世界仍是模擬的(下)
在開始對一個DAC進行評估時,Munson和Colangelo采用了人工方法執行臺式測試設備。“我們需要首先理解器件是如何工作的,”Colangelo說,“在這之后,我們才能進行自動化測試。我們也必須確保頻譜分析儀不會在我們的測量過程中增加失真。”為了得到盡可能最佳的性能,他們使用了兩臺頻譜分析儀來評估他們的DAC。“我們使用了一臺高達100MHz的Rohde Schwarz的頻譜分析儀,”Colangelo表示,“在100MHz以上,我們又轉而使用了一臺Agilent的儀器。”
Munson和Colangelo對元件功能及他們的評估板不會增加失真充滿信心,之后他們運行了一系列自動測量。他們使用在National Instruments的LabView上編寫的軟件來控制圖形發生器和頻譜分析儀。利用臺式測試設備,Munson和Colangelo將使用ATE系統進行一系列溫度和電源電壓方面許多相同的測量。
ADC是ADI公司的另一類核心產品,由產品工程師Chris Carney對該類產品進行評估。他對這些具有差分LVDS和單端CMOS數字輸出的ADC進行測試。
“通常,350Msps是從CMOS到LVDS的轉折點,”Carney說,“但是一些用戶甚至想要以更低的速度實現LVDS輸出。”那些在100Msps至200Msps速度條件下使用ADC的用戶可能寧愿使用LVDS,因為其差分輸出的電壓擺幅更小。
Carney的ADC評估板可連接到一個FIFO存儲器板上。兩種型號的存儲器分別為16KB和32KB,這使他可以全速運行ADC,并在將數據傳輸到電腦之后進行脫機數據分析。像Munson和Colangelo一樣,Carney在進行自動測量之前,先在臺式設備上人工開始運行他的評估程序。
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。
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