延时测量电路、AC校准装置及IC测量装置

摘要

本发明涉及集成电路测试技术领域，公开了一种延时测量电路、AC校准装置及IC测量装置，延时测量电路包括同步信号源，用以分多次且每次产生一个不同频率的连续方波信号；被测通道，用以与同步信号源连接并分多次接收连续方波信号；参考电路，用以与同步信号源连接并分多次接收连续方波信号；鉴相器，用以与被测通道和参考电路连接并分多次接收被测信号和参考信号，且每次产生一个输出电压；数据处理模块，用以根据输出电压随连续方波信号的频率变化所呈现的三角波函数的周期值计算被测信号相对参考信号的延时，并根据不同被测通道中被测信号相对参考信号的延时得到不同被测通道之间的延时。本发明延时测量电路可大幅提升延时测量的精度。

权利要求

1.一种延时测量电路，其特征在于，包括：同步信号源，用以分多次且每次产生一个不同频率的连续方波信号；

被测通道，用以与所述同步信号源连接并分多次接收所述连续方波信号，且将其作为被测信号；

参考电路，用以与所述同步信号源连接并分多次接收所述连续方波信号，且将其作为参考信号；所述参考电路具有线路延时；

鉴相器，用以与被测通道和参考电路连接并分多次接收被测信号和参考信号，且每次产生一个输出电压；

数据处理模块，与所述鉴相器连接，用以根据输出电压随所述连续方波信号的频率变化所呈现的三角波函数 的周期值计算出被测信号相对参考信号的延时，并根据不同被测通道中被测信号相对参考信号的延时计算出不同被测通道之间的延时。

2.如权利要求1所述的延时测量电路，其特征在于，所述根据输出电压随所述连续方波信号的频率变化所呈现的三角波函数 的周期值计算出被测信号相对参考信号的延时，具体包括：根据所述三角波函数 的周期值的最优解计算出被测信号相对参考信号的延时；所述周期值的最优解通过以下步骤得出：A、根据以下公式，对三角波函数 中每一个数据点  算出 ，得到数据点组合 ；

其中， 为连续方波信号的频率， 为输出电压； ，函数 为对x向下取整， 为三角波函数 的周期值的预估值； 和 分别为鉴相器输出电压的最大值和最小值；

B、对数据点组合 进行线性拟合，得到三角波函数 的周期值的最优解。

3.如权利要求2所述的延时测量电路，其特征在于，步骤B具体包括：以所述周期值的预估值 为初始值，根据斜截率公式通过最小二乘法进行线性拟合，得到最小二乘法的误差平方和；并在所述周期值的预估值 的正负预定范围内取一个新的值作为周期值，代入步骤A的公式中，得到新的周期值对应的误差平方和；通过多次选择不同的周期值并计算其对应的误差平方和，最后在多次计算结果中选择最小误差平方和所对应的周期值为最优解；

所述斜截率公式如下：

其中， 和 为系数。

4.如权利要求2所述的延时测量电路，其特征在于，数据点组合 中包括数据点。

5.如权利要求1所述的延时测量电路，其特征在于，参考电路的线路延时通过以下公式设置：

其中， 为参考电路中的线路延时， 和 分别为多个连续方波信号的频率最大值和最小值。

6.如权利要求5所述的延时测量电路，其特征在于，通过可编程延时器或调节线路长度来调节所述参考电路的线路延时。

7.如权利要求1所述的延时测量电路，其特征在于，所述周期值与被测信号相对参考信号的延时的关系公式如下：

其中， 为被测信号相对参考信号的延时， 为三角波函数 的周期值。

8.如权利要求1所述的延时测量电路，其特征在于，多个连续方波信号之间的频率间隔小于输出电压随信号频率变化的周期值的四分之一。

9.如权利要求1所述的延时测量电路，其特征在于，任意相邻两个连续方波信号之间的频率间隔相等。

10.如权利要求1所述的延时测量电路，其特征在于，还包括电压表，所述电压表用以与所述鉴相器连接并测量所述鉴相器的输出电压。

11.如权利要求1所述的延时测量电路，其特征在于，所述数据处理模块通过绘制输出电压随信号频率的变化曲线得到输出电压随频率变化的周期值。

12.一种AC校准装置，用于对存在延时的不同被测通道进行校准，其特征在于，集成有如权利要求1‑11任一所述的延时测量电路，并通过所述延时测量电路测量不同被测通道之间的延时。

13.如权利要求12所述的AC校准装置，其特征在于，包括信号补偿器，所述信号补偿器用于对需补偿的被测通道进行延时补偿。

14.如权利要求13所述的AC校准装置，其特征在于，所述信号补偿器以延时最长的被测通道为基准通道，根据其他被测通道与基准通道之间的延时对其他通道进行补偿。

15.如权利要求12所述的AC校准装置，其特征在于，包括用于显示测量数据的显示面板。

16.一种IC测量装置，用于对集成电路进行测量，其特征在于，集成有如权利要求1‑11任一所述的延时测量电路，并通过所述延时测量电路测量集成电路上多个被测通道之间的延时。

说明书

延时测量电路、AC校准装置及IC测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及集成电路测量技术领域，特别涉及一种延时测量电路、AC校准装置及IC测量装置。

背景技术

[0002] 在集成电路的自动测试设备领域，对于数字测试通道的时间精确性要求很高，但是各个数字测试通道之间由于硬件固有的不一致性造成了电信号传输延时的差异，因此需
要通过交变信号校准（下文称为AC校准）来纠正。AC校准首先要精确标定各通道硬件固有的
电信号传输延时的差异，为此可以在同步信号输入条件下测量各通道的输出信号相对于同
一个参考信号的时间间隔。

[0003] 通常测量两个数字信号的时间间隔是比对两个信号的变化沿，例如两个信号都是从0变到1，则测量两个信号的上升沿的时间间隔。传统的时间间隔测量单元技术受限于硅
基半导体工艺的晶体管开关速度，测量分辨率大约可做到100ps量级。例如用于计数的逻辑
电路测量分辨率受限于电路时钟的频率，抽头延迟线法的测量分辨率受限于相邻抽头之间
的信号延迟时间。再考虑电路工作状态下的噪声干扰，时间测量精度往往劣于时间测量分
辨率。因此传统手段无法进行更精细的时间测量。

[0004] 使用鉴相器来测量时间间隔也是一种常见手段。鉴相器能够把两个被测的周期信号的相位差转换为电压信号。假设被测通道和参考信号在同步时钟工作条件下输出相同的
周期信号，则两路信号经过固定的线路延时到达时间间隔测量模块的内部，这两个信号的
相位差是固定的，则通过鉴相器可以得到稳定的电压输出。通过测量这个电压就能够计算
出被测信号之间的相位差，进而计算出被测通道的时间延时。然而，现实情况是，单纯使用
鉴相器不能达到足够好的测量时间的精准度，在目前的常规技术水平的电路的噪声干扰
下，获得的精度和分辨率往往比其他更简单的技术手段还要差。因此，需要一种新的延时测
量方案来提高测量精度。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种简单可行、测量精度高的延时测量电路。

[0006] 为了解决上述问题，本发明提供了一种延时测量电路，其包括：

[0007] 同步信号源，用以分多次且每次产生一个不同频率的连续方波信号；所述连续方波信号为连续的方波信号；

[0008] 被测通道，用以与所述同步信号源连接并分多次接收所述连续方波信号，且将其作为被测信号；

[0009] 参考电路，用以与所述同步信号源连接并分多次接收所述连续方波信号，且将其作为参考信号；

[0010] 鉴相器，用以与被测通道和参考电路连接并分多次接收被测信号和参考信号，且每次产生一个输出电压；

[0011] 数据处理模块，用以根据输出电压随所述连续方波信号的频率变化所呈现的三角波函数 的周期值计算出被测信号相对参考信号的延时，并根据不同被测通道中
被测信号相对参考信号的延时计算出不同被测通道之间的延时。

[0012] 作为本发明的进一步改进，所述根据输出电压随所述连续方波信号的频率变化所呈现的三角波函数 的周期值计算出被测信号相对参考信号的延时，包括：根据所
述三角波函数 的周期值的最优解计算出被测信号相对参考信号的延时；所述周
期值的最优解通过以下步骤得出：

[0013] A、根据以下公式，对三角波函数 中每一个数据点  算出 ，得到数据点组合 ；

[0014]

[0015] 其中， 为连续方波信号的频率， 为输出电压； ，函数为对x向下取整， 为三角波函数 的周期值的预估值； 和 分别
鉴相器输出电压的最大值和最小值；

[0016] B、对数据点组合 进行线性拟合，得到三角波函数 的周期值的最优解。

[0017] 作为本发明的进一步改进，步骤B具体包括：以所述周期值的预估值 为初始值，根据斜截率公式通过最小二乘法进行线性拟合，得到最小二乘法的误差平方和；并在所述
周期值的预估值 的正负预定范围内取一个新的值作为周期值，代入步骤A的公式中，得
到新的周期值对应的误差平方和；多次选择不同的周期值并计算其对应的误差平方和，最
后在多次计算结果中选择最小误差平方和所对应的周期值为最优解；所述斜截率公式如
下：

[0018]

[0019] 其中， 和 为系数。

[0020] 作为本发明的进一步改进，数据点组合 中包括数据点 。

[0021] 作为本发明的进一步改进，参考电路的线路延时通过以下公式设置：

[0022]

[0023] 其中， 为参考电路中的线路延时， 和 分别为多个连续方波信号的频率最大值和最小值。

[0024] 作为本发明的进一步改进，通过可编程延时器或调节线路长度来调节所述参考电路的线路延时。

[0025] 作为本发明的进一步改进，周期值与被测信号相对参考信号的延时的关系公式如下：

[0026]

[0027] 其中， 为被测信号相对参考信号的延时， 为周期值。

[0028] 作为本发明的进一步改进，多个连续方波信号之间的频率间隔小于输出电压随信号频率变化的周期值的四分之一。

[0029] 作为本发明的进一步改进，任意相邻两个连续方波信号之间的频率间隔相等。

[0030] 作为本发明的进一步改进，还包括电压表，所述电压表用以与所述鉴相器连接并测量所述鉴相器的输出电压。

[0031] 作为本发明的进一步改进，所述数据处理模块通过绘制输出电压随频率的变化曲线得到输出电压随信号频率变化的周期值。

[0032] 本发明还提供了一种AC校准装置，用于对存在延时的不同被测通道进行校准，其集成有上述任一所述的延时测量电路，并通过所述延时测量电路测量不同被测通道之间的
延时。

[0033] 作为本发明的进一步改进，包括信号补偿器，所述信号补偿器用于对需补偿的被测通道进行延时补偿。

[0034] 作为本发明的进一步改进，所述信号补偿器以延时最长的被测通道为基准通道，根据其他被测通道与基准通道之间的延时对其他通道进行补偿。

[0035] 作为本发明的进一步改进，包括用于显示测量数据的显示面板。

[0036] 本发明还提供了一种IC测量装置，用于对集成电路进行测量，其集成有上述任一所述的延时测量电路，并通过所述延时测量电路测量集成电路上多个被测通道之间的延
时。

[0037] 本发明的有益效果：

[0038] 本发明的延时测量电路通过同步信号源分多次且每次产生一个不同频率的连续方波信号，使得鉴相器的输出电压随连续方波信号的频率呈现三角波函数，并根据被测信
号相对参考信号的延时与该三角波函数的周期值呈倒数关系计算被测信号相对参考信号
的延时，再根据不同被测通道中被测信号相对参考信号的延时得到不同被测通道之间的延
时。该延时测量电路可有效降低电路噪声的干扰，大幅提升延时测量的精度。

[0039] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够
更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

[0040] 图1是本发明实施例一中延时测量电路的结构示意图；

[0041] 图2是本发明实施例一中鉴相器的输入端相位差随信号频率的变化示意图；

[0042] 图3是本发明实施例一中输出电压随信号频率的变化曲线图。

[0043] 标记说明：1、被测信号；2、参考信号；10、同步信号源；20、被测通道；31、参考通道；32、线路延时模块；40、鉴相器；50、数据处理模块。

具体实施方式

[0044] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

[0045] 实施例一

[0046] 如图1所示，为本发明实施例一中的延时测量电路，该延时测量电路包括：

[0047] 同步信号源10，用以分多次且每次产生一个不同频率的连续方波信号；其中，连续方波信号的占空比可为50%或其他，具体不作限制。

[0048] 被测通道20，用以与所述同步信号源连接并分多次接收所述连续方波信号，且将其作为被测信号1；

[0049] 参考电路，用以与所述同步信号源连接并分多次接收所述连续方波信号，且将其作为参考信号2；在本实施例中，参考电路包括参考通道31和线路延时模块32；

[0050] 鉴相器40，用以与被测通道和参考电路连接并分多次接收被测信号1和参考信号2，且每次产生一个输出电压；

[0051] 数据处理模块50，用以根据输出电压随所述连续方波信号的频率变化所呈现的三角波函数 的周期值计算出被测信号1相对参考信号2的延时，并根据不同被测通
道中被测信号1相对参考信号2的延时计算出不同被测通道之间的延时。

[0052] 本发明的延时测量电路通过同步信号源分多次且每次产生一个不同频率的连续方波信号，使得鉴相器的输出电压随连续方波信号的频率呈现三角波函数，并根据被测信
号相对参考信号的延时与该三角波函数 的周期值呈倒数关系计算被测信号相对
参考信号的延时，再根据不同被测通道中被测信号相对参考信号的延时得到不同被测通道
之间的延时。该延时测量电路可有效降低电路噪声的干扰，大幅提升延时测量的精度。

[0053] 假设在鉴相器40的输入端，被测信号1比参考信号2快了 的时间，则被测信号1比参考信号2的相位提前量 可通过以下公式计算：

[0054]  （1）

[0055] 鉴相器40只能识别两个输入信号在 之内的相位差，相位差的绝对值越大输出电压越高， 大于 时，鉴相器40会等同于相位回滚到 的状态。因此随着 递增，鉴
相器40的输出电压呈现周期性的特征。理论上，输出电压 公式如下：

[0056] （2）

[0057] 其中， 是对x除以 取余数； 是鉴相器40输出电压的最大值。 是鉴相器40输出电压的最小值，鉴相器40的输出电压 介于 到 之间。

[0058] 假设：

[0059] 。

[0060] 当频率 分别等于 时，鉴相器40输入端相位差如图2所示，其中1为被测信号，2为参考信号。

[0061] 在同步信号源10给出不同频率 的激励下，鉴相器40的输出电压 不同。假设=0V， =1V。根据 和 的关系可以整理出表1。

[0062]

[0063] 表1

[0064] 进一步的，数据处理模块50通过绘制输出电压随信号频率的变化曲线得到输出电压随频率变化的周期值。根据表1绘制输出电压随信号频率的变化曲线如图3。从上述输出
电压公式或者图3可以得出规律：随着 值的变化， 表现为三角波的周期变化图像。由于
随着 值的周期变化规律，只要测量和绘制出 曲线，然后计算 的周期值 ，就
可以利用周期值与被测信号相对参考信号的延时的关系公式计算得出 。

[0065] 周期值与被测信号1相对参考信号2的延时的关系公式如下：

[0066] （3）

[0067] 其中， 为被测信号相对参考信号的延时， 为周期值。

[0068] 进一步的，该延时测量电路还包括电压表，所述电压表用以与鉴相器40连接并测量鉴相器40的输出电压，并通过同步信号源10设置信号频率 。

[0069] 的变化范围至少要超过一个 ，假设 的变化范围，即整个测量电路可以工作的频率动态范围从 到 ，则测试环境应该满足如下条件：

[0070] （4）

[0071] 其中， 为参考电路中的线路延时， 和 分别为多个连续方波信号的频率最大值和最小值。

[0072] 通过公式（4）设置参考电路的线路延时模块32。可选的，线路延时模块32通过可编程延时器或额外增加线路长度来实现，通过可编程延时器或调节线路长度来调节所述参考
电路的线路延时。确保被测信号1先到达鉴相器40，参考信号2后到达鉴相器40。

[0073] 假设： ，则 大于6.7ns即可。如果采用增加线路长度来延时，相当于约1.4米的普通线路长度。本发明对线路延时模块32的精确值不敏
感，只要求线路延时模块32工作稳定，不会因为本身的温漂或变化而引入 测量误差，因
此技术上实现难度低。

[0074] 为了较好地测量 ，优选的，多个连续方波信号之间的频率间隔小于输出电压随信号频率变化的周期值的四分之一。更优选的，多个连续方波信号之间的频率间隔小于输
出电压随信号频率变化的周期值的十分之一。

[0075] 优选的，任意相邻两个连续方波信号之间的频率间隔相等。

[0076] 在实际测量过程中，会有很多因素导致实测的 数据存在误差，例如电路的非线性和噪声干扰带来误差，为了获得更高的测量精度，本发明提供了一种数学处理方法，来
得到更精确的三角波的周期值，该数学处理方法通过数据处理模块50来执行。

[0077] 该数学处理方法的核心逻辑是：找到最佳的参数 使得公式（2）所描述的三角波和实测数据吻合度最高。

[0078] 首先初步测得 即 的大致数值。如果所有被测通道的差异不大，则所有被测通道的 值应该比较接近。因此容易根据经验数据取一个预估值 作为初始值。然后对
实测的数据点 做如下处理，以得到三角波的周期值的最优解。具体步骤如下：

[0079] A、根据以下公式，对三角波函数 中每一个数据点 算出 ，得到数据点组合 ；

[0080]

[0081] 其中， 为连续方波信号的频率， 为输出电压； ，函数为对x向下取整， 为三角波函数 的周期值的预估值； 和 分别
鉴相器输出电压的最大值和最小值；

[0082] 理论上，如果TF1是准确的结果，则所有构成的数据点 应该在一条直线上，并且 也应该在这个直线上。因此，优选的，数据点组合 中包括数据点
。

[0083] B、对数据点组合 进行线性拟合，得到三角波函数 的周期值的最优解。具体包括：

[0084] 以所述周期值的预估值 为初始值，根据斜截率公式通过最小二乘法进行线性拟合，得到最小二乘法的误差平方和δ；在所述周期值的预估值TF1的正负预定范围内取一
个新的值作为周期值TF，代入所述步骤A的公式中，并得到新的周期值TF对应的误差平方和
δ；多次选择不同的周期值，并计算得到不同的周期值TF对应的误差平方和δ；通过计算机程
序的数学处理，在TF1正负预定范围内检索{TF，δ}，通过逼近算法求解误差平方和δ的最小
值，并选择最小误差平方和δ对应的三角波函数 的周期值TF为最优解。可选的，所
述周期值的预估值TF1的正负预定范围为 。

[0085] 其中，所述斜截率公式如下：

[0086]

[0087] 其中， 和 为系数。

[0088] 由于TF1是预估值，其偏差越大，最小误差平方和δ值越大，因此寻找最佳的周期值使δ最小，并选择最小误差平方和δ对应的三角波函数 的周期值TF为最优解，然后
将周期值的最优解代入公式（3）计算得到被测信号1相对参考信号2的延时 。

[0089] 因为 通过多组测试数据的拟合结果得出，抵消了单次测量的误差，并且克服了测量电路的分辨率限制，所以其精准度和分辨率都很高。对每个被测通道实施上述步骤，就
可以精准的标定每个被测通道的传输延时的差异，从而实现高精准的AC校准。

[0090] 实施例二

[0091] 本实施例公开了一种AC校准装置，用于对存在延时的不同被测通道进行校准，其集成有实施例一所述的延时测量电路，并通过所述延时测量电路测量不同被测通道之间的
延时。

[0092] 进一步的，该AC校准装置包括信号补偿器，所述信号补偿器用于对需补偿的被测通道进行延时补偿。可选的，所述信号补偿器以延时最长的被测通道为基准通道，根据其他
被测通道与基准通道之间的延时对其他通道进行补偿。

[0093] 可选的，该AC校准装置还包括用于显示测量数据的显示面板。

[0094] 实施例三

[0095] 本实施例公开了一种IC测量装置，用于对集成电路进行测量，其集成有实施例一中的延时测量电路，并通过所述延时测量电路测量集成电路上多个被测通道之间的延时。

[0096] 以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保
护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。