CN101784904A - 带有rf模块的集成电路、具有这种ic的电子设备和用于测试这种模块的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了包括用于在集成电路(200)的正常工作期间处理射频(RF)信号的模块(130)在内的集成电路。IC(200)具有芯片上测试装置，用于在测试模式下产生用来对模块(130)进行测试的精确的RF测试信号。为此，测试装置包括用于在测试模式下产生射频控制信号的信号源(210)；以及串联的互补晶体管对(230)，所述对耦合在第一电源轨和第二电源轨之间，并用于响应提供到其控制端子的所述射频控制信号，在其输出上产生所述射频测试信号。本发明基于如果向晶体管对提供足够稳定的电源电压，可强制该对在其输出处生成在RF频率处精确的轨到轨电压摆动。该输出信号可被用来以高精确度测试RF模块(130)，从而省去了使用昂贵的外部测试设备的必要。

Description

带有RF模块的集成电路、具有这种IC的电子设备和用于测试这种模块的方法

技术领域

本发明涉及集成电路(IC)，包括用于在集成电路的正常工作期间处理射频(RF)信号的模块。

本发明还涉及包括这种IC的电子设备。

本发明又涉及用于对这种IC的模块进行测试的方法。

背景技术

如今，很多IC包括RF信号处理功能，如集成在移动通信设备、全球定位设备等中的IC。对这种功能的测试并非没有问题。特别是由于传统的测试设备不适于产生有足够质量的RF信号，因此，测试成本是很严重的问题。为此，当需要足够质量和强度的RF信号时，典型地使用专用的RF测试器来测试RF电路。例如，对于所有的信号接收通道(RX)和信号发送通道(TX)，由于典型地使用了绝对电平来定义这些通道的规范，必须在绝对精确的电平处进行测试。专用RF测试器的使用意味着测试成本非常高，这些成本可变得像未经测试的硅的成本一样高。

已经努力通过寻找自测解决方案以减少IC的RF模块测试成本。例如，PCT专利申请WO 2004/054141公开了具有RF发送通道的IC。将其输出信号的部分分出分支到内置的发送通道测试器，该发送通道测试器将该输出信号下变频，并将下变频后的低频信号与一个或多个参考信号(例如，输出信号的可允许功率范围的极值)相比较。

其它自测试装置(例如，US 7,017,087中公开的装置)提供发送通道到接收通道的反馈回路，以便可以使用发送通道产生的RF信号来测试接收通道。然而，这种装置的缺陷在于，发送通道必须从低频信号产生该RF信号，这意味着在发送通道中的信号上变频中引入的噪声将使得不可能精确地测试接收机通道。此外，之前提到的现有技术文献公开了测试信号的产生，对该测试信号来说，精确地知道其信号强度是非常困难的。例如，在WO2004/054141，发送通道的增益不精确使得很难精确地确定信号电平，这和US 7,017,087的情况一样。此外，不能使用这种装置来测试没有发送通道的IC，例如用于处理全球定位卫星(GPS)信号的IC。

发明内容

本发明寻求提供在不需要发送通道的情况下能够产生RF测试信号的IC。

本发明还寻求提供包括这种IC的电子设备。

本发明还寻求提供用于对这种IC的RF信号处理模块进行测试的方法。

根据本发明的第一方面，提供了包括用于在集成电路的正常工作期间处理射频信号的模块和用于在测试模式下产生测试该模块的射频测试信号的测试装置在内的IC，该测试装置包括：用于在测试模式下产生射频控制信号的信号源；以及互补晶体管对，该对的晶体管在第一电源轨和第二电源轨之间串联耦合，并用于响应提供到其控制端子的射频控制信号，在其输出上产生射频测试信号。

本发明基于诸如锁相环(PLL)的信号源能够生成RF信号。因为其形状和噪声特性，这种信号通常不适于被用作RF测试信号。然而，由于半导体加工工艺的持续进步，现在生产可以对这种RF信号进行响应的晶体管(当使用这种RF信号来控制这些晶体管时)是可能的。为此，提供了能够响应RF控制信号的晶体管对。将该晶体管对的门电路耦合到RF信号源。通过使用足够强的RF控制信号驱动该晶体管对，强制该晶体管对在射频处生成轨到轨的电压摆动；在CMOS065工艺中，以这种方式可以生成最高达6GHz的精确的RF测试信号。

可在晶体管对和模块之间提供衰减器，以将RF测试信号衰减到适当的信号强度。为了确保RF控制信号具有足够的信号强度，可以在信号源和反相器之间提供放大级。

在优选的实施例中，集成电路还包括另外的信号源，用于产生具有不同于所述射频信号的频率的另外的射频控制信号；另外的互补晶体管对，所述另外的对的晶体管在所述第一电源轨和所述第二电源轨之间串联耦合，并用于响应提供到其控制端子上的所述另外的射频控制信号，在其输出上产生所述另外的射频测试信号；以及在所述另外的晶体管对和所述模块的输入之间耦合的另外的衰减器。所述另外的信号源可以是可编程的，以产生不同频率的RF信号。这种装置使得对所述模块中放大器的三阶拦截点(IP3)的确定变得容易。这种IP3的确定是这种放大器(如，LNA)的增益的重要指示符。因此，提供另外的衰减器使得可以容易地产生确定IP3所需的两个不同频率的信号(即，音)。

这两个音可具有不同的信号强度。为此，该衰减器和该另外的衰减器可通过不同的衰减因子来衰减不同的音。

优选地，为了衰减具有不同信号强度的信号或者为了提供具有不同信号强度的衰减后的信号，衰减器可以是可编程衰减器。例如，如果将被测试的模块包括多个信号处理模式，每一个模式要求进行分别测量，那么后者是有优势的。可编程衰减器使得对这些多个模式进行时间上高效的测量变得容易。

可编程衰减器可包括在所述晶体管对和所述模块之间并联耦合的多个分支，其中，每一个分支包括用于在测试模式中选择所述分支的选择开关，以及其中，所述多个分支包括第一分支，第一分支包括在所述晶体管对和第一节点之间耦合的第一电阻器以及在固定电势源和所述第一节点之间耦合的第二电阻器，以提供固定的衰减系数；以及至少一个另外的分支，所述至少一个另外的分支包括在所述晶体管对和第二节点之间耦合的第一另外的电阻器以及在固定的电势源和所述第二节点之间耦合的可编程电阻器装置，以提供可编程的衰减系数。

可编程电阻器装置可包括多个并联耦合的电阻器，所述多个晶体管中的每一个晶体管耦合到对应的另外的使能开关。因此，通过对可编程电阻器装置进行编程，便可以对衰减器的衰减系数进行编程。

通过选择一方面互补晶体管对和衰减器节点之间的晶体管与另一方面可编程电阻器装置的有效电阻值之间适当的电阻值比，可进一步调节该至少一个另外的分支的衰减系数。为此，互补晶体管对和衰减器节点之间的晶体管的电阻值可具有预先限定的电阻值。备选地，另外的分支包括与第一另外的晶体管并联耦合的第二另外的电阻器。这降低了可编程衰减器的第一级的有效电阻值。

在优选的实施例中，可编程衰减器包括第一另外的分支和第二另外的分支，第一另外的分支具有在所述互补晶体管对和所述分支的第二节点之间耦合的单个另外的电阻器，第二另外的分支具有与所述互补晶体管对和所述分支的第二节点之间的第二另外的电阻器并联耦合的第一另外的电阻器。例如，在将被测试模块的各种工作模式的信号强度中有明显的散布的情况下，这是特别有优势的，因为第一另外的分支特别适于生成具有相对大的信号强度的低噪声信号，而第二另外的分支特别适于生成具有相对小的信号强度的低噪声信号。

在实施例中，可编程衰减器的各个分支的第一级中的电阻器(即，在互补晶体管对和所述节点之一之间耦合的晶体管)经由另外的节点耦合到晶体管对，另外的节点经由使能开关耦合到固定电势源。这使得当在集成电路的测试模式下或工作状态期间旁路该分支时，将该分支钳位到固定电势源(如，地)，以避免这些路径上的浮动电势变得容易，这些路径上的浮动电势可能不利地影响到被使能的分支对测试信号的衰减的精确度。

可以以各种适合的方式控制各种选择和使能开关，如，通过嵌入式状态机响应测试使能信号来进行预定测试步骤。

优选地，测试装置还包括移位寄存器，用于为各个选择开关、各个使能开关和/或各个可编程电阻器提供测试设置数据。这允许灵活的测试装置，其中，可通过将适当的设置数据移位到移位寄存器中来对测试进行设置。移位寄存器可以是对边界扫描兼容的移位寄存器，并可形成JTAG测试存取端口的一部分。

技术人员应该意识到的是，可编程衰减器的至少一个另外的分支中的使能开关的特性可取决于处理变量，这使得很难控制该分支的衰减系数的精确度。

为此，集成电路还可包括耦合到所述模块的信号处理器，所述信号处理器用于：选择所述第一分支；执行第一增益测量；选择所述至少一个另外的分支中的一个；对所选的另外的分支的可编程电阻器进行编程，以使得所选的另外的分支倾向于具有和所述第一分支相同的衰减系数；执行第二增益测量；从所述第一增益测量和所述第二增益测量之差计算修正因子；以及使用具有修正因子的所选的另外的分支来修正随后的增益测量。这确保补偿了使能和选择开关的处理变量。可将该信号处理器用于针对可编程衰减器的每一个另外的分支重复这些步骤，以使得每一个分支具有其自己的修正因子。

在这一点上，应该注意到，反相器生成的RF信号的精确度取决于在测试模式期间提供给IC的电源电压的质量(即，稳定度)。然而，对技术人员显而易见的是，可常规地生成(例如，通过标准的测试设备)高质量的电源电压。

根据本发明的另一方面，提供了包括本发明的IC的电子设备。这些电子设备(例如，移动电话、GPS接收机、具有内置RF收发信机的便携式电脑等)受益于本发明的IC测试成本的降低，并因此可以以更具竞争性的价格进行销售。

应该注意到的是，可使用本发明的IC作为用于对芯片外元件进行测试的精确的RF测试信号源，在这种情况下，可以省略RF信号处理模块。

根据本发明的再一方面，提供了一种用于对IC集成电路的模块进行测试的方法，所述模块用于在所述集成电路的正常工作期间处理射频信号，所述方法包括：提供具有用于在测试模式下产生射频测试信号以对所述模块进行测试的测试装置的集成电路，所述测试装置包括用于在测试模式下产生射频控制信号的信号源；串联的互补晶体管对，所述对在第一电源轨和第二电源轨之间耦合，并用于响应提供到其控制端子上的所述射频控制信号，在其输出上产生所述射频测试信号；使用所述信号源产生射频控制信号；以及向所述第一电源轨提供稳定的电源电压，以使得所述晶体管对响应所述射频控制信号在可接受的噪声电平内生成所述射频测试信号。

该方法允许在不需要存在用于该目的的发送通道的情况下产生高质量的RF测试信号。

在实施例中，测试装置还包括测试模式中在所述晶体管对的输出和所述模块的输入之间耦合的衰减器，所述衰减器包括在所述晶体管对和所述模块之间并联耦合的多个分支，其中，每一个分支包括用于在测试模式中选择所述分支的选择开关，以及其中，所述多个分支包括：第一分支，包括在所述晶体管对和第一节点之间耦合的第一电阻器以及在固定电势源和所述第一节点之间耦合的第二电阻器，以提供固定的衰减系数；以及至少一个另外的分支，包括在所述晶体管对和第二节点之间耦合的第一另外的电阻器以及在固定的电势源和所述第二节点之间耦合的可编程电阻器，以提供可编程的衰减系数；其中，所述方法还包括：选择所述第一分支；执行第一增益测量；

选择所述至少一个另外的分支中的一个；对所选的另外的分支的可编程电阻器进行编程，以使得所选的另外的分支倾向于具有和所述第一分支相同的衰减系数；执行第二增益测量；从所述第一增益测量和所述第二增益测量之差计算修正因子；以及使用具有修正因子的所选的另外的分支来修正随后的增益测量。这确保了可以精确地确定模块放大器级(如，LNA)的增益，因为补偿了可编程衰减器中存在的开关中的任何处理变量。

附图说明

参考附图，通过非限制的示例的方式更详细地描述本发明，其中：

图1描述了现有技术的测试装置；

图2描述了本发明的IC的实施方式；

图3是依照本发明的IP3测量装置的示例实施方式；

图4是描述了图3的测试装置的测试台；

图5是使用图4的测试台运行的各种仿真期间，LNA产生的输出信号；

图6是混频器130的输出信号；

图7是可编程衰减器700的实施例。

图8描述了CP1测量所确定的可编程衰减器730对来自互补晶体管对230的输入信号进行的实际衰减；

图9描述了校准方法的实施例的流程图。

应该理解，附图仅是示意性的，而不是按照比例绘制的。还应该理解，在全部附图中使用相同的参考标记指示相同或类似的部分。

具体实施方式

图1示出了现有技术用于测试IC 100的测试装置。IC 100具有输入焊盘110、低噪声放大器(LNA)120、RF信号处理模块130、模/数变换器(ADC)140和信号鉴别器150。输入焊盘110经由匹配网络20耦合到外部的RF信号生成测试器10。匹配网络将测试器10的输出阻抗与LNA 120的输入阻抗相匹配。典型地，将来自测试器10的信号经由RF探针(未示出)注入焊盘110。ADC 140将模块130的下变换后的模拟输出信号变换成数字信号，由信号鉴别器150进行处理。例如，信号鉴别器150可测量模块130的增益或其它任何有关的信号特性。

这种设置有若干缺陷。例如，要求昂贵的测试器10生成RF测试信号。必须将匹配网络20增加到承载板(IC 100安装其上以经受测试的固定器)，并且要求探针接触将RF测试信号馈送到焊盘110，这种接触可能引起不可预知的行为，例如，由于探针和焊盘之间存在微尘而引起的不可预知的行为。

通过本发明克服了这些缺陷。图2示出了根据本发明的IC 200的实施例。与IC 100相比，使用了内置的RF测试信号产生装置来扩展IC 200。在IC 200的测试模式中，提供信号源210(如，锁相环(PLL))来产生在射频处的控制信号。也可以使用对PLL的备选。可通过可选的放大级220来放大信号源210的输出。可以以任何已知的方式来实现放大级220。由于其受限的面积开销，反相器链是占优势的实现。

测试装置还包括在第一电源轨VDD和第二电源轨VSS之间串联耦合的互补晶体管对230，并且互补晶体管对230的控制端耦合到信号源210的输出。在本发明的上下文中，短语“互补”用来指示第一晶体管232响应RF控制信号的第一值，将晶体管对230的输出拉升到第一电源轨VDD的电压，而第二晶体管234响应互补到控制信号的第一值的RF控制信号的值，将晶体管对230的输出拉升到第二电源轨VDD的电压。简而言之，第一晶体管232和第二晶体管234响应于互补的RF控制信号值。这种互补晶体管对230的示例包括反相器和反相缓存。例如，第一晶体管232和第二晶体管234可以分别是n型和p型晶体管，在这种情况下，晶体管可共享同一个控制输入。

当依照本发明的方法测试IC 200的模块130时，将电源轨VDD和VSS耦合到能够产生高质量(即，稳定的)电源电压的电源。将IC200切换到测试模式，在该测试模式中，激活信号源210。信号源210产生RF控制信号，并将RF控制信号馈送到晶体管对230的控制端。该控制信号必须具有足够的强度以确保足够强地驱动晶体管对230，以使晶体管对230在其输出达到轨到轨的电压摆动，从而生成具有高的绝对精确度的RF测试信号。提供高质量的电压很重要，因为由于其输出行为的轨到轨的性质，电源电压中的任何波动都将在晶体管对230的输出上重现，并从而导致晶体管对230的输出上生成的RF测试信号的恶化。在信号源210不能生成具有足够强度的RF控制信号的情况下，应该将可选的放大级220包括在该测试装置中。

还可通过将RF测试信号馈送通过衰减器240来提高该RF测试信号的质量。衰减器240包括两个匹配良好的电阻器以获得对RF测试信号的精确衰减。经由开关250和电阻器260将衰减后的RF测试信号提供给LNA 120。使用开关250以使得在测试模式中RF测试信号可用于RF信号处理模块130。将电阻器260引入RF测试信号路径中，以避免在IC 200的正常工作期间LNA 120的噪声系数退化。

为了能够精确地测试RF信号处理模块130，重要的是提供到LNA120的输入的RF测试信号的信号强度被很好地限定了。典型地，信号强度电平取决于电阻器260的实际电阻值和LNA 120的输入阻抗。对此，可提供电阻器260的虚拟形式(未示出)，在该虚拟形式上执行测量以确定其电阻值。由于使用相同的处理步骤来处理虚拟和实际的电阻器260，可将虚拟电阻值与其预期值的偏差用来补偿电阻器260的电阻值中的任何变化，因为典型地，电阻器260展现了实质上类似的、与其预期值的偏差。

来自电阻器260的预期电阻值的偏差将导致来自LNA 120的预期输入阻抗的偏差。因为LNA 120的源阻抗与图1中示出的设置相比更高，这些偏差与图1中示出的设置相比将更加显著，这可在模块130生成的输出信号的估计结果中引入误差。为此，已对实际的LNA模型执行了蒙特卡洛(MC)仿真。MC仿真已经示出当测量LNA 120的增益时，误差被限制在正负1dB，这与使用外部测试器10时所达到的精确度是可比拟的。

然而，可以通过补偿这些偏差来减少误差。可以使用虚拟电阻值的测量，以补偿信号鉴别器150所测量的信号。此外，可先于模块130的测量来测量LNA 120的输入阻抗，并可将测量到的阻抗用在对模块130响应RF测试信号所生成的信号的鉴别中。已经证明了，对之前提到的偏差的补偿可以将模块130的测试结果中的误差减少到小至0.25dB，这与外部测试器10所达到的相比更加精确。

IC 200可包括用于使IC 200上的各种组件进入测试模式的中央处理器(未示出)。还可对CPU进行配置，以执行虚拟电阻和LNA 120的校准测量，并且可配置CPU以实现信号鉴别器150。

应该意识到，IC 200的各种元件，如位于RF信号处理模块130前的放大级(即，LNA 120)和位于模块130后面的ADC 140是仅以非限制示例的方式示出的。用于处理RF信号的其它已知装置同等可用。不必示出很多不同的RF信号处理装置，因为它们不需要对本发明的发明性概念(即，芯片上RF测试信号产生装置)进行重大修改。

对此，应将注意力集中在本发明不为图2示出的测试装置所限制这一事实上。在备选的实施方式中，本发明的测试装置用于执行RF IC接收机级的IP3测量，并且特别地，执行其LAN 120的IP3测量。这种测量对于确定增益设备(如，LNA)的非线性是适合的。在IP3测量中，诸如LNA 120的增益分量属于两个同样幅度但是不同频率的正弦信号f₁和f₂。有时也将这些信号称之为音。在对IP3测量的简要的理论性描述中将要证明，良好地限定这些音的功率对确保获得对被测设备(DUT)的非线性的精确估计是极其重要的。

可以通过泰勒展开的方式来近似DUT的响应，在泰勒展开中，IP3点与展开s(t)＝G.f(t)+D.f³(t)中的三阶项所导致的该音的非线性乘积有关，其中，f(t)是正弦输入信号，G是DUT的增益，以及D是三阶分量。当将两个音f₁、f₂注入到DUT中时，所产生的输出音是来自于G.f(t)的f₁、f₂以及来自D.f³(t)的2f₁-f₂和2f₂-f₁。对于具有输入功率Pin的f1、f2来说，可将IP3写为：

$\mathrm{IP}3=P_{\mathrm{in}}+\frac{\mathrm{\ΔP}}{3-1}---\left(1\right)$

该等式证明了IP3测量的精确度直接取决于输入功率Pin的精确度。因此，必须良好地限定该输出自身，即，展现出充分小的噪声容限。在RF生成测试中，输入功率P_in的精确度应该好于1dB，并且优选地，好于0.5dB。由现有技术使用从发送机级到接收机级的环回路径的芯片上测试装置，不能够达到这种精确度，因为典型地，没有对发送机级产生的信号的输出电平进行足够的良好限定以确保对IP3的精确确定。

然而，通过本发明可以克服这一问题，因为只要将高质量(即，稳定的)电压提供到本发明的IC的电源轨上，本发明的RF测试信号装置便可以提供具有良好限定的功率电平的RF测试信号。

图3示出了依照本发明的这种IP3测量装置的示例实施方式。除了信号源210和互补晶体管230之外，IC 300包括耦合到另外的互补晶体管对330的晶体管332和334的控制端的另外的信号源310。该另外的信号源310可专用于测试信号的产生或者可以是在IC 300的工作模式中使用的RF信号源。后者是优选的，因为典型地，这种信号源能够产生具有不同频率的信号，使得使用信号源310的频率范围来执行不同的IP3测量是可能的。可如图2的详细描述中所说明的，将该另外的信号源310经由可选的另外的放大级320耦合到另外的互补晶体管对330。

测试装置还包括在互补晶体管对230的输出级和LNA 120的输入之间耦合的第一衰减器340以及在另外的互补晶体管对330的输出级和LNA 120的输入之间耦合的第二衰减器350。换言之，第一衰减器340和第二衰减器350经由测试模式使能开关250共享LNA 120的输入，测试模式使能开关250可经由AC耦合电容与LNA耦合，以进一步稳定该衰减对所提供的信号。为确保信号不使接收机链饱和，测试信号的衰减是必须的，接收机链饱和可在IP3测量中引入不精确。

第一衰减器340和第二衰减器350每一个都包括用于对信号源210和另外的信号源310产生的RF测试信号提供所需的衰减的电阻器对。使用电阻对的实现具有以下优势：衰减器可以以CMOS技术来实现，同时仍在其衰减系数中展现出处理变量和不匹配所产生的小于0.2dB的扩展。这些电阻器的电阻值可具有任何适合的值，以达到所需的衰减。这对于本领域技术人员来说是常规的设计体验，仅为了简洁起见，将不再对此作进一步说明。然而，应该理解，第一衰减器340所衰减的信号的功率电平应该与第二衰减器350所衰减的信号的功率电平相同。在优选的实施方式中，第一衰减器340和第二衰减器350中的电阻器具有相同的电阻值。

因此，这些衰减器各自的输入信号也必须具有相同的功率电平。通过将晶体管232和234的尺寸与另外的晶体管332和334的尺寸相匹配，以使得互补晶体管对230、330产生相同的功率电平，便可以达到这一点。应该意识到，由于饱和地驱动互补晶体管230、330(即，以VDD和VSS之间的完全摆动来进行驱动)，所以信号源210和另外的信号源310可以以不同的功率电平生成信号，以致在不导致输出信号功率增加的情况下将耗散掉任何超出的输入信号功率。

将第一衰减器340的输出经由第一桥接电阻器342耦合到节点354，并将第二衰减器350的输出经由第一桥接电阻器352耦合到节点354。这些桥接电阻器通过合并第一衰减器340和第二衰减器350所衰减的信号来确保精确地产生用于测试LNA 120的双音信号。

在节点354处，该双音信号的功率电平可被定义为P_vdd/A，其中，Pvdd是互补晶体管对230和330产生的功率电平，以及A是衰减器340和350的衰减系数。测试使能开关250和AC耦合电容提供了该双音的另外的衰减B，以使得LNA 120的输入处的测试信号功率电平可被描述为P_Vdd/(A*B)。通过仿真已经证明了，在图3的测试装置中的各种CMOS组件的过程分布宽度以及参数和尺寸不匹配中，可以产生稳定在6σ标准方差范围内的0.5dB范围内的这种功率电平。

另外的信号源可以向RF信号处理模块130(如，正交混频器)提供一个或多个参考信号312。可经由滤波器135将模块130耦合到ADC 140。可将ADC 140耦合到用于处理模块130产生的信号并用于从处理后的信号计算IP3的信号处理器150。

图4示例性地描述了图3的测试装置的测试台。使用商业上可买到的设计工具来设计该测试台。在该测试设置中，信号源210用于产生101MHz的RF信号，以及另外的信号源310用于产生99MHz的另外的RF信号。该信号通过各个电阻器440和450来产生音f₁和f₂。各个电阻器440和450每一个都具有6kΩ的电阻值。将音f₁和f₂馈送到LNA 120的输入。模块130是混频器，从另外的信号源310向其提供99MHz的LO频率参考信号。

图5描述了在使用图4的测试台运行的各种仿真期间，LNA产生的输出信号，其中，改变了音f₁和f₂的功率。信号501是输入音f₁的合成结果，以及信号502是输入音f₂的合成结果。信号503和504分别是从2f₂-f₁和2f₁-f₂产生的三阶信号。从信号503和504的多个箭头可以看出，如所期望的，LNA 120的增益中的非线性取决于其输入信号的强度。

图6示出了混频器130的输出信号，其中，输出信号601是以混频器的LO频率(99MHz)由音f₁产生的输出信号501的合成结果，以及输出信号602是音f₂产生的输出信号502的合成结果。混频器输出信号603是LNA 120的IP3电平，例如，现在可以使用信号处理器150来对其进行测量。输出信号603中的多个箭头证明了IP3中的变化是LNA输入信号强度中的变化的函数。

表I给出了使用图4的测试台的仿真结果综述。

表I

IP3 LNA(dB)	IP3 LNA输出(dB)	IP3混频器输出(dB)
			-10.000	-10.104	-10.142
-9.000	-9.082	-9.115
			-8.000	-8.065	-8.094
-7.000	-7.052	-7.079
			-6.000	-6.041	-6.068
-5.000	-5.033	-5.060

表I示出了仿真器仿真LNA 120上的IP3(左栏)、在LNA的输出处测量到的IP3(中间栏)和混频器的输出处测量到的IP3(右栏)。通过仿真很清楚地证明了测试装置能够以很高的精确度确定LNA的IP3，所施加的IP3和测量到的IP3之间的最大偏差很好地在优选的±0.5dB的精确度窗口之内。因此，图3示出的芯片上IP3测试装置使以足够的精确度确定IP3变得容易，从而避免了对昂贵的外部测试设备的需求。这使得对于不能被轻易地接入的测试设备(例如，系统级封装)来说，这种解决方案特别有吸引力。

此外，图3的测试装置特别适于在RF和基带系统共存的IC中使用，以使得可以重复使用基带级的数字信号处理器来确定RF信号处理级中LNA 120的IP3。还可以使用图3的测试装置以通过对IP3的精确确定来校准RF处理级。

在本发明的又一个备选实施方式中，可对图2所示的测试装置进行修改以使对用于在很多不同模式中工作的IC 100的测试变得容易。在这些不同的模式中处理的各自的RF信号的强度可以显著变化，这意味着必须对这些操作模式中的每一个单独进行测试，以验证在这些模式的每一个中，IC 100在其可允许的容限内工作。由于互补晶体管230典型地提供固定强度的RF测试信号(由于该信号强度是信号源210(以及放大级220)所产生的正弦信号在晶体管对230上所强制的轨对轨摆动的结果这一事实)，要求下行解决方案产生信号强度可被精确调节的RF测试信号。

可能的解决方案是将图2的衰减器240替换为可编程衰减器，即具有可编程的衰减系数的衰减器。图7示出了可编程衰减器700的实施例。可编程衰减器700包括在互补晶体管对230和LNA 120之间并联耦合的第一衰减级710、第二衰减级720和第三衰减级730。可以提供耦合的电容760以减少这些衰减级生成的各个衰减后的信号上的噪声。经由各个选择开关715、725和735将衰减级710、720和730耦合到LNA 120。在测试期间，典型地闭合这些选择开关中的一个(即，处于导通状态)，而将剩余的选择开关打开(即，处于非导通状态)。

第一衰减级710包括可以反相或非反相地耦合到第一电阻器714的缓存712。将缓存712和第一电阻器714之间的节点经由使能开关713耦合到固定的电势源(如，VSS或地)。典型地，当打开选择开关715时，闭合使能开关713以确保第一衰减级不影响从互补晶体管对230接收到的输入信号。第一衰减级710还包括在位于第一电阻器714和选择开关715之间的另外的节点与固定电势源(如，VSS或地)之间耦合的第二电阻器716。第一电阻器714和第二电阻器716的各个电阻值确定了输入信号的衰减率A(也被称为衰减系数)。

$A=\frac{R_1}{R_0+R_1}---\left(2\right)$

其中，R₀和R₁分别是第一电阻器714和第二电阻器716的电阻值，以及，P_out＝A.P_in，P_out和P_in是衰减器700的输入和输出信号的强度。如IC 100的设计所指示的，可选择R₀和R₁具有任意适合的值。如稍后将要更详细地说明的，使用第一衰减级710作为参考衰减级。

第二衰减级720是可编程的衰减级并包括与等式(2)的电阻值R₀相同的第一电阻器724相耦合的缓存722，缓存722可以是反相或非反相的。因为在对第一衰减级710的描述中已经说明的原因，将缓存722和第一电阻器724之间的节点经由使能开关723耦合到固定电势源(如，VSS或地)。第二衰减级720还包括在位于第一电阻器724和选择开关725之间的另外的节点与固定电势源(如，VSS或地)之间耦合的、具有与等式(2)的可编程电阻值相同的可编程电阻器740。

在图7中，可编程电阻包括永久连接到固定电势源的电阻器742和每一个都经由各个另外的使能开关746耦合到该固定电势源的M个电阻器744，其中，M是正整数。电阻器742可具有与电阻器744中每一个相同或不同的电阻值。电阻器744可具有相同的电阻值或者可具有不同的电阻值。

由于在该衰减级中R₁是可编程的，该级的衰减率A是可编程的，从上面的等式来说这是显而易见的。通过将对应的另外的使能开关746切换到导通状态来将从0个到最多M个并包括M个电阻器744在内的任何数目的电阻器744包括到第二衰减级720中，可对电阻值R₁进行编程。

可编程电阻器740可以是任何适合的可编程电阻器。应该注意到，可编程电阻器本身是已知的，并且对本领域技术人员来说，这种可编程电阻器的很多不同的实施方式将是显而易见的。例如，只要确保在第二衰减级720使能的测试模式期间总是选择可选电阻器744中的至少一个，便可以省略电阻器742。

在实施例中，将第二衰减级720的电阻值R₀选择为与可编程电阻值R₁相比很小。因此，A接近于1，以使得输入信号的衰减相对小，并且通过选择不同数目的可选电阻器744也可使衰减步幅保持很小。因此，可编程衰减级720特别适于产生具有相当大的信号强度的RF测试信号。对于本领域技术人员显而易见的是，可编程电阻器740的步长由可选电阻器744的电阻值来控制。

为了产生具有相对小的信号强度的RF测试信号，可增加根据可编程衰减级720的设计的附加可编程衰减级，在该附加可编程衰减级中，选择R₀和R₁以使得针对达到更小衰减率A的目的，获得不同的R₀和R₁比。可通过改变电阻值R₀和/或通过改变可编程电阻值R₁(例如，通过改变数量M、通过改变被永久地连接的电阻器742的电阻值等)来达到此目的。

看以看出，可编程的第二衰减级720具有缓存722和电阻器724形成的输入级以及可编程电阻740形成的分路级。

应该指出的是，不是必须将输入级限制在单个缓存/电阻器对，第三衰减级730证明了这一点，第三衰减级730也是可编程衰减级并包括耦合到与等式(2)的电阻值R₀相同的第一电阻器734的第一缓存732，缓存可以是反相或非反相的。因为在对第一衰减级710的描述中已经说明的原因，将第一缓存732和第一电阻器734之间的节点经由使能开关733耦合到固定电势源(如，VSS或地)。

此外，第三衰减级730包括可以是反相或非反相的、耦合到具有电阻值R_0′的另外的电阻器734′的另外的缓存732，典型地，电阻值R_0′与第一电阻器732的R₀不同。将另外的缓存732′和另外的电阻器734′之间的节点经由使能开关733′耦合到固定的电势源(如，VSS或地)。因此，第三衰减级包括两个具有不同电阻值的输入级，以使得通过选择不同的输入级得到不同的衰减系数。通过将与输入级的缓存和电阻器之间的节点相耦合的使能开关从固定电势源断开，可以选择适当的输入级。通过仅为非限制性示例的方式，第三衰减级730具有两个并联输入级。可以选择任意适合数目的输入级。

第三衰减级730还包括在位于第一电阻器734和选择开关735之间的另外的节点与固定电势源(如，VSS或地)之间耦合的、与等式(2)的可编程电阻值R1相同的可编程电阻器750。可编程电阻器750可包括永久连接到固定电势源的电阻器752和每一个都经由对应的另外的使能开关756耦合到该固定电势源的N个电阻器754，其中，N是正整数。电阻器752可具有与电阻器754中每一个相同或不同的电阻值。电阻器754每一个都可具有相同的电阻值或者可具有不同的电阻值。数量N可以与数量M相同或者可以不同。

在实施例中，选择第三衰减级的电阻值R₀和R₁，以使得输入信号的衰减可以大于第二衰减级720所能实现的衰减。因此，可编程的第三衰减级730特别适于产生信号强度受限的RF测试信号。通过从R₀变换到R₀′，可以进一步修改第三衰减级730的衰减率。

应该指出，为完整起见，针对可编程衰减器700的各个衰减级的各个电阻器使用相同的电阻值标记(即，R₀和R₁)仅是为了将这些电阻值与等式(2)相联系的目的，而不是旨在暗示不同衰减级中具有相同标记的电阻器具有相同的电阻值。例如，电阻器714的值R₀与电阻器724的值R₀可以不同，等等。

可以以任何适合的方式来控制各个测试设置开关，例如选择开关715、725和735，使能开关713、723、733和733′以及另外的使能开关746和756。例如，IC的信号处理器(如，图3中示出的信号处理器150)可产生用于控制这些开关的控制信号。为此，例如，该信号处理器可根据测试IC 100的接收机的预定测试步骤由状态机进行测试。备选地，以将控制各个测试设置开关的对应比特移入移位寄存器的方式，可以通过移位寄存器(未示出)来控制测试设置开关。例如，这种移位寄存器可以是与边界扫描兼容的测试存取端口(TAP)的一部分。有时也将这种TAP称为JTAG TAP。

图8描述了CP1测量所确定的可编程衰减器730对来自互补晶体管对230的输入信号进行的实际衰减。从图8可以看出，在大的衰减处，实际衰减(实线)可开始偏离所期望的衰减系数(虚线)。这是由可编程电阻器(如，可编程电阻器740)包括对处理变量和不匹配敏感的相对大量的开关这一事实所造成的。对于只包括少量这样的开关的衰减级(如，第一衰减级710)，已经发现该偏差很好地在可接受容限内，即，很好地在0.5dB内。然而，对于可编程衰减级，该偏差可超过这些可接受容限。

为了确保IC 100的接收机级的测试结果具有所要求的精确度，在测试接收机级之前可对可编程衰减器700进行校准。图9中描述了这种校准方法的实施例的流程图。

该校准方法基于在可接受的容限内第一衰减级710很好地展现出有效的衰减系数的前述实现。为此，使用第一衰减级710作为用于可编程衰减器700的一个或多个可编程衰减级的校准的参考级。在步骤910中，选择参考衰减级710并从互补晶体管对230向其提供输入信号。随后基于LNA 120对被参考衰减级710衰减的输入信号进行响应而产生的输出信号，确定LNA 120的增益系数。

在接下来的步骤920中，选择将被校准的可编程衰减级(如，第二衰减级720)，并对其编程以匹配参考衰减级710的衰减系数。随后对来自互补晶体管对230的输入信号进行衰减，并确定所产生的LNA120的增益系数。

在步骤930中，将步骤910中确定的增益系数与步骤920中确定的增益系数作比较。例如，可如等式(3)所示来进行比较，其中，G₉₁₀是步骤910中确定的增益系数，G₉₂₀是步骤920中确定的增益系数，以及R是这些增益系数之比。

$R=\frac{G_{910}}{G_{920}}---\left(3\right)$

因为对可编程衰减级进行编程以匹配参考衰减级710的衰减系数，并且步骤910和920中使用的输入信号是同一个，这两个增益系数在可接受的容限窗口内应该是相同的，即R＝1。如果不是这种情况，即R≠1，就已经确定了可编程衰减级的衰减精确度不够。

然后，方法进行到步骤940，在步骤940中，对用于该可编程衰减级的增益修正因子进行限定。典型地，修正因子将是1/R，并将被应用到使用相应的可编程衰减级确定的任何增益系数，以使得可以针对相应的可编程衰减级的测试设置开关中的处理变量和不匹配来补偿所确定的增益系数。上述方法特别适于以亚微米CMOS技术实现的可编程衰减器的校准，因为该技术中的晶体管特别倾向于展现出实质的过程分布宽度和不匹配。

可针对可编程衰减器700的每一个可编程衰减级重复以上方法，以使得可以针对可编程衰减级中的每一级(如，图7中的级720和730)获得增益修正因子。应该意识到的是，图7的可编程700仅以非限制的示例的方式包括了单个参考级710。例如，当可编程衰减器包括用于产生具有不同信号强度的衰减信号的多个可编程衰减级时，有多个具有不同衰减系数的参考级可以是有优势的，由此，下面这种情况是可能的：产生相对弱的RF信号的可编程衰减级与为产生相对强的RF信号的另外的可编程衰减级提供参考衰减信号的参考级的衰减系数不匹配。

在这点上，应该强调的是，还可以使用各个可编程衰减器700来替换图3所示的衰减器340和350。这具有以下的优势：可以以各种信号强度来测试LNA 120的IP3，例如，这可以提供与LNA 120开始展现高于预定阈值(如，1dB)的非线性行为处的信号强度有关的有价值的信息。

应该注意到上面提到的实施例是用以解释而非限制本发明，本领域一般技术人员能够设计出很多替代实施例，而未背离所附权利要求的保护范围。在权利要求中，括号之间的附图标记不应等同于对权利要求的限制。用语“包括”并不排除除了在权利要求中列出之外呈现的元件或步骤。在组件之前的单词“一”或“一个”并不排除使用多个这样的组件。通过包括若干独特元件的硬件方式可实现本发明。在设备的权利要求中列举了几种装置，这些装置可以通过一个相同的硬件来实施。一个基本的事实是在相互不同的从属权利要求中提到的特定方法并不意味着这些方法的组合不能用来取得有益效果。

Claims (21)

1.一种集成电路(200、300)，包括：

用于产生射频测试信号的测试装置，所述测试装置包括：

信号源(210)，用于产生射频控制信号；以及

互补晶体管对(230)，所述互补晶体管对的晶体管(232、234)在第一电源轨和第二电源轨之间串联耦合，并响应提供到所述互补晶体管对的控制端子上的所述射频控制信号，在所述互补晶体管对的输出上产生所述射频测试信号。

2.根据权利要求1所述的集成电路(200、300)，还包括：

模块(130)，用于在集成电路的正常工作期间处理射频信号；其中

所述测试装置用于在所述集成电路的测试模式中向所述模块提供所述射频测试信号。

3.根据权利要求2所述的集成电路(200、300)，还包括测试模式中在所述互补晶体管对(230)的输出和所述模块(130)的输入之间耦合的衰减器(240、340、700)。

4.根据权利要求3所述的集成电路(200、300)，还包括：

另外的信号源(310)，用于产生具有不同于所述射频信号的频率的另外的射频控制信号；

另外的互补晶体管对(330)，所述另外的互补晶体管对的晶体管(332、334)在所述第一电源轨和所述第二电源轨之间串联耦合，并响应提供到所述互补晶体管对的控制端子上的所述另外的射频控制信号，在所述互补晶体管对的输出产生所述另外的射频测试信号；以及

在所述另外的互补晶体管对(330)和所述模块(130)的输入之间耦合的另外的衰减器(350)。

5.根据权利要求4所述的集成电路(300)，其中，所述衰减器(340)经由第一电阻器(342)耦合到所述模块的输入，以及所述另外的衰减器(350)经由另外的电阻器(352)耦合到所述模块的输入。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的集成电路(200、300)其中，所述衰减器(700)包括在所述互补晶体管对(230)和所述模块(130)之间并联耦合的多个分支(710、720、730)，其中，每一个分支包括用于在测试模式中选择所述分支的选择开关(715、725、735)，以及其中，所述多个分支包括：

第一分支(710)，包括在所述互补晶体管对(230)和第一节点之间耦合的第一电阻器(714)以及在固定电势源和所述第一节点之间耦合的第二电阻器，以提供固定的衰减系数；以及

至少一个另外的分支(720、730)，包括在所述互补晶体管对(230)和第二节点之间耦合的第一另外的电阻器(724、734)以及在固定的电势源和所述第二节点之间耦合的可编程电阻器(740、750)，以提供可编程的衰减系数。

7.根据权利要求6所述的集成电路(200、300)，其中，另外的分支包括与第一另外的晶体管(734)并联耦合的第二另外的电阻器(734′)。

8.根据权利要求7所述的集成电路(200、300)，其中，所述至少一个另外的分支包括第一另外的分支(720)，具有在所述互补晶体管对(230)和所述分支的第二节点之间耦合的单个另外的电阻器(724)，以及第二另外的分支(730)，具有与所述互补晶体管对(230)和所述分支的第二节点之间的第二另外的电阻器(734′)并联耦合的第一另外的电阻器(734)。

9.根据权利要求8所述的集成电路(200、300)，其中，在所述互补晶体管对(230)和所述节点之一间耦合的电阻器(714、724、734、734′)经由另外的节点耦合到所述互补晶体管对(230)，所述另外的节点经由使能开关(713、723、733、733′)耦合到固定电势源。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的集成电路(200、300)，其中，所述可编程电阻器(740、750)包括多个并联耦合的电阻器(744、754)，所述多个电阻器中的每一个电阻器耦合到各个另外的使能开关(746、756)。

11.根据权利要求7-10中任一项所述的集成电路，其中，所述测试装置还包括移位寄存器，提供用来配置所述各个选择开关(715、725、 735)、所述各个使能开关(713、723、733、733′)和/或所述各个可编程电阻器(740、750)的测试设置数据。

12.根据权利要求7-11中任一项所述的集成电路(200、300)，还包括耦合到所述模块(130)的信号处理器(150)，所述信号处理器用于：

选择所述第一分支(710)；

执行第一增益测量；

选择所述至少一个另外的分支(720、730)中的一个；

对所选的另外的分支的可编程电阻器(740、750)进行编程，以使得所选的另外的分支具有和所述第一分支相同的衰减系数；

执行第二增益测量；

从所述第一增益测量和所述第二增益测量之差计算修正因子；以及

使用所选的具有修正因子的另外的分支(720、730)修正随后的增益测量。

13.根据权利要求2或3所述的集成电路(200)，还包括在所述信号源(210)和所述互补晶体管对(230)之间的放大级(220)。

14.根据权利要求13所述的集成电路(200)，其中，所述放大器(210)包括至少两个反相器的反相器链。

15.根据权利要求3-14中任一项所述的集成电路(200)，还包括具有耦合到所述衰减器的输出的输入和耦合到所述模块(130)的输出的另外的放大级(120)，所述另外的放大级的输入用于接收来自所述集成电路的输入(110)的射频信号。

16.根据权利要求15所述的集成电路(200)，还包括在所述衰减器(240)和所述另外的放大级(120)之间耦合的电阻器(260)。

17.根据权利要求2-16中任一项所述的集成电路(200)，还包括耦合到所述模块(130)的输出的信号鉴别器(150)，所述信号鉴别器用于将所述模块的响应鉴别为所述射频测试信号。

18.根据权利要求2-17中任一项所述的集成电路(200)，还包括用于在所述正常操作和所述测试模式之间切换的处理单元。

19.一种用于接收和/或发送射频信号的电子设备，所述电子设备包括根据权利要求2-18中任一项所要求的集成电路。

20.一种测试集成电路(200)的模块(130)的方法，所述模块(130)用于在所述集成电路(200)的正常工作期间处理射频信号，所述方法包括：

提供具有在测试模式下产生射频测试信号以对所述模块(130)进行测试的测试装置的集成电路(200)，所述测试装置包括用于在测试模式下产生射频控制信号的信号源(210)；互补晶体管对(230)，所述互补晶体管对的晶体管(232、234)在第一电源轨(VDD)和第二电源轨(VSS)之间串联耦合，并响应提供到所述互补晶体管对的控制端子上的所述射频控制信号，在所述互补晶体管对的输出产生所述射频测试信号；

使用所述信号源(210)产生射频控制信号；以及

提供具有稳定的电源电压的第一电源轨(VDD)，以使得所述互补晶体管对(230)响应所述射频控制信号在可接受的噪声电平内生成所述射频测试信号。

21.根据权利要求21所述的方法，其中，所述测试装置还包括测试模式中在所述互补晶体管对(230)的输出和所述模块(130)的输入之间耦合的衰减器(700)，所述衰减器包括在所述互补晶体管对(230)和所述模块(130)之间并联耦合的多个分支(710、720、730)，其中，每一个分支包括用于在测试模式中选择所述分支的选择开关(715、725、735)，以及其中，所述多个分支包括：

第一分支(710)，包括在所述互补晶体管对(230)和第一节点之间耦合的第一电阻器(714)以及在固定电势源和所述第一节点之间耦合的第二电阻器，以提供固定的衰减系数；以及

至少一个另外的分支(720、730)，包括在所述互补晶体管对(230)和第二节点之间耦合的第一另外的电阻器(724、734)以及在固定的电势源和所述第二节点之间耦合的可编程电阻器(740、750)，以提供可编程的衰减系数；

其中，所述方法还包括：

选择所述第一分支(710)；

执行第一增益测量；

选择所述至少一个另外的分支(720、730)中的一个；

对所选的另外的分支的可编程电阻器(740、750)进行编程，以使得所选的另外的分支具有和所述第一分支相同的衰减系数；

执行第二增益测量；

从所述第一增益测量和所述第二增益测量之差计算修正因子；以及

使用所选的具有修正因子的另外的分支(720、730)修正随后的增益测量。

Images