2.3　混合IC測試系統(tǒng)

混合信號集成電路，即把模擬電路和數字電路集成到同一顆電路芯片里。隨著集成電路技術和半導體工藝的發(fā)展，以及電子市場對產品小型化、高性能和低成本的追求，必然要求把復雜的數字電路和模擬電路集成在一顆芯片里。隨之要求ATE設備也必須能同時滿足數字電路和模擬電路測試的需求。最典型的混合信號集成電路包括模數轉換器（Analog to Digital Converter，ADC或A/D）和數模轉換器（Digital to Analog Converter，DAC或D/A）。這類混合器件測試使用的ATE稱為混合信號測試系統(tǒng)。應用數字信號處理（Digital Signal Process，DSP）的混合信號測試機稱為現代混合信號測試系統(tǒng)。

DSP技術使得現代混合信號測試系統(tǒng)比傳統(tǒng)的混合信號測試技術有更多的優(yōu)點：

• 可以高度并行地進行參數測試，減少測試時間，降低測試成本。
• 可以把各個頻率的信號分量區(qū)分開來，也就是可以把噪聲和諧波分量從測試頻率中分離出來，提高了產品的可測試性。
• 可以使用不同的函數處理數據，滿足混合信號測試中的不同需求。

我們的周圍有許多信號，比如聲波、光束、溫度、壓力等信號在自然界都是模擬信號。現今基于信號處理的電子系統(tǒng)都必須先把這些模擬信號轉換為能與數字存儲、數字傳輸和數學處理兼容的離散數字信號。接下來可以把這些離散數字信號存儲在計算機陣列之中，用數字信號處理函數進行必要的數學處理。

純數學理論上，如果滿足某些條件，連續(xù)信號在采樣之后可以通過重建完全恢復為原始信號，而沒有任何本質上的損失。不幸的是，現實世界中總不能如此完美，實際的連續(xù)信號和離散信號之間的轉換總會有信號的損失。

采樣用于把信號從連續(xù)信號（模擬信號）轉換到離散信號（數字信號），重建用于實現相反的過程。ATE依靠采樣和重建給待測芯片施加激勵信號并測量它們的響應。測試中包含了數學上和物理上的采樣和重建。

混合IC測試使用的混合測試系統(tǒng)架構如圖2.12所示，包括數字子系統(tǒng)、模擬子系統(tǒng)、時鐘和時序同步控制、系統(tǒng)控制及電源、用戶及系統(tǒng)界面五個部分和系統(tǒng)接口。

2.3.1　模擬子系統(tǒng)與數字子系統(tǒng)

傳統(tǒng)的模擬部分測量通過給被測器件施加一個單頻點的連續(xù)波形，如正弦波，然后用均方根（Root Mean Square，RMS）儀表測量被測器件的輸出。這種測量方式雖然簡便，但也存在固有的缺點。首先，多頻點的測量無疑會增加測試時間，而相比較而言，基于DSP的測試技術可以一次把所有需要測試的頻點波形合成后施加給被測器件，提升了測試效率。其次，RMS測量無法區(qū)別信號與噪聲，而基于DSP的測試技術，不同頻率的信號很容易被分開，使得更多的器件特性可被分析測量。

基于DSP的測試系統(tǒng)中，通常需要兩種設備作為模擬信號源和測量工具：

• 任意波形發(fā)生器（Analog Waveform Generator，AWG）
• 波形采集器（Waveform Digitizer，DGT）

模擬子系統(tǒng)包括DGT、波形數據存儲器、DSP、AWG，以及可矩陣連到模擬引腳的高精度AC測量單元。

進行混合信號IC測試時需要用AWG提供對應模擬引腳的模擬波形，使用Waveform DGT（Digitizer）對輸出引腳信號進行波形數據采集，使用DSP對采集的波形數據進行處理。

1. AWG

AWG的結構如圖2.13所示，通常包含波形存儲器，經D/A轉換器把波形數據轉換成階梯電壓輸出，然后經過低通濾波器把階梯電壓處理成一個平滑的連續(xù)波信號，以作為模擬器件測試時需要的輸入。通常AWG還會包含差分輸出和偏置電路，以滿足不同的信號要求。

AWG可產生低于低通濾波器截止頻率的任意波形，當然根據奈奎斯特定理產生頻率的最高諧波分量不能超過AWG采樣頻率的1/2。

2. DGT

DGT的結構如圖2.14所示，其處理信號的過程與AWG相反，是將獲得的模擬信號經縮放和平移處理，再經過連續(xù)時間抗混疊濾波器做濾波處理，將采到的模擬信號經A/D轉換器轉換成數字信號并存儲。獲得數據后再經DSP進行波形數據分析處理。

DGT通常在信號采集端含有增益可調電路來處理不同的信號，以便經過處理的信號滿足DGT的信號輸入要求。DGT一般還包含跟蹤保持電路，這使其可以根據“欠”采樣定理完成高頻信號的采集。

數字子系統(tǒng)的結構與數字測試機相同，用于為被測器件提供控制信號，讓器件進入對應的工作狀態(tài)，以及提供D/A的數字輸入，采集A/D的輸出。具體內容可參考2.2節(jié)，這里不再贅述。

2.3.2　測試同步

在混合信號集成電路測試過程中，要使用數字功能資源、AWG資源以及DGT資源等。在測試的執(zhí)行過程中必須有同步控制，只有保證模塊間的啟動停止、模塊的內部時序、模塊采樣頻率與輸入的信號頻率嚴格同步，才能高效、精確地完成測試任務。

混合信號電路測試系統(tǒng)一般具有高數據速率、高定時準確度、高通道數及高測試向量的數字測試能力。這就決定了混合信號測試系統(tǒng)中一般由數字部分占主導地位。同時，混合信號測試的時序以數字測試為基礎，而數字測試是以周期的方式進行的，所以采用數字同步的方式最為合理。

所以，通常AWG和DGT都會預留外部觸發(fā)信號接口，用戶可把數字通道與觸發(fā)接口相連接，在測試向量執(zhí)行的過程中精確地觸發(fā)信號發(fā)送或測量。