Desenvolvimento de uma toolbox em Matlab para determinação de configurações otimizadas para testes de circuitos analógicos através de simulações SPICE automatizadas

Abstract

Este trabalho se refere à determinação de configurações otimizadas para testes em circuitos integrados analógicos, utilizando a metodologia de teste estrutural. Em outras palavras, se refere à determinação tanto dos nós a serem utilizados nos testes, quanto dos sinais a serem aplicados na entrada do circuito, de modo que se maximize a detecção de falhas. Foi desenvolvida uma toolbox em MATLAB para possibilitar a análise automatizada das configurações de teste em um circuito analógico qualquer. Nessa ferramenta, através da descrição do circuito e do modelo de falhas a ser considerado, são determinados o dicionário de falhas, a cobertura de falhas nos nós e o conjunto considerado como os melhores testes. A validação do funcionamento dessa toolbox se deu através da reprodução idêntica de três estudos passados que levaram em consideração circuitos amplificadores operando em malha aberta. No primeiro, utilizou-se dois amplificadores de dois estágios com saídas simples em topologias complementares, dos quais foram analisadas as coberturas de falhas para tensões contínuas aplicadas na entrada, onde observou-se que 79,17% das falhas modeladas eram capazes de serem detectadas em um único teste. No segundo estudo, levando em consideração três tensões contínuas diferentes aplicadas na entrada, foi determinado que a cobertura de falhas para um amplificador totalmente diferencial de um estágio projetado por Oliveira, Severo e Girardi (2014) seria de 78,33%. No terceiro e último estudo, utilizando-se o mesmo circuito do anterior, foi determinado a cobertura de falhas em função da frequência do sinal de entrada, onde se observou que 100% das falhas seriam detectadas com apenas dois testes. Entretanto, a execução desses testes era impossibilitada, pois demandava a diferenciação de décimos de microvolt nas tensões nodais a serem medidas. Levando em consideração condições mais reais, chegou-se a um máximo de 80% das falhas detectadas com a execução de quatro testes. Com a ferramenta validada, foram executados dois estudos de caso, nos quais esses mesmos amplificadores foram simulados em malha fechada. Observou-se que, ao passar da configuração em malha aberta para a em malha fechada, melhorou-se as condições de teste, pois as margens dos sinais de entrada requeridos e o módulo das tensões a serem medidas nos nós aumentaram, sem que houvesse prejuízo às coberturas de falhas, que permaneceram as mesmas (79,17%) para os amplificadores com dois estágios e saídas simples e, inclusive, aumentou de 80% para 84,17% no caso do amplificador totalmente diferencial, necessitando, nesse caso, apenas 2 testes.

This work refers to determination of optimized setups to test of analog integrated circuits, using the structural test methodology. In other words, refers to selection of the test nodes and the teste stimuli in order to maximize the fault detection. A MATLAB toolbox was developed to allow the automated analysis of test setups for any analog circuit. In this tool, the circuit description and the fault model are used to create the analog fault dictionary, calculate the number of detected faults in each node and determinate the best tests. The toolbox was validated by the identical reproduction of three past case studies, which used amplifiers circuits in open loop. In the fist, two single output amplifiers with two stages in complementary topologies were analyzed with direct voltage on inputs, the total fault coverage was 79.17% and requires only one test per circuit. In the second, considering three different direct voltages on input, was determined that the fault coverage to a single stage fully differential amplifier designed by Oliveira, Severo e Girardi (2014) is 78.33%. In the third, using the same circuit of the last, it was determined the fault coverage according to input signal frequency, in this case, 100% of faults could be detected with only two tests, but the execution of these tests is impossible, because demands a differentiation of tenths of microvolts on nodes voltage. Under more real conditions, the maximum fault coverage was 80% and demands four tests. After validating the tool, two additional case studies have been done, in which the same amplifiers were analyzed in closed loop. It was observed that the closed loop test conditions were best than open loop conditions, because the range of possible input values and the modulus of nodes voltage has increased, while the fault coverage of single output amplifiers with two stages remained the same (79.17%) and the fault coverage of single stage fully differential has increased to 84.17% and requires, now, only two tests.