CN204886925U - 数模转换器全码测试模块和数模转换器全码测试系统 - Google Patents

Abstract

一种数模转换器全码测试模块和测试系统。该模块包括：码型发生器，用于产生数模转换器的输入数码，包括：计数器，计数输出，作为数模转换器的输入数码；第一存储器，存储有控制计数器的指令文件,所述指令文件可被图形向量文件调用；波形分析模块，用于测试并存储数模转换器的模拟输出数据，包括：电压测试模块，采集数模转换器的输出电压值；第二存储器，将电压测试模块采集的电压值按顺序存储。该系统是在ATE上结合上述数模转换器全码测试模块，所述ATE，存储有图形向量文件，包括：图形控制器和定时产生器。本实用新型可以使数模转换器全码测试系统的测试程序的编写得到简化并提高系统的测试性能。

Description

数模转换器全码测试模块和数模转换器全码测试系统

技术领域

本实用新型涉及测试技术,尤其涉及数模转换器的测试系统。

背景技术

数模转换器是指把数字信号转换为模拟电压或电流信号的集成电路，也叫DA转换器或DAC。全码测试，顾名思义就是要测试到数模转换器所有的输入数码经过转换后产生的输出信号。

早先测试数模转换器多采用是DSP(数字信号处理芯片)的方法，由通用的电压源仪表提供器件的工作电源，用DSP芯片产生控制信号和输入数码，搭配上适当的外围电路，使其能正常工作，再用通用仪表高精度的电压表测量输出电压，同时记录每个数码对应的电压表读数，将这些电压表读数经过一系列的计算得到被测指标。其中DSP芯片、电压源、电压表为分立的组成部分，电压表读数需要人工记录，被测指标需要人工计算。数模转换器测试采用DSP的方法，需要将输入数码与输出电压测量值一一对应的记录下来，不仅速度慢，而且可靠性差，容易出现人为错误，不可能用于大规模生产测试。

目前国内已经涌现出多款数模混合信号的数模转换器集成电路测试系统(简称ATE)，大多具备了数模转换器的基本测试能力。ATE内具有电压源模块提供被测数模转换器的电压源，然后用ATE内的图形向量模块设置好输入数码，然后ATE发出控制信号，使被测的数模转换器工作，再由ATE内部电压表测试输出电压。数码转换器每一次转换都需要ATE改变一次图形向量，至少需要2ⁿ次向量的变化(n是数模转换器的位数)，最后计算分析测试的电压数据，得到数模转换器的微分非线性误差、积分非线性误差等参数。数模转换器测试采用目前国内的ATE，虽然可以测试数模转换器，解决了DSP方法测试的不足，但是也都有其缺点。比如转换点测试数量不够、测试所有转换点时间过长、测试输出电压精度过低以及测试数模转换器的位数低、速率低等问题。数模转换器测试的转换点数量不够，不能测试到所有输入数码的转换电压，也就不能准确的得到微分非线性误差、积分非线性误差等参数，测试结果不可靠。对于位数较高的数模转换器，其全码测试所需的图形向量将会很大，目前国内的方法虽然测试点完整、数据准确，但是测试速度慢、数据量大，测试时间很长，不利于大规模测试。还有国内ATE的电压测试精度也有待提高，这样才能测试更高位数的数模转换器。国内ATE已经不能适应现有数模转换器的测试需求，亟需对其进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种数模转换器全码测试模块和数模转换器全码测试系统，其可以使数模转换器全码测试系统的测试程序的编写得到简化并提高系统的测试性能。

本实用新型的数模转换器全码测试模块，用于数模转换器的测试，包括：码型发生器，用于产生数模转换器的输入数码；波形分析模块，用于测试并存储数模转换器的模拟输出数据。

其中，还包括程控电压基准，用于提供数模转换器所需的第一基准电压。

其中，所述码型发生器包括：计数器，计数输出，作为数模转换器的输入数码；第一存储器，存储有控制计数器的指令文件,所述指令文件可被图形向量文件调用。

其中，所述码型发生器的工作模式包括单次模式和全码模式.

其中，所述波形分析模块包括：电压测试模块，采集数模转换器的输出电压值；第二存储器，将电压测试模块采集的电压值按顺序存储。

其中，所述第二存储器存储电压测试模块采集的电压值与一第二基准电压的电压之差。

根据本实用新型的一个实施例，在所述波形分析模块中，设置一比被测数模转换器更高精度的数模转换器，以提供第二基准电压，并设置一高精度差分运算放大器和一高精度电压测试器，以对被测数模转换器的输出电压与第二基准电压进行高精度差分运放和高精度电压测试，并将该两电压之差按顺序关系记录保存在第二存储器中。

本实用新型的数模转换器全码测试系统，是在ATE上结合数模转换器全码测试模块，所述ATE，存储有图形向量文件，包括：图形控制器，控制输出图形向量作为数模转换器的控制信号；定时产生器，设定图形向量的周期、前沿、后沿和比较沿，所述数模转换器全码测试模块包括：码型发生器，用于产生数模转换器的输入数码，包括：计数器，计数输出，作为数模转换器的输入数码；第一存储器，存储有控制计数器的指令文件,所述指令文件可被图形向量文件调用；波形分析模块，用于测试并存储数模转换器的模拟输出数据，包括：电压测试模块，采集数模转换器的输出电压值；第二存储器，将电压测试模块采集的电压值按顺序存储。

其中，所述数模转换器全码测试模块还包括程控电压基准，用于提供数模转换器所需的第一基准电压。

其中，所述第二存储器存储由电压测试模块采集的被测数模转换器的输出电压与一第二基准电压的电压之差。

本实用新型的有益效果如下。

本实用新型用于数模转换器的全码测试，其可以测试到数模转换器所有输入数码的转换电压(电流也要转换为电压来测试)，通过计算分析测试的电压就可以很方便地得到数模转换器的微分非线性误差DNL、积分非线性误差INL等重要指标参数。

与基于DSP的测试方法相比，本实用新型采用的是计算机控制，实时通信，芯片自动测试，可自动记录及计算分析测试数据，速度快，数据记录准确，可靠性好。

安装本实用新型数模转换器全码测试模块的ATE与国内其他ATE相比，它是通过函数指令使模块自身产生从全零到全一的数码，不需要图形向量提供被测数模转换器的输入数码，图形向量内只需要循环设置数字的控制信号即可，简化了图形向量和测试程序编写。此全码测试模块具有与ATE的定时产生器同步的功能，控制信号、输入数码和测试输出电压的速率都由定时产生器来控制，可同步测试每一个数码的输出电压，加快测试速率。

本实用新型可以增加目前国产ATE所测试的数模转换器的位数，扩大所测试的数模转换器的芯片种类，提高输出电压测试的精度，加快测试速率，简化测试程序的编写和测试适配器的开发，增强测试稳定性，将大幅提升国产ATE数模转换器测试方面的能力，有利于增强国产ATE与国际同类产品的竞争力。国产ATE装备数模转换器全码测试模块后，可在现有ATE的基础上自主开发测试程序，大大降低测试费用。集成电路生产线上的国产ATE装备数模转换器全码测试模块后，将加快测试芯片的速度，减少测试时间，增加单位时间的测试数量，降低测试费用，且由于测试精度提高，可以提高失效分析的准确性，提高良率，还可以研发更多类型的数模转换器芯片，提升我国在国际集成电路产业的竞争力。

全码测试模块中的码型发生器通过简单的加一或减一指令，再结合循环指令，即可实现数码从全零到全一的计数，直接输入到被测器件的数码端，使用起来简单方便，但如果单纯用图形向量的方式来提供所有的数码，至少需要2ⁿ行图形向量，增加图形向量的编写难度。全码测试模块中的波形分析模块，具有同步测试功能，可实时测试被测器件的模拟输出，整个过程快速准确，加快测试速率，且由于可以采用测试被测器件的模拟输出与第二基准电压(第二基准电压值为被测器件模拟输出理论值)之差的方式，可提高测试精度，这样就能测试更高位数的数模转换器，扩大测试数模转换器的种类。

附图说明

图1是本实用新型的数模转换器全码测试模块结构框图；

图2是码型发生器；

图3是波形分析器；

图4是本实用新型的数模转换器全码测试系统的简单框图；

图5是数模转换器AD669的管脚分布图；

图6是数模转换器AD669的测试工装原理图。

具体实施方式

本实用新型是基于ATE(例如JC-3165数模混合ATE)的，ATE可测试数字电路、模拟电路和混合信号电路，其包括：图形控制器，主要作用是控制测试图形向量的顺序流向；定时产生器，用于设定测试图形向量的周期、前沿、后沿和比较沿等参数。

1基本原理

本实用新型提供一种数模(DA)转换器全码测试模块，如图1所示,包括码型发生器、波形分析模块。码型发生器用于产生数模转换器的输入数码；波形分析模块用于测试并存储数模转换器的模拟输出数据。

优选的，所述数模转换器全码测试模块还包括一程控电压基准，用于提供待测试的数模转换器所需的基准电压(第一基准电压)。所述程控电压基准是考虑到下述因素而设置的：有些数模转换器没有内部或自带电压基准，而其要正常工作必须要电压基准。所述数模转换器全码测试模块中所包括的程控电压基准可以为被测数模转换器提供所需的基准电压。第一基准电压是被测器件所需的电压基准，需要多大就设置多大。

数模转换器全码测试模块的关键是数模转换器输出模拟信号的测试采集及输入数码与转换控制信号(下称控制信号)的同步。用ATE中的测试图形向量作为数模转换器控制信号是最有效、最快捷的方法，所以考虑将数模转换器全码测试模块建立在ATE技术之上，本实用新型的数模转换器全码测试模块的开发优选在JC-3165集成电路测试系统上来实现。本实用新型的数模转换器全码测试模块通过同步ATE的图形控制器、定时产生器，实现待测试的数模转换器的输入数码与控制信号以及输出模拟信号测试采集的同步，将全码测试过程简化。

1.1码型发生器

参加图2，数模转换器全码测试模块中的码型发生器主要由第一存储器(未绘示)、计数器组成。

第一存储器主要用于存储控制计数器的指令文件，包括加减、循环和中断等指令，以及计数器初始值装载指令。调用这些指令是在图形向量文件里设置的，计数器初始值装载由“L”表示，计数加一由“+”表示，计数减一由“-”表示，计数循环由“RPT”表示，计数器中断由“H”表示。首先用“L”指令给计数器装载初始计数值，计数器的位数在测试源程序里设定，然后使用“+”或“-”指令使计数器计数输出，即为数模转换器的输入数码，具体加减计数次数由“RPT”指令控制，最后“H”指令可使计数器中断。

计数器优选为24位并行输出的可控计数单元，还包含最高输出16位串行数据的模块。

码型发生器的工作模式包括单次模式和全码模式，其输出数码为被测数模转换器的输入数码。单次模式工作时，由图形向量文件内的“L”指令直接设定码型发生器的输出数码；全码模式时，先选择并行或串行输出，然后设定码型发生器的输出位数，再设定输出数码的起始码和结束码(一般按顺序从全零到全一)，最后由ATE引入起始信号，与数模转换器的控制信号同步启动，码型发生器向被测数模转换器输出数码。

1.2波形分析模块

数模转换器全码测试模块中的波形分析模块用于测试数模转换器的输出模拟电压(电流型数模转换器需要将电流转化为电压才能测试)。当数模转换器正常工作时，输入数码从全零到全一按1LSB分辨率依次递增，其输出电压将呈现出一条线性波形(绝大多数情况为一条有一定斜率的直线)，故为测试输出电压波形特提出波形分析的概念。波形分析模块包括电压测试模块和用于数据存储的数据存储模块(第二存储器)，如图3所示。电压测试模块主要用于快速采集电压值，根据ATE的起始信号、ATE中定时产生器的比较沿与输入数码同步并确定顺序关系。数据存储模块将采集的电压值按上述顺序关系记录保存。针对高精度的数模转换器，本实用新型提出测试输出电压与基准电压(第二基准电压)之差的方法，即差分测试。第二基准电压可预先校准，其设定值为被测数模转换器输出电压的理想值。对于差分测试，第二存储器还按顺序关系记录保存了采集的电压值与第二基准电压之差。作为一个实施例，所述第二基准电压可以由比被测数模转换器更高精度的数模转换器来提供，该更高精度的数模转换器设置于波形分析模块中，其输入与被测数模转换器相同，其输出为第二基准电压，通过对被测数模转换器与该更高精度的数模转换器两者的输出电压进行高精度差分运放和高精度电压测试，来进行差分测试，并将电压之差按顺序关系记录保存在第二存储器中。第二存储器所存储的测试数据将被读出到主控计算机。

1.3工作流程

数模转换器全码测试模块的工作流程：

1.按图1连接好测试电路，将全码测试模块的码型发生器接到数模转换器的数码输入端，用程控电压基准提供第一基准电压，波形分析模块连接被测器件的模拟输出端，在测试工装上接好必要的外围电路，再由ATE提供其他信号。

2.根据被测数模转换器的转换控制要求，编写好图形向量(图形向量为被测数模转换器的所有数字端与ATE的数字通道板上数字通道的对应关系和所有数字端所需的输入信号)。图形向量预先装载到ATE的数字通道板内，以备在全码测试时被图形控制器调用。

设定好ATE的定时产生器的周期、前沿、后沿和比较沿参数，定时产生器的周期参数即为图形向量每一行持续的时间；比较沿为全码测试模块中波形分析模块测试和存储的时间，为每个周期中的某一时刻。

其中，待测的数模转换器包括：

数码输入端，连接本实用新型全码测试模块中的码型发生器，输入数码(全码模式)；

其他数字端，连接现有的ATE，输入图形向量(由现有的ATE在其图形控制器的控制下进行输出)作为控制信号。

图形向量文件内的每一行包含全码测试模块的指令调用和输入数码以及除数码端外其他数字端的输入值。数码输入端的输入和其他数字端的输入同步通过现有的ATE的定时产生器模块实现。根据主控计算机发出的全码测试指令，ATE的图形控制器启动图形向量输出时，码型发生器、定时产生器同步启动，根据定时产生器时钟，图形向量调用计数器指令控制码型发生器输出，实现两者同步输出。

3.正式全码测试时，主控计算机发出全码测试指令，总线控制器收到后，同时下发到ATE的图形控制器、数字通道板、定时产生器和数模转换器全码测试模块，在图形控制器的控制下，开始数字图形输出，同时启动数模转换器全码测试模块的码型发生器，其数码一般预设全零，以1LSB数码递增直到全一。图形向量周期设定在数模转换器可工作范围之内，通常以其最快工作速率为准，以便同时测试芯片的时间参数。同时调用图形向量给出数模转换器的数字输入控制信号，电压测试模块采集电压值，并用定时产生器的比较沿把数模转换器输出数据锁存到数模转换器第二存储器中。第二存储器工作周期等于图形向量的周期，也等于波形分析器每点的测试间隔周期。为了消除噪声的干扰，提高采样结果的准确度，可以增加采样的点数，通常是按被测数模转换器全码数的倍数增加。

4.图形向量运行结束后，将第二存储器中的测试数据读出(从测试系统转移到主控计算机内存中)，通过运算处理，先算出零点误差和增益误差，然后就可算出微分非线性误差、积分非线性误差等参数。

图4是本实用新型的数模转换器全码测试系统的简单框图。该系统是在ATE上结合本实用新型的数模转换器全码测试模块。该系统包括ATE的图形控制器和定时产生器，以及数字通道板。通常还会结合一程控电源模块作为电压源，其电压精度不高，具有较强的电流驱动能力。

根据一优选实施例，本实用新型的全码测试模块与ATE是一体结合的。程控电源模块、DA转换器全码测试模块、图形控制器、数字通道板和定时产生器为本实用新型的数模转换器全码测试系统的物理模块；被测DA转换器的测试工装(其上置入、连接被测DA转换器)与测试必要的外围电路组成测试适配器；测试适配器通过测试头与本实用新型的数模转换器全码测试系统各物理模块相连。

本实用新型的数模转换器全码测试系统与主控计算机通过总线连接。总线包括PCI通讯卡(未图示)、总线控制器和测试系统母板。PCI通讯卡安装在主控计算机内，用于测试系统软件与总线控制器之间的通信；测试系统的所有物理模块都安装在系统母板上；总线控制器安装在系统母板的零槽位置，用于控制测试系统的其他物理模块。总的来说主控计算机通过总线与测试系统各物理模块相连接，各模块的控制和数据传输都在总线上完成。

图形向量文件包含管脚和数字通道的对应关系及设置输入驱动高低电平。举例说明吧。以下为完整的图形向量文件，其中//后面的文字是解释。

下面是应用本实用新型的数模转换器全码测试系统(基于JC-3165数模混合集成电路测试系统)，以AD公司的AD669为实例完成其全码测试。AD669为16位数模转换器，其管脚分布图见图5。

本次实测选择AD669双极性输出方式，使用外部电压基准，其测试工装原理图见图6。图中DPS1、DPS3、DPS4分别为VLL、VCC、VEE管脚提供电源(DPS1、DPS3、DPS4为集成电路测试系统的程控电源模块)；器件的DB0～15管脚接集成电路测试系统的DUT0～15(DUT0～15此时为数模转换器全码测试模块中的码型发生器输出通道)；DUT16～18分别为CS/、L1/、LDAC管脚提供器件的控制信号，由图形向量给出；标识REFIN接数模转换器全码测试模块中提供第一基准电压的程控电压基准模块；标识VOUT接数模转换器全码测试模块中的波形分析模块；电位计W1、W2可以调节器件的零点误差和增益误差。

实际工作流程：

1.编写图形向量：定义管脚和数字通道的对应关系，设置输入数码及控制信号。具体文件如下：

2.设定工作电源电压，通过定时产生器设定图形向量的运行周期和波形分析模块的采样时间点。

3.设定码型发生器的输出位数为16位，且时钟由定时产生器给出(与图形控制器同步)，每1LSB采样并存储一次。

4.执行图形向量，码型发生器输出从0依次增大到65535的数码，同时波形分析模块测试电压。

5.将记录的数据导入主控计算机，通过函数分析计算INL等参数。

实测电压数据65536个，如下所示：-9.999989，-9.999676，-9.999391，-9.999090,-9.998782,-9.998479,……，9.998170,9.998481,9.998785,9.999091,9.999387,9.999681。

根据以上转换电压数据计算出零点误差、增益误差、DNL和INL等静态参数，再通过测试系统的其他模块测试余下指标，即可完成AD669的参数测试。

以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种数模转换器全码测试模块，用于数模转换器的测试，其特征在于，包括：

码型发生器，用于产生数模转换器的输入数码；

波形分析模块，用于测试并存储数模转换器的模拟输出数据,

所述波形分析模块包括：

电压测试模块，采集数模转换器的输出电压值；

第二存储器，将电压测试模块采集的电压值按顺序存储。

2.如权利要求1所述的测试模块，其特征在于，还包括程控电压基准，用于提供数模转换器所需的第一基准电压。

3.如权利要求1所述的测试模块，其特征在于，所述码型发生器包括：

计数器，计数输出，作为数模转换器的输入数码；

第一存储器，存储有控制计数器的指令文件,所述指令文件可被图形向量文件调用。

4.如权利要求3所述的测试模块，其特征在于，所述码型发生器的工作模式包括单次模式和全码模式。

5.如权利要求1所述的测试模块，其特征在于，所述第二存储器存储电压测试模块采集的电压值与一第二基准电压的电压之差。

6.如权利要求5所述的测试模块，其特征在于，在所述波形分析模块中，设置一比被测数模转换器更高精度的数模转换器，以提供第二基准电压，并设置一高精度差分运算放大器和一高精度电压测试器，以对被测数模转换器的输出电压与第二基准电压进行高精度差分运放和高精度电压测试，并将该两电压之差按顺序关系记录保存在第二存储器中。

7.一种数模转换器全码测试系统，其特征在于，该系统是在ATE上结合数模转换器全码测试模块，

所述ATE，存储有图形向量文件，包括：

图形控制器，控制输出图形向量作为数模转换器的控制信号；

定时产生器，设定图形向量的周期、前沿、后沿和比较沿，

所述数模转换器全码测试模块包括：

码型发生器，用于产生数模转换器的输入数码，包括：计数器，计数输出，作为数模转换器的输入数码；第一存储器，存储有控制计数器的指令文件,所述指令文件可被图形向量文件调用；

波形分析模块，用于测试并存储数模转换器的模拟输出数据，包括：电压测试模块，采集数模转换器的输出电压值；第二存储器，将电压测试模块采集的电压值按顺序存储。

8.如权利要求7所述的测试系统，其特征在于，所述数模转换器全码测试模块还包括程控电压基准，用于提供数模转换器所需的第一基准电压。

9.如权利要求7所述的测试系统，其特征在于，所述第二存储器存储由电压测试模块采集的被测数模转换器的输出电压与一第二基准电压的电压之差。