Brevet FR2737306A1 — publié le 19970131

DisPositif de mesure de courant de fuite d'un circuit intégré Les circuits intégrés, notamment ceux qui sont réalisés en technologie CMOS logique, présentent un courant de consommation très faible en dehors des phases de commutation. Ces circuits étant considérés comme actifs pendant les phases de commutation précitées, ce courant de consommation sera, pour cette raison, désigné par courant de fuite, le courant de consommation en phase active de commutation étant beaucoup plus important. A l'heure actuelle, lors de la fabrication de ce type de circuits intégrés, selon cette technologie, la mesure de ce courant de fuite sur un nombre significatif d'états internes spécifiques des circuits intégrés permet de définir un bon critère d'élimination des circuits intégrés qui présentent, en fonction de leur architecture interne, certains défauts de fabrication. Bien que ces défauts, dûs avant tout à des défauts de gravure de silicium, soient suffisamment ténus pour ne pas affecter la fonctionnalité des circuits intégrés précités, ils sont toutefois susceptibles de poser des problèmes de fiabilité à long terme. Afin de mettre en oeuvre un tel critère de sélection des circuits intégrés réalisés, on peut bien sûr envisager d'utiliser le module de mesure, consistant essentiellement en un ampèremètre, disponible sur les testeurs logiques normalement mis en oeuvre. Toutefois, la mise en oeuvre d'une telle mesure d'intensité puis de sélection par application du critère conduit à des temps globaux de test prohibitifs, afin de mettre en oeuvre un tel critère à l'échelle industrielle. Ainsi que représenté en figure la, il est nécessaire de développer un module qui convertit le courant de fuite en une tension qui sera échantillonnée par le testeur logique. Une autre solution pour construire le module précité peut consister, ainsi que représenté en figure lb, à utiliser un montage simple à résistance et amplificateur opérationnel. Cette deuxième méthode maintient la tension de référence Vss à une valeur constante mais ne donne pas satisfaction, car la stabilité électrique du montage dépend de la valeur des paramètres C, capacité entre Vdd et Vss du circuit intégré et de la valeur de la résistance R. Cette sensibilité conduit à une mise en oeuvre délicate incompatible avec le domaine d'utilisation industriel. Pour une récapitulation plus complète des solutions actuellement susceptibles d'être envisagées pour effectuer une mesure de courant de fuite de circuits intégrés, cette opération étant connue sous le nom de "IddQ testing" en langage anglo-saxon pour -Intensity dd quescient-, on pourra utilement se reporter à l'ouvrage intitulé: "IddQ Testing for CMOS VLSI" publié par Rajsuman Rochit, Library of Congress, ISBN 0-89006-726-0, ARTECH HOUSE INC. 685 Canton Street, Norwood MA 02062 - 1995. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients des méthodes antérieures précitées, par la mise en oeuvre d'un dispositif de mesure de courant de fuite d'un circuit intégré permettant de délivrer un signal strictement proportionnel au courant de fuite précité, avec un temps de mesure et de mise en oeuvre compatibles avec les besoins du domaine d'application industriel. Le dispositif de mesure du courant de fuite d'un circuit intégré, alimenté entre une tension d'alimentation Vdd et une tension de référence Vss, cette alimentation étant découplée par une capacité de valeur déterminée CO connectée aux bornes du circuit intégré entre Vdd et Vss, selon l'invention, est remarquable en ce qu'il comprend un module résistif générateur d'une première tension électrique proportionnelle à ce courant de fuite, cette première tension étant représentative de la réponse exponentielle du circuit formé par le module résistif et la capacité d'entrée CO. Un module intégrateur de la première tension électrique est prévu, lequel permet d'engendrer une deuxième tension électrique de compensation.Un module sommateur reçoit la première et la deuxième tension électrique et permet de délivrer une tension linéarisée en fonction du temps, proportionnelle au courant de fuite. Le dispositif de mesure du courant de fuite d'un circuit intégré, objet de la présente invention, trouve application à la réalisation de machines de test de circuits intégrés à l'échelle industrielle. I1 sera mieux compris à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après dans lesquels, outre la figure la et la figure lb relatives à l'art antérieur - la figure 2a représente un schéma fonctionnel de mise en oeuvre du dispositif de mesure du courant de fuite d'un circuit intégré objet de la présente invention - la figure 2b représente un chronogramme de signaux en des points de test remarquables de la figure 2a - la figure 3a représente un schéma équivalent du module résistif d'un dispositif de mesure du courant de fuite d'un circuit intégré selon l'invention représenté en figure 2a - la figure 3b représente un schéma équivalent du module intégrateur du dispositif de mesure du courant de fuite d'un circuit intégré selon l'invention tel que représenté en figure 2a. Une description plus détaillée d'un dispositif de mesure du courant de fuite d'un circuit intégré, conforme à l'objet de la présente invention, sera maintenant donnée en liaison avec la figure 2a. D'une manière générale, on indique que lors de la mise en oeuvre du dispositif de mesure, objet de la présente invention, tel que représenté en figure 2a, le circuit intégré, noté CI, est alimenté entre une tension d'alimentation Vdd et une tension de référence Vss. Ainsi que représenté de manière schématique sur la figure 2a, le montage de test du circuit intégré comporte un interrupteur SO, qui est à l'état fermé pendant les phases de commutation et à l'état ouvert pendant les phases de mesure du courant de fuite et une capacité de découplage CO connectée entre Vdd et Vss, dont la fonction est d'atténuer les perturbations de la tension d'alimentation pendant les phases de commutation. La capacité de découplage précitée est indispensable pour le test fonctionnel du circuit intégré, et, pour avoir l'efficacité maximale, cette dernière doit être câblée directement aux bornes Vdd et Vss du circuit intégré. Ainsi qu'on l'a représenté sur cette figure, le dispositif selon l'invention comprend un module résistif 1 générateur d'une première tension électrique, notée V1, proportionnelle au courant de fuite du circuit intégré. Par module résistif, on entend tout module électronique dont la fonction de transfert est équivalente à celle d'une résistance de valeur R déterminée, ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description. Ainsi, la première tension V1 engendrée est représentative de la réponse exponentielle du circuit formé par le module résistif 1 et par la capacité d'entrée CO précitée. En outre, le dispositif de mesure du courant de fuite d'un circuit intégré, objet de l'invention, comprend un module intégrateur 2 de la première tension électrique V1, ou d'une image de celle-ci, la tension VO, laquelle vérifie la relation V1 = aVO, a réel, ce module intégrateur 2 permettant d'engendrer une deuxième tension électrique de compensation de la première tension électrique, ainsi qu'il sera décrit ci-après. Un module sommateur 3 est prévu, lequel, recevant la première V1 et la deuxième V2 tension électrique, permet de délivrer une tension linéarisée V3 en fonction du temps, proportionnelle au courant de fuite du circuit intégré CI. Le mode opératoire du dispositif de mesure du courant de fuite d'un circuit intégré, objet de la présente invention, tel que représenté en figure 2a, est le suivant, ainsi qu'il sera explicité en liaison avec la figure 2b, laquelle représente un chronogramme des tensions délivrées en sortie du module résistif 1, pour la première tension V1, du module intégrateur 2, pour la deuxième tension V2, ainsi que de la tension linéarisée V3 délivrée par le module sommateur 3. Ainsi qu'on l'observera sur la figure 2b, on comprend que lors de l'ouverture de l'interrupteur SO et pour faire la mesure du courant de fuite correspondant à l'état de repos, la capacité de découplage CO, initialement chargée à une valeur de tension égale à la tension d'alimentation, se décharge à travers le circuit intégré par la présence du courant de fuite précité.La réponse exponentielle de constante de temps C0.R où R désigne la valeur de l'élément résistif ramené à une résistance de valeur R correspondante, est alors linéarisée par la combinaison linéaire de la première tension V, proportionnelle au courant de fuite, et de la deuxième tension V2 intégrale de la première tension V1, cette intégrale étant elle-meme une exponentielle et permettant de linéariser la combinaison linéaire précitée pour engendrer la tension V3 par sommation, ainsi qu'il apparaît à l'observation de la figure 2b. Sur cette figure, on constate en effet que pour une réponse exponentielle V1 tendant vers une valeur finale notée Vof, l'intégrale de cette première tension V, présente l'allure de la deuxième tension V2 sur la figure 2b, laquelle permet de compenser la non-linéarité globale de la première et de la deuxième tension pour engendrer la tension linéarisée V3 en sortie du module sommateur 3. On dispose ainsi, en sortie de ce module sommateur, d'une tension directement proportionnelle au courant de fuite du circuit intégré CI dans les conditions qui seront explicitées ci-après dans la description. Une description plus détaillée d'un mode de réalisation préférentiel du dispositif de mesure du courant de fuite d'un circuit intégré, conforme à l'objet de la présente invention tel que représenté en figure 2a, sera maintenant donnée en liaison avec la figure précitée. Dans le mode de réalisation précitée, on indique que le module résistif 1 peut avantageusement comporter, connecté entre la tension de référence et une tension de masse VM de ce dispositif, un amplificateur opérationnel 10 dont la borne positive est directement reliée à la tension de masse VM et dont la borne négative, formant masse virtuelle, est reliée à la tension de référence Vss du circuit intégré CI par l'intermédiaire d'une résistance de valeur R déterminée. La borne négative de l'amplificateur opérationnel 10 est également reliée à la sortie de cet amplificateur opérationnel par l'intermédiaire d'une résistance R1 pour délivrer à la sortie de l'amplificateur opérationnel 10 la première tension V1.Le montage de l'amplificateur opérationnel 10 est classique, la fonction de transfert de l'ensemble ayant sensiblement la valeur de la résistance R en raison de la connexion de celle-ci à la masse virtuelle de l'amplificateur opérationnel 10. En outre, on a Vl/VO = -R1/R. De même, ainsi que représenté sur la figure 2a précitée, on indique que le module intégrateur 2 de la première tension V1 peut comprendre, connecté entre la tension de référence Vss et la tension de masse VM du dispositif, un amplificateur opérationnel 20 dont la borne positive est directement reliée à la tension de masse VM du dispositif. La borne négative de l'amplificateur opérationnel 20 formant également masse virtuelle, est reliée à la tension de référence Vss du circuit intégré CI par l'intermédiaire d'une résistance de valeur R' déterminée ainsi que par l'intermédiaire d'une capacité C1 à la sortie de l'amplificateur opérationnel 20, pour délivrer à cette sortie la deuxième tension V2, laquelle correspond à la version intégrée de la première tension V1. Le montage du module intégrateur 2 est également de type classique et, à ce titre, ne sera pas décrit en détail. En outre, ainsi qu'on l'a représenté en figure 2a, on indique que le dispositif de mesure du courant de fuite d'un circuit intégré selon l'invention peut comprendre un premier interrupteur SO, lequel est connecté entre la tension de référence Vss du circuit intégré et la tension de masse VM du dispositif, ainsi qu'un deuxième interrupteur, noté S1, connecté en parallèle sur la capacité C1 du module intégrateur 2. Le premier interrupteur SO peut avantageusement être réalisé par un transistor à effet de champ par exemple, présentant une très faible résistance à l'état passant, ce qui permet d'amener la tension de référence Vss à la valeur de la tension de masse VM. Le deuxième interrupteur S1 est au contraire réalisé au moyen d'éléments intégrés de type CMOS selon un schéma classique, le deuxième interrupteur S1 devant constituer toutefois un interrupteur à faible injection de charges électriques afin de ne pas biaiser la valeur intégrée de la première tension Vl, c'est-à-dire de la deuxième tension V2 délivrée par le module intégrateur 2. Compte tenu de la présence du premier SO et du deuxième S1 interrupteur, on indique que l'ouverture du premier SO et du deuxième S1 interrupteur permet successivement la mise en fonctionnement du dispositif de mesure du courant de fuite d'un circuit intégré tel que représenté en figure 2a, puis de commander la compensation par intégration sur ouverture du deuxième interrupteur S1. Enfin, on indique que le module sommateur 3 de la première et de la deuxième tension V1, V2 peut comporter, ainsi que représenté en figure 2a, un amplificateur opérationnel 30 dont le borne positive est directement reliée à la tension de masse VM et dont la borne négative est reliée, par l'intermédiaire d'une première résistance 31 et d'une deuxième résistance 32, à la sortie délivrant la première et la deuxième tension V1, V2 respectivement, la borne négative de l'amplificateur opérationnel 30 étant d'autre part reliée en sortie de cet amplificateur opérationnel par l'intermédiaire d'une résistance 33. Le montage du module sommateur 3 est classique et, à ce titre, ne sera pas décrit plus en détail. La sortie du module sommateur 3 délivre ainsi la tension linéarisée en fonction du temps, proportionnelle au courant de fuite. Un justificatif du mode opératoire du dispositif de mesure du courant de fuite d'un circuit intégré, conforme à l'objet de la présente invention, tel que représenté en figure 2a, sera maintenant donné en liaison avec les figures 3a et 3b. Sur la figure 3a, on a représenté le schéma équivalent du module résistif 1 lorsque le premier interrupteur SO est ouvert, abstraction faite du module intégrateur 2, la tension VO apparaissant aux bornes de la résistance R connectées à la masse virtuelle se retrouvant intégralement en sortie du module résistif 1, c'est-à-dire en sortie de l'amplificateur opérationnel 10. Ainsi, pour une résistance de fuite notée Rf engendrant un courant de fuite If, la première tension engendrée V1 vérifie la relation VO = Vof x ( l-e~tZT Dans la relation précitée, on indique que Vof est la valeur finale de la tension VO représentée sur la figure 2b, alors que la valeur de la constante de temps t s'écrit t = R x Rf .Co - C0.R si R Rf R - Rf En choisissant une résistance R dont la valeur est très inférieure à la résistance de fuite Rf, on peut écrire t - R x CO et V0f = Vdd x R = R x R+Rf On comprend bien entendu que la valeur finale Vof de la première tension VO n'est autre que celle engendrée par le pont de résistances, résistance de fuite R f, résistance R. Lorsque, le premier interrupteur S0 étant ouvert, l'on procède simultanément à l'ouverture du deuxième interrupteur S1, le schéma équivalent de l'ensemble est représenté en figure 3b pour le module intégrateur 2. La tension V2 délivrée par la sortie de l'amplificateur opérationnel 20 s'écrit alors avec VO = Vof x (l-e~t) et t = C0.R Compte tenu des conditions initiales, le premier interrupteur étant fermé à l'instant t=O, implique Vl=O pour t=O et la deuxième tension V2 vérifie alors la relation La deuxième tension V2 vérifie alors la relation générale On comprend alors que la sommation de la première tension V1 et de la deuxième tension V2 permet alors d'obtenir une tension V3 proportionnelle au courant de fuite If pourvu que le terme proportionnel à la première tension V1 ou VO soit compensé. Cette compensation peut être alors obtenue lorsque la condition Vl/VO = CO/Cl est satisfaite. On indique que ce rapport peut être ajusté, soit à partir du rapport des valeurs des capacités, soit à partir du gain d'amplification. Dans le cas où on souhaite réaliser un dispositif d'encombrement réduit destiné à être placé sur l'interface de la machine de test des circuits intégrés, une solution simple peut consister à travailler à gain constant défini par le rapport des résistances R et R1. Dans ce cas, la capacité de découplage CO du circuit intégré CI peut être constituée de plusieurs capacités de plus faible valeur connectées en parallèle, ce qui permet de faire varier la capacité équivalente CO pour obtenir la relation précédemment mentionnée. Dans le cas de la réalisation d'un module interne à la tête de la machine de test, il est possible d'envisager la mise en oeuvre d'un amplificateur à gain programmable, l'ensemble constitué par l'amplificateur opérationnel 10 et les résistances R et R' pouvant alors constituer cet amplificateur à gain programmable, une procédure d'étalonnage automatique permettant de rechercher une réponse linéaire avec éventuellement le choix possible de plusieurs gammes au niveau de la capacité C1 du module intégrateur 2, cette capacité C1, étant réalisée par une pluralité de capacités en parallèle, pouvant alors être envisagée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure du courant de fuite d'un circuit intégré, alimenté entre une tension d'alimentation (Vdd) et une tension de référence (Vss), ledit circuit intégré présentant une capacité de découplage entre une tension d'alimentation (Vdd) et une tension de référence (Vss) de valeur déterminée (cl), caractérisé en ce que ce dispositif comporte - des moyens résistifs (R) générateurs d'une première tension électrique proportionnelle audit courant de fuite, ladite première tension étant représentative de la réponse exponentielle du circuit formé par les moyens résistifs (R) et la capacité de découplage (CO) - des moyens intégrateurs de ladite première tension électrique, permettant d'engendrer une deuxième tension électrique de compensation ;; - des moyens sommateurs de la première et de la deuxième tension électrique, permettant de délivrer une tension linéarisée en fonction du temps, proportionnelle audit courant de fuite. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens résistifs (R) comportent, connectés entre la tension de référence (Vss) et une tension de masse (VM) dudit dispositif, un amplificateur opérationnel dont la borne positive est directement reliée à la tension de masse (VM) et dont la borne négative, formant masse virtuelle, est reliée, d'une part, à la tension de référence (Vss) du circuit intégré, par l'intermédiaire d'une résistance de valeur (R) déterminée, et, d'autre part, à la sortie dudit amplificateur opérationnel par l'intermédiaire d'une résistance R1 pour délivrer à ladite sortie ladite première tension. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens intégrateurs de ladite première tension comprennent, connectés entre la tension de référence (Vss) et une tension de masse (VM) dudit dispositif, un amplificateur opérationnel dont la borne positive est directement reliée à ladite tension de masse (VM) et dont la borne négative, formant masse virtuelle, est reliée, d'une part, à la tension de référence (Vss) du circuit intégré par l'intermédiaire d'une résistance de valeur (R) déterminée, et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une capacité (C1), à la sortie dudit amplificateur opérationnel pour délivrer à ladite sortie ladite deuxième tension. 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un premier interrupteur (su), connecté entre la tension de référence (Vss) et la tension de masse (VM), et un deuxième interrupteur (Sî), connecté en parallèle sur ladite capacité C1, ce qui permet successivement la mise en fonctionnement dudit dispositif sur fermeture dudit premier interrupteur (SO) et de commander la compensation par intégration sur fermeture dudit deuxième interrupteur (Sî). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens sommateurs de la première et de la deuxième tension comportent un amplificateur opérationnel dont la borne positive est directement reliée à la tension de masse et dont la borne négative est reliée, d'une part, par l'intermédiaire d'une première et d'une deuxième résistance, à la sortie délivrant la première respectivement la deuxième tension, et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une troisième résistance à la sortie dudit amplificateur différentiel, pour délivrer ladite tension linéarisée en fonction du temps, proportionnelle audit courant de fuite.