TWI509260B - 低電壓差分信號測試的系統和方法 - Google Patents

Description

低電壓差分信號測試的系統和方法

本發明所揭示內容一般係關於信號測試系統和方法，尤其係關於低電壓差分信號的測試系統和方法。

在半導體元件製造期間通常需要測量電信號之各種參數。需要測量該些元件所產生的該等信號參數以驗證該等元件係適當運作。透過測試所取得的資訊可用於識別並報廢(discard)無法呈現預期性能的元件。測試結果有時可用於改變用來製作該等元件製程中的步驟。舉例來說，可在該等隨後步驟中校正該元件，以滿足預期性能。

隨著半導體元件性能的提升，測試該些元件的困難度亦增加。電子系統以越來越快的速度運作。此外，對於快速信號使用低電壓差分信號(LVDS，Low Voltage Differential Signaling)已變得更為普遍。LVDS係一種可在低耗能、低雜訊和低成本的高資料傳輸率傳輸差分信號之電信號系統。必須測試信號特性以確保在LVDS上無錯傳輸。

目前，手動執行的LVDS測試無效率又容易出錯。無法滿足在快速大量生產和有效工程資格上的競爭性需要。據此，快速信號(尤其LVDS信號)之有效測量參數係挑戰。

本發明係關於低電壓差分信號(LVDS，Low Voltage Differential Signaling)的測試系統。該系統包含：一輸入模組，用於供使用者輸入該測試所需要的資訊；一通訊模組，用於使用該使用者所選擇的該通訊方法連接控制裝置和示波器；一測量模組，用於透過控制一示波器測量LVDS信號之參數；一評估模組，用於評估LVDS信號之該等所取得的參數是否遵守相關的LVDS規範；以及一輸出模組，用於從該評估模組輸 出LVDS信號之該等參數和該等參數之評估結果。

較佳為，該系統更包含一報告模組，用於當所有該等參數之所有測量皆已完成時產生供該使用者讀取的一報告。

較佳為，該測量模組包含：一設定模組，用於設定該示波器；一參數測量模組，用於測量LVDS信號參數；以及一測量結果取得模組，用於從該示波器傳輸LVDS信號之該等測量結果至該測試系統。

較佳為，該設定模組更可用於：回復該示波器為出廠設定；鎖定該示波器；設定持久模式；設定螢幕擷取模式；設定獲取模式；選擇一測量通道；以及設定測量參考位準。

較佳為，該輸入模組包含一圖形使用者介面，以供該使用者輸入該測試所需的資訊。

較佳為，該通訊方法係乙太網路(Ethernet)或通用介面匯流排。

較佳為，該測試所需的資訊包含即將測試該等信號參數的該等規範。

較佳為，該等信號參數包含最大正峰值電壓、最大負峰值電壓、峰間值、上升時間、下降時間以及信號抖動(jitter)。

較佳為，該示波器係用於測試LVDS信號的一示波器。

較佳為，該報告更包含該等信號之所取得的波形。

在本發明之另一態樣中，亦提供測試方法。該方法包含：取得該測試所需的資訊；使用該使用者所選擇的該通訊方法連接控制裝置110和示波器120；透過控制一示波器測量該LVDS信號之參數；評估該LVDS信號之該等所取得的參數是否遵守相關的LVDS規範；以及從該評估模組輸出該LVDS信號之該等參數和該等參數之評估結果。

較佳為，該方法更包含產生一報告，用於當所有該等參數之所有該等測量皆已完成時供該使用者讀取。

較佳為，透過控制一示波器LVDS信號之該等參數之該測量包含：設定該示波器；測量該等LVDS信號參數；以及從該示波器傳輸LVDS信號之該等測量結果至該測試系統。

較佳為，該示波器之設定包含：回復該示波器為出廠設定；鎖定該示波器；設定持久模式；設定螢幕擷取模式；設定獲取模式；選擇一測量通道；以及設定測量參考位準。

較佳為，該測試所需的資訊包含透過一圖形使用者介面取得該測試所需的資訊。

較佳為，該通訊方法係乙太網路或通用介面匯流排。

較佳為，該測試所需的資訊包含即將測試該等信號參數的該等規範。

較佳為，該等信號參數包含最大正峰值電壓、最大負峰值電壓、峰間值、上升時間、下降時間以及信號抖動。

較佳為，該示波器係用於測試LVDS信號的一示波器。

較佳為，該報告更包含該等信號之所取得的波形。

本發明所提供的LVDS的測試系統和方法可迅速並有效測試LVDS信號之該等參數。其可減少因操作者過失而造成測量結果錯誤之可能性，並縮短平均測量時間。因此，本發明有利於滿足在快速大量生產和有效工程資格上的競爭性需要。

本發明之其他特徵和優勢將在以下說明中提出，且部分將從該說明顯而易見，或可藉由本發明之實作得知。本發明之該等優勢將藉由書面說明和其申請專利範圍以及所附圖式中特別指出的結構實現和達成。應可理解前述一般說明和以下詳細說明皆係示例性和解釋性，且係欲提供如所主張的本發明之進一步解釋。

100‧‧‧測試環境

110‧‧‧控制裝置

120‧‧‧示波器

130‧‧‧LVDS信號

140‧‧‧測試中裝置

200‧‧‧LVDS測試系統；測試系統

210‧‧‧輸入模組

220‧‧‧通訊模組

230‧‧‧測量模組

232‧‧‧設定模組

234‧‧‧參數測量模組

236‧‧‧測量結果取得模組

240‧‧‧評估模組

250‧‧‧輸出模組

260‧‧‧報告模組；報告產生模組

301-309‧‧‧步驟

401-413‧‧‧步驟

所附圖式係包括以提供本發明之進一步了解，且係納入並構成本說明書之一部分。所附圖式例示本發明之具體實施例，且與該說明一起可解釋本發明之原理。在所附圖式中，第一圖繪示根據一具體實施例本發明所提供的LVDS的測試環境100之區塊圖；第二圖繪示根據本發明之一具體實施例於第一圖中LVDS測試系統200之區塊圖； 第三圖係根據本發明之一具體實施例的LVDS測試方法之一具體實施例流程圖；第四圖係根據本發明之一具體實施例於LVDS測試中測量參數步驟306之一具體實施例流程圖。

範例具體實施例係於說明書中低電壓差分信號的測試系統和方法之內容說明。本領域一般技術者將理解以下說明僅係例示性，且係不欲以任何方式限制。受益於所揭示內容的本領域技術者顯然將聯想到其他具體實施例。現在將詳細參照如所附圖式中例示的該等範例具體實施例之實作。相同的參考指標將用於貫穿所附圖式和以下說明的可能範圍以指稱相同或相似的項目。

現在將詳細參考本發明之該等較佳具體實施例，其範例係例示於所附圖式中。

在本發明之一態樣中提供用於LVDS測試的測試系統200，其可有效測試LVDS信號之參數，如最大正峰值電壓、最大負峰值電壓、峰間值、上升時間、下降時間和信號抖動等。第一圖繪示根據一具體實施例由本發明所提供的LVDS測試環境100之區塊圖。測試環境100包含一控制裝置110、一示波器120以及一測試中裝置140，其中控制裝置110可係資料處理裝置或運算裝置，例如有作業系統(例如Windows 7)的個人電腦，且LVDS測試系統200可在該控制裝置上操作。控制裝置110可藉由通訊方法連接示波器120，例如乙太網路、通用介面匯流排(GPIB，General-Purpose Interface Bus)等。示波器120可能係可藉由探測器取得LVDS信號130之信號波形的示波器。在該探測器取得該LVDS信號對之正信號和負信號並從該正信號減去該負信號之後，所產生的LVDS信號係傳輸至示波器120。在一具體實施例中，示波器120可係太克科技(Tektronix)生產可測試LVDS信號的不同型號和多個系列之一，例如MSO/DPO5000、DPO7000/C、DPO70000/B/C、DSA70000/B/C和MSO70000/C。測試中裝置140可能係產生一個或多個LVDS信號的電子裝置，例如電路板、電子裝置等。

第二圖係根據本發明之一具體實施例於第一圖中LVDS測試系統200之區塊圖。LVDS測試系統200包括一輸入模組210、一通訊模組220、一測量模組230、一評估模組240、一輸出模組250以及一報告模組260。

輸入模組210包含至少一圖形使用者介面，用於供使用者輸入該測試所需的資訊，例如產品編號、使用者名稱、使用者感興趣的信號參數和測試規範。在一具體實施例中，該圖形使用者介面亦提供選項供該使用者選擇通訊方法，例如乙太網路、通用介面匯流排(GPIB，General-Purpose Interface Bus)，以連接控制裝置110和示波器120。若該使用者選擇乙太網路通訊方法，則該圖形使用者介面可用於供該使用者輸入示波器120之IP位址。

通訊模組220係配置成使用該使用者所選擇的該通訊方法連接控制裝置110和示波器120。若該使用者選擇乙太網路通訊方法，則通訊模組220首先使用該使用者所輸入的IP位址將控制裝置110連接示波器120。若無法成功連接示波器120，則必須由該使用者透過該圖形使用者介面輸入示波器120之該IP位址。

當成功連接控制裝置110和示波器120時，測量模組230係用於測量LVDS信號之參數，包括設定示波器120使其準備好進行測量、測量該使用者感興趣的該等信號參數以及傳輸該等測量結果至測試系統200。測量模組230包括一設定模組232、一參數測量模組234以及一測量結果取得模組236。設定模組232係用於設定示波器120進行測量，例如設定持久模式、螢幕擷取模式和獲取模式，以及選擇一測量通道等。參數測量模組234係用於測量該等LVDS信號參數，例如最大正峰值電壓、最大負峰值電壓、峰間值、上升時間、下降時間和信號抖動等。測量結果取得模組236係用於取得測量結果和螢幕影像，包括來自示波器120的LVDS信號之波形。

評估模組240評估LVDS信號之該等所取得的參數，例如LVDS信號130之最大正峰值電壓、最大負峰值電壓、峰間值、上升時間、下降時間、信號抖動等，是否遵守由該使用者所設定的相關LVDS規範。 在一範例中，該等LVDS規範定義電壓範圍，例如範圍320mv(微伏)-520mv為該最大正峰值電壓基準。若該經測量之最大正峰值電壓落於該電壓範圍，則該評估模組240可評估該最大正峰值電壓遵守由該使用者所設定的該等LVDS規範。

輸出模組250從評估模組240輸出該LVDS信號之該等參數，例如LVDS信號130之最大正峰值電壓、最大負峰值電壓、峰間值、上升時間、下降時間、信號抖動等，以及該等參數之評估結果連接控制裝置110的該輸出裝置。在一具體實施例中，在工程或大量生產期間，輸出模組250可使用供該使用者參考的圖形使用者介面從評估模組240輸出LVDS信號130之最大正峰值電壓、最大負峰值電壓、峰間值、上升時間、下降時間和信號抖動，以及該等評估結果。

在大量生產或工程期間，當所有該等參數之所有測量皆已完成時報告產生模組290產生報告，且該等報告將儲存並放入資料庫供該使用者在往後的測試程序中搜尋或讀取。該報告內容可包括所有該等經測量之參數、該等參數之評估結果、該使用者所設定的規範以及LVDS信號之波形。

第三圖係根據本發明之一具體實施例的LVDS測試方法之一具體實施例流程圖。依該等具體實施例而定，可添加額外步驟、移除其他步驟並可改變該等步驟之順序。

在步驟301中，輸入模組210透過供該使用者輸入的至少一圖形使用者介面取得該測試所需的資訊，例如產品編號、使用者名稱、使用者感興趣的信號參數和測試規範。在一具體實施例中，該圖形使用者介面亦提供選項供該使用者選擇通訊方法，例如乙太網路、通用介面匯流排(GPIB，General-Purpose Interface Bus)，以連接控制裝置110和示波器120。若該使用者選擇乙太網路之通訊方法，則該圖形使用者介面可用於供該使用者輸入示波器120之IP位址。

在步驟302中，判定該使用者所選擇的該通訊方法以連接控制裝置110和示波器120。若該使用者選擇乙太網路之通訊方法，則通訊模組220首先使用該使用者所輸入的該IP位址連接控制裝置110和示波器 120。在步驟303中，控制裝置110係根據示波器120之IP位址連接示波器120。在步驟304中，判定藉由該IP位址是否可成功連接示波器120。若無法成功連接示波器120，則該使用者需要在步驟305中再次透過該圖形使用者介面輸入示波器120之該IP位址，且該方法返回步驟303，其中使用該使用者所輸入的新IP位址連接示波器120。若在步驟304中成功連接示波器120，則該方法前進至步驟306，其中測量LVDS信號130之參數。再者，若在步驟302中判定該使用者所選擇的該通訊方法係GPIB，則該方法前進至步驟306，其中測量LVDS信號130之該等參數。

第四圖係根據本發明之一具體實施例的LVDS測試中的參數測量步驟306之一具體實施例的流程圖。在該測量步驟中，可測量該LVDS信號之該等參數，例如最大正峰值電壓、最大負峰值電壓、峰間值、上升時間、下降時間、信號抖動等。依該等具體實施例而定，可添加額外步驟、移除其他步驟並可改變該等步驟之順序。

在步驟401中，在控制裝置110成功連接示波器120之後，示波器120係設定成預設配置，亦即出廠設定。隨後在步驟402中，當測試系統200控制示波器120時，示波器120係鎖定以防止來自外部任何不必要的動作執行其上。在步驟403中，對示波器120設定持久模式。持久模式係用於聚積即將顯示的記錄點方式，其包括無限持久模式、可變持久模式以及未持久模式。舉例來說，在一具體實施例中，該持久模式可設定成該無限持久模式。

隨後在步驟404中，設定螢幕擷取模式，亦即設定影像之格式和風格。該影像之格式和風格判定顯示經擷取之影像的方式，且與參數之測量結果無關。舉例來說，在一具體實施例中，該風格可設定成「彩色(colored)、全螢幕(full-screen)、jpg格式(jpg format)」。該顯示格式包括YT格式、XY格式以及XYZ格式。YT格式顯示信號振幅為隨時間變化。XY格式點對點比較波形記錄之振幅。舉例來說，可比較通道1(X)和通道2(Y)。XYZ格式如同在XY格式中可點對點比較該等通道1(X)和通道2(Y)波形記錄之電壓位準。所顯示的波形強度係由通道3(Z)波形記錄調變。舉例來說，在一具體實施例中，該顯示格式可設定成YT格式。

在步驟405中，設定獲取模式。獲取係取樣類比信號、將其轉換為數位資料和將其組合為波形記錄之程序，其隨後係儲存於獲取記憶體中。該獲取模式包括取樣模式、峰值偵測模式、高解析度模式、波封模式、平均模式以及波形資料庫模式。取樣模式留存來自每個獲取區間的第一取樣點。取樣係預設模式。峰值偵測模式使用在兩個連續獲取區間中容納的所有該等取樣之最高和最低。此模式僅以即時、非內插(noninterpolated)取樣運作，且有助於擷取高頻突波(glitches)。高解析度模式對每個獲取區間計算所有取樣之平均。高解析度提供高解析度、低頻寬波形。波封模式在許多獲取之間找出最高和最低的記錄點。波封對每個個別獲取皆使用峰值偵測。平均模式對於在許多獲取之間的每個記錄點皆計算平均值。平均模式對每個個別獲取皆使用取樣模式。平均模式可用於減少隨機雜訊。波形資料庫模式係在多個獲取間的來源波形資料之三維聚積。除了振幅和計時資訊之外，該資料庫包括獲取特定波形點(時間和振幅)的次數之計數。舉例來說，在一具體實施例中，該獲取模式可設定成取樣模式。

在步驟406中，選擇測量通道。每個通道皆配備用於取得例如波形等信號資料的探測器。隨後在步驟407中，設定垂直和水平尺度。且在步驟408中設定水平取樣率。舉例來說，在一具體實施例中，該測量通道可設定成通道1；該垂直尺度可設定成125mV/div(刻度)；該水平尺度可設定成1ns(奈秒)/div；取樣率係設定成2.5G/s。

在步驟409中，設定測量參考位準。該參考位準係用於測量上升時間和下降時間。舉例來說，信號用於從低位準跳至高位準的時間係該上升時間。通常使用該信號從其振幅之10%至振幅之90%或從20%至80%的時間，而非從0%至100%的時間。該使用者可根據其規範選擇該參考位準。10%至90%模式係預設設定。舉例來說，在一具體實施例中，該測量參考位準係設定成20%-80%。

接著，在步驟410中測量該使用者所選擇的LVDS之該等N個參數。當測量開始時，探測器開始取得LVDS波形。當取得500個波形時，測量停止。在步驟411中，測量結果和包括波形的螢幕影像係從步驟411中的示波器取得。在一具體實施例中，舉例來說，最大峰值電壓、最大 負峰值電壓、峰間值、上升時間、下降時間和信號抖動以及其他的信號參數係藉由該等經收集之500個波形得到，且藉由測試系統200之測量結果取得模組236取得。

在步驟412中，判定是否已測量所有該等參數。舉例來說，若該使用者關閉示波器120或強力終止該測量程序，則可能未完成參數測量。若有未測量的參數，則該方法返回步驟401以持續測量該等未完成的參數。在步驟412中，若完成所有參數之該測量，則評估該測量結果。

現在返回在第三圖中所顯示的LVDS測試方法之流程圖。在完成所有該等參數之測量之後，在步驟307中，評估該等經測量之參數，例如最大正峰值電壓、最大負峰值電壓、峰間值、上升時間、下降時間、信號抖動等，是否遵守該使用者所設定的相關的LVDS規範。在一具體實施例中，該等LVDS規範定義電壓範圍，例如範圍320mv-520mv為該最大正峰值電壓基準。若經測量之最大正峰值電壓落於該電壓範圍，則評估模組240可評估該最大正峰值電壓遵守該使用者所設定的該等LVDS規範。

在步驟308中，LVDS信號之參數，例如LVDS信號130之最大正峰值電壓、最大負峰值電壓、峰間值、上升時間、下降時間、信號抖動等，以及該等參數之評估結果係輸出至連接控制裝置110的輸出裝置。在一具體實施例中，在工程或大量生產期間，可使用供該使用者參考的圖形使用者介面輸出LVDS信號130之最大正峰值電壓、最大負峰值電壓、峰間值、上升時間、下降時間和信號抖動，以及該等評估結果。

在步驟309中，在該大量生產或工程期間，當所有該等參數之所有該等測量皆已完成時產生報告，且該等報告將儲存並放入資料庫供該使用者在往後的測試程序中搜尋或讀取。該報告之內容可包括所有該等經測量之參數、該等參數之評估結果、該使用者所設定的規範以及該LVDS信號之波形。

因此，本發明所提供的LVDS的測試系統和方法可迅速並有效測試該LVDS信號之參數。其可減少因該作者之過失而造成測量結果錯誤之可能性並縮短平均測量時間。因此，本發明可有利於滿足在快速大量生產和有效工程資格上的競爭性需要。

應可察知可在本發明之範疇與精神內做各種修正、改寫和替代具體實施例。本發明進一步由以下申請專利範圍定義。

301‧‧‧取得資訊

302‧‧‧判定該通訊方法

303‧‧‧根據該IP位址連接該示波器

304‧‧‧成功連接該示波器？

305‧‧‧輸入新IP位址

306‧‧‧測量該等參數

307‧‧‧評估該等測量結果是否遵守該等規範

308‧‧‧輸出該測量和評估結果

309‧‧‧產生報告

Claims (20)

1. 一種低電壓差分信號(LVDS，Low Voltage Differential Signaling，)測試系統，該系統包含：一輸入模組，用於供一使用者輸入一測試所需的資訊；一通訊模組，用於使用該使用者所選擇的一通訊方法連接一控制裝置和一示波器；一測量模組，用於透過控制一示波器測量該LVDS信號之多個參數；一評估模組，用於評估該LVDS信號之該等所取得的參數是否遵守相關的LVDS規範，其中該評估模組更包含用於鎖定該示波器的一設定模組；以及一輸出模組，用於輸出該LVDS信號之該等參數和從該評估模組對於該等參數之一評估結果。
2. 如申請專利範圍第1項之系統更包含：一報告模組，用於當所有該等參數之所有該等測量皆已完成時產生供該使用者讀取的一報告。
3. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該測量模組包含：一設定模組，用於設定該示波器；一參數測量模組，用於測量該等LVDS信號參數；以及一測量結果取得模組，用於從該示波器傳輸該LVDS信號之該等測量結果至該測試系統。
4. 如申請專利範圍第3項之系統，其中該設定模組更用於：回復該示波器為出廠設定；鎖定該示波器；設定一持久模式；設定一螢幕擷取模式；設定一獲取模式；選擇一測量通道；以及設定該測量參考位準。
5. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該輸入模組包含一圖形使用者介面，用於供該使用者輸入該測試所需的資訊。
6. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該通訊方法係乙太網路(Ethernet)或通用介面匯流排(General-Purpose Interface Bus)。
7. 如申請專利範圍第5項之系統，其中該測試所需的資訊包含即將測試該等信號參數的該等規範。
8. 如申請專利範圍第7項之系統，其中該等信號參數包含最大正峰值電壓、最大負峰值電壓、峰間值、上升時間、下降時間以及信號抖動(jitter)。
9. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該示波器係用於測試LVDS信號的一示波器。
10. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該報告更包含該等信號之所取得的波形。
11. 一種低電壓差分信號測試方法，該方法包含：取得該測試所需要的資訊；使用一使用者所選擇的一通訊方法連接一控制裝置和一示波器；透過控制一示波器測量該LVDS信號之多個參數；評估該LVDS信號之該等所取得的參數是否遵守相關的LVDS規範，其中更包含設定該示波器以鎖定該示波器；以及從該評估模組輸出該LVDS信號之該等參數和該等參數之該評估結果。
12. 如申請專利範圍第11項之方法更包含：當所有該等參數之所有該等測量皆已完成時產生供該使用者讀取的一報告。
13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中透過控制一示波器該LVDS信號之該等參數之該測量包含：設定該示波器；測量該等LVDS信號參數；以及從該示波器傳輸該LVDS信號之該等測量結果至該測試系統。
14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中設定該示波器包含： 回復該示波器為出廠設定；鎖定該示波器；設定一持久模式；設定一螢幕擷取模式；設定一獲取模式；選擇一測量通道；以及設定該測量參考位準。
15. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該測試所需的資訊之該取得包含透過一圖形使用者介面取得該測試所需的資訊。
16. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該通訊方法係乙太網路或通用介面匯流排。
17. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該測試所需的資訊包含即將測試該等信號參數的該等規範。
18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該等信號參數包含最大正峰值電壓、最大負峰值電壓、峰間值、上升時間、下降時間以及信號抖動。
19. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該示波器係用於測試LVDS信號的一示波器。
20. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該報告更包含該等信號之所取得的波形。