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随着射频电子应用的日益广泛,射频集成电路的规模得到了迅速的发展,目前,射频集成电路普遍采取SOC集成的方式,不但集成规模得到进一步提高,功能也得到进一步增强。但是由于SOC高度的封闭性,给射频集成电路的测试带来极大的困难和挑战。一般的测试方案普遍采用自动测试仪器ATE实现,这样方法不仅价格昂贵,并且要求操作者对于电路系统有丰富的知识和经验,造成了测试成本的居高不下,并且随着集成度进一步上升,测试难度和成本已逐渐不能满足射频电子产品快速推向市场的要求。得益于SOC芯片功能的不断完善,系统内部集成了大量的运算和存储单元,使得利用系统本身资源进行射频测试以替代ATE成为可能,人们开始研究利用DFT可测性设计以及测试激励信号发生器进行低价格的射频测试,包括在芯片内部集成传感器和频谱分析电路,现在最流行的三种方法分别为Loopback、alternate和digitally-assisted的测试。本文针对射频集成电路的测试作了如下的工作:
1、介绍了射频电路发展现状,并深入探讨了射频发展给测试工作带来的困难。主要包括:1、向高密度、大规模的方向发展。2、向数模混合方向发展。3、向低电压、低功耗方向发展。4、向系统级封装方向发展。
2、研究射频电路的内部结构。首先是射频电路的整体结构,包括接收机、发射机、数字处理和控制电路。其次我们介绍了接收机、发射机、低噪声放大器、混频、频率综合器、功率放大器的工作原理,并探讨了发射机和接收机中常见信号问题,介绍了集中主流的工作模块,为后面的行为级模块搭建以及电路选择提供依据。
3、分析和讨论射频集成电路的故障模型。首先探讨了模拟电路测试与数字电路测试的区别,以及存在的各方面的问题,同时介绍了主流的模拟电路测试方法以及相对于ATE测试所具有的优势。随后还介绍了射频电路测试的几个关键指标,讨论了射频集成电路误码率和交调对于电路性能的影响。
4、总结已有的方法。本文首先介绍了电路测试过程中普遍关心的成本问题,说明了对于测试成本起主导作用的设备成本和运行成本。同时系统性的总结了前人对于射频系统的主要测试方法,分析和比较了几种方法的优劣。文章还描述了最基本的Loopback射频测试的原理,分析了其优点和缺点,针对Loopback本身容易引起故障掩盖的缺点,有人提出通过接收机、发射机单独测试的方法,将发射、接收的参数进行分离。也有人提出在BIST实现过程中,使用带有直流输出的RF感应器,但这就要求有额外的模数转换器。还有人提出采用误差向量幅度EVM测试射频电路,以减少测试时间。上述几种方法都有共同的局限性,就是以增加芯片电路面积和复杂度作为代价进行系统参数的测试,增大的测试电路的成本,同时也可能会对电路性能造成不可知的影响。
5、创新性的提出了一种基于Loopback的射频集成电路参数的测试方法。该方法在Loopback原始方法的基础上,通过引入外部干扰信号,调节衰减电路的插损,从而改变总体的系统噪声,利用电路的非线性测试电路的性能指标IP2。我们从IP2的定义出发,结合混频器的非线性特征,进行相关的理论推导,描述了误码率与系统噪声、IP2的关系,解决了IP2定义方法无法直接应用于实际测量的问题。
6、在Matlab实验环境下对射频电路自行设计和行为级建模,完成配置和测试流程,理论分析和建立混频系统的非线性数学模型,采用数字调制、正交混频、误码率分析等多种手段完成系统的仿真,采集几百组数据进行探讨和分析。该方法的配置方式简单,并且控制精确,可以完成较为准确的测试。同时该方法避免了复杂的BIST电路设计,最大限度的降低测试所需的电路成本,仅利用外部信号发生电路产生的干扰,不需要专门设计干扰信号源就可以实现测试,从而降低了测试成本。