基于DSP的多頻帶混合信號測試系統(tǒng)方案

　　1 混合信號測試的特點和測試要求

　　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)廣泛運用到生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，而不同的應用領(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?shù)募钚盘?，同時，通過自身的數(shù)字通道采集ADC的輸出信號并進行運算以獲得測試結(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?shù)募钚盘枺瑫r，通過自身的波形采樣器采集DAC的輸出信號并進行運算獲得測試結(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算，才能實現(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)，并進行大量的運算，傳統(tǒng)的測試儀器通常采用基于軟件的方法在主機中實現(xiàn)，其缺點在于，一方面限制了運算速度的提高；另一方面，主機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進行大量的數(shù)學運算，以減少主機處理的時間，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)點是軟件和硬件都具有開放性和標準化的結(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)實現(xiàn)復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類音頻和視頻應用的器件。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用化。此外，大型的測試儀器尤其是進口的測試儀器，價格非常昂貴，測試程序的開發(fā)和儀器的維護、維修費用都非常高，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)進一步模塊化，通過儀器子系統(tǒng)來獨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。