一种基于电压比较器衬底噪声的测试方法new

《一种基于电压比较器衬底噪声的测试方法new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第31卷第1期电子科技大学学报Vol.31No.12002年2月JournalofUESTofChinaFeb.2002*一种基于电压比较器衬底噪声的测试方法**师奕兵陈光礻禹王厚军(电子科技大学自动化工程学院成都610054)JiannS.Yuan(美国中佛罗里达大学工程与计算机科学学院奥兰多FL32816)摘要论述了一种测试混合信号集成电路衬底噪声波形的方法采用电压比较器利用衬底电压对比较器状态的影响对噪声作出统计测试根据测试结果重建噪声波形设计了一测试系统的原理框图推导出了用于衬底噪声波形重建的表征取样噪声电压的平均电压和表征测试误差的均方根值的计算公式建立了模拟实

2、验电路给出了SPICE模拟实验结果关键词混合信号集成电路;衬底噪声;电压比较器;测试中图分类号TN453;TN710.9在许多多媒体应用中单片系统(SOC—SystemOnChip)集成是实现低成本高性能系统的一个重要途径除能够实现数字电路的大规模集成外现时的SOC方案亦能实现模拟电路和混合信号电路的单片集成实际应用中的混合信号集成电路是将高速模拟电路和大规模数字电路制作于同一硅衬底上如一个用于便携通信系统的RF电路芯片在这种集成电路中数字电路所产生的噪声通过衬底形成寄生电流传输到集成在同一芯片上的模拟电路从而在模拟电路中引入不容许的噪声信号衬底中的寄生电流称为衬底噪声衬

3、底噪声将严重降低混合信号集成电路的性能因此为了研究衬底噪声以及控制衬底噪声在混合信号集成电路的实现中的影响重要的一环是对衬底噪声进行测试文献[1~4]采用了单个晶体管放大器测试混合信号集成电路中的切换噪声文献[3]从实验角度描述了几种降低衬底噪声的方法并在测试结果的基础上对降噪效果进行了讨论但其所测噪声值包含了实验方案中晶体管放大器外部寄生阻抗的影响为了剔除这种寄生作用评价数字噪声对同一芯片上模拟电路的影响本文论述一种基于电压比较器的测试方法同时阐述测试系统的设计以及基于测试的衬底噪声波形的重建等问题1测试系统设计图1所示为测试方法的原理框图作为噪声检测器的集成电路片上比

4、较器对于数字电路的实际切换噪声能快速反应其输出测试逻辑的高或低取决于输入电压V相对于参考电压V的inref电平如果比较器几近理想且无耦合噪声则输出高出现的概率将由0100急剧变化或为50(当V=V时)若噪声加至比较器则概率将改变如图2所示噪声产生一亚稳定区在亚inref稳定区高电平与低电平相混合因此通过观测比较器输出的事件并计算亚稳定性的概率就能对噪声作出统计测试2001年10月8日收稿*国家留学基金管理委员会基金资助项目编号97339004**男36岁博士生副教授36电子科技大学学报第31卷Vref比较器输出Vin-+数字逻辑VrefVddVi100)数字噪声Vi=1,

5、2,M电压源ni,N50加入后定时/控制/(PPi,pi亚稳定区Vm,n显示输出0基于DSP分析Vin/V图1数字噪声测试原理图图2比较器测量的概率2衬底噪声的测试及波形重建测试中比较器V固定输入至比较器V的电压步进值为DV对于每一给定的V采集比refinin较器输出数据N次第i次测试中即V=V(=DV+V)时V高于V如果输出数据高出iniirefinref现ni次则亚稳定性的概率为Pi=ni/N于是概率密度函数pi可计算如下iniPi=åpjDV=(1)Nj=1Pi-Pi-1ni-ni-1pi==(2)DVNDV此概率分布的均值Vm和标准偏差s为MVm=åVipiDV(

6、3)i=1M2s=å(Vi-Vm)piDV(4)i=1式中M为测试的总次数无数字噪声的Vm或s与有数字噪声的Vm或s间的差即是噪声分布的均值和标准偏差因此数字噪声可以利用比较器的等效输入电压进行测试利用集成电路片上电压比较器测试衬底噪声同时也可以重建衬底噪声波形一噪声波形如图3所示波形中正向噪声脉冲出现在数字时钟的上升和下降跃变处此噪声是由快速的切换电流噪声所产生通过衬底耦合至比较器产生噪声的数字电路如图4所示为了重建噪声波形采用[5]电压比较器(如单端斩波型电压比较器)该比较器与数字电路同步而数字电路由一时钟信号触发黑圆点代表采样点为了测试采样值重复选取同一点t1分布密

7、度为p1的平均电压Vm1给出取样噪声电压而均方根值s1代表测试的误差Vm1和s1利用式(3)和式(4)计算得出衬底噪声波形可由每个采样值重建采样值通过将比较器的采样时间偏移Dt测试获得Vm1噪声波形1p10.5nst50ns数字时钟比较器时钟Ts=200ns图3噪声波形重建方法第1期师奕兵等:一种基于电压比较器衬底噪声的测试方法37DVddAVdd切换电流inoutCSCP数字电路模拟电路衬底电阻DVSSP衬底AVSS图4体硅CMOS混合信号集成电路中的衬底噪声3实验结果建立7级图4所示的倒相器切换电路的SPICE数字电路及衬