CN109709474A - 一种射频混合信号集成电路测试系统与测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频混合信号集成电路测试系统与测试方法，通过自动测试单元、测试接口单元、片外接口单元和控制主机组成测试系统；控制主机软件控制自动测试单元动作和输出测试报告；自动测试单元产生激励信号与期望信号、捕获响应信号以及返回比较结果至控制主机；测试接口单元连接自动测试单元并将各类型信号接口整合为低密度、对接工艺简单、区分信号类型的标准对外接口，双向传递激励、响应信号；片外接口单元的校准模块实现测试接口单元和片外接口单元的射频误差分离，待测电路通过片外接口单元连接到所述标准对外接口来输入激励信号和输出响应信号。实现了0.1GHz到12GHz射频混合信号集成电路通用、高性能、高效、低成本的一体化测试。

Description

一种射频混合信号集成电路测试系统与测试方法

技术领域

本发明涉及一种测试系统与测试方法，适用于射频集成电路测试，尤其适用于射频混合信号集成电路测试。

背景技术

传统射频集成电路采用单台或多台仪器仪表，如射频网络分析仪、射频信号源、射频功率计、频谱信号分析仪、编程控制电源等，搭建组合成测试系统的方式进行测试。

根据待测试的射频集成电路类型不同，选择不同的仪器仪表组合来搭建针对该类型射频集成电路的测试系统。对于无源射频电路，例如射频滤波器，选用单台网络分析仪，或者射频信号源与射频功率计组合；对于有源定频射频电路，例如射频放大器，选用编程控制电源与网络分析仪组合；对于有源频偏射频电路，例如射频倍频器，选用编程控制电源与射频信号发生器、频谱信号分析仪、射频功率计等多台仪表组合。

这种搭建组合的临时测试系统一般用于产品评估试验阶段，在每一款电路测试之前，根据待测试射频电路的最小工作需要和功能参数测试需要来选择合适的仪器仪表进行组合、搭建临时测试系统；不同的电路需要搭建不同的临时测试系统。测试过程中针对不同的工作状态(如不同电平的工作电压，或不同频率不同功率的输入信号条件)和不同的参数测试需求(如同一个输出端口，测试输出信号频率需要连接频谱信号分析仪，测试输出信号功率需要连接射频功率计)，需要手动设置仪表工作状态(如重新设置工作电压，设置信号频率、功率等)和手动改变硬件连接方式(先旋开同轴螺丝、改变同轴射频端口的连接方向、再旋紧同轴螺丝)。从搭建仪表、软件设置和硬件连接等方面分析，临时测试系统均显现出操作复杂、自动化程度低的特点。

此外，临时测试系统还有着可测试端口少、无法配置复杂器件、无法测试混合集成电路的缺点。这是由于单台射频仪表往往功能较为单一、射频端口较少(一般单台仪表的射频端口数不超过4个)、缺乏低频电压电流测试能力的缘故。

在量产测试过程中，为了降低操作复杂度、节约测试时间，一般采用虚拟仪器操作系统将各个独立的仪表集成起来进行一体化控制，例如使用美国NI公司的LabVIEW虚拟仪器软件，可将计算机与仪器仪表箱结合，利用应用程序将计算机与功能模块硬件结合起来构成含有人机图形交互界面的一体化测控仪器系统。其实质是根据仪器仪表需求组成的数据采集系统，通过I/O接口设备完成数据的采集，充分利用计算机的运算、存储、回调、显示及文件管理等功能。然而，这种虚拟集成分立仪表的方式主要解决了软件控制一体化的问题，仍然无法解决可测试端口少、无法配置复杂器件、无法测试混合集成电路的问题。

另一方面，在传统集成电路测试中，主要采用自动测试设备ATE，针对集成电路的不同封装形式，设计直接连接自动测试单元和待测试电路的测试接口板，来实现集成电路的自动化测试。该方法存在测试接口板面积大、价格高昂、制作周期长的明显劣势，尤其在集成电路测试品种较多的情况下，制作测试接口板的价格与时间成本损耗十分明显。

此外，由于多数集成电路工作频率在0.1GHz以下波段，信号波长远远大于电路板的尺寸，此时测试系统可看作集总式电路系统，各个模块或元器件之间信号线上的损失可忽略不计，连接ATE和集成电路的电路板信号线只起到电性连接作用。而到了0.1GHz以上频段，即射频集成电路的主要工作频段，随着信号波长的逐步降低，传统集成电路测试中只起到电性连接作用的电路板信号线，在高频测试中存在着严重的反射、串扰、噪声和电磁干扰现象，传统ATE测试方法因为频率升高带来的测试接口板的误差剧增，无法适用于射频集成电路测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向射频集成电路测试的操作便捷、测试效率高、通用性强、覆盖混合信号各个模块的射频混合信号集成电路测试系统与测试方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种射频混合信号集成电路测试系统，包括：自动测试单元，测试接口单元，片外接口单元和控制主机；

所述自动测试单元根据待测器件需要用于向待测器件发送输入激励信号，并生成基于所述待测器件和所述输入激励信号的期望信号；接收待测器件响应于所述输入激励信号的输出信号；比较所述输出信号与所述期望信号，并输出比较结果；

所述测试接口单元的一端接收所述输入激励信号，另一端采用标准对外接口将所述输入激励信号输出至片外接口单元；所述测试接口单元还用于接收所述片外接口单元的校准信号或/和待测器件的输出响应信号；实现自动测试单元与片外接口单元间信号的双向传输；

所述片外接口单元用于接收所述输入激励信号，并输出至待测器件；所述片外接口单元还用于接收待测器件的输出响应信号，并输出至所述测试接口单元；

所述控制主机，用于配置自动测试单元的相应模块；获取所述自动测试单元的比较结果；并按照设定格式输出测试报告。

进一步的，所述自动测试单元包括射频发射与接收模块、数字信号发生与处理模块、模拟信号发生与处理模块和电源模块；

所述射频发射与接收模块用于产生射频激励信号并输出至所述测试接口单元；接收所述测试接口单元输出的响应于片外接口单元的射频信号；

所述数字信号发生与处理模块用于产生数字激励信号并输出至所述测试接口单元；接收所述测试接口单元输出的响应于片外接口单元的数字信号；

所述模拟信号发生与处理模块用于产生模拟激励信号并输出至所述测试接口单元；接收所述测试接口单元输出的响应于片外接口单元的模拟信号；

所述电源模块用于向所述测试接口单元输出电源信号。

进一步的，所述测试接口单元的一端设置有与所述自动测试单元相匹配的高密度接口，另一端设置有标准接口；所述测试接口单元包括射频信号接口、数字通道接口、模拟通道接口和电源接口，其中，所述射频信号接口、数字通道接口、模拟通道接口用于传输所接收的相应类型的信号；所述电源接口用于传递电源信号。

进一步的，所述片外接口单元至少包括校准模块，射频模块和射频电路夹具；所述射频电路夹具分别电性连接所述校准模块和射频模块；其中，

所述校准模块用于修正所述测试接口单元中射频信号接口与所述片外接口单元中射频模块的测试误差；

所述射频模块分别电性连接所述测试接口单元中射频信号接口与所述射频电路夹具，根据待测器件的类型实现信号的传输；其中，当待测器件需要隔绝直流信号或滤除噪声信号或电源偏置时，所述射频模块对所接收的射频信号进行预处理；

所述射频电路夹具用于固定待测器件，并实现所述射频模块与待测器件之间的双向信号传输。

进一步的，当待测器件为有源器件时，所述片外接口单元还包括电源偏置模块，所述电源偏置模块电性连接所述射频电路夹具，用于为待测器件供电；当待测器件的输出部分需要电源提供片外能量才能正常工作时，所述电源偏置模块还连接所述射频模块，用于为待测器件的输出部分供电；

当所述有源待测器件包含数字管脚时，所述片外接口单元还包括数字接口，所述数字接口电性连接所述测试接口单元的数字通道接口，并根据待测器件的类型实现数字信号的传输；

当所述有源待测器件包含模拟管脚时，所述片外接口单元还包括模拟接口，所述模拟接口电性连接所述测试接口单元的模拟通道接口，并根据待测器件的类型实现模拟信号的传输。

进一步的，当所述片外接口中需要使用继电器或射频开关时，所述自动测试单元还包括效用资源模块，所述效用资源模块包括继电器控制位和恒定电压源，其中，所述继电器控制位通过所述测试接口单元的数字通道接口连接至所述片外接口单元的继电器或射频开关的数字控制管脚，用于实现对所述继电器或射频开关的切换控制；所述恒定电压源用于为所述继电器或射频开关供电。

一种射频混合信号集成电路的测试方法，包括以下步骤：

S1，将待测器件连接所述片外接口单元，并将所述片外接口单元与所述测试接口单元相连；

S2，通过控制主机配置所述自动测试单元，自动测试单元生成相应的输入激励信号和期望信号；

S3，所述自动测试单元获取输出响应信号；将所述输出响应信号与所述期望信号比较，生成比较结果并将所述比较结果发送至控制主机；

S4，重复步骤S2与S3，直至完成所有测试项，控制主机生成最终测试报告。

进一步的，一种射频混合信号集成电路的测试方法，所述步骤S1中，将所述片外接口单元的校准模块和射频模块分别与所述测试接口单元的射频信号接口相连；且当待测器件为有源器件时，还需要将所述片外接口单元的电源偏置模块与所述测试接口单元的电源接口相连；

当所述有源待测器件包含数字管脚时，将所述片外接口单元的数字接口与所述测试接口单元的数字通道接口相连；

当所述有源待测器件包含模拟管脚时，将所述片外接口单元的模拟接口与所述测试接口单元的模拟通道接口相连。

进一步的，所述步骤S2中，自动测试单元根据待测器件的类型生成相应的输入激励信号和期望信号；所述输入激励信号包括射频激励信号，数字激励信号和模拟激励信号，其中，所述射频激励信号包括校准激励信号；

当待测器件为有源器件时，自动测试单元还产生电源信号；

当所述片外接口中需要使用继电器或射频开关时，所述自动测试单元中的效用资源模块产生继电器控制位和恒定电压源。

进一步的，所述步骤S3中，所述自动测试单元根据待测器件的类型获取相应的输出响应信号；所述输出响应信号包括射频响应信号，数字响应信号和模拟响应信号，其中，所述射频响应信号包括校准响应信号。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

本发明测试系统操作便捷、有效降低测试成本，具体地，本发明引出自动测试单元的各类信号形成标准对外接口，将自动测试单元与测试接口单元整合为标准的统一对外整体，在集成电路测试硬件开发中只需要根据待测集成电路的混合信号类型灵活定制片外接口单元的大小和接口方式，相对于传统的针对每一种集成电路定制大面积的测试电路板，本系统的片外接口单元面积仅为传统测试电路板的20％～80％，电路板层数下降为传统测试电路板层数的12.5％～75％，有效降低测试硬件制作成本、缩短测试电路板加工周期。相比较于采用仪表搭建临时射频测试系统的方法，本发明的标准对外接口增加了射频端口数量，其中射频端口可达16端口，端口数量高于常见射频集成电路端口数(1～9端口)；在测试系统内部利用无反射射频多端口开关形成射频切换矩阵，在一次性完成包括测试与校准在内的所有硬件连接后，仅需使用软件控制即可实现射频功率、频率同时测量，与传统射频测试系统相比，无需在校准或测量过程中反复拆装同轴线缆，有效缩短操作流程提高测试效率。

本发明测试系统信号完整性优、通用性强、能够覆盖混合信号各个模块，具体地，本发明配备多源多端口满足射频测试资源要求，在片外接口单元按照信号完整性要求进行射频相关硬件设计，同时采用开路(或短路)校准件和直通校准件来消除频响误差的校准方式，与传统集成电路ATE测试校准面仅在自动测试单元或测试板上相比，本发明已将校准面推进至射频集成电路管脚，能够最大程度还原射频集成电路真实状态。适用于射频集成电路测试，包括射频放大器、射频滤波器、射频衰减器、射频功分器/合路器、射频开关、射频/网络变压器、射频分立元件等传统射频定频器件，同时还适用于射频倍频器、射频分频器、射频混频器、压控振荡器等射频频偏器件，具有很强的通用性。同时还配备了数字和模拟测试单元、大功率和小功率电源以及配置效用单元，尤其适用于射频功率探测器、射频频率综合器、通信协议(如GSM等)收发芯片等射频混合信号集成电路，实现配置与测试一体化。克服了传统射频测试系统仅能测试射频模块的不足，实现了数字模块、模拟模块与射频模块的单系统全模块测试覆盖。

进一步的,与传统的射频仪表测试中一边测量一边根据硬件连接情况调用测试设置或修改测试配置相比，本发明使用测试程序通过软件控制整个配置、校准和测试过程，在测试程序软件开发完毕后，可一键完成量产测试。硬件、软件方面均提高了测试效率。

附图说明

图1为本发明实施例的射频混合集成电路测试系统框图；

图2为本发明实施例的标准对外接口；

图3为本发明实施例的射频功率探测器、片外接口单元与测试接口单元部分区域的连接图；

图4为本发明实施例的射频功率探测器测试流程图；

图5为本发明实施例的射频功率探测器的测试系统工作流程图；

图6为本发明实施例的某型号射频功率探测器说明书中定义的输出电压与功率关系图；

图7为本发明实施例的实测该型号射频功率探测器(50MHz)输出电压与功率关系图；

图8为本发明实施例的实测该型号射频功率探测器(900MHz)输出电压与功率关系图；

图9为本发明实施例的实测该型号射频功率探测器(1900MHz)输出电压与功率关系图；

图10为本发明实施例的实测该型号射频功率探测器(2500MHz)输出电压与功率关系图；

附图中：1-微波信号同轴电缆，2-金属针连接器，3-模拟信号同轴电缆，4-专用电源接线柱，5-射频同轴线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种射频信号集成电路测试系统作进一步的说明。

本发明所采用的解决方案是：通过自动测试单元、测试接口单元、片外接口单元、控制主机组成射频混合信号集成电路测试系统，控制主机软件控制自动测试单元动作和输出测试报告；自动测试单元产生激励信号与期望信号、捕获响应信号以及返回比较结果至控制主机；测试接口单元连接自动测试单元并将各类型信号接口整合为低密度、对接工艺简单、区分信号类型的标准对外接口，双向传递激励、响应信号；片外接口单元的校准模块实现测试接口单元和片外接口单元的射频误差分离，待测电路通过片外接口单元连接到所述标准对外接口来输入激励信号和输出响应信号。实现了0.1GHz到12GHz射频混合信号集成电路通用、高性能、高效、低成本的一体化测试。

一种适用于射频混合信号集成电路的测试系统，如图1所示，由自动测试单元、测试接口单元、片外接口单元和控制主机四部分组成。

自动测试单元包括射频发射与接收模块、数字信号发生与处理模块、模拟信号发生与处理模块、电源模块和效用资源模块，即国内外集成电路测试中使用的主流自动测试设备ATE，配备射频板卡、数字板卡、模拟板卡、电源板卡和效用资源板卡等测试资源。自动测试单元在本系统中实现以下动作：一、通过射频发射机、射频接收机和射频切换矩阵等组成的多端口的射频发射与接收模块，在规定频率和功率范围内发生或接收射频信号；二、通过数字向量发生器产生测试向量来实现数字信号的功能测试或配置，通过每通道精密测量单元来实现电压、电流等数字信号的测量，称之为数字信号发生与处理模块；三、通过模拟任意波形发生捕获器，来实现模拟输入输出信号的施加与测量，即模拟信号发生与处理模块；四、自动测试单元还配备了多路电压电流可编程的电源模块，用于实现规定电压的恒压源或规定电流的恒流源；五、自动测试单元还包括效用资源模块来实现可切换测试路径的程控有效测试功能；所谓效用资源，即在集成电路测试中可帮助配置电路和外围元器件实现有效功能的可利用资源，包括可以输出固定的高、低两种电平的用于继电器或射频开关切换逻辑控制的继电器控制位，和可以输出15V、12V、5V、3.3V的用于继电器或射频开关供电的恒定电压源等。

测试接口单元包括射频信号接口、数字通道接口、模拟通道接口和电源接口，通过将自动测试单元的高密度、对接工艺复杂的资源输出接口分类整合形成低密度、通用易用的标准对外接口，便于片外接口单元的快速化、小型化定制。其中，射频信号接口和射频发射与接收模块连接，数字通道接口和数字信号发生与处理模块连接、模拟通道接口和模拟信号发生与处理模块连接，电源接口和电源模块连接。射频信号接口采用微波信号同轴电缆1(如SMA、SMP高屏蔽同轴线缆等)进行信号连接；数字通道接口采用金属针连接器2或接插件进行信号连接；模拟通道接口采用模拟信号同轴电缆3(如SMA、SMP同轴线缆等)连接；电源接口按照不同电源信号功率的分类进行资源引出，小功率电源通道采用金属针连接器2或接插件，大功率电源通道采用专用电源接线柱4和粗电缆进行连接。所形成的通用的标准对外接口如图2所示。标准对外接口可兼容不同类型的片外接口单元，例如数字与射频混合信号组成的片外信号单元，仅需要连接对应的金属针连接器2和微波信号同轴电缆1；又如模拟与射频混合信号大功率有源的片外信号单元，仅需连接微波信号同轴电缆1、模拟信号同轴电缆3和专用电源电缆4。

片外接口单元包括校准模块、射频模块和射频电路夹具，按需要配置电源偏置模块、数字接口和模拟接口等，是根据待测试的射频集成电路测试需要搭建出的最小工作环境。针对射频的高频率测试要求，片外接口单元的射频模块和校准模块依据分布式电路系统和信号完整性理论进行设计，所有的射频信号线均按照传输线设计为微带线、带状线或平面波导，单端阻抗控制在50Ω±5％，差分阻抗控制在100Ω±5％，走线宽度至少6mil以降低损耗，线间距至少为线宽的4倍以上以减小串扰和电磁干扰，使用X5R等级以上的电容进行隔直、滤波。

片外接口单元的射频模块是符合阻抗一致性控制要求、根据所工作波段设计的射频输入与输出线路。在射频模块设计过程中，特别注意从同轴接口到微带、波导等平面导体的连接处的50欧姆阻抗连续性控制要求，对物理结构大幅度变化处依据实际物理结构等比例建模，在导体剖面建模时其厚度取用微带线厚度、连接器信号探针厚度和最小焊锡厚度之和；焊接时还需吸掉多余焊锡并使用锉刀和细砂纸打磨光滑。射频电路夹具是用于最终连接固定射频集成电路的装置，一般采用中国实用新型专利“一种直压式射频集成电路测试治具”，专利号为ZL201721299597X；在对信号完整性要求较低时，也可采用集成电路测试常用的垂直弹簧针插座。射频模块设计除了上述的共性设计要素，可选的设计要素还包括：针对有源射频集成电路，需要设计电源偏置模块对有源射频集成电路进行电源供电；若该有源射频集成电路的输出部分需要电源提供片外能量才能正常工作时，例如部分射频放大器的输出端需要电源在片外提供能量才能实现预定倍数的放大功能，需要针对电源与射频端口的偏置情况，在引入电源资源的同时配合电感、电容、电阻等分立元件设计电源偏置电路，用来提供需要外部电源偏置的射频集成电路的最小工作环境配置。若待测集成电路为无源射频集成电路，例如射频无源滤波器、射频无源功率分配器等，则无需设计电源偏置模块。

片外接口单元的校准模块是在片外接口单元的射频有关线路进行信号完整性设计的基础上，依据待修正的误差模型定制出针对射频电路特点的用来修正测试误差的信号线结构。针对每一个射频端口，参考射频模块的物理结构来设计电长度相等的开路校准件或短路校准件，在最终软件测试过程中对反射参数测试结果进行幅度和相位的归一化处理，消除反射频响误差。针对可能组合的每一对射频端口，参考射频模块的物理结构来设计电长度为两条传输线电长度之和的直通校准件，对传输参数测试结果进行幅度和相位的归一化处理，来消除传输频响误差。待修正的误差模型依据待测集成电路的射频端口数量分为以下情况：单端口测试时，仅需要设计一个开路(或短路)校准件；双端口测试(分别为端口1和端口2)时，要分别设计端口1和端口2的开路(或短路)校准件，以及端口1和端口2之间的直通校准件，共计3个校准件；三端口测试(分别为端口1、端口2、端口3)时，要分别设计端口1、端口2、端口3的开路(或短路)校准件，以及端口1和端口2之间、端口2和端口3之间、端口1和端口3之间的直通校准件，共计6个校准件；依此类推。

此外，片外接口单元还需要按照集成电路的混合信号类型，若集成电路存在数字功能及管脚，则需在片外接口单元配备数字接口，用来连接集成电路的数字管脚与测试接口单元的数字通道接口；若集成电路存在模拟功能及管脚，则需在片外接口单元配备模拟接口，用来连接集成电路的模拟管脚与测试接口单元的模拟通道接口。

当片外接口单元需要对射频信号或校准信号进行一对多映射或者开合控制时，相应的射频模块或校准模块需要使用射频开关；当片外接口单元需要对数字信号或模拟信号进行一对多映射或开合控制时，相应的数字接口或模拟接口需要使用继电器。下面以射频信号需要进行一对多映射为例，说明效用资源模块的使用方法。

当某种射频混合信号集成电路存在结构完全相同且相互独立、仅管脚通道不同的情况时，例如包含两路的射频变压器，每一路都是一个单独的射频变压器，且两路结构完全相同且相互独立，可以使用自动测试单元的效用资源模块的继电器控制位和恒定电压源，通过测试接口单元的数字通道接口将效用资源的继电器控制位引入到片外接口单元，通过测试接口单元的电源接口将效用资源的恒定电压源引入到片外接口单元，使用该种继电器控制位控制射频开关或电磁继电器，例如将单刀双掷无反射射频开关的输入端接入来自测试接口单元的射频信号接口，将单刀双掷无反射射频开关的输出双掷两端分别接出到两路射频变压器的对等输入端，仅需使用自动测试单元的最少的射频资源，就可以在不改变硬件连接的情况下实现双路射频变压器功能测试；同理，针对四路、八路对等的射频变压器，可以采用单刀四掷、单刀八掷无反射射频开关来实现一路射频资源到四路、八路的映射控制，以此类推。

控制主机包括软件控制、DSP数字信号处理和测试数据输出等功能。软件控制通过C++、VB等编程语言来配置自动测试单元的所有模块；DSP数字信号处理主要针对混合信号电路测试过程中可能存在的大量过程数据，例如超宽频段的校准数据与测试数据、傅里叶变换复杂函数等，需要进行专门的解析计算处理，用来提供较强的实时数据处理功能；数据输出部分包括数据的存盘、显示与打印。最终在控制主机上形成针对某款射频集成电路的软件一体化测试程序。

基于该测试系统，采用如下方法对射频混合集成电路进行测试。

该测试系统采用控制主机对自动测试单元进行一体化控制，在硬件连接完成后，所有动作均由测试程序编程软件实现控制。

对于数字信号，自动测试单元使用数字信号发生与处理模块产生高低数字方波，通过测试接口单元的数字通道接口，再通过片外接口单元的数字接口施加到上集成电路数字输入引脚；集成电路数字输出引脚所输出的高低电平信号，通过片外接口单元的数字接口和测试接口单元的数字通道接口，返回自动测试单元的数字信号发生与处理模块进行逻辑比较，实现数字信号的双向传输。

对于模拟信号，自动测试单元使用模拟信号发生与处理模块产生任意波形，通过测试接口单元的模拟通道接口，再通过片外接口单元的模拟接口施加到集成电路模拟输入引脚；集成电路模拟输出引脚所输出的模拟电平信号，通过片外接口单元的模拟接口与测试接口单元的模拟接口返回自动测试单元的模拟信号发生与处理模块进行波形解析，实现模拟信号的双向传输。

对于射频信号，自动测试单元使用射频发射与接收模块产生规定频率的射频正弦波，即射频信号与射频校准信号，通过测试接口单元的50欧姆阻抗控制的射频信号接口，到达片外接口单元的射频模块或校准模块，其中射频模块的信号将再通过射频电路夹具到达射频集成电路输入端口；射频集成电路射频输出端口产生射频返回信号并通过射频模块输出，该射频返回信号与校准模块反射或直通传输出的射频校准返回信号，都通过测试接口单元的射频接口返回自动测试单元的射频信号发射与接收模块，实现射频信号的双向传输。

自动测试单元的电源模块产生规定电压或规定电流的电源信号，通过测试接口单元的电源接口，再通过片外接口单元可选的电源偏置模块，实现单向施加功能。

自动测试单元的效用资源模块产生继电器控制位信号和恒定电压源信号，其中继电器控制位信号通过测试接口单元的数字通道接口，施加到片外接口可选的继电器或射频开关的切换逻辑控制管脚；其中恒定电压源通过测试接口单元的电源接口，施加到片外接口单元可选的继电器或射频开关的电源管脚。

为了更加精确的反映射频集成电路的测试情况，剔除测试接口单元与片外接口单元相对于射频信号波长而言漫长的测试信号路径上的误差，在本发明中，凡是有射频端口参与的集成电路功能，无论是输入端口还是输出端口或者两者都有，均需要配合片外测试系统的校准模块进行反射参数(如S11、S22)与传输参数(如S21、S12)的幅度和相位的归一化误差修正，方可形成单个测试项。

若干单个测试项按照射频集成电路功能进行排列组合后形成完整的射频集成电路测试程序。测试程序控制软件将获得测试数据和校准数据，若有大量实时性数据处理需求，测试程序还将调用数字信号处理DSP对数据进行快速处理，将处理结果实时返回测试程序。测试结果通过控制主机进行测试数据输出，包括显示屏显示或文件存盘

为了更加具体的描述本发明的公开内容，下面以本发明测试某型号射频功率探测器为例，并结合附图说明来详细介绍一种射频混合信号集成电路测试系统与测试方法。需要说明的是，针对不同的混合信号集成电路类型，本发明有着不同的实施方式，并不限于下述实施方式。

该型号射频功率探测器含有数字、模拟、射频、电源等四类信号管脚，采用微型表贴封装，因此在针对该型号的片外接口单元中设计了射频模块、校准模块、电源偏置模块和数字接口、模拟接口，采用符合中国实用新型专利号为ZL201721299597X的直压式射频集成电路测试治具，如图3所示为该片外接口单元连接在自动测试单元测试接口单元的示意图。其中，校准模块和射频单元接口通过微波信号同轴电缆射频同轴线5连接，校准模块通过模拟同轴线与模拟通道接口连接，模拟接口通过模拟信号同轴电缆3和模拟通道接口连接。射频电路夹具通过信号线和数字接口连接，射频电路夹具通过信号线和模拟接口连接。

对于该射频功率探测器而言，采用图4所示的测试流程：

步骤1，对射频功率探测器的电源管脚施加正常的工作电压；

步骤2，对射频功率探测器的数字管脚施加数字信号进行探测器功能使能和初始化配置；

步骤3，对射频功率探测器的射频管脚施加输入频率在50MHz到3GHz之间的射频信号；

步骤4，射频功率探测器模拟管脚输出模拟电压信号。

根据输入射频信号的不同功率在模拟端口输出对应的电平，该射频功率探测器将完成射频功率信号到模拟电压信号的转化。通过调整步骤1中的工作电源，实现规定输入电源电平的覆盖；通过调整步骤2中的数字输入电平，实现不同数字输入电平和输入时机下规定功能的实现与覆盖；通过调整步骤3中射频信号的频率实现规定输入频率和输入功率的覆盖。配置、转化过程涉及到射频信号、模拟信号以及数字信号，属于射频混合信号集成电路测试范围。

对于射频混合信号集成电路测试系统而言，采用如图5所示的测试系统工作流程，在测试该射频功率探测器时，首先将片外接口单元对接在测试接口单元上，然后将单只待测功率探测器放置在射频电路夹具中，接着控制主机加载完成测试程序。完成以上预备动作后，随着控制主机发出开始测试命令后，测试系统按照以下工作流程运行：步骤①，自动接口单元的电源模块施加指定电平的电源信号；步骤②，电源信号通过测试接口单元的电源接口施加到片外接口单元的电源偏置模块；步骤③，自动测试单元的数字信号发生与处理模块产生数字测试向量即数字信号实现数字功能配置；步骤④，数字信号先后通过测试接口单元的数字通道接口和片外接口单元的数字接口，配置功率探测器初始化并进入使能工作状态；步骤⑤，自动测试单元的射频发射与接收模块施加指定频率、指定功率的射频信号5a和射频校准信号5b，到测试接口单元的射频信号接口；步骤⑥，射频信号和射频校准信号通过测试接口单元的射频信号接口传导至片外接口单元的射频模块6a和校准模块6b；步骤⑦，射频校准反射信号通过片外接口单元的校准模块为单端口测试设计的短路校准件返回测试接口单元的射频信号接口；步骤⑧，射频校准反射信号被自动测试单元的射频发射与接收模块捕获，通过校准算法实现射频发射信号的误差修正；步骤⑨，进行误差修正后的射频发射信号通过被测电路运行内部的功率探测功能，将射频信号解析为模拟电平信号，通过片外接口单元的模拟接口输出到测试接口单元的模拟通道接口；步骤⑩，模拟电平信号通过测试接口单元的模拟通道接口后被自动测试单元的模拟信号处理模块捕获，立即与校准模块在DSP数字信号处理的运算结果进行幅度和相位的归一化误差修正，通过软件算法处理后得到单次测试项的计算结果。随着测试程序通过控制软件对不同的电源工作电平、数字工作状态、射频输入频率和输入功率等状态组合进行多个维度的遍历同时重复上述测试步骤，测试程序完成对被测电路全部功能和全部参数的测试，最终将测试数据形成测试报告输出和存盘，取出射频电路夹具中的被测功率探测器，完成单只集成电路的测试任务。

该型号功率探测器说明书中定义的输出电压与功率关系如图6所示；使用本发明实测该型号功率探测器分别在50MHz、900MHz、1900MHz、2500MHz条件下的测试结果分别如图7、图8、图9、图10所示，从定义图与实测图的对比可以看出，实测效果达到了该电路使用手册规定的效果。

实际测试效果表明，本发明所定义的测试系统与测试方法达到了射频集成电路，特别是射频混合集成电路测试的需求，无需反复硬件连接，操作便捷、有效降低测试成本，且具有信号完整性优、通用性强、覆盖混合信号各个模块的一体化优势。

Claims (10)

1.一种射频混合信号集成电路测试系统，其特征在于，包括：自动测试单元，测试接口单元，片外接口单元和控制主机；

所述自动测试单元用于根据待测器件需要用于向待测器件发送输入激励信号，并生成基于所述待测器件和所述输入激励信号的期望信号；接收待测器件响应于所述输入激励信号的输出响应信号；比较所述输出响应信号与所述期望信号，并输出比较结果；

所述测试接口单元的一端接收所述输入激励信号，另一端采用标准对外接口将所述输入激励信号输出至片外接口单元；所述测试接口单元还用于接收所述片外接口单元的校准信号或/和待测器件的输出响应信号；实现自动测试单元与片外接口单元间信号的双向传输；

所述片外接口单元用于接收所述输入激励信号，并输出至待测器件；所述片外接口单元还用于接收待测器件的输出响应信号，并输出至所述测试接口单元。

2.如权利要求1所述的一种射频混合信号集成电路测试系统，其特征在于，所述自动测试单元包括射频发射与接收模块、数字信号发生与处理模块、模拟信号发生与处理模块和电源模块；

所述射频发射与接收模块用于产生射频激励信号并输出至所述测试接口单元；接收所述测试接口单元输出的响应于片外接口单元的射频信号；

所述数字信号发生与处理模块用于产生数字激励信号并输出至所述测试接口单元；接收所述测试接口单元输出的响应于片外接口单元的数字信号；

所述模拟信号发生与处理模块用于产生模拟激励信号并输出至所述测试接口单元；接收所述测试接口单元输出的响应于片外接口单元的模拟信号；

所述电源模块用于向所述测试接口单元输出电源信号。

3.如权利要求1所述的一种射频混合信号集成电路测试系统，其特征在于，所述测试接口单元的一端设置有与所述自动测试单元相匹配的高密度接口，另一端设置有标准接口；所述测试接口单元包括射频信号接口、数字通道接口、模拟通道接口和电源接口，其中，所述射频信号接口、数字通道接口、模拟通道接口分别用于传输所接收的射频信号、数字信号和模拟信号；所述电源接口用于传递电源信号。

4.如权利要求1所述的一种射频混合信号集成电路测试系统，其特征在于，所述片外接口单元包括校准模块，射频模块和射频电路夹具；所述射频电路夹具分别电性连接所述校准模块和射频模块；其中，

所述校准模块用于修正所述测试接口单元中射频信号接口与所述片外接口单元中射频模块的测试误差；

所述射频模块分别电性连接所述测试接口单元中射频信号接口与所述射频电路夹具，根据待测器件的类型实现信号的传输；其中，当待测器件需要隔绝直流信号或滤除噪声信号或电源偏置时，所述射频模块对所接收的射频信号进行预处理；

所述射频电路夹具用于固定待测器件，并实现所述射频模块与待测器件之间的双向信号传输。

5.如权利要求4所述的一种射频混合信号集成电路测试系统，其特征在于，当待测器件为有源器件时，所述片外接口单元还包括电源偏置模块，所述电源偏置模块电性连接所述射频电路夹具，用于为待测器件供电；当待测器件的输出部分需要电源提供片外能量才能正常工作时，所述电源偏置模块还连接所述射频模块，用于为待测器件的输出部分供电；

当所述有源待测器件包含数字管脚时，所述片外接口单元还包括数字接口，所述数字接口电性连接所述测试接口单元的数字通道接口，并根据待测器件的类型实现数字信号的传输；

当所述有源待测器件包含模拟管脚时，所述片外接口单元还包括模拟接口，所述模拟接口电性连接所述测试接口单元的模拟通道接口，并根据待测器件的类型实现模拟信号的传输。

6.如权利要求4所述的一种射频混合信号集成电路测试系统，其特征在于，当所述片外接口中需要使用继电器或射频开关时，所述自动测试单元还包括效用资源模块，所述效用资源模块包括继电器控制位和恒定电压源，其中，所述继电器控制位通过所述测试接口单元的数字通道接口连接至所述片外接口单元的继电器或射频开关的数字控制管脚，用于实现对所述继电器或射频开关的切换控制；所述恒定电压源用于为所述继电器或射频开关供电。

7.一种射频混合信号集成电路的测试方法，基于权利要求1-6任一项所述的测试系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将待测器件连接所述片外接口单元，并将所述片外接口单元与所述测试接口单元相连；

S2，控制所述自动测试单元，使自动测试单元生成相应的输入激励信号和期望信号；

S3，所述自动测试单元获取输出响应信号；将所述输出响应信号与所述期望信号比较，生成比较结果并输出；

S4，重复步骤S2与S3，直至完成所有测试项。

8.如权利要求7所述的一种射频混合信号集成电路的测试方法，其特征在于，所述步骤S1中，将所述片外接口单元的校准模块和射频模块分别与所述测试接口单元的射频信号接口相连；且当待测器件为有源器件时，将所述片外接口单元的电源偏置模块与所述测试接口单元的电源接口相连；

当所述有源待测器件包含数字管脚时，将所述片外接口单元的数字接口与所述测试接口单元的数字通道接口相连；

当所述有源待测器件包含模拟管脚时，将所述片外接口单元的模拟接口与所述测试接口单元的模拟通道接口相连。

9.如权利要求7所述的一种射频混合信号集成电路的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，自动测试单元根据待测器件的类型生成相应的输入激励信号和期望信号；所述输入激励信号包括射频激励信号，数字激励信号和模拟激励信号；其中，所述射频激励信号包括校准激励信号；

当待测器件为有源器件时，自动测试单元还产生电源信号；

当所述片外接口中需要使用继电器或射频开关时，所述自动测试单元中的效用资源模块产生继电器控制位和恒定电压源。

10.如权利要求7所述的一种射频混合信号集成电路的测试方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述自动测试单元根据待测器件的类型获取相应的输出响应信号；所述输出响应信号包括射频响应信号，数字响应信号和模拟响应信号，其中，所述射频响应信号包括校准响应信号。