CN108254666A - 一种针对蓝牙系统级的晶圆测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种针对蓝牙系统级的晶圆测试装置及方法，装置包括：测试接口、收发数据内存、发送模块、数字频率合成器、锁相环和接收模块；所述测试接口的一端用于与外部探针机进行通讯，测试接口的另一端通过总线与收发数据内存实现数据交互；发送模块的第一输入端连接至收发数据内存的输出端，第二输入端连接数字频率合成器，第三输入端连接锁相环；接收模块的第一输入端连接至发送模块的输出端，第二输入端连接锁相环，第三输入端连接数字频率合成器，输出端连接至收发数据内存的输入端；当进行晶圆测试时，通过发送模块和接收模块进行内部自循环，实现了自发自收，测试了天线连接之外所有相关的射频、模拟和数字逻辑；提高了测试覆盖率。
Description
技术领域
本发明属于芯片测试技术领域，尤其涉及一种针对蓝牙系统级的晶圆测试装置及方法。
背景技术
在晶圆测试（Wafer Probing）时，可以通过一些基本的测试剔除有功能缺陷的芯片。但是由于使用探针测试限制了测试信号的速度，无法直接给芯片输入一个高频信号，难以对蓝牙芯片的射频模块进行较完整的性能测试。
通常做法需要对这些初步筛选出来的芯片进行封装，之后做成品测试（FinalTesting）才能剔除模拟通路性能未达标的废品。这样的做法增加了后道成本，增加了不少不良品的封装费用。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种针对蓝牙系统级的晶圆测试装置及方法，旨在解决现有技术中对蓝牙芯片的晶圆级测试的测试覆盖率低问题。
本发明提供了一种针对蓝牙系统级的晶圆测试装置，包括：测试接口、收发数据内存、发送模块、数字频率合成器、锁相环和接收模块；所述测试接口的一端用于与外部探针机进行通讯，所述测试接口的另一端通过总线与所述收发数据内存实现数据交互；所述发送模块的第一输入端连接至所述收发数据内存的输出端，所述发送模块的第二输入端连接所述数字频率合成器，所述发送模块的第三输入端连接所述锁相环；所述接收模块的第一输入端连接至所述发送模块的输出端，所述接收模块的第二输入端连接所述锁相环，所述接收模块的第三输入端连接所述数字频率合成器，所述接收模块的输出端连接至所述收发数据内存的输入端；当进行晶圆测试时，通过所述发送模块和所述接收模块进行内部自循环，实现了自发自收，并通过对比所述收发数据内存中接收缓存区和发送缓存区的数据来统计错误的位数并计算是否达到预期的位错误率，当达到预期的位错误率时芯片整体功能和性能指标都满足蓝牙通讯，芯片测试通过；否则标记该芯片存在缺陷；测试芯片中除了天线连接之外所有相关的射频、模拟和数字逻辑；提高了测试覆盖率。
更进一步地，发送模块包括：链接层发送单元、调制器、选择器、第一信号混合器、数模转换器、发送低噪声放大器、第三信号混合器和发送功率放大器；所述链接层发送单元的输入端作为所述发送模块的第一输入端，调制器的输入端连接至链接层发送单元的输出端，第一信号混合器的第一输入端连接至调制器的输出端，第一信号混合器的第二输入端作为所述发送模块的第二输入端，选择器的第一输入端连接至调制器的输出端，选择器的第二输入端连接至第一信号混合器的输出端，数模转换器的输入端连接至选择器的输出端，发送低噪声放大器的输入端连接至数模转换器的输出端，第三信号混合器的第一输入端连接至发送低噪声放大器的输出端，第三信号混合器的第二输入端作为所述发送模块的第三输入端，发送功率放大器的输入端连接至第三信号混合器的输出端，发送功率放大器的输出端作为所述发送模块的输出端。
更进一步地，工作时，通过测试接口写入需要发送数据内容和类型到收发数据内存，由链接层发送单元打包，经过调制器调制为蓝牙基带信号，选择器选择测试通路，将基带信号和数字频率合成器提供的中频混合之后通过数模转换器转换为模拟信号输出给射频模拟电路；中频信号由低噪声放大器放大之后和锁相环提供的载频经过第三信号混合器混合之后再由功率放大器放大以便发送。
更进一步地，接收模块包括：链接层接收单元、解调器、模数转换器、 接收低噪声放大器、接收功率放大器、测试回路放大器、第二信号混合器、第四信号混合器和噪声发生器；所述测试回路放大器的第一输入端连接至噪声发生器，测试回路放大器的第二输入端作为所述接收模块的第一输入端，接收功率放大器的输入端通过开关连接至测试回路放大器的输出端，第四信号混合器的第一输入端作为所述接收模块的第二输入端，第四信号混合器的第二输入端连接至接收功率放大器的输出端，接收低噪声放大器的输入端连接至第四信号混合器的输出端，模数转换器的输入端连接至接收低噪声放大器的输出端，第二信号混合器的第一输入端作为所述接收模块的第三输入端，第二信号混合器的第二输入端连接至模数转换器的输出端，解调器的输入端连接至第二信号混合器的输出端，链接层接收单元的输入端连接至解调器的输出端，链接层接收单元的输出端作为所述接收模块的输出端。
更进一步地，工作时，功率放大器放大后的信号不再连接天线，而是通过测试回路放大器衰减信号到各个测试模式期望的输入功率水平；并启动噪声发生器降低信噪比来测试蓝牙芯片的抗噪能力；测试回路放大器的输出通过功率放大器后再和锁相环提供的载频经过第四信号混合器混合得到模拟中频信号，再经过低噪声放大器输入模数转换器转换为数字中频信号；数字信号提供给数字电路，先和数字频率合成器输出的中频信号混合得到基带信号，基带信号经过解调器解调制后得到蓝牙数据包，由链接层接收单元解包之后保存包负载到收发数据内存中。
本发明还提供了一种针对蓝牙系统级的晶圆测试方法，包括下述步骤：
S1：通过测试接口输入测试向量，系统进入自回送测试状态；
S2：输入需要发送的包的类型和内容，保存在收发数据内存中对应的发送缓存区；
S3：启动蓝牙芯片发送和接收数据通道的所有相关数字、模拟模块的电源和时钟；
S4：通过测试系统的基本功能是否正常来为各个模块配置合适的参数；
S5：判断收发数据内存中接收缓存区内链接层接收单元收到的数据是否和发送缓存区内的数据一致；若是，则转入步骤S6；若否，则标记该芯片有缺陷；
S6：通过测试整个系统的性能是否符合要求来修改发送低噪声放大器和功率放大器的增益、测试回路放大器衰减系数和测试噪声发生器输出能量，使得接收模块得到的信号达到测试需要的信噪比；
S7：为了避免包同步头检测影响测试，可以增加包同步头的错误位数容忍数至最大；如果接受包同步头成功，则继续接收蓝牙包，并转入步骤S8，如果失败，表示错误数量已经超过极限，标记该芯片有缺陷；
S8：通过对比收发数据内存中接收缓存区和发送缓存区的数据来统计错误的位数并计算是否达到预期的位错误率（BER）；若是，则转入步骤S9，否则标记该芯片存在缺陷；
S9：芯片整体功能和性能指标都满足蓝牙通讯，芯片测试通过。
更进一步地，在步骤S4中，为各个模块配置合适的参数具体包括：将数字电路设置为测试回路模式；锁相环的时钟频率选择一个整倍数输出频率以减少干扰；各个发送、接收的放大器配置中等增益倍数；测试回路放大器配合调节到合适的衰减系数，使得接收到用来解调的信号电平稳定为最高电平一半左右。
更进一步地，在步骤S6中，所述信噪比由噪声发生器来调整。
更进一步地，在步骤S8中，当标记该芯片存在缺陷的同时记录位错误率。
更进一步地，在步骤S8中，所述预期的位错误率可以设置为0.1%。
本发明提供的针对蓝牙系统级的晶圆测试装置及方法具有如下技术效果：
（1）针对晶圆测试时的探针对输入信号速度的限制无法直接输入测试需要的高频信号导致难以对蓝牙芯片的射频模块进行较完整的性能测试，本发明采用芯片内射频电路发送和接收模块自循环回送的测试方式，实现了自发自收，可以对蓝牙芯片的射频模块进行完整的性能测试。
（2）本发明只需要增加一些测试可选通的连接通路和中频信号混合器，便可以在芯片内部利用自有的发射模块和接收模块实现完整的射频信号通讯；解决了现有的测试机只能使用探针而无法输入高频信号测试芯片的射频电路的问题，同时替代了现有技术中只有当芯片封装后连接天线或者波导线来进行再次测试蓝牙芯片射频电路的技术方案。
（3）整个蓝牙系统可以采取内部发送和接收模块自循环；并通过对比收发数据内存中接收缓存区和发送缓存区的数据来统计错误的位数并计算是否达到预期的位错误率，当达到预期的位错误率时芯片整体功能和性能指标都满足蓝牙通讯，芯片测试通过；否则标记该芯片存在缺陷；测试芯片中除了天线连接之外所有相关的射频、模拟和数字逻辑；提高了测试覆盖率。
（4）本发明在晶圆测试期间就可以测试蓝牙芯片整个系统，提前剔除了存在性能缺陷的芯片，降低后道工序和封装成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的蓝牙自回送测试系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的针对蓝牙系统级的晶圆测试方法的实现流程图。
其中，1为测试接口，2为收发数据内存，3为链接层发送单元，4为链接层接收单元，5为调制器，6为解调器，7为数字频率合成器，8为数模转换器，9为模数转换器，10为锁相环，11为发送低噪声放大器，12为接收低噪声放大器，13为接收功率放大器，14为发送功率放大器，15为测试回路放大器，16为选择器，17为第一信号混合器，18为第二信号混合器，19为第三信号混合器，20为第四信号混合器，21为噪声发生器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明适用于芯片测试领域，提供了一种针对蓝牙系统级的晶圆测试装置，如图1所示，晶圆测试装置包括：测试接口1、收发数据内存2、链接层发送单元3、链接层接收单元4、调制器5、解调器6、数字频率合成器7、数模转换器8、模数转换器9、锁相环10、发送低噪声放大器11、接收低噪声放大器12、发送功率放大器14、接收功率放大器 13、测试回路放大器15、选择器16、第一信号混合器17、第二信号混合器18、第三信号混合器19、第四信号混合器20和噪声发生器21；测试接口1的一端用于与外部探针机进行通讯，测试接口1的另一端通过总线与收发数据内存2实现数据交互；链接层发送单元3的输入端连接至收发数据内存2的输出端，调制器5的输入端连接至链接层发送单元3的输出端，第一信号混合器17的第一输入端连接至调制器5的输出端，第一信号混合器17的第二输入端连接至数字频率合成器7的输出端，选择器16的第一输入端连接至调制器5的输出端，选择器16的第二输入端连接至第一信号混合器17的输出端，数模转换器8的输入端连接至选择器16的输出端，发送低噪声放大器11的输入端连接至数模转换器8的输出端，第三信号混合器19的第一输入端连接至发送低噪声放大器11的输出端，第三信号混合器19的第二输入端连接至锁相环10的输出端，发送功率放大器14的输入端连接至第三信号混合器19的输出端，测试回路放大器15的第一输入端连接至噪声发生器21，测试回路放大器15的第二输入端连接至发送功率放大器14的输出端，接收功率放大器 13的输入端通过开关连接至测试回路放大器15的输出端，第四信号混合器20的第一输入端连接至锁相环10，第四信号混合器20的第二输入端连接至接收功率放大器 13的输出端，接收低噪声放大器12的输入端连接至第四信号混合器20的输出端，模数转换器9的输入端连接至接收低噪声放大器12的输出端，第二信号混合器18的第一输入端连接至数字频率合成器7的输出端，第二信号混合器18的第二输入端连接至模数转换器9的输出端，解调器6的输入端连接至第二信号混合器18的输出端，链接层接收单元4的输入端连接至解调器6的输出端，链接层接收单元4的输出端连接至收发数据内存2的输入端。
其中，测试接口1负责通过管脚和探针机通讯，并通过总线访问芯片内部的内存2和寄存器。链接层发送单元3和链接层接收单元4分别负责蓝牙包的内容和收发时序控制。发送的内容来自内存2的发送缓存区，接收到的数据包也保存在内存2的接收缓存区。调制器5和解调器6分别根据蓝牙包的类型，负责调制和解调蓝牙的数字信号。数字频率合成器7用于产生中频，再自回送测试模式中复用，同时提供混合待发送的基频数字信号，并将接收到的数字信号混合到基频。数模转换器8用于将发送的蓝牙基带（正常通信）/中频（测试通路）数字信号转换为模拟信号。模数转换器9用于将接收到的蓝牙中频模拟信号转换为数字信号。锁相环10提供载频需要的高频波形，自回路测试中同时复用给发送和接收模块。发送低噪声放大器11、接收低噪声放大器12、发送功率放大器14、接收功率放大器 13和测试回路放大器15中的各个放大器用于模拟通路中在发送或者接收模拟通路中负责放大信号的模块，可以配置每个放大器具体的倍数。噪声发生器21用于调整接收通路的信噪比，在自回路测试中可以评估是否达到灵敏度、邻台干扰等指标。
本发明提供的针对蓝牙系统级的晶圆测试装置的工作原理如下：测试机台通过1测试接口写入需要发送数据内容和类型到内存2，由链接层发送单元3打包。经过调制器5调制为蓝牙基带信号。选择器16选择测试通路，将基带信号和数字频率合成器7提供的中频混合之后通过数模转换器8转换为模拟信号输出给射频模拟电路。中频信号由低噪声放大器11放大之后和锁相环10提供的载频混合之后再由功率放大器14放大以便发送。但是测试时候不再连接天线，而是模拟选择器选择回连接收模块。为了满足接收的信号功率水平，可能需要放大器15衰减信号到各个测试模式期望的输入功率水平；并且在某些情况下可以启动放大器的参考端的噪声发生器已降低信噪比来测试一些蓝牙芯片的抗噪能力。接收模块和发送电路类似但方向相反，通过功率放大器13之后再和锁相环10提供的载频混合得到模拟中频信号，再经过低噪声放大器12输入模数转换器9转换为数字中频信号。数字信号提供给数字电路，先和数字频率合成器7输出的中频信号混合得到基带信号。基带信号经过解调器6解调制后得到蓝牙数据包，由链接层接收单元4解包之后保存包负载到内存2中。最后可以由测试接口1通过探针读出比较。
本发明还提供了一种针对蓝牙系统级的晶圆测试方法，如图2所示，具体实现流程如下：
步骤1：通过测试接口输入测试向量，系统进入自回送测试状态；
步骤2：输入需要发送的包的类型和内容，保存在内存中对应的发送缓存区。
步骤3：启动蓝牙芯片发送和接收数据通道的所有相关数字、模拟模块的电源和时钟。
步骤4：第一次先测试系统的基本功能是否正常。为各个模块配置合适的参数：包括数字电路设置测试回路模式；锁相环的时钟频率选择一个整倍数输出频率以减少干扰；各个发送、接收的放大器配置中等增益倍数；测试回路放大器配合调节到合适的衰减系数，使得接收到用来解调的信号电平稳定为最高电平一半左右。
步骤5：对比内存中接收缓存区内链接层接收单元收到的数据，是否和发送缓存区内数据一致。如果一致继续，否则标记该芯片有缺陷。
步骤6：第二次再测试整个系统的性能是否符合要求。修改发送低噪声放大器和功率放大器的增益、测试回路放大器衰减系数和测试噪声发生器输出能量，使得接收模块得到的信号达到测试需要的信噪比。
步骤7：由于信噪比较低时会有一定的位错误率（BER），由此导致接收包头错误位数超过系统预先设置的最大错误位数而无法收到同步头，这个情况下该次收包会无法完成。这个类型错误无法完整统计整个包的位错误率，所以需要特别处理重发再测试。当多次接收都失败之后可以标记该芯片有质量缺陷。
步骤8：当成功接收到包时，通过对比内存中接收缓存区和发送缓存区的数据来统计错误的位数，计算是否达到预期的位错误率（BER）。如果未达到预期（比如0.1%），也需要标记该芯片存在缺陷，并可以记录改错误率。
步骤9：通过测试的芯片，可以认为其整体功能和性能指标都可以满足蓝牙通讯。标记通过，进行后道工序。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种针对蓝牙系统级的晶圆测试装置，其特征在于，包括：测试接口（1）、收发数据内存（2）、发送模块、数字频率合成器（7）、锁相环（10）和接收模块；
所述测试接口（1）的一端用于与外部探针机进行通讯，所述测试接口（1）的另一端通过总线与所述收发数据内存（2）实现数据交互；
所述发送模块的第一输入端连接至所述收发数据内存（2）的输出端，所述发送模块的第二输入端连接所述数字频率合成器（7），所述发送模块的第三输入端连接所述锁相环（10）；
所述接收模块的第一输入端连接至所述发送模块的输出端，所述接收模块的第二输入端连接所述锁相环（10），所述接收模块的第三输入端连接所述数字频率合成器（7），所述接收模块的输出端连接至所述收发数据内存（2）的输入端；
当进行晶圆测试时，通过所述发送模块和所述接收模块进行内部自循环，实现了自发自收，并通过对比所述收发数据内存（2）中接收缓存区和发送缓存区的数据来统计错误的位数并计算是否达到预期的位错误率，当达到预期的位错误率时芯片整体功能和性能指标都满足蓝牙通讯，芯片测试通过；否则标记该芯片存在缺陷；测试芯片中除了天线连接之外所有相关的射频、模拟和数字逻辑；提高了测试覆盖率。
2.如权利要求1所述的晶圆测试装置，其特征在于，发送模块包括：链接层发送单元（3）、调制器（5）、选择器（16）、第一信号混合器（17）、数模转换器（8）、发送低噪声放大器（11）、第三信号混合器（19）和发送功率放大器（14）；
所述链接层发送单元（3）的输入端作为所述发送模块的第一输入端，调制器（5）的输入端连接至链接层发送单元（3）的输出端，第一信号混合器（17）的第一输入端连接至调制器（5）的输出端，第一信号混合器（17）的第二输入端作为所述发送模块的第二输入端，选择器（16）的第一输入端连接至调制器（5）的输出端，选择器（16）的第二输入端连接至第一信号混合器17的输出端，数模转换器（8）的输入端连接至选择器（16）的输出端，发送低噪声放大器（11）的输入端连接至数模转换器（8）的输出端，第三信号混合器（19）的第一输入端连接至发送低噪声放大器（11）的输出端，第三信号混合器（19）的第二输入端作为所述发送模块的第三输入端，发送功率放大器（14）的输入端连接至第三信号混合器（19）的输出端，发送功率放大器（14）的输出端作为所述发送模块的输出端。
3.如权利要求2所述的晶圆测试装置，其特征在于，工作时，通过测试接口（1）写入需要发送数据内容和类型到收发数据内存（2），由链接层发送单元（3）打包，经过调制器（5）调制为蓝牙基带信号，选择器（16）选择测试通路，将基带信号和数字频率合成器（7）提供的中频混合之后通过数模转换器（8）转换为模拟信号输出给射频模拟电路；中频信号由低噪声放大器（11）放大之后和锁相环（10）提供的载频经过第三信号混合器（19）混合之后再由功率放大器（14）放大以便发送。
4.如权利要求1-3任一项所述的晶圆测试装置，其特征在于，接收模块包括：链接层接收单元（4）、解调器（6）、模数转换器（9）、 接收低噪声放大器（12）、接收功率放大器 （13）、测试回路放大器（15）、第二信号混合器（18）、第四信号混合器（20）和噪声发生器（21）；
所述测试回路放大器（15）的第一输入端连接至噪声发生器（21），测试回路放大器（15）的第二输入端作为所述接收模块的第一输入端，接收功率放大器 （13）的输入端通过开关连接至测试回路放大器（15）的输出端，第四信号混合器（20）的第一输入端作为所述接收模块的第二输入端，第四信号混合器（20）的第二输入端连接至接收功率放大器 （13）的输出端，接收低噪声放大器（12）的输入端连接至第四信号混合器（20）的输出端，模数转换器（9）的输入端连接至接收低噪声放大器（12）的输出端，第二信号混合器（18）的第一输入端作为所述接收模块的第三输入端，第二信号混合器（18）的第二输入端连接至模数转换器（9）的输出端，解调器（6）的输入端连接至第二信号混合器（18）的输出端，链接层接收单元（4）的输入端连接至解调器（6）的输出端，链接层接收单元（4）的输出端作为所述接收模块的输出端。
5.如权利要求4所述的晶圆测试装置，其特征在于，工作时，功率放大器（14）放大后的信号不再连接天线，而是通过测试回路放大器（15）衰减信号到各个测试模式期望的输入功率水平；并启动噪声发生器（21）降低信噪比来测试蓝牙芯片的抗噪能力；测试回路放大器（15）的输出通过功率放大器（13）后再和锁相环（10）提供的载频经过第四信号混合器（20）混合得到模拟中频信号，再经过低噪声放大器（12）输入模数转换器（9）转换为数字中频信号；数字信号提供给数字电路，先和数字频率合成器（7）输出的中频信号混合得到基带信号，基带信号经过解调器（6）解调制后得到蓝牙数据包，由链接层接收单元（4）解包之后保存包负载到收发数据内存（2）中。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述的晶圆测试装置的测试方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1：通过测试接口输入测试向量，系统进入自回送测试状态；
S2：输入需要发送的包的类型和内容，保存在收发数据内存中对应的发送缓存区；
S3：启动蓝牙芯片发送数据通道和接收数据通道的所有相关数字模块和模拟模块中的电源和时钟；
S4：通过测试系统的基本功能是否正常来为各个模块配置合适的参数；
S5：判断收发数据内存中接收缓存区内链接层接收单元收到的数据是否和发送缓存区内的数据一致；若是，则转入步骤S6；若否，则标记该芯片有缺陷；
S6：通过测试整个系统的性能是否符合要求来修改发送低噪声放大器和发送功率放大器的增益、测试回路放大器衰减系数和测试噪声发生器输出能量，使得接收模块得到的信号达到测试需要的信噪比；
S7：为了避免包同步头检测影响测试，通过增加包同步头的错误位数容忍数至最大，并判断接受包同步头是否成功，若是，则继续接收蓝牙包，并转入步骤S8，若否，则表示错误数量已经超过极限，标记该芯片有缺陷；
S8：通过对比收发数据内存中接收缓存区和发送缓存区的数据来统计错误的位数并计算是否达到预期的位错误率；若是，则转入步骤S9，否则标记该芯片存在缺陷；
S9：芯片整体功能和性能指标都满足蓝牙通讯，芯片测试通过。
7.如权利要求6所述的测试方法，其特征在于，在步骤S4中，为各个模块配置合适的参数具体包括：将数字电路设置为测试回路模式；锁相环的时钟频率选择一个整倍数输出频率以减少干扰；各个发送、接收的放大器配置中等增益倍数；测试回路放大器配合调节到合适的衰减系数，使得接收到用来解调的信号电平稳定为最高电平一半。
8.如权利要求6或7所述的测试方法，其特征在于，在步骤S6中，所述信噪比由噪声发生器来调整。
9.如权利要求6或7所述的测试方法，其特征在于，在步骤S8中，当标记该芯片存在缺陷的同时记录位错误率。
10.如权利要求6或7所述的测试方法，其特征在于，在步骤S8中，所述预期的位错误率为0.1%。
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