混合信号IC测试/IC测试原理解析第三部分混合信号芯片IC部分)

IC测试原理解析第三部分混合信号IC IC测试原理解析（第三部分）芯片测试原理讨论芯片开发和生产过程中芯片测试的基本原理。它分为四个章节。以下为第三章。章节。我们在第一章介绍了芯片测试的基本原理；第 2 章讨论了如何将这些基本原理应用到内存和逻辑芯片的测试中；本文重点介绍混合信号芯片的测试；介绍射频/无线芯片的测试。第 3 章混合信号芯片测试基础 基于 DSP 的测试技术 使用基于数字信号处理 (DSP) 的测试技术来测试混合信号芯片与传统测试技术相比具有许多优势。这些优势包括：由于能够并行执行参数测试，减少了测试时间；由于能够区分每个频率的信号分量（即噪声和失真可以从测试频率或其他频率分量中分离出来），因此可以增加测试的准确性和可重复性。可以使用很多数据处理功能，例如求平均，这对于混合信号测试非常有用 采样和重构 采样用于将信号从连续信号（模拟）转换为离散信号（数字），重构用于实现相反的过程。自动测试设备 (ATE) 依靠采样和重建将激励信号施加到被测芯片 (DUT) 并测量它们的响应。测试中包括数学和物理采样和重建。

采样重构在混合信号测试中的应用纯数学理论，如果满足一定条件，采样后的连续信号可以通过重构完全恢复到原始信号，不损失信号本质。不幸的是，现实世界并不总是那么完美，在实际连续信号和离散信号之间的转换中总会出现信号损失。我们周围的物理世界中的许多信号，例如声波、光束、温度和压力，本质上都是模拟信号。当今基于信号处理的电子系统必须首先将这些模拟信号转换为与数字存储、数字传输和数学处理兼容的离散数字信号。然后可以将这些离散数字信号存储在计算机阵列中，以使用数字信号处理功能执行必要的数学处理。重构是采样的逆过程。在这个过程中，采样的波形（脉冲数字信号）通过数模转换器（DAC）和逆图像滤波器等硬件电路转换成连续的信号波形。重建填充采样点之间缺失的波形。DAC和滤波器的组合是一个重构过程，可以用图2所示的脉冲响应p(t)来表示。 从数据序列中重构一个连续时间的波形混合信号测试介绍最常见的混合信号芯片是：模拟开关，其晶体管电阻随数字信号而变化，和可编程增益放大器 (PGA)，它使用数字信号来调整输入信号的放大率；数模转换电路（D/）；模数转换电路（A/）；锁相环电路 (PLL)芯片测试，通常用于生成高频参考时钟或从异步数据流中恢复同步时钟。

终端应用和测试考虑了许多混合信号应用，例如手机、硬盘驱动器、调制解调器、电机控制器和多媒体音频/视频产品，使用放大器、滤波器、开关、DAC 和其他各种混合信号电路，例如专用模拟和数字电路。虽然测试设备中的每个单独电路很重要，但在系统级别进行测试同样重要。系统级测试确保整个电路满足最终应用的要求。为了测试大规模混合信号电路，我们必须对电路的最终应用有一个基本的了解。图 3 显示了数字移动电话的框图。该系统具有许多复杂的混合信号组件，是混合信号应用的一个很好的例子。复杂混合信号应用的简单框图：数字手机系统的基本混合信号测试直流参数测试接触测试（短路开路测试）用于确保测试仪和芯片接口板之间的所有电气连接普通的。漏电流测试是指测试模拟或数字芯片的高阻输入引脚的电流，或将输出引脚设置为高阻状态，然后测量输出引脚上的电流。虽然漏电流因芯片而异，但一般情况下，漏电流应小于 1uA。漏电流主要用于检测以下缺陷：芯片内部不同层之间的短路或漏电、直流偏差或其他参数偏差。这些缺陷最终会导致芯片无法正常工作。过大的漏电流也会导致早期设备故障和终端系统故障。通常进行两次漏电流测试。第一次是对被测引脚施加高电压（类似于电源电压的电压），另一次是对被测引脚施加接近零电压（或芯片的负电源电压）被测引脚。.

这两个测试称为高电平泄漏测试（IIH）和低电平泄漏测试（IIL）。电源电流测试 测试芯片的每个电源引脚消耗的电流是找出芯片是否存在灾难性缺陷的最快方法之一。将每个电源引脚设置为预定电压，然后用自动测试设备的测量单元测量这些电源引脚上的电流。这些测试通常在测试程序开始时执行，以快速有效地选择那些完全失败的芯片。功耗测试也用于确保芯片的功耗能够满足终端应用的要求。DAC 和 ADC 测试规范 DAC 和 ADC 芯片必须执行某些静态和动态参数测试。下面对这些指标一一介绍： DAC静态参数指标分辨率()是指DAC输出可以改变的最小值。满量程范围 (FSR) 是指 DAC 输出信号幅度的最大范围。不同的 DAC 具有不同的满量程范围。该范围可以是正和/或负电流、正和/或负电压。最低有效位 (LSB) 大小是指输入代码改变最小值时输出端模拟量的变化。微分非线性 (DNL) 用于测量小信号非线性误差。计算方法：本次输入码与其前一个输入码之间的模拟量变化减去1个最低有效位（LSB）。单调性意味着如果输入代码增加，输出模拟量将保持相应的增加，反之亦然。这一特性对于反馈回路电路中使用的 DAC 非常重要，以确保反馈回路不会在两个输入代码之间发生死锁。

整体非线性 (INL) 是指输入代码的所有非线性的累积。该参数可以通过测量代码对应的输出模拟量与起点和终点的直线之间的偏差来实现。偏移量(offset)是指DAC的输入码为0时DAC输出模拟量与理想输出的偏差。增益误差( )是指DAC的实际模拟输出与理想输出之间的偏差DAC 的输入代码处于最大值。准确度 ( ) 是指 DAC 输出与理想值的偏差，包括上述所有这些误差，有时以百分比表示。一般来说芯片测试，这个参数是不直接测量的，它的结果是通过静态误差计算得到的。ADC 静态参数规格满量程范围 (FSR) 的定义与 DAC 相同。()是指保证输出码为0时理想输入模拟量与实际输入模拟量的偏差。计算方法：当输出的第一个码发生变化时，ADC的实际输入模拟量减1/ 2 最低有效位 (LSB) 大小，然后减去理想的 0 码输入模拟值。ADC 的增益误差 ( ) 是满量程输入时输出代码中的误差。计算方式：满量程输出代码加上 11/2 最低有效位 (LSB) 的输入值与满量程输出代码的输入之间的差值加上偏差 ()。最低有效位 (LSB) 大小是通过测量最小和最大转换点来计算的。

理想情况下，模拟输入上一个 LSB 值的变化将导致输出上一个代码的变化。微分非线性 (DNL) 用于测量小信号非线性误差。通过从两个转换点之间的模拟输入量之差中减去一个最低有效位 (LSB) 值来计算。无漏码（ ）是指ADC在实际条件下可以产生多少位输出。一个 14 位的 ADC 可以表述为“no code are 12(ts)”，意思是当这个 ADC 的输入发生变化时，输出代码的低两位不会改变，而只有其他高位。12 位代码可能会有所不同。整体非线性 (INL) 是给定代码中点处的实际输入与理想传递函数线上的输入之间的偏差。ADC 的测量精度概念与 DAC 类似。DAC 动态参数指标信噪比 (SNR) 是通过对 DAC 应用满量程正弦波数字编码，然后分析其输出波形频率特性获得的。DAC 的输出经过滤波以去除基波分量和所有谐波分量，其余为噪声。SNR 是基波分量与所有噪声分量之和的比值。信噪谐波比（SNDR 或 SINAD）的计算方法与 SNR 相同，只是谐波分量也包含在噪声中。总谐波失真 (THD) 与 SINAD 类似，但仅包含谐波分量，不包含噪声。在这个比率计算中，基本成分是分母而不是分子。

DAC的输入是正弦波的数字编码；它的输出是阶梯式正弦波输出，需要经过滤波器平滑。然后在频域中分析滤波后的输出波形，以找到与基频相关的谐波分量。互调失真 (IM) 用于测量由两个频率的互调引起的非谐波分量的失真。这种失真是由被测芯片的非线性引起的。测试该参数时：先将两个频率分量的波形数字编码输入到待测DAC，然后计算输出波形中两个频率的和、差信号分量。最大转换速率 (es) 是芯片规格之一。当 DAC 的输入发生变化时，它的输出需要一段时间才能获得稳定的对应输出值。最长的稳定时间是最大摆率。稳定时间 ( ) 是输出值达到并稳定在预定值或某个其他指定范围的 +-1/2LSB 内所需的时间。ADC 动态参数指标信噪比 (SNR) 的概念与运算放大器的概念相同。与 THD 测量类似，在 ADC 输入端加一个纯正弦波，经 ADC 芯片采样后输出一组数字代码。然后使用数字信号处理算法提取信噪比信息。SNR 的单位是 dB。总谐波失真 (THD) 的概念与运算放大器的概念相同，但它们的测试方式不同。一个纯正弦波输入到 ADC，输出是一组从正弦波中采样的数字代码，

使用数字信号处理算法提取总谐波失真信息。单位是分贝。信噪比谐波比（SNDR 或 SINAD）是基波分量与噪声和谐波失真分量之和的比值，以 dB 为单位。互调失真 (IM) 用于测量由两个频率的互调引起的非谐波分量的失真。这种失真是由被测芯片的非线性引起的。测试该参数时：先将两个频率分量的模拟波形输入到被测ADC，然后在输出的数字码中计算两个频率的和、差信号分量。动态范围()是指ADC输入信号幅度的最大和最小幅度之比，单位为dB。已经讨论了内存和逻辑芯片的相对简单性。测试技术，还介绍了复杂混合信号芯片的特殊测试要求。在下一个最后一章，我们将介绍射频/无线芯片的测试。已经讨论了内存和逻辑芯片的相对简单性。测试技术，还介绍了复杂混合信号芯片的特殊测试要求。在下一个最后一章，我们将介绍射频/无线芯片的测试。