基于DSP的多頻帶混合信號測試系統(tǒng)的設(shè)計
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隨著數(shù)字化浪潮的深入，具有混合信號功能的芯片越來越多地出現(xiàn)在人們的生活中。通訊領(lǐng)域的MODEM(如ADSL)，CODEC和飛速發(fā)展的手機(jī)芯片，視頻處理器領(lǐng)域的MPEG，DVD 芯片，都是具有混合信號功能的芯片，其特點(diǎn)是處理速度高、覆蓋的頻率范圍寬，芯片的升級換代周期日益縮短。這就要求測試系統(tǒng)具有更高的性能和更寬的頻帶范圍，而且需要靈活的架構(gòu)來應(yīng)對不斷升級的芯片測試需求，以便有效降低新器件的測試成本。此外，混合信號芯片種類繁多，各種具有混合信號的芯片已經(jīng)廣泛運(yùn)用到生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，而不同的應(yīng)用領(lǐng)域，其工作的頻率和所要求的精度也各不相同，這就要求在對混合信號進(jìn)行測試時，抓住其共性來提出測試方案。所有混合信號芯片的一個最基本的共性就是其內(nèi)部均具有AD／DA，一些混合信號芯片還包括PLL模塊。本文所論述的混合信號測試僅涉及到ADC和DAC通路。
一般，對于ADC通路，測試系統(tǒng)需要通過波形發(fā)生器產(chǎn)生適當(dāng)?shù)募钚盘枺瑫r，通過自身的數(shù)字通道采集ADC的輸出信號并進(jìn)行運(yùn)算以獲得測試結(jié)果；對于DAC通路，測試系統(tǒng)需要通過數(shù)字通道產(chǎn)生適當(dāng)?shù)募钚盘?，同時，通過自身的波形采樣器采集DAC的輸出信號并進(jìn)行運(yùn)算獲得測試結(jié)果。但無論對于 ADC還是DAC測試，都要求系統(tǒng)的模擬模塊，即波形發(fā)生器和波形采樣器，與系統(tǒng)的數(shù)字通道同步，才能確保測試的準(zhǔn)確性。此外，系統(tǒng)還需提供豐富的內(nèi)置函數(shù)，迅速完成對采集信號的運(yùn)算，才能實(shí)現(xiàn)對ADC／DAC的靜態(tài)和動態(tài)特性的測試。因此，在對混合信號芯片的測試過程中，一般需要數(shù)字通道、波形發(fā)生器、波形分析器、直流電源、時隙分析器、系統(tǒng)時鐘等模塊，其中波形發(fā)生器和波形分析器是決定系統(tǒng)速度和精度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文分別在這兩個方面做較詳盡的論述。
2 傳統(tǒng)測試方法面臨的挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)的基于純軟件的測試方法已經(jīng)難于應(yīng)對新型混合信號器件的測試需求，對于混合信號器件，通常要通過測試其互調(diào)失真(IMD)、多音頻功率比率 (MTPR)等參數(shù)，以獲得器件的非線性特性，測試這些參數(shù)，需要采集大量的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行大量的運(yùn)算，傳統(tǒng)的測試儀器通常采用基于軟件的方法在主機(jī)中實(shí)現(xiàn)，其缺點(diǎn)在于，一方面限制了運(yùn)算速度的提高；另一方面，主機(jī)和測試臺之間存在大量的數(shù)據(jù)交互，容易造成總線沖突，因而測試效率不高。針對這個情況，一種切實(shí)可行的方案是在測試系統(tǒng)前端建立本地儀器子系統(tǒng)，將原來基于軟件的信號處理庫移植到本地處理器中來完成，儀器子系統(tǒng)集成信號產(chǎn)生和采集的功能，并采用高速DSP進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，以減少主機(jī)處理的時間，消除總線沖突。而且前端子系統(tǒng)與被測器件(DUT)間結(jié)構(gòu)緊湊，可以取得很高的時鐘頻率，便于靈活地處理多種測試問題，例如，在傳統(tǒng)測試系統(tǒng)中，要產(chǎn)生具有ADSL測試所需的動態(tài)范圍的音頻很困難，現(xiàn)在，使用基于DSP的任意波形發(fā)生器，這一任務(wù)就變得非常容易。這里最新研制的BC3192V50數(shù)?；旌霞呻娐窚y試系統(tǒng)基于VXI總線設(shè)計，其最大優(yōu)點(diǎn)是軟件和硬件都具有開放性和標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)允許開發(fā)新的模塊和子系統(tǒng)來加強(qiáng)系統(tǒng)的測試能力，以滿足高速發(fā)展的集成電路產(chǎn)業(yè)的測試需求，針對多頻帶混合信號IC的測試需要，利用基于DSP的測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多頻帶混合信號芯片測試。
3 國內(nèi)外混合信號測試現(xiàn)狀
近幾年，國內(nèi)外的測試行業(yè)都緊隨著IT技術(shù)的發(fā)展步伐，不斷地研究新器件的測試方法，開發(fā)、更新測試儀器，以適應(yīng)市場的需要。
由于國外對IC測試重視比較早，測試儀器的開發(fā)規(guī)模大、技術(shù)成熟，典型的如Credence公司的ASL系列大型測試系統(tǒng)，采用了數(shù)字信號處理技術(shù)，使IC制造商可以在單一平臺上測試所有用于消費(fèi)類音頻和視頻應(yīng)用的器件。我國在IC測試方面起步比較晚，雖然也研制出一些大型的具有混合IC測試功能的測試系統(tǒng)，但對多種頻率范圍的混合信號芯片測試還沒有實(shí)用化。此外，大型的測試儀器尤其是進(jìn)口的測試儀器，價格非常昂貴，測試程序的開發(fā)和儀器的維護(hù)、維修費(fèi)用都非常高，目前國內(nèi)的測試儀市場主要集中于中、小型測試儀，因此，通過基于數(shù)字信號處理的儀器系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)多頻帶混合信號芯片的測試很有意義，其市場前景也非常好。目前，混合信號測試系統(tǒng)的發(fā)展方向，一個是要提高對高速和多頻帶IC的測試能力和測試效率，一個是要盡可能降低測試成本，因此，現(xiàn)今的測試系統(tǒng)必須以靈活的架構(gòu)來滿足多種混合信號測試的需求。業(yè)界主流的做法是將測試系統(tǒng)進(jìn)一步模塊化，通過儀器子系統(tǒng)來獨(dú)立地處理信號和輸出測試結(jié)果，并在儀器子系統(tǒng)中集成高速信號處理模塊。此外，為了提高測試效率，合理利用資源，利用同一測試系統(tǒng)做多芯片并行測試也是一個發(fā)展趨勢。
4 基于DSP的混合信號測試方案
針對當(dāng)今混合信號的測試需求和國內(nèi)同類產(chǎn)品的現(xiàn)實(shí)情況，提出一種混合信號測試的低成本解決方案，即借鑒目前國際上主流混合信號測試系統(tǒng)的架構(gòu)，緊密結(jié)合中小型測試儀器的特點(diǎn)，充分利用BC3192測試系統(tǒng)的開放性和標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)，采用新型高速DSP來提升多頻帶混合信號芯片的測試能力。
本文實(shí)現(xiàn)方案是以任意波形發(fā)生器(ArbitraryWave Generator，AWG)和音頻／視頻數(shù)字化儀(Audio／Video Digitalizer，AVD)的組合來應(yīng)對多種頻帶的混合信號芯片測試。AVD和AWG的組合可以滿足波形發(fā)生、操作和分析的需要，內(nèi)部集成高性能 DSP，能夠?yàn)闇y試和分析提供完整的DSP庫函數(shù)，因而能夠滿足混合信號的多種測試需要。
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