CN106911321A - 一种快速调谐电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种快速调谐电路，在测试状态和工作状态之间切换，所述快速调谐电路电连接待调谐电路，包括：信号发生器，用于产生恒定幅度、单一频率的待调谐电路输入信号(Vin)；所述频率等于调谐要达到的频率目标值(fcs)；信号检测器，用于比较检测待调谐电路输出信号(Vout)的特征；频率调试单元，用于在测试状态时输出可变的频率调谐模拟信号(VA)或可变的频率固化控制信号、改变待调谐电路的特征频率；频率固化单元，用于在工作状态时输出频率固化控制信号、固化待调谐电路的调谐频率。这种快速调谐电路，结构简单、成本低且只需进行一轮电路特征频率的测试即可得到精度更高的调谐频率，大幅度降低生产测试时间和成本、提高了产品性能。

Description

一种快速调谐电路
技术领域
本发明涉及集成电路生产制造领域，具体涉及作为集成电路生产测试电路的一种快速调谐电路。
背景技术
在电子电路中，经常需要对电路的频率特性进行调整，比如：调谐放大器、带通滤波器的中心频率，高通、低通滤波器的-3dB截止频率等。
在各种需要进行频率调谐的电路中，有一类电路在正常工作时，其输入信号频率是固定不变的，电路的频率特性也是固定不变的，但是在产品的生产测试过程中需要对电路的特征频率(比如，中心频率或者-3dB截止频率)进行调谐，使得电路能正确处理输入信号，一旦调谐好，电路的频率特性就是固定不变的。对这类产品而言，如何快速而准确的进行频率调谐对提高产品性能和生产测试效率，降低产品成本至关重要，尤其是在集成电路的生产测试上，快速、准确、简单的频率调谐技术及电路成为研发的一大难点。
这类电路的特征频率fc一般可以由二元函数计算得到公式①:
fC＝F(K1,Tn) ①
其中，K1是和工艺、电路偏置电流相关的电路常数，K1是未知的，Tn是调谐频率的控制信号的幅度，Tn的初始值Ti是已知的。
这类电路传统的频率调谐方法的频谱示意图如图1所示，其中，fci是电路特征频率的初始值，fcs是调谐要达到的频率目标值。电路的输入信号是一个周期性信号，可以是正弦波，也可以是方波或者三角波，保持电路的输入信号幅度不变，输入信号的频率在fs1和fsn之间变化，电路特征频率相对不变，然后测试电路在不同输入信号频率下的输出信号，当输入信号频率等于fs2时，输入信号频率等于或接近fci，即输入信号频率和fci相匹配时，输出信号满足某一特定要求，比如幅度最大，此时得到电路的初始特征频率fci≈fs2，即得到公式②：
fS2＝F(K1,Ti) ②
而调谐要达到的特征频率为公式③：
fCS＝F(K1,TCS) ③
联立公式①、②可以得到Tcs，然后在电路中将调谐控制信号Tn的幅度固化为Tcs，就能将电路的特征频率调谐并固化到目标频率fcs上。
但是，用理论公式计算出的Tn数值和实际需要的值有偏差，导致调谐后的电路特征频率和目标频率fcs之间的偏差较大，所以还需要再进行一轮上面所述的特征频率的测试，以验证调谐固化后的特征频率，并滤除特征频率偏差较大的不良品。
传统调谐技术的缺点在于：首先，传统技术要进行两轮电路特征频率的测试，在每一轮测试中，输入信号的频率都会从fs1变化到fsn，然后测试电路在各个信号频率下的输出信号，这样的测试过程，效率低，时间长，特别是在集成电路的生产测试中，测试成本高；其次，用理论公式计算出的Tn数值和实际需要的值有偏差，导致调谐固化后的电路特征频率和目标频率fcs之间的偏差较大，从而使得集成电路性能较差，也造成产品良率下降，成本升高。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种快速调谐电路，结构简单、精度高且能快速完成集成电路生产的频率调谐步骤，从而能提高产品生产测试效率，降低成本，同时也提高了产品性能。
本发明的上述技术问题这样解决：构建一种快速调谐电路，与待调谐电路电连接，其特征在于，该快速调谐电路在测试状态和工作状态之间切换，包括：
信号发生器，用于产生恒定幅度、单一频率的待调谐电路输入信号(Vin)；所述频率等于调谐要达到的频率目标值(fcs)；
信号检测器，用于比较检测待调谐电路输出信号(Vout)的特征；
频率调试单元，用于在测试状态时输出可变的频率调谐模拟信号(VA)或可变的频率固化控制信号、改变待调谐电路的特征频率；
频率固化单元，用于在工作状态时输出频率固化控制信号、固化待调谐电路的调谐频率。
按照本发明提供的快速调谐电路，所述信号发生器是正弦波信号发生器或余弦波信号发生器。
按照本发明提供的快速调谐电路，所述频率调试单元是频率调谐模拟信号发生单元；所述频率调谐模拟信号发生单元和频率固化单元通过二选一切换开关共同电连接所述待调谐电路。
按照本发明提供的快速调谐电路，所述频率调试单元包括二进制串行数据发生单元；所述二进制串行数据发生单元依次电连接用于输出所述可变的频率固化控制信号的移位寄存器和用于接收所述可变的频率固化控制信号的所述频率固化单元。
按照本发明提供的快速调谐电路，所述频率调试单元包括二进制串行数据发生单元；所述二进制串行数据发生单元依次电连接用于输出所述可变的频率固化控制信号的计数器和用于接收所述可变的频率固化控制信号的所述频率固化单元。
按照本发明提供的快速调谐电路，所述信号检测器包括依次电连接的包络检波器和低通滤波器。
按照本发明提供的快速调谐电路，所述信号检测器还可以包括放大器或跟随器，放大器或跟随器的位置可变化。
按照本发明提供的快速调谐电路，所述低通滤波器输出电连接电压计。
本发明提供的快速调谐电路，与现有技术相比，具有以下优势：
1、电路简单、成本低；
2、只需进行一轮电路特征频率的测试，可大幅度降低生产测试时间和成本；
3、得到的调谐频率精度高，提高了产品性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。
图1是传统的频率调谐技术的频谱示意图；
图2是本发明的频率调谐技术的频谱示意图；
图3是本发明第一优选实施例的快速调谐电路电路结构示意图；
图4是本发明第二优选实施例的快速调谐电路电路结构示意图；
图5是图3和4所示快速调谐电路中可以采用的交流测试转换直流测试单元的电路结构示意图。
其中附图标记：
fs1、fs2、…、fsn-输入信号的频率，fcs-调谐要达到的频率目标值，Tn-频率调谐控制信号，Vin-输入信号，Bn...B1B0-二进制串行数据，Q0、Q1、…、Qn-并行的逻辑控制信号即可变的频率固化控制信号，Vout-输出信号，VA-频率调谐模拟信号，SW1-开关，1-第1开关接触点，2-第2开关接触点，3-第3开关接触点。
具体实施方式
首先，说明本发明的核心：
第一，输入信号Vin是一个幅度不变的正弦波或者余弦波，其频率固定为目标频率fcs不变，频率调谐是通过变化待调谐电路的特征频率去匹配输入信号频率来实现的；第二，本发明电路设置两种工作状态，即测试状态和正常工作状态，在测试状态下，待调谐电路的特征频率随着输入的控制信号的变化而变化，当输出信号Vout满足某一特定要求时，待调谐电路的特征频率和输入信号频率相匹配，记下此时所对应的输入控制信号的数值，然后在正常工作状态下，将频率固化控制信号设置为输入控制信号所对应的数值就能将待调谐电路的特征频率准确的调谐并固化到目标频率fcs上；第三，本发明只需进行一轮电路特征频率的测试，缩短了测试时间。
第二，说明本发明原理和出发点：
在图1所示的传统技术中，输入信号一定是一个周期性信号，可以是正弦波，也可以是方波或者三角波，只要能满足电路特征频率的测试就可以。方波或者三角波都可以展开成傅里叶级数，它们的傅里叶级数表明，方波或者三角波里除了基频成分外，还包括了各种高次谐波成分，当方波或者三角波输入到具有某种频率特性的电路时，可能会产生一些新的频率成分或者被滤除一些频率成分，从而输出信号发生畸变，输出信号的畸变可能是波形上的、也可能是幅度上的、还可能是频率或相位上的变化，从而使得特征频率的测试不易判断，故需要在一定频率范围内变化输入信号频率并对比在各个频率点上的输出信号的特性，以筛选出电路特征频率。在所有的周期信号中，只有正弦波和余弦波只包含了基频成分而没有高次谐波成分，当正弦波或者余弦波输入到具有某种频率特性的电路时，输出信号最多只会出现幅度或相位上的变化，单纯依据幅度或相位的变化去测试电路特征频率就简单得多，本发明就是根据这个原理提出的。
本发明的频率调谐技术的频谱示意图如图2所示，其中，fcs是调谐要达到的频率目标值，电路的输入信号是一个正弦波或者余弦波，保持输入信号的幅度、频率和相位不变，输入信号的频率固定为fcs，调整调谐频率的控制信号Tn的幅度，使得电路特征频率在fc1和fcn之间变化，然后测试电路在不同电路特征频率下的输出信号，当电路特征频率等于或接近fcs，即电路特征频率和输入信号频率相匹配时，输出信号满足某一特定要求，比如幅度最大，此时的调谐控制信号Tn所对应的幅度就是其目标值Tcs，然后在电路中将调谐控制信号的幅度固化为Tcs，就能将电路的特征频率调谐并固化到频率fcs上。
因为本发明的调谐控制信号的幅度目标值Tcs不是理论计算的数值，而是实际测量的值，所以采用本发明的频率调谐技术得到的电路特征频率的精度高，而且只需进行一轮电路特征频率的测试，大幅度减少了测试时间和生产测试成本，甚至电路特征频率在fc1和fcn之间的一轮变化都不用测试完，比如，测试带通滤波器的中心频率，只需测试出输出信号幅度逐渐变大然后又开始变小时，就可以停止测试了，这样就进一步减少了测试时间和生产测试成本。而本发明调谐固化后的电路特征频率的测试验证，只需测试调谐固化后的输出信号幅度和前面测试的结果是否相符即可，由于只测一个频率点上的输出，其测试时间几乎可以忽略不计。
第三，结合本发明第一较佳实施例和第二较佳实施例进一步对本发明进行详细说明：
㈠一较佳实施例
本发明的第一较佳实施例，结构如图3所示，在频率固化单元的基础上增加了移位寄存器并为频率固化单元设置两种工作状态。其中，输入信号Vin是一个正弦波或者余弦波，保持Vin的幅度、频率和相位不变，Vin的频率固定为目标频率fcs不变；移位寄存器将其输入端的二进制串行数据Bn...B1B0转换为并行的逻辑控制信号Q0、Q1、…、Qn；待调谐电路的特征频率随着频率调谐控制信号Tn的变化而变化；频率固化单元有两种工作状态，即测试状态和正常工作状态，在测试状态下，频率固化单元在信号Q0、Q1、…、Qn的控制下输出可变的频率调谐控制信号Tn，此时频率固化控制信号不起作用；而在正常工作状态下，频率固化单元在频率固化控制信号的控制下输出频率调谐控制信号Tn，此时信号Q0、Q1、…、Qn不起作用。在测试状态下，待调谐电路的特征频率随着输入的二进制串行数据Bn...B1B0的变化而变化，当输出信号满足某一特定要求，比如幅度最大时，待调谐电路的特征频率和输入信号频率相匹配，记下此时所对应的串行数据Bn...B1B0，然后在正常工作状态下，将频率固化控制信号设置为Bn...B1B0所对应的数值就能将频率调谐控制信号Tn的幅度固化为目标值Tcs，从而将待调谐电路的特征频率准确的调谐并固化到目标频率fcs上。
图3中的移位寄存器还可以用计数器来代替，相应的，计数器的输入信号变为一个脉冲信号，在测试状态下，待调谐电路的特征频率随着计数器输入端的脉冲个数的变化而变化，当输出信号满足某一特定要求时，待调谐电路的特征频率和输入信号频率相匹配，记下此时所对应的输入脉冲个数N，然后在正常工作状态下，将频率固化控制信号设置为脉冲个数N所对应的数值就能将待调谐电路的特征频率准确的调谐并固化到目标频率上。
㈡第二较佳实施例
本发明的第二个较佳实施例，电路结构如图4所示，与图3的区别是：通过开关SW1将电路设置成两种工作状态。其中，输入信号Vin是一个正弦波或者余弦波，保持Vin的幅度、频率和相位不变，Vin的频率固定为目标频率fcs不变；待调谐电路的特征频率随着频率调谐控制信号Tn的变化而变化；电路有两种工作状态，即测试状态和正常工作状态，在测试状态下，开关SW1的接触点1、3连通，接触点2、3断开，待调谐电路的特征频率随着输入的频率调谐模拟信号VA的变化而变化；而在正常工作状态下，开关SW1的接触点1、3断开，接触点2、3连通，待调谐电路的特征频率随着频率固化单元输出信号VT的变化而变化。在测试状态下，待调谐电路的特征频率随着输入的频率调谐模拟信号VA的变化而变化，当输出信号Vout满足某一特定要求时，待调谐电路的特征频率和输入信号频率相匹配，记下此时所对应的频率调谐模拟信号幅度VAT，然后在正常工作状态下，将频率固化控制信号设置为VAT所对应的数值就能将频率固化单元的输出信号幅度固化为VAT，从而将待调谐电路的特征频率准确的调谐并固化到目标频率fcs上。
图3-4对应的第一和第二较佳实施例，当只测试输出信号Vout的幅度时，还可以将Vout的幅度转换为一个直流电平进行测试，从而进一步减少生产测试时间，电路如图5所示，图5电路中还可以包括放大器或跟随器，放大器或跟随器位置可变化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种快速调谐电路，与待调谐电路电连接，其特征在于，该快速调谐电路在测试状态和工作状态之间切换，包括：
信号发生器，用于产生恒定幅度、单一频率的待调谐电路输入信号(Vin)；所述频率等于调谐要达到的频率目标值(fcs)；
信号检测器，用于比较检测待调谐电路输出信号(Vout)的特征；
频率调试单元，用于在测试状态时输出可变的频率调谐模拟信号(VA)或可变的频率固化控制信号、改变待调谐电路的特征频率；
频率固化单元，用于在工作状态时输出频率固化控制信号、固化待调谐电路的调谐频率。
2.根据权利要求1所述快速调谐电路，其特征在于，所述信号发生器是正弦波信号发生器或余弦波信号发生器。
3.根据权利要求1所述快速调谐电路，其特征在于，所述频率调试单元是用于产生可变的频率调谐模拟信号(VA)的频率调谐模拟信号发生单元；所述频率调谐模拟信号发生单元和频率固化单元通过二选一切换开关(SW1)共同电连接所述待调谐电路。
4.根据权利要求1所述快速调谐电路，其特征在于，所述频率调试单元包括二进制串行数据发生单元；所述二进制串行数据发生单元依次电连接移位寄存器和用于接收所述可变的频率固化控制信号的所述频率固化单元。
5.根据权利要求1所述快速调谐电路，其特征在于，所述频率调试单元包括二进制串行数据发生单元；所述二进制串行数据发生单元依次电连接计数器和用于接收所述可变的频率固化控制信号的所述频率固化单元。
6.根据权利要求1-5任一项所述快速调谐电路，其特征在于，所述信号检测器包括依次电连接的包络检波器和低通滤波器。
7.根据权利要求6所述快速调谐电路，其特征在于，所述信号检测器还包括放大器或跟随器。
8.根据权利要求7所述快速调谐电路，其特征在于，低通滤波器输出电连接电压计。
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