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Séminaire CNES : Les CAN pour les applications spatiales Auto-Test Intégré des CAN Y. Bertrand, F. Azaïs, S. Bernard, M. Comte et M. Renovell 28 mai 2002, Toulouse LIRMM : Laboratoire d’ Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellie
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Séminaire CNES : Les CAN pour les applications spatiales Auto-Test Intégré des CAN Y. Bertrand, F. Azaïs, S. Bernard, M. Comte et M. Renovell 28 mai 2002,

Dec 17, 2015

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Page 1: Séminaire CNES : Les CAN pour les applications spatiales Auto-Test Intégré des CAN Y. Bertrand, F. Azaïs, S. Bernard, M. Comte et M. Renovell 28 mai 2002,

Séminaire CNES : Les CAN pour les applications spatiales

Auto-Test Intégré des CAN

Y. Bertrand, F. Azaïs, S. Bernard, M. Comte et M.

Renovell

28 mai 2002, Toulouse

LIRMM : Laboratoire  d’ Informatique,

de Robotique et de Microélectronique de Montpellier

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Yves Bertrand

OutlineOutline

Introduction

Histogram-based BIST

BIST Implementation

Performance Evaluation

Conclusions

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Yves Bertrand

IntroductionIntroduction

AnaloAnalogg

DigitalDigital

Mixed-Signal IC

Fault-Oriented Test• ATPG• DFT• BIST

Specification-Oriented Test

?

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Yves Bertrand

IntroductionIntroduction

Ideal ADC

LSB = FS/2n

Analog input

Ideal Transfert Curve

111110101100011010001000D

igit

al ou

tpu

t

VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 VT7 FS

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Yves Bertrand

IntroductionIntroduction

ADC ParametersADC Parameters

Offset Error Gain Error

111

110

101

100

011

010

001

000

Analog input

Dig

ital ou

tpu

tN-Linearity Errors

Analog input

111

110

101

100

011

010

001

000

Dig

ital ou

tpu

t

INL

DNL

111

110

101

100

011

010

001

000

Analog input

Dig

ital ou

tpu

t

Ideal

Offset

Gain

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Yves Bertrand

Histogram-based BISTHistogram-based BIST

Histogram-based Test

Histogram

H(i)

ou

tpu

t co

de

Analog input

Tim

e

2A

VT3 FS000001010011100101110111

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Yves Bertrand

ADCADC

AnalogWaveformGenerator

Analog

Input

ADCParamete

rs

Histogram-based BISTHistogram-based BIST

Histogram-based BIST Architecture

DigitalOutputn bits

Detector Module Control Unit

2n Memory Words

(Measured Histo.)

2n Memory Words

(Ideal Histo.)

DSP

or

-Processor

Exploitation module

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Yves Bertrand

Linear Histogram

Hideal

Hextreme

2 Memory Wordsfor the storage of the Ideal

Histogram

Histogram-based BISTHistogram-based BIST

Sinusoidal Histogram

Choice of the Input Waveform

Non-Uniform Distribution

2n Memory Wordsfor the storage of the Ideal

Histogram

H(i)

Uniform Distribution

A

FSisin

A

FSisin

N)i(H

n

n

n

n

nT

ideal 2222

222

211

A

FS

2

N)i(H

nT

ideal

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Yves Bertrand

Histogram-based BISTHistogram-based BIST

Parameter Evaluation

Hideal

Hextreme

Offsetn

idealH2

)1(H)2(H

Code i

Code Count H(i)

Division by constantAddition Subtraction

Code 1 Code 2n

m Codes

Division by constantAddition Subtraction

Gain-1 idealm.H

)i(HN2

N1

INL (i) i

j=1

DNL (j)

DNL (i)idealH

)i(H idealH

Gain-1 idealm.H

)i(HN2

N1

Division by constantAddition Subtraction

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Yves Bertrand

Histogram-based BISTHistogram-based BIST

Time Decomposition Technique

1 Memory Wordfor the storage of the Measured

Histogram

Code 1 Processing

Code 2n Processing

Code N1 Processing

Code N2 Processing

Code 1 Processing

Code 22nn Processing

Code 1 Processing

Code 2n Processing

...

....

....

Step 1:

Step 2:

Step 1:

Step m:

Step 1:

Step 2n:

Step 1:

Step 2n:

...

....

....

Phase 1:

Phase 2:

Phase 3:

Phase 4:

TIM

E

Offset Calculation

Gain Calculation

DNL Calculation

INL Calculation

Reusable test resources

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Yves Bertrand

ADCADC

TriangleWave

Generator

AnalogInput

ADCADCParameterParameter

ss

Histogram-based BISTHistogram-based BIST

Optimized BIST Architecture

DigitalOutputn bits

Detector Module Control Unit

2 Memory Words

(Ideal Histo.)

1 Memory Word

(Measured Histo.)

Elementary

Operators

-

Exploitation module

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Yves Bertrand

BIST ImplementationBIST Implementation

Optimized BIST Architecture

Detector Module

2 Memory Words

(Ideal Histo.)

1 Memory Word

(Measured Histo.)

Elementary Operators

-

Exploitation module

ADC Output DigitalOutput

n bits

Control Unit

Exploitation module

Control Unit Detector Mod.

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Yves Bertrand

BIST ImplementationBIST Implementation

Generation of the Reference Code

Comparison of this Code with the ADC

Output

Detector Module

Counter ComparatorCounter Comparator

Exploitation module

Control Unit Detector Mod.

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Yves Bertrand

BIST ImplementationBIST Implementation

Detector Module

ADC_Out [i+1]

DM_SetDM_Clear

Next_Code

Control

Comparator_Out

O1[i+1]

O2[i+1] 1-bit block

[ i+1]

O1[i-2]

O2[i-2]

ADC_Out [i-1]

1-bit block

[ i-1]

ADC_Out [i]

1-bit block

[ i]

Number of 1-bit blocks = NbitsExploitation module

Control Unit Detector Mod.

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Yves Bertrand

BIST ImplementationBIST Implementation

Exploitation module

Exploitation module

Control Unit Detector Mod Up / Down Counter

Adder

1 Memory Word

(Measured Histo.) H(i)

Counterif code = i then R = R + 1

Subtractor

H(2n)-H(1)

if code = 1 then R = R + 1if code = 2n then R = R + 1

Up/Down Counter-

Divider

2 Memory Words

(Ideal Histo.)1

m.HIdeal

HIdeal = 2P & m = 2Z (P+Z)-bit shift

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Yves Bertrand

BIST ImplementationBIST Implementation

Exploitation module

EM_Clear

Ext_Clock

c2c1

S1[i+1]

S2[i+1]

EM_Out[i+1]

[ i+1]

1-bit block

EM_Out[i]

[ i+1]

1-bit block

S1[i-2]

S2[i-2]

EM_Out[i-1]

[ i+1]

1-bit block

Number of blocks = F(Gain,DNL)Exploitation module

Control Unit Detector Mod.

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Yves Bertrand

BIST ImplementationBIST Implementation

Control Unit

Library IEEE;

use IEEE.std_logic_1164.all

entity Contol_Unit is

port(ck,startS,endS,In0: in std_logic;

c1,c2,clr_DM : Out std_logic);

end Control_Unit

architecture ArchControl of Control_Unit is

type state is (Ini_Etat, o1,o2,o3,o4,o5,o6,o9);

signal nextEtat, presEtat: state;

begin

control : process (presEtat, startS,endS,In0)

begin

nextEtat <= presEtat

case (presEtat) is

...

VHDL

Synopsys

Exploitation module

Control Unit Detector Mod.

[ i+1]

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Yves Bertrand

Performance EvaluationPerformance Evaluation

Example of BIST Structure

Number of bits : 6

Exploitation

HIdeal=25 & m=24

EM_Out[i]

[ i+1]

1-bit block

10 x

Exploitation module

Control unit

VHDL

Control Unit

ADC_Out [i]

1-bit block

[ i]

6 xDetector

Nbits

Detector Mod.

DNL DNL = 0.03 LSB= 0.03 LSB

GainGain = 0.05 LSB= 0.05 LSB

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Yves Bertrand

Performance EvaluationPerformance Evaluation

AMS0.8u

Example of BIST Structure

Area

FLASH6 3.3 mm2100MS/sec 6 bits

BIST 0.22 mm2

Relative area : 7 %<6 bits

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Yves Bertrand

Performances & DiscussionPerformances & Discussion

Limitation

6

8

10

12

14

Number of bits

TEST TIME

300ms

5s

1mn 15s

20mn

5h 22mn

Fs=1MHz

30ms

500ms

7.5s

2mn

32mn

Fs=10MHz

6ms

100ms

1.5s

24s

6mn

Fs=50MHz

3ms

50ms

750ms

12s

3mn

Fs=100MHzn

Trade-off Time-to-area

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Yves Bertrand

Conclusion & FutureConclusion & Future

High Level Structure Linear Histogram

Simplification of the computations

Time Decomposition

Low Level Implementation Detector Module = Counter

Exploitation Module = Up/Down Counter

Small Control Unit

Integrating Histogram-based Test ?