摘 要： 為解決射頻芯片設(shè)計(jì)企業(yè)對(duì)射頻芯片自能測(cè)試的要求，在比較分析了國(guó)內(nèi)外射頻自動(dòng)測(cè)試方案和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提出了基于LabVIEW的GUI風(fēng)格軟件平臺(tái)，通過(guò)GPIB總線接口與測(cè)試儀器進(jìn)行通信、控制和數(shù)據(jù)采集的射頻芯片自動(dòng)測(cè)試方案。以上位機(jī)軟件為核心，通過(guò)虛擬儀器技術(shù)控制各測(cè)試儀器進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，完成芯片的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集和報(bào)表分析等工作，本套系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了射頻芯片測(cè)試的自動(dòng)化，節(jié)省了大量的測(cè)試時(shí)間。
關(guān)鍵詞： 射頻系統(tǒng)；LabVIEW；自動(dòng)化
當(dāng)今半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展迅猛，相互的競(jìng)爭(zhēng)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(shè)計(jì)公司比拼的重點(diǎn)。當(dāng)前越來(lái)越復(fù)雜的系統(tǒng)要求對(duì)每個(gè)器件的把握度更高，換而言之就是更多更詳細(xì)的測(cè)試項(xiàng)，更寬更廣的測(cè)試覆蓋面。
為了滿足行業(yè)對(duì)測(cè)試越來(lái)越苛刻的要求，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)則成為非常急迫的需求。常規(guī)的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備價(jià)值幾十萬(wàn)美金，帶有射頻測(cè)試能力的機(jī)臺(tái)則是更加昂貴，中小型的設(shè)計(jì)公司顯然無(wú)法負(fù)擔(dān)如此昂貴的設(shè)備。利用實(shí)驗(yàn)室已有的設(shè)備完成自動(dòng)測(cè)試功能，則成為解決問(wèn)題最好的方式。
1 硬件設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)室常用的射頻測(cè)試儀器有頻譜分析儀[1]、信號(hào)源[2]、網(wǎng)絡(luò)分析儀[3]幾種。下面對(duì)這幾種射頻測(cè)試設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。頻譜分析儀是研究電信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，用于信號(hào)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(hào)參數(shù)的測(cè)量，是一種多用途的電子測(cè)量?jī)x器。信號(hào)發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)的儀器。射頻信號(hào)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(lái)向被測(cè)器件提供激勵(lì)。網(wǎng)絡(luò)分析儀可直接測(cè)量有源或無(wú)源、可逆或不可逆的雙口和單口網(wǎng)絡(luò)的復(fù)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(guò)SPI、I2C等串行協(xié)議對(duì)其內(nèi)部寄存器進(jìn)行配置，為此特別設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)接電路用來(lái)將LPT的幾根信號(hào)線引出，用以模擬SPI、I2C等信號(hào)。
如圖1所示，裝有自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB總線與測(cè)試設(shè)備相連，每臺(tái)連接在GPIB總線上的設(shè)備都需要有確定的GPIB地址(此地址可以進(jìn)入儀器中設(shè)置)，以方便計(jì)算機(jī)分別進(jìn)行控制。
2 軟件設(shè)計(jì)
2.1 開發(fā)環(huán)境
為加快自動(dòng)測(cè)試程序的開發(fā)時(shí)間，選用NI公司的LabVIEW進(jìn)行開發(fā)[4]。LabVIEW使用直觀的圖形化編程語(yǔ)言編寫程序，可縮短測(cè)試開發(fā)時(shí)間，在LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境中，無(wú)需編寫文本代碼，可以使用拖放圖形化圖標(biāo)開發(fā)測(cè)試軟件。直觀的流程圖表示以易于開發(fā)、維護(hù)和理解的形式現(xiàn)實(shí)代碼。LabVIEW使用免費(fèi)的儀器驅(qū)動(dòng)程序快速為任何儀器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，儀器驅(qū)動(dòng)程序網(wǎng)絡(luò)(IDNet)社區(qū)包含適用于幾乎任何儀器的數(shù)千個(gè)免費(fèi)LabVIEW儀器驅(qū)動(dòng)程序。
2.2 軟件架構(gòu)
自動(dòng)測(cè)試程序采用狀態(tài)機(jī)架構(gòu)完成。狀態(tài)機(jī)架構(gòu)為L(zhǎng)abVIEW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(jī)。測(cè)試狀態(tài)機(jī)中包含各測(cè)試項(xiàng)目，按照Test Flow給出的要求進(jìn)行狀態(tài)跳轉(zhuǎn)。本測(cè)試系統(tǒng)整體測(cè)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(biāo)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(shì)就是不需要編寫底層的驅(qū)動(dòng)程序，在下載儀器對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序后，只需要直接調(diào)用成熟的VI來(lái)控制儀器做出相應(yīng)動(dòng)作，即可完成單項(xiàng)測(cè)試。圖3所示為P1dB自動(dòng)測(cè)試程序使用PID自動(dòng)逼近算法，自動(dòng)調(diào)整輸入功率使輸出功率逼近非飽和時(shí)增益減一，此算法自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前測(cè)試結(jié)果調(diào)整下次輸入功率數(shù)值以達(dá)到無(wú)人干預(yù)情況下完成預(yù)期增益輸出，大大節(jié)省了測(cè)試時(shí)間。
2.4 測(cè)試界面及測(cè)試結(jié)果
圖4所示即為軟件的測(cè)試解密以及一批次芯片測(cè)試的數(shù)據(jù)。測(cè)試設(shè)備為安捷倫信號(hào)源E4438C及頻譜儀E4440A，測(cè)試項(xiàng)目包括增益、1 dB壓縮點(diǎn)、IM3、噪聲系數(shù)、相位噪聲等。點(diǎn)擊“開始”后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)芯片進(jìn)行配置并控制測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，實(shí)時(shí)顯示測(cè)試結(jié)果，芯片有失效項(xiàng)目時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示，芯片通過(guò)測(cè)試會(huì)通知操作員更換DUT。測(cè)試結(jié)束后可點(diǎn)擊“導(dǎo)出”將測(cè)試頁(yè)面中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入至Excel表格中便于分析統(tǒng)計(jì)。
自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是指能對(duì)DUT自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量、故障診斷、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、傳輸，并以適當(dāng)方式顯示或輸出測(cè)試結(jié)果的系統(tǒng)。它把計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、信息技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)結(jié)合在一起，形成了功能強(qiáng)大的測(cè)試平臺(tái)，為現(xiàn)代復(fù)雜電子設(shè)備的測(cè)試和維修提供了強(qiáng)有力的工具。
參考文獻(xiàn)
[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(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2009，32(10)：1-4.