CMOS集成电路瞬态电流片外电流传感器电路

2.2电流积分单元(CIB)

为了避免U4工作在饱和区，不使用正反馈回路。根据虚短路和虚断路原则，积分单元的电压增益AV2可由式(4)简单计算。

根据文献[1]，传感器电路的理想输出电压由下式给出：

式(5)中R2和C是密勒积分器电路中的电阻和电容值，R是采样电阻的值。因此Av1，Av2，R2和C的值决定整个传感器电路的精度。

由构成积分电路的条件：电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度，并且电阻值尽量小些，电容值尽量大些，可以确定R2和C的值，因此本文确定C的值为33 nF。

3实验设置和仿真结果

3.1 实验设置

为了验证上述电路的有效性，在并行加法器电路上进行故障仿真实验。仿真实验是在Micro-cap环境下进行的，有阻开路采用在被测电路的不同位置注入不同阻值的电阻(10 kΩ，500 kΩ和1 000 kΩ)的方法进行模拟。采样电阻R选用20 Ω的厚膜电阻。

3.2仿真结果

3.2.1 实验电路

图3是一阶多米诺并行加法器电路，其实现的功能是：Co=C·(A+B)+A·B

本文采用两阶多米诺并行加法器级联电路进行测试，通过注入有阻开路故障对电路进行测试，并和无故障电路进行比较。图4是无故障电路和注入10 kΩ电阻故障电路的VDD端电压波形比较;图5是无故障电路和注入不同阻值的有阻开路故障电路中瞬态电流积分曲线的比较。

4仿真结果分析和结论

从图4的仿真波形可以看出，注入有阻开路故障电路的VDD端电压比无故障电路中VDD端电压减小，因而说明流经采样电阻的瞬态电流也减小。图5的积分曲线表明，瞬态电流经放大积分后，电流变化的速度显著降低，从而使测试方法的测量速度得到有效的降低;并且注入有阻开路故障电路的瞬态电流得到有效分离，其分离程度足以区分无故障电路和故障电路;从积分曲线可知，注入电阻达到500 kΩ或1 000 kΩ的时候，可以认为注入点是完全开路。

仿真结果证明，改进后的电路能够实现理想的瞬态电流测试，并且是有效的。如果将积分结果输出到数字化仪或PC机中进行处理，利用常规故障分离方法，即可实现集成电路开路缺陷的检测。