全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)，將參考信號和測試信號之間的時間差轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出，包括信號處理單元、第一雙路開關(guān)MUX1、第二雙路開關(guān)MUX2、待測鎖相環(huán)和計數(shù)器，所述待測鎖相環(huán)為電荷泵鎖相環(huán)；參考信號和測試信號分別通過第一雙路開關(guān)MUX1和第二雙路開關(guān)MUX2連接待測鎖相環(huán)的輸入端，由待測鎖相環(huán)將兩個輸入信號的時間差△T轉(zhuǎn)化為頻率變化△f，再通過計數(shù)器記錄脈沖數(shù)，將頻率變化△f轉(zhuǎn)換為計數(shù)值的變化△N。本發(fā)明提供的全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)，具有全數(shù)字、高精度、低成本的特點。
【專利說明】全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)，能夠同時完成鎖相環(huán)的故障測試和抖動測試。
【背景技術(shù)】
[0002]混合信號電路的測試對電子產(chǎn)品的上市時間和生產(chǎn)成本有極大影響，是混合信號集成電路繼續(xù)發(fā)展急需解決的重大問題。作為混合信號模塊的鎖相環(huán)被廣泛應(yīng)用于頻率合成、相位解調(diào)、時鐘分配和時間恢復(fù)，是無線通信、光纖鏈路和微型計算機必不可少的部分。然而，由于鎖相環(huán)的閉環(huán)反饋和混合信號特性，使其成為最難測試的電路之一，對其的測試在國際范圍內(nèi)成為一個亟待解決的難題，因此，研究鎖相環(huán)電路的內(nèi)建自測試方案具有重大意義。
[0003]一個合格的測試必須滿足，沒有通過測試的器件確實是失敗的，通過測試的器件確實是合格的。傳統(tǒng)的PLL故障測試方法主要征對電路的結(jié)構(gòu)中存在的缺陷所引起的故障，對于有結(jié)構(gòu)故障的電路可以很好地排除，但是對于無故障的電路是否一定合格，即是否滿足功能要求等不能做出驗證。而當(dāng)前PLL的抖動測試方法應(yīng)用的前提是，待測的鎖相環(huán)已經(jīng)能夠正常鎖定，對于不能正常工作的鎖相環(huán)，如沒有鎖定或鎖定頻率不是要求的頻率的鎖相環(huán)，抖動測試電路是無效的。且其另一個缺點是它無法檢測出電路中是否隱藏有故障。而鎖相環(huán)電路中隱藏的故障往往會影響鎖相環(huán)的性能，甚至整個集成電路的性能。鎖相環(huán)的功能參數(shù)測試方法可以有效的保證通過測試的電路一定是合格的，但是由于鎖相環(huán)的功能參數(shù)較多，不可能對每一項參數(shù)進行測試，且鎖相環(huán)的功能參數(shù)測試電路一般結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，測試時間長，測試成本高，很難運用于工程實際。
[0004]鎖相環(huán)的內(nèi)建自測試系統(tǒng)必須解決好以下幾個問題。I)片上自檢且輸出結(jié)果便于觀看。無需外部高端測試儀器產(chǎn)生的高額測試費用，僅通過片上測試完成自檢，以降低測試的成本。2)通過測試的鎖相環(huán)一定是合格的。解決傳統(tǒng)PLL測試方法只能確保沒有通過測試的PLL是不合格的，不能確保通過測試的PLL是否一定合格，進一步排除不合格芯片。3)對鎖相環(huán)的性能影響較小。額外添加的測試電路對已有鎖相環(huán)電路性能的影響一方面會影響合格鎖相環(huán)的正常工作，另一方面也會降低測試的準(zhǔn)確率。4)在測試時間，測試成本和測試準(zhǔn)確率之間達(dá)成平衡。鎖相環(huán)作為大多數(shù)片上系統(tǒng)上唯一的混合信號電路，其測試時間,測試成本,直接轉(zhuǎn)換為電子產(chǎn)品的生產(chǎn)成本,而其測試準(zhǔn)確率也可能會影響整個電子產(chǎn)品的性能，因此三者之間必須協(xié)調(diào)好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)，能同時完成鎖相環(huán)的故障測試和抖動測試，具有全數(shù)字、高精度、低成本的特點。
[0006]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:[0007]全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)，將參考信號和測試信號之間的時間差轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出，包括信號處理單元、第一雙路開關(guān)MUXl、第二雙路開關(guān)MUX2、待測鎖相環(huán)和計數(shù)器，所述待測鎖相環(huán)為電荷泵鎖相環(huán)；參考信號和測試信號分別通過第一雙路開關(guān)MUXl和第二雙路開關(guān)MUX2連接待測鎖相環(huán)的輸入端，由待測鎖相環(huán)將兩個輸入信號的時間差Λ T轉(zhuǎn)化為頻率變化Λ f，再通過計數(shù)器記錄脈沖數(shù)，將頻率變化Λ f轉(zhuǎn)換為計數(shù)值的變化Λ N。
[0008]正常模式時，參考信號和測試信號分別通過第一雙路開關(guān)MUXl和第二雙路開關(guān)MUX2連接到待測鎖相環(huán)的輸入端，待測鎖相環(huán)作為時鐘產(chǎn)生模塊正常工作，計數(shù)器不工作；
[0009]測試模式時，參考信號和測試信號經(jīng)過信號處理單元后輸出兩個具有不同時間差的時鐘輸出信號，這兩個時鐘輸出信號分別通過第一雙路開關(guān)MUXl和第二雙路開關(guān)MUX2連接到待測鎖相環(huán)的輸入端，待測鎖相環(huán)的輸出端連接計數(shù)器的輸入端，由計數(shù)器記錄待測鎖相環(huán)在特定測試時間內(nèi)輸出的時鐘脈沖數(shù)。
[0010]具體的，所述信號處理單元包括三部分:第一部分，對參考信號進行處理，分別輸出三個時鐘信號:直接輸出、延時一個參考時鐘周期輸出、延時兩個參考時鐘周期輸出；第二部分，對測試信號進行處理，將其延時一個測試時鐘周期輸出；第三部分，控制單元，提供五個控制信號和兩個時鐘輸出信號，所述五個控制信號分別為校正信號cal、充電信號char、放電信號dischar、模式選擇信號test和復(fù)位信號reset,所述兩個時鐘輸出信號分別為第一輸出信號和第二輸出信號；通過五個控制信號，以選擇測試電路的工作模式、兩個輸出時鐘信號之間的時間差以及計數(shù)器的工作狀況；
[0011]所述校正信號cal用于校正內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)的測量分辨率:校正信號cal為低電平時，第一輸出信號和第二輸出信號的時間差為零；校正信號cal為高電平時，第一輸出信號和第二輸出信號的時間差為參考信號的一個時鐘周期；
[0012]所述充電信號char用于對待測鎖相環(huán)進行充電測試，此時第一輸出信號比第二輸出信號提前了參考信號的一個時鐘周期；
[0013]所述放電信號dischar用于對待測鎖相環(huán)進行放電測試，此時第一輸出信號比第二輸出信號滯后了參考信號的一個時鐘周期；
[0014]所述模式選擇信號test配合其他控制信號進行操作，控制內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)處于正常模式或測試模式；
[0015]所述復(fù)位信號reset對計數(shù)器的計數(shù)時間進行控制，到了設(shè)定的計數(shù)時間，掃描出計數(shù)器的計數(shù)值，然后對計數(shù)器進行復(fù)位；
[0016]延時和計數(shù)器采用觸發(fā)器實現(xiàn)，控制單元采用狀態(tài)機實現(xiàn)。
[0017]具體的，所述信號處理單元中:第一部分包括第一 D觸發(fā)器DFF1、第二觸發(fā)器DFF2和第三觸發(fā)器DFF3，第二部分包括第四觸發(fā)器DFF4和第五觸發(fā)器DFF5，第三部分包括第三雙路開關(guān)MUX3、第四雙路開關(guān)MUX4和第五雙路開關(guān)MUX5 ；
[0018]第一 D觸發(fā)器DFFl用于采集參考信號上升邊沿，第二觸發(fā)器DFF2用于將參考信號延時一個參考時鐘周期，第三觸發(fā)器DFF3用于將參考信號延時兩個參考時鐘周期，第四觸發(fā)器DFF4和第五觸發(fā)器DFF5用于將測試信號延時一個測試時鐘周期，第三雙路開關(guān)MUX3、第四雙路開關(guān)MUX4和第五雙路開關(guān)MUX5用于構(gòu)成控制單元；
[0019]信號處理單元第一部分中:第一觸發(fā)器DFFl的D輸入端接高電平1.8V、時鐘輸入端接參考信號、輸出端Ql接第三雙路開關(guān)MUX3的第一輸入端和第四雙路開關(guān)MUX4的第一輸入端，第二觸發(fā)器DFF2的D輸入端接第一觸發(fā)器DFFl的輸出端Ql、時鐘輸入端接參考信號、輸出端Q2接第四雙路開關(guān)MUX4的第二輸入端，第三觸發(fā)器DFF3的D輸入端接第二觸發(fā)器DFF2的輸出端Q2、時鐘輸入端接參考信號、輸出端Q3接第三雙路開關(guān)MUX3的第二輸入端;
[0020]信號處理單元第二部分中:第四觸發(fā)器DFF4的D輸入端接高電平1.8V、時鐘輸入端接測試信號，第五觸發(fā)器DFF5的D輸入端接第四觸發(fā)器DFF4的輸出端Q4、時鐘輸入端接測試信號、輸出端Q5接第五雙路開關(guān)MUX5的第二輸入端；
[0021]信號處理單元第三部分中:控制單元的參考時鐘端ref接參考信號、測試開始輸入端start接開始信號、模式選擇信號test輸出端接第一雙路開關(guān)MUXl的控制端和第二雙路開關(guān)MUX2的控制端、復(fù)位信號reset輸出端接計數(shù)器的復(fù)位輸入端rst,第三雙路開關(guān)MUX3的控制端接控制單元的校正信號cal輸出端、第一輸出信號接第一雙路開關(guān)MUXl的第二輸入端，第四雙路開關(guān)MUX4的控制端接控制單元的充電信號char輸出端、輸出端接第五雙路開關(guān)MUX5的第一輸入端，第五雙路開關(guān)MUX5的控制端接控制單元的放電信號dischar輸出端、第二輸出信號接第二雙路開關(guān)MUX2的第一輸入端。
[0022]具體的，所述的待測鎖相環(huán)包括鑒相器、電荷泵、濾波器、壓控振蕩器和分頻器，第一雙路開關(guān)MUXl的第一輸入端連接參考信號、第二輸入端連接第一輸出信號、輸出端接鑒相器的第一輸入端，第二雙路開關(guān)MUX2的第一輸入端連接第二輸出信號、第二輸入端連接測試信號、輸出端接鑒相器的第二輸入端，接鑒相器與電荷泵、濾波器、壓控振蕩器和分頻器依次相連，分頻器的輸出端接計數(shù)器的時鐘輸入端。
[0023]具體的，所述計數(shù)器用作記錄待測鎖相環(huán)中分頻器在特定測試時間內(nèi)的輸出脈沖數(shù)，計數(shù)器的時鐘輸入端接待測鎖相環(huán)中分頻器的輸出，計數(shù)器的復(fù)位端接信號處理單元的復(fù)位信號reset。
[0024]有益效果:本發(fā)明提供的全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)，具有全數(shù)字、高精度、低成本的特點:首先整體上采用時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的原理，將待測信號的時間差轉(zhuǎn)換為數(shù)字值輸出來，其測量分辨率只與待測鎖相環(huán)的參數(shù)和測試時間有關(guān)，當(dāng)待測鎖相環(huán)的參數(shù)一定時，測量分辨率只于測試時間有關(guān)，加長測試時間，將可以實現(xiàn)很高的測量分辨率，因此測試電路具有高精度的特點；其次通過信號處理單元和兩個多路開關(guān)可以選擇不同的輸入信號，使得內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)工作在正常模式和測試模式兩種狀態(tài)。在測試模式可同時完成待測鎖相環(huán)的故障測試和抖動測試，以確保通過測試的鎖相環(huán)一定是合格的。該內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)具有較高的測量分辨率和故障覆蓋率，其大部分測試電路來源于待測鎖相環(huán)，因此具有低成本的特點。最后該內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)全部采用數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元完成，且其輸出結(jié)果為全數(shù)字的，因此具有全數(shù)字的特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1 (a)為傳統(tǒng)的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器測量鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)原理圖；
[0026]圖1(b)與本發(fā)明的全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)原理圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)原理圖，其中(a)為整體結(jié)構(gòu)圖，(b)為信號處理單元的原理圖；[0028]圖3為本發(fā)明的測試流程圖；
[0029]圖4為基于本發(fā)明的注入抖動(a)與測得抖動(b)的仿真結(jié)果直方圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0031]如圖1(b)所示為一種全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)，將參考信號和測試信號之間的時間差轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出，包括信號處理單元、第一雙路開關(guān)MUX1、第二雙路開關(guān)MUX2、待測鎖相環(huán)和計數(shù)器，所述待測鎖相環(huán)為電荷泵鎖相環(huán)；參考信號和測試信號分別通過第一雙路開關(guān)MUXl和第二雙路開關(guān)MUX2連接待測鎖相環(huán)的輸入端，由待測鎖相環(huán)將兩個輸入信號的時間差Λ T轉(zhuǎn)化為頻率變化Λ f，再通過計數(shù)器記錄脈沖數(shù)，將頻率變化Δ f轉(zhuǎn)換為計數(shù)值的變化Λ N。
[0032]時間差Λ T和計數(shù)值的變化Λ N之間的關(guān)系為:
【權(quán)利要求】
1.全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)，其特征在于:將參考信號和測試信號之間的時間差轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出，包括信號處理單元、第一雙路開關(guān)MUXl、第二雙路開關(guān)MUX2、待測鎖相環(huán)和計數(shù)器，所述待測鎖相環(huán)為電荷泵鎖相環(huán)；參考信號和測試信號分別通過第一雙路開關(guān)MUXl和第二雙路開關(guān)MUX2連接待測鎖相環(huán)的輸入端，由待測鎖相環(huán)將兩個輸入信號的時間差Λ T轉(zhuǎn)化為頻率變化Λ f，再通過計數(shù)器記錄脈沖數(shù)，將頻率變化Λ f轉(zhuǎn)換為計數(shù)值的變化Λ N ； 正常模式時，參考信號和測試信號分別通過第一雙路開關(guān)MUXl和第二雙路開關(guān)MUX2直接連接到待測鎖相環(huán)的輸入端，待測鎖相環(huán)作為時鐘產(chǎn)生模塊正常工作，計數(shù)器不工作； 測試模式時，參考信號和測試信號經(jīng)過信號處理單元后輸出兩個具有不同時間差的時鐘輸出信號，這兩個時鐘輸出信號分別通過第一雙路開關(guān)MUXl和第二雙路開關(guān)MUX2連接到待測鎖相環(huán)的輸入端，待測鎖相環(huán)的輸出端連接計數(shù)器的輸入端，由計數(shù)器記錄待測鎖相環(huán)在特定測試時間內(nèi)輸出的時鐘脈沖數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述信號處理單兀包括三部分:第一部分，對參考信號進行處理，分別輸出三個時鐘信號:直接輸出、延時一個參考時鐘周期輸出、延時兩個參考時鐘周期輸出；第二部分，對測試信號進行處理，將其延時一個測試時鐘周期輸出；第三部分，控制單元，提供五個控制信號和兩個時鐘輸出信號，所述五個控制信號分別為校正信號cal、充電信號char、放電信號dischar、模式選擇信號test和復(fù)位信號 reset，所述兩個時鐘輸出信號分別為第一輸出信號和第二輸出信號；通過五個控制信號以選擇測試電路的工作模式、兩個輸出時鐘信號之間的時間差以及計數(shù)器的工作狀況； 所述校正信號cal用于校正內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)的測量分辨率:校正信號cal為低電平時，第一輸出信號和第二輸出信號的時間差為零；校正信號cal為高電平時,第一輸出信號和第二輸出信號的時間差為參考信號的一個時鐘周期； 所述充電信號char用于對待測鎖相環(huán)進行充電測試,此時第一輸出信號比第二輸出信號提前了參考信號的一個時鐘周期； 所述放電信號dischar用于對待測鎖相環(huán)進行放電測試,此時第一輸出信號比第二輸出信號滯后了參考信號的一個時鐘周期； 所述模式選擇信號test配合其他控制信號進行操作，控制內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)處于正常模式或測試模式； 所述復(fù)位信號reset對計數(shù)器的計數(shù)時間進行控制，到了設(shè)定的計數(shù)時間，掃描出計數(shù)器的計數(shù)值，然后對計數(shù)器進行復(fù)位； 延時和計數(shù)器采用觸發(fā)器實現(xiàn)，控制單元采用狀態(tài)機實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述信號處理單元中:第一部分包括第一 D觸發(fā)器DFFl、第二觸發(fā)器DFF2和第三觸發(fā)器DFF3，第二部分包括第四觸發(fā)器DFF4和第五觸發(fā)器DFF5，第三部分包括第三雙路開關(guān)MUX3、第四雙路開關(guān)MUX4和第五雙路開關(guān)MUX5 ； 第一 D觸發(fā)器DFFl用于采集參考信號上升邊沿，第二觸發(fā)器DFF2用于將參考信號延時一個參考時鐘周期，第三觸發(fā)器DFF3用于將參考信號延時兩個參考時鐘周期，第四觸發(fā)器DFF4用于采集測試信號的上升沿，第五觸發(fā)器DFF5用于將測試信號延時一個測試時鐘周期，第三雙路開關(guān)MUX3、第四雙路開關(guān)MUX4和第五雙路開關(guān)MUX5用于構(gòu)成控制單元；信號處理單元第一部分中:第一觸發(fā)器DFFl的D輸入端接高電平1.8V、時鐘輸入端接參考信號、輸出端Ql接第三雙路開關(guān)MUX3的第一輸入端和第四雙路開關(guān)MUX4的第一輸入端，第二觸發(fā)器DFF2的D輸入端接第一觸發(fā)器DFFl的輸出端Q1、時鐘輸入端接參考信號、輸出端Q2接第四雙路開關(guān)MUX4的第二輸入端，第三觸發(fā)器DFF3的D輸入端接第二觸發(fā)器DFF2的輸出端Q2、時鐘輸入端接參考信號、輸出端Q3接第三雙路開關(guān)MUX3的第二輸入端；信號處理單元第二部分中:第四觸發(fā)器DFF4的D輸入端接高電平1.8V、時鐘輸入端接測試信號，第五觸發(fā)器DFF5的D輸入端接第四觸發(fā)器DFF4的輸出端Q4、時鐘輸入端接測試信號、輸出端Q5接第五雙路開關(guān)MUX5的第二輸入端； 信號處理單元第三部分中:控制單元的參考時鐘端ref接參考信號、測試開始輸入端start接開始信號、模式選擇信號test輸出端接第一雙路開關(guān)MUXl的控制端和第二雙路開關(guān)MUX2的控制端、復(fù)位信號reset輸出端接計數(shù)器的復(fù)位輸入端rst,第三雙路開關(guān)MUX3的控制端接控制單元的校正信號cal輸出端、第一輸出信號接第一雙路開關(guān)MUXl的第二輸入端，第四雙路開關(guān)MUX4的控制端接控制單元的充電信號char輸出端、輸出端接第五雙路開關(guān)MUX5的第一輸入端,第五雙路開關(guān)MUX5的控制端接控制單元的放電信號dischar輸出端、第二輸出信號接第二雙路開關(guān)MUX2的第一輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的待測鎖相環(huán)包括鑒相器、電荷泵、濾波器、壓控振蕩器和分頻器，第一雙路開關(guān)MUXl的第一輸入端連接參考信號、第二輸入端連接第一輸出信號、輸出端接鑒相器的第一輸入端，第二雙路開關(guān)MUX2的第一輸入端連接第二輸出信號、第二輸入端連接測試信號、輸出端接鑒相器的第二輸入端，接鑒相器與電荷泵、濾波器、壓控振蕩器和分頻器依次相連，分頻器的輸出端接計數(shù)器的時鐘輸入 端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述計數(shù)器用作記錄待測鎖相環(huán)中分頻器在特定測試時間內(nèi)的輸出脈沖數(shù)，計數(shù)器的時鐘輸入端接待測鎖相環(huán)中分頻器的輸出，計數(shù)器的復(fù)位端接信號處理單元的復(fù)位信號reset。
【文檔編號】H03L7/08GK103986459SQ201410168720
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】吳建輝, 閤蘭花, 黃成 , 李紅, 陳超, 田茜 申請人:東南大學(xué)