殷明星 馬祿永 齊立超/南京中電熊貓平板顯示科技有限公司

混合信號(hào)測(cè)試?yán)碚撛谏a(chǎn)測(cè)試中應(yīng)用的研究

殷明星 馬祿永 齊立超/南京中電熊貓平板顯示科技有限公司

隨著半導(dǎo)體制造和信息技術(shù)等相關(guān)高科技產(chǎn)業(yè)技術(shù)的日趨成熟，在一個(gè)芯片上幾乎可以包含一個(gè)完整的系統(tǒng)（SOC）?？蛻魧?duì)IC芯片的質(zhì)量也提出了更加苛刻的要求，混合信號(hào)IC測(cè)試技術(shù)因此變得異常復(fù)雜和重要。在保證測(cè)試精度的前提下，縮短測(cè)試時(shí)間、優(yōu)化測(cè)試方法可大大降低成本，提高生產(chǎn)效益?；诖耍疚木蛯?duì)混合信號(hào)測(cè)試?yán)碚撛谏a(chǎn)測(cè)試中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

混合信號(hào)測(cè)試；理論生產(chǎn)；應(yīng)用

一、導(dǎo)言

早在上個(gè)世紀(jì)80年代，集成電路都是以“混雜”（hybrid）的形式存在，這種電路十分難于制造和測(cè)試。而隨著數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)在芯片測(cè)試中的應(yīng)用，混合信號(hào)測(cè)試開(kāi)始變得更加快速和精確?；贒SP技術(shù)的測(cè)試方法開(kāi)始為產(chǎn)生和測(cè)試混合信號(hào)提供一種更加通用的方法。把DSP技術(shù)和傅立葉分析綜合應(yīng)用起來(lái)是創(chuàng)造出快速、可重復(fù)性和精確測(cè)試結(jié)果的關(guān)鍵所在。

二、混合信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

混合信號(hào)測(cè)試技術(shù)是隨著半導(dǎo)體產(chǎn)品的發(fā)展而發(fā)展的。根據(jù)半導(dǎo)體產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域、功能要求、封裝類型的不同，測(cè)試設(shè)備有著不同的發(fā)展方向?；旌闲盘?hào)芯片測(cè)試所必須的測(cè)試設(shè)備主要有三個(gè)：測(cè)試機(jī)、自動(dòng)分揀機(jī)和測(cè)試板?；旌闲盘?hào)測(cè)試所必須的軟件環(huán)境要素主要有：測(cè)試程序、通訊程序和統(tǒng)計(jì)程序。半導(dǎo)體產(chǎn)品按其應(yīng)用和功能要求一般可分為三類：數(shù)字器件、模擬器件和數(shù)字模擬混合器件。由于不同種類器件測(cè)試要求的物理硬件不同，Tester相應(yīng)地也就分為：數(shù)字信號(hào)測(cè)試機(jī)、模擬信號(hào)測(cè)試機(jī)和數(shù)模混合信號(hào)測(cè)試機(jī)。

三、基于DSP的混合信號(hào)測(cè)試

基于DSP的測(cè)試取決于信號(hào)從連續(xù)的時(shí)域到相應(yīng)頻域表示的轉(zhuǎn)換。對(duì)時(shí)域信號(hào)采樣，將其轉(zhuǎn)換為離散的時(shí)間連續(xù)的電壓信號(hào)，對(duì)離散模擬信號(hào)作量化并存儲(chǔ)，然后采用快速傅立葉變換或離散傅立葉變換將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)。隨著DSP技術(shù)在芯片測(cè)試中的應(yīng)用，混合信號(hào)測(cè)試變得更加快速和精確。這種方法開(kāi)始并將繼續(xù)為生成和測(cè)試混合信號(hào)提供一種更加通用的方法。把DSP技術(shù)和快速傅立葉變換理論綜合應(yīng)用起來(lái)是創(chuàng)造出快速、可重復(fù)性和精確測(cè)試結(jié)果的關(guān)鍵所在?，F(xiàn)代混合信號(hào)測(cè)試方法，不僅應(yīng)用于混合信號(hào)器件，還應(yīng)用于純模擬器件。測(cè)試的目的是檢測(cè)出有缺陷的器件，獲得改善制造工藝成品率的方法，從而降低器件的制造成本。理想的測(cè)試是留下所有合格的器件和淘汰所有不合格的器件。但是理想的測(cè)試是非常昂貴和耗時(shí)的，因此實(shí)際的測(cè)試中要求最小化通過(guò)的壞器件數(shù)和淘汰的好器件數(shù)。最常見(jiàn)的混合信號(hào)芯片有：模擬開(kāi)關(guān)，其晶體管電阻隨著數(shù)字信號(hào)變化；可編程增益放大器，能用數(shù)字信號(hào)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的放大倍數(shù)；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字信號(hào)變成物理的模擬信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將實(shí)際的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成噪聲干擾小、易于處理的數(shù)字信號(hào)；鎖相環(huán)電路，常用于生成高頻基準(zhǔn)時(shí)鐘或者從異步數(shù)據(jù)流中恢復(fù)同步時(shí)鐘。

四、基于DSP的測(cè)試技術(shù)與傳統(tǒng)模擬測(cè)試技術(shù)的比較

傳統(tǒng)模擬AC測(cè)試方法存在以下幾個(gè)問(wèn)題。第一，在多頻率測(cè)試情況下，AC參數(shù)的測(cè)量是相當(dāng)慢的。例如，在頻率響應(yīng)測(cè)試中，必須分別測(cè)量每一個(gè)頻率，這將導(dǎo)致較長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間。第二，傳統(tǒng)的模擬儀器不能測(cè)量基頻中存在的失真。測(cè)試時(shí)，必須采用陷波濾波器來(lái)將基頻濾掉，這將大大增加測(cè)試硬件的復(fù)雜性。第三，傳統(tǒng)的模擬測(cè)試方法在測(cè)量RMS噪聲與RMS信號(hào)時(shí)，使結(jié)果變得不可重復(fù)，除非采用平均或者帶通濾波方法。針對(duì)以上出現(xiàn)的實(shí)際測(cè)試技術(shù)問(wèn)題，20世紀(jì)80年代初期，ATE工業(yè)廣泛采納了一種新的AC參數(shù)的生產(chǎn)測(cè)試方法，這種新的測(cè)試方法稱為基于DSP的測(cè)試方法。與采用RMS伏特計(jì)測(cè)量AC參數(shù)的傳統(tǒng)方法相比，基于DSP的測(cè)試方法是一種更快、更準(zhǔn)確、可重復(fù)測(cè)量的有效方法。這也要求混合信號(hào)測(cè)試工程師必須有很深厚的數(shù)字信號(hào)處理的理論基礎(chǔ)，以支持混合信號(hào)電路的測(cè)試開(kāi)發(fā)。

綜上，基于數(shù)字信號(hào)處理（DSP）的測(cè)試技術(shù)克服了模擬測(cè)試儀器的限制，與傳統(tǒng)的模擬測(cè)試技術(shù)相比有許多優(yōu)勢(shì)：精度高；由于模擬波形經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理后，盡早地被數(shù)字化，DSP測(cè)試儀的串?dāng)_、噪聲和信號(hào)漂移大大減小。并且把各個(gè)頻率的信號(hào)分量區(qū)分開(kāi)來(lái)(也就是能把噪聲和失真從測(cè)試頻率或者其它頻率分量中分離出來(lái))，采樣集合的誤差遠(yuǎn)小于單個(gè)采樣的誤差，因此基于DSP的ATE通常比純模擬測(cè)試設(shè)備大大提高了測(cè)試的精度和可重復(fù)性。速度快；基于DSP測(cè)試儀采用1個(gè)繼電器開(kāi)關(guān)周期、1個(gè)采樣周期和1個(gè)建立時(shí)間可獲得1個(gè)被測(cè)器件（DUT）的采樣集。那么，采用離散傅立葉變換或者快速傅立葉變換分析可產(chǎn)生許多不同的仿真的模擬測(cè)試設(shè)備測(cè)量。DSP測(cè)試儀消除了模擬ATE本身所固有的濾波器建立時(shí)間；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)并行參數(shù)測(cè)試，極大地減少測(cè)試時(shí)間。操作容易；在基于DSP的ATE中，測(cè)試是可重復(fù)的，因?yàn)槠渲写蠖鄶?shù)是數(shù)字的，而不是模擬的。DSP ATE的校準(zhǔn)比較簡(jiǎn)單，減少了維護(hù)費(fèi)用。模型化方便；DSP ATE比純模擬ATE可更容易模型化無(wú)缺陷的和有缺陷的器件。更多的測(cè)量信息；DSP ATE為期望的參數(shù)提供附加的信息，即DSP峰值監(jiān)測(cè)器不僅報(bào)告峰值，而且及時(shí)報(bào)告峰值的位置。處理能力更強(qiáng)；能使用很多數(shù)據(jù)處理函數(shù)，比如說(shuō)求平均數(shù)、均方根等，對(duì)混合信號(hào)測(cè)試非常有用。體積和功耗小：通用DSP ATE比傳統(tǒng)模擬ATE體積小、便易且功耗小。

五、總結(jié)

在計(jì)算機(jī)和通信行業(yè)，芯片測(cè)試是商業(yè)的一個(gè)重要部分，客戶需要以合理的價(jià)格得到可靠的產(chǎn)品。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，客戶完全可以通過(guò)選擇最好的產(chǎn)品使自己受益。要想在商業(yè)環(huán)境中生存，芯片制造商必須尋求以最低的價(jià)格提供最好的產(chǎn)品的方法，以求在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有先機(jī)。這就對(duì)芯片測(cè)試提出了很高的要求，因此制造商們總是想盡一切辦法在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下降低測(cè)試成本，提高芯片測(cè)試效率。

[1]陳莉莉，周斌，A/D轉(zhuǎn)換芯片的測(cè)試環(huán)境構(gòu)成及測(cè)試方法，自動(dòng)化與儀器儀表2015年第12期

[2]廖述劍鞏建平，李迅波，基于欠采樣技術(shù)的ADC輸出傳輸延遲的測(cè)試，儀器儀表學(xué)報(bào)，第22卷

[3]李迅波，廖述劍，基于數(shù)字處理技術(shù)的ADC動(dòng)態(tài)測(cè)試及分析，儀器儀表學(xué)報(bào)，第21卷