Techniques de mesure de courant pour le test

L’utilisation d’une technique de test basé sur la mesure de courant nécessite une attention particulière à l’endroit de la prise et du paramétrage de la mesure. Selon (Chakravarty et Thadikaran 1997), il existe trois endroits où cette mesure peut être effectuée. En effet, il est possible de mesurer le courant à l’intérieur du circuit à tester à l’aide de senseurs (built-in current monitors), avec un circuit spécialisé externe inséré entre le bloc d’alimentation et le circuit (loadboard monitors), ou bien directement dans le bloc d’alimentation (tester based monitors). La mesure à l’intérieur de la puce, grâce à sa position rapprochée du point de mesure, permet d’atteindre des vitesses de mesure très élevées. En général, la lecture de courant est exécutée à des endroits spécifiques ce qui permet d’éviter les grands courants DC à l’intérieur du circuit et ainsi augmenter la précision des mesures. De plus, la mesure de courant interne est comparée à une valeur prédéfinie et seulement le résultat de la comparaison est retourné (succès ou échec) et non la mesure. Pour leur part, les circuits spécialisés externes se trouvent en général très près de l’unité à tester, ce qui leur permet une vitesse de mesure relativement élevée. Ils ont la possibilité d’être dédiés à des applications particulières et on retrouve une grande diversité sur le marché de ce type de produit. Le principal inconvénient est que cette approche nécessite l’ajout d’un module supplémentaire sur la plateforme de test déjà existante. Pour finir, la mesure qui provient du bloc d’alimentation, se trouvant à la plus grande distance du circuit à tester, est en général moins rapide que les deux autres. Cela rend aussi ce type de mesure plus flexible que les autres puisqu’elle est moins dédiée à une application en particulière.

11

Dans le cadre de ce projet, nous ne pouvons pas utiliser la mesure de courant à l’intérieur du circuit, car de tels modules n’existent pas dans les FPGAs. Nous avions donc le choix entre la mesure de courant provenant du bloc d’alimentation ou d’un circuit externe spécialisé. Selon (Hans Manhaeve 2005), il est préférable d’utiliser un circuit externe spécialisé, comme le QD-1011HC de Q-Star, qui permet d’avoir une erreur moyenne plus basse et une vitesse d’acquisition plus grande par rapport au bloc d’alimentation. L’erreur moyenne est un paramètre important dans la mesure de courant puisqu’il nous indique quelle variation de courant maximum peut être détectée de façon répétable. Ainsi, pour un système de mesure dont l’erreur moyenne est de 20µA, on ne peut détecter de façon répétable, donc à chaque mesure, que des défectuosités qui génèrent une variation de courant de plus de 20µA (Hans Manhaeve 2005). Le bloc d’alimentation, le N6705 d’Agilent par exemple, possède une erreur de 30µA tandis que le module QD-1011HC de Q-Star est de 4µA, tous deux pour une plage de 100mA. Aussi, le QD-1011HC peut effectuer les mesures bien plus rapidement que le bloc d’alimentation. Malgré que le QD-1011HC possède de meilleures caractéristiques, nous n’avons pas choisi ce module. Il nécessitait l’ajout d’un module supplémentaire au montage, ce qui le complexifiait et en augmentait les coûts. Finalement, ce module offre une plage de lecture limitée à 2A contrairement à 3A pour le bloc d’alimentation, qui fut par conséquent notre choix. Il est clair, cependant, que le module de Q-Star pourrait être mis à contribution dans l’application de CDIDDQ pour les circuits intégrés dont la consommation ne dépasse pas 2A. L’utilisation de ce module pourrait faire l’objet de travaux futurs.

1.4.1 Utilisation de deux sources

Dans notre montage, afin de pouvoir garder une erreur moyenne de 30 µA pour une plage plus élevée que 100mA, par exemple 3A, nous utilisons deux sources pour nos tests. En effet, l’augmentation de la plage de lecture entraîne aussi l’augmentation de l’erreur moyenne, ce qui est néfaste pour la précision de nos mesures de courant. Le montage comporte une source de courant et une source de tension qui alimentent le circuit sous test, comme affiché à la

figure 1.2. La source de courant est utilisée pour fournir le courant de base au circuit afin que la source de tension ne soit utilisée que pour mesurer la variation du courant.

Figure 1.2 Utilisation de 2 sources pour l’alimentation et mesure du courant

Ainsi, pour un circuit consommant 3A, la source courant pourrait fournir 2.99A afin que la source de tension ait à fournir moins de 100mA pour rester dans la plage de 100mA et d’avoir une erreur moyenne de 30 µA. Cette méthode permet donc de conserver une erreur moyenne plus basse que si nous utilisions la plage de 3A, qui possède une erreur moyenne de 1350µA. L’utilisation de deux sources, comme affiché à la figure 1.3, est souvent employée pour retirer un courant d’arrière-plan afin de cibler la mesure de courant pour l’application. C’est entre autres le cas pour des mesures de petits courants et grandes résistances.

Figure 1.3 Ajout d’une source courant pour supprimer un courant de décalage Tirée de Making Precision Low Current and High Resistance Measurements (2012, p.5)

13

Comme on peut le constater, l’ajout d’une source de courant externe ( ) peut permettre d’éliminer un courant de consommation supplémentaire ( ) si ceux-ci sont égaux. Ainsi le courant mesuré est celui consommé par .