一种DC-DC芯片内建可测性设计

测试序列的产生

由于需要测试的参数往往比较多，所以整个测试过程需要分为若干个测试阶段进行，可以应用计数器和译码器产生测试序列，以便在不同的阶段测试不同的参数。图3为一个简单的测试序列产生电路，运用两个T触发器组成的4进制计数器和4个与非门产生共4个测试阶段T1～T4。当TCK为低电平时，电路处于正常工作状态或关断状态(由SHUT决定)，当TCK第一次为高电平时，T1为高电平，进入第一个测试阶段，通过一定的控制电路测试一部分数据；当TCK第二次为高电平时，T2为高电平，进入第二个测试阶段，测试另外一些数据，依次类推，可以根据测试参数的需要增加或减少测试阶段。图3中SHUT为计数器清零控制信号，可以使计数器回到起始状态。测试的控制电路在下一小节中介绍。  


图3测试序列内建产生电路及其时序图  

内部信号的输出

DC-DC中需要测量的电参数主要有模拟电压信号、数字电压信号、电流信号和其他特殊参数，它们需要输出到外引脚上才可以进行测量，输出的方法分别如下。  

(1)模拟电压信号的输出

DC-DC有些关键的电压信号需要测量，比如基准电压、过压关断的门限电压、欠压关断的门限电压等，这些电压节点的驱动能力往往比较小，直接测量可能造成较大的误差或内部稳定性问题。为此，可以考虑采用一个运算放大器对需要测量的电压节点进行电压跟随输出，然后进行测量。DC-DC中的误差放大器EA(见图4)是一个增益很大、反相输入端接外引脚VFB的运算放大器，可以用来作为电压跟随器。实际上可以通过一个切换电路K2将需要测试的电压信号接到EA的同相输入端，而用一个开关K1将EA的反相输入端和输出端相连，就构成了电压跟随器，需要测试的信号就可以从VFB输出。在下面的实例中，基准电压就是通过这种方式测量的。  

图4具有内建测试电路的DC-DC框图  

(2)数字电压信号的输出

对振荡器的输出等数字信号进行测量时，同样存在驱动能力不足的问题，采用一个由小到大的多级非门可以组成比较理想的缓冲电路。可以通过类似的切换电路(见图4中K3)将需要测试的信号接到缓冲电路的输入端，再通过K4从SW输出，这时需要将DC-DC的主开关管和整流开关管关断。对于有些占空比过小或过大的数字信号，测频率时可以通过T触发器进行二分频得到50%占空比的方波信号输出，以方便测量。图4给出了BUCK同步整流DC-DC的典型框图，示意性的给出了模拟电压信号和数字电压信号的输出方法。  

(3)电流信号的输出

芯片内部的电流信号经常是μA级的，测量时可以通过一个1∶10的电流镜将需要测量的电流信号放大，再从SW输出进行测量。通过切换电路可以决定需要测量的电流。  

(4)其他参数的测量

DC-DC中，还经常测量其他一些参数或需要验证一些功能状态是否正常。比如需要测量开关管的导通电阻，需要测量过电压、过电流等的门限，这时需要从一个引脚接入一个激励信号，然后从本引脚或其他引脚测试输出信号。  

开关导通电阻是影响DC-DC效率的一个重要因素，设计中需要对其进行检测。图4中，主开关导通电阻等于主通路MP和采样通路RS，MS相并联的电阻，测试主开关导通电阻时(见图5(a))，可以控制主开关管MP和采样开关管MS处于导通状态，同步整流开关管MN处于关断状态，在SW和GND之间接一个合适的电阻和电流表，根据VCC与SW之间的电压差和电阻的电流值就可以得到MP的导通电阻。测量同步整流开关管MN电阻时(见图5(b))，控制MP和MS关断，MN导通，由于整流管MN正常导通时，电流方向从GND到SW，所以需要像图5(b)那样加电源和电阻，同样可以通过电压表和电流表的读数得到MN的导通电阻。DC-DC中有多个比较器，比如过压比较器、过流比较器等，这些比较器的翻转门限需要设置合适测量时，通过切换电路控制比较器的输入接VFB，比较结果从SW输出。这样可以从VFB接入可调节的信号，观察SW的电平变化测得比较器门限。另外，运算放大器的测试也很重要，可以参阅文献。  


图5导通电阻的测量(a)主开关管；(b)同步整流开关管  

外围控制电路

在测试过程中，需要给EN引脚加一个高电平为VCC+0.3V，低电平介于1.5V和VCC+0.3V之间的可切换的信号。为了准确控制时序，要求该控制信号在跳变过程中不能抖动，而且要求在VCC调整时，EN和VCC的电压差不发生变化，以便保持状态。图6是实现这种目的的一个简单电路，图6中V1为主电源，芯片由VCC供电，V2为一个固定的0.3V的电源，D1为一个二极管。由U1和U2组成的RS触发器的电源由V2的正端提供。当按下AN1时，由于R3电流和压降很小，EN电平近似为VCC-VD1，芯片处于正常工作状态，当按下AN2时，由于R4≥R3≥R ON(M1) ，(R ON(M1) )为M1的导通电阻)，EN电平近似为VCC+0.3V，芯片处于测试状态，由于RS触发器的锁定作用，电平在跳变时不会抖动。当按下AN3时，EN电平为0，芯片关断，计数器清零。R3在AN3按下时起到限流作用，R4的作用是防止U1输出高电平(VCC+0.3V)时M1的泄漏电流抬高EN电平。  


图6外围测试控制电路