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ELE6306 : Test de systèmes électroniques Projet de cours Professeur : A. Khouas Département de génie électrique École Polytechnique de Montréal.

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1 ELE6306 : Test de systèmes électroniques Projet de cours Professeur : A. Khouas Département de génie électrique École Polytechnique de Montréal

2 Plan Techniques of ADC Built in self-test - Advantages of ADC BIST - ADC & DAC BIST - ADC only BIST Charateristics of Histrogram method Architecture of general ADC BIST - on-chip stimulus generation circuits - output signal analyzer

3 Techniques of ADC BIST Advantages of ADC BIST - Reduce test time - Eliminate expensive mixed-signal tester, reduce the test time - Make the accessibility inside the chip easier ADC & DAC BIST - The digital generation of the stimulus and the digital analysis of the responses -- converter, generate pure analog sine wave ADC only BIST - Oscillation - Histrogram

4 Histrogram Techniques Give analog signal and record of the number of times each code appears on the ADC output For linear signal, histogram is flat For sine wave signal, codes near peak region appear more times than that near center

5 Architecture of general ADC BIST Analog stimulus generation - Saw-tooth - triangle Output analyzer - Analyze Least Significant Bit (LSB) only - Compress technique to simplify the calculation and minimize memory Figure 3: Scheme of general ADC BIST

6 Signal Generator Constrains of generator Silicon area Quality of signal - Non-linear - Amplitude reduction - Over-amplitude Figure 4: Influence of signal quality on histogram (a)non-linear signal (b)Amplitude reduction (c)Amplitude increase

7 Saw-tooth Generator Constant current charge a large capacitor: 2V amplitude Period: 0.1ms INL 60uV Permit to test 13- bit converter Figure 5: saw-tooth generator

8 Saw-Tooth Generator (cont.) Calibrate circuit to adjust current and amplitude of saw-tooth signal Figure 6:calibration saw-tooth generator Figure 7: non-linearity on initial phase

9 Triangle Wave Generator Use Schmitt trigger to control charging capacitor either by Ic or –Ic Obtain triangle wave between +Vth Figure 8: Triangle-wave generator Figure 9: waveform of triangle signal

10 Triangle-Wave Generator (cont.) Figure 10: calibrate triangle-wave generator

11 Switched Capacitor Integrator Phase 1, C1 is charge to Vin Phase 2, charges distributed between C1 and C2 Stepsize just depends on capacitor ratio and input voltage Figure 11: switched capacitor integrator

12 Conclusion In the view of signal generator: - Single ramp: saw-tooth and triangle-wave multi-tone ramp: triangle-wave generator has more accuracy but it needs more power and silicon area - Switched capacitor integrator: fix offset obtain more accuracy easily, minimize silicon area

13 Analyseur de réponses de test : Structure BIST dédiée au test dun CAN

14 Définition des paramétres fonctionnels dun convertisseur A/N réel: Erreur doffset Erreur de gain Erreur de Non-Linéarité Différentielle et Non-Linéarité intégrale

15 Erreur doffset: Correspond dans le cas dun convertisseur réel, à un décalage identique de toutes les tensions de seuil. Généralement exprimé en fraction de. Erreur doffset

16 Erreur de Gain: Correspond à une variation identique de la largeur des différents paliers dont linfluence sur la fonction de transfert est représenté à la figure suivante: Erreur de gain

17 Erreur de Non-Linearite Différentielle et Non-Linearite Intégrale NLD dun code i représente la différence, exprimée en LSB, de la largeur du palier associe au code i par rapport a la valeur idéale de 1 LSB. NLI dun code i représente la variation entre la courbe réelle et la droite de transfert idéale au niveau de ce code La figure suivante montre linfluence de ces 2 types des non linéarité sur la fonction de transfert du convertisseur.

18 Simplification des calculs dexploitation Cas dun signal triangulaire Lhistogramme de référence obtenu pour un convertisseur parfait est:

19 Simplification des calculs dexploitation (Suite) Pour évaluer lerreur de loffset et du gain on va considérer le signal vu a travers le convertisseur sous test plus précisément le signal analogique reconstitue a partir de la sortie numérique du CAN. On remarque que: Lerreur de loffset est opposée a lerreur doffset du signal reconstitue. Lerreur doffset a un effet linéaire sur la fréquence dapparition des deux codes extrêmes.

20 Simplification des calculs dexploitation (Suite) On peut déduire lerreur de loffset a partir de la fréquence dapparition du code On utilise le même type dexpression mais cette fois pour le code 1 pour que la mesure de loffset soit indépendante de la valeur de gain En combinant les 2 équations on obtient:

21 Simplification des calculs dexploitation (Suite) Erreur de gain: Pour limiter linfluence des variations du pas de quantification dues a déventuelles non-linearite on propose deffectuer la moyenne de mesure du gain sur m codes differents et on obtient lexpression suivante de lerreur de gain: Influence de lerreur de gain

22 Simplification des calculs dexploitation (Suite) Erreurs de Non-linearite: Pour la détermination des NLD et NLI nous utilisons les expressions classiques suivantes:

23 Minimisation des ressources mémoires 1.Stockage de lhistogramme expérimental: Principe de décomposition temporelle: Décomposer temporellement la procédure de test. Lidée consiste a un traitement séquentiel de lhistogramme en utilisant un nombre minimum de codes - A un haut niveau, la décomposition temporelle correspond a une division du test en differents phases successives. - A un plus bas niveau, chacune des phases de test est elle-même décomposée en plusieures étapes élémentaires.

24 Minimisation des ressources mémoires (Suite) Procédure dévaluation de lerreur de loffset: Procédure de calcul de loffset

25 Minimisation des ressources mémoires (Suite) Procédure dévaluation de lerreur de gain: Procédure de calcul de lerreur du gain

26 Minimisation des ressources mémoires (Suite) Procédure dévaluation des non-linearites:

27 Minimisation des ressources mémoires (Suite) 2.Stockage de lhistogramme idéal: - L`histogramme de référence est entièrement stocke dans la puce avant toute opération de traitement - Dans le cas dun signal dentrée triangulaire, lhistogramme de référence ne comporte que 2 valeurs distinctes H ideale et H extreme. - La mémoire nécessaire au stockage de lhistogramme de référence pour ce type de signal dentrée ne nécessite que 2 registres.

28 Minimisation des ressources mémoires (Suite) Avantages: - Avec ce principe relativement simple les mêmes ressources peuvent être réutilises pour les differents calculs. - Dans chacune des phases, une seule caractéristique fonctionnelle du CAN est extraite. - A code est calcule et les ressources mémoires requises ne concernent donc que le code en cours Inconveigant: - Ne peut être appliquée qua condition de pouvoir dissocier lévaluation des differents paramètres.

29 Questions


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