CN104242969B - 信号处理系统、其测试方法以及测试信号产生器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的信号处理系统包含一待测模块、一振荡信号产生器、一转移滤波器与一测试模块。该待测模块具有一信号输入端。该振荡信号产生器是用以产生一组振荡信号。该转移滤波器包含受该组振荡信号控制的一混频器。该混频器具有一高频侧与一低频侧。该高频侧是耦接至该待测模块的该信号输入端。该测试模块是耦接至该混频器的该低频侧。当该信号处理系统处于一测试模式，该测试模块将一测试信号提供至该低频侧，以于该混频器的该高频侧产生一高频测试信号。

Description

信号处理系统、其测试方法以及测试信号产生器

技术领域

本发明与电路系统的测试技术相关，并且尤其与内建自我测试功能的信号处理系统相关。

背景技术

如何确保产品出厂时的功能一切正常，向来是制造者关注的议题。预先筛选出有问题的产品并进行修复，才能有效避免销售后的退换货问题并提升消费者的满意度。

就电子系统而言，最普遍的测试项目之一是在电路的输入端提供模拟信号，并监看其后端处理结果是否为相对应的正确输出信号。以图1所示的同时包含传送电路12和接收电路14的通讯系统100为例，现行测试方法之一是在传送电路12和接收电路14间建立一条回接路径(loop back path)16。于一般模式中，回接路径16被设定为断路，令传送电路12和接收电路14各自独立运作。在测试模式中，回接路径16则被设定为导通，信号处理模块18控制传送电路12通过回接路径16将测试信号13提供给接收电路14。根据接收电路14随后输出的反应信号15，信号处理模块18便可判断传送电路12与接收电路14是否能正确运作。

图1呈现的测试架构的优点在于不需要额外的信号源来提供测试信号，因而得以降低测试设备的成本。然而，以下几种信号处理系统皆不适用图1呈现的测试架构：(1)传送电路的输出动态范围不同于接收电路的输入动态范围的信号处理系统；(2)不容许传送电路和接收电路同时运作的信号处理系统；(3)须严格避免传送电路和接收电路间有耦合路径的信号处理系统；(4)仅包含接收电路、不含传送电路的信号处理系统。

针对以上几种情况，通常仍须由测试机台自外部提供模拟输入信号，始能测试接收电路是否正常。不过，目前有许多信号处理系统(例如无线通讯设备)之前端电路需处理的信号频率相当高。由于能产生高频测试信号的测试仪器大多价格昂贵，整体测试成本无疑会因此大幅上升。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种内建自我测试功能的信号处理系统及其测试方法。借由利用转移滤波器(translational filter)于芯片内部产生测试信号，整体测试成本可被大幅降低。此外，本发明提出的测试方案不受限于同一信号处理系统中的传送电路的形态，亦可应用在不包含传送电路的信号处理系统。

根据本发明的一具体实施例为一种信号处理系统，其中包含一待测模块、一振荡信号产生器、一转移滤波器与一测试模块。该待测模块具有一信号输入端。该振荡信号产生器是用以产生一组振荡信号。该转移滤波器包含受该组振荡信号控制的一混频器。该混频器具有一高频侧与一低频侧。该高频侧是耦接至该待测模块的该信号输入端。该测试模块将一测试信号提供至该低频侧，以于该混频器的该高频侧产生一高频测试信号。

根据本发明的另一具体实施例为一种利用一转移滤波器产生一高频测试信号的测试方法。该转移滤波器包含一混频器。该混频器具有一高频侧与一低频侧。首先，于一测试模式中，一测试信号被提供至该低频侧，以于该混频器的该高频侧产生一高频测试信号。随后，该高频测试信号被提供至一待测模块的一信号输入端。在相对于该测试模式的一正常运作模式中，该转移滤波器为该待测模块提供一滤波功能。

根据本发明的又一具体实施例为一种测试信号产生器，用以提供一高频测试信号至一待测模块的一信号输入端。该测试信号产生器包含：一振荡信号产生器、一转移滤波器与一测试模块。该振荡信号产生器是用以产生一振荡信号。该转移滤波器包含受该振荡信号控制的一混频器。该混频器具有一高频侧与一低频侧。该高频侧是耦接至该待测模块的该信号输入端。该测试模块将一测试信号提供至该低频侧，以于该混频器的该高频侧产生该高频测试信号。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是绘示包含传送电路、接收电路和供测试用途的回接路径的通讯系统的功能方块图。

图2为根据本发明的一实施例中的信号处理系统的功能方块图。

图3A为转移滤波器的一种详细实施范例。

图3B为转移滤波器所使用的本地振荡信号的时序图范例。

图4是绘示根据本发明的转移滤波器和测试模块的一种详细实施范例。

图5呈现根据本发明的信号处理系统的一种细部实施范例。

图6A和图6B呈现根据本发明的信号处理系统进一步包含校正模块的两种实施例。

图7是绘示将本发明的概念应用在具有单端输入的待测装置的实施例。

图8是绘示根据本发明的一实施例中的校正方法的流程图。

图中元件标号说明：

具体实施方式

根据本发明的一具体实施例为一种内建自我测试功能的信号处理系统，其功能方块图如图2所示。信号处理系统200包含一待测模块21、一振荡信号产生器22、一转移滤波器(translational filter)23，以及一测试模块24。于实际应用中，信号处理系统200可被整合在各种电子装置内部，例如台式电脑、笔记本电脑、智能手机、局部网络接入点，亦可独立存在。此外，待测模块21实务上可为一信号接收电路。

图3A为转移滤波器的一种详细实施范例。此范例中的转移滤波器包含由八个金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)组成的混频器，以及电容元件C_I、C_Q。该混频器受到本地振荡信号LO_IP、LO_IN、LO_QP、LO_QN的控制。这四个本地振荡信号的频率相同，但相位各异。图3B为这些本地振荡信号的时序图范例。如本发明所属技术领域中具有通常知识者所知，处于混频器低频侧的电容元件C_I、C_Q各自为一低通滤波器。通过该混频器的作用，该低通频率响应会被转移为一带通频率响应。更明确地说，对混频器高频侧(差动输入端IN_P、IN_N)所承载的信号而言，该转移滤波器整体是等效于一带通滤波器，且该带通频率响应的中心频率即为本地振荡信号LO_IP、LO_IN、LO_QP、LO_QN的频率。因此，调整这些本地振荡信号的频率便可改变该带通滤波器的中心频率。由于具有相当高的品质因数(quality factor)且中心频率可被精准控制，转移滤波器近年来被广泛应用在无线通讯系统中，用以为前端接收电路过滤出特定目标频段内的信号。

图4是绘示转移滤波器23和测试模块24的一种详细实施范例。于此范例中，转移滤波器23包含一混频器23A及耦接于混频器23A的低频侧的基频滤波电路23B，而测试模块24包含数字-模拟转换器(DAC)24A、24B与一控制器24C。控制混频器23A的振荡信号LO_IP、LO_IN、LO_QP、LO_QN可由振荡信号产生器22提供。当信号处理系统200是处于测试模式，控制器24C会提供一组数字测试信号，交由数字-模拟转换器24A、24B产生相对应的一组模拟测试信号。如图4所示，数字-模拟转换器24A、24B是耦接于混频器23A的低频侧。基于混频器23A本身的特性，若数字-模拟转换器24A、24B于混频器23A的低频侧提供低频模拟信号，混频器23A的高频侧会产生相对应的高频模拟信号，等效于根据振荡信号LO_IP、LO_IN、LO_QP、LO_QN的频率，对该组低频模拟信号进行升频转换。

图5进一步呈现信号处理系统200的一种细部实施范例。此范例中的待测模块21为一信号接收电路，其具有一组差动信号输入端RFIN_P、RFIN_N，并且包含低噪声放大器21A、混频器21B、滤波器21C、放大器21D、模拟-数字转换器21E。如图5所示，混频器23A的高频侧的节点IN_P、IN_N分别耦接至低噪声放大器21A的输入端RFIN_P、RFIN_N。在不同模式中，转移滤波器23所扮演的角色不同。当信号处理系统200是处于正常运作模式，转移滤波器23是用以为低噪声放大器21A提供带通滤波的功能，协助滤出特定目标频段内的信号。相对地，当信号处理系统200处于测试模式，转移滤波器23的作用则是在于将测试模块24产生的测试信号进行升频转换，并将因此产生的高频测试信号提供至低噪声放大器21A的输入端RFIN_P、RFIN_N。也就是说，当信号处理系统200处于测试模式时，振荡信号产生器22、转移滤波器23、以及测试模块24即可视为是一测试信号产生器，用以产生一高频测试信号至待测模块的信号输入端。

测试者可根据实际需要决定测试模块24所产生的测试信号的频率和内容，这些性质皆不以特定型态为限。举例而言，该组测试信号亦可为直流信号。须说明的是，测试模块24的内部电路可根据所须要的测试信号有所调整，不一定要包含前述数字-模拟转换器。此外，于实际应用中，振荡信号产生器22可被设计为令振荡信号LO_IP、LO_IN、LO_QP、LO_QN的频率为可调整的。借此，提供至待测模块21的测试信号的频率亦为可调整的。

于一实施例中，振荡信号产生器22为包含于待测模块21中的固有元件，而非独立于待测模块21之外。举例而言，当待测模块21为一接收电路，振荡信号产生器22可为其中的本地振荡信号产生器。这种做法有助于降低信号处理系统200的整体成本。虽然在这个情况下，振荡信号产生器22未必为可调整的，但通过改变测试模块24所产生的测试信号的频率，转移滤波器23提供的高频测试信号的频率仍然为可调整的。

值得注意的是，由于振荡信号产生器22和转移滤波器23原本即可能为信号处理系统200所需要的元件，实现上述发明概念的整体成本远低于采用能提供高频信号的外部测试机台。此外，不同于图1呈现的测试架构，本发明的概念可应用在各种信号处理系统。举例而言，本发明的概念不受限于同一信号处理系统中的传送电路的形态，甚至可应用在不包含传送电路的信号处理系统。

于其他实施例中，转移滤波器23与待测模块21的连接关系可不同于图5所呈现者，以进行不同的测试。举例而言，混频器23A的高频侧的节点IN_P、IN_N可被分别耦接至低噪声放大器21A的两个输出端。或者，混频器23A的高频侧的节点IN_P、IN_N亦可是耦接至放大器21D的两个输出端。

于一实施例中，当信号处理系统200处于测试模式，图4中的基频滤波电路23B与混频器23A的低频侧间的连结被截断。易言之，在测试模式中，电容元件C_I、C_Q可被选择性地自混频器23A和测试模块24间的连结路径分离，以避免影响自测试模块24传递至混频器23A的测试信号。

于一实施例中，如图6A所示，信号处理系统200进一步包含一校正模块25。根据待测模块21回应于自转移滤波器23提供的该组高频测试信号所产生的测试结果(例如模拟-数字转换器21E的输出信号)，校正模块25为待测模块21决定一校正设定。借此，待测模块21中的不理想因素(例如元件间的不匹配)可被抵消，使待测模块21的输出结果更趋于理想值。以图6A呈现的架构为例，上述校正设定可用以调整模拟-数字转换器21E中的直流偏移(DC offset)。

于另一实施例中，如图6B所示，校正模块25产生的校正设定被用以控制测试模块24。如上所述，校正模块25在测试模式中为待测模块21决定一校正设定。随后当信号处理系统200处于正常运作模式时，校正模块25便控制测试模块24根据该校正设定将一组转换前校正信号提供至混频器23A的低频侧，以于混频器23A的高频侧产生一组校正信号。这组校正信号会与一般外部输入信号一同进入待测模块21。举例而言，该组转换前校正信号可包含一直流信号，使被送入待测模块21的该组校正信号得以补偿待测模块21中的不理想因素，例如消除直流偏移或载波泄漏(carrier leakage)。于实际应用中，转移滤波器23于两节点IN_P、IN_N送出的校正信号可不相同，各自根据实际需要，为两差动路径提供不同的校正量。这些校正设定和校正信号的设计方式为本发明所属技术领域中具有通常知识者所知，因此不再赘述。

如图7所示，本发明的概念亦可应用在具有单端(single-ended)输入的待测装置。信号处理系统700中的待测模块71与待测模块21相似，其主要差别在于低噪声放大器71A、混频器71B、滤波器71C、放大器71D、模拟-数字转换器71E所处理的信号为单端信号，而非差动信号。在这个情况下，可将转移滤波器23的两差动输入端IN_P、IN_N其中之一(于此范例中为输入端IN_N)连接至低噪声放大器71A的输入端RFIN，并将转移滤波器23的另一输入端(于此范例中为输入端IN_P)接地。相似地，测试模块24所提供的信号可被转移滤波器23升频转换，并传递至待测模块71，做为测试或校正之用。

根据本发明的另一具体实施例为一种利用一转移滤波器产生一高频测试信号的测试方法，其流程图是绘示于图8。该转移滤波器包含一混频器。该混频器具有一高频侧与一低频侧。首先，步骤S82为将一测试信号提供至该低频侧，以于该混频器的该高频侧产生一高频测试信号。随后，步骤S84为将该高频测试信号提供至一待测模块的一信号输入端。在相对于该测试模式的一正常运作模式中，该转移滤波器为该待测模块提供一滤波功能。

先前在介绍信号处理系统200时描述的各种操作变化(例如于测试之后进一步进行校正)亦可应用至上述信号处理系统700和测试流程800，其细节不再赘述。

如上所述，本发明提出一种内建自我测试功能的信号处理系统及其测试方法。借由利用转移滤波器于芯片内部产生测试信号，整体测试成本可被大幅降低。此外，本发明提出的测试方案不受限于同一信号处理系统中的传送电路的形态，亦可应用在不包含传送电路的信号处理系统。

借由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所披露的较佳具体实施例来对本发明的保护范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范畴内。

Claims (19)

1.一种信号处理系统，包含：

一待测模块，具有一信号输入端；

一振荡信号产生器，用以产生一组振荡信号；

一转移滤波器，包含一基频滤波电路与受该组振荡信号控制的一混频器，该混频器具有一高频侧与一低频侧，该高频侧是耦接至该待测模块的该信号输入端，该基频滤波电路耦接于该低频侧；以及

一测试模块，用以提供一测试信号至该低频侧，以于该混频器的该高频侧产生一高频测试信号；

其中，于一测试模式中，该转移滤波器提供该高频测试信号至该待测模块的信号输入端；而于一正常运作模式中，该转移滤波器为该待测模块提供一滤波功能。

2.如权利要求1所述的信号处理系统，其特征在于，该组振荡信号的振荡频率为可调整的。

3.如权利要求1所述的信号处理系统，其特征在于，该测试信号的一频率为可调整的。

4.如权利要求1所述的信号处理系统，其特征在于，当该信号处理系统处于该测试模式时，该测试模块提供该测试信号。

5.如权利要求4所述的信号处理系统，其特征在于，当该信号处理系统处于该测试模式时，该基频滤波电路与该低频侧间的连结被截断。

6.如权利要求1所述的信号处理系统，其特征在于，该测试信号为一直流信号。

7.如权利要求1所述的信号处理系统，其特征在于，该测试模块包含一数字-模拟转换器，用以输出一低频信号做为该测试信号。

8.如权利要求1所述的信号处理系统，进一步包含：

一校正模块，用以根据该待测模块响应于该高频测试信号所产生的一测试结果产生一校正设定。

9.如权利要求8所述的信号处理系统，其特征在于，当该信号处理系统处于该正常运作模式时，该测试模块根据该校正设定将一转换前校正信号提供至该低频侧，以于该混频器的该高频侧产生一校正信号。

10.如权利要求9所述的信号处理系统，其特征在于，该转换前校正信号为一直流信号。

11.一种利用一转移滤波器产生一高频测试信号的测试方法，该转移滤波器包含一混频器，该混频器具有一高频侧与一低频侧，该测试方法包含：

将一测试信号提供至该低频侧，以于该混频器的该高频侧产生一高频测试信号；以及

于一测试模式中，将该高频测试信号提供至一待测模块的一信号输入端；

其中，于一正常运作模式中，该转移滤波器为该待测模块提供一滤波功能。

12.如权利要求11所述的测试方法，其特征在于，该混频器受一组振荡信号控制；该测试方法进一步包含：

调整该组振荡信号的振荡频率。

13.如权利要求11所述的测试方法，进一步包含：

调整该测试信号的一频率。

14.如权利要求11所述的测试方法，其特征在于，该测试信号为一直流信号。

15.如权利要求11所述的测试方法，进一步包含：

根据该待测模块回应于该高频测试信号所产生的一测试结果，为该待测模块决定一校正设定。

16.如权利要求15所述的测试方法，进一步包含：

当该待测模块处于该正常运作模式，根据该校正设定将一转换前校正信号提供至该低频侧，以于该混频器的该高频侧产生一校正信号。

17.一种测试信号产生器，用以提供一高频测试信号至一待测模块的一信号输入端，其包含：

一振荡信号产生器，用以产生一振荡信号；

一转移滤波器，包含一基频滤波电路与受该振荡信号控制的一混频器，该混频器具有一高频侧与一低频侧，该高频侧是耦接至该待测模块的该信号输入端，该基频滤波电路耦接于该低频侧；以及

一测试模块，用以提供一测试信号至该低频侧，以于该混频器的该高频侧产生该高频测试信号；

其中，于一测试模式中，该转移滤波器提供该高频测试信号至该待测模块的信号输入端；而于一正常运作模式中，该转移滤波器为该待测模块提供一滤波功能。

18.如权利要求17所述的测试信号产生器，其特征在于，该测试信号为一直流信号。

19.如权利要求17所述的测试信号产生器，其特征在于，该测试模块包含一数字-模拟转换器，用以输出一低频信号做为该测试信号。