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模拟集成电路测试 -1

模拟测试 -1

模拟电路测试- A / D和D / A转换器

动机

当前的最新技术

基于DSP的模拟测试仪的优势

基于DSP的模拟测试仪的组成

静态A / D转换器测试

静态D / A转换器测试

总结

 

混合信号测试问题

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图 1 混合信号测试

 

动机

混合信号(模拟+数字)IC更为常见

无线,网络,多媒体,实时控制- 爆炸性增长

数字核心(数字信号处理器(DSP)和微处理器)周边是模拟的A / D,滤波器,D / A,MEMs等器件

传感器与测量点之间的距离更短 – 噪声更小

更多的线性,更少的非线性模拟电路

将非线性功能移入DSP单元

更容易测试

模拟MOS器件在晶体管饱和模式下运行

混合信号存在测试可观察性问题

 

与数字电路测试的差异

尺寸的问题 – 最多100余个组件

更难的模拟器件建模

没有广泛接受的模拟缺陷模型

无限的信号范围

容差取决于工艺和测量误差

测试仪(ATE)引入了测量误差

数字/模拟衬底耦合噪声

绝对元器件公差 +/- 20%,相对+/- 0.1%

多个模拟缺陷模型是强制性的

没有唯一的信号流向

 

可分解性和测试总线

模拟子组件不能像在数字电路中那样单独进行测试

难以实现模拟测试的测试总线

将模拟信号传输到输出引脚会改变信号和电路功能

重新配置模拟电路通常是不可接受的– 更改模拟传递函数

未设计出测试频率响应的总线

– 仅测试确定特定的R,L或C是否具有期望值

 

目前的模拟测试方法 

基于规格参数的(功能性)测试

是模拟的主要测试方法– 易于处理,不需要模拟缺陷模型

数字化难处理-#测试量巨大

 

结构式ATPG – 普遍用于数字电路,刚开始用在模拟上

无法对模拟电路中的功能和时序进行单独测试,但在在数字电路中是可行的

 

基于DSP的测试仪优于模拟测试仪

更准确

减少串扰,噪声,信号漂移

非线性少

组件老化问题容易解决

热效应容易应对

进行多次测量时更快捷

消除了模拟自动测试设备(ATE)的滤波器建立时间

更多可重复的测试

更容易校准

提供更多测量信息

更小,更便宜,功耗更低

 

术语定义

ADC– A / D转换器

ATE Automatic Test Equipment–自动测试设备

DAC– D / A转换器

DFT Discrete Fourier Transform – 离散傅立叶变换

DUT Device-Under-Test– 被测器件

FFT Fast Fourier Transform– 快速傅立叶变换

毛刺面积 Glitch Area- 毛刺脉冲在DAC输出中的面积

抖动 Jitter – 低电平电气噪声– 破坏了LSB,尤其是在转换器时钟电路中普遍存在

ks/ s Kilo-samples/sec –千采样/秒

LSB Least Significant Bit – 转换器的最低有效位

测量 Measurement– 测量输出模拟量并将其量化的结果

测量误差 Measurement Error –由测量过程引起

非确定性器件 Non-Deterministic Device–由于DUT或测试仪的测量噪声,所有模拟电路的测量均不可重复

锁相环 Phase-Locked-Loop PLL – 带有反馈的时钟电路,可保持所需的信号相位

稳定时间 Settling Time – DAC重建滤波器稳定的时间

测试 Test– 模拟激励下,在测量误差容限内,测量电压或电流

 

模拟测试仪概念

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图 2 模拟测试仪

 

DSP测试仪概念

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图 3 DSP测试仪

 

DSP测试仪特性

非常快的DSP阵列处理器

需要31位精度–双精度

N=样本数

整个矢量的信号/量化噪声 ,比1个样本好N平方根倍

 

DSP测试仪机制

需要激励和采样之间的锁相同步

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图 4 DSP测试仪机制

 

波形合成仪

需要sin x / x(sinc)校正– 有限的样本宽度

 

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图 5 波形合成仪

 

波形采样

采样速率> 100 ks / s

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图 6波形采样

 

ATE时钟发生器

WS waveform source =波形源

WM waveform measurement = 波形测量

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数字模式发生器中的集成时钟产生器

每个DSP源和测量单元以及选定引脚的双模拟时钟

图 7  ATE 时钟发生器

 

Cadence测试编程语言

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图 8 Cadence测试编程语言

 

A / D和D / A转换器静态测试方法

A / D和D / A测试参数

A / D- 从输入域电压到数字值的不确定映射(D / A并非如此)

两种转换器不是反向的

传输参数影响多域测试

增益,信噪比,互调失真,噪声功率比,差分相移,包络延迟失真

内部参数– 变频器规格

满量程范围(Full scale range FSR),增益,位数,静态线性度(差分和积分),最大时钟速率,代码格式,建立时间(D / A),毛刺区域(D / A)

理想传递函数

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\testecon\faultdspan\goodconvtest.tif

A / D转换器                                                                                              D / A转换器

图  9理想传递函数

 

补偿误差

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\testecon\faultdspan\offseterr.tif

图 10 补偿误差

 

增益误差

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\testecon\faultdspan\gainerr.tif

图11 增益误差

 

D / A传输函数非线性误差

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\testecon\faultdspan\nonlinearerr.tif

图12 D / A传输函数非线性误差

 

闪存型A / D转换器

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\ADC.tif

图13闪存型A / D转换器

 

静态线性度测试

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\XXX.tif

图14静态线性度测试

 

静态线性直方图

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图15静态线性直方图

 

差分线性误差 

差分线性函数– 每个代码步长与理想或平均步长(按代码号)的不同,以LSB的分数表示

减去每个代码计数的平均计数,以LSB为单位表示

重复测试波形100至150次,使用慢三角波以提高分辨率

 

DLE功能示例

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah10.5.tif

图16 DLE功能示例

 

积分线性误差(ILE)

DLE + DLE x ( ILE + ILE )/2

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah10.8.tif

图17积分线性误差

 

8位ADC的线性直方图和DLE

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah10.4.tif

图18 8位ADC的线性直方图和DLE

 

正弦直方图

捕获闪光和缺陷代码, N(#样本个数) 2 – 4 x 对于线性的直方图

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah10.15.tif

图19 正弦直方图

 

正弦波ILE

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah10.23.tif

图 20 正弦波ILE

 

D / A差分测试夹具

测量Vy – Vx差异,而不是Vx或Vy 绝对值

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图 21 D / A差分测试夹具

 

小结

基于DSP的测试仪具有:

波形发生器

波形数字化仪

带分频器的高频时钟同步

A/ D和D / A测试参数

传输

本征

A/ D和D / A缺陷:失调,增益,非线性误差

由DLE,ILE,DNL和INL测量

A/ D测试直方图–静态线性和正弦曲线

D/ A测试–差分测试夹具

 

Posted in 数字集成电路

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