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基于DSP的測試技術 利用基于數字信號處理( DSP)的測試技術來測試混合信號芯片與傳統的測試技術相比有許多優勢。這些優勢包括： 由于能并行地進行參數測試，所以能減少測試時間； 由于能把各個頻率的信號分量區分開來(也就是能把噪聲和失真從測試頻率或者其它頻率分量中分離出來)，所以能增加測試的精度和可重復性。 能使用很多數據處理函數，比如說求平均數等，這對混合信號測試非常有用 采樣和重建 采樣用于把信號從連續信號(模擬信號)轉換到離散信號(數字信號)，重建用于實現相反的過程。自動測試設備(ATE)依靠采樣和重建給待測芯片( DUT)施加激勵信號并測量它們的響應。測試中包含了數學上的和物理上的采樣和重建。圖1中說明了在測試一個音頻接口芯片時用到的各種采樣和重建方法。 純數學理論上，如果滿足某些條件，連續信號在采樣之后可以通過重建完全恢復到原始信號，而沒有任何信號本質上的損失。不幸的是，現實世界中總不能如此完美，實際的連續信號和離散信號之間的轉換總會有信號的損失。 我們周圍物理世界上的許多信號，比如說聲波、光束、溫度、壓力在自然界都是模擬的信號。現今基于信號處理的電子系統都必須先把這些模擬信號轉換為能與數字存儲，數字傳輸和數學處理兼容的離散數字信號。接下來可以把這些離散數字信號存儲在計算機陣列之中用數字信號處理函數進行必要的數學處理。 采樣和重建在混合信號測試中的應用 重建是采樣的反過程。此過程中，被采樣的波形(脈沖數字信號)通過一個數模轉換器( DAC)和反鏡象濾波器一樣的硬件電路轉換為連續信號波形。重建會在各個采樣點之間填補上丟失的波形。DAC和濾波器的組合就是一個重建的過程，可以用圖2所示的沖擊響應p(t)來表示。 由一個數據序列重建連續時間波形 混合信號測試介紹 最常見的混合信號芯片有：模擬開關，它的晶體管電阻隨著數字信號變化；可編程增益放大器(PGAs)，能用數字信號調節輸入信號的放大倍數；數模轉換電路(D/As or DACs)；模數轉換電路(A/Ds or ADCs)；鎖相環電路( PLLs)，常用于生成高頻基準時鐘或者從異步數據流中恢復同步時鐘。 終端應用和測試考慮 許多混合信號的應用，比如說移動電話，硬盤驅動器，調制解調器， 馬達控制器以及多媒體音頻/視頻產品等，都使用了放大器，濾波器，開關，數模/模數轉換以及其它專用模擬和數字電路等多種混合信號電路。盡管測試器件內部每個獨立電路非常重要，同樣系統級的測試也非常重要。系統級測試保證電路在整體上能滿足終端應用的要求。為了測試大規模的混合信號電路，我們必須對該電路的終端應用有基本的了解。圖3所示是數字移動電話的模塊圖，此系統擁有許多復雜的混合信號部件，是混合信號應用很好的一個例子。 復雜混合信號應用的簡單模塊圖：數字移動電話系統 基本的混合信號測試 直流參數測試 接觸性測試(短路開路測試)用于保證測試儀到芯片接口板的所有電性連接正常。 漏電流測試是指測試模擬或數字芯片高阻輸入管腳電流，或者是把輸出管腳設置為高阻狀態，再測量輸出管腳上的電流。盡管芯片不同，漏電流大小會不同，但在通常情況下，漏電流應該小于1uA。漏電流主要用于檢測以下幾種缺陷：芯片內部不同層之間的短路或者漏電，DC偏差或者其他參數偏移等。這些缺陷最終會導致芯片不能正常工作。過大的漏電流也會引起器件的早期失效使終端系統故障。 通常會進行兩次漏電流測試，第一次是給待測管腳施加高電壓(和電源電壓相近的電壓)， 另一次是給待測管腳施加接近零電壓(或芯片負電源電壓)。 這兩種測試分別稱作高電平漏電流測試(IIH)和低電平漏電流測試(IIL)。 電源電流測試 測試芯片每個電源管腳消耗的電流是發現芯片是否存在災難性缺陷的最快方法之一。每個電源管腳被設置為預定的電壓，接下來用自動測試設備的測量單元測量這些電源管腳上的電流。這些測試一般在測試程序的開始時進行，以快速有效地選出那些完全失效的芯片。電源測試也用于保證芯片的功耗能滿足終端應用的要求。 DAC和ADC測試規格 DAC和 ADC芯片必須執行一些特定的靜態和動態參數檢測。下一面一一介紹這些指標： DAC靜態參數指標 分辨率(Resolution)是指DAC輸出端所能變化的最小值。 滿量程范圍(FSR), 是指DAC輸出信號幅度的最大范圍，不同的DAC有不同的滿量程范圍。該范圍可以是正和/或負電流，正和/或負電壓。 最小有效位(LSB)大小是指輸入代碼變化最小數值時輸出端模擬量的變化。 差分非線性度(DNL)用于測量小信號非線性誤差。計算方法：本輸入代碼和其前一輸入代碼之間模擬量的變化減去1個最小有效位(LSB)大小。 單調性是指如果增加輸入代碼其輸出模擬量也會保持相應的增加或反之的特性。該特性對使用在反饋環電路之中的DAC非常重要，它能保證反饋環不會被死鎖在兩個輸入代碼之間。 整體非線性度(INL)是指對一個輸入代碼所有非線性度的累計。這一參數可以通過測量該代碼相應的輸出模擬量與起終點間直線之間的偏差來完成。 偏差(offset)是指DAC的輸入代碼為0時DAC輸出模擬量與理想輸出的偏差。 增益誤差(gain error)是指DAC的輸入代碼為最大時DAC實際輸出模擬量與理想輸出的偏差。 精度(accuracy)是指DAC的輸出與理想情況的偏差，包括了所有以上的這些錯誤，有時用百分比來表示。一般情況不直接測量該參數，通過靜態錯誤的計算而得出其結果。 ADC靜態參數規格 滿量程范圍(FSR)的定義與DAC的一樣。 偏差(offset error)是指保證輸出代碼為0時的理想輸入模擬量與實際輸入模擬量的偏差。計算方法：輸出第一個代碼發生變化時ADC的實際輸入模擬值減去1/2個最小有效位(LSB)大小再減去理想的0代碼輸入模擬值。 ADC的增益誤差(gain error)是指滿量程輸入時輸出代碼的誤差。計算方法：滿量程輸出代碼加上1 1/2最小有效位(LSB)時輸入值與滿量程輸出代碼時輸入之間的差值，再加上偏差(offset error)。 最小有效位(LSB)大小是通過測量最小的和最大的轉換點后計算得到的。理想情況下，模擬輸入變化一個LSB值，將引起輸出端變化一個代碼。 差分非線性度(DNL)用于測量小信號非線性誤差。計算方法：兩個轉換點之間的模擬輸入量之差減去一個最小有效位(LSB)值。 無丟碼(no missing code)是指該ADC在實際情況下能產生多少位輸出。一個14位的ADC可能被說明為”無丟碼位數為12(no missing codes to 12 bits)”，這就表明此ADC在輸入變化時，其輸出端的低兩位代碼不會發生變化，而只是其它的高12位代碼能發生變化。 整體非線性度(INL)是指一個指定代碼中點實際輸入和理想傳輸函數線上輸入之間的偏差。 ADC的測量精度概念與DAC的相似。 DAC動態參數指標 信噪比( SNR)是通過給DAC施加一個滿量程的正弦波數字代碼再分析其輸出波形頻率特性而得到的。DAC的輸出經過濾波濾除基波分量以及所有諧波分量后剩下部分就是噪聲。SNR就是基波分量與所有噪聲分量之和的比值。 信號與噪聲諧波比(SNDR或SINAD)跟SNR的計算方法一樣，只是諧波分量也計算在噪聲內。 全諧波失真(THD)和SINAD相似，但它只包含諧波分量不包括噪聲。在這個比值計算中，基波分量是分母而不是分子。DAC的輸入為一個正弦波的數字代碼；其輸出是階梯狀的正弦波輸出，需要通過一個濾波器進行平滑處理。經濾波后的輸出波形再在頻域進行分析，尋找與基波頻率相關的諧波分量。 互調失真(IM)用于測試由兩種頻率互調而產生的非諧波分量的失真。這種失真是由待測芯片的非線性度而引起的。測試該參數時：先給待測DAC輸入兩個頻率分量的波形數字代碼，再計算輸出波形中的兩個頻率之和及之差信號分量。 最大轉換速率(maximum conversion rates)是芯片規格書指標之一。當DAC的輸入變化時，其輸出端需要一段時間才能得到穩定的相應輸出值。最長的穩定時間就是最大轉換速率。 建立時間(settling)是指輸出值達到并穩定在預定值的+-1/2LSB范圍或某些別的規定范圍之內所需的時間。 ADC動態參數指標 信噪比(SNR)的概念與運算放大器的概念一樣。和THD測量類似，給ADC輸入端加一個純正弦波，通過ADC芯片的采樣之后，輸出一組數字代碼。再用數字信號處理算法提取其中的SNR信息。SNR的單位是dB。 總諧波失真(THD)的概念與運算放大器的概念一樣，但他們的測試方法不一樣。給ADC輸入一個純正弦波，輸出是一組由正弦波采樣而來的數字代碼，我們再把這些代碼與理想正弦波特性進行比較。使用數字信號處理算法提取其中的總諧波失真信息。單位是dB。 信號與噪聲諧波比( SNDR或SINAD)是基波分量與噪聲及諧波失真分量總和的比值，單位是dB。 互調失真(IM)用于測試由兩種頻率互調而產生的非諧波分量的失真。這種失真是由待測芯片的非線性度而引起的。測試該參數時：先給待測ADC輸入兩個頻率分量模擬波形，再計算輸出數字代碼中的兩個頻率之和及之差信號分量。 動態范圍(DynamIC range)是指ADC輸入信號幅度的最大值與最小值的比值，單位是dB. 理想ADC的動態范圍是20log(2bits-1)。 無雜波動態范圍( SFDR)是指基波或載玻分量與其它非基波和載波的最大雜波的頻率分量(可以是諧波或失真波)的比值，單位是dB。 到此為止，我們討論了相對簡單的存儲器和邏輯芯片的測試技術，也介紹了復雜混合信號芯片的特殊測試要求。在接下來的最后一章，我們將介紹射頻/無線芯片的測試。 |
