[发明专利]一种带内建自测试的电源开关电路

摘要

本发明提出了一种带内建自测试的电源开关电路，在设计电路中植入一种提供自我测试功能的电路，在低功耗系统上实现电源开关内部自检，在出现晶体管开路或者短路时给予提示，以免产生性能损失。本电路可以降低器件测试对自动测试设备（ATE）的依赖程度，首先，在测试电源开关时用了完整的电源测试信号和更少的测试周期；其次，在电源管理操作上，当开启休眠的模块或者关闭正在工作的模块时，部分内建自测试电路可以被复用，电源开关一个接着一个被激活/休眠，在不增加电路和功耗的情况下，降低电源噪声的峰值，减小对芯片工作的影响。

主权项

一种带内建自测试的电源开关电路，其特征是：包括多路选择器、增强电源开关、相位发生器、控制器及放电模块；其中：多路选择器的输入信号分别是测试使能信号，电源控制信号和控制器输出的电源测试信号，多路选择器的输出为电源门控信号，通过测试使能信号在电源控制信号及电源测试信号中选择一个信号作为电源门控信号输出至增强电源开关；当测试使能信号为高电平时，电源测试信号作为电源门控信号输出；当测试使能信号为低电平时，电源控制信号作为电源门控信号输出；增强电源开关采用N个结构完全一致的增强电源开关级联，N=1，…N，为正整数，各级增强电源开关的输入信号均包括复位信号、电源门控信号、时钟信号和相位发生器输出的第一相位时钟，各级增强电源开关的输出信号均包括门控电源和同步电源信号，第一级增强电源开关的电源门控信号输入端连接多路选择器输出的电源门控信号，第一级增强电源开关输出的同步电源信号与第二级增强电源开关的电源门控信号输入端相连，第二级增强电源开关输出的同步电源信号与第三级增强电源开关的电源门控信号输入端相连，依此类推，直至增强电源开关N‑1的输出的同步电源信号与增强电源开关N的电源门控信号输入端相连，增强电源开关N的输出同步电源信号空接；每个增强电源开关包括一个D触发器DFF2、一个二输入或门OR2和一个PMOS晶体管，第一级增强电源开关的D触发器的数据输入端连接电源门控信号，D触发器的数据输出端输出同步电源信号，后续各级增强电源开关的D触发器的数据输入端依次连接前一级输出的同步电源信号，各级增强电源开关的时钟输入端口连接时钟信号，复位端口连接复位信号，D触发器的反相数据输出端连接二输入或门OR2的一个输入端，二输入或门OR2的另一输入端与相位发生器输出的第一相位时钟连接，二输入或门OR2的输出和PMOS晶体管的栅端连接，PMOS晶体管的源端和电源连接，PMOS晶体管的漏端输出门控电源；相位发生器的输入为时钟信号，输出为第一相位时钟信号和第二相位时钟信号；相位发生器包括延时模块DLY3、二输入或门OR3及二输入与门AND3；延时模块DLY3的输入为时钟信号，输出的延迟时钟信号分别连接二输入或门OR3及二输入与门AND3的其中一个输入端，二输入或门OR3及二输入与门AND3的另一个输入端均连接时钟信号，二输入或门OR3的输出为第一相位时钟信号，二输入与门AND3的输出为第二相位时钟信号；放电模块的输入信号包括相位发生器输出的第二相位时钟信号、测试使能信号、复位信号、控制器输出的放电控制信号、时钟信号和增强电源开关输出的门控电源；放电模块包括非门INV4、D触发器DFF4、三输入与门AND4和一个NMOS管；非门INV4的输入端与时钟信号连接，非门INV4的输出端与D触发器DFF4的时钟端口连接，D触发器DFF4的数据输入端与放电控制信号连接，D触发器DFF4的复位端口与复位信号连接，D触发器DFF4的反相数据输出端与三输入与门AND4的其中一个输入端连接，三输入与门AND4的另一个输入端与第二相位时钟连接，三输入与门AND4的第三个 输入端与测试使能信号连接，三输入与门AND4的输出与NMOS管的栅端连接；NMOS管的漏端与门控电源连接，源端接地；控制器采用与增强电源开关对应的N级，各级输入信号分别是时钟信号、复位信号、测试使能信号和门控电源，各级控制器的输出是电源测试信号和放电控制信号，控制器根据要检测的增强电源开关的数目N的不同有三种情况；控制器N>2时，包括反相器INVa、INVb、INVc、INVd和INVe、三输入与门ANDa、ANDb、ANDc和ANDf、二输入与门ANDd、ANDe、ANDg、ANDh、ANDi和ANDj、二输入或门ORa、ORc和ORd、三输入或门ORb、三输入与非门NANDa、二输入异或门XORa和XORb、D触发器DFFa、DFFb、DFFc、DFFd1；二输入与门ANDj的输入端分别连接测试使能信号和时钟信号，控制器中所有D触发器的时钟端口均连接二输入与门ANDj的输出端，控制器中所有D触发器的复位端口均连接复位信号，D触发器DFFa的数据输入端连接二输入或门ORa的输出端，D触发器DFFb的数据输入端与三输入或门ORb的输出端、二输入与门ANDi的其中一个输入端以及二输入与门ANDh的其中一个输入端连接，D触发器DFFc的数据输入端与二输入或门ORc的输出端、二输入与门ANDi的另一个输入端、反相器INVe的输入端连接，反相器INVe的输出端连接二输入与门ANDh的另一个输入端，二输入与门ANDi的输出端输出放电控制信号，二输入与门ANDh的输出端连接D触发器DFFd1的数据输入端，D触发器DFFd1的数据输出端连接二输入异或门XORa的其中一个输入端，二输入异或门XORa的另一个输入端连接至D触发器DFFdN‑1的数据输出端，D触发器DFFa的数据输出端与二输入或门ORa的其中一个输入端、反相器INVd的输入端、三输入与非门NANDa的其中一个输入端连接，三输入与非门NANDa的第二个输入端连接二输入或门ORd的一个输入端，三输入与非门NANDa的第三个输入端与二输入或门ORd的另一个输入端、D触发器DFFc的数据输出端、反相器INVb的输入端、三输入与门ANDa的其中一个输入端、三输入与门ANDb的其中一个输入端、三输入与门ANDc的其中一个输入端、二输入与门ANDe的其中一个输入端连接，DFFb的数据输出端与反相器INVa的输入端、三输入与门ANDa的第二个输入端、三输入与门ANDb的第二个输入端、二输入与门ANDd的其中一个输入端连接，二输入或门ORd的输出端连接二输入异或门XORb的其中一个输入端，二输入异或门XORb的另一个输入端连接门控电源，二输入异或门XORb的输出为测试响应信号，与反相器INVc的输入端、三输入与门ANDb的第三个输入端、二输入与门ANDe的另一个输入端连接，反相器INVa的输出端连接三输入与门ANDc的第二个输入端、三输入与门ANDf的其中一个输入端，反相器INVc的输出端连接三输入与门ANDc的第三个输入端，反相器INVb的输出端连接二输入与门ANDd的另一个输入端，反相器INVd的输出端连接三输入与门ANDf的第二个输入端，三输入与门ANDf的第三个输入端连接三输入与门ANDa的第三个输入端，三输入与门ANDa的输出端连接二输入或门ORa的另一个输入端，三输入与门ANDb、三输入与门ANDc及 二输入与门ANDd输出端分别连接三输入或门ORb的三个输入端，二输入与门ANDe的输出端连接二输入或门ORc的其中一个输入端，二输入或门ORc的另一个输入端连接二输入与门ANDg的输出端，二输入与门ANDg的其中一个输入端连接三输入与门ANDf的输出端，二输入与门ANDg的另一个输入端连接二输入异或门XORa的输出端；控制器N=2时不需要DFFd1触发器，包括反相器INVa、INVb、INVc和INVd、三输入与门ANDa、ANDb、ANDc和ANDf、二输入与门ANDd、ANDe、ANDi和ANDj、二输入或门ORa、ORc和ORd、三输入或门ORb、三输入与非门NANDa、二输入异或门XORb、D触发器DFFa、DFFb、DFFc；INVa、INVb、INVc、INVd和INVe、三输入与门ANDa、ANDb、ANDc和ANDf、二输入与门ANDd、ANDe、ANDg、ANDh、ANDi和ANDj、二输入或门ORa、ORc和ORd、三输入或门ORb、三输入与非门NANDa、二输入异或门XORa和XORb、D触发器DFFa、DFFb、DFFc、DFFd1二输入与门ANDj的输入端分别连接测试使能信号和时钟信号，控制器中所有D触发器的时钟端口均连接二输入与门ANDj的输出端，控制器中所有D触发器的复位端口均连接复位信号，D触发器DFFa的数据输入端连接二输入或门ORa的输出端，D触发器DFFb的数据输入端与三输入或门ORb的输出端、二输入与门ANDi的其中一个输入端连接，D触发器DFFc的数据输入端与二输入或门ORc的输出端、二输入与门ANDi的另一个输入端连接，二输入与门ANDi的输出端输出放电控制信号，D触发器DFFa的数据输出端与二输入或门ORa的其中一个输入端、反相器INVd的输入端、三输入与非门NANDa的其中一个输入端连接，三输入与非门NANDa的第二个输入端连接二输入或门ORd的一个输入端，三输入与非门NANDa的第三个输入端与二输入或门ORd的另一个输入端、D触发器DFFc的数据输出端、反相器INVb的输入端、三输入与门ANDa的其中一个输入端、三输入与门ANDb的其中一个输入端、三输入与门ANDc的其中一个输入端、二输入与门ANDe的其中一个输入端连接，DFFb的数据输出端与反相器INVa的输入端、三输入与门ANDa的第二个输入端、三输入与门ANDb的第二个输入端、二输入与门ANDd的其中一个输入端连接，二输入或门ORd的输出端连接二输入异或门XORb的其中一个输入端，二输入异或门XORb的另一个输入端连接门控电源，二输入异或门XORb的输出为测试响应信号，与反相器INVc的输入端、三输入与门ANDb的第三个输入端、二输入与门ANDe的另一个输入端连接，反相器INVa的输出端连接三输入与门ANDc的第二个输入端、三输入与门ANDf的其中一个输入端，反相器INVc的输出端连接三输入与门ANDc的第三个输入端，反相器INVb的输出端连接二输入与门ANDd的另一个输入端，反相器INVd的输出端连接三输入与门ANDf的第二个输入端，三输入与门ANDf的第三个输入端连接三输入与门ANDa的第三个输入端，三输入与门ANDa的输出端连接二输入或门ORa的另一个输入端，三输入与门ANDb、三输入与门ANDc及二输入与门ANDd输出端分别连接三输入或门ORb的三个输入端，二输入与门ANDe的输出端连接二输入或门ORc的其中一个输入端，二输入或门ORc的其中一个输入端 连接三输入与门ANDf的输出端；控制器N=1时不需要DFFd1触发器，包括反相器INVa、INVb、和INVc、三输入与门ANDe和ANDf、二输入与门ANDa、ANDb、ANDc、ANDd、ANDh和ANDg、二输入或门ORa、ORb、ORc和ORd、三输入或门ORb、三输入与非门NANDa、二输入异或门XOR、D触发器DFFa、DFFb、DFFc；INVa、INVb、INVc、INVd和INVe、三输入与门ANDa、ANDb、ANDc和ANDf、二输入与门ANDd、ANDe、ANDg、ANDh、ANDi和ANDj、二输入或门ORa、ORc和ORd、三输入或门ORb、三输入与非门NANDa、二输入异或门XORa和XORb、D触发器DFFa、DFFb、DFFc、DFFd1二输入与门ANDh的输入端分别连接测试使能信号和时钟信号，控制器中所有D触发器的时钟端口均连接二输入与门ANDh的输出端，控制器中所有D触发器的复位端口均连接复位信号，D触发器DFFa的数据输入端连接二输入或门ORa的输出端，D触发器DFFb的数据输入端与三输入或门ORb的输出端、二输入与门ANDg的其中一个输入端连接，D触发器DFFc的数据输入端与二输入或门ORc的输出端、二输入与门ANDg的另一个输入端连接，二输入与门ANDg的输出端输出放电控制信号，D触发器DFFa的数据输出端与二输入或门ORa的其中一个输入端、反相器INVb的输入端、三输入与非门NANDa的其中一个输入端连接，三输入与非门NANDa的第二个输入端连接二输入或门ORd的一个输入端，三输入与非门NANDa的第三个输入端与二输入或门ORd的另一个输入端、D触发器DFFc的数据输出端、三输入与门ANDf的其中一个输入端、二输入与门ANDd的其中一个输入端连接，DFFb的数据输出端与反相器INVc的输入端、二输入与门ANDa的第二个输入端、二输入与门ANDb的第二个输入端连接，二输入或门ORd的输出端连接二输入异或门XOR的其中一个输入端，二输入异或门XOR的另一个输入端连接门控电源，二输入异或门XOR的输出为测试响应信号，与反相器INVa的输入端、二输入与门ANDb的第二个输入端、二输入与门ANDd的另一个输入端连接，反相器INVa的输出端连接二输入与门ANDa的第二个输入端、二输入与门ANDc的其中一个输入端、三输入与门ANDe，反相器INVc的输出端连接三输入与门ANDe的第二个输入端、二输入与门ANDf的第二个输入端，反相器INVb的输出端连接二输入与门ANDe的另一个输入端、与输入与门ANDc的另一个输入端，二输入与门ANDa的输出端连接二输入或门ORa的另一个输入端，二输入与门ANDb、三输入与门ANDf的输出端分别连接二输入或门ORb的两个输入端，二输入与门ANDd的输出端连接二输入或门ORc的其中一个输入端，二输入或门ORc的其中一个输入端连接三输入与门ANDe的输出端。