混合信號測試理論在生產測試中應用的研究

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

混合信號測試理論在生產測試中應用的研究

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

隨著半導體制造和信息技術等相關高科技產業技術的日趨成熟，在一個芯片上幾乎可以包含一個完整的系統（SOC）。客戶對IC芯片的質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、優化測試方法可大大降低成本，提高生產效益。基于此，本文就對混合信號測試理論在生產測試中的應用進行研究。

混合信號測試；理論生產；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、混合信號測試系統的發展現狀

混合信號測試技術是隨著半導體產品的發展而發展的。根據半導體產品的應用領域、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境要素主要有：測試程序、通訊程序和統計程序。半導體產品按其應用和功能要求一般可分為三類：數字器件、模擬器件和數字模擬混合器件。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：數字信號測試機、模擬信號測試機和數模混合信號測試機。

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的時域到相應頻域表示的轉換。對時域信號采樣，將其轉換為離散的時間連續的電壓信號，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字信號轉換為頻域信號。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造出快速、可重復性和精確測試結果的關鍵所在。現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和淘汰的好器件數。最常見的混合信號芯片有：模擬開關，其晶體管電阻隨著數字信號變化；可編程增益放大器，能用數字信號調節輸入信號的放大倍數；數模轉換電路，將數字信號變成物理的模擬信號；模數轉換電路，將實際的模擬信號轉變成噪聲干擾小、易于處理的數字信號；鎖相環電路，常用于生成高頻基準時鐘或者從異步數據流中恢復同步時鐘。

四、基于DSP的測試技術與傳統模擬測試技術的比較

傳統模擬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。針對以上出現的實際測試技術問題，20世紀80年代初期，ATE工業廣泛采納了一種新的AC參數的生產測試方法，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參數的傳統方法相比，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字信號處理的理論基礎，以支持混合信號電路的測試開發。

綜上，基于數字信號處理（DSP）的測試技術克服了模擬測試儀器的限制，與傳統的模擬測試技術相比有許多優勢：精度高；由于模擬波形經數字信號處理后，盡早地被數字化，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，實現并行參數測試，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，因為其中大多數是數字的，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為期望的參數提供附加的信息，即DSP峰值監測器不僅報告峰值，而且及時報告峰值的位置。處理能力更強；能使用很多數據處理函數，比如說求平均數、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比傳統模擬ATE體積小、便易且功耗小。

五、總結

在計算機和通信行業，芯片測試是商業的一個重要部分，客戶需要以合理的價格得到可靠的產品。在激烈的市場競爭中，客戶完全可以通過選擇最好的產品使自己受益。要想在商業環境中生存，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品質量的前提下降低測試成本，提高芯片測試效率。

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