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使用時(shí)間可控發(fā)射方法來進(jìn)行模擬電路的失效分析
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使用時(shí)間可控發(fā)射方法來進(jìn)行模擬電路的失效分析  2012/3/1
時(shí)間可控發(fā)射方法(TRE)是一種常用的非入侵式波形測(cè)量方法,它能從芯片的背面探測(cè)芯片內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的時(shí)序波形。完美的TRE系統(tǒng)能提供很高的帶寬(>5GHz),很好的探測(cè)尺寸精度(0.25微米),而且能顯示芯片內(nèi)部所有節(jié)點(diǎn)的波形。TRE波形一般用于探測(cè)不正確的信號(hào)電平,電路競(jìng)爭和冒險(xiǎn)問題以及幾皮秒的高精度時(shí)序錯(cuò)誤。通常,在模擬電路診斷中TRE的使用經(jīng)常受到限制,因?yàn)閺哪M電路內(nèi)部提取TRE波形會(huì)非常困難。動(dòng)態(tài)的光子發(fā)射具有很高的非線性度
 

時(shí)間可控發(fā)射方法(TRE)是一種常用的非入侵式波形測(cè)量方法,它能從芯片的背面探測(cè)芯片內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的時(shí)序波形。完美的TRE系統(tǒng)能提供很高的帶寬 (>5GHz), 很好的探測(cè)尺寸精度 (0.25微米), 而且能顯示芯片內(nèi)部所有節(jié)點(diǎn)的波形。TRE波形一般用于探測(cè)不正確的信號(hào)電平,電路競(jìng)爭和冒險(xiǎn)問題以及幾皮秒的高精度時(shí)序錯(cuò)誤。

通常,在模擬電路診斷中TRE的使用經(jīng)常受到限制,因?yàn)閺哪M電路內(nèi)部提取TRE波形會(huì)非常困難。動(dòng)態(tài)的光子發(fā)射具有很高的非線性度。但是,我們可以提取芯片內(nèi)部小幅度差分邏輯電路的波形,而這些信號(hào)能導(dǎo)致模擬波形的pass或者fail。在0.18微米工藝中,這些波形在判斷芯片pass或fail時(shí)非常關(guān)鍵。

工作原理

科利登的EmiScope(R)是一種發(fā)射顯微設(shè)備,它能收集處于飽和狀態(tài)的CMOS器件所發(fā)**的光子。當(dāng)CMOS管子的電平跳轉(zhuǎn)時(shí),主要載流子 (NMOS管中的電子,PMOS管中的空穴) 將通過晶體管的溝道從源極流向漏極。當(dāng)這種電平轉(zhuǎn)換發(fā)生時(shí),溝道附近的小范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)。載流子通過這個(gè)區(qū)域時(shí),該電場(chǎng)對(duì)載流子進(jìn)行做功,使得載流子擁有很多能量。當(dāng)這些載流子達(dá)到漏極之后,這些能量將會(huì)被釋放。能量的釋放有多種機(jī)制,其中的一部分會(huì)以所謂的光子發(fā)射的方式來完成。

EmiScope(R)能測(cè)量并在時(shí)域上疊加這些光子的發(fā)射,因此通過它就能從芯片背面測(cè)量芯片內(nèi)部的時(shí)序。使用該技術(shù)調(diào)試數(shù)字電路時(shí)很好理解。其實(shí),TRE系統(tǒng)所測(cè)得的光子發(fā)射信息也能用于模擬電路的探測(cè)。與高精度仿真結(jié)果結(jié)合在一起,這些探測(cè)結(jié)果能很好地用于模擬電路的調(diào)試。

案例分析:調(diào)試一個(gè)混合信號(hào)電路

本案例的芯片是一個(gè)混合信號(hào)芯片,擁有一個(gè)數(shù)字核和32個(gè)相同的模塊。每個(gè)模塊包含一個(gè)可編程的“事件發(fā)生器“,能用于產(chǎn)生任何低于頻率的事件(脈沖)。事件發(fā)生器主要是由小幅度差分邏輯電路構(gòu)成的。由于后續(xù)電路的輸入時(shí)鐘需要較大的信號(hào)幅度,所以需要使用一個(gè)差分信號(hào)到單端信號(hào)的緩沖器(D2S)來作為二者的接口。圖1所示是一個(gè)D2S電路的原理圖。 輸入信號(hào)Vin/VinN的幅度分別是0或600mV。兩個(gè)滿幅的輸出信號(hào)CVO和CVON信號(hào)能獨(dú)立的用于后續(xù)電路。


在測(cè)試第一批投片芯片時(shí),發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的問題:下一級(jí)電路會(huì)出現(xiàn)脈沖丟失現(xiàn)象。而仿真結(jié)果則表明芯片工作正常。失效隨機(jī)地出現(xiàn)在不同的芯片中。在調(diào)試之前,我們認(rèn)為該問題不是由數(shù)字部分產(chǎn)生的。同樣,事件發(fā)生器也似乎不是該問題的原因。

選擇一個(gè)芯片將其放入TRE系統(tǒng),收集其發(fā)射的光子柱狀圖。關(guān)注其中的兩個(gè)模塊,其中的模塊3C經(jīng)常fail, 模塊3B經(jīng)常pass。在D2S輸出端分別觀察兩個(gè)事件發(fā)生器模塊的”正“輸出信號(hào)和”負(fù)”輸出信號(hào)。結(jié)果如圖2a,2b所示。

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