單模塊電路

㈠ 集成晶元的發展過程

隨著集成晶元功能的增強和集成規模的不斷擴大，晶元的測試變得越來越困難，測試費用往往比設計費用還要高，測試成本已成為產品開發成本的重要組成部分，測試時間的長短也直接影響到產品上市時間進而影響經濟效益。為了使測試成本保持在合理的限度內，最有效的方法是在晶元設計時採用可測性設計(DFT)技術。可測性設計是對電路的結構進行調整，提高電路的可測性即可控制性和可觀察性。集成晶元測試之所以困難，有兩個重要原因：(1)晶元集成度高，晶元外引腳與內部晶體管比數低，使晶元的可控性和可觀察性降低；(2) 晶元內部狀態復雜，對狀態的設置也非常困難。
解決晶元測試的最根本途徑是改變設計方法：在集成電路設計的初級階段就將可測性作為設計目標之一，而不是單純考慮電路功能、性能和晶元面積。實際上可測性設計就是通過增加對電路中的信號的可控性和可觀性以便及時、經濟的產生一個成功的測試程序，完成對晶元的測試工作。
可測性設計的質量可以用5個標准進行衡量：故障覆蓋率、面積消耗、性能影響、測試時間、測試費用。如何進行可行的可測性設計，使故障覆蓋率高，面積佔用少，盡量少的性能影響，測試費用低，測試時間短，已成為解決集成電路測試問題的關鍵。
1 掃描設計
掃描設計是一種應用最為廣泛的可測性設計技術，測試時能夠獲得很高的故障覆蓋率。設計時將電路中的時序元件轉化成為可控制和可觀測的單元，這些時序元件連接成一個或多個移位寄存器(又稱掃描鏈)。這些掃描鏈可以通過控制掃描輸入來置成特定狀態，並且掃描鏈的內容可以由輸出端移出。
掃描設計就是利用經過變化的掃描觸發器連接成一個或多個移位寄存器，即掃描鏈。這樣的設計將電路主要分成兩部分：掃描鏈與組合部分(全掃描設計)或部分時序電路(部分掃描設計)，很明顯的降低了測試向量生成的復雜度。
掃描測試過程
在移位寄存器狀態下，第一個觸發器可以直接由初級輸入端置為特定值，最後一個觸發器可以在初級輸出直接觀察到。因此，就可以通過移位寄存器的移位功能將電路置為任意需要的初始狀態，並且移位寄存器的任一內部狀態可以移出到初級輸出端，進行觀察，即達到了可控制和可觀察的目的。此時，每一個觸發器的輸入都可以看作是一個初級輸入，輸出可以看作一個初級輸出，電路的測試生成問題就轉化成一個組合電路的測試生成問題。電路的測試過程可以分成以下的步驟：
(1)將時序單元控制為移位寄存器狀態，即scan—en=l，並將O，1序列移入移位寄存器， 然後移出，測試所有時序單元的故障；
(2)將移位寄存器置為特定的初始狀態；
(3)將所有時序單元控制為正常工作狀態，即scan一en=0，並將激勵碼載入到初級輸入端；
(4)觀察輸出端數據；
(5)向電路加時鍾脈沖信號，將新的結果數據捕獲到掃描單元中；
(6)將電路控制為移位寄存器狀態，即scan—en=l，在將移位寄存器置為下一個測試碼初態的同時，將其內容移出，轉步驟。
2邊界掃描技術
邊界掃描技術是各集成電路製造商支持和遵守的一種可測性設計標准，它在測試時不需要其它的測試設備，不僅可以測試晶元或PCB板的邏輯功能，還可以測試IC之間或PCB板之間的連接是否存在故障。邊界掃描的核心技術是掃描設計技術。
邊界掃描的基本思想是在靠近待測器件的每一個輸入/輸出管腳處增加一個邊緣掃描單元，並把這些單元連接成掃描鏈，運用掃描測試原理觀察並控制待測器件邊界的信號。在圖3中，與輸入節點X1，X2…、Xm和輸出節點Y1，Y2…、Ym連接的SE即為邊界掃描單元，它們構成一條掃描鏈(稱為邊界掃描寄存器一BSR)，其輸入為TDI(Test Data Input)，輸出TD0(Test Data 0ut)。在測試時由BSR串列地存儲和讀出測試數據。此外，還需要兩個測試控制信號：測試方式選擇(Test Mode Select—TMS)和測試時鍾(Test C1ock—TCK)來控制測試方式的選擇。
邊界掃描技術降低了對測試系統的要求，可實現多層次、全面的測試，但實現邊界掃描技術需要超出7%的附加晶元面積，同時增加了連線數目，且工作速度有所下降。
3 內建自測試設計
傳統的離線測試對於日趨復雜的系統和集成度日趨提高的設計越來越不適應：一方面離線測試需要一定的專用設備；另一方面測試向量產生的時間比較長。為了減少測試生成的代價和降低測試施加的成本，出現了內建自測試技術(BIST)。BIST技術通過將外部測試功能轉移到晶元或安裝晶元的封裝上，使得人們不需要復雜、昂貴的測試設備；同時由於BIST與待測電路集成在一塊晶元上，使測試可按電路的正常工作速度、在多個層次上進行，提高了測試質量和測試速度。
內建自測試電路設計是建立在偽隨機數的產生、特徵分析和掃描通路的基礎上的。採用偽隨機數發生器生成偽隨機測試輸入序列；應用特徵分析器記錄被測試電路輸出序列(響應)的特徵值：利用掃描通路設計，串列輸出特徵值。當測試所得的特徵值與被測電路的正確特徵值相同時，被測電路即為無故障，反之，則有故障。被測電路的正確特徵值可預先通過完好電路的實測得到，也可以通過電路的功能模擬得到。
由於偽隨機數發生器、特徵分析器和掃描通路設計所涉及的硬體比較簡單，適當的設計可以共享邏輯電路，使得為測試而附加的電路比較少，容易把測試電路嵌入晶元內部，從而實現內建自測試電路設計。
在產品設計中，離散元件具有很大靈活性。在進行需要超出標准解決方案要求的特定傳輸功率級或接受機靈敏度的電路設計時，這些設備(如LNA、大功率放大器等)是很有用的。然而，由離散有源元件決定的設計通常需要大量附加的離散有源元件、無源元件、濾波器及開關，以便補償發射線的阻抗不匹配、信號級轉換、隔離、及電壓增益分配。當鎵化砷設備與其它技術介面時(如雙極硅或鍺化硅)，這點很重要。 不過，離散元件給生產過程增加了附加成本。比如說，當拾放設備無法組裝非標准尺寸的部件或當PCB需要返工時。值得注意的是在WLAN無線設備生產過程的大部分成本都來自於離線裝配的數量、測試和返工工藝，返工一個無線設備的成本相當於原料費用的20%。 另一方面，集成RF晶元組生產成本一般較低並能製造較高性能的無線設備。把發射和接收功能如LNA、混頻器、LO、集成器、PLL和AGC集成到一個單模塊電路中有如下優點： 互聯阻抗易匹配
低雜訊設計，減少內部調制產品
優化了不同階段間的增益平衡
更少的外部無源元件 ATI、Nvidia在顯卡市場上的競爭延續多年，不過實際上英特爾才是顯卡市場上的絕對老大。對於傳統辦公用戶以及家庭用戶而言，採用非獨立設計的集成顯卡的PC系統超過60%，而英特爾在其中占據絕大多數。集成圖形晶元在性能上還無法達到獨立顯卡那樣的高度，但是它們售價更低，同時也可以滿足大多數主流應用的需要。我們今天要看到的就是新一代集成晶元組在游戲性能上的對比。
945G
i945G晶元組實際上就是在i945P晶元組上加入了圖形晶元，支持英特爾奔騰4、奔騰D和賽揚處理器。盡管英特爾已經有了新產品，但是945G晶元組仍然有著相當大的銷量。不少主板廠商已經推出了自己採用945G晶元組、支持LGA775介面英特爾酷睿2雙核處理器的主板產品，大大的延長了945G的產品壽命。
實際上945G晶元組的技術規格並不是太過時，盡管無法支持DDR2-800內存，但同樣提供了4個SATA介面和8個USB 2.0介面，對於DDR2-667內存也有很好的支持，並不比其它集成晶元組差多少。
不過就晶元組的集成圖形晶元GMA950而言，這款晶元的規格確實有些落後了。GMA950是英特爾第二代硬體支持T&L技術的產品，最高工作頻率400Mhz，可以提供1600MPixel/s的象素填充率，擁有4條象素渲染管線，最高可以支持224MB的共享顯存。英特爾在這款產品的開發中對於視頻解碼播放能力投入了不小精力，在其它地方就有些欠缺了。
GMA950的核心對於Shader Model 3.0提供有限的支持，對於DirectX 9也同樣如此，不過它可以在微軟的Windows Vista中支持Aero特效界面。只是GMA950的T&L引擎並不是由硬體實現的，而是由顯卡驅動轉交給CPU來進行處理。
在輸出介面上，GMA950的集成RAMDAC工作頻率400MHz，可以支持最高2048×1536×75Hz解析度。GMA950也可以支持DVI輸出，不過這里需要一塊額外的子卡（PCIe ×16介面）。
G965
G965是英特爾推出的最新集成晶元組，也是和英特爾酷睿2雙核處理器同期發布的。這款晶元組可以支持DDR2-800內存（非正式），ICH8南橋同時提供了10個USB 2.0介面和6個SATA介面，不過同時也省卻了PATA介面。所以採用ICH8南橋的主板只能通過額外的控制器才能提供傳統的IDE介面支持。
在圖形晶元上，G965可以說是英特爾對自己的一次突破。集成的圖形晶元組代號GMA X3000，晶元採用了很多全新設計和架構，擁有自己的硬體象素、頂點處理單元，支持SM 3.0技術，完全符合微軟Windows Vista Aero Premium的要求。同時英特爾還在GMA X3000上加入了更多的視頻解碼能力，首次支持WMV9的硬體加速。
GMA X3000擁有8個處理單元，採用統一架構設計的處理單元可以根據需要進行象素/頂點處理工作，也可以用作視頻播放時的加速。這樣的設計實際上和NVIDIA的G80一樣，硬體設計上是符合DirectX 10的要求，英特爾稱只要加上合適的驅動就可以提供DX 10的完善支持。
GMA X3000核心工作頻率667MHz，象素填充率為1333Mpixel/s。這樣的數據還比不上GMA 950，使得GMA X3000核心會在一些應用中比不上後者。核心最高可以支持384MB的共享顯存，集成RAMDAC工作頻率同樣400MHz，在顯示輸出特性上和GMA 950一樣。
這里需要提醒一下，G965晶元組是唯一集成GMA X3000圖形晶元的產品。965系列的其它產品使用的圖形核心為GMA 3000，不具有硬體著色處理單元和視頻加速能力，更接近GMA 950的規格。
Geforce6150
上面介紹的兩款晶元組自然是針對英特爾平台的，下面要說的當然就是AMD平台上的選擇了。我們首先要看到的是NVIDIA的GeForce 6150。
這款產品實際上是一年多以前發布的，不過在市場上的反響不錯，一直延續到今天。晶元組支持Socket AM2介面的AMD處理器，配合nForce 430南橋晶元可以提供8個USB 2.0介面、4個SATA介面、千兆網卡和HD Audio音頻系統。
GeForce 6150集成的圖形晶元只有2個象素管線，不過硬體對於SM 3.0提供完備的支持。核心工作頻率475Mhz，象素填充率950Mpixel/s，最高支持256MB顯存，可以全效支持Vista的Aero界面。
NVIDIA同樣為GeForce 6150提供了視頻硬體加速功能，支持高畫質縮放和高清視頻解碼。RAMDAC工作頻率300Mhz，最高支持1920×1440×75Hz解析度，提供DVI輸出功能，一般不需要子卡。