Conception et évaluation d'une technique de BIST pour amplificateurs faible bruit RF

Conception and evaluation of a BIST (Built-In Self Test) technique for a RF (Radio Frequency) low noise amplifier

• Auteur / Autrice : Jeanne Madeleine Tongbong
• Direction : Salvador Mir
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et radiofréquence
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiofréquences

Amplificateurs

Mots clés libres

Auto-test intégré

Résumé

Le test en production des circuits intégrés analogiques RF (Radio Fréquences) est coûteux aussi bien en ressources (équipement spécifique) qu'en temps. Afin de réduire le coût du test, des techniques de DfT (Design for Test) et d'auto test (BIST, Built-in-Self-Test) sont envisagées bien qu'actuellement inutilisées par l'industrie du semi-conducteur. Dans cette thèse, nous concevons et évaluons une technique d'auto test pour un amplificateur faible bruit (LNA, Low Noise Amplifier) RF. Cette technique utilise des capteurs intégrés pour la mesure du courant de consommation et de la tension en sortie du circuit à tester. Ces capteurs fournissent en sortie un signal basse fréquence. La qualité de la technique de BIST est évaluée en fonction des métriques de test qui tiennent compte des déviations du process et de la présence de fautes catastrophiques et paramétriques. Pour obtenir une estimation des métriques de test avec une précision de parts-par-million, un premier échantillonnage du circuit à tester est obtenu par simulation électrique Monte Carlo. Par la suite, un modèle statistique de la densité de probabilité conjointe des performances et des mesures de test du circuit est obtenu. Finalement, l'échantillonnage de ce modèle statistique nous permet la génération d'un million de circuits. Cette population est alors utilisée pour la fixation des limites de test des capteurs et le calcul des métriques. La technique d'auto test a été validée sur un LNA en technologie BiCMOS 0. 25m, utilisant différents modèles statistiques. Une validation au niveau layout a été faite afin d'obtenir des résultats aussi proches que possible lors d'un test en production d'une population de circuits.

Production testing of Radio Frequency (RF) integrated circuits is costly due to the high cost of the test equipment and the long test times. In order to reduce this cost, DfT (Design-for-Test) and BIST (Built-in Self-Test) techniques are currently under research. However, these techniques are not yet considered by the Semiconductors Industry since their test quality is not fully demonstrated. In this thesis, the design and the evaluation of a BIST technique for RF Low Noise Amplifiers (LNAs) is considered. The BIST technique uses integrated sensors for measuring current consumption and output power of the LNA. The output of theses sensors are DC or low frequency signals that can be treated with low-cost test equipment. The BIST quality is evaluated using test metrics that consider device process deviations, catastrophic and parametric faults. To obtain an estimate of test metrics with an accuracy of ppm (parts-per-million), a first sample of the LNA is obtained by Monte Carlo electrical simulation. Next, a statistical model of the joint probability density function of LNA performances and test measures is obtained. Finally, a million synthetic instances of the LNA is generated by sampling the statistical model. This large sample is used to set the test limits of the embedded sensors and for computing test metrics. The BIST technique has been validated for a ST Microelectronics 0. 25 ¸tm BiCMOS LNA using different statistical models. The validation of the technique at the layout level has also been considered in order to get results as close as possible to the production test of a real LNA population.