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日志

在做数字ATP G时,对模拟电路有什么要求

已有 96 次阅读| 2025-11-21 09:38 |系统分类:芯片设计

非常好、非常实际的问题。在现代SoC设计中,这至关重要。当芯片中同时存在数字和模拟电路时,对数字部分进行ATPG会直接影响到模拟电路的完整性和功能。

简单来说,核心要求是:在进行数字ATPG时,必须确保模拟电路不会受到损害,并且其状态是已知、可控的,以避免测试失败或甚至芯片损坏。

以下是具体的要求和需要注意的方面:

1. 隔离 - 最重要的要求

数字ATPG会产生大量的开关活动,导致电源噪声、地弹噪声和衬底噪声。这些噪声会耦合到敏感的模拟电路中,导致其性能下降甚至功能失效。

  • 电源隔离

    • 要求: 模拟电源和数字电源必须物理分离。通常使用隔离环独立的电源焊盘

    • 在ATPG期间: 即使电源分离,通过衬底耦合的噪声依然存在。因此,需要确保模拟模块在ATPG期间处于断电或静态偏置状态。

  • 信号隔离

    • 要求: 数字信号线不能穿过模拟区域,反之亦然。所有从数字域到模拟域的信号(控制信号、数据信号)都必须通过专门的接口电路。

    • 关键接口: 数字到模拟的接口需要被妥善处理。

2. 接口控制与保护

数字和模拟电路连接处的信号必须被精确控制,这是DFT设计的重点。

  • 将模拟信号与扫描链隔离

    • 要求: 所有连接到模拟模块输入端的数字信号(如配置寄存器、使能信号),在ATPG模式下必须被设置为一个安全的“静态”值。这通常通过在数字-模拟接口插入 “隔离单元”  来实现。

    • 目的: 防止ATPG过程中扫描链的随机跳变(0/1翻转)传到模拟输入端,导致模拟电路进入不可预知的状态(例如,意外开启大电流通路,导致闩锁或过热)。

  • 定义“安全状态”

    • 要求: 设计团队(模拟和数字工程师)必须共同定义,在测试模式下,每个连接到模拟电路的数字信号应该是什么值(0或1)才是安全的。例如,将一个偏置电路的控制信号设为“关闭”状态可能才是安全的。

  • 处理来自模拟的信号

    • 在数字输入端插入 “伪输入” 单元,允许ATPG工具在测试时直接控制该输入值,而不是依赖不稳定的模拟输出。

    • 或者,将模拟模块置于一个已知状态,使其输出一个稳定的、可预测的逻辑值。

    • 要求: 从模拟模块输出到数字模块的信号(例如,“比较器完成”、“锁相环锁定”),在ATPG期间需要被处理。通常的做法是:

3. 时钟与复位管理

ATPG严重依赖于可控的时钟和复位。

  • 模拟时钟

    • 要求: ATPG使用的扫描时钟绝对不能干扰模拟电路的时钟。例如,PLL的时钟、ADC的采样时钟等必须与扫描时钟域完全隔离。

    • 实践: 在ATPG模式下,通常会让PLL进入旁路模式,使用一个稳定的参考时钟直接驱动数字逻辑,而关闭PLL本身的高频输出,避免相互干扰。

  • 复位

    • 要求: ATPG过程中对数字复位信号的操作不能复位模拟电路。

    • 实践: 模拟电路的复位信号通常需要被隔离,使其在测试模式下不受数字复位信号的影响。

4. 电源管理

ATPG会导致瞬间的高开关电流,引起电源电压的毛刺和跌落。

  • 要求: 模拟电路对电源纹波非常敏感(例如,高精度ADC、DAC)。数字ATPG产生的电源噪声会严重降低其性能。

  • 实践

    • 在物理设计上,使用更宽、更密集的电源网格,并增加去耦电容。

    • 在测试策略上,可以采用降低测试时钟频率分区域测试的方法,以降低同时开关的触发器数量,从而减小峰值电流和噪声。

5. 测试模式定义与协同

  • 要求: 必须在芯片顶层定义清晰的工作模式,包括功能模式和多种测试模式

    • 纯数字测试模式: 在此模式下,模拟电路应被断电或置于最低功耗的“睡眠”状态,其接口被完全隔离。

    • 混合信号测试模式: 在此模式下,用于测试模拟电路本身,此时数字部分的扫描链可能被禁用。

  • 实践: 通过专用的测试模式控制引脚来切换这些模式。数字和模拟DFT工程师必须紧密合作,确保这些模式定义正确且无冲突。

总结:对模拟电路的具体要求清单

当你的芯片要进行数字ATPG时,你对模拟电路(或模拟模块)的要求是:

  1. 可隔离: 必须有明确的电源和信号隔离方案,使其能与嘈杂的数字测试环境隔离开。

  2. 接口可控: 所有与数字电路的接口信号,都必须能够被强制到一个预先定义好的、无损害的“安全状态”。

  3. 状态已知: 在测试模式下,模拟电路应处于一个稳定的、可预测的、低功耗的静态偏置状态或关闭状态。

  4. 时钟独立: 其关键时钟源(如PLL)不应受到扫描时钟的影响,并且能够被旁路或关闭。

  5. 无副作用: 数字ATPG的操作,如扫描移位、捕获,不应通过衬底耦合或电源网络对模拟性能造成不可逆的损害(如闩锁效应)。

最终目标是:在尽可能不影响数字ATPG测试覆盖率的前提下,保护脆弱的模拟电路,并确保整个过程的可靠性和可重复性。 这需要通过精心的DFT架构设计和跨功能团队的早期协作来实现。



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