Tester wbudowany BIST dla analogowych układów w pełni różnicowych październik 2009

Dwie klasy układów elektronicznych V o V i+ V i- + _ Układy z wyjściem jednoliniowym Układy w pełni różnicowe

Definicje napięć

Układy w pełni różnicowe Napięcie ujemne Napięcie zerowe Napięcie dodatnie

Łatwość reprezentacji sygnałów bipolarnych w układach z pojedynczym zasilaniem V+V+ V-V- 2.5 V 0 V V + - V - Zalety układów w pełni różnicowych

Dynamika sygnału wyjściowego zwiększona o 6 dB w porównaniu z wyjściem jednoliniowym

Zalety układów w pełni różnicowych Zakłócenia na wejściu Zakłócenia na wyjściu Zakłócenia na liniach zasilania Zwiększona odporność na zakłócenia

Zalety układów w pełni różnicowych Duży współczynnik tłumienia zmian zasilania (PSRR) Redukcja parzystych harmonicznych

gdzie:

W pełni różnicowy wzmacniacz operacyjny z wewnętrznym sprzężeniem zwrotnym dla sygnału wspólnego

W pełni różnicowe wzmacniacze operacyjne z wewnętrznym sprzężeniem zwrotnym dla sygnału wspólnego THS 4131 (2001 r.) Texas Instruments THS 4509 (2005 r.) Texas Instruments AD 8132 (2004 r.) Analog Devices

W pełni różnicowy wzmacniacz operacyjny firmy Texas Instruments

Redundancja strukturalna układów w pełni różnicowych ułatwia ich testowanie i diagnostykę

Testowanie układ ó w w pełni r ó żnicowych Pobudzenie sygnałem r ó żnicowym Pobudzenie sygnałem wsp ó lnym Wariant 1 Wariant 2 Można wykazać, że wariant 1 i wariant 2 są równoważne z punktu widzenia testowania zorientowanego na uszkodzenia.

Funkcje układowe Pobudzenie sygnałem r ó żnicowym Pobudzenie sygnałem wsp ó lnym Wariant 1 Wariant 2

Testowanie napięciem wspólnym podanym na wejście sekcji ~ V iC _ + + _ W1W1 _ + + _ W2W2 _ + + _ W3W3 V o3+ V o3- _ + + _ W1W1 V o1+ V o1- ~ V iC Bezpośrednie pobudzenie pierwszej sekcji Pobudzenie sekcji wbudowanej za pośrednictwem sekcji poprzedzającej

Pobudzenie napięciem wspólnym wymuszonym na wyjściu sekcji _ + + _ W1W1 V o1+ V o1- ~ V iC ~ _ + + _ W1W1 _ + + _ W2W2 _ + + _ W3W3 V o3+ V o3- Testowanie pierwszej sekcji Testowanie sekcji wbudowanej

Testowany układ – filtr pasmowoprzepustowy 6. rzędu Sekcja 1 Q 1 =  01 = 4.44  10 3 rad/s k 1 = Sekcja 2 Q 2 = 2.18  02 = 6.84  10 3 rad/s k 2 = Sekcja 3 Q 3 = 2.18  03 = 2.88  10 3 rad/s k 3 =

Transmitancja sekcji filtru gdzie:

Projektowanie dla testowania – w pełni różnicowa implementacja filtru R3 R3’ C1 C1’ R1 R1’ R2 R2’ C2’ C2 W R4 R4’ R5 R5’ R6 R6’ C3 C3’ C4 C4’ C5 C5’ C6 C6’ W2 W3 V i- V i+ V o+ V o- V oCM1 V oCM2 V oCM3

Transformacja układu o strukturze niesymetrycznej do postaci w pełni różnicowej Filtr typu biquad o strukturze niesymetrycznej

W pełni różnicowa implementacja filtru typu biquad

Architektura wbudowanego układu samotestującego (BIST) Sekcja 1 Sekcja 2 Sekcja 3 Multiplekser Analizator odpowiedzi Wynik testu Wejście filtru Wyjście filtru Generator

Wyniki symulacji i pomiar ó w Testowanie sygnałem wsp ó lnym

Przykładowe wyniki pomiarów napięcia różnicowego w filtrze z uszkodzeniami katastroficznymi sekcji 1 Uszkodzony element Wyjściowe napięcie r ó żnicowe [V] Wariant 1Wariant 2 ZwarcieRozwarcieZwarcieRozwarcie R111,270,971,270,98 R211,270,961,280,98 R120,960,99 1,09 R220,951,160,981,09 C110,950,770,970,79 C210,930,780,990,78 C120,750,960,780,98 C220,730,960,780,98

Podsumowanie 1. Transformacja układów do postaci w pełni różnicowej ułatwia ich testowanie i diagnostykę. Dodatkowo uzyskujemy polepszenie parametrów funkcjonalnych. 2. Wykorzystanie wzmacniaczy ze sprzężeniem zwrotnym dla sygnału wspólnego daje możliwość realizacji oszczędnego pod względem układowym i nieinwazyjnego BISTu. 3. Wyeliminowanie potrzeby stosowania drogich zewnętrznych testerów i precyzyjnych pomiarów rekompensuje koszty realizacji BISTu.