串行器件的改進型環回檢測的製作方法
2023-05-17 05:10:01 2
專利名稱：串行器件的改進型環回檢測的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於電子器件的自動檢測設備，特別的，涉及包括串行通信埠的電子器件的自動檢測。
背景技術：
隨著電子器件越來越複雜，需要更多的導線來進行不同器件之間的連接。因此，電路板的布線和設計變得更加複雜。串行通信埠可以緩解這種複雜性，因為它們可以使器件利用比並行器件更少的線路進行通信。串行埠僅利用兩條線進行通信，一條用於發射數據，一條用於接收數據。這些線可為單端(即，一個信號以地信號為參考)或差動(即，兩個互補的信號，每個都不是地信號)。為了以與並行埠可比的速率發射數據，串行埠需要以比並行埠更快的速度進行操作。現代的串行埠以達到幾千兆赫茲(GHz)的數據率進行操作。
串行埠特別需要自動檢測設備(「ATE」)。例如，串行埠通常同時發射和接收數據。為了徹底的檢測串行埠，該檢測器自身應當可以同時發射和接收數據。串行埠還可以不同的速率發射和接收數據，這意味著檢測器應當以不同的速率工作。可能最顯著的是串行埠可以以非常高的速率操作，該速率大大的快於傳統檢測器的針電子器件的操作。
廣義的說，用於檢測串行埠的技術可分為三類全功能的數字檢測，算法檢測和環回檢測。全功能數字檢測使用複雜的、基於圖案的裝置來產生串行激勵和監測串行響應。這些裝置通常以高速操作，對於檢測大多數串行埠足夠快，而且可對信號的時序和他們的幅度進行大量的控制。雖然他們很靈活和有效，但全功能數字裝置太過昂貴，且需要很長的研發時間。全功能數字檢測裝置的例子包括Boston，MA，Teradyne，Inc.，研製的GazelleTM和超速串行針TM。
算法檢測比全功能數字檢測便宜。算法檢測包括根據多種預定算法中的任意一種，產生串行位流，並監測串行響應，以確保他們匹配該串行激勵的預期響應。可根據多種算法圖案，例如偽隨機圖案、跨步圖案(在多個「0」的區域中移動一個「1」)、或者位圖案等等來安排激勵。雖然算法檢測比全功能檢測便宜，但仍然並不完善。例如，算法檢測通常不能控制發射到串行埠的單個邊沿的布局。因為它使用有限的幾種圖案，因此算法檢測也不能檢獨立器件的特定電路。
環回檢測是最簡單，同時也可能是最常用的檢測串行埠的方法。環回檢測包括將串行埠的發射線(TX)與其自身的接收線(RX)連接。然後該裝置發射一已知圖案的串行數據。一旦該數據被發射，該檢測器監視該裝置的低速針以判斷檢測通過或失敗，該低速針的狀態基於TX和RX線的正確操作。
該環回檢測非常方便。該串行埠的檢測連接僅需要一條將發射線與接收線連接的導線即可。該檢測器不需發射串行數據或接收串行數據。但是，我們認識到這種方便是以完善性作為代價的。由於串行埠接收數據和發射數據的速率相同，因此環回檢測不需要單獨地檢測串行埠的發射線和接收線是否可以以不同速率操作。這樣該檢測器不能檢測器件的同步電路中的內部缺點。我們還應當認識到由於該檢測器不直接產生串行位流，因此檢測器不能檢測串行埠對於誤差輸入信號的容差。這些包括具有幅度錯誤、失真和定時抖動的輸入信號。該檢測器不能直接測量串行埠的輸出信號，以確保它們具有正確的幅度和時序特徵。
但是，環回檢測的方便性還是提供了可以實現低成本檢測串行埠的保證。現在所需要的就是在不顯著增加環回檢測成本的情況下，提高它的靈活性和測試有效範圍。
發明概述根據上面的背景技術，本發明的一個目的是全面且相對低成本地檢測串行埠。
為了實現上述目的以及其它目的和優點，採用一改進的環回技術來檢測串行埠。該技術包括一接收器和發射器，他們每個都具有輸入端和輸出端。該接收器在它的輸入端接收到串行埠的TX線傳來的檢測信號。該發射器利用它的輸出端向串行埠的RX線提供一檢測信號。該接收器的輸出端與發射器的輸入端耦合，以穩定環回連接。
根據一個變化，接收器的輸入端可與一參數測量電路耦合，用於估算串行埠的TX線的穩定狀態特徵。發射器的輸出端可與該參數測量電路耦合，用於估算串行埠的TX線的穩定狀態特徵。
根據另一個變化，接收器的輸出端可與一時間測量電路耦合，用於測量在串行埠的TX線產生的檢測信號的時序特徵。
根據另一個變化，在接收器的輸出端和發射器的輸入端之間插入一時間失真電路，用於在檢測信號被輸入串行埠的RX線之前，向該檢測信號提供預定的時序失真。
根據另一變化，在接收器的輸出端和發射器的輸入端之間插入一選擇器，用於在接收器的輸出端和一直接輸入端之間進行選擇，其中該直接輸入端提供一預定的串行位流，該位流不同於接收器接收到的檢測信號。
本發明的其它目的、優點和新穎特徵都將從下面的說明書和附圖中變得明顯，其中圖1示出背景技術中的傳統檢測器結構；圖2示出根據本發明的一用於檢測串行通信埠的改進的環回裝置；圖3示出利用圖2所示的裝置檢測串行通信埠的流程圖。
實施例的詳細描述傳統的檢測器結構圖1示出用於自動檢測系統或「檢測器」的傳統結構100的高度簡化視圖，其中可使用本發明。一主機110利用多種電子硬體來運行用於檢測一被檢測的器件(「DUT」)142的程序。該硬體通常包括數字裝置124、模擬裝置126和電源128。
該電子硬體通過多條線130和它們各自的接點140與DUT142連接。該接點140通常包括從檢測器延伸出的彈簧針。這些針可以是單端或同軸的。該DUT被置於一器件接口板，或「DIB」上。該DIB通常包括導電襯墊，這些襯墊排列的圖案與從該檢測器延伸出的彈簧針的圖案相匹配。這些針與襯墊接觸從而在檢測器和DUT142之間形成連接。
該數字裝置124通常包括，例如時鐘發生器、串行檢測裝置、並行檢測裝置。該模擬裝置126通常包括，例如一個或多個用於測量電路節點的DC特性的參數測量單元，和一個或多個用於測量電路節點的時序特徵的計時器/計數器。他們還可包括多個其它用於產生和分析用於檢測該DUT142的波形的裝置。通過一控制總線120，該主機110與電子硬體通信並控制該電子硬體，用於根據檢測程序的指令檢測該DUT142。
電路布局和操作圖2示出根據本發明用於執行串行埠的改進環回檢測的裝置200。該裝置最好為一數字裝置，並與其它數字裝置124一起處於檢測器100內。
如圖2所示，該裝置200包括一接收器258。該接收器258通過接點240與DUT242的TX線耦合。
該裝置200還包括一發射器272。該發射器272通過其它接點240與DUT242的RX線耦合。如下所述，該接收器258的輸出端可與發射器272的輸入端耦合，從而對DUT242進行環回檢測。
在最佳實施例中，該接收器258包括一差動放大器260，用於從DUT242接收一差動信號。該差動放大器將TX線提供的差動輸入轉換為單端信號。比較器262和264將該單端信號分別與可設計的極限電壓VOD-H和VOD-L比較，以確定該單端信號是否超過該極限值。電阻254和256(通常為50歐姆)接在差動放大器260的輸入端，從而分別提供終端電壓VTERM-H和VTERM-L。該終端電壓最好可編程。
差動放大器260與比較器262和264的結合得到一差動比較器，即該比較器根據TX處的差動輸入電壓超過一個或多個預定極限值，進行轉換。通過提供兩個比較器262和264，每當該差動輸入信號(在TX處)超過兩個極限值中的任一個，裝置200可產生一邊沿。這個特徵可被用於，例如校驗一器件的上升時間和下降時間規格，這在利用傳統環回檢測時通常是不可能的。該特徵還可用於校驗該器件的輸出電平是否符合具體要求，這在利用傳統環回檢測時通常也是不可能的。或者，也可以只使用一個比較器，相應的具有較少的功能。
作為另一變化，可提供另一組比較器來檢查該TX線提供的信號的共模分量，以確保它符合DUT的具體要求。這些比較器還可用於檢測故意施加的共模信號，通常是「速差式信號法」信號。另外，可提供另一組比較器來獨立地檢查TX線提供的差動信號的每一側，以確保每一側都分別符合該DUT的要求。
在最佳實施例中，該發射器272為一差動驅動器，它提供互補輸出信號，這些信號在高電壓和低電壓電平之間變化。這些高和低電平，分別標記為VID-H和VID-L，都可編程以檢測RX線對具有不同電壓電平的輸入信號的容差。電阻274和276端接發射器272產生的信號。
傳統的環回檢測不能測量串行埠的TX線中的抖動。為了克服這個限制，差動比較器的輸出端與一時間測量電路，例如一計時器/計數器266耦合。該計時器/計數器266可測量TX線中的抖動。它還可獨立地測量它的頻率和其它特性。
該差動比較器的輸出也與一時間失真電路268耦合。根據特定的因素，在將TX線提供的信號環回至TX線之前，該時間失真電路268選擇性的在該信號中引入時序失真。在一種模式下，該時間失真電路268可向RX線中引入抖動。通過在RX線中加入抖動並監視該器件的響應(即，它是否正確的接收到TX線提供的數據)，可以獨立地檢測RX線對抖動的容差。
根據最佳實施例，該時間失真電路268包括一選擇器、一轉換速率被限制的電路，和一高速比較器。該選擇器選擇比較器262和264中的一個的輸出作為該轉換率被限制的電路的輸入，該轉換率被限制的電路將被選擇輸入端的邊沿轉換為一斜坡。將該斜坡輸入高速比較器的第一輸入端，將一極限信號輸入第二輸入端。為了引入抖動，在極限信號上疊加一特定量的電壓噪聲。該比較器將該電壓噪聲轉換為計時噪聲或抖動。
還可採用其它類型的時間失真。例如，通過改變極限電壓的DC值，可以使被選擇的比較器輸出端提供的輸入信號相移。通過疊加周期波形，可對該輸入信號進行相調製。通過提供一穩定的極限電壓，該輸入信號可基本不失真的通過。
該裝置200還包括一選擇器270。該選擇器270在主機110的控制下操作。它的輸出端與時間失真電路268的輸出或直接輸入290提供的信號耦合。如果選擇器通過時間失真電路268的輸出，則建立了環回結構。但是，如果通過了直接輸入290提供的信號，則該環回連接被破壞，可利用直接輸入信號驅動該發射器272。
該直接輸入290傳送一串行位流，該位流不同於DUT242的TX線產生的位流。該直接輸入290包括與TX線發射的不同的數據流，並可以不同於TX線的位率進行操作。在最佳實施例中，該直接輸入290提供了一種簡單的1和0的算法圖案，例如，偽隨機圖案或交替的「1010」圖案，該算法圖案可以以可變的時鐘率產生。通過以不同的速度提供不同於TX線產生的數據的數據，該直接輸入290填滿了環回檢測有效區域中的有效間隙---它可使串行埠的RX線獨立於TX線被檢測。
圖2所示的裝置200還包括一參數測量電路，例如參數測量單元(PMU)282。該PMU282與DUT242的TX和TX線耦合，用於對這些線執行參數測量。如本領域技術人員所公知，PMU是用於強制電壓、強制電流、測量電壓、測量電流的內部電路。他們用於測量器件的穩定狀態特徵，例如漏電流、阻抗、輸出電流和依從電壓。提供PMU將這些功能集成在裝置200中，並進一步提高了測量能力。
該裝置200最好包括開關、例如繼電器250、252、278和280。為了執行參數檢測，打開繼電器，該PMU作用該TX和RX線。由於該裝置200與該DUT 242去耦，因此可以消除裝置200的負載效應。
為了執行串行檢測，繼電器250、252、278和280閉合。在最佳實施例中，該RMU282通過電感282、284、286和288與RX和TX線耦合。該電感可避免需要提供單獨的開關來連接和斷開PMU。該電感對高速串行位流可相當於開路，對DV參數信號可相當於短路。
除了PMU282和相關電感，該裝置200最好包括與高速信號通道連接的高速電子器件。該電路可利用一個或多個特定用途集成電路(ASIC)來實現，具有高速分立元件或它們的結合。由於該裝置是用於已經包括有檢測裝置的ATE系統中，因此如果在檢測系統中的其它地方已經有了檢測裝置，則裝置200中不需再重複了。例如，由Teradyne，Inc.製造的檢測器通常包括一獨立的計時器/計數器和一獨立的PMU。因此它們也包括可用於創建用於直接輸入290的信號源的時鐘發生器和其它並行數字裝置。這些裝置可與裝置200結合使用，從而避免了由於在裝置200中重複安裝它們而導致的成本增加。
檢測方法圖3為一流程圖，示出利用裝置200對串行埠執行的檢測過程。如圖所示，可以執行多種檢測，他們執行的順序並不要求。
在步驟310，主機110指示裝置200測量DC參數。該步驟需要在保持裝置200的其它部分斷路的情況下，打開繼電器250、252、278和280並通過電感282、284、286和288檢測TX和RX線。當參數測量結束時(或就在串行檢測開始之前)繼電器250、252、278和280閉合。
在步驟312，主機110激勵DUT242來發射串行數據。隨後，DUT242在TX線上產生串行位流。該串行位流傳播到差動放大器260，然後到達比較器262和264。在步驟314，計時器/計數器266測量比較器262和264產生的信號。如上所述，測量可包括TX線上的信號的抖動、頻率或其它特性。
在步驟316，主機110讀出計時器/計數器266的測量結果，判斷測量的特徵是否在特定範圍內。
除了利用計時器/計數器266測量TXT線的特徵，執行改進的環回檢測。在步驟318，將比較器262和264中的一個提供的信號輸入時間失真電路268。根據特定的因素，將該信號預先失真並通過發射器272反饋回RX線。在步驟324中，主機110查詢DUT242以確定在RX線上接收到的串行位流是否匹配在TX線上發射的串行位流。基於該響應，決定檢測通過或失敗。
另外，可將比較器262和264的極限電平編程為對TX線的DUT幅度要求的極限。像以前一樣監視該DUT。一有效信號只發射到RX線，如果DUT符合對於TX線的幅度要求，則DUT通過。類似的，可將發射器272的輸出電平編程為對RX線的DUT幅度要求的極限。監視該DUT。只有當DUT符合對於RX線的幅度要求時，DUT才通過。除了依靠DUT242以提供激勵，還可通過直接輸入290提供獨立的激勵。在步驟320，主機110控制選擇器270中斷環回信號，而不是通過直接輸入290的信號。產生一算法圖案。在步驟322中，將該算法圖案提供到DUT的RX線。在步驟324中，主機110查詢DUT242以校驗該DUT接收到正確的數據。
上面描述的該改進的環回技術並不昂貴且具有靈活性。資源例如計時器/計數器和PMU已經包括在大多數檢測系統中，因此該改進的環回裝置可以很小或不花代價就將它們的功能合併過來。可獨立檢測串行埠的TX和RX線的幅度誤差和抖動。利用該直接輸入290，可提供算法圖案來以不同頻率和與TX線不同的數據檢測RX線，從而可真正獨立的檢測RX和TX線。
變化上面描述了一個實施例，可以實現多種變化實施例。
如上所述，該計時器/計數器和PMU為遠程裝置。但是，它們也可本地提供。在稍微增加成本的情況下，可將該計時器/計數器和PMU集成在裝置200中，從而提供一更加整套的裝置。
該改進的環回裝置200作為位於一個或多個檢測器裝置中的裝置進行描述。但是，它的位置可以改變。或者，該裝置可置於DUT旁的器件接口板上，或可與這些位置分離。根據另一變化，該裝置200可位於一獨立的裝置中，該裝置與主機通過獨立總線，例如IEEE-488總線或VXI總線進行通信。
上面描述了一單獨的、改進的環回電路200。可選的，可將多個電路200放在一起來檢測多個串行埠。該計時器/計數器和PMU可在不同電路之間轉換，或可提供多個計時器/計數器和PMU。
上述的裝置200可進行廣泛的檢測。例如，差動比較器的輸出可與數據採集裝置(未示出)和並行數字裝置耦合。這些裝置可處理差動比較器提供的信號，來進行其它檢測，例如提取在DUT242產生的串行位流中的被編碼的數據。該提取出的數據可，例如用於通過直接輸入來初始化DUT，以便於下次的檢測。
如上所述，該PMU282通過電感與TX和RX線連接。還可使用繼電器或其它開關，假設它們完全阻斷了高頻串行位流。
上述的例子使用了差動接收器和差動發射器來進行被檢測器件的差動RX和TX線之間的通信。但這不是必需。為了檢測單端串行埠，可以使用一單端接收器和一單端發射器。或者，可使用上述的差動接收器和發射器，將接收器的一個輸入端保持為一恆定電壓，發射器的一輸出端保持開路。
申請人已經將這些變化或改變以及其它的變化和改變都進行了考慮，它們都落入本發明的範圍內。因此應當理解，前面的說明都是示例性的，本發明僅由附加權利要求的精神和範圍來限定。
權利要求
1.一用於在一自動檢測系統中檢測串行埠的電路，包括一具有一輸入端和一輸出端的接收器，用於從串行埠的TX線接收一檢測信號；一具有一輸入端和一輸出端的發射器，用於向串行埠的RX線發射一檢測信號，其中發射器的輸入端與接收器的輸出端耦合以建立一環回連接；和一參數測量電路，與接收器的輸入端耦合，用於評估串行埠的TX線的穩定狀態特徵。
2.如權利要求1所述的電路，其中該參數測量電路還與發射器的輸出端耦合，用於評估串行埠的RX線的穩定狀態特徵。
3.如權利要求1所述的電路，其中還包括一與接收器的輸出端耦合的時間測量電路，用於測量接收器接收到的測量信號的時序特徵。
4.如權利要求1所述的電路，其中還包括一時間失真電路，該電路位於接收器的輸出端和發射器的輸入端之間，用於在提供到串行埠的RX線的檢測信號中引入預定的時序失真。
5.如權利要求1所述的電路，其中還包括一選擇器，位於接收器的輸出端和發射器的輸入端之間，用於在接收器的輸出端和直接輸入之間選擇，其中該直接輸入提供一預定串行位流，該位流不同於接收器接收到的檢測信號。
6.如權利要求1所述的電路，其中該接收器包括一差動比較器，該差動比較器具有第一和第二可編程極限。
7.如權利要求1所述的電路，其中該發射器包括一差動驅動器，該差動驅動器具有低一和第二可編程電平。
8.一自動檢測系統中用於檢測串行埠的電路，包括一具有一輸入端和一輸出端的接收器，用於從串行埠的TX線接收一檢測信號；一具有一輸入端和一輸出端的發射器，用於向串行埠的RX線發射一檢測信號，其中發射器的輸入端與接收器的輸出端耦合以建立一環回連接；和一時間失真電路，該電路位於接收器的輸出端和發射器的輸入端之間，用於在提供到串行埠的RX線的檢測信號中引入預定的時序失真。
9.如權利要求8所述的電路，還包括一與接收器的輸出端耦合的時間測量電路，用於測量接收器接收到的測量信號的時序特徵。
10.一自動檢測系統中用於檢測串行埠的電路，包括一具有一輸入端和一輸出端的接收器，用於從串行埠的TX線接收一檢測信號；一具有一輸入端和一輸出端的發射器，用於向串行埠的RX線發射一檢測信號，其中發射器的輸入端與接收器的輸出端耦合以建立一環回連接；其中該接收器具有至少一個可編程的輸入極限，該發射器具有至少一個可編程的輸出電平。
11.如權利要求10所述的電路，其中該接收器包括一差動比較器，該發射器包括一差動驅動器。
12.一種在自動檢測系統中檢測處於檢測的器件的串行埠的方法，包括(A) 評估串行埠的TX線和RX線中的至少一個的穩定狀態特徵；(B) 使處於檢測的器件產生一串行位流；(C) 從處於檢測的器件的串行埠的TX線接收該串行位流；(D) 將接收到的串行位流和直接輸入中的一個發射到處於檢測的器件的串行埠的RX線；和(E) 監視該處於檢測的器件以判定由處於檢測的器件接收到的串行位流是否與希望的串行位流匹配。
13.如權利要求12所述的方法，還包括在步驟D中向處於檢測的器件發射檢測信號之前，在步驟C中向接收到的檢測信號中引入預定的時序失真。
14.如權利要求13所述的方法，其中預定的時序失真包括抖動。
15.如權利要求12所述的方法，還包括利用一時間測量電路測量在步驟B中接收到的檢測信號的至少一個時序特徵。
16.如權利要求12所述的方法，其中在步驟C中利用具有至少一個輸入極限的比較器接收到該串行位流，該方法還包括對該至少一個極限編程以檢測處於檢測的器件是否產生有效輸出電平。
17.如權利要求12所述的方法，其中發射步驟D包括對發射的信號的電平編程以判斷處於檢測的器件是否對應於處於編程後的電平的輸入。
18.如權利要求12所述的方法，其中直接輸入包括不同於在步驟C中接收到的串行位流的算法輸入。
19.如權利要求18所述的方法，其中該算法輸入包括1和0的偽隨機序列和1和0的重複序列中的至少一個。
20.如權利要求12所述的方法，其中該直接輸入傳送一串行位流，該位流的頻率不同於TX線的串行位流的頻率。
全文摘要
一用於經濟且全面地檢測串行埠的裝置包括一接收器和一發射器。該接收器可與串行埠的TX線耦合用於接收一串行位流。該發射器可與串行埠的RX線耦合用於產生一串行位流。該接收器與發射器耦合，從而在串行埠的TX和RX線之間建立一環回連接。在接收器和發射器之間插入一時間失真電路和一選擇器。該時間失真電路加入預定量的時序失真以檢測串行埠。該選擇器在接收器和直接輸入之間進行選擇，它提供一算法檢測信號。該算法檢測信號與接收器接收到的輸入串行位流不同，從而可單獨的檢測TX和RX線。
文檔編號G01R31/28GK1500246SQ01821524
公開日2004年5月26日 申請日期2001年12月3日 優先權日2000年12月29日
發明者麥可·C·帕尼斯, 布拉德福德·B·羅賓斯, 福德 B 羅賓斯, 麥可 C 帕尼斯 申請人:泰拉丁公司