CMOS集成電路瞬態(tài)電流片外電流傳感器電路

隨著(zhù)芯片特征尺寸的縮小和電路復雜程度的增加，有阻開(kāi)路和有阻橋接缺陷的數目也在增加。同時(shí)，隨著(zhù)器件密度、復雜性和時(shí)鐘速度的增加，邏輯測試技術(shù)已不能提供足夠的故障覆蓋率。為了彌補傳統測試方法的不足，基于靜態(tài)電流(IDDQ)的測試方法被廣泛使用。然而，隨著(zhù)深亞微米技術(shù)時(shí)代的到來(lái)，總的靜態(tài)漏電流急劇增加，IDDQ測試技術(shù)受到嚴峻挑戰，因此，需要尋找新的測試技術(shù)，而瞬態(tài)電流測試技術(shù)提供一個(gè)很好的替代或補充。這種測試方法能夠檢測傳統測試和IDDQ測試所不能檢測的缺陷。

1 IDDT測試原理

IDDT測試是一種從供電回路，通過(guò)觀(guān)察被測電路所吸取的瞬間動(dòng)態(tài)電流來(lái)檢測故障的一種方法，被認為可以檢測出一些經(jīng)電壓測試和IDDQ測試所不能檢測的故障(像開(kāi)路故障(stuck-open fault)、冗余故障(redundant fault)和時(shí)延故障(delay fault)等)。

如圖1所示，輸入向量(測試向量)施加到被測集成電路的信號輸入端，利用脈沖信號的上升沿和下降沿，CMOS電路中的PMOS和NMOS晶體管會(huì )有瞬間的共同導通，這樣就在電源(VOD)和地(GND)之間形成一條通路，此時(shí)會(huì )有相對比較大的電流流過(guò)，這個(gè)電流就是IDDT。通過(guò)檢測IDDT的大小，便可知被測電路是否存在缺陷。

2電流傳感器電路的改進(jìn)

文獻[5]提出一種基于電荷測試的片外電流傳感器電路，該電流傳感器電路由4片高速電流反饋放大器(CFAs)組成，使用CLC449單片集成運算放大器作為基本組成單元。本文對文獻[5]中的片外電流傳感器電路進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的電路如圖2所示。

2.1 電流讀取放大單元(CSA)

電流傳感器電路通過(guò)測量連接在電源線(xiàn)上的采樣電阻兩端的電壓降而獲得瞬態(tài)電流，因此要求電流讀取放大單元要有足夠高的阻抗，以避免測試電路對被測集成電路供電電流的影響。利用運放U1和U2構成的電壓跟隨器電路為被測電路和U3構成的差分放大器電路的輸入端提供阻抗隔離。為了提高傳感器電路的穩定性，本文采用性能非常優(yōu)良的儀用放大電路，增加了電阻R12。

根據式(3)可知，若前級放大器增益(R12+R11+R9)/R12增大，則CMRR也相應增大，如果R11和R9使用的是基本相同的值，那么稍稍出現偏差也無(wú)所謂。為了能改變放大倍數，甚至可以大幅度地改變R12的值，因為式(1)中的V+和V-各自之間沒(méi)有任何關(guān)系，所以CMRR也不會(huì )發(fā)生大的變化。并且在多數情況下，通過(guò)對稱(chēng)使用U1和U2兩個(gè)運算放大器，而且R11=R9，則U1和U2兩個(gè)運算放大器由CMRR引起的輸出誤差，相位相同而且大小相等，這樣，差動(dòng)放大電路的輸出誤差就會(huì )小到可以忽略不計。