混合信号集成电路测试方法

混合信号集成电路是指包括数宇模块和模拟模块的集成电路。将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器(d/a 或 dac),将模拟信号转换为数字信号的电路称为模数转换器(a/d或 adc)。图所示的是 adc/dac 的工作原理。目前,已经商用化的 adc/dac 速率达到数十 cbit/ s,位数达到 32bit。
模数较换的作用是将时问连续、幅值也连续的模拟量钱换为时间离散、幅值也高散的数字信号,数模转换的作用则刚好相反。采样是将连线(即模拟)信号转变为离散(即数宇)信号的处理过程;反之,重构是将离散信号转变为连续信号的处理过程。采样和重构在混合信号集成电路测试中均得到了广泛的应用。理论上,必须按照采样定理进行采样,即采样频率应大于2倍的信号频率;但在实际测试中,有时也会用到过采样(over sampling)和欠采样(under sampling)。基于 dsp 的测试涉及两种采样类型,即相干采样和非相干釆样。相干采样要求满足f3/ft=n/m,其中f3.为采样频率,f1为信号频率,n为采样点数,m 为采样周期数,且m 与n互为素数,这样可避免重复采样,提高效率。针对周期信号的不相千采样容易引起频谱泄露。
混合信号集成电路的测试包括直流参数测试和交流参数测试,如功耗、漏电、电源抑制比、建立时间等;而针对其传输特性,则主要测试静态参数与动态参数。图所示为 adc 测试原理图。
测试时,由测试系统提供电源、时钟、模拟信号及数宇控制信号给被测电路。静态参数测试通常为全码线性测试,通过输人一个满量程的信号频率较低的三角波,采样得到实际输出的信号,通过实测传输特性与理想传输特性的比较来确定其静态参数,包括满量程范围 (full scale range, fsr)、最低有效量值 (least significant bit, lsb)、差分非线性 ( diferential non-linearity, dnl)、积分非线性 (integral non-lineariy, inl)、失调误差 (otfset error)、增益误差(gain brror)、失码( missing code) 等。静态参数测试也可以通过输人正弦波采用直方图方法来进行测试。
在进行动态参数测试时,通过测试系统的波形发生器生成一定频率的测试波形(通常为正弦波),该测试波形的准确度必须远高于被测电路的准确度;将测试波形输人被测电路后,采样得到输出的时域信号;通过快速傅里叶变换(fast fourier transform, fft) 将采样的时域信号变换为频域信号进行处理,•析得到混合信号集成电路的动态参数。动态参数包括信噪比 ( signal noise ratio,snr)、总谐波失真 (total harmonie distorion, thd)、有效位数(effeetnumber of bits, enob)、无杂散动态范围 ( spurious free dynamic range,sfdr)、噪声与谐波总失真 (signal to noise and distortion. sinad)、互调失真(intermodulation distortion, imd)等。在理想的转换器中,sinad 和 snr 是相同的。如果 snr 是转换器所能达到的理想状态,sinad 是反映转换器实际性能参数的指标,则 sinad 越接近 snr,表示其性能越好。enob 可以在信噪比基础上计算得出,即
                         enob= ( sinad-1.76)/6.02
测试混合信号集成电路时,同样需要考虑可测性设计,以及设计与测试的链按,提供其测试所需的软硬件环境。混合信号集成电路测试系统除了具备数字集成电路测试系统的能力,还应具备产生高准确度任意波形的能力,捕捉和处理数字信号及模拟信号的能力,以及数宇模块与模拟模块同步的能力。
针对现阶段不断涌现出的高速、高精度 adc/dac,如果测试用的自动测试系统无法提供满足其要求的高精度时钟、信号源等,可采用高质量的分立仪器,或者进行回环(loopback)测试;针对测试负載板(load board),不仅要在设计上保证电源、地的干净,还要格外注意时钟及高速/高精度信号等关键信号的布线问题,并对信号进行充分的滤波处理。目前,新的标准 ieee 边界扫描方法己经完全适用于混合信号测试,如果将来能实现混合信号集成电路的结构测试,将大大降低其测试难度 与测试成本。


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