Jitter measurement built-in self-test circuit for phase locked loops

Thesis (M. Eng.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 2005.Includes bibliographical references (p. 77-79).This paper discusses the development of a new type of BIST circuit, the (VDL)2, with the purpose of measuring jitter in IBM's phase locked loops. The (VDL)2, which stands for Variable Vernier Digital Delay Locked Line, implements both cycle-to-cycle and phase jitter measurements, by using a digital delay locked loop and a 60 stage Vernier delay line. This achieves a nominal jitter resolution of 10 ps with a capture range of +/- 150 ps and does so in real time. The proposed application for this circuit is during manufacturing test of the PLL. The circuit is implemented in IBM's 90 nm process and was completed in the PLL and Clocking Development ASIC group at IBM Microelectronics in Essex Junction, Vermont as part of the VI-A program.by Brandon Ray Kam.M.Eng

Reconfigurable time interval measurement circuit incorporating a programmable gain time difference amplifier

PhD ThesisAs further advances are made in semiconductor manufacturing technology the performance of circuits is continuously increasing. Unfortunately, as the technology node descends deeper into the nanometre region, achieving the potential performance gain is becoming more of a challenge; due not only to the effects of process variation but also to the reduced timing margins between signals within the circuit creating timing problems. Production Standard Automatic Test Equipment (ATE) is incapable of performing internal timing measurements due, first to the lack of accessibility and second to the overall timing accuracy of the tester which is grossly inadequate. To address these issue ‘on-chip’ time measurement circuits have been developed in a similar way that built in self-test (BIST) evolved for ‘on-chip’ logic testing. This thesis describes the design and analysis of three time amplifier circuits. The analysis undertaken considers the operational aspects related to gain and input dynamic range, together with the robustness of the circuits to the effects of process, voltage and temperature (PVT) variations. The design which had the best overall performance was subsequently compared to a benchmark design, which used the ‘buffer delay offset’ technique for time amplification, and showed a marked 6.5 times improvement on the dynamic range extending this from 40 ps to 300ps. The new design was also more robust to the effects of PVT variations. The new time amplifier design was further developed to include an adjustable gain capability which could be varied in steps of approximately 7.5 from 4 to 117. The time amplifier was then connected to a 32-stage tapped delay line to create a reconfigurable time measurement circuit with an adjustable resolution range from 15 down to 0.5 ps and a dynamic range from 480 down to 16 ps depending upon the gain setting. The overall footprint of the measurement circuit, together with its calibration module occupies an area of 0.026 mm2 The final circuit, overall, satisfied the main design criteria for ‘on-chip’ time measurement circuitry, namely, it has a wide dynamic range, high resolution, robust to the effects of PVT and has a small area overhead.Umm Al-Qura University

Conception d'un convertisseur temps-numérique dédié aux applications de tomographie optique diffuse en technologie CMOS 130 nm

La mesure de temps de vol de photons et/ou de temps de propagation d’ondes RF et ultra large bande est devenue une technique essentielle et indispensable pour de nombreuses applications telles qu’en géolocalisation en intérieur, en détection LASER et en imagerie biomédicale, notamment en tomographie optique diffuse (TOD) avec des mesures dans le domaine temporel (DT). De telles mesures nécessitent des convertisseurs temps-numérique aptes à mesurer des intervalles de temps très courts avec grande précision, et ce, à des résolutions temporelles allant de quelques picosecondes à quelques dizaines de picosecondes. Les scanners TOD-DT ont généralement recours à des cartes électroniques de comptage de photons uniques intégrant essentiellement des convertisseurs temps-numérique hybrides (un mixte de circuits monolithiques et non-monolithiques). Dans le but de réduire le temps d’acquisition de ces appareils et d’augmenter leur précision, plusieurs mesures à différentes positions et longueurs d’ondes doivent pouvoir être effectuées en parallèle, ce qui exige plusieurs cartes de comptage de photons. L’implémentation de tels dispositifs en technologie CMOS apporte de multiples avantages particulièrement en termes de coût, d’intégration et de consommation de puissance. Cette thèse apporte une solution architecturale d’un convertisseur temps-numérique à 10-bits dédié aux applications de TOD-DT. Le convertisseur réalisé en technologie CMOS 0,13 μm d’IBM et occupant une surface en silicium de 1,83 x 2,23 mm[indice supérieur 2] incluant les plots de connexion, présente une résolution temporelle de 12 ps sur une fenêtre de 12 ns pour une consommation en courant de 4,8 mA. Les avantages de l’architecture proposée par rapport à d’autres réalisations rapportées dans la littérature résident dans son immunité face aux variations globales du procédé de fabrication, l’indépendance de la résolution temporelle vis-à-vis de la technologie ciblée et la faible gigue temporelle qu’il présente. Le circuit intégré réalisé trouvera plusieurs champs d’applications autres que la TOD notamment dans les tomographes d’émission par positrons, les boucles à verrouillage de phase numériques et dans les systèmes de télédétection et d’imagerie 3D