专利名称：功率开关测试设备和方法
功率开关测试设备和方法
背景技术：
许多集成电路针对多种用途而采用功率开关，例如用于提供功率级别(powerleve)、不同的功率域(power domain)和集成电路的其他功能。在许多应用中，多个功率域通常常常用于通过使用功率开关来关闭对于未使用电路�？榈牡缭矗醇跣⌒孤兜缌�。随着这种集成电路的复杂度的提高，常常实现多个功率开关。通常，如果需要有源操作，功率开关将功率域与电源耦合，如果不需要有源操作(例如，对于待机模式)则断开所述域。通常使用控制信号来控制功率开关，可以使用数字控制信号(例如对于混合信号设备)来实现所述控制信号。 随着功率开关个数及其相关复杂度的提高，测试这些电路的复杂度也提高。例如，可能很难以一种有效且经济的方式来实现对用于测试的每一个功率域的电源电压的识别。此外，某些功率测试方法需要专用的焊盘，并且包含可以引入不期望的阻抗和相关电压降的连接(所述不期望的阻抗和相关电压降影响测试量度)，并且包含附加的开销。一些这样的方法也难以与外部功率负载相结合来实现。这些和其他问题使得实现一种用于对集成电路芯片中的不同功率域加以控制的功率开关是具有挑战性的。
发明内容
多种示例实施例涉及电源、测试电源电路内的功率域以及解决包括上述挑战在内的各种挑战。根据示例实施例，一种功率开关设备包括多个独立的功率开关，耦合在电压源和切换后的电压输出之间；测试控制电路；电流产生电路；以及输出电路。所述测试控制电路与每一个功率开关耦合，并且响应于在至少一个功率开关处接收的测试信号，操作所述至少一个功率开关“接通(ON) ”状态以提供切换后的电压输出，同时操作至少另一个相应的功率开关处于“关断(OFF)”状态。电流产生电路与所述切换后的电压输出耦合，并且模拟针对相应功率开关的预期电流汲取。输出电路耦合用于接收所述切换后的电压输出，将切换后的电压输出的值与参考值进行比较，并且基于所述比较来提供测试输出，所述测试输出表示在接通状态下操作的功率开关的操作特性。另一个示例实施例涉及一种测试功率开关设备的方法，所述功率开关设备具有耦合在电压源和切换后的电压输出之间的多个功率开关。响应于在至少一个功率开关处接收到的测试信号，操作所述至少一个功率开关处于接通状态(on condition)以提供切换电压输出，同时操作至少另一个相应的功率开关处于关断状态(off condition)。根据切换后的电压输出来模拟针对相应功率开关的预期电流汲取。将切换后的电压输出的值与参考值进行比较，并且响应于所述比较来提供测试输出，以指示在接通状态操作的功率开关的操作特性。以上讨论并非易于描述本公开的每一个实施例或者每一种实现。附图和以下描述也示范了多种实施例。
考虑结合附图的以下详细描述，可以更加全面地理解各种示例实施例，其中图I示出了根据本发明示例实施例的具有内置自测试电路的功率电路；图2示出了根据本发明另一个示例实施例的具有内置自测试部件的功率电路；以及图3示出了根据本发明另一个示例实施例的用于测试功率电路的流程图。
具体实施方式
尽管本发明可以修改为各种改进和替代形式，在附图中已经作为示例示出了特定形式，并且将详细描述。然而应该理解的是并非意欲将本发明局限于这里描述的具体实施例。相反，意欲覆盖落在本发明范围之内的所有修改、等同和替换，包括权利要求中限定的方面。本发明可应用于多种不同类型的电路、设备和系统，以向集成电路供电，以及测试在供电时使用的功率开关。尽管不必将本发明局限于该上下文，通过相关示例的讨论可以理解本发明的各个方面。根据多种示例实施例，芯片上功率开关(on-chip power-switch)测试方法包括在针对电源电路的特定负载期间，验证电源电路的子集的例如电源电压和IR降等方面。在许多应用中，这种方法包括测试功率切换电路的独立的段(segment)，每一个段包括至少一个独立的(功率)开关，以确定每一个部分以及整个功率切换电路的特性。可以利用一个或一组段来实现这种基于段的方法，以适应具体的应用。例如，可以识别每一段的虚(virtual)电源电压，以及针对特定电流负载的一个或多个相关功率开关的电压降(例如IR降)，所述特定电流负载可以是仿真负载(artificial load)。所识别的电源电压和IR降可以用于提供对于每一个开关的性能的指示。多种实现方式还涉及使用多种相关参数(例如唤醒时间)来测试电源。在不必查明(ascertain)独立的开关或电路性能的情况下，可以提供来自整个电路(或者较大的独立切换电路组)的测试结果。通过查明与独立电路或者电路子集的电路功能有关的信息，可以更加精确地查明整个电路的健康状况的评估(例如，预期的寿命(longevity))。例如，在具有大量独立部件的功率电路中，整个系统的输出的变化可能不表示对总输出没有显著贡献的独立部件的故障。此外，通过测试非整个电路，可以使用较小的电源线,这是因为每一个独立的电路或者独立电路的子集汲取的功率比整个电路少。在一些实现中，以虚电源和接地之间的电流发生电路(例如电流镜)作为电流负载，使用虚电源来测试独立的功率开关电路。将来自相应功率电路的虚电源(例如与功率电路所切换的输入电压相对应的电压)馈送至电压比较器，并且与来自实际电源的电压参考进行比较。电压比较器的输出表示功率开关电路或者功率开关电路子集的功能，所述功率开关电路或者功率开关电路子集耦合至虚电源并且向比较器提供输出。(例如向测试控制单元和/或其他测试逻辑)提供比较器的输出，作为功率开关电路或其子集的功能的指
/Jn ο根据多种示例实施例，可以使用和/或测试多种不同类型的功率开关。例如，可以响应于要切换的功率域的设计最大电流消耗，来设置功率开关的尺寸，并且可以使用多个以菊花链式连接的(daisy-chained)段来实现功率开关的尺寸。在这种示例中，通过由段组成的链(chain of segments),第一功率开关的应答输出可以与第二功率开关等的使能输入相连，以此类推。为了将功率门控域(power-gated domain)从待机切换到激活,首先接通功率开关，并且将所述域充电到电源电压(Vdd)，电源电压(Vdd)是根据具体应用的需要而设置的。可以按照不同的方式使用这种功率开关段，例如以连接Vdd轨线(rail)和接地轨线之一或两者。因此，可以利用接地轨线(或者其他轨线，例如待机功率轨线)来实现本文中对Vdd轨线的连接(和断开)加以描述的各种示例。现在转向附图，图I示出了根据本发明示例实施例的具有内置自测试电路的功率电路100。所述电路100包括功率域110、120和130以及测试控制逻辑140和以菊花链式连接的BIST开关电路150和160。箭头102和104可以实现为芯片上焊盘或者芯片上功率管理单元，例如LDO(低信息遗失(low-dropout))稳压器。测试控制逻辑140在电路的测试期间对相应的BIST开关电路150和160的功能进行协调，以分别向功率域120和130提供功率。测试控制逻辑140在多种状态下向BIST开关电路提供测试信号，例如以独立地测 试不同功率域内或不同功率域之中的功率开关或者开关电子集。具体地，测试控制逻辑140耦合用于向BIST开关电路150输出测试控制信号，以用于测试BIST开关电路150和160。BIST开关电路150响应于在测试状态下接收到的测试控制信号，并且向BIST开关电路160输出测试结果信号和测试控制信号。BIST开关电路160响应于在测试状态下从BIST开关电路150接收的测试控制信号，并且向测试控制逻辑140输出针对BIST开关电路150和160两者的测试结果信号。因此，可以单独(s印arately)或一起(concurrently)测试开关电路，以适应具体的应用。测试控制逻辑140使用从BIST开关电路160接收的测试结果信号(并且也包括来自BIST开关电路150的测试结果信号)，来提供对相应开关电路的状态的指示。在一些实现中，测试控制逻辑140可以产生用于只测试BIST开关电路之一的信号，如上所述传递测试信号，将来自被测试的功率域的结果信号传递回测试控制逻辑140。在其他实现中，以所示的菊花链形式来连接附加的BIST开关电路并且对其进行测试，这些电路中的最后一个连接用于将测试结果提供回测试控制逻辑140。通过使用这样的BIST部件，功率电路100促进了针对相应功率域对独立开关电路的测试，同时消除了对于大功率连接和一个或多个专用焊盘的需要，这进一步减小了测试时间开销。因此，可以对独立部件的功率容量(power capability)进行测试和评定，以更加精确地表示整个电路100提供功率的能力。如上所述，这种方法促进了对非整个电路的期望的测试。可以使用多种不同类型的测试方法来实现经由BIST开关电路150和160执行的测试和相关功能。在一些实现中，BIST开关电路150和160检测虚电压(或者组合电压)、针对特定负载的电压降(或者组合电压降)和/或例如可能发生在使能信号和应答信号之间的信号延迟。在这一方面，尽管结合特定的测试方法(例如，用于利用所施加的特定负载来验证功率开关段的电压降)描述了多种实施例，这些实施例可应用于利用多种不同测试方法的实现方式。在更加具体的示例实施例中并且参考图2，根据本发明另一个示例实施例，功率电路200包括具有组合的功率开关段的内置自测试部件。功率电路200包括测试控制块210，例如开关控制寄存器，其促进了与电源Vdd和虚电源Vvdd耦合的功率开关段220、230和240的控制/激活。如在开关段220中所示的，每一个功率开关段包括由耦合在Vdd和Vvdd之间的晶体管Ι-m表示的一个或多个晶体管，以及相应的功率开关驱动器。测试控制块210提供选择输出(TE)以将每一个功率开关段中的复用器设置为测试模式，这允许测试控制块启用和禁用明确的功率开关段子集。测试控制块210也向复用器提供测试输出S1-Sn，个数η与功率开关段的个数η相对应。在多种实现中，测试控制块210针对不同开关段或段簇(clustersof segments)产生不同的测试矢量，以定制(tailor)对这些不同开关段或段簇的测试。电流产生电路250用作用于测试功率开关段220、230和240的负载，在Vvdd上的功率切换电路的输出被提供给比较器260。在一些实现中，这种电流产生电路250由两个或更多电路使用，用作上述负载(例如，用于其他功率开关/内置自测试块)。比较器260将Vvdd上的输出与Vdd上的输出进行比较，并且提供输出作为针对具体测试而操作的一个或多·个功率开关段220、230和240的可操作性的表示。在一些实现中，将比较器的输出存储在寄存器或者其他存储电路中，所述寄存器或者其他存储电路可以作为功率电路200的一部分而被包含。可以按照多种方式实现电流产生电路250，例如利用电流镜或者其他电流源型设备(例如，可以类似于电荷泵、电流镜的变体以及其他电路)。在一些实现中，电流产生电路250被实现为如251处作为示例所示的电流镜型电路，并且包括两个NMOS晶体管丽I和丽2以及电阻器Rief。丽I和丽2的比值与Rief的电阻相结合限定了从激活的功率开关段汲取的电流。因此，这些部件可以被定尺寸和实现为设置具体测试方法所需的具体电流汲取。例如，可以使用聚合电阻(poly resi stance)来实现电阻器RMf，其具有期望的小面积，可以将流过MNl的电流设置得相对较大，并且可以选择晶体管MN2的尺寸，使得期望的电流与将要测试的功率开关段簇相匹配。在一些实现中，电流产生电路250配置用于汲取可变的电流(例如通过选择并且实现不同的晶体管)，如可以基于将要测试的功率开关的个数和/或特性而设置的。可以基于多种测试特性和度量来确定功率开关段的可操作性。例如，当在用的(active)功率开关段簇(例如操作用于具体测试的开关段220、230和240之一)和电流产生电路的电流相等时，虚电压(Vvdd)应该等于或大于大约Vdd的O. 5倍，相应地配置札、R2和相应的电流产生电路部件。如果比较器260的输出表示该比值，该输出指示分簇的(clustered)功率开关段通过了测试(例如,在正确地操作)。如果虚电压小于大约VDD的O. 5倍，则比较器260的输出没有表示上述期望的比值，而是表示分簇的功率开关段故障。在多种实施例中并且再次参考图2作为示例，将至少一个功率开关段相对于另一端而不同地定尺寸，从而如所示的产生由电流产生电路251引起的不同电压降，这是因为其负载是静态的。例如，可以使用动态电流镜(例如，利用被切换以提供合适电流汲取的不同晶体管)来促进这种电路的测试。可以通过将电路215的MN2替换成能够独立地使能的多个晶体管，来创建这种动态电流镜。可以将这些独立的电流镜晶体管与相应的段控制寄存器相链接，以将电流负载与将要测试的功率开关段相匹配。在另一种实现中，对特定的功率开关段进行分簇，以创建适当相等尺寸的子集，这促进了使用单一 /静态电流镜(作为如图2所示的电流产生电路)来为功率开关段子集提供正确的负载。其他实现涉及使用动态电流镜和选择性地分簇的组合，在限制独立电流镜晶体管的个数的同时放宽功率开关段分簇限制。图3示出了根据本发明另一个示例所述的用于测试功率电路的流程图。可以参考例如图2所示的电路的操作来进行图3表示的功率电路的操作，使用这种比较进行以下讨论。然而应该理解图3所示的方法是可以利用多种不同类型的电路来实现的，因此不局限于图2所示的电路或者这里所述的电路。在开始时，在块310使能测试模式，其中输出TE = I、ENA = I并且X = I。在块320，使能段窗(例如，X)以测试具体段。可以将测试使能(TE)信号实现为在整个芯片上使用的全局信号，其中使能(ENA)控制本地测试电路(例如电流镜、参考电压和比较器)。段 窗X表示用于诸如220、230和240之类的功率开关段的控制信号，每一组具有其自己的控制信号。当使能功率开关段窗时，虚电压(Vvdd)将充电，并且依赖于电流负载而达到特定的值。在一个实施例中，选择电流负载等于功率开关段窗负载，从而Vvdd = Vdd/2 (开关在正确地操作)。因此，选择Vref等于Vdd/2。如果在块330Vvdd大于或等于VMf，则将正在测试的功率开关段确定为正在按规定操作，并且在块340将故障比特(fault bit)X清零。然而，如果在块330Vvdd小于VMf，则将当前窗中的功率开关段确定为没有按规定操作，并且在块335设置(set)故障比特X。在已经测试了段窗X之后，则在块350禁用段窗。如果在块360已经测试了功率电路中的最后一个段，则在块370禁用测试模式并完成测试。如果在块360还没有测试最后一个段，则在块365处将段数X增大以表示下一个段，并且在块320对于该下一个段重复所述过程。在整个过程结束时，该故障寄存器表示功率开关状态(status)。在过程结束时(在块370)，如果所有比特都是0，则没有检测到错误。如果一个或多个比特是1，则检测到所表不的段窗中的故障。因此，这里所讨论的测试电路和方法例如可以实现为制造过程的一部分，以检测故障的功率开关，作为对包含多个这种功率开关的具体功率开关电路的预期寿命的指示。也可以在功率开关电路的实现期间实现这种方法，以预测故障和/或建议更换。在一种具体实现中，集成电路包括备用(spare)电源电路，并且配置用于从检测为发生故障的电源电路经由备用电源电路对电源进行选路(route)。在多种不同的应用中，可以使用多种方法的一种或多种来实现如这里所述的多种实施例。例如，可以在集成电路的功率门控(power gating)中使用独立的功率开关或者功率开关的段/块，并且如本文所述来对所述独立的功率开关或者功率开关的段/块进行测试。示例应用包括用于电子计量(e-metering)的微控制器、助听器、无线传感器网络和用于移动应用的集成电路。基于以上讨论和说明，本领域普通技术人员将易于理解，可以对本发明进行各种修改和改变，而不必严格遵循这里所示和所述示范性实施例和应用。例如，可以实现动态电流镜来代替静态电流镜，并且可以对不同的开关集合进行分组。例如，可以按照不同的方式提供测试信号和控制信号，并且将测试信号和控制信号实现为实现独立开关和/或开关的子集的所指示的操作。这些修改没有脱离本发明的真实精神和范围，本发明的真实精神和范围包括在以下权利要求中所阐述的范围。另外，如贯穿该文档所使用的术语“示例”只是 为了说明而不是限制。
权利要求
1.一种功率开关设备，包括 多个功率切换电路，耦合在电压源和切换后的电压输出之间； 测试控制电路，与每一个功率切换电路耦合，并且配置和设置用于响应于在至少一个功率切换电路处接收的测试信号，操作所述至少一个功率切换电路处于接通状态以提供切 换后的电压输出，同时操作至少另一个相应的功率切换电路处于关断状态； 电流产生电路，与所述切换后的电压输出耦合，并且配置和设置用于模拟针对相应功率切换电路的预期电流汲�。� 输出电路，耦合用于接收所述切换后的电压输出，并且配置和设置用于 将切换后的电压输出的值与参考值进行比较；以及 响应于所述比较来提供测试输出，所述测试输出表示在接通状态下操作的功率切换电路的操作特性。
2.根据权利要求I所述的设备，其中所述测试控制电路配置和设置用于在不同的测试周期期间，操作功率切换电路的不同子集处于接通状态，以在相应的测试周期相对于其他子集单独地测试每一个相应的子集。
3.根据权利要求I所述的设备，其中 功率切换电路的不同子集汲取不同的功率级别； 所述测试控制电路配置和设置用于在不同的测试周期期间操作功率切换电路的不同子集处于接通状态，以在相应的测试周期中相对于其他子集单独地测试每一个相应的子集；以及 所述电流产生电路是动态电流镜电路，所述动态电流镜电路配置和设置用于通过提供与正在测试的功率切换电路的具体子集相对应的电流汲取来响应测试控制电路。
4.根据权利要求I所述的设备，其中 不同的功率切换电路汲取不同的功率级别； 所述测试控制电路配置和设置用于将不同的功率切换电路组合成相应的子集以创建表现出大致相等的电流汲取的子集。
5.根据权利要求I所述的设备，其中 不同的功率切换电路汲取不同的功率级别； 所述测试控制电路配置和设置用于将不同的功率切换电路组合为相应的子集以创建表现出大致相等的电流汲取的子集； 所述测试控制电路配置和设置用于在不同测试周期期间操作功率切换电路的不同子集处于接通状态，以在相应的测试周期中相对于其他子集单独地测试每一个相应的子集；以及 所述电流产生电路是动态电流镜电路，所述动态电流镜电路配置和设置用于通过提供与正在测试的具体子集相对应的电流汲取来响应测试控制电路。
6.根据权利要求I所述的设备，其中所述测试控制电路配置和设置用于向每一个开关提供测试信号。
7.根据权利要求I所述的设备，其中所述功率切换电路、测试控制电路、电流产生电路和输出电路被集成在公共的集成电路芯片上。
8.根据权利要求I所述的设备，其中所述电流产生电路与针对另外多个功率切换电路的切换后的电压输出相耦合，并且配置和设置用于模拟针对所述另外多个功率切换电路的预期电流汲取。
9.根据权利要求I所述的设备，其中 所述功率切换电路、测试控制电路、电流产生电路和输出电路被集成在公共的集成电路芯片上。
所述电流产生电路配置和设置用于模拟预期的芯片外电流负载；以及 所述输出电路包括比较器，所述比较器通过将切换后的电压输出与经由电压源提供的参考电压进行比较，来将切换后的电压输出的值与参考值进行比较。
10.根据权利要求I所述的设备，其中所述输出电路配置用于基于切换后的电压输出的值与参考值的比较，来设置与测试周期中测试的至少一个功率切换电路相对应的输出，以提供对所述至少一个功率切换电路的可操作性的指示。
11.根据权利要求I所述的设备，其中所述测试控制电路配置和设置用于 单独测试不同组功率切换电路；以及 处理针对每一组功率切换电路而提供的测试输出，以提供对功率开关设备内每一组功率切换电路的可操作性的指示。
12.根据权利要求I所述的设备，其中所述测试控制电路配置和设置用于产生不同的测试矢量，以在特定的负载配置下操作功率切换电路的不同子集。
13.—种测试功率开关设备的方法，所述功率开关设备具有耦合在电压源和切换后的电压输出之间的多个功率切换电路，所述方法包括 响应于在至少一个功率切换电路处接收到的测试信号，操作所述至少一个功率切换电路处于接通状态以提供切换后的电压输出，同时操作至少另一个相应的功率切换电路处于关断状态； 根据切换后的电压输出，模拟针对相应功率切换电路的预期电流汲�。� 将切换后的电压输出的值与参考值进行比较；以及 响应于所述比较来提供测试输出，所述测试输出表示在接通状态下操作的功率切换电路的操作特性。
14.根据权利要求13所述的方法，其中操作所述至少一个功率切换电路包括在不同测试周期期间操作功率切换电路的不同子集处于接通状态，以在相应的测试周期中相对于其他子集单独测试每一个相应的子集。
15.根据权利要求13所述的方法，其中 功率切换电路的不同子集汲取不同的功率级别； 操作所述至少一个功率切换电路包括在不同测试周期期间操作功率切换电路的不同子集处于接通状态，以在相应的测试周期中相对于其他子集单独测试每一个相应的子集；以及 模拟预期的电流汲取包括汲取对正在测试的功率切换电路的具体子集所汲取的预期电流予以镜像的电流。
16.根据权利要求13所述的方法，其中 功率切换电路的不同子集汲取不同的功率级别；以及 操作所述至少一个功率切换电路包括在不同时刻一起操作不同功率切换电路，以操作表现出大致相等的电流汲取的功率切换电路的子集。
17.根据权利要求13所述的方法，其中 功率切换电路的不同子集汲取不同的功率级别；以及 操作所述至少一个功率切换电路包括 在不同时刻一起操作不同功率切换电路，以操作表现出大致相等的电流汲取的功率切换电路的子集；以及 在不同的测试周期期间操作功率切换电路的不同子集处于接通状态，以在相应的测试周期中相对于其他子集单独测试每一个相应的子集，以及 模拟预期的电流汲取包括对动态地改变以与针对正在测试的子集的预期电流汲取相匹配的电流汲取进行镜像。
18.根据权利要求13所述的方法，还包括基于切换后的电压输出的值与参考值的比较，设置与测试周期中测试的至少一个功率切换电路中的每一个相对应的比特，以提供对所述至少一个功率切换电路的可操作性的指示。
19.根据权利要求13所述的方法，其中模拟预期的电流汲取包括模拟针对功率切换电路的不同集合的不同电流汲取。
20.根据权利要求13所述的方法，其中操作所述至少一个功率切换电路处于接通状态包括提供测试矢量以操作所述功率切换电路的不同子集。
全文摘要
促进了功率切换。根据一个或多个实施例，一种功率开关设备包括耦合在电压源和切换后的电压输出之间的多个开关。测试控制电路操作开关以测试开关的子集，其中指示了子集的状态，其中可以与功率开关设备的整体状态独立地表示所述子集的状态。在一些实现中，应用芯片上电流负载来模拟芯片外负载，以测试开关的子集或者独立的开关。
文档编号G01R31/327GK102955128SQ20121028055
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月8日 优先权日2011年8月12日
发明者卡斯·格鲁特, 伦泽·迈耶 申请人:Nxp股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
