高頻鎖相環(huán)的可測性設計

可測性設計（Design for Test，DFT）最早用于數(shù)字電路設計。隨著模擬電路的發(fā)展和芯片 集成度的提高，單芯片數(shù)模混合系統(tǒng)應運而生，混合電路測試，尤其是混合電路中模擬電路的測試，引起了設計者的廣泛關注。邊界掃描是數(shù)字電路可測性設計中常用的技術，基于IE EE1149?1邊界掃描技術。本文針對一款應用于大規(guī)模集成電路的CMOS高頻鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器，提出了一種可行的測試方案，重點講述了鎖相環(huán)的輸出頻率和鎖定時間參數(shù)的測試，給出了具體的測試電路和測試方法。對于應用在大規(guī)模電路系統(tǒng)中的鎖相環(huán)模塊，該測試方案既可用于鎖相環(huán)的性能評測，也可用于鎖相環(huán)的生產(chǎn)測試。?

　　1　鎖相環(huán)結構及原理

　　本文所要測試的是用于大規(guī)模集成電路的鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器，他是一款基于0.18 μm CMOS 數(shù)字工藝設計的高頻電荷泵鎖相環(huán)（Charge Pump Phase Locking Loop，CPPLL），最高輸出頻率達1.2 GHz。

　　此鎖相環(huán)的電路結構如圖1所示，他包括輸入分頻器、鑒頻鑒相器（Phase Freq

　　為了更好地抑制噪聲，鎖相環(huán)采用了差分的電路結構。其中，壓控振蕩器采用環(huán)形振蕩器結 構實現(xiàn)，主要由3個完全相同的延遲單元順次連接而成。

　　2　測試方案

　　模擬電路傳統(tǒng)的測試方法比較簡單，將輸入輸出信號直接引出，檢測輸入信號對應的輸出響 應即可。隨著工作頻率的升高，封裝管腳和引線寄生參數(shù)不容忽視，傳統(tǒng)的測試方法也受到挑戰(zhàn)。由于模擬信號的抗干擾能力差，輕微的擾動都可能會影響電路的性能，測試電路應該盡量簡單，以避免引入不必要的噪聲。

　　最高輸出頻率、輸出頻率范圍和鎖定時間等都是高頻鎖相環(huán)需要測試的重要性能參數(shù)。對于工作頻率高達GHz的高頻鎖相環(huán)，顯然難以采用傳統(tǒng)的測試方法來完成，需要進行專用測試電路設計，即在芯片內(nèi)設計一定的測試電路以便投片后進行測試。

　　2.1　輸出頻率測試

　　作為時鐘發(fā)生器，鎖相環(huán)一般工作于整個電路系統(tǒng)的最高頻率，而壓控振蕩器工作于鎖相環(huán)的最高頻率。如圖1所示，鎖相環(huán)的輸出頻率就是壓控振蕩器的工作頻率，因此鎖相環(huán)的輸出頻率測試實質(zhì)上是對壓控振蕩器的最高振蕩頻率和振蕩范圍的測試。

　　由于輸出管腳的引線存在寄生的電感電容，這些寄生參數(shù)容易引入較大的高頻耦合噪聲；高頻信號經(jīng)過這些引線輸出到管腳通常會產(chǎn)生較大的衰減。因此，壓控振蕩器的高頻輸出信號很難引出芯片外直接測量。另一方面，高頻信號的測試對測量儀器要求很高，測試板上的外加信號一旦經(jīng)過高頻通路耦合到電路內(nèi)部，就會影響測試結果，甚至干擾電路的工作。
　　
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