黃美蓮

（瑞芯微電子股份有限公司，福建 福州 350001）

1 芯片音頻參數(shù)的智能測試方案的闡述

音頻參數(shù)的智能測試方案，主要由硬件電路、軟件系統(tǒng)與Handler（自動電腦機(jī)板測試IC分選機(jī)）構(gòu)成。

硬件設(shè)計主要采用外掛D/A轉(zhuǎn)換器給被測芯片輸入一個標(biāo)準(zhǔn)的模擬參考信號；軟件系統(tǒng)設(shè)計主要采用了快速傅里葉變換 （Fast Fourier Transform）技術(shù)，即利用計算機(jī)計算離散傅里葉變換（DFT）的高效、快速計算方法的統(tǒng)稱，簡稱FFT；機(jī)械手主要通過TTL接口與測試裝置通信，自動區(qū)分良品與不良品。

該芯片音頻參數(shù)的智能測試方案主要針對大批量生產(chǎn)中芯片信噪比（SNR）與總諧波失真+噪聲（THD+N）的測試，該裝置可實現(xiàn)（SNR）≥90dB，（THD+N）≤-60dB的指標(biāo)測試。

各項功能檢測流程包括：Handler開機(jī)→機(jī)械手自動抓取芯片→自動檢測并計算信噪比（SNR）與總諧波失真+噪聲（THD+N）的數(shù)據(jù)結(jié)果→歷史音頻參數(shù)信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）數(shù)據(jù)自動存儲和查詢→依據(jù)測試數(shù)據(jù)的比對，自動判斷結(jié)果→Handler自動區(qū)分良品與不良品。

圖1 音頻參數(shù)智能測試方案流程圖

2 芯片音頻參數(shù)智能測試方案的實現(xiàn)

2.1 測試方案流程（如圖2）

圖2 音頻參數(shù)智能測試系統(tǒng)示意圖

2.2 測試原理

圖3 測試原理圖

此插圖中黃色部分，是測量的核心。使用到了傅里葉變換算法，可以快速分析出A/D變換后的數(shù)據(jù)，其幅度、頻率分布等信息。和已知的頻率數(shù)據(jù)比對，據(jù)此可以知道產(chǎn)生了多少諧波、多少衰耗、多少增益、失真度等數(shù)據(jù)。

圖4 傅里葉變換測試原理圖

2.3 測試結(jié)果

音頻參數(shù)信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）的智能測試裝置，其裝置可實現(xiàn)（SNR）≥90dB，（THD+N）≤-60dB的指標(biāo)測試。

圖5 測試平臺參數(shù)值

2.3.1 （THD+N）（A計權(quán)、HIGH=20Hz LOW=48KHz）

圖6 （THD+N）示意圖

2.3.2 SNR A（計權(quán)、HIGH=20Hz LOW=48KHz）

圖7 （SNR+A）示意圖

2.4 測試方案簡述

（1）先由Handler自動開機(jī)，Handler的機(jī)械手自動抓取待測芯片插入芯片工裝座（SOCKET）插座中，Handler給RK SOC主板發(fā)一個Start信號。

（2）RK SOC主板首先給FPGA上電，然后再給被測芯片上電。

（3）FPGA發(fā) 出 一 組I2S信 號 給D/A轉(zhuǎn) 換 器（PCM1794），D/A轉(zhuǎn)換器（PCM1794）輸出Audio模擬信號給被測芯片。被測芯片Audio codec通過IN1L/IN1R跟MIC1N/MIC1P這兩組錄音通道分別進(jìn)行錄音。

被測芯片錄音后的數(shù)據(jù)由被測芯片I2S接收，等codec工作穩(wěn)定后取一部分?jǐn)?shù)據(jù)做FFT分析，計算出頻域上的數(shù)值 ，然后再把頻域上的值計算音頻指標(biāo)，計算出來的結(jié)果與設(shè)置的卡控范圍（結(jié)合被測芯片datasheet與AP分析儀測試結(jié)果的指標(biāo)）進(jìn)行對比。

根據(jù)離散傅里葉變換（DFT）的高效、快速計算方法（簡稱FFT），得出以下公式：

SNR=10log10信號能量/噪聲能量

THD+N=10log10（諧波能量+噪聲能量）/信號能量

計算出信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）的數(shù)據(jù)結(jié)果，其方案可實現(xiàn)（SNR）≥90dB，（THD+N）≤-60dB的指標(biāo)測試，通過串口通信反饋到RK SOC主板去判斷。這里主要先通過預(yù)設(shè)測試的范圍值，如果芯片的測試結(jié)果在卡值的范圍內(nèi)，合格就 Pass，相反不合格就Fail。其錄音工作流程如圖9所示：

圖8 錄音工作流程圖

（4）最后RK SOC主板將測試結(jié)果反饋到handler，handler通過TTL接口和串口與測試裝置通信，用Hard Bin與Soft bin code自動區(qū)分良品與不良品，再將測試結(jié)果存儲并打印測試報告。測試完畢，關(guān)斷被測板電源，給測試板上的殘余電荷放電。測量一塊芯片信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）數(shù)據(jù)的測試耗時5s/片。

3 基于芯片音頻參數(shù)智能測試裝置的優(yōu)勢

（1）成本低，大約兩萬元左右，可替代傳統(tǒng)高價位的AP分析儀，傳統(tǒng)的測試裝置是掛一臺或多臺AP分析儀，配合機(jī)臺和程序，自動化測試，占地面積大，此方案設(shè)計減少占地面積及設(shè)備成本，可實現(xiàn)一臺Handler掛多臺測試裝置，目前最多可以掛16臺智能測試機(jī)，大大減小了占地面積與儀器成本，原本分析儀一套方案要12萬元左右，現(xiàn)在一對一智能測試方案就可以節(jié)省10萬元左右。按16臺計算，一套方案可以為公司節(jié)省160萬元。

（2）機(jī)械手自動分類好壞芯片，有效避免人工分類芯片易出錯帶來的不利，解決人工測試注意力不集中的問題。測試效率高，不污染芯片，穩(wěn)定性好。

（3）檢測步驟簡單，信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）參數(shù)的測試時間5s/片，與傳統(tǒng)儀器參數(shù)的測試時間30s/片相比，大大縮短檢測時間，實現(xiàn)快速檢驗，產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)過質(zhì)檢部門和客戶的驗證，達(dá)到了后續(xù)使用要求，按照公司產(chǎn)品年產(chǎn)量計算，此套設(shè)備可以為公司一年節(jié)省近500萬元左右。

4 結(jié)束語

本文主要針對音頻參數(shù)信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）在儀器中測試速度慢、設(shè)備及人工成本大等種種弊端，研發(fā)一款基于芯片音頻參數(shù)信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）的智能測試裝置，其裝置可實現(xiàn)（SNR）≥90dB，（THD+N）≤-60dB的指標(biāo)測試，通過對本裝置結(jié)構(gòu)、設(shè)計、功能及測試方案的研究，實現(xiàn)對芯片音頻參數(shù)信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）參數(shù)的快速檢驗，可及時排查芯片在設(shè)計與制程中出現(xiàn)的問題，減小損失，降低設(shè)備及人工成本，提高生產(chǎn)效率，大幅度提高芯片的產(chǎn)能與芯片產(chǎn)品質(zhì)量，在未來的芯片生產(chǎn)測試領(lǐng)域里，值得芯片生產(chǎn)商大力推廣。