TWI820456B - 一種針對自動測試機的非同步頻譜洩漏的抑制方法 - Google Patents

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本發明涉及半導體測試技術領域，具體地說是一種針對自動測試機的非同步頻譜洩漏的解決方法。一種針對自動測試機的非同步頻譜洩漏的解決方法，具體解決方法如下：S1：啟動被測晶片的測試工作；S2：啟動自動測試機的取樣模組進行資料取樣，取樣資料長度為16384點；S3：根據取樣資料長度為16384點，記錄計算長度為16384，並添加漢寧窗函數計算得出取樣點加權係數；S4：將計算得出的取樣點加權係數應用在時域取樣資料的公式中；S5：得出各項資料後，進行傅立葉變換，得出訊號雜訊比（Signal-to-noise ratio, SNR）及SNR）及總諧波失真（total harmonic distortion, THD）的資料。

Description

一種針對自動測試機的非同步頻譜洩漏的抑制方法
本發明涉及半導體測試技術領域，具體地說是一種針對自動測試機的非同步頻譜洩漏的解決方法。
通常在半導體自動測試過程中為了獲得穩定的訊號，測試端被測晶片和自動測試設備需使用同一個時脈源，以保證雙方訊號同步，以避免因為不能達到同步，而使被測訊號的頻率發生變化，導致訊號的頻譜洩漏，從而造成分析困難和測試失敗。
然而仍有客戶的由於測試方案本身的需要，自己提供了晶體振盪器時脈源，而該晶體振盪器時脈源卻不能給晶片提供有效穩定的時脈，與自動測試機的時脈非同步，從而造成待測訊號不穩定。這樣的訊號在被取樣之後不能完美取樣整週期，造成了頻譜洩漏，影響測試結果。
本發明為克服習知技術的不足，提供一種針對自動測試機的非同步頻譜洩漏的解決方法，在自動測試機取樣模組進行取樣時增加漢寧 (Hanning)窗函數，並進行傅立葉轉換，能夠針對非週期性訊號的頻譜洩漏有抑制作用，有利於分析訊號的頻率特性。
為實現上述目的，設計一種針對自動測試機的非同步頻譜洩漏的解決方法，其特徵在於：具體解決方法如下：S1：啟動被測晶片的測試工作；S2：啟動自動測試機的取樣模組進行資料取樣，取樣資料長度為16384點；其中，快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform,FFT)基本要求為2的n次方，取樣需滿足取樣定理Fs/Ft=N/M，Fs為取樣頻率，Ft為訊號頻率，N為取樣點數，M為取樣週期；Ft=1KHz輸出，一般要求觀察25KHz的頻譜，系統取樣頻率大概為Fs=51.2KHz(因為FFT是對稱半頻譜，取樣頻率需大於2倍的25KHz)，取樣週期個數一般要求至少300個以上的週期，與此最接近的取樣點為300*25*2
Figure 110127204-A0305-02-0004-4
16000，因此，最接近此數的值為16384；S3：根據取樣資料長度為16384點，記錄計算長度為16384，並添加漢寧窗函數計算得出取樣點加權係數；S4：將計算得出的取樣點加權係數應用在時域取樣資料的公式中；S5：得出各項資料後，進行傅立葉變換，得出訊號雜訊比(Signal-to-noise ratio,SNR)及總諧波失真(total harmonic distortion,THD)的資料；S6：根據SNR及THD的資料，計算得出方均根(Root Mean Square,RMS)值，其中RMS為有效值，能量Power=Σ RMS(i)2。
這兩個參數是在訊號處理或者訊號分析中比較關鍵的2個特徵量，一般要求SNR越大越好，THD越小越好，當頻譜洩漏時候在頻譜圖中訊號會被雜訊淹沒，雜訊比較大，SNR，THD比較差，加了窗之後，雜訊被抑制，SNR和THD表現就好。
所述的漢寧窗函數為W(n)=1/2 *[1-cos(2π(n-1)/N)]，其中，N為窗的長度，n為當前取樣點，W(n)為透過漢寧窗計算出的當前取樣點加權係數。
所述的時域取樣資料的公式為H(n)=S(n)* W(n)，其中，S(n)為取樣的原始資料，H(n)為應用了漢寧窗的取樣資料。
所述的SNR為訊號雜訊比，THD為總諧波失真。
所述的SNR=20Log(Sum(MAG_AMP[Bx]* MAG_AMP[Bx])/Sum(MAG_AMP[n]* MAG_AMP[n]))，其中，Sum(MAG_AMP[Bx]* MAG_AMP[Bx])為主瓣加旁瓣訊號能量，Sum(MAG_AMP[n]* MAG_AMP[n])為雜訊能量和。
所述的THD=20Log(Sum(MAG_AMP[Hx]* MAG_AMP[Hx])/Sum(MAG_AMP[Bx]* MAG_AMP[Bx]))，其中，Sum(MAG_AMP[Hx]* MAG_AMP[Hx])為諧波能量和。
本發明同習知技術相比，提供一種針對自動測試機的非同步頻譜洩漏的抑制方法，在自動測試機取樣模組進行取樣時增加漢寧窗函數，並進行傅立葉轉換，能夠針對非週期性訊號的頻譜洩漏有抑制作用，有利於分析訊號的頻率特性。
C1:自動測試機時脈
C2:晶體振盪器
圖1為習知音訊晶片測試狀態示意圖。
圖2為本發明工作流程示意圖。
圖3為習知技術的頻譜圖。
圖4為本發明增加漢寧窗後的頻譜圖。
下面根據附圖對本發明做進一步的說明。
如圖1所示，為一音訊晶片測試，被測晶片的一部分輸入是以自動測試機時脈C1為基礎；而另一部分部分由晶體振盪器C2輸入提供clock輸入，輸出是1kHz，Vpp電壓幅值為2V的正弦波。被測晶片的輸出端接入自動測試機，並由自動測試機取樣，然後做頻譜分析。而被測晶片由於兩部分功能模組輸入非同步，從而引起被測晶片輸出訊號會有偏差，同時取樣頻率又是一個恆定的頻率，這樣造成了頻譜洩漏的結果。
如圖2所示，一種針對自動測試機的非同步頻譜洩漏的抑制方法，具體解決方法如下：S1：啟動被測晶片的測試工作；S2：啟動自動測試機的取樣模組進行資料取樣，取樣資料長度為16384點；其中，FFT基本要求為2的n次方，取樣需滿足取樣定理Fs/Ft=N/M，Fs為取樣頻率，Ft為訊號頻率，N為取樣點數，M為取樣週期；Ft=1KHz輸出，一般要求觀察25KHz的頻譜，系統取樣頻率大概為Fs=51.2KHz (因為FFT是對稱半頻譜，取樣頻率需大於2倍的25KHz)，取樣週期個數一般要求至少300個以上的週期，與此最接近的取樣點為300*25*2
Figure 110127204-A0305-02-0007-5
16000，因此，最接近此數的值為16384；S3：根據取樣資料長度為16384點，記錄計算長度為16384，並添加漢寧窗函數計算得出取樣點加權係數；漢寧窗函數為W(n)=1/2 *[1-cos(2π(n-1)/N)]，其中，N為窗的長度，n為當前取樣點，W(n)為透過漢寧窗計算出的當前取樣點加權係數；S4：將計算得出的取樣點加權係數應用在時域取樣資料的公式中；時域取樣資料的公式為H(n)=S(n)* W(n)，其中，S(n)為取樣的原始資料，H(n)為應用了漢寧窗的取樣資料；S5：得出各項資料後，進行傅立葉變換，得出SNR及THD的資料；SNR為訊號雜訊比，THD為總諧波失真；S6：根據SNR及THD的資料，計算得出RMS值，其中RMS為有效值，能量Power=Σ RMS(i)2。
SNR=20Log(Sum(MAG_AMP[Bx]* MAG_AMP[Bx])/Sum(MAG_AMP[n]* MAG_AMP[n]))，其中，Sum(MAG_AMP[Bx]* MAG_AMP[Bx])為主瓣加旁瓣訊號能量，Sum(MAG_AMP[n]* MAG_AMP[n])為雜訊能量和。
THD=20Log(Sum(MAG_AMP[Hx]* MAG_AMP[Hx])/Sum(MAG_AMP[Bx]* MAG_AMP[Bx]))，其中，Sum(MAG_AMP[Hx]* MAG_AMP[Hx])為諧波能量和。
能量Power=Σ RMS(i)2，RMS為有效值，上面計算中的MAG_AMP陣列即為FFT計算之後獲得的頻譜線上幅值的有效值；這裡Bx指的是基頻和旁瓣的頻譜線，n是指Noise所在的頻譜線，Hx是指X階諧波所在的頻譜線，其中也包含了其旁瓣的頻譜線。
漢寧(Hanning)窗又稱升餘弦窗，漢寧窗可以看作是3個矩形時間窗的頻譜之和，它可以使用旁瓣互相抵消，消去高頻干擾和能量洩漏。漢寧窗與矩形窗的譜圖對比，可以看出，漢寧窗主瓣加寬(第一個零點在2π/T處)並降低，旁瓣則顯著減小。第一個旁瓣衰減一32dB，而矩形窗第一個旁瓣衰減-13dB。此外，漢寧窗的旁瓣衰減速度也較快，約為60dB/(10oct)，而矩形窗為20dB/(10oct)。漢寧窗的特點在於對於非週期訊號的頻譜洩漏有抑制作用，有利於分析訊號的頻率特性。
如圖3，圖4所示，在訊號頻率為1KHz左右波動訊號，取樣頻率為51.2KHz，取樣16384點，取樣約320個週期(頻譜主瓣為320)的測試條件下，可以明顯看出如圖4所示，在使用了漢寧窗的情況下，雜訊的得到有效的抑制。
C1:自動測試機時脈
C2:晶體振盪器

Claims (4)

  1. 一種針對自動測試機的非同步頻譜洩漏的抑制方法，包含：S1：啟動被測晶片的測試工作；S2：啟動自動測試機的取樣模組進行資料取樣，取樣資料長度為16384點；其中，快速傅立葉變換基本要求為2的k次方，取樣需滿足取樣定理Fs/Ft=N/M，Fs為取樣頻率，Ft為訊號頻率，N為取樣點數，M為取樣週期；Ft=1KHz輸出；S3：根據取樣資料長度為16384點，記錄計算長度為16384，並添加漢寧窗函數計算得出當前取樣點加權係數(W(n))；S4：將計算得出的取樣點加權係數(W(n))應用在時域取樣資料的公式中，其中，所述的時域取樣資料的公式為H(n)=S(n)* W(n)，其中，S(n)為取樣的原始資料，H(n)為應用了漢寧窗的取樣資料，n為當前取樣點；S5：得出時域取樣資料後，進行傅立葉變換，得出訊號雜訊比及總諧波失真的資料；以及S6：根據訊號雜訊比及總諧波失真的資料，計算得出複數個方均根值，其中該些方均根值為有效值，而訊號能量係該些方均根值平方的和。
  2. 如請求項1所述的一種針對自動測試機的非同步頻譜洩漏的抑制方法，其中，所述的漢寧窗函數為W(n)=1/2 *[1-cos(2π(n-1)/N)]，其中，N為窗的長度。
  3. 如請求項1所述的一種針對自動測試機的非同步頻譜洩漏的抑制方法，其中，所述的訊號雜訊比等於20Log(Sum(MAG_AMP[Bx]* MAG_AMP[Bx])/Sum(MAG_AMP[p]* MAG_AMP[p]))，其中，Sum(MAG_AMP[Bx]* MAG_AMP[Bx])為主瓣加旁瓣訊號能量，Sum(MAG_AMP[p]* MAG_AMP[p])為雜訊能量和，MAG_AMP[Bx]及MAG_AMP[p]係快速傅立葉變換計算之後獲得的頻譜線上幅值的有效值，Bx係基頻和旁瓣的頻譜線，p係雜訊所在的頻譜線，Hx係X階諧波所在的頻譜線。
  4. 如請求項1所述的一種針對自動測試機的非同步頻譜洩漏的抑制方法，其中，所述的總諧波失真等於20Log(Sum(MAG_AMP[Hx]* MAG_AMP[Hx])/Sum(MAG_AMP[Bx]* MAG_AMP[Bx]))，其中，Sum(MAG_AMP[Hx]* MAG_AMP[Hx])為包括谐波的旁瓣之諧波能量和，Sum(MAG_AMP[Bx]* MAG_AMP[Bx])係基频加旁瓣訊號能量，MAG_AMP[Bx]及MAG_AMP[Hx]係快速傅立葉變換計算之後獲得的頻譜線上幅值的有效值，Bx係基頻和其旁瓣的頻譜線，Hx係X階諧波和其旁瓣所在的頻譜線。
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