A BIST technique for Sigma-Delta ADCs
Technique d'auto test pour des convertisseurs de signal Sigma-Delta
Résumé
The test of analogue and mixed-signal circuits is becoming very costly, sometimes taking up to 50% of the total product cost. Built-In Self-Techniques (BIST) have the potential to reduce these costs, moving most of the test complexity to the design domain and making the circuit auto-testable. In this thesis, we present a new BIST technique for Sigma-Delta Analogue-to-Digital Converters (ADC). This approach exhibits both a very low area overhead and a short test time. Considering the continuous downscaling of digital circuits, we propose a strategy mainly digital, which is in-line with the philosophy of Sigma-Delta converters. As test signal, we generate on-chip a binary stimulus which encodes a very-high precision sinusoidal signal. The same binary stimulus is used for the response analysis, performed on-chip by means of a sine-wave fitting algorithm. The reuse of the resources already present in the circuit allow us to calculate the converter SINAD (SIgnal-to-Noise And Distortion ratio) in a very efficient way. As result of this work, a prototype has been designed and fabricated in a 0.13 µm CMOS technology from STMicroelectronics. The experimental results confirm the capacity of the BIST technique to measure the SINAD in a 16-bit audio Sigma Delta Converter.
Le test de circuits analogiques et mixtes est de plus en plus coûteux, représentant parfois jusqu'à 50% du coût total de fabrication du circuit. Les techniques de BIST (Built-In Self-Test) permettent de réduire ce coût en intégrant sur la puce les ressources nécessaires au test. Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle technique de BIST pour les Convertisseurs Analogiques-Numériques Sigma-Delta (CAN). Cette approche combine un surcoût en surface et un temps de test très réduits. Puisque les circuits numériques sont de plus en plus petits, nous avons choisi une technique principalement numérique, ce qui est en phase avec la philosophie des convertisseurs Sigma-Delta. Comme signal de test nous utilisons un stimulus numérique qui codifie avec une grande précision un signal sinusoïdal. Le même stimulus binaire est employé pour l'analyse de la réponse, effectuée au moyen d'une régression sinusoïdale (sine-wave fitting algorithm). La réutilisation de ressources présentes dans le circuit permet de calculer le SINAD (SIgnal-to-Noise And Distortion ratio) du convertisseur de manière très efficace. Afin de valider cette technique, un prototype a été conçu et fabriqué dans une technologie CMOS 0.13 µm de STMicroelectronics. Les résultats expérimentaux confirment la capacité de notre technique à mesurer le SINAD dans un convertisseur audio de 16 bits.
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