混合信号测试理论在生产测试中应用的研究

2017-11-29 19:15殷明星马禄永齐立超
大陆桥视野·下 2017年12期
关键词:应用

殷明星+马禄永+齐立超

【摘 要】随着半导体制造和信息技术等相关高科技产业技术的日趋成熟,在一个芯片上几乎可以包含一个完整的系统(SOC)。客户对IC芯片的质量也提出了更加苛刻的要求,混合信号IC测试技术因此变得异常复杂和重要。在保证测试精度的前提下,缩短测试时间、优化测试方法可大大降低成本,提高生产效益。基于此,本文就对混合信号测试理论在生产测试中的应用进行研究。

【关键词】混合信号测试;理论生产;应用

一、 导言

早在上个世纪80年代,集成电路都是以“混杂”(hybrid)的形式存在,这种电路十分难于制造和测试。而随着数字信号处理(DSP)技术在芯片测试中的应用,混合信号测试开始变得更加快速和精确。基于DSP技术的测试方法开始为产生和测试混合信号提供一种更加通用的方法。把DSP技术和傅立叶分析综合应用起来是创造出快速、可重复性和精确测试结果的关键所在。

二 、混合信号测试系统的发展现状

混合信号测试技术是随着半导体产品的发展而发展的。根据半导体产品的应用领域、功能要求、封装类型的不同,测试设备有着不同的发展方向。混合信号芯片测试所必须的测试设备主要有三个:测试机、自动分拣机和测试板。混合信号测试所必须的软件环境要素主要有:测试程序、通讯程序和统计程序。半导体产品按其应用和功能要求一般可分为三类:数字器件、模拟器件和数字模拟混合器件。由于不同种类器件测试要求的物理硬件不同,Tester相应地也就分为:数字信号测试机、模拟信号测试机和数模混合信号测试机。

三 、基于DSP的混合信号测试

基于DSP的测试取决于信号从连续的时域到相应频域表示的转换。对时域信号采样,将其转换为离散的时间连续的电压信号,对离散模拟信号作量化并存储,然后采用快速傅立叶变换或离散傅立叶变换将数字信号转换为频域信号。随着DSP技术在芯片测试中的应用,混合信号测试变得更加快速和精确。这种方法开始并将继续为生成和测试混合信号提供一种更加通用的方法。把DSP技术和快速傅立叶变换理论综合应用起来是创造出快速、可重复性和精确测试结果的关键所在。现代混合信号测试方法,不仅应用于混合信号器件,还应用于纯模拟器件。测试的目的是检测出有缺陷的器件,获得改善制造工艺成品率的方法,从而降低器件的制造成本。理想的测试是留下所有合格的器件和淘汰所有不合格的器件。但是理想的测试是非常昂贵和耗时的,因此实际的测试中要求最小化通过的坏器件数和淘汰的好器件数。最常见的混合信号芯片有:模拟开关,其晶体管电阻随着数字信号变化;可编程增益放大器,能用数字信号调节输入信号的放大倍数;数模转换电路,将数字信号变成物理的模拟信号;模数转换电路,将实际的模拟信号转变成噪声干扰小、易于处理的数字信号;锁相环电路,常用于生成高频基准时钟或者从异步数据流中恢复同步时钟。

四、 基于DSP的测试技术与传统模拟测试技术的比较

传统模拟AC测试方法存在以下几个问题。第一,在多频率测试情况下,AC参数的测量是相当慢的。例如,在频率响应测试中,必须分别测量每一个频率,这将导致较长的测试时间。第二,传统的模拟仪器不能测量基频中存在的失真。测试时,必须采用陷波滤波器来将基频滤掉,这将大大增加测试硬件的复杂性。第三,传统的模拟测试方法在测量RMS噪声与RMS信号时,使结果变得不可重复,除非采用平均或者带通滤波方法。针对以上出现的实际测试技术问题,20世纪80年代初期,ATE工业广泛采纳了一种新的AC参数的生产测试方法,这种新的测试方法称为基于DSP的测试方法。与采用RMS伏特计测量AC参数的传统方法相比,基于DSP的测试方法是一种更快、更准确、可重复测量的有效方法。这也要求混合信号测试工程师必须有很深厚的数字信号处理的理论基础,以支持混合信号电路的测试开发。

综上,基于数字信号处理(DSP)的测试技术克服了模拟测试仪器的限制,与传统的模拟测试技术相比有许多优势:精度高;由于模拟波形经数字信号处理后,尽早地被数字化,DSP测试仪的串扰、噪声和信号漂移大大减小。并且把各个频率的信号分量区分开来(也就是能把噪声和失真从测试频率或者其它频率分量中分离出来),采样集合的误差远小于单个采样的误差,因此基于DSP的ATE通常比纯模拟测试设备大大提高了测试的精度和可重复性。速度快;基于DSP测试仪采用1个继电器开关周期、1个采样周期和1个建立时间可获得1个被测器件(DUT)的采样集。那么,采用离散傅立叶变换或者快速傅立叶变换分析可产生许多不同的仿真的模拟测试设备测量。DSP测试仪消除了模拟ATE本身所固有的滤波器建立时间;同时,实现并行参数测试,极大地减少测试时间。操作容易;在基于DSP的ATE中,测试是可重复的,因为其中大多数是数字的,而不是模拟的。DSP ATE的校准比较简单,减少了维护费用。模型化方便;DSP ATE比纯模拟ATE可更容易模型化无缺陷的和有缺陷的器件。更多的测量信息;DSP ATE为期望的参数提供附加的信息,即DSP峰值监测器不仅报告峰值,而且及时报告峰值的位置。处理能力更强;能使用很多数据处理函数,比如说求平均数、均方根等,对混合信号测试非常有用。体积和功耗小:通用DSP ATE比传统模拟ATE体积小、便易且功耗小。

五 、总结

在计算机和通信行业,芯片测试是商业的一个重要部分,客户需要以合理的价格得到可靠的产品。在激烈的市場竞争中,客户完全可以通过选择最好的产品使自己受益。要想在商业环境中生存,芯片制造商必须寻求以最低的价格提供最好的产品的方法,以求在市场竞争中占有先机。这就对芯片测试提出了很高的要求,因此制造商们总是想尽一切办法在保证产品质量的前提下降低测试成本,提高芯片测试效率。

参考文献:

[1]陈莉莉,周斌,A/D转换芯片的测试环境构成及测试方法,自动化与仪器仪表2015年第12期

[2]廖述剑巩建平,李迅波,基于欠采样技术的ADC输出传输延迟的测试,仪器仪表学报,第22卷

[3]李迅波,廖述剑,基于数字处理技术的ADC动态测试及分析,仪器仪表学报,第21卷endprint

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