關(guān)于混合信號測試系統(tǒng)的那些事

當把模擬電路和數(shù)字電路集成到同一顆電路芯片里，混合信號集成電路就誕生了。而這類集成電路所對應(yīng)的測試系統(tǒng)就被稱為混合信號測試系統(tǒng)。?

得益于 DSP 技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代混合信號測試系統(tǒng)比傳統(tǒng)混合信號測試系統(tǒng)有了更多的優(yōu)點：

01

可以高度并行地進行參數(shù)測試，縮短測試時間，從而降低測試成本。

02

可以把各個頻率的信號分量區(qū)分，即把噪聲和諧波分量從測試頻率中分離出來，提高產(chǎn)品的可測試性。

03

可以使用不同的函數(shù)處理數(shù)據(jù)，滿足不同需求。

我們周圍的許多信號，如聲波、光束、溫度、壓力等都是模擬信號?，F(xiàn)今基于信號處理的電子系統(tǒng)都必須先把這些模擬信號轉(zhuǎn)換為能與數(shù)字存儲、數(shù)字傳輸和數(shù)學處理兼容的離散數(shù)字信號。然后把這些離散數(shù)字信號存儲在計算機陣列之中用數(shù)字信號處理函數(shù)進行必要的數(shù)學處理。? 純數(shù)學理論上，如果滿足某些條件，連續(xù)信號在采樣之后可以通過重建完全恢復(fù)到原始信號，而沒有任何信號本質(zhì)上的損失。不幸的是，現(xiàn)實世界總不能如此完美，實際上連續(xù)信號和離散信號之間的轉(zhuǎn)換總會有信號的損失。 采樣用于把信號從連續(xù)信號（模擬信號）轉(zhuǎn)換到離散信號（數(shù)字信號），重建用于相反的過程。ATE依靠采樣和重建向待測芯片施加激勵信號并測量它們的響應(yīng)，具體的測試包含了數(shù)學上的和物理上的采樣和重建。? 混合 IC 測試使用的混合測試系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示，它包括了數(shù)字子系統(tǒng)和模擬子系統(tǒng)、時鐘及時序同步控制、系統(tǒng)控制電源、用戶使用控制界面和系統(tǒng)接口五個部分。

↑?混合信號測試機系統(tǒng)圖

模擬與數(shù)字子系統(tǒng)

傳統(tǒng)的模擬部分測量通過給被測器件施加一個單頻點的連續(xù)波形（如正弦波），然后用均方根（RMS）儀表測量被測器件輸出。這種量測方式雖然簡便，但也存在固有的缺點。

01

多頻點的測量會增加更多測試時間。

02

RMS測量無法區(qū)別信號與噪聲。

基于?DSP 的測試系統(tǒng)中，通常需要兩種設(shè)備作為模擬信號源和測量工具：

1) 任意波形發(fā)生器（Analog Waveform Generator，AWG）

2) 波形采集器（Waveform Digitizer，DGT）

模擬子系統(tǒng)包括波形采集器 DGT、波形數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)字信號處理器 DSP、波形發(fā)生器 AWG以及可矩陣連到模擬引腳的高精度 AC 量測單元。 混合信號 IC 測試時需要使用 AWG 將對應(yīng)的模擬管腳提供模擬波形，使用?DGT 對輸出管腳信號進行波形數(shù)據(jù)采集，使用?DSP 對采集的波形數(shù)據(jù)進行處理。?

AWG

AWG 波形發(fā)生器結(jié)構(gòu)如下圖。波形存儲器經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換器把波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成階梯電壓輸出，然后經(jīng)過低通濾波器把階梯電壓處理成一個平滑的連續(xù)波信號，以作為模擬器件測試時需要的輸入。 通常 AWG 還會包含差分輸出和偏置電路，以滿足不同的信號要求。

↑?波形發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖

AWG 可產(chǎn)生低于低通濾波器截至頻率的任意波形，當然根據(jù)奈奎斯特定理產(chǎn)生頻率的最高諧波分量不能超過 AWG 采樣頻率的 1/2。

DGT

波形采集器結(jié)構(gòu)見下圖，其處理信號的過程與 AWG 相反，是將獲得的模擬信號經(jīng)縮放和平移，再經(jīng)過抗混疊濾波器連續(xù)時間的濾波處理，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并存儲，獲得數(shù)據(jù)后再經(jīng)數(shù)字信號處理器 DSP 進行波形數(shù)據(jù)分析處理。

↑?波形采集器結(jié)構(gòu)圖

DGT 通常在信號采集端以增益可調(diào)電路處理不同的信號，以便經(jīng)過處理的信號能夠滿足 DGT的信號輸入要求。DGT 一般還包含跟蹤保持電路，這使其可以根據(jù)“欠”采樣定理完成高頻信號的采集。 數(shù)字子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與數(shù)字測試機相同，用來向被測器件提供控制信號使器件進入對應(yīng)的工作狀態(tài)，提供 D/A 的數(shù)字輸入，采集 A/D 的輸出。 ?

測試同步(Synchronization)

在混合信號集成電路測試過程中，需要使用數(shù)字功能資源、AWG 資源以及 DGT 資源等等，在執(zhí)行過程中必須有同步控制。只有保證模塊間的啟動停止、模塊的內(nèi)部時序、模塊采樣頻率與輸入的信號頻率嚴格同步，才能高效精確地完成測試任務(wù)。?

混合信號集成電路測試系統(tǒng)一般具有高數(shù)據(jù)速率、高定時準確度、高通道數(shù)及高測試向量的數(shù)字測試能力。這就決定了混合信號測試系統(tǒng)中一般由數(shù)字部分占據(jù)主導(dǎo)地位。同時，混合信號測試的時序以數(shù)字測試為基礎(chǔ)，而數(shù)字測試是以周期的方式進行的，所以采用數(shù)字同步的方式最為合理。?

也因此，在通常情況下， AWG 和 DGT 都會預(yù)留外部觸發(fā)信號接口，用戶可以把數(shù)字通道與觸發(fā)接口相連接，以便在測試向量執(zhí)行的過程中更加精確地觸發(fā)信號發(fā)送和測量。?

審核編輯：符乾江