（中國電子科技集團(tuán)公司第58研究所，江蘇無錫 214035）

一種光信號處理芯片測試技術(shù)研究

張鵬輝

（中國電子科技集團(tuán)公司第58研究所，江蘇無錫 214035）

介紹了一種光信號處理芯片的測試技術(shù)，該芯片通常用于紅外接收系統(tǒng)中，對接收到的光信號進(jìn)行處理后發(fā)送到系統(tǒng)的數(shù)字芯片中。測試時需要輸入ASK調(diào)制信號，文中通過單片機(jī)產(chǎn)生測試信號以取代信號發(fā)生器，有效節(jié)約了成本。該芯片內(nèi)部有放大器、帶通濾波器、比較器等部分，重點(diǎn)介紹了功能部分和帶通濾波器參數(shù)的測試，包括產(chǎn)生測試信號的方法，如何對單片機(jī)產(chǎn)生的信號進(jìn)行處理，以及帶通濾波器中心頻率的測試和修調(diào)方法。

光信號處理；紅外接收；測試；ASK調(diào)制信號

1 引言

光信號處理芯片（下文簡稱為芯片或被測芯片）大量用于消費(fèi)電子產(chǎn)品中，該芯片在測試時需要外部輸入ASK調(diào)制信號，市場上常見的模擬電路測試系統(tǒng)普遍沒有輸出ASK調(diào)制信號的能力。過去普遍使用外置信號發(fā)生器輔助測試系統(tǒng)進(jìn)行測試，這種方式不可編程，應(yīng)用靈活性較差，而且增加了測試成本，占用測試機(jī)臺的空間，同時新增的電源線、信號線等線路也不利于現(xiàn)場6S管理。本文介紹了一種低成本的光信號處理芯片測試技術(shù)，利用單片機(jī)設(shè)計一套ASK信號源集成進(jìn)測試板，可以有效避免上述問題。

2 芯片概述

被測芯片也稱為紅外遙控接收芯片[1]，在紅外接收系統(tǒng)中，接收到的紅外光信號經(jīng)過光電二極管轉(zhuǎn)化成與輸入相關(guān)的電流信號后傳到被測芯片中，芯片將接收到的電流信號經(jīng)過電流-電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓信號，再經(jīng)過可變增益放大器放大，然后經(jīng)過帶通濾波器、遲滯比較器和包絡(luò)檢測電路將輸入信號轉(zhuǎn)變成后級需要的電平信號?？勺冊鲆娣糯笃鞣糯笤鲆娴目刂剖怯勺詣釉鲆鏀?shù)字控制電路來完成的，它可以根據(jù)周圍的環(huán)境調(diào)整放大器的增益，從而有效抑制干擾信號。圖1是被測芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 被測芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

被測芯片整個管芯有11個引出端點(diǎn)，其中T1～T4是熔絲修調(diào)專用引出端，IN和OUT分別是信號輸入和輸出端，VDD是電源端，GND用來接地，CT是選擇控制端，有懸空和接地兩種狀態(tài)。CS1A有兩種狀態(tài)，當(dāng)CT腳懸空時用于頻率選擇，當(dāng)CT接地時與內(nèi)部放大器輸出端口短接。CS2F也有兩種狀態(tài)，當(dāng)CT腳懸空時用于頻率選擇，當(dāng)CT腳接地時與內(nèi)部濾波器輸出端口短接。圖2是被測芯片的管芯示意圖。

圖2 被測芯片管芯示意圖

3 測試方案介紹

3.1 測試系統(tǒng)介紹

本方案采用某集成電路測試系統(tǒng)TRxx進(jìn)行測試[2]，該系統(tǒng)產(chǎn)地臺灣省，是一種先進(jìn)的集成電路測試系統(tǒng)。系統(tǒng)配置有16路直流電壓電流單元（OVC），4路大功率直流電壓電流單元（PVC），1塊時間測量單元板（TMU），同時該系統(tǒng)還帶有32路繼電器控制位以及5 V、24 V固定電源等資源。它可以用于運(yùn)算放大器、比較器、模擬開關(guān)、線性穩(wěn)壓器件、AC-DC、DC-DC等多種模擬集成電路的測試，可以連接探針臺或者機(jī)械手對芯片進(jìn)行全自動測試。這是一種低成本、多功能、高效率的測試系統(tǒng)，主要弱點(diǎn)是缺乏交流信號產(chǎn)生和測試能力。

3.2 主要參數(shù)測試方法

測試參數(shù)主要包括功能測試、帶通濾波器中心頻率測試和修調(diào)以及其他常規(guī)參數(shù)測試，下面分別介紹說明。

功能測試部分，由IN端輸入38 kHz的ASK調(diào)幅信號，幅度包絡(luò)為tw=600 μs、ts=3 000 μs、周期為3.6 ms的方波信號，信號的幅度為50 mV。如果芯片的輸出如圖3中所示的輸出波形，低電平脈沖寬度在tw=600± 20%μs之間，則通過功能測試。圖3是功能測試的輸入輸出波形示意圖。

圖3 功能測試輸入輸出波形示意圖

帶通濾波器中心頻率fc和帶寬fbw的測試，將CT端接地，此時CS1A內(nèi)部與放大器輸出端短接，從CS1A外加Vpp=200 mV的38 kHz正弦波信號，在CS2F端測試帶通濾波器的輸出。改變輸入信號的頻率，觀察濾波器輸出信號幅度的變化。當(dāng)輸出信號產(chǎn)生最大幅度時的輸入頻率為中心頻率fc，在中心頻率兩側(cè)幅度為中心頻率的倍處為帶寬f。bw

帶通濾波器中心頻率的調(diào)節(jié)，如果芯片初始的中心頻率不等于38 kHz，則需要用T1～T4這4段熔絲對中心頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)fc＞38 kHz時，修調(diào)T1～T4熔絲的狀態(tài)從0000到0111（熔絲熔斷前默認(rèn)為接地狀態(tài)也就是0）。當(dāng)fc＜38kHz時，修調(diào)T1～T4熔絲從1111依次到1000，直到滿足中心頻率fc在36～40kHz的范圍內(nèi)。

其他直流參數(shù)的測試，包括輸出電流Iout、電源工作電流Icc，輸出高電平Voh和低電平Vol等，這些參數(shù)采用常規(guī)方法，給VDD端加電，CT端懸空，被測芯片進(jìn)入工作模式后，由測試系統(tǒng)的直流電源進(jìn)行測試。

3.3 交流信號發(fā)生和測試

本方案選用的TRxx測試系統(tǒng)本身沒有交流信號輸出能力，因此在設(shè)計測試板卡時集成了一個信號發(fā)生模塊，這個模塊主要包括以下幾個部分：AT89S52單片機(jī)[3]，單片機(jī)外圍電路，單片機(jī)與測試電路的接口，測試系統(tǒng)和單片機(jī)的接口等。

整個測試過程需要兩種交流信號，功能測試部分需要的38 kHz調(diào)制信號由單片機(jī)控制延遲翻轉(zhuǎn)P1.0端口電平持續(xù)產(chǎn)生，經(jīng)分壓電路和偏置電路將信號整理完成后，通過繼電器和被測芯片相連，當(dāng)測試功能參數(shù)時，測試系統(tǒng)控制繼電器閉合，由測試系統(tǒng)的TMU模塊對被測芯片的輸出信號進(jìn)行測試。

濾波器測試部分需要28～48 kHz不同頻率的方波，測試系統(tǒng)向單片機(jī)發(fā)送一個控制信號，單片機(jī)收到信號后，按要求由P1.1端口發(fā)出不同頻率的方波，經(jīng)過分壓電路和整形電路整理成幅度合適的正弦波信號，到達(dá)被測芯片的CS1A端，由測試系統(tǒng)測試CS2F端的輸出信號幅值，判斷出被測芯片內(nèi)部帶通濾波器的中心頻率fc，并根據(jù)測試結(jié)果修調(diào)相應(yīng)的熔絲。圖4是該部分的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 交流信號發(fā)生與測試示意圖

單片機(jī)只能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電平的方波信號，需要進(jìn)行分壓電路、偏置電路轉(zhuǎn)換成測試所需的信號。圖5是這部分電路的原理圖。從單片機(jī)P1.0端口輸出的0～5 V的方波信號，通過C2電容濾去直流部分，經(jīng)過分壓電阻R4和R5后轉(zhuǎn)換為±300 mV的方波信號，運(yùn)算放大器U1作為電壓跟隨器使用，三極管Q1和相應(yīng)的電阻R1、R2、R3等為信號提供負(fù)的直流偏置，最終形成被測芯片所接收的信號。

圖5 38 kHz調(diào)制信號的分壓與偏置電路

3.4 熔絲的修調(diào)

被測芯片內(nèi)部帶通濾波器的中心頻率精度要求較高，在測試過程中需要修調(diào)T1～T4端的熔絲來調(diào)整中心頻率。熔絲就是連接在兩個鍵合點(diǎn)之間用金屬或者多晶硅以最小寬度短接在一起的部分，在鍵合點(diǎn)之間通過一個大的電流，就會引起熔絲材料熔斷或者氣化，熔絲就會變成斷路，這個過程即為修調(diào)。修調(diào)過程就是把熔絲從短路狀態(tài)熔斷成斷路狀態(tài)的過程，通過在熔絲兩端的修調(diào)點(diǎn)上施加一定的電壓，電流流過熔絲產(chǎn)生高溫，把熔絲熔斷或者氣化。根據(jù)熔絲的物理特性，選取合適的電壓和電流是成功修調(diào)的關(guān)鍵。

該芯片的熔絲為金屬工藝，T1～T4端默認(rèn)通過鋁熔絲和GND短路。系統(tǒng)程序在測試到中心頻率fc之后，通過查表法判斷應(yīng)該燒斷哪些熔絲，然后開始修調(diào)，向相應(yīng)的熔絲端加電壓，瞬間的大電流流經(jīng)熔絲進(jìn)行熔斷，熔絲熔斷后再測試一遍fc。圖6是熔絲修調(diào)部分的電路圖。修調(diào)時繼電器在初始狀態(tài)，先給修調(diào)電源端加電壓，通過繼電器常閉端給電容C1充電，等待一定時間后，向繼電器K1端發(fā)送低電平控制信號，C1的正負(fù)兩端與修調(diào)電源和GND斷開，接到熔絲的兩端，C1放電熔斷熔絲。電容修調(diào)有一個重要優(yōu)勢，修調(diào)時電路的其他管腳特別是GND和C1是隔離的，電容只對熔絲兩端放電，修調(diào)對電路本身的影響較小[4]。

圖6 熔絲修調(diào)電路圖

當(dāng)完成芯片初始中心頻率的測試后，測試程序?qū)y試值進(jìn)行判斷，根據(jù)熔絲真值表閉合相應(yīng)繼電器，將相應(yīng)的熔絲燒斷，燒斷后再測試一遍中心頻率，確保修調(diào)正確。本方案綜合考慮芯片的耐壓和熔絲結(jié)構(gòu)，使用100 μF電容，修調(diào)電壓設(shè)定為3.8 V，經(jīng)過量產(chǎn)驗(yàn)證，修調(diào)效果良好。

4 測試結(jié)果

使用本文所述的測試方案對被測芯片進(jìn)行測試，其功能部分良好，帶通濾波器中心頻率經(jīng)過熔絲修調(diào)后分布在38kHz左右，圖7是修調(diào)后的fc正態(tài)分布，可以看到絕大部分芯片的fc在37～39kHz范圍內(nèi)。其他常規(guī)參數(shù)如工作電流、輸出高低電平等都符合設(shè)計要求。

5 結(jié)束語

該測試方案經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)測，具有幾個重要優(yōu)勢。首先，測試成本低，使用較為廉價的測試系統(tǒng)即可達(dá)到測試要求，并且省去了信號發(fā)生器的成本。其次，測試結(jié)果準(zhǔn)確度高，尤其是帶通濾波器中心頻率部分，修調(diào)后的測試結(jié)果完美以目標(biāo)值為中心進(jìn)行正態(tài)分布，極大提高了被測電路的市場競爭力。最后，整個測試方案集成度高，生產(chǎn)管控較為方便，也間接提高了大規(guī)模生產(chǎn)測試的效率，最終達(dá)到了高效、穩(wěn)定、準(zhǔn)確測試的目的。

圖7 修調(diào)后的fc正態(tài)分布

[1]李進(jìn).紅外遙控接收器芯片XD8812的研究與設(shè)計[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2013.

[2]Ocean Deng，Daniel Chien.TR6800 Tutorial[M].IC Tester FAE，Test Reserch Inc.

[3]趙建領(lǐng).51單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4]張鵬輝.熔絲類電路的修調(diào)探索[J].電子與封裝，2010，10（4）.

表3 沖擊試驗(yàn)后結(jié)果

6 結(jié)束語

通過調(diào)整預(yù)成型焊料片厚度、加壓大小，控制釬焊時的峰值溫度、保溫時間、氣體壓力等，得到優(yōu)化的光窗管帽的銦錫合金焊料真空焊接工藝，獲得氣密性達(dá)到5×10-9Pa·m3/s的焊接件，經(jīng)GJB548B-2005方法1010.1試驗(yàn)條件A（-55～85℃溫循10次）、方法2002.1試驗(yàn)條件E（10000 g機(jī)械沖擊）考核后光窗管帽的可靠性較好，此工藝在鍍膜層耐溫低的光窗封接領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹紅艷，袁禮華，楊拓，等.三種光電外殼光窗封接工藝的強(qiáng)度對比分析[J].半導(dǎo)體光電，2015,36(4):602-604.

[2]李成濤，沈卓身.光電光窗的封接技術(shù) [J].半導(dǎo)體技術(shù)，2008，33(2):102-105.

[3]胡永芳，李孝軒，禹勝林，等.基于Au基共晶焊料的焊接技術(shù)及其應(yīng)用[J].電焊機(jī)，2008，38(9):57-60.

[4]姚立華，吳禮群，蔡昱，等.采用金錫合金的氣密性封裝工藝研究[J].電子工藝技術(shù)，2010，31(5):267-270.

[5]高偉娜，胡鳳達(dá)，陳雅容，等.Sn-3.0Ag-0.5Cu真空再流焊工藝技術(shù)研究[J].電子與封裝，2011，11(8):15-18.

作者簡介：

王彬彬（1987—），女，湖北隨州人，碩士研究生，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，現(xiàn)就職于中電科技集團(tuán)重慶聲光電有限公司，工程師，主要從事光電子金屬外殼封裝工藝研究與質(zhì)量管理工作。

Research of a Test Technology for Optical Signal Processing Chip

ZHANG Penghui
（China Electronics Technology Group Corporation No.58 Research Institute,Wuxi 214035,China）

The paper introduces a test technology for optical signal processing chip commonly applied in infrared receiving system.During the test,ASK modulation signal must be entered.In the paper,SCM is used instead of signal generator to produce test signal,which effectively reduces the cost.The SCM contains an amplifier,a band-pass filter,and a comparator.This paper describes the function and the band-pass filter parameters test including test signal generating method,SCM signal processing,and the method of testing and trimming the center frequency of bandpass filter.

optical signal processing;infrared receiving;test;ASK modulation signal

TN407

A

1681-1070（2016）12-0016-04

張鵬輝（1983—），男，工程師，河南永城人，2005年畢業(yè)于西安交通大學(xué)電氣工程及自動化專業(yè)，現(xiàn)在中國電子科技集團(tuán)公司第58研究所從事集成電路測試工作，主要研究方向?yàn)榧呻娐窚y試的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化。

2016-7-8