CN102394649A - 基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于集成电路技术领域，公开了一种在自动测试设备上用晶振实现高带宽高速模数转换器量产测试的装置，包括自动测试设备1，还包括：测试载板3，包含被测模数转换器芯片12、晶振6、滤波器7、变压器8、继电器9、晶振10和滤波电路11；晶振6与滤波器7分别连接，并与继电器9、变压器8和被测模数转换器芯片12依次顺序连接；晶振10与被测模数转换器芯片12连接；金属弹簧针组2，一端连接测试载板3，另一端连接自动测试设备1；滤波电路11，一端与被测模数转换器芯片12连接，一端通过金属弹簧针组2与自动测试设备1连接。本发明利用晶振本身优越的性能，实现了稳定、可靠、可量产的ADC测试，非常适合大批量生产用。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种高带宽高速模数转换器量产测试的方法与装置。
背景技术
随着电子通讯技术飞速发展和集成电路制造工艺的不断改进、新材料的引入以及数字信号处理技术的不断进步，高速模数转换器(Analog-to-Digital Converter，简称ADC)广泛应用于数字信号处理系统，以实时的数字信号处理取代传统的模拟信号处理方法。高速ADC在雷达、测控、高速数传以及其它高速数据采集系统和宽带数字化接收系统中都得到广泛的应用。尤其是数字技术广泛应用于各类电子产品的今天，对信号带宽及传输速率都提出了越来越高的要求，高速ADC作为模拟量转化为数字量的核心部件，起着不可替代的作用。
在测试高速ADC的技术领域自动测试设备(Automatic Test Equipment，简称ATE)的发展远远赶不上ADC芯片设计的发展速度。目前最高端的ATE能力在14bit125M，时钟精度在+/-3ps。因此，对于ADC芯片设计厂家来讲，如何在大批量生产时正确的评价和筛选这些性能满足要求大于12bit125M的高速ADC就变得非常具有挑战性。同时，如何经济有效的应对这些大批量的测试也是亟待解决的问题。
目前，业界高速ADC测试的方法有如下几种：基于ATE的测试模块+滤波器(简称ATE方法)、高速数模转换器+滤波器(简称DAC方法)和外挂仪表+滤波器(简称外挂仪表方法)。
ATE方法是利用ATE本身的性能，通过滤波器去掉谐波，提高输入信号质量。由于ATE本身的限制，其信号质量的提升不是很明显，而且常常受到资源通道的影响，对于多通道ADC来讲效率不高。该方法提升信号的质量在6-8dB之间，适合于位数比较低的应用，且高速频率不能超过13bit125M，具有一定的局限性。
DAC方法是利用高速数模转换器(DAC)输出高带宽和位数的信号，该方法输出信号的底噪比较大，同时输出信号的幅度受到限制，对于信号频率大于200Mhz的器件基本上可选性非常少。
外挂仪表方法是利用高质量的模拟信号源比如AGILENT E8257D作为输入。缺点是价格昂贵，系统集成复杂且占用面积大，不适合于多通道的ADC测试。受带宽和频点的限制，不适合大批量生产测试。
综上所述，ATE方法，DAC方法和外挂仪表方法在频率、带宽、位数、可靠性和成本方面都有不同的缺陷，在使用上具有一定的局限性。
因此，集成电路业界急需一种适应大批量生产时在ATE上实现高带宽高速ADC的量产测试方法与装置。
发明内容
为克服现有ATE本身性能不足，不能够对高带宽高速ADC进行性能全速测试的缺陷，本发明目的是提供一种适应大批量生产时在ATE上实现高带宽高速ADC的量产测试方法与装置，为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置，其特征在于，包括：
测试载板(3)，包含被测模数转换器芯片(12)、晶振(6)、滤波器(7)、变压器(8)、继电器(9)、晶振(10)和滤波电路(11)；
晶振(6)与滤波器(7)分别连接，并与继电器(9)、变压器(8)和被测模数转换器芯片(12)依次顺序连接；
晶振(10)与被测模数转换器芯片(12)连接；
自动测试设备(1)，包含直流电源(4)和检测模块(5)；
金属弹簧针组(2)，一端连接测试载板(3)，另一端连接自动测试设备(1)；
滤波电路(11)，一端与被测模数转换器芯片(12)连接，一端通过金属弹簧针组(2)与自动测试设备(1)中的直流电源(4)连接。
被测模数转换器芯片(12)的数字输出端通过金属弹簧针组(2)与自动测试设备(1)中的检测模块(5)连接。
如上的基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置，其特征在于，该晶振(10)为固定频点的晶振，用于提供被测模数转换器芯片(12)数字输出信号的时钟源。
如上的基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置，其特征在于，该晶振(6)为固定频点的晶振，用于为被测模数转换器芯片(12)提供高性能，低噪声的模拟输入信号。
如上的基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置，其特征在于，该滤波电路(11)可为ADP3338型滤波电路。
如上的基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置，其特征在于，该滤波电路(11)可为PI型滤波电路。
如上的基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置，其特征在于，该滤波器(7)为中心频率点5％-15％，5～7阶带通滤波器。
一种基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤201：为被测模数转换器芯片提供电源；
步骤202：为被测模数转换器芯片提供时钟信号；
步骤203：为被测模数转换器芯片提供模拟输入信号；
步骤204：设置被测模数转换器芯片工作方式，采集被测模数转换器芯片数字输出信号；
步骤205：找出有效数据，做出处理和判断。
本发明的有益效果是：现在的晶振非常容易做到输出大于1Ghz频率，噪声低于-155dBc/Hz10Khz的信号。本发明利用晶振本身优越的性能，低噪声、高频率、高幅度、高稳定性特点，解决了高速度和高位数ADC的测试问题。由于晶振的尺寸很小，很适合于多个通道同时测试，提高效率，降低成本。因为可以做到全速测试，同时可靠性稳定，所以非常适合在ATE上面进行批量的生产测试。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：
图1为本发明基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置示意图。
图2为本发明装置中基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试方法的示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
图1表示了本发明基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置示意图。
该基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置包括：自动测试设备1、金属弹簧针组2和测试载板3；
金属弹簧针组2，一端连接自动测试设备1，另一端连接测试载板3，为测试载板3传送自动测试设备1提供的电源、测试信号、被测模数转换器芯片状态指令和接收测试载板3传送给自动测试设备1的反馈信号。
自动测试设备1包括直流电源4和检测模块5；
直流电源4，嵌在自动测试设备1内，通过金属弹簧针组2为测试载板3上的被测模数转换器芯片12经滤波电路11后供电；
检测模块5，嵌在自动测试设备1内，用于设置被测模数转换器芯片12的测试工作状态、采集测试数据并处理和判断。
测试载板3，包括3个晶振6、3个滤波器7、变压器8、继电器9、晶振10、滤波电路11和被测模数转换器芯片12；
滤波电路11，一端通过金属弹簧针组2与直流电源4连接，另一端与被测模数转换器芯片12连接，滤去直流电源4所提供电源电压中的杂波，为被测模数转换器芯片12提供干净，低噪声的电源电压；
3个晶振6分别与3个滤波器7连接后，依次与继电器9、变压器8及被测模数转换器芯片12顺序连接，为被测模数转换器芯片12提供模拟信号输入；其中晶振6，具有固定频点，低相位噪声和低能量谐波的输出信号特征；其中滤波器7，为中心频率点5％-15％，5～7阶滤波器，用来提高正弦信号质量；其中变压器8，把单端的晶振信号转化为双端的差分信号输入给被测模数转换器芯片12，并起到了阻抗匹配的作用；其中继电器9，具有开关作用，选择其中一路模拟信号，通过变压器8变换后，传送给被测模数转换器芯片12；
晶振10，为固定频点的晶振，与被测模数转换器芯片12连接，为被测模数转换器芯片12提供数字时钟信号；
被测模数转换器芯片12的数字输出端通过金属弹簧针组2与自动测试设备1中的检测模块5连接。
本实施例中，当被测模数转换器芯片12输入端不为差分方式时，则采用晶振6、滤波器7和被测模数转换器芯片12依次顺序连接，为被测模数转换器芯片12提供模拟信号输入；
在本实用新型的其中一个实施例中，其中一个晶振6为CTS70。
在本实用新型的其中一个实施例中，其中一个晶振6为CTS100。
在本实用新型的其中一个实施例中，其中一个晶振6为CTS150。
在本实用新型的其中一个实施例中，滤波器7为博伦公司的滤波器。
在本实用新型的其中一个实施例中，变压器8为ADT2-1WT。
在本实用新型的其中一个实施例中，晶振10为CB70。
在本实用新型的其中一个实施例中，滤波电路11为ADP3338。
在本实用新型的其中一个实施例中，滤波电路11为P1型滤波电路。
在使用的时候，调节继电器9，选择模拟输入晶振频率，自动测试设备1上电，执行程序，通过金属弹簧针组2使得测试载板3上的各个元器件都通电并初始化，晶振6输出固定频率信号，晶振10产生高精度的时钟信号；测试模块5把被测模数转换器芯片12设置为工作模式；等待几十毫秒至被测模数转换器芯片12工作稳定后，自动测试设备1开始采集被测模数转换器芯片12的数字输出；由于非相关采样，所以自动测试设备1对于获取的数字量加汉明窗(hamming window)进行数据处理；最后进行处理后的数字量进行计算，并进行判断。所述判断为检测模块5自动进行。
图2为本发明基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试方法的示意图。
本发明方法包括如下步骤：
步骤201：为被测模数转换器芯片提供电源；
本发明中自动测试设备的直流电源输出电压给滤波电路，滤波电路对输入电压进行滤波和稳压，为被测模数转换器芯片提供干净低噪声的电源电压；
步骤202：为被测模数转换器芯片提供时钟信号；
本发明中采用晶振和被测模数转换器芯片连接为被测模数转换器芯片提供时钟信号；
上述时钟信号需根据应用中相位噪声或者抖动的需要，选择不同厂家生产的固定频点的晶振；
上述时钟信号需选择抖动小于100fs的晶振。
步骤203：为被测模数转换器芯片提供模拟输入信号。
本发明中采用晶振、滤波器、被测模数转换器芯片以顺序方式连接，为被测模数转换器芯片提供模拟输入信号。
当所采用被测模数转换器芯片的输入端为差分方式时，因晶振信号通常是单端信号，需要在滤波器后添加变压器把单端的晶振信号转化为双端的差分信号，供给被测模数转换器芯片。该变压器同时也解决了信号通道阻抗匹配的问题。
上述模拟输入信号所用晶振为具有低噪声、低能量的谐波的固定频点晶振。
上述模拟输入信号所用滤波器为中心频率点5％-15％，5～7阶带通滤波器；
步骤204：设置被测模数转换器芯片工作方式，采集被测模数转换器芯片数字输出信号。
本发明中通过被测模数转换器芯片自身端口为被测模数转换器芯片设置工作方式。
本发明中采用自动测试设备的检测模块采集被测模数转换器芯片数字输出信号。
上述自动测试设备采样点数为16K/32K；
上述自动测试设备的数字信号采样时钟源来自于自动测试设备本身，不同于被测模数转换器芯片来自的晶振时钟，且其频率是数倍于被测模数转换器芯片的工作频率；
上述自动测试设备采集数据处理方式为加汉明窗(hamming window)进行数据处理。
步骤205：找出有效数据，作出处理和判断。
本发明中找出有效数据的具体方式之一为，如果芯片有clkout输出管脚，在抓取被测模数转换器芯片数字输出的同时采集时钟的输出，根据时钟信号的0，1变化，找到对应点的数据。
本发明中找出有效数据的具体方式之一为，如果芯片没有clkout输出管脚，以数倍于数字输出的频率进行抓取，把所有的数据按照等份分成几组，分别计算值，选择最好的结果。
本发明中如果采用非相关采样，则所采集数据需加汉明窗(hamming window)进行处理。
本发明中所采样数据在自动测试设备1中检测模块5根据程式自动进行判断。
现在的晶振非常容易做到输出大于1Ghz频率，噪声低于-155dBc/Hz10Khz的信号。本发明利用晶振优越的性能，低噪声、高频率、高幅度、高稳定性特点，解决了高速度和高位数的ADC测试问题，由于晶振的尺寸很小，很适合于多个通道同时测试，提高效率，降低成本。使用本发明可以做到全速测试，同时可靠、稳定，所以非常适合在ATE上面进行批量的生产测试。
以上说明和图示仅为了清楚说明和易于理解本发明，本领域技术人员应可以增加或者减少某个步骤，或者对某个步骤做出简单变换；所有简单的变换、增减和应用承和的改变均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置，其特征在于，包括：
测试载板(3)，包含被测模数转换器芯片(12)、晶振(6)、滤波器(7)、变压器(8)、继电器(9)、晶振(10)和滤波电路(11)；
晶振(6)与滤波器(7)分别连接，并与继电器(9)、变压器(8)和被测模数转换器芯片(12)依次顺序连接；
晶振(10)与被测模数转换器芯片(12)连接；
自动测试设备(1)，包含直流电源(4)和检测模块(5)；
金属弹簧针组(2)，一端连接测试载板(3)，另一端连接自动测试设备(1)；
滤波电路(11)，一端与被测模数转换器芯片(12)连接，一端通过金属弹簧针组(2)与自动测试设备(1)中的直流电源(4)连接。
被测模数转换器芯片(12)的数字输出端通过金属弹簧针组(2)与自动测试设备(1)中的检测模块(5)连接。
2.如权利要求1所述的基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置，其特征在于，该晶振(10)为固定频点的晶振，用于提供被测模数转换器芯片(12)数字输出信号的时钟源。
3.如权利要求1所述的基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置，其特征在于，该晶振(6)为固定频点的晶振，用于为被测模数转换器芯片(12)提供高性能，低噪声的模拟输入信号。
4.如权利要求1所述的基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置，其特征在于，该滤波电路(11)可为ADP3338型滤波电路。
5.如权利要求1所述的基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置，其特征在于，该滤波电路(11)可为PI型滤波电路。
6.如权利要求1所述的基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试装置，其特征在于，该滤波器(7)为中心频率点5％-15％，5～7阶带通滤波器。
7.一种基于晶振的高带宽高速模数转换器量产测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤201：为被测模数转换器芯片提供电源；
步骤202：为被测模数转换器芯片提供时钟信号；
步骤203：为被测模数转换器芯片提供模拟输入信号；
步骤204：设置被测模数转换器芯片工作方式，采集被测模数转换器芯片数字输出信号；
步骤205：找出有效数据，作出处理和判断。
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