混合信號測試理論在生產(chǎn)測試中應用的研究

殷明星+馬祿永+齊立超

【摘 要】隨著半導體制造和信息技術等相關高科技產(chǎn)業(yè)技術的日趨成熟，在一個芯片上幾乎可以包含一個完整的系統(tǒng)（SOC）。客戶對IC芯片的質(zhì)量也提出了更加苛刻的要求，混合信號IC測試技術因此變得異常復雜和重要。在保證測試精度的前提下，縮短測試時間、優(yōu)化測試方法可大大降低成本，提高生產(chǎn)效益。基于此，本文就對混合信號測試理論在生產(chǎn)測試中的應用進行研究。

【關鍵詞】混合信號測試；理論生產(chǎn)；應用

一、 導言

早在上個世紀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試。而隨著數(shù)字信號處理（DSP）技術在芯片測試中的應用，混合信號測試開始變得更加快速和精確。基于DSP技術的測試方法開始為產(chǎn)生和測試混合信號提供一種更加通用的方法。把DSP技術和傅立葉分析綜合應用起來是創(chuàng)造出快速、可重復性和精確測試結果的關鍵所在。

二 、混合信號測試系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

混合信號測試技術是隨著半導體產(chǎn)品的發(fā)展而發(fā)展的。根據(jù)半導體產(chǎn)品的應用領域、功能要求、封裝類型的不同，測試設備有著不同的發(fā)展方向。混合信號芯片測試所必須的測試設備主要有三個：測試機、自動分揀機和測試板。混合信號測試所必須的軟件環(huán)境要素主要有：測試程序、通訊程序和統(tǒng)計程序。半導體產(chǎn)品按其應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試要求的物理硬件不同，Tester相應地也就分為：數(shù)字信號測試機、模擬信號測試機和數(shù)模混合信號測試機。

三 、基于DSP的混合信號測試

基于DSP的測試取決于信號從連續(xù)的時域到相應頻域表示的轉(zhuǎn)換。對時域信號采樣，將其轉(zhuǎn)換為離散的時間連續(xù)的電壓信號，對離散模擬信號作量化并存儲，然后采用快速傅立葉變換或離散傅立葉變換將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為頻域信號。隨著DSP技術在芯片測試中的應用，混合信號測試變得更加快速和精確。這種方法開始并將繼續(xù)為生成和測試混合信號提供一種更加通用的方法。把DSP技術和快速傅立葉變換理論綜合應用起來是創(chuàng)造出快速、可重復性和精確測試結果的關鍵所在。現(xiàn)代混合信號測試方法，不僅應用于混合信號器件，還應用于純模擬器件。測試的目的是檢測出有缺陷的器件，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。但是理想的測試是非常昂貴和耗時的，因此實際的測試中要求最小化通過的壞器件數(shù)和淘汰的好器件數(shù)。最常見的混合信號芯片有：模擬開關，其晶體管電阻隨著數(shù)字信號變化；可編程增益放大器，能用數(shù)字信號調(diào)節(jié)輸入信號的放大倍數(shù)；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字信號變成物理的模擬信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將實際的模擬信號轉(zhuǎn)變成噪聲干擾小、易于處理的數(shù)字信號；鎖相環(huán)電路，常用于生成高頻基準時鐘或者從異步數(shù)據(jù)流中恢復同步時鐘。

四、 基于DSP的測試技術與傳統(tǒng)模擬測試技術的比較

傳統(tǒng)模擬AC測試方法存在以下幾個問題。第一，在多頻率測試情況下，AC參數(shù)的測量是相當慢的。例如，在頻率響應測試中，必須分別測量每一個頻率，這將導致較長的測試時間。第二，傳統(tǒng)的模擬儀器不能測量基頻中存在的失真。測試時，必須采用陷波濾波器來將基頻濾掉，這將大大增加測試硬件的復雜性。第三，傳統(tǒng)的模擬測試方法在測量RMS噪聲與RMS信號時，使結果變得不可重復，除非采用平均或者帶通濾波方法。針對以上出現(xiàn)的實際測試技術問題，20世紀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)測試方法，這種新的測試方法稱為基于DSP的測試方法。與采用RMS伏特計測量AC參數(shù)的傳統(tǒng)方法相比，基于DSP的測試方法是一種更快、更準確、可重復測量的有效方法。這也要求混合信號測試工程師必須有很深厚的數(shù)字信號處理的理論基礎，以支持混合信號電路的測試開發(fā)。

綜上，基于數(shù)字信號處理（DSP）的測試技術克服了模擬測試儀器的限制，與傳統(tǒng)的模擬測試技術相比有許多優(yōu)勢：精度高；由于模擬波形經(jīng)數(shù)字信號處理后，盡早地被數(shù)字化，DSP測試儀的串擾、噪聲和信號漂移大大減小。并且把各個頻率的信號分量區(qū)分開來（也就是能把噪聲和失真從測試頻率或者其它頻率分量中分離出來），采樣集合的誤差遠小于單個采樣的誤差，因此基于DSP的ATE通常比純模擬測試設備大大提高了測試的精度和可重復性。速度快；基于DSP測試儀采用1個繼電器開關周期、1個采樣周期和1個建立時間可獲得1個被測器件（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試設備測量。DSP測試儀消除了模擬ATE本身所固有的濾波器建立時間；同時，實現(xiàn)并行參數(shù)測試，極大地減少測試時間。操作容易；在基于DSP的ATE中，測試是可重復的，因為其中大多數(shù)是數(shù)字的，而不是模擬的。DSP ATE的校準比較簡單，減少了維護費用。模型化方便；DSP ATE比純模擬ATE可更容易模型化無缺陷的和有缺陷的器件。更多的測量信息；DSP ATE為期望的參數(shù)提供附加的信息，即DSP峰值監(jiān)測器不僅報告峰值，而且及時報告峰值的位置。處理能力更強；能使用很多數(shù)據(jù)處理函數(shù)，比如說求平均數(shù)、均方根等，對混合信號測試非常有用。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

在計算機和通信行業(yè)，芯片測試是商業(yè)的一個重要部分，客戶需要以合理的價格得到可靠的產(chǎn)品。在激烈的市場競爭中，客戶完全可以通過選擇最好的產(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格提供最好的產(chǎn)品的方法，以求在市場競爭中占有先機。這就對芯片測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)量的前提下降低測試成本，提高芯片測試效率。

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