ADI公司的工程師們對放大器、轉換器和RF器件進行著嚴格的測試，以使消費電子和工業產品能夠正常工作。 

　　許多人都說：“我們生活在一個數字化的世界”，但是你不能對美國模擬器件公司（Analog Devices Inc., 簡稱ADI）的工程師說這樣的話。在麻薩諸塞州威爾明頓的公司廠房里，工程師們對用于移動電話、基站、音頻設備、儀器及其他許多“數字”產品的模擬信號處理的試生產集成電路進行著測試。 

　　威爾明頓工廠包括一條生產工程設計原型和成品晶圓的完整的晶圓生產線。工程設計集成電路的組裝在威爾明頓工廠進行，或者交給第三方承包商的工廠。成品晶圓是在全球各地的其他工廠進行組裝的。 

　　在為生產運算放大器、數模轉換器（DAC）、模數轉換器（ADC）、音頻編碼器/解碼器（CODEC），或者RF集成電路作好準備之前，必須等待產品工程師幾個星期的測試時間。這些工程師需要對列入數據資料的器件的所有規格進行測試，同時也需要進行他們認為必要的其他測試。測試結果經常成為數據資料中公布的“典型”性能特征。在完成了一次評估后，產品工程師需要撰寫30至40頁的測試報告。 

　　每個試生產集成電路都需要一塊評估板，以便向工程師提供接入信號引腳和編程寄存器。這個評估板通常包括通信端口，例如與一臺個人電腦進行通信的USB端口。產品工程師有責任開發一個評估板。在我訪問威爾明頓工廠期間，我聽到了一句人們經常掛在嘴邊的關于產品評估的話：“是評估板還是被測器件引起了這個問題？”通常情況下，工程師必須經過一個過程來確定問題究竟出在哪里。 

　　在最初測試一個產品時，工程師需要利用人工控制的臺式儀器對被測器件（DUT）進行測試。一旦他們確信元件功能正常，他們通常會在臺式儀器上運行自主測試軟件進行自動測試，或者是將評估板連接到自動測試機柜上進行測試。最后，他們還要使用生產自動測試設備（ATE）對器件進行一系列溫度和電源電壓方面的測試。這個ATE系統是由ADI公司以前的一個部門開發的，而該公司現在完全致力于設計和生產集成電路。 








　　運算放大器、分離器、濾波器應有盡有 

　　Francisco Santos是高速放大器組的產品開發工程設計經理，他的工程小組負責高速的低失真放大器、視頻濾波器、有源RF分離器、電纜驅動器、均衡器和ADSL線路驅動器等產品的評估。 

　　Santos小組中的工程師對AD8099進行了評估，這是一種低噪聲、低失真的高速運算放大器，具有3.8GHz增益帶寬。由于ADI公司每年都要開發數不勝數的放大器，工程師們為工程設計實驗室開發了若干個自動測試系統。其中的一個系統是對運算放大器的一個重要規范——總諧波失真進行測試。“我們的低失真運算放大器的失真范圍能夠達到測試信號基頻的140dB以下”，Santos表示，“所以我們的儀器的背景噪聲就顯得非常重要了。我們不需要對來自儀器的噪聲進行測量。” 

　　在人工執行測量時，諧波失真測量可能需要花幾個星期的時間，但是現在，像Greg DiSanto這樣的工程師可以利用實驗室（圖1）的自動測試臺在幾個小時內完成測試。DiSanto需要對THD與頻率、振幅、電源電壓和共模電壓等的關系進行特征描述。這個測試臺采用了Stanford Research的信號源來產生高達200kHz的測試頻率，同時也采用了Rohde & Schwarz的一個高頻單元。在對視頻放大器進行特征描述時，兩個信號源可在設置于3dB點的可選低通濾波器上產生2個Vp-p正弦波形。來自Allen Avionics的低通濾波器——通過18GHz RF開關連接到Keithley的儀器上——在這些儀器連接到被測器件之前就消除了諧波。更多的RF開關把被測器件的輸出端連接到濾波器上，該濾波器包括一臺Agilent Technologies的頻譜分析儀，有助于測量由二次和三次諧波引起的失真。 




　　工程師們也對輸入信號的直流偏壓進行了調整，尋找引起失真的限幅點。“開環增益損失引起了失真，”Santos說，“我們需要調整輸入信號的偏壓，直到我們找到使運算放大器的輸出級飽和的電壓為止。” 

　　Santos小組中的工程師們也對有源視頻分離器，如ADA4302-4 1∶4分離器進行了評估。產品工程師Frank Ciarlone的自動測試臺（圖2）對復合二次（CSO，composite second-order）失真、復合三次差拍（CTB，composite triple-beat）失真，以及交叉調制（XMOD，cross-modulation）失真進行了測量。該信號發生器是由Matrix Test Equipment公司開發的，它包括可以在55.25MHz至865.25MHz頻率條件下產生135個正弦波形的各種頻率源。工程師利用一個75歐的負載終止了一個輸出，并把其他輸出連接到一個可編程帶阻濾波器上。一個75歐至50歐寬頻帶的低插入損失變壓器用來與一臺Rohde & Schwarz的頻譜分析儀的輸入阻抗進行匹配。 


　　他的FIFO板與被稱為LabAlyzer的自主ADC測試軟件一起運行，該軟件是利用LabView編寫的可執行程序。利用LabAlyzer，Carney配置了一個ADC，它可以對數據進行采集，并執行FFT來測量失真和積分非線性能力。他的任務之一是控制一個調節ADC輸入偏置電壓的寄存器。一旦他發現了最理想的偏置電壓，設計工程師就可以為待生產的器件芯片中的這個電壓進行設置。 


　　音頻CODEC 

　　ADI公司也生產包括DAC、ADC、采樣率轉換器，以及運行若干音頻算法的數字信號處理器等的一系列音頻集成電路。在數字音頻產品工程設計經理Steven Roy的指導下，產品工程師Chirag Patel對音頻CODEC進行了評估。他評估的是適用于汽車音響系統的最新的AD1938。它包括4個立體聲DAC和2個立體聲ADC。該器件是AD1836A的升級型號，后者有3個立體聲DAC和2個立體聲ADC。新型汽車具有有8個揚聲器的音響系統，需要4個立體聲DAC。 

　　從評估板開始，Patel為具體運作模式配置了CODEC。他利用一個串行外設接口（SPI）端口將采樣率、串行數據格式和音量等寫入了寄存器。該器件包括18個用戶寄存器，以及若干僅用于內部診斷的寄存器。該評估板通過一個USB端口與電腦進行通信。 

　　在首次調試一個新的元件時，Patel遇到了一些與他的同事Munson和Colangelo同樣的問題——辨別噪聲的來源。“這是一個克服困難的過程，”Patel表示，“如果我看見了電源線上的噪聲，我就會使用一個外置電源，而不使用評估板的電源。” 

　　Patel利用來自一臺音頻精度測試儀的單音和多音信號，對CODEC的IMD、THD＋噪聲、線性、信噪比（SNR）和串擾進行了測量。在THD＋噪聲測試中，他通常使用在器件最大輸入電平之下的1dB振幅的1kHz正弦波形，而對二次和三次諧波的測量使用的是音頻測試儀。 

　　Patel最初進行評估和調試的器件大約有50個。作為其臺式評估的一部分，Patel以盡可能多的運行模式對器件的功能進行檢查。在臺式測試之后，Patel使用ATE系統以進一步描述器件的特征，以發現主要數字接口的時序限制。 

　　數字時序特征描述可以包括與彼此有關的相位差數字信號，這是Patel組織測量和把握時間的關鍵。他描述了給定溫度范圍、電源電壓和晶圓制造過程中的變化對CODEC特征的影響。如果元件滿足了規范要求，他就會在ATE系統上對大約500個元件進行統計學評估。根據統計，他可以為數據資料提供元件的典型值和保證值。這種統計學測量包括模擬特征的THD＋噪聲和SNR。 

　　“我們通常會在試生產運行中保留大約50%的加工晶圓，以防我們需要做出臨時的改變，”Patel說，“如果這種變化只是CODEC邏輯電路，那么，新的原型元件可以在大約3個星期內準備完畢。如果這種變化需要的是模擬電路器件，這個變化可能需要花12個星期。” 


　　RF器件 

　　ADI公司還生產RF和光學元件，這些元件是由RF及無線（RFW）組的工程師進行開發和測試的。高級產品工程師Tom Kelly對RF產品，例如功率檢波器、放大器、乘法器和調制器，以及對數檢測器（log detector）等光學元件進行評估。RFW組有若干自動測試臺，Kelly使用其中之一測試AD8349，這是一種用于GSM和CDMA移動電話的700MHz至2.7GHz的正交調制器。 

　　在對AD8349進行評估期間，Kelly利用圖3所示的測試裝置測量了噪聲、相鄰頻道功率泄漏比（ACLR）和邊頻帶。Aeroflex信號發生器可產生I和Q調制信號。為了測量調制器的性能，Kelly用一臺Rohde & Schwarz頻譜分析儀對調制器的輸出頻譜進行了測量。 




　　圖4顯示了對一個雙載波101 W-CDMA信號進行的ACLR測量。為了進行測量，Kelly調制了兩個以頻率隔開的W-CDMA通道，以使一個通道將它們分開。然后，他在未用通道中看到了信號泄漏，以及頻率上下的雙載波。在這種情況下，可以發現這個無線電連接調制器（AD_RLM）與AD8349之間相鄰頻道的差值約為4dB。圖5顯示了這一邊頻帶測量。 






　　校準在測量邊頻帶抑制時至關重要。“傳統上，我們都是使用一只HP矢量電壓表進行信號校準，”Kelly解釋道，“自從這種設備不再生產以來，我們正在嘗試使用VNA或高速示波器。” 

　　Kelly擔心如何校準將會影響一個調制器I和Q基帶輸入信號。如果該信號的振幅和正交并不相等，Kelly將會看到一個不希望得到的邊頻帶。即使有完美的振幅匹配，正好為1U的相位誤差也會引起-40dBc的不希望得到的邊頻帶。1U相位和0.5dB的振幅誤差可產生-30dBc的不需要的邊頻帶。 

　　ADI公司的工程師要花幾個星期的時間利用臺式設備、實驗室自動測試臺和生產ATE系統對新型集成電路設計進行評估。用于生產的一種產品必須得到一位產品工程師的批準，產品工程師會向設計人員提供有價值的反饋。