RF IC自動測試方案設計

吳正平，貢樹青，于清清，吳功臣，張偉偉

（南京三江學院 電子信息工程學院，江蘇 南京210012）

當今半導體行業(yè)發(fā)展迅猛，相互的競爭異常激烈。在這樣的環(huán)境下，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量則成為各家芯片設計公司比拼的重點。當前越來越復雜的系統(tǒng)要求對每個器件的把握度更高，換而言之就是更多更詳細的測試項，更寬更廣的測試覆蓋面。

為了滿足行業(yè)對測試越來越苛刻的要求，自動測試系統(tǒng)則成為非常急迫的需求。常規(guī)的自動測試設備價值幾十萬美金，帶有射頻測試能力的機臺則是更加昂貴，中小型的設計公司顯然無法負擔如此昂貴的設備。利用實驗室已有的設備完成自動測試功能，則成為解決問題最好的方式。

1 硬件設計

實驗室常用的射頻測試儀器有頻譜分析儀[1]、信號源[2]、網(wǎng)絡分析儀[3]幾種。下面對這幾種射頻測試設備進行簡單的介紹。頻譜分析儀是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，用于信號失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真度等信號參數(shù)的測量，是一種多用途的電子測量儀器。信號發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號的儀器。射頻信號源輸出頻率較高，體積較大，輸出最高功率一般在15 dBm以下，用來向被測器件提供激勵。網(wǎng)絡分析儀可直接測量有源或無源、可逆或不可逆的雙口和單口網(wǎng)絡的復數(shù)散射參數(shù)，并以掃頻方式給出各散射參數(shù)的幅度、相位頻率特性。目前大多數(shù)芯片需要通過SPI、I2C等串行協(xié)議對其內(nèi)部寄存器進行配置，為此特別設計了一個轉(zhuǎn)接電路用來將LPT的幾根信號線引出，用以模擬SPI、I2C 等 信 號。

如圖1所示，裝有自動測試系統(tǒng)的計算機通過GPIB總線與測試設備相連，每臺連接在GPIB總線上的設備都需要有確定的GPIB地址(此地址可以進入儀器中設置)，以方便計算機分別進行控制。

2 軟件設計

2.1 開發(fā)環(huán)境

為加快自動測試程序的開發(fā)時間，選用NI公司的LabVIEW進行開發(fā)[4]。LabVIEW使用直觀的圖形化編程語言編寫程序，可縮短測試開發(fā)時間，在LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境中，無需編寫文本代碼，可以使用拖放圖形化圖標開發(fā)測試軟件。直觀的流程圖表示以易于開發(fā)、維護和理解的形式現(xiàn)實代碼。LabVIEW使用免費的儀器驅(qū)動程序快速為任何儀器實現(xiàn)自動化，儀器驅(qū)動程序網(wǎng)絡(IDNet)社區(qū)包含適用于幾乎任何儀器的數(shù)千個免費LabVIEW儀器驅(qū)動程序。

2.2 軟件架構(gòu)

自動測試程序采用狀態(tài)機架構(gòu)完成。狀態(tài)機架構(gòu)為LabVIEW中使用最頻繁的程序架構(gòu)之一；一般R&D給出的Test Flow本身就是一種狀態(tài)機。測試狀態(tài)機中包含各測試項目，按照Test Flow給出的要求進行狀態(tài)跳轉(zhuǎn)。本測試系統(tǒng)整體測試架構(gòu)如圖2所示。

2.3 功能模塊介紹

衡量一款射頻芯片的性能，一般要從如下指標著手：Gain、P1dB、IP3、Noise Figure， 變頻芯片還要考量 Phase Noise。利用LabVIEW開發(fā)的最大優(yōu)勢就是不需要編寫底層的驅(qū)動程序，在下載儀器對應的驅(qū)動程序后，只需要直接調(diào)用成熟的VI來控制儀器做出相應動作，即可完成單項測試。圖3所示為P1dB自動測試程序使用PID自動逼近算法，自動調(diào)整輸入功率使輸出功率逼近非飽和時增益減一，此算法自動根據(jù)當前測試結(jié)果調(diào)整下次輸入功率數(shù)值以達到無人干預情況下完成預期增益輸出，大大節(jié)省了測試時間。

2.4 測試界面及測試結(jié)果

圖4所示即為軟件的測試解密以及一批次芯片測試的數(shù)據(jù)。測試設備為安捷倫信號源E4438C及頻譜儀E4440A，測試項目包括增益、1 dB壓縮點、IM3、噪聲系數(shù)、相位噪聲等。點擊“開始”后，系統(tǒng)會自動對芯片進行配置并控制測試設備進行測試，實時顯示測試結(jié)果，芯片有失效項目時系統(tǒng)會自動提示，芯片通過測試會通知操作員更換DUT。測試結(jié)束后可點擊“導出”將測試頁面中的數(shù)據(jù)導入至Excel表格中便于分析統(tǒng)計。

自動測試系統(tǒng)是指能對DUT自動進行測量、故障診斷、數(shù)據(jù)處理、存儲、傳輸，并以適當方式顯示或輸出測試結(jié)果的系統(tǒng)。它把計算機技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、信息技術(shù)和數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)結(jié)合在一起，形成了功能強大的測試平臺，為現(xiàn)代復雜電子設備的測試和維修提供了強有力的工具。

[1]Agilent Technologies.User′s and programmer′s reference volume 1 core spectrum analyzer functions[S].2010.

[2]Agilent Technologies.Agilent E8257D/67D and E8663D PSG signal generators add option UNY(Enhanced Ultra-Low Phase Noise)[S].2012.

[3]Agilent Technologies.Agilent network analyzer selection guide[S].2011.

[4]谷卓，李書芳，曹坷.HF頻段RFID射頻自動測試系統(tǒng)設計[J].電子測量技術(shù)，2009，32(10)：1-4.