最近參與之前做的一款芯片的回片測試,回片測試結(jié)果不太友好,這不又忙著找問題,于是各種測試肯定是少不了的。就說這測試,沒想到就被一個小小的電感給摩擦了。具體是咋回事呢,下面咱慢慢聊。
首先這款芯片常見的連接方式如下圖,可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,使用網(wǎng)線連接。還必須得有變壓器。變壓器是啥,這玩意簡單理解就是兩個線圈互相耦合呀,初級側(cè)和次級側(cè)線圈就是個電感L啊。請記住這個等效的L,我就是被這個小東西給摩擦的。
圖1:雙芯片通信連接示意圖
說到我們要測的東西,可以看下下面的測試框圖。芯片接收信號端口(Vin+和Vin-)進(jìn)去有兩大電路;AFE和ADC。AFE是進(jìn)行信號處理的,比如改變個增益,提供點(diǎn)均衡能力啥的,ADC更不用多說了,實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。圖上這個DAC是芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)用來進(jìn)行測試的,它可以將ADC的量化結(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬波形從端口輸出(也就是圖上的VOUT+和VOUT-)。可以通過波形觀察ADC的轉(zhuǎn)換是否有明顯錯誤。說到這里,不得不說,芯片可測性設(shè)計(jì)是真重要啊,真乃保命脫嫌疑的重要工具,下次一定專門寫一篇可測性相關(guān)的文章(flag就立在這里了)
圖2:芯片接收測試示意圖
測試過程是這樣的:我們拔掉網(wǎng)線,保證變壓器次級側(cè)懸空,從外面用信號發(fā)生器給Vin+-輸入一個正弦信號,為了避免內(nèi)部電路有限帶寬對信號造成衰減,我們將信號頻率設(shè)置在了10KHz~5MHz范圍,固定輸入擺幅為500mV。該頻率范圍遠(yuǎn)小于前級電路的-3dB帶寬,不用擔(dān)心信號衰減問題,DAC電路的輸出為VOUT+和VOUT-,這兩個引腳是芯片引腳,因此可以用于觀測輸出信號。
通過示波器觀測,出現(xiàn)了奇怪的現(xiàn)象,我們看圖3。因?yàn)榻o的信號頻率都不高,相對一個125MSPS的ADC而言,算是很低頻的輸入了。然而奇怪的是,頻率從10KHz開始不斷變大,輸出幅度不斷變大,當(dāng)頻率大于某個拐點(diǎn)之后,輸出幅度才穩(wěn)定了下來。這很奇怪,正常應(yīng)該是在10KHz~5MHz這個頻率范圍內(nèi),幅度不應(yīng)該變化呀。
圖3:頻率從10KHz~5M觀測到的波形現(xiàn)象
但你看這個測試到的現(xiàn)象,頻率小,幅度小,頻率大,幅度大,表現(xiàn)多么像一個高通濾波器的特性??!沿著這個思路,我們繼續(xù)往下思考。我們知道,ADC和DAC本身是沒有這種特性的,于是我們返回去用示波器觀察了輸入信號,果然,輸入信號表現(xiàn)出了和圖3一樣的現(xiàn)象:在頻率變大的時(shí)候幅度也會變大。好吧,現(xiàn)在算是知道了問題出在輸入信號上,可這現(xiàn)象也太怪了,畢竟端口上沒有串聯(lián)電容,那這種高通特性是如何形成的呢?
思考漫無頭緒的時(shí)候,只得返回去查查板子,看端口那里到底有什么特殊的地方。看來看去,發(fā)現(xiàn)端口只接了變壓器,但其另一端是懸空的,總不能是它影響的吧?我們下意識覺得不能,因?yàn)椤皯铱铡眱蓚€字確實(shí)有魔力,能讓你下意識地將“懸空”和“沒有影響”等效起來。所以那個下午又是沒有進(jìn)展的半天。要說找到原因,還是在晚飯后,重新梳理下午的測試現(xiàn)象的時(shí)候,才意識到變壓器是會影響信號的。以前是陷入了思維慣性里面,沒有聯(lián)想到其實(shí)電感L和R在當(dāng)前這個測試?yán)锸怯锌赡茉斐筛咄ㄌ匦缘?。圖2變壓器的初級側(cè)可以等效成一個電感,并挪動一下相關(guān)器件的位置,最后用圖畫出來,如下圖4所示:
可以看到,輸入阻抗是由L和R并聯(lián)貢獻(xiàn)的,我們知道L的交流阻抗是頻率越小,阻抗越小,因此Rin的曲線應(yīng)該是如下圖所示的樣子。
圖3:Rin隨頻率變化趨勢
輸出電壓是信號源內(nèi)阻和RL的分壓,這也就意味著輸出電壓會隨著頻率的變大而變大。這在原理上是說的通的。那么實(shí)際是不是我們分析的這樣呢?于是我們拆除板子上的變壓器重新進(jìn)行測試,發(fā)現(xiàn)信號的高通特性消失了。說明我們的分析是對的,奈斯!
小結(jié):
平常遇到的濾波網(wǎng)絡(luò)多是電容電阻型的網(wǎng)絡(luò),電感參與的拓?fù)鋵賹?shí)少見,這個例子里的特殊之處是變壓器一側(cè)事實(shí)上充當(dāng)了電感的角色,而對于連接到輸入端口的這一側(cè)而言,不管另一側(cè)是否懸空,都會對輸入阻抗造成影響。
審核編輯:黃飛
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