2.3　混合IC测试系统

混合信号集成电路，即把模拟电路和数字电路集成到同一颗电路芯片里。随着集成电路技术和半导体工艺的发展，以及电子市场对产品小型化、高性能和低成本的追求，必然要求把复杂的数字电路和模拟电路集成在一颗芯片里。随之要求ATE设备也必须能同时满足数字电路和模拟电路测试的需求。最典型的混合信号集成电路包括模数转换器（Analog to Digital Converter，ADC或A/D）和数模转换器（Digital to Analog Converter，DAC或D/A）。这类混合器件测试使用的ATE称为混合信号测试系统。应用数字信号处理（Digital Signal Process，DSP）的混合信号测试机称为现代混合信号测试系统。

DSP技术使得现代混合信号测试系统比传统的混合信号测试技术有更多的优点：

• 可以高度并行地进行参数测试，减少测试时间，降低测试成本。
• 可以把各个频率的信号分量区分开来，也就是可以把噪声和谐波分量从测试频率中分离出来，提高了产品的可测试性。
• 可以使用不同的函数处理数据，满足混合信号测试中的不同需求。

我们的周围有许多信号，比如声波、光束、温度、压力等信号在自然界都是模拟信号。现今基于信号处理的电子系统都必须先把这些模拟信号转换为能与数字存储、数字传输和数学处理兼容的离散数字信号。接下来可以把这些离散数字信号存储在计算机阵列之中，用数字信号处理函数进行必要的数学处理。

纯数学理论上，如果满足某些条件，连续信号在采样之后可以通过重建完全恢复为原始信号，而没有任何本质上的损失。不幸的是，现实世界中总不能如此完美，实际的连续信号和离散信号之间的转换总会有信号的损失。

采样用于把信号从连续信号（模拟信号）转换到离散信号（数字信号），重建用于实现相反的过程。ATE依靠采样和重建给待测芯片施加激励信号并测量它们的响应。测试中包含了数学上和物理上的采样和重建。

混合IC测试使用的混合测试系统架构如图2.12所示，包括数字子系统、模拟子系统、时钟和时序同步控制、系统控制及电源、用户及系统界面五个部分和系统接口。

2.3.1　模拟子系统与数字子系统

传统的模拟部分测量通过给被测器件施加一个单频点的连续波形，如正弦波，然后用均方根（Root Mean Square，RMS）仪表测量被测器件的输出。这种测量方式虽然简便，但也存在固有的缺点。首先，多频点的测量无疑会增加测试时间，而相比较而言，基于DSP的测试技术可以一次把所有需要测试的频点波形合成后施加给被测器件，提升了测试效率。其次，RMS测量无法区别信号与噪声，而基于DSP的测试技术，不同频率的信号很容易被分开，使得更多的器件特性可被分析测量。

基于DSP的测试系统中，通常需要两种设备作为模拟信号源和测量工具：

• 任意波形发生器（Analog Waveform Generator，AWG）
• 波形采集器（Waveform Digitizer，DGT）

模拟子系统包括DGT、波形数据存储器、DSP、AWG，以及可矩阵连到模拟引脚的高精度AC测量单元。

进行混合信号IC测试时需要用AWG提供对应模拟引脚的模拟波形，使用Waveform DGT（Digitizer）对输出引脚信号进行波形数据采集，使用DSP对采集的波形数据进行处理。

1. AWG

AWG的结构如图2.13所示，通常包含波形存储器，经D/A转换器把波形数据转换成阶梯电压输出，然后经过低通滤波器把阶梯电压处理成一个平滑的连续波信号，以作为模拟器件测试时需要的输入。通常AWG还会包含差分输出和偏置电路，以满足不同的信号要求。

AWG可产生低于低通滤波器截止频率的任意波形，当然根据奈奎斯特定理产生频率的最高谐波分量不能超过AWG采样频率的1/2。

2. DGT

DGT的结构如图2.14所示，其处理信号的过程与AWG相反，是将获得的模拟信号经缩放和平移处理，再经过连续时间抗混叠滤波器做滤波处理，将采到的模拟信号经A/D转换器转换成数字信号并存储。获得数据后再经DSP进行波形数据分析处理。

DGT通常在信号采集端含有增益可调电路来处理不同的信号，以便经过处理的信号满足DGT的信号输入要求。DGT一般还包含跟踪保持电路，这使其可以根据“欠”采样定理完成高频信号的采集。

数字子系统的结构与数字测试机相同，用于为被测器件提供控制信号，让器件进入对应的工作状态，以及提供D/A的数字输入，采集A/D的输出。具体内容可参考2.2节，这里不再赘述。

2.3.2　测试同步

在混合信号集成电路测试过程中，要使用数字功能资源、AWG资源以及DGT资源等。在测试的执行过程中必须有同步控制，只有保证模块间的启动停止、模块的内部时序、模块采样频率与输入的信号频率严格同步，才能高效、精确地完成测试任务。

混合信号电路测试系统一般具有高数据速率、高定时准确度、高通道数及高测试向量的数字测试能力。这就决定了混合信号测试系统中一般由数字部分占主导地位。同时，混合信号测试的时序以数字测试为基础，而数字测试是以周期的方式进行的，所以采用数字同步的方式最为合理。

所以，通常AWG和DGT都会预留外部触发信号接口，用户可把数字通道与触发接口相连接，在测试向量执行的过程中精确地触发信号发送或测量。