用于使用经校准的模数转换器的原位模拟信号诊断和纠错的
设备和方法
[0002] 本申请要求享有2016年8月30日在美国
专利和商标局提交的非临时申请NO.15/251,861的优先权和权益，在此通过整体阐述而引用的方式出于所有可应用目的而将其全部内容并入本文。
技术领域
[0003] 本公开的一些方面总体涉及集成
电路(IC)的诊断和纠错，并且特别地涉及用于使用经校准的模数转换器原位或片上
模拟信号诊断和纠错的设备和方法。
背景技术
[0004] 集成电路(IC)芯片或管芯有时包括模拟或混合(模拟和数字)信号核芯的集合。例如，该IC芯片可以包括通用
串行总线(USB)物理
接口(USB PHY)核芯，个人部件互联特快(PCIe)物理接口(PCIe PHY)核芯，以及通用闪存(UFS)物理接口(UFS PHY)核芯。这些核芯中的每个核芯可以生成为了测试、纠错、优化、电路健壮性、运算验证、和/或其他目的而需要被监视的一个或多个模拟信号的集合。
发明内容
[0005] 以下展示了一个或多个
实施例的简化概要以便于提供这些实施例的
基础理解。该概要并非所有设想的实施例的广泛概述，并且有意设计为既未识别所有实施例的关键或重要要素也未描绘任意或所有实施例的范围。其单纯目的在于以简化形式展示一个或多个实施例的一些概念作为稍后所展示的更详细
说明书的前导。
[0006] 本公开的方面涉及一种包括集成电路(IC)的设备。IC包括被配置为生成一个或多个模拟信号的第一集合的第一核芯；被配置为生成一个或多个参考信号的集合的参考生成器；被配置为基于一个或多个模拟信号的第一集合中的所选择模拟信号而生成
数字信号的模数转换器(ADC)；以及被配置为选择性将一个或多个参考信号的集合的所选择一个路由至ADC以用于校准ADC、以及将一个或多个模拟信号的第一集合的所选择一个选择性地路由至ADC用以生成数字信号的
开关网络。
[0007] 本公开的另一方面涉及一种监视模拟信号的方法。方法包括在集成电路(IC)芯片的第一核芯内生成模拟信号；在IC芯片的第二核芯内生成参考信号；以及基于模拟信号和参考信号在IC芯片内生成数字信号。
[0008] 本公开的另一方面涉及一种设备，包括用于在集成电路(IC)芯片的第一核芯内生成模拟信号的装置，用于在IC芯片的第二核芯内生成参考信号的装置，以及用于基于模拟信号和参考信号在IC芯片内生成数字信号的装置。
[0009] 为了完成前述和相关方面，一个或多个实施例包括下文全面描述并特别地在
权利要求书中指出的特征。以下说明书和
附图详细阐述了一个或多个实施例的某些示意性方面。然而，这些方面指示了其中可以利用各个实施例原理的各种方式的少数几个，并且说明书实施例有意设计为包括所有这些方面和它们的等价形式。
附图说明
[0010] 图1示出了描绘了根据本公开一个方面的示例性测试系统的图。
[0011] 图2A示出了根据本公开的另一方面的包括片上模拟信号监视信号的示例性IC的
框图。
[0012] 图2B示出了根据本公开另一方面的另一示例性IC的框图。
[0013] 图2C示出了根据本公开另一方面的又一示例性IC的框图。
[0014] 图3示出了根据本公开另一方面的另一示例性片上模拟信号监视电路的示意图。
[0015] 图4示出了根据本公开另一方面的监视模拟信号的示例性方法的
流程图。
具体实施方式
[0016] 以下结合附图阐述的详细说明书有意设计作为各种配置的说明并且并非意在仅展示其中可以实践在此所述概念的配置。详细说明书为了提供各个概念的全面理解的目的而包括具体细节。然而，对于本领域技术人员明显的是，可以不使用这些具体细节而实践这些概念。在一些情形中，以框图形式示出广泛已知的结构和部件以便于避免模糊这些概念。
[0017] 许多集成电路(IC)芯片(也已知为“IC管芯”)包括模拟或混合(数字和模拟)信号核芯，每个核芯被配置为生成一个或多个模拟信号的集合。该模拟信号可以包括直流(DC)信号，以及低频模拟信号。通常在
原型设计阶段，需要监视这些模拟信号以诊断对应的核芯，以测试设计的功能，以及为了设计优化和健壮性目的。以下描述该IC的示例。
[0018] 图1示出了描绘了根据本公开的一个方面的示例性测试系统100的图。测试系统100包括作为待测装置(DUT)的IC 110，其具有位于IC封装120内的IC芯片130。在该示例中，IC芯片130包括模拟或混合信号核芯132、134和136的集合。例如，核芯中的一个核芯可以是
通用串行总线(USB)物理接口(USB PHY)，核芯中的另一个可以是个人部件互联特快(PCIe)物理接口(PCIe PHY)，以及核芯中的又一个可以是通用闪存(UFS)物理接口(UFS PHY)。
[0019] 模拟或混合信号核芯132、134和136中的每个核芯被配置为生成一个或多个模拟信号的集合(例如，DC，低频信号，偏置条件，
电流，以及
电压)。可以选择性地输出每个核芯132、134和136的模拟信号的一个或多个以用于测试、纠错、优化、和/或其他目的。例如，模拟或混合信号核芯132可以经由开关SW1选择性地输出一个或多个模拟信号的集合(共同称作VA1)至IC芯片130的
焊料凸块142。类似地，模拟或混合信号核芯134可以经由开关SW2选择性地输出一个或多个模拟信号的另一个集合(共同地称作VA2)至IC芯片130的焊料凸块144。
以及，模拟或混合信号核芯136可以经由开关SW3选择性地输出一个或多个模拟信号的集合至IC芯片130的焊料凸块146。
[0020] IC封装120可以包括分别经由封装互连152、154和156而耦合至模拟或混合信号核芯132、134和136的焊料凸块142、144和146的球栅阵列(BGA)焊球122、124和126的集合。分别经由互连152、154和156将模拟信号VA1、VA2和VA3的集合路由至BGA焊球122、124和126以用于测试、诊断、纠错、优化和/或其他目的。因此，BGA焊球122、124和126用作用于IC 110的模拟测试点(ATP)。
[0021] 测试仪器170可以经由通用输入/输出(GPIO)接口160(例如连接器和
电缆)而电耦合至每个BGA焊球122、124和126，以将模拟信号VA1、VA2和VA3的集合选择性提供至测试仪器。在IC 110的原型设计期间，由测试仪器170分析来自核芯132、134和136的模拟信号VA1、VA2和VA3的集合，以确保信号对准并且导致IC 110的健壮性能。在最终的商业产品中，可以由测试仪器170分析模拟信号VA1、VA2和VA3的集合以在现场对IC 110故障检修。
[0022] IC 110存在若干缺点。首先，在制造IC过程中，可以为了机密和/或所有权原因而不希望客户经由BGA焊球122、124和126
访问模拟信号VA1、VA2和VA3的集合。进一步，在IC封装面积方面为了测试目的实施互连152、154和156以及BGA焊球122、124和126以输出模拟信号VA1、VA2和VA3的集合存在成本。减少或甚至消除为了测试目的的封装互连和BGA焊球的数目可以允许更好地利用IC封装面积。
[0023] 简言之，本公开的一个方面在于创建一种片上方案以监视来自一个或多个模拟或混合信号核芯的模拟信号。通过创建片上方案，可以减少或甚至消除用于模拟信号测试目的的BGA焊球以及封装互连的数目，这促进了IC芯片和封装尺寸的减小，和/或允许面积用于其他目的。
[0024] 在另一方面，片上模拟信号监视方案将来自模拟或混合信号核芯的模拟信号转换为数字信号以存储在IC芯片上的
存储器核芯中。就此而言，片上模拟信号监视方案促进了现场测试核芯。例如运行了诊断
软件的测试仪器可以连接至IC芯片内的测试接口电路，以出于测试、监视、诊断、纠错、优化和/或其他目的而访问模拟信号的已存储数据。
[0025] 以下参照各个示例性实施方式更详细描述片上模拟信号监视方案。
[0026] 图2A示出了根据本公开的另一方面的包括片上模拟信号监视电路的示例性IC 200的图。特别地，IC 200包括位于IC封装210内的IC芯片220。IC芯片220可以包括一个或多个模拟或混合信号核芯232-1至232-L，其中L是一个或多个的整数。作为示例，核芯232-1至
232-L可以是UFS PHY、PCIe PHY、以及USB PHY核芯。
[0027] 核芯232-1至232L中的每个核芯被配置为生成希望为了配置、优化、健壮性、诊断、纠错、测试和/或其他目的而监视的模拟信号的集合。例如，模拟或混合信号核芯232-1可以生成模拟信号VA11至VA1M，其中M是一个或多个的整数。类似地，模拟或混合信号核芯232-L可以生成模拟信号VAL1至VALN，其中N是一或更多的整数。
[0028] 模拟或混合信号核芯232-1至232-L包括用于选择性地输出待监视的模拟信号或电压的开关。例如，核芯232-1包括开关SW11至SW1M的集合，该集合用于将模拟信号或电压VA11至VA1M中的一个模拟信号或电压选择性地输出至IC芯片220的焊料凸块234-1。类似地，核芯232-L包括开关SWL1至SWLM的集合，该集合用于将模拟信号或电压VAL1至VALN中的一个模拟信号或电压选择性地输出至IC芯片220的焊料凸块234-L。
[0029] 焊料凸块234-1至234-L可以电耦合至模拟总线236，其至少一部分可以实施作为IC封装210的互连。模拟总线236可以电耦合至IC封装210的BGA焊球的集合中的至少一个焊球238。测试设备可以为了测试以及如在此所述的其他相关目的而耦合至至少一个BGA焊球238。因此，至少一个BGA焊球238可以用作模拟ATP。
[0030] IC芯片220进一步包括片上模拟信号监视电路240。为了减小复杂性并节省IC芯片的面积，片上模拟信号监视电路240可以实施在已经存在的核芯中，诸如在参考发生核芯中。参考发生核芯可以是生成精确的参考电压和/或电流的核芯。
[0031] 因此，片上模拟信号监视电路240包括被配置为生成一个或多个参考信号的集合的参考生成器242。例如，参考生成器242可以生成参考电压VBG(例如带隙电压)、第一参考电流(例如反比于
电阻器电流IP)以及第二参考电流(例如恒定电流IE)。如图所示，参考生成器242可以经由IC芯片220内的阻抗校准的电路径而提供参考信号VBG,IP,和IE中的一个或多个参考信号至模拟或混合信号核芯232-1至232-L中的一个或多个核芯。核芯232-1至232-L均使用参考信号VBG,IP,和IE中的任意一个或多个参考信号以执行其设计的操作。
[0032] 片上模拟信号监视电路240也包括开关网络244和模数转换器(ADC)246。开关网络244继而包括开关SW01至SW06。开关SW01至SW03的子集分别耦合在参考生成器242的输出端(用于生成VBG,IP,和IE)和开关SW04之间。开关SW05耦合在开关SW04和ADC 246的输入端之间。开关SW06耦合在开关SW04和IC芯片220的焊料凸块235之间。焊料凸块235接着耦合至模拟总线236和BGA焊球238。
[0033] IC芯片220进一步包括耦合至测试接口电路270的
控制器260和存储器核芯250。存储器核芯250被配置为存储由ADC 246生成的数字化模拟电压VD以后续由测试设备经由测试接口电路270、至少一个焊料凸块272和至少一个焊球274而外部访问。控制器260可以被配置为生成开关
控制信号SW_CNTL以用于控制在此所述的各个开关，诸如开关SW01至SW06、SW11至SW1M、SWL1至SWLN的状态。就此而言，控制器260可以从测试设备接收外部测试配置信号，例如，经由至少一个BGA焊球274，至少一个焊料凸块272，以及测试接口电路270，用于设置用于监视模拟信号的所希望测试环境。
[0034] 在操作中，可以使用参考信号VBG、IP、和IE中的所选参考信号来校准ADC 246。例如，如果ADC 246是电压模式ADC，则可以使用带隙电压参考信号VBG来校准ADC。备选地，也可以通过包括用于将电流参考信号转换为电压的至少一个
电阻器而使用电流参考信号IP和IE中的任意一个电流参考信号来校准电压模式ADC，被转换的电压用于校准ADC 246。如果ADC 246是电流模式ADC，则可以使用电流参考信号IP和IE中的任意一个电流参考信号来直接校准ADC。
[0035] 就此而言，控制器280可以接收用于使用所选择的参考来校准ADC 246的测试配置信号。作为响应，控制器260生成开关控制信号SW_CNTL以配置开关网络244的开关，以用于使用参考信号中的所选参考信号来校准ADC 246。例如，如果将要使用参考信号VBG校准ADC 246，则控制器260生成开关控制信号SW_CNTL以闭合开关SW01、SW04和SW05，并且断开开关SW02、SW03和SW06。在该配置中，经由开关SW01、SW04和SW05提供参考信号VBG至ADC 246。断开其他开关SW02、SW03和SW06以防止所选择参考信号VBG的
泄漏和干扰。
[0036] 类似地，如果要使用参考信号IP校准ADC 246，则控制器260生成开关控制信号SW_CNTL以闭合开关SW02、SW04和SW05，并断开开关SW01、SW03和SW06。在该配置中，经由开关SW02、SW04和SW05提供参考信号IP至ADC 246。断开其他开关SW01、SW03和SW06以防止所选择参考信号IP的泄漏和干扰。
[0037] 以类似方式，如果要使用参考信号IE校准ADC 246，则控制器260生成开关控制信号SW_CNTL以闭合开关SW03、SW04和SW05，并且断开开关SW01、SW02和SW06。在该配置中，经由开关SW03、SW04和SW05提供参考信号IP至ADC 246。断开其他开关SW01、SW02和SW06以防止所选择参考信号IP的泄漏和干扰。
[0038] 也可以使用外部参考信号来校准ADC 246。可以经由BGA焊球238提供外部参考信号至ADC 246。就此而言，控制器260生成开关控制信号SW_CNTL以配置开关网络244的开关，以用于使用外部参考信号来校准ADC 246。例如，控制器260生成开关控制信号SW_CNTL以闭合开关SW05和SW06，并断开开关SW01至SW04。额外地，在该配置中，控制器260可以生成开关控制信号以断开模拟或混合信号核芯232-1至232-L中的所有开关SW11至SW1M至SWL1至SWLN以便不干扰外部参考信号。因此，经由BGA焊球238、模拟总线236、焊料凸块235、以及开关SW06和SW05施加外部参考信号至ADC 246。类似地，断开开关SW01至SW04以便内部参考信号VBG,IP,和IE不干扰施加至ADC 246的外部参考信号。
[0039] 为了数字化来自模拟或混合信号核芯232-1至232-L中的一个核芯的所选模拟信号，控制器260基于经由测试接口电路270接收的测试配置命令而配置开关，以路由模拟电压中的所选电压至ADC 246用于数字化。就此而言，控制器260生成开关控制信号SW_CNTL以闭合与待数字化的模拟电压相对应的开关SW11至SWLN中的开关，并且断开剩余的开关SW11至SWLM。额外地，根据该测试配置，控制器260生成开关控制信号SW_CNTL以闭合开关SW05和SW06，从而经由开关SW11至SWLN、开关SW06和开关SW05中的所选开关而路由至ADC 246。进一步，根据该配置，控制器260生成开关控制信号SW_CNTL以断开至少开关SW04以及可选地开关SW01至SW03，因此内部参考信号VBG,IP,和IE并不干扰施加至ADC 246的所选择模拟电压。
[0040] ADC 246随后将所选择的模拟信号转换为数字信号VD，以用于存储在存储器250中。过程可以重复以用于根据期望根据由控制器260经由测试接口电路270接收的测试配置命令而数字化其他模拟信号VA11至VALN。存储器核芯250可以随后接收读出命令以将一个或多个数字化的模拟电压VD经由测试接口电路270输出至外部(例如基于软件的)诊断或测试设备。
[0041] 基于接收到的测试配置命令，控制器260也可以使得模拟电压VA11至VALN中的所选模拟电压路由至模拟ATP 238，以用于由外部测试设备执行模拟信号的直接监视。就此而言，控制器260基于经由测试接口电路270接收的测试配置命令，生成开关控制信号SW_CNTL以闭合开关SW11至SWLN中与所选择模拟电压相对应的开关，并断开开关SW11至SWLN中剩余开关。额外地，根据该测试配置，控制器260生成开关控制信号SW_CNTL以断开开关SW06，从而开关网络244并不影响将所选择的模拟信号路由至模拟ATP 238。
[0042] 因此，片上模拟信号监视电路240促进了来自模拟或混合信号核芯的模拟信号的监视和数字化，以及
数字化信号的随后存储。为了测试和/或诊断目的，现场或研发工程师可以将基于软件的测试设备经由至少一个凸块和至少一个BGA焊球274连接至测试接口电路270，并从存储器核芯250读出所有期望的数字化模拟电压。测试设备可以随后分析数据以帮助工程师纠错和/或优化IC 200。备选地，或者除此之外，如果希望纠错和/或优化IC 200，则现场或研发工程师可以将测试设备连接至模拟ATP 238以直接地监视模拟信号。
[0043] 图2B示出了根据本公开另一方面的另一示例性IC 202的框图。IC 202是IC 200的
变形并包括如由相同参考数字所指示的许多类似元件。如前所述，因为可以由外部测试设备经由测试接口电路270监视所有数字化模拟信号，因此可以无需模拟ATP 238。相应地，IC 202可以可选地被配置为消除模拟ATP 238。这促进制造更小的IC封装210或者促进将之前旨在设计用于ATP 238的面积用于其他目的。
[0044] 图2C示出了根据本公开另一方面的又一示例性IC 204的框图。IC 204是IC 202的变形且包括如由相同参考数字所指示的许多类似元件。如前所述，因为可以无需模拟ATP 238，因此模拟总线236无需实施作为封装互连。因此，IC 204可以可选地被配置为实施在IC芯片220内的模拟总线236。此外，这可以进一步促使IC封装210更小或者促使之前有意设计用于模拟总线互联236的面积用于其他目的。
[0045] 图3示出了根据本公开另一方面的另一示例性片上模拟信号监视电路300的示意图。监视电路300可以是之前所述的监视电路240的示例性实施方式。监视电路300包括具有传输
门PG1至PG7的开关网络310以及ADC 320。控制信号Sel<1>至Sel<7>分别设置传输门PG1至PG7的状态(导通或关断)。控制信号Sel<1>至Sel<7>可以由控制器260生成作为开关控制信号SW_CNTL。
[0046] 在该示例中，存在三个(3)可用的参考信号VBG、IE和IP。带隙参考信号VBG被施加至传输门PG1的输入端。控制信号Sel<1>及其互补信号 被施加至传输门PG1的栅极和互补栅极。恒定电流参考信号IE被施加至传输门PG2的输入端。控制信号Sel<2>及其互补信号 被施加至传输门PG2的栅极和互补栅极。此外，反比电阻器电流IP施加至传输门PG3的输入端。控制信号Sel<3>及其互补信号 施加至传输门PG3的栅极和互补栅极。
[0047] 传输门PG1和PG2包括耦合至传输门PG4的输入端的输出端。控制信号Sel<4>及其互补信号 被施加至传输门PG4的栅极和互补栅极。传输门PG3和PG4包括耦合至传输门PG5和PG6的输入端的输出端。控制信号Sel<5>及其互补信号 被施加至传输门PG5的栅极和互补栅极。控制信号Sel<6>及其互补信号 被施加至传输门PG6的栅极和互补栅极。
[0048] 传输门PG5包括耦合至ADC 320的输入端的输出端。传输门PG6包括耦合至模拟信号总线340以及传输门PG7的输入端的输出端。控制信号Sel<7>及其互补信号被施加至传输门PG7的栅极和互补栅极。传输门PG7包括耦合至ADC 320的输入端的输出端。
[0049] 待监视的模拟信号VA的源320(例如模拟或混合信号核芯)耦合至模拟信号总线340。此外，可选地，BGA焊球350可以耦合至模拟信号总线340。如以下更详细所述，ADC 320被配置为数字化模拟电压VA以生成数字化信号VD。
[0050] 在操作中，为了将所选择的内部参考信号(例如VBG、IE或IP)发送至ADC 320用于校准目的，控制信号Sel<5>被设置为逻辑高以导通传输门PG5，并且控制信号Sel<6>和Sel<7>被设置逻辑低以关断传输门PG6和PG7。进一步，对应于所选择参考信号(VBG、IE和IP中的所选项)的控制信号(Sel<1>至Sel<3>中的所选信号)被设置逻辑高以导通对应的传输门(传输门PG1、PG2和PG3中的所选传输门)。进一步，对应于未选择参考信号(VBG,IE,和IP的未选择两个)的控制信号(Sel<1>至Sel<3>的未选择两个)被设置逻辑低以关断对应的传输门(传输门PG1、PG2和PG3的未选择两个)。如果所选择参考信号中的一个参考信号是VBG或IE，则控制信号Sel<4>被设置逻辑高以导通传输门PG4。否则，控制信号Sel<4>可以被设置逻辑低以关断传输门PG4，如果选择的参考信号是IP。
[0051] 因此，经由所选择传输门(传输门PG1、PG2和PG3的所选择一个)、传输门PG4(如果所选择的参考信号是VBG或IE)以及传输门PG5将所选的参考信号路由至ADC 320。关断传输门PG6和PG7以防止所选择的参考信号泄漏出至模拟总线340并防止驻留在模拟总线中任何信号或噪声影响将所选择参考信号路由至ADC 320。
[0052] 为了将模拟信号VA发送至ADC 320以用于数字化，控制信号Sel<7>被设置逻辑高以导通传输门PG7，并且剩余的控制信号Sel<1>至Sel<6>可以被设置逻辑低以分别关断传输门PG1至PG6。因此，经由传输门PG7将模拟信号VA路由至ADC 320，并且关断其他传输门PG1至PG7以防止当将其路由至ADC 320时模拟信号VA的泄漏和干扰。
[0053] 为了将所选择的参考(VBG、IE和IP中的所选项)发送至BGA焊球350，对应于所选择参考信号的控制信号(SEL<1>至SEL<3>中的所选信号)被设置逻辑高，以导通对应的传输门(传输门PG1、PG2和PG3的所选择一个)。如果所选择的参考信号之一是VBG或IE，则控制信号Sel<4>被设置逻辑高，以导通传输门PG4。否则，控制信号Sel<4>可以被设置逻辑低，以关断传输门PG4，如果所选择的参考信号是IP。控制信号Sel<6>被设置逻辑高，以导通传输门PG6。控制信号Sel<5>和Sel<6>可以被设置逻辑低，以关断传输门PG5和PG7。
[0054] 因此，经由所选择的传输门(传输门PG1、PG2和PG3中的所选传输门)、传输门PG4(如果所选择的参考信号是VBG或IE)以及传输门PG6，将所选择的参考信号发送至BGA焊球350。关断传输门PG5和PG7以防止当将其被路由至BGA焊球350时所选参考信号的泄漏和干扰。
[0055] 为了从模拟总线340断开监视电路300，控制信号Sel<6>和Sel<7>被设置逻辑低，以关断传输门PG6和PG7。
[0056] 图4示出了根据本公开另一方面的监视模拟信号的示例性方法400的流程图。方法400包括在IC芯片的第一核芯内生成模拟信号(方框402)。用于生成模拟信号的装置的示例包括在IC芯片220的模拟或混合信号核芯234-1至234-L中的任意一个核芯内的任何电路装置。
[0057] 方法400进一步包括在IC芯片的第二核芯内生成参考信号(方框404)。用于在IC芯片的第二核芯内生成参考信号的装置的示例包括参考生成器242，其在IC芯片220的参考生成核芯内生成参考信号VBG,IP,和IE中的任意一个参考信号。
[0058] 方法400也包括基于模拟信号和参考信号在IC芯片内生成数字信号(框406)。用于基于模拟信号和参考信号而在IC芯片内生成数字信号的装置的示例包括模数转换器(ADC)246。
[0059] 提供本公开的之前说明以使得本领域任何技术人员制造或使用本公开。对于本公开的各种
修改对于本领域技术人员是显而易见的，并且在此所限定的一般性原理可以适用于其他变形例而并未脱离本公开的精神或范围。因此，本公开并非意在限定于在此所述的示例，而是符合与在此所公开的原理和创新性特征一致的最宽范围。
