深度解析SOC 中ADC 测试技术

　　ADC静态测试的方法已研究多年，国际上已有标准的测试方法，但静态测试不能反映ADC的动态特性，因此有必要研究动态测试方法｡动态特性包括很多，如信噪比（SNR）､信号与噪声+失真之比（SINAD）､总谐波失真（THD）､无杂散动态范围（SFDR）､双音互调失真（TTIMD）等｡本文讨论了利用数字方法对ADC的信噪比进行测试，计算出有效位数，并通过测试证明了提高采样频率能改善SNR，相当于提高了ADC的有效位数｡在本系统中使用了AD9224，它是12bit､40MSPS､单5V供电的流水线型低功耗ADC｡

　　1.SOC 测试的复杂性

　　随着设计与制造技术的发展，集成电路设计从晶体管的集成发展到逻辑门的 集成，现在又发展到IP 的集成。近年来已发展到系统级芯片阶段，SOC 设计技 术成为设计的热点之一。SOC 的设计模式不同于以往大规模集成电路的垂直设计 模式。它的设计模式是水平的，也就是SOC 集成商选择不同厂商提供的IP 核来 构建芯片系统。这种水平设计模式一方面缩短了SOC 设计周期，另一方面却使 SOC 测试面临巨大挑战。IP 核的多样性带来测试的复杂性，就IP 核的设计形式 而言，有软核、固核、硬核三种；就电路类型而言，有数字逻辑核、存储器核、 模拟/混合核；就功能而言，有处理器核、DSP 核、多媒体核等；就电路可测试 性设计方法而言，有内建自测试（Built-in-Self-Test，BIST），扫描测试、边 界扫描测试、测试点插入等；就时钟而言，有处理器核和DSP 核等需要高频时钟 的IP 核，也有外设控制器等只需要低频时钟的IP 核。SOC 的测试必须考虑对多 样性的支持。测试资源是有限的，外部测试设备所能提供的测试通道数，ATE （Automatic Test Equipment）的测试通道深度和测试时间以及模拟测试部件都 是“稀缺资源”。因而SOC 的测试必须考虑所有与此有关的细节。

　　2.基于IP 核的SOC 中ADC 的测试技术

　　2.1 模拟/混合电路的IP 核测试

　　模拟/混合电路核的测试技术还很不成熟，在数字逻辑电路中广泛应用的测 试向量自动生成技术（Automatic Test Pattern Generation， ATPG）不能简单 移植应用于模拟电路。这是因为：第一，模拟电路波形的时间和取值都是连续的， 电路功能依赖于电路拓扑结构和元件的参数值，电路参数动态范围大，难以建立 故障模型；第二，模拟信号是连续量，无论是从原始输入传递测试激励，还是从 被测电路传出测试响应，在传输过程中，这些值都有可能被改变；第三，同样由 于模拟信号的连续性，测量误差容易导致误判。为了提高电路的可测性，为了提 高电路的可测性，常采用三种技术：第一，功能结构重组，此方法是利用电路的 功能结构经过重组而与正常工作模式不同，利用输出信号判别电路是否发生错 误。典型的方法为晶振测试，即产生某种频率的振荡信号，故障电路会改变此振 荡信号的频率，通过监测信号频率的变化，观测到错误。第二，插入测试点，例 如在电路中增加电流传感器，有错误的电路会改变电流大小，从而观测到错误。 第三，进行数模/模数转换，即在芯片设计中加入模数转换器和数模转换器，把 待测电路的模拟输出信号变成数字信号，把待测电路的数字输入信号变成模拟信 号，从而实现激励和响应的传播。

　　2.2 ADC 的测试方法

　　2.2.1 测试适配器设计技术

　　测试适配器是芯片与测试机连接的关键，在设计中特别注意布局布线的方 法，尽可能的减小噪声的引入：ADC 界于模拟电路和数字电路之间，且通常被划 归为模拟电路，为减小数字电路的干扰，在芯片内部都将模拟电路和数字电路分 开布局；进行测试时为减小信号线上的分布电阻、电容和电感，尽量缩短导线长 度和增大导线之间的距离；为减小电源线和地线的阻抗，尽量增大电源线和地线 的宽度，或采用电源平面、地平面。同样的，模拟电路的接地层，也要和数字电 路的接地层分开，并考虑阻抗匹配，如果是差分输入，要考虑差分对的布线方法， 这样测试出ADC 的动态参数和静态参数才比较理想。

　　2.2.2 测试实例

　　2.2.2.1 器件特性

　　本文测试芯片为一款带有一个10bit 高速AD 转换器模块的SOC 芯片，其中 ADC 模块的特征描述如下：

　　1） 电源4 组，模拟电源1，2（3.3V，1.8V）。

　　2） 具有一对差分输入，共模电压为1.5V，Vp-p 为1V。

　　3） 数字时钟频率50MHZ，采样频率25MHZ，输入波频率2MHZ～36MHZ。

　　此ADC 的测试，选用Agilent 的SOC 93000 测试系统。由于芯片有一对差分 输入，共模电压为1.5 V，Vp－p 为1V， 这意味着模拟输入电压范围是1～2V。 这样模拟输入精度就是：

　　

　　为了能测试这样精度的芯片，我们需要输入更高精度的模拟电压。此次测 试时输入的模拟电压精度为：

　　

　　在测试中为了产生如此高精度的模拟电压信号（电压精度为200μV 左右）， 使用了roadband High Speed AWG （500MHZ Sample/s 12-bit）测试硬件。AWG 的具体性能指标见表1。