配電路14在電壓選擇電路18的控制下對施加給電源導電體13 的電源電壓進行適配。例如，對那些可以低速運行或僅需要保持數據 而無需執行邏輯函數的邏輯電路塊12而言，可以降低到邏輯電路塊 12的電源電壓。類似地，對邏輯電路塊12來說，當其必須以較高的 速度運行或開始接收變化的信號時，則可以提高到邏輯電路塊12的電 源電壓。典型地，電壓選擇電路18具有輸入(未顯示)，以用於接收 關於集成電路的期望活動的信息。基於此信息，電壓選擇電路18選擇 所需要的電壓，並向電源電壓適配電路14發送產生的選擇信號。完成 方法並不影響本發明。在電路板上或裝置中製造了集成電路10之後和/或在安裝了集成 電路之後，對集成電路10進行測試，以檢測那些可能會影響正常運行 的故障。可能的故障可能包括來自電源電壓適配電路14的電壓過高或 過低，或一個電壓向另一個電壓的轉換過慢，或電源電壓適配電路14
的輸出阻抗過高，這些使得當相應的邏輯電路塊12汲取相當大的電流 時電壓將大幅下降。圖2示出了測試的運行。在測試運行的過程中，將控制信號20 提供給積分模數轉換電路16。控制信號20定義了測量時間間隔T。 在時間間隔T中，積分模數轉換電路16將來自電源導電體13的電壓 積分。因此，作為時間"t"的函數，電源電壓V(t)對積分模數轉換電路 16的輸出信號的效應S成比例於S-V(t)在時間間隔T內在時間t上的積分，在第一測試期間，電壓選擇電路18通知電源電壓適配電路14在 時間間隔T中應保持時間間隔T以前的電壓電平22(相對於基準電平 23而示出)。因此，在第一測試期間，在積分模數轉換電路16中，在 時間間隔T內，積分電壓24的效應S穩步上升。該測試用於檢查電 壓的電平。在第二測試期間，電壓選擇電路18通知電源電壓適配電路14在 相對於時間間隔T的起始的預定時間點處(典型地，在時間間隔T的 起始處)改變電壓電平。這在電源導電體13處導致變化的電壓26。 因此，與將獲得恆壓的貢獻24相比，在積分模數轉換電路16中積分 信號28的效應S上升得更快(或更小，取決於變化的方向)。值得注意的是，在第二測試期間，效應S取決於從一個電壓電平 變化到另一個的轉換時間，也取決於實際電平。對於減少的轉換時間， 變化後的電壓電平對效應S的貢獻更大；反之亦然。因此，對於變化 前後給定的電壓電平，變化的積分效應S是轉換時間的度量。這裡所 使用的術語"積分模數轉換電路"還涵蓋多個實施例，其中，積分電源 電壓V的非線性函數'。可以理解的是，如果該函數是已知的，則可以 容易地從這種積分中獲得關於電壓和轉換時間的信息。此外，可以注 意到，這裡所使用的"積分"也涵蓋這樣的函數或電源在時間間隔T上 的時間平均。圖3示出了積分模數轉換電路16的實施例。該電路包括壓控振 蕩器30、計算器32和寄存器34。壓控振蕩器的頻率控制輸入Vm與 電源導電體13 (未顯示)相連，而振蕩器輸出與計數器32的計數器
輸入相連。計數器32的計數輸出與寄存器34相連。積分模數轉換電 路16的控制輸入與計數器32的復位輸入以及寄存器34的加載輸入相 連，這樣，計數器32將在時間間隔T的起始處復位，並且，在時間 間隔T結束之後，來自計數器32的計數將被加載到寄存器34中。因 此，如果本地振蕩器30的頻率F是電源導電體13處的電壓V的函數 F(V)，則在時間間隔T結束處計數器32中的計數C近似為C =在時間間隔T內在時間t上積分的積分F(V(t)) 因此，圖3的電路用作積分模數轉換電路16。典型地，函數F(V) 在所使用的電壓範圍內近似為線性，在此種情況下，積分近似地成比 例於在時間間隔T內在時間上積分的積分V(t) 然而，這裡所使用的術語"積分模數轉換電路"還涵蓋F(V)不是線 性的實施例。例如，壓控振蕩器30實現為環形振蕩器(例如連接在環路中的 奇數個數字反相器電路(未示出))，其從電源導電體13接收電源電壓。 這種電路的振蕩頻率取決於電源電壓超過環形振蕩器中電晶體的閾值 電壓的程度。在實施例中(未顯示)，模數轉換電路16的控制輸入還 與壓控振蕩器30相連，以在不進行測試的時候禁用壓控振蕩器。因此， 降低了耗電量，並且，避免了來自壓控振蕩器30的可能干擾。計數器32可以是一個紋波計數器(ripple counter),或任何其它 適當種類的計數器。優選地，計數器32還從用於進行測試的電源導電 體13接收其電源。因此，可以獨立於其它電源導電體13的電源電壓 而使用一個內部電源導電體13的模數轉換電路16，這可以加速測試。 寄存器34可以是掃描寄存器中的一個，或是獨立寄存器，該獨立寄存 器的輸出與掃描寄存器的輸入相連，以用於加載測試結果。圖4示出了測試系統，包括與集成電路相連的測試裝置40。測試 裝置40具有與集成電路IO相連的一個或多個輸出，用於提供測試命 令、測試圖案和測試計時信號。測試裝置的輸入與集成電路10的輸出 相連，用於接收測試結果。圖5示出了該測試系統的運行的流程圖。在第一步驟51中，測
試裝置40向集成電路10施加使集成電路10進入測試模式的信號。在 第二步驟52中，測試裝置40向集成電路IO施加使電源電源適配電路 14輸出所選擇的電壓的信號。在第三步驟53中，測試裝置40向集成電路10施加使積分模數 轉換電路16在時間間隔T上對電壓進行積分的信號。優選地，這個 時間間隔T是由來自測試裝置40的信號定義的(例如，直接利用施 加到集成電路IO輸入的脈衝，或利用施加到集成電路10的測試時鐘 信號的多個時鐘周期)。優選地，時間間隔的持續時間可以由集成電路 10中的內部計時器電路定義。在第四步驟54中，測試裝置40向集成電路IO施加信號，以將 積分測量的結果從積分電路10轉移至測試裝置40以供檢測。第二步 驟52、第三步驟53和第四步驟54可以針對不同的電壓設置而重複多 次。或者，在第四步驟54中執行轉移，以便在每個電壓處進行測試之 後，只在需要為新結果騰出空間時才轉移測試結果，這樣最終將多個 電壓的結果一同轉移出去。在第五步驟55中，測試裝置40向集成電路10施加使電源電源 適配電路14輸出所選擇的電壓的信號。在第六步驟56中，測試裝置 40向集成電路IO施加使積分模數轉換電路16在時間間隔T上對電壓 進行積分的信號。與該時間間隔的起始同步，測試裝置40施加使電源 電壓適配電路14改變電壓的信號。這些信號可以用作提供給集成電路 的命令信號，而集成電路IO可以被設置為響應於與啟動時間間隔的計 時信號相同的計時信號而實現這些命令。可選地，可以設置測試裝置 40和集成電路，以使得由測試裝置從外部集成電路IO施加計時信號， 來觸發啟動電壓轉換。在該時間間隔結束處，集成電路10獲取結果。儘管，在積分的啟動與電源電壓轉換的啟動(優選地，基本上在 積分的啟動時，因為這導致對轉換速度的最高靈敏度)之間有預定的 計時關係，其中更優選地是一種同步形式，但應該了解到，預定的計 時關係並不是必需的。如果整個轉換是在積分時間間隔T內，則產生 的積分電源電壓值取決於該轉換速度，而不是啟動時間。因此，只要 該計時關係是在預定的範圍內，就將獲得一致的測試結果。
XXX T和待測的電源電壓的多個示例在第七步驟57中，測試裝置40向集成電路10施加信號，以將 積分測量的結果從積分電路10轉移至測試裝置40以供檢測。第五到 第七步驟可以針對不同的電壓轉換而重複多次。在第八步驟58中，測試裝置對結果進行評估，以確定第三步驟 53所測量的積分電壓是否在對應於可接受電壓的範圍內，並確定第六 步驟56所測量的積分電壓是否在對應於可接受轉換時間的範圍內。如 果否，則集成電路10被拒絕。在另一個實施例中，在集成電路10的內部執行結果是否在可接 受範圍內的比較。圖6示出了積分模數轉換電路16的另一個實施例。這個實施例 包括基準電路60和比較器電路62。比較器電路將來自寄存器34的結 果與來自基準電路60的基準值進行比較，並將對比結果提供給掃描鏈 路，以用於輸出到測試裝置。在實施例中，基準電路60呈現多個基準 值，對不同電壓的測量來說，基準電路60由控制基準電壓的選擇的相 同電路所控制，以輸出相應的基準值。類似地，基準電路60可以呈現 一個或多個基準值，對一個或多個電壓轉換的測量來說，基準電路60 由控制轉換的選擇的相同電路所控制，以輸出相應的基準值。這樣， 用於移出測試結果的時間被最小化。在圖6的實施例中，積分模數轉 換電路16的積分電壓輸出經由比較器電路62和掃描鏈路連接至測試 輸出。不需要旁路比較器電路62的與測試輸出的獨立相連。但是，可 選地，可以在所選擇的測試命令的控制下，提供並激活這樣的獨立連 接，以便可以按照命令實現對積分電壓測量的存取。圖7示出了集成電路10的實施例，其中，測試控制電路70被並 入集成電路10，與集成電路的外部可訪問的測試接口 72相連。在這 個實施例中，測試控制電路70的輸出與積分模數轉換電路16相連， 用於控制時間間隔T的幵始和結束，輸出與電壓選擇電路18相連， 用於控制測試過程中的電源電壓(或變化)的施加(可選地，測試控 制電路70可以直接與電源電壓適配電路14相連，以在正常(非測試) 運行過程中，在沒有用於選擇電壓的電壓選擇電路18的介入的情況下 來控制電壓)。在運行中，測試控制電路70經由接口 72接收測試命令。用於接收和執行測試命令的結構本來就是已知的。響應於特殊的測試命令，測試控制電路70通知積分模數轉換電路16啟動積分，並通知一個或 多個電源電壓適配電路14在與積分啟動的預定計時關係內啟動電源 電壓的變化。接著，測試控制電路通知積分的結束。為此，測試控制 電路的一部分可以包括定義積分的持續時間的計時器電路，或者測試 控制電路70可以從在測試接口 72處接收到的時鐘信號中推出該持續 時間。優選地，測試控制電路被設置為對被彼此獨立地施加到內部電 源導電體的電源電壓進行控制，或者，優選地，被設置為至少控制響 應於測試命令而進行轉換的電壓，例如這取決於通過測試接口 72提供 的數據。優選地，在邏輯電路塊12不活動(從而沒有內部信號轉換)的 時候執行所描述的測試。在另一個實施例中，執行附加測試，其包括 在邏輯電路塊12中引起信號轉換，同時對電源電壓進行積分以用於測 試。在該另一個實施例中，在時間間隔T內，可以將由測試裝置提供 的一系列測試圖案施加到邏輯電路塊12。優選地，使用多對連續的測 試圖案，其在邏輯電路塊12中引起大量的信號轉換。如果在內部電源 導電體13處的電壓電平受到這樣的轉換的強有力的影響，則這將在積 分值中顯露出來。除取決於電路電壓之外，許多種電壓模數轉換電路產生的數字輸 出結果還取決於電路溫度。通過並行地在電路中的不同位置處測量積 分電壓測量電路的積分電壓，這可以用於測量電路中的局部溫度變化， 同時使邏輯電路12進行可能在某個空間圖中引起熱耗散的活動。雖然 具有壓控振蕩器和計數器的實施例是積分模數轉換電路16的優選實 施例，但也應該了解，其它實施例也是可能的。在一個可選的實施例 中，可以使用後面是模數轉換器電路的模擬積分電路。積分電路在時 間間隔T的起始處復位，而它的輸出信號在時間間隔結束處則被轉換 成數字值。然而，這樣的方案較複雜，且對噪聲和溫度的影響敏感。在另一個可選的實施例，可以使用後面是數字求和電路的模數轉
換器電路。在時間間隔T期間，對該轉換器的輸出信號進行數字求和。 然而，這樣的方法較複雜。在另一個可選的方案中，使用壓控延遲電 路和計數器。在這個實施例中，在測量的起始處將信號送入延遲電路， 並且來自電源導電體13的電壓被用來控制延遲。計數器對信號所引起 的延遲進行計數，並將這個信號作為積分測量而輸出。應該注意，在 這種情況下，測量的時間間隔並不具有預定的持續時間。然而，這樣 的方案需要高頻計數器和/或長延遲線。
權利要求
1.一種具有內部電源域的測試準備集成電路(10)，該集成電路(10)包括-用於所述電源域的內部電源導電體(13)；-電源電壓適配電路(14)，用於選擇性地對內部電源導電體(13)上的電壓進行適配；-測試輸出；-積分模數轉換電路(16)，其輸入與內部電源導電體(13)相連，輸出與測試輸出相連。
2. 如權利要求1所述的測試準備集成電路，包括多個電源域， 其具有各自的內部電源導電體(13)、用於每一個電源域或一組電源域 的電源電壓適配電路和積分模數轉換電路(16)、以及被設置為集中地 控制每一個積分模數轉換電路(16)中的積分的開始的公共控制輸入。
3. 如權利要求2所述的測試準備集成電路，包括測試控制電路 (70)，其被設置為使得用於可獨立選擇的電源電壓轉換的控制信號在相對於積分的開始的預定相對計時範圍內被發送到電源電壓適配電路 (14)的至少一部分。
4. 如權利要求1所述的測試準備集成電路，包括掃描輸出與測 試輸出相連的掃描鏈路(19)，積分模數轉換電路(16)的輸出經由掃 描鏈路(16)與測試輸出相連。
5. 如權利要求1所述的測試準備集成電路，其中，積分模數轉 換電路(16)包括壓控振蕩器(30)，具有與電源導電體(13)相連 的頻率控制輸入以及振蕩器輸出；計數器，輸入與振蕩器輸出相連且 計數輸出與測試輸出相連。
6. 如權利要求1所述的測試準備集成電路，包括與積分模數轉 換電路(16)的控制輸入相連的外部可訪問的端子，以用於提供持續 時間信號，該持續時間信號控制積分模數轉換電路(16)的積分時間 間隔的持續時間。
7. 如權利要求1所述的測試準備集成電路，包括具有內部計時電路的測試控制電路(70)，其被設置為產生持續時間信號並與積分模 數轉換電路(16)的控制輸入相連，以用於提供持續時間信號，來控 制積分模數轉換電路(16)的積分時間間隔的持續時間。
8. 如權利要求1所述的測試準備集成電路，包括測試控制電路 (70)，其輸入(72)用於接收測試命令，並且輸出與積分模數轉換電路(16)以及電源電壓適配電路(14)相連，該測試控制電路(70) 被設置為響應於測試命令，使得積分模數轉換電路(16)開始積分， 並使得電源電壓適配電路(14)以相對於積分開始的預定範圍內的相 對計時對電源電壓進行改變。
9. 如權利要求1所述的測試準備集成電路，其包括基準值產生 電路(60)和比較器電路(62)，該比較器電路(62)的輸入與積分模 數轉換電路(30， 32)的輸出以及基準值產生電路(60)輸出相連， 比較器電路(62)的輸出與測試輸出相連。
10. —種集成電路(10)的測試方法，該集成電路(10)包括具 有電源電壓適配電路(14)的內部電源域，所述電源電壓適配電路(14) 用於對電源域中的電源電壓進行適配，該方法包括-向積分電路(10)中的積分模數轉換電路(16)施加電源電壓； -通過在測量時間段內保持所選擇的電源電壓，並通過在測量時間段內集成電路(10)中的時間積分來讀出由積分模數轉換電路(14)建立的輸出信號，來測量電源電壓的積分值。
11. 如權利要求10所述的方法，該方法包括通過向電源電壓 適配電路(14)發送在另一測量時間段內在彼此不同的電源電壓之間 進行轉換的控制信號，並通過在第二測量時間段內集成電路(10)中 的時間積分來讀出由積分模數轉換電路(14)建立的另一輸出信號， 來測量關於供電電壓轉換時間的信息。
12. 如權利要求10所述的方法，該方法包括通過在測量時間 段內在各自的電源域中保持所選擇的電源電壓，並通過在測量時間段 內集成電路(10)中對各自的電源域的電源電壓進行時間積分來讀出 由各自的積分模數轉換電路(14)建立的輸出信號，來測量多個各自 的電源電壓域的電源電壓的積分值。
13.如權利要求10所述的方法，其中，集成電路包括電源連接 與電源電壓適配電路(14)相連的電源邏輯電路(12)，所述方法包括 通過向電源電壓適配電路(14)發送控制信號，以在測量時間段內保 持所選擇的供電電壓，以及通過向邏輯電路(12)發送另一控制信號， 以在測量時間段內在邏輯電路(12)中產生所選擇的活動，來測量電 源電壓的活動相關性。
全文摘要
集成電路(10)具有內部電源域，內部電源域具有電源電壓適配電路(14)，以對電源域中的電源電壓進行適配。典型地，提供多個這樣的域，其中可以獨立地適配電源電壓。在測試期間，內部電源電壓被提供給積分電路(10)中的時間積分模數轉換電路(16)。在測量時間段內，測量電源電壓的時間積分值。優選地，在同一測量時間間隔內，並行地執行多個內部供電電壓的積分測量。優選地，通過在另一測量時間段內在彼此不同的電源電壓之間進行轉換來執行另一測試。這樣，所測量的積分電源電壓可用於檢查不同電壓之間的轉換的速度。
文檔編號G01R31/3185GK101163979SQ200680012736
公開日2008年4月16日 申請日期2006年4月13日 優先權日2005年4月19日
發明者倫澤·I·M·P·邁耶, 何塞德耶鯀·皮內達德幹維茲, 桑迪普庫馬爾·戈埃爾 申請人:Nxp股份有限公司