（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第58研究所，江蘇無(wú)錫 214035）

一種光信號(hào)處理芯片測(cè)試技術(shù)研究

張鵬輝

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第58研究所，江蘇無(wú)錫 214035）

介紹了一種光信號(hào)處理芯片的測(cè)試技術(shù)，該芯片通常用于紅外接收系統(tǒng)中，對(duì)接收到的光信號(hào)進(jìn)行處理后發(fā)送到系統(tǒng)的數(shù)字芯片中。測(cè)試時(shí)需要輸入ASK調(diào)制信號(hào)，文中通過(guò)單片機(jī)產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)以取代信號(hào)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(cè)試，包括產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)的方法，如何對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行處理，以及帶通濾波器中心頻率的測(cè)試和修調(diào)方法。

光信號(hào)處理；紅外接收；測(cè)試；ASK調(diào)制信號(hào)

1 引言

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

2 芯片概述

被測(cè)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(hào)經(jīng)過(guò)光電二極管轉(zhuǎn)化成與輸入相關(guān)的電流信號(hào)后傳到被測(cè)芯片中，芯片將接收到的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)電流-電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)可變?cè)鲆娣糯笃鞣糯?，然后?jīng)過(guò)帶通濾波器、遲滯比較器和包絡(luò)檢測(cè)電路將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)變成后級(jí)需要的電平信號(hào)?？勺?cè)鲆娣糯笃鞣糯笤鲆娴目刂剖怯勺詣?dòng)增益數(shù)字控制電路來(lái)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(hào)。圖1是被測(cè)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 被測(cè)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

被測(cè)芯片整個(gè)管芯有11個(gè)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(hào)輸入和輸出端，VDD是電源端，GND用來(lái)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(shí)用于頻率選擇，當(dāng)CT接地時(shí)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(shí)用于頻率選擇，當(dāng)CT腳接地時(shí)與內(nèi)部濾波器輸出端口短接。圖2是被測(cè)芯片的管芯示意圖。

圖2 被測(cè)芯片管芯示意圖

3 測(cè)試方案介紹

3.1 測(cè)試系統(tǒng)介紹

本方案采用某集成電路測(cè)試系統(tǒng)TRxx進(jìn)行測(cè)試[2]，該系統(tǒng)產(chǎn)地臺(tái)灣省，是一種先進(jìn)的集成電路測(cè)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(shí)間測(cè)量單元板（TMU），同時(shí)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(kāi)關(guān)、線性穩(wěn)壓器件、AC-DC、DC-DC等多種模擬集成電路的測(cè)試，可以連接探針臺(tái)或者機(jī)械手對(duì)芯片進(jìn)行全自動(dòng)測(cè)試。這是一種低成本、多功能、高效率的測(cè)試系統(tǒng)，主要弱點(diǎn)是缺乏交流信號(hào)產(chǎn)生和測(cè)試能力。

3.2 主要參數(shù)測(cè)試方法

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

功能測(cè)試部分，由IN端輸入38 kHz的ASK調(diào)幅信號(hào)，幅度包絡(luò)為tw=600 μs、ts=3 000 μs、周期為3.6 ms的方波信號(hào)，信號(hào)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(guò)功能測(cè)試。圖3是功能測(cè)試的輸入輸出波形示意圖。

圖3 功能測(cè)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(cè)試，將CT端接地，此時(shí)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(hào)，在CS2F端測(cè)試帶通濾波器的輸出。改變輸入信號(hào)的頻率，觀察濾波器輸出信號(hào)幅度的變化。當(dāng)輸出信號(hào)產(chǎn)生最大幅度時(shí)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(duì)中心頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)fc＞38 kHz時(shí)，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(shí)，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(cè)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(cè)芯片進(jìn)入工作模式后，由測(cè)試系統(tǒng)的直流電源進(jìn)行測(cè)試。

3.3 交流信號(hào)發(fā)生和測(cè)試

本方案選用的TRxx測(cè)試系統(tǒng)本身沒(méi)有交流信號(hào)輸出能力，因此在設(shè)計(jì)測(cè)試板卡時(shí)集成了一個(gè)信號(hào)發(fā)生模塊，這個(gè)模塊主要包括以下幾個(gè)部分：AT89S52單片機(jī)[3]，單片機(jī)外圍電路，單片機(jī)與測(cè)試電路的接口，測(cè)試系統(tǒng)和單片機(jī)的接口等。

整個(gè)測(cè)試過(guò)程需要兩種交流信號(hào)，功能測(cè)試部分需要的38 kHz調(diào)制信號(hào)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(hào)整理完成后，通過(guò)繼電器和被測(cè)芯片相連，當(dāng)測(cè)試功能參數(shù)時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)控制繼電器閉合，由測(cè)試系統(tǒng)的TMU模塊對(duì)被測(cè)芯片的輸出信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。

濾波器測(cè)試部分需要28～48 kHz不同頻率的方波，測(cè)試系統(tǒng)向單片機(jī)發(fā)送一個(gè)控制信號(hào)，單片機(jī)收到信號(hào)后，按要求由P1.1端口發(fā)出不同頻率的方波，經(jīng)過(guò)分壓電路和整形電路整理成幅度合適的正弦波信號(hào)，到達(dá)被測(cè)芯片的CS1A端，由測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試CS2F端的輸出信號(hào)幅值，判斷出被測(cè)芯片內(nèi)部帶通濾波器的中心頻率fc，并根據(jù)測(cè)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(hào)發(fā)生與測(cè)試示意圖

單片機(jī)只能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電平的方波信號(hào)，需要進(jìn)行分壓電路、偏置電路轉(zhuǎn)換成測(cè)試所需的信號(hào)。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(hào)，通過(guò)C2電容濾去直流部分，經(jīng)過(guò)分壓電阻R4和R5后轉(zhuǎn)換為±300 mV的方波信號(hào)，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(hào)提供負(fù)的直流偏置，最終形成被測(cè)芯片所接收的信號(hào)。

圖5 38 kHz調(diào)制信號(hào)的分壓與偏置電路

3.4 熔絲的修調(diào)

被測(cè)芯片內(nèi)部帶通濾波器的中心頻率精度要求較高，在測(cè)試過(guò)程中需要修調(diào)T1～T4端的熔絲來(lái)調(diào)整中心頻率。熔絲就是連接在兩個(gè)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(guò)一個(gè)大的電流，就會(huì)引起熔絲材料熔斷或者氣化，熔絲就會(huì)變成斷路，這個(gè)過(guò)程即為修調(diào)。修調(diào)過(guò)程就是把熔絲從短路狀態(tài)熔斷成斷路狀態(tài)的過(guò)程，通過(guò)在熔絲兩端的修調(diào)點(diǎn)上施加一定的電壓，電流流過(guò)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(guò)鋁熔絲和GND短路。系統(tǒng)程序在測(cè)試到中心頻率fc之后，通過(guò)查表法判斷應(yīng)該燒斷哪些熔絲，然后開(kāi)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(cè)試一遍fc。圖6是熔絲修調(diào)部分的電路圖。修調(diào)時(shí)繼電器在初始狀態(tài)，先給修調(diào)電源端加電壓，通過(guò)繼電器常閉端給電容C1充電，等待一定時(shí)間后，向繼電器K1端發(fā)送低電平控制信號(hào)，C1的正負(fù)兩端與修調(diào)電源和GND斷開(kāi)，接到熔絲的兩端，C1放電熔斷熔絲。電容修調(diào)有一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，修調(diào)時(shí)電路的其他管腳特別是GND和C1是隔離的，電容只對(duì)熔絲兩端放電，修調(diào)對(duì)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(cè)試后，測(cè)試程序?qū)y(cè)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(cè)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(guò)量產(chǎn)驗(yàn)證，修調(diào)效果良好。

4 測(cè)試結(jié)果

使用本文所述的測(cè)試方案對(duì)被測(cè)芯片進(jìn)行測(cè)試，其功能部分良好，帶通濾波器中心頻率經(jīng)過(guò)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(jì)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

該測(cè)試方案經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)測(cè)，具有幾個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。首先，測(cè)試成本低，使用較為廉價(jià)的測(cè)試系統(tǒng)即可達(dá)到測(cè)試要求，并且省去了信號(hào)發(fā)生器的成本。其次，測(cè)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(cè)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(cè)電路的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。最后，整個(gè)測(cè)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(cè)試的效率，最終達(dá)到了高效、穩(wěn)定、準(zhǔn)確測(cè)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(jì)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2013.

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表3 沖擊試驗(yàn)后結(jié)果

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)調(diào)整預(yù)成型焊料片厚度、加壓大小，控制釬焊時(shí)的峰值溫度、保溫時(shí)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(jià)值。

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作者簡(jiǎn)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(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)在中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第58研究所從事集成電路測(cè)試工作，主要研究方向?yàn)榧呻娐窚y(cè)試的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化。

2016-7-8