使用时间可控发射方法来进行模拟电路的失效分析

2013-11-30 11:22:17来源: 互联网

时间可控发射方法(TRE)是一种常用的非入侵式波形测量方法,它能从芯片的背面探测芯片内部节点的时序波形。完美的TRE系统能提供很高的带宽 (》5GHz), 很好的探测尺寸精度 (0.25微米), 而且能显示芯片内部所有节点的波形。TRE波形一般用于探测不正确的信号电平,电路竞争和冒险问题以及几皮秒的高精度时序错误。

  通常,在模拟电路诊断中TRE的使用经常受到限制,因为从模拟电路内部提取TRE波形会非常困难。动态的光子发射具有很高的非线性度。但是,我们可以提取芯片内部小幅度差分逻辑电路的波形,而这些信号能导致模拟波形的pass或者fail。在0.18微米工艺中,这些波形在判断芯片pass或fail时非常关键。

  工作原理

  科利登的EmiScope(R)是一种发射显微设备,它能收集处于饱和状态的CMOS器件所发**的光子。当CMOS管子的电平跳转时,主要载流子 (NMOS管中的电子,PMOS管中的空穴) 将通过晶体管的沟道从源极流向漏极。当这种电平转换发生时,沟道附近的小范围内会产生很强的电场。载流子通过这个区域时,该电场对载流子进行做功,使得载流子拥有很多能量。当这些载流子达到漏极之后,这些能量将会被释放。能量的释放有多种机制,其中的一部分会以所谓的光子发射的方式来完成。

  EmiScope(R)能测量并在时域上叠加这些光子的发射,因此通过它就能从芯片背面测量芯片内部的时序。使用该技术调试数字电路时很好理解。其实,TRE系统所测得的光子发射信息也能用于模拟电路的探测。与高精度仿真结果结合在一起,这些探测结果能很好地用于模拟电路的调试。

  案例分析:调试一个混合信号电路

  本案例的芯片是一个混合信号芯片,拥有一个数字核和32个相同的模块。每个模块包含一个可编程的“事件发生器“,能用于产生任何低于频率的事件(脉冲)。事件发生器主要是由小幅度差分逻辑电路构成的。由于后续电路的输入时钟需要较大的信号幅度,所以需要使用一个差分信号到单端信号的缓冲器(D2S)来作为二者的接口。图1所示是一个D2S电路的原理图。 输入信号Vin/VinN的幅度分别是0或600mV。两个满幅的输出信号CVO和CVON信号能独立的用于后续电路。

  在测试第一批投片芯片时,发现了一个奇怪的问题:下一级电路会出现脉冲丢失现象。而仿真结果则表明芯片工作正常。失效随机地出现在不同的芯片中。在调试之前,我们认为该问题不是由数字部分产生的。同样,事件发生器也似乎不是该问题的原因。

  选择一个芯片将其放入TRE系统,收集其发射的光子柱状图。关注其中的两个模块,其中的模块3C经常fail, 模块3B经常pass。在D2S输出端分别观察两个事件发生器模块的”正“输出信号和”负”输出信号。

  显示了CVO和CVO#信号的期待信号以及pass和fail条件下,分别利用得到的TRE数据。显示的则是CVON和CVON#信号的相应信息。在光子发射图上,很明显,CVON3B信号上升沿和下降沿的两个尖峰之间的光子强度较高。这表明CVON3B的输入信号(图中的Vgs)从未降低到NMOS管的门限电平之下。

  结果

  根据仿真结果,CVON在pass和fail的时候其光子发射波形应该是一致的。但我们看到的结果是,当晶体管输出从高到低转换时,发射光子图在信号波形上升沿约1ns之后开始变高,直到信号转换时才变回为0,而不是预期的窄发射脉冲。如果波形脉冲越来越窄,当晶体管输出Vds变低时,发射光子图将会被截断。如果波形脉冲足够宽,发射波形将会逐渐降低到0。

  由于发射波形出现时,输出波形应该变高,这表明电压电平有问题。事实上,对于多脉冲脉冲信号来说,高电压降低到足够低的低电压,后续电路却会把它当作前一个较慢脉冲的负下降沿。这一特殊情况将会导致我们前面的测试设备所观察到的失效现象。

  结论

  为了验证电路功能,我们还做了很多仿真。此外,我们还使用了决定不同芯片参数的发射技术。通过仿真,晶体管与D2S接口的部分不匹配将导致事件发生器增益的减少。

  晶体管参数0.5%的不匹配就会对预期的波形产生影响。这对模拟电路非常重要,这也表明TRE能用于诊断模拟电路内部敏感的不匹配问题。这样的晶体管不匹配将导致器件的失效并最终需要重新设计芯片。通过相应的掩模板修改和重新流片我们能生产出功能正常的芯片。

关键字:可控发射  模拟电路  失效分析

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1130/article_21433.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
可控发射
模拟电路
失效分析

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved