芯片音頻參數(shù)智能測(cè)試方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃美蓮

（瑞芯微電子股份有限公司，福建 福州 350001）

1 芯片音頻參數(shù)的智能測(cè)試方案的闡述

音頻參數(shù)的智能測(cè)試方案，主要由硬件電路、軟件系統(tǒng)與Handler（自動(dòng)電腦機(jī)板測(cè)試IC分選機(jī)）構(gòu)成。

硬件設(shè)計(jì)主要采用外掛D/A轉(zhuǎn)換器給被測(cè)芯片輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模擬參考信號(hào)；軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用了快速傅里葉變換 （Fast Fourier Transform）技術(shù)，即利用計(jì)算機(jī)計(jì)算離散傅里葉變換（DFT）的高效、快速計(jì)算方法的統(tǒng)稱，簡(jiǎn)稱FFT；機(jī)械手主要通過(guò)TTL接口與測(cè)試裝置通信，自動(dòng)區(qū)分良品與不良品。

該芯片音頻參數(shù)的智能測(cè)試方案主要針對(duì)大批量生產(chǎn)中芯片信噪比（SNR）與總諧波失真+噪聲（THD+N）的測(cè)試，該裝置可實(shí)現(xiàn)（SNR）≥90dB，（THD+N）≤-60dB的指標(biāo)測(cè)試。

各項(xiàng)功能檢測(cè)流程包括：Handler開(kāi)機(jī)→機(jī)械手自動(dòng)抓取芯片→自動(dòng)檢測(cè)并計(jì)算信噪比（SNR）與總諧波失真+噪聲（THD+N）的數(shù)據(jù)結(jié)果→歷史音頻參數(shù)信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)和查詢→依據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)的比對(duì)，自動(dòng)判斷結(jié)果→Handler自動(dòng)區(qū)分良品與不良品。

圖1 音頻參數(shù)智能測(cè)試方案流程圖

2 芯片音頻參數(shù)智能測(cè)試方案的實(shí)現(xiàn)

2.1 測(cè)試方案流程（如圖2）

圖2 音頻參數(shù)智能測(cè)試系統(tǒng)示意圖

2.2 測(cè)試原理

圖3 測(cè)試原理圖

此插圖中黃色部分，是測(cè)量的核心。使用到了傅里葉變換算法，可以快速分析出A/D變換后的數(shù)據(jù)，其幅度、頻率分布等信息。和已知的頻率數(shù)據(jù)比對(duì)，據(jù)此可以知道產(chǎn)生了多少諧波、多少衰耗、多少增益、失真度等數(shù)據(jù)。

圖4 傅里葉變換測(cè)試原理圖

2.3 測(cè)試結(jié)果

音頻參數(shù)信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）的智能測(cè)試裝置，其裝置可實(shí)現(xiàn)（SNR）≥90dB，（THD+N）≤-60dB的指標(biāo)測(cè)試。

圖5 測(cè)試平臺(tái)參數(shù)值

2.3.1 （THD+N）（A計(jì)權(quán)、HIGH=20Hz LOW=48KHz）

圖6 （THD+N）示意圖

2.3.2 SNR A（計(jì)權(quán)、HIGH=20Hz LOW=48KHz）

圖7 （SNR+A）示意圖

2.4 測(cè)試方案簡(jiǎn)述

（1）先由Handler自動(dòng)開(kāi)機(jī)，Handler的機(jī)械手自動(dòng)抓取待測(cè)芯片插入芯片工裝座（SOCKET）插座中，Handler給RK SOC主板發(fā)一個(gè)Start信號(hào)。

（2）RK SOC主板首先給FPGA上電，然后再給被測(cè)芯片上電。

（3）FPGA發(fā) 出 一 組I2S信 號(hào) 給D/A轉(zhuǎn) 換 器（PCM1794），D/A轉(zhuǎn)換器（PCM1794）輸出Audio模擬信號(hào)給被測(cè)芯片。被測(cè)芯片Audio codec通過(guò)IN1L/IN1R跟MIC1N/MIC1P這兩組錄音通道分別進(jìn)行錄音。

被測(cè)芯片錄音后的數(shù)據(jù)由被測(cè)芯片I2S接收，等codec工作穩(wěn)定后取一部分?jǐn)?shù)據(jù)做FFT分析，計(jì)算出頻域上的數(shù)值 ，然后再把頻域上的值計(jì)算音頻指標(biāo)，計(jì)算出來(lái)的結(jié)果與設(shè)置的卡控范圍（結(jié)合被測(cè)芯片datasheet與AP分析儀測(cè)試結(jié)果的指標(biāo)）進(jìn)行對(duì)比。

根據(jù)離散傅里葉變換（DFT）的高效、快速計(jì)算方法（簡(jiǎn)稱FFT），得出以下公式：

SNR=10log10信號(hào)能量/噪聲能量

THD+N=10log10（諧波能量+噪聲能量）/信號(hào)能量

計(jì)算出信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）的數(shù)據(jù)結(jié)果，其方案可實(shí)現(xiàn)（SNR）≥90dB，（THD+N）≤-60dB的指標(biāo)測(cè)試，通過(guò)串口通信反饋到RK SOC主板去判斷。這里主要先通過(guò)預(yù)設(shè)測(cè)試的范圍值，如果芯片的測(cè)試結(jié)果在卡值的范圍內(nèi)，合格就 Pass，相反不合格就Fail。其錄音工作流程如圖9所示：

圖8 錄音工作流程圖

（4）最后RK SOC主板將測(cè)試結(jié)果反饋到handler，handler通過(guò)TTL接口和串口與測(cè)試裝置通信，用Hard Bin與Soft bin code自動(dòng)區(qū)分良品與不良品，再將測(cè)試結(jié)果存儲(chǔ)并打印測(cè)試報(bào)告。測(cè)試完畢，關(guān)斷被測(cè)板電源，給測(cè)試板上的殘余電荷放電。測(cè)量一塊芯片信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）數(shù)據(jù)的測(cè)試耗時(shí)5s/片。

3 基于芯片音頻參數(shù)智能測(cè)試裝置的優(yōu)勢(shì)

（1）成本低，大約兩萬(wàn)元左右，可替代傳統(tǒng)高價(jià)位的AP分析儀，傳統(tǒng)的測(cè)試裝置是掛一臺(tái)或多臺(tái)AP分析儀，配合機(jī)臺(tái)和程序，自動(dòng)化測(cè)試，占地面積大，此方案設(shè)計(jì)減少占地面積及設(shè)備成本，可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)Handler掛多臺(tái)測(cè)試裝置，目前最多可以掛16臺(tái)智能測(cè)試機(jī)，大大減小了占地面積與儀器成本，原本分析儀一套方案要12萬(wàn)元左右，現(xiàn)在一對(duì)一智能測(cè)試方案就可以節(jié)省10萬(wàn)元左右。按16臺(tái)計(jì)算，一套方案可以為公司節(jié)省160萬(wàn)元。

（2）機(jī)械手自動(dòng)分類好壞芯片，有效避免人工分類芯片易出錯(cuò)帶來(lái)的不利，解決人工測(cè)試注意力不集中的問(wèn)題。測(cè)試效率高，不污染芯片，穩(wěn)定性好。

（3）檢測(cè)步驟簡(jiǎn)單，信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）參數(shù)的測(cè)試時(shí)間5s/片，與傳統(tǒng)儀器參數(shù)的測(cè)試時(shí)間30s/片相比，大大縮短檢測(cè)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速檢驗(yàn)，產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)過(guò)質(zhì)檢部門和客戶的驗(yàn)證，達(dá)到了后續(xù)使用要求，按照公司產(chǎn)品年產(chǎn)量計(jì)算，此套設(shè)備可以為公司一年節(jié)省近500萬(wàn)元左右。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要針對(duì)音頻參數(shù)信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）在儀器中測(cè)試速度慢、設(shè)備及人工成本大等種種弊端，研發(fā)一款基于芯片音頻參數(shù)信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）的智能測(cè)試裝置，其裝置可實(shí)現(xiàn)（SNR）≥90dB，（THD+N）≤-60dB的指標(biāo)測(cè)試，通過(guò)對(duì)本裝置結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、功能及測(cè)試方案的研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片音頻參數(shù)信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）參數(shù)的快速檢驗(yàn)，可及時(shí)排查芯片在設(shè)計(jì)與制程中出現(xiàn)的問(wèn)題，減小損失，降低設(shè)備及人工成本，提高生產(chǎn)效率，大幅度提高芯片的產(chǎn)能與芯片產(chǎn)品質(zhì)量，在未來(lái)的芯片生產(chǎn)測(cè)試領(lǐng)域里，值得芯片生產(chǎn)商大力推廣。