p - MES conference

Методика автоматизации
тестопригодного
проектирования аналоговых
ИС по технологии OBIST
С.Г. Мосин,
к.т.н., доцент
Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая
Григорьевича Столетовых, Россия
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
1
Содержание
• Методика OBIST-тестирования.
• Правила реконфигурирования.
• Структурные решения реализации схемы
реконфигурирования OBIST.
• Заключение.
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
2
Методика OBIST-тестирования
1. Выбор подсхемы реконфигурирования в АГ.
2. Анализ устойчивости схемы.
3. Оценка длительности переходных процессов в
реконфигурированной схеме.
4. Расчет частоты автоколебаний при номинальных
значениях параметров внутренних компонентов
исходной схемы.
5. Оценка диапазона изменения частоты автоколебаний
с учетом допусков на параметры внутренних
компонентов схемы с применением метода МонтеКарло.
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
3
Методика OBIST-тестирования (2)
6. Оценка покрытия неисправностей на моделях.
7. Измерение частоты самовозбуждения тестируемой
схемы.
8. Анализ на попадание измеренной частоты в диапазон
допустимых значений и принятие решения о
работоспособности схемы.
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
4
Выбор подсхемы реконфигурирования
Для генерирования схемой сигнала на резонансной частоте
wp с постоянной амплитудой полюсы должны находиться на
wp
wp
оси jw. Исходя из
p1, 2    jw  
 j
4Q p2  1
2Q p
2Q p
,
данное условие выполняется, когда Qp  ∞, т.е. если
добротность обладает достаточно большим значением.
Для обеспечения незатухания колебаний АГ необходимо
~ – множество параметров
p
~,
w p p 1   const , Q p p 2    p
(1) внутренних компонентов схемы,
~
p 1  p  0, p 1  p, p 2  p,
изменяющихся в режиме
тестирования, p – множество параметров внутренних
компонентов схемы.
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
5
Оценка длительности ПП
Расчет переходных процессов в реконфигурированной
схеме выполняют с использованием неявной формы
представления модели устройства


Fi dxt  dt ,  xt dt , xt   0 ,
i  1.. p .
На основе полученных в ходе моделирования результатов
определяют временную точку начала устойчивого
состояния автоколебаний и длительность переходных
процессов – t0ss.
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
6
Расчет частоты автоколебаний
VOUT
t
t0ss
t0
ts
t1
Длительность периода вычисляют как разность:
T = t1 – t0.
Величину частоты автоколебаний рассчитывают как
функцию, обратную периоду:
fOSC = 1 / T = 1 / (t1 – t0).
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
7
Оценка диапазона изменения fOSC
Для определения диапазона изменения частоты fOSC
необходимо выполнить моделирование схемы во
временной области с применением метода МонтеКарло. На каждой итерации i происходит вычисление
частоты fOSC_i тестируемой схемы с учетом допустимых
отклонений на параметры компонентов.
Использование полученной в ходе моделирования
функции распределения вероятностей позволяет
определить границы доверительного интервала с
min
max
необходимой надежностью – [ f OSC , f OSC ] .
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
8
Оценка покрытия неисправностей
На основе данных, полученных в результате
моделирования оригинальной схемы и схемы с
неисправностями, формируют таблицу неисправностей
(FT), каждая i-я строка которой включает два поля –
наименование заданной неисправности из FS (fti  FS) и
признак pi, определяемый следующим образом:




min
max
0, если fOSC _ i  fOSC
, fOSC
,
pi  
min
max
1, если fOSC _ i  fOSC , fOSC .
Значения таблицы неисправностей используют для
вычисления покрываемости неисправностей (FC)
N
N  FS .
FC   pi N ,
i 1
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
9
Измерение частоты fOSC
Для проверки работоспособности тестируемую схему
переводят в режим тестирования. По завершении
переходных процессов измеряют частоту выходного
генерируемого сигнала. Полученное значение частоты
сравнивают с границами допустимого диапазона частот.
При попадании измеренной частоты в данный диапазон
проверяемая схема признается исправной, в противном
случае – неисправной.
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
10
Структурные решения реализации схемы
реконфигурирования OBIST
Для выполнения условия (1) предложено использовать
следующие структурные решения для реализации схемы
реконфигурирования в АГ:
1) разрыв внутренних цепей электронными ключами;
2) формирование подключаемыми цепями необходимых
значений коэффициента усиления АНЭ;
3) включение дополнительной обратной связи.
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
11
Структурные решения реализации схемы
реконфигурирования OBIST
Правила обеспечения условия (1) за счет разрыва
внутренних цепей:
1) Построить передаточную функцию.
2) Выразить wp и Qp через параметры внутренних
компонентов схемы.
~
3) Выбрать множество независимых параметров p для
выражений wp и Qp.
~
4) Используя p обеспечить выполнение условия Qp  ∞.
5) Включить структурное решение, формирующее
~ в режиме
требуемые значения параметров p
тестирования, в оригинальную схему.
6) Определить сигналы управления режимом работы
схемы – нормальный или режим тестирования.
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
12
Структурные решения реализации схемы
реконфигурирования OBIST
Пример обеспечения условия (1) за счет разрыва
внутренних цепей.
R
Выражения для
R
резонансной
C
C
R
частоты w0 и
V
R
R
добротности имеют
1
2
5
3
4
7
6
следующий вид:
OA
R
OA
OA
8
w0  R1 R3 R2 R5C1C2 
3
1
2
1
4
in
2
5
1
6
2
3
R7
~  R , R , R 
p
4
6
7
© С. Г. Мосин, 2014
Q  R7 R6  R7 1  R1 R3  R4  R3 R4 
1
Простейший способ обеспечить выполнение
~
p
условия Qp  ∞ с помощью элементов из –
устремить параметр R6 к бесконечности.
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
13
Структурные решения реализации схемы
реконфигурирования OBIST
Правила обеспечения условия (1) за счет формирования
подключаемыми цепями необходимых значений коэффициента
усиления АНЭ:
1) Построить передаточную функцию.
2) Выразить wp и Qp через параметры внутренних компонентов
схемы.
3) Если выражение для Qp зависит от коэффициента усиления АНЭ,
~
охваченного ОС, параметры p которой не влияют на wp, то
вычислить значения соответствующих параметров, обеспечив
~ вычисляют путем составления и
условие Qp  ∞. Параметры p
решения системы уравнений.
4) Включить в оригинальную схему структурное решение,
~
формирующее требуемые значения параметров p в режиме
тестирования.
5) Определить сигналы управления режимом работы схемы –
нормальный или режим тестирования.
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
14
Структурные решения реализации схемы
реконфигурирования OBIST
Пример обеспечения условия (1) за счет формирования
подключаемыми цепями необходимых значений
коэффициента усиления АНЭ.
R
Выражения для резонансной
R
C
частоты w0 и добротности
V
V
1
2
3
имеют следующий вид:
4
OA
w0  R1  R3  R1R2 R3C1C2 
R
C
R
3
1
2
in
out
1
1
B
2
5
Q
RA
Q
R1  R3 R1R2 R3C1C2
R1R3 C1  C2   R2C2 R3  R1 K  1
K  1  RB RA
1
 0, R1 R3 C1  C 2   R2 C 2 R3  R1 K  1  0
Q
K  R1R3 C1  C2   R2C2 R2  R3  R1R2C2  RB R' A  R1R3 C1  C2   R2C2 R2  R3  R1R2C2   1;


rec
 R' A  RA  RA
© С. Г. Мосин, 2014
 R R ,
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
A
rec
A
15
Структурные решения реализации схемы
реконфигурирования OBIST
Правила обеспечения условия (1) за счет включения
дополнительной обратной связи:
1) Построить передаточную функцию оригинальной
схемы.
2) Оценить устойчивость системы.
3) Ввести в схему цепь ОС, обеспечивающую
неустойчивость системы.
4) Включить в оригинальную схему структурное решение,
формирующее ОС в режиме тестирования.
5) Выразить частоту автоколебаний через параметры
внутренних компонентов схемы и цепи ОС.
6) Определить сигналы управления режимом работы
схемы – нормальный или режим тестирования.
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
16
Структурные решения реализации схемы
реконфигурирования OBIST
Пример обеспечения условия (1) за счет включения
дополнительной обратной связи.
R
R
Vin
C
C
1
3 Vout
2
1
3
2
Smode
OA1
OA1
Vin
Rk
 Rk

 Vs  
 1Vs e
 ROC  Rk

© С. Г. Мосин, 2014
T /2

RC
Rk
Vout
ROC
Smode
T  2RC ln1  2Rk ROC 

Rk
Vs
ROC  Rk
w  2 T  22RC ln1  2Rk ROC 
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
1
17
Заключение
Предложена методика, позволяющая автоматизировать
процесс проектирования тестирующих OBIST-подсхем для
аналоговых ИС. Рассмотренные структурные решения
реконфигурирования оригинальной схемы и правила
обеспечения условия самовозбуждения ИС в режиме
тестирования применимы для широкого класса
аналоговых схем.
Экспериментальные результаты, полученные для ряда
схем активных фильтров, показывают эффективность
предложенной методики, что выражается в сокращении
времени проектирования тестирующей подсхемы и
последующего тестирования. Предложенная методика
может быть реализована в САПР тестопригодного
проектирования аналоговых ИС.
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
18
Спасибо за внимание!
Contacts:
Email: [email protected]
WWW: http://www.mosin.pro
© С. Г. Мосин, 2014
МЭС-2014. Россия, Москва, октябрь 2014
19