Low cost BIST techniques for linear and non-linear analog circuits

Abstract

With the ever increasing demands for high complexity consumer electronic products, market pressures demand faster product development and lower cost. SoCbased design can provide the required design flexibility and speed by allowing the use of IP cores. However, testing costs in the SoC environment can reach a substantial percent of the total production cost. Analog testing costs may dominate the total test cost, as testing of analog circuits usually require functional verification of the circuit and special testing procedures. For RF analog circuits commonly used in wireless applications, testing is further complicated because of the high frequencies involved. In summary, reducing analog test cost is of major importance in the electronic industry today. BIST techniques for analog circuits, though potentially able to solve the analog test cost problem, have some limitations. Some techniques are circuit dependent, requiring reconfiguration of the circuit being tested, and are generally not usable in RF circuits. In the SoC environment, as processing and memory resources are available, they could be used in the test. However, the overhead for adding additional AD and DA converters may be too costly for most systems, and analog routing of signals may not be feasible and may introduce signal distortion. In this work a simple and low cost digitizer is used instead of an ADC in order to enable analog testing strategies to be implemented in a SoC environment. Thanks to the low analog area overhead of the converter, multiple analog test points can be observed and specific analog test strategies can be enabled. As the digitizer is always connected to the analog test point, it is not necessary to include muxes and switches that would degrade the signal path. For RF analog circuits, this is specially useful, as the circuit impedance is fixed and the influence of the digitizer can be accounted for in the design phase. Thanks to the simplicity of the converter, it is able to reach higher frequencies, and enables the implementation of low cost RF test strategies. The digitizer has been applied successfully in the testing of both low frequency and RF analog circuits. Also, as testing is based on frequency-domain characteristics, nonlinear characteristics like intermodulation products can also be evaluated. Specifically, practical results were obtained for prototyped base band filters and a 100MHz mixer. The application of the converter for noise figure evaluation was also addressed, and experimental results for low frequency amplifiers using conventional opamps were obtained. The proposed method is able to enhance the testability of current mixed-signal designs, being suitable for the SoC environment used in many industrial products nowadays.

Com a crescente demanda por produtos eletrônicos de consumo de alta complexidade, o mercado necessita de um rápido ciclo de desenvolvimento de produto com baixo custo. O projeto de equipamentos eletrônicos baseado no uso de núcleos de propriedade intelectual ("IP cores") proporciona flexibilidade e velocidade de desenvolvimento dos chamados "sistemas num chip". Entretanto, os custos do teste destes sistemas podem alcançar um percentual significativo do valor total de produção, principalmente no caso de sistemas contendo "IP cores" analógicos ou "mixed-signal". Técnicas de teste embarcado (BIST e DFT) para circuitos analógicos, embora potencialmente capazes de minimizar o problema, apresentam limitações que restringem seu emprego a casos específicos. Algumas técnicas são dependentes do circuito, necessitando reconfiguração do circuito sob teste, e não são, em geral, utilizáveis em RF. No ambiente de "sistemas num chip", como recursos de processamento e memória estão disponíveis, eles poderiam ser utilizados durante o teste. No entanto, a sobrecarga de adicionar conversores AD e DA pode ser muito onerosa para a maior parte dos sistemas, e o roteamento analógico dos sinais pode não ser possível, além de poder introduzir distorção do sinal. Neste trabalho um digitalizador simples e de baixo custo é usado ao invés de um conversor AD para possibilitar a implementação de estratégias de teste no ambiente de "sistemas num chip". Graças ao baixo acréscimo de área analógica do conversor, múltiplos pontos de teste podem ser usados. Graças ao desempenho do conversor, é possível observar características dos sinais analógicos presentes nos "IP cores", incluindo a faixa de freqüências de RF usada em transceptores para comunicações sem fio. O digitalizador foi utilizado com sucesso no teste de circuitos analógicos de baixa freqüência e de RF. Como o teste é baseado no domínio freqüência, características nãolineares como produtos de intermodulação podem também ser avaliadas. Especificamente, resultados práticos com protótipos foram obtidos para filtros de banda base e para um mixer a 100MHz. A aplicação do conversor para avaliação da figura de ruído também foi abordada, e resultados experimentais utilizando amplificadores operacionais convencionais foram obtidos para freqüências na faixa de áudio. O método proposto é capaz de melhorar a testabilidade de projetos que utilizam circuitos de sinais mistos, sendo adequado ao uso no ambiente de "sistemas num chip" usado em muitos produtos atualmente.