阅读时间6分钟 |适用人群芯片测试工程师/射频开发工程师/自动化测试主管 痛点引爆芯片出厂测试太慢传统方法根本跟不上市场需求某研究所的AD9910芯片生产线遇到了一个棘手问题这款由ADI公司推出的高性能数字频率合成器采样速率高达1GSPS随着科技发展与进步在射频通信系统、测试测量仪器、工业医疗等领域的应用越来越广泛市场需求量日益增大。但出厂测试环节成了瓶颈测试效率低传统测试仪器设备老旧故障率偏高每颗芯片测试用时5分钟左右远远不能满足大批量生产需求软件环境差原有测试软件难以解读不易生产维护和解决异常人工操作多测试人员需要手动选择四个设备端口号容易选错引入错误更麻烦的是芯片出厂测试有高温、低温、常温等多种场景数据保存路径要能够清晰区分每种场景方便查阅。企业急需一套准确、高效又便捷的自动测试系统。LabVIEW NI-VISA 自研测试盒单颗芯片20秒搞定针对上述痛点基于LabVIEW的AD9910自动测试软件核心架构如下硬件架构模块关键器件技术亮点测试盒FPGA ZYNQ高速接插件提供GTX、LVITL、LVDS、SPI、LVCMOS等多种接口以太网与测试软件通信测试子板AD9910专用板卡通过可插拔高速连接器与测试盒相连支持四种工作模式频谱仪是德科技N9030B通过以太网程控读取待测频点进行检测信号源罗德与施瓦茨SMA100B给测试盒发出相应测试时钟频点电压源艾德克斯IT6332B两台通过USB2.0程控提供3.8V/2.5V/3.3V/1.8V多路供电软件架构上位机LabVIEW面向过程编程通信协议NI-VISA兼容GPIB、USB、以太网、串口等多种仪器接口核心功能自动检测端口号、网络检查、FPGA程序下载、一键测试、数据保存这种LabVIEW图形化编程 NI-VISA通用仪器驱动的架构从根本上解决了不同厂商不同类型仪器的兼容问题。 核心技术详解1. 为什么必须用双巴伦输出结构AD9910输出部分电路设计中相比单个巴伦输出的设计结构对称式的双巴伦输出结构可以有效减少2次谐波的幅值对不平衡的幅度进行补偿。我们的解决方案采用MACOM的TCI-1-13巴伦阻抗比1:1频率范围4.5 MHz 3000 MHz将SFDR指标提升了3 dB左右阻值为49.9 Ω的电阻将AD9910输出的电流值转换为电压值经双巴伦平衡后通过隔直电容输出到SMA接插件2. LabVIEW一键测试流程从初始化到数据解析自动检测各设备端口号测试软件运行后先进入自动检测模块以频谱仪为例通过VISA查找资源函数匹配所有INSTR设备获取信号源、频谱仪和两台电压源的设备列表循环匹配关键字频谱仪关键字为N9030精确识别存储的字符串里是否含有频谱仪端口这个设计能省去测试人员手动选择四个设备端口号的操作防止因人员失误选错端口号而引入的错误。网络检查与初始化对测试盒、信号源和频谱仪做PING操作确保网络连接正常执行PING命令前将界面灰化设置检查完成后恢复界面减少误操作读取外部配置文件适配通信网络更改配置时无需修改源码FPGA程序在线下载测试盒是一个通用平台除了可以测试AD9910芯片还支持AD9957。测试人员只需点击FPGA下载按键软件界面灰化设置自动读取bit文件、校验并完成发送界面弹出进度条显示发送进度发送成功后恢复界面一键测试核心流程点击一键测试后界面灰化设置软件按以下步骤执行Step 1:电压源配置电压源1的三个通道分别设置电压为3.8 V、2.5 V和3.3 V电压源2的通道1设置电压1.8 V限流均设置0.5 A配置成功后使能输出测试子板上电启动Step 2:信号源与频谱仪初始化信号源多次初始化可能会出现报错情况分为首次初始化和后续初始化两个分支当出现报错时进入后续初始化分支先清除错误再重新初始化频谱仪设置为Swept SA模式通过本振扫频和窄带中频滤波在设定好的起止频率内逐点测量Step 3:测试子板初始化软件自动读取子板初始化配置文件将初始化命令通过UDP逐下发Step 4:循环测试32个出厂参数每个循环测试一个参数程控信号源输出特定频点和幅值指令控制测试板输出待测频点程控频谱仪完成相应参数的测试与读取根据测试需要读取电压源的电压值和电流值计算功耗整个流程各步骤间的时间间隔通过大量测试反复验证间隔时间过短会导致测试到的参数不准确间隔时间过长则会使整个测试时间超过20 s。3. SCPI指令精准控制解决频谱仪驱动覆盖不全的问题由于频谱仪厂家封装的驱动函数不能完全覆盖该设计使用的测试模式该软件采用VISA下发指令和直接调用驱动函数两种方式进行开发设计。以REFCLK倍频器RPO的指令测试方法为例INST:SEL PNOISE //将频谱仪设置到相位噪声模式INIT:LPLot //开启频谱仪极限线测试扫描模式FREQ:CARR 20 MHz //设置载波频率:LPL:FREQ:OFFS:STAR 1 kHz //设置极限线判定的左边界偏移值:LPL:FREQ:OFFS:STOP 1 MHz //设置极限线判定的右边界偏移值FREQ:CARR:TRAC:ACC HIGH //将载波频率的轨迹捕获精度设置为高精准模式CALC:LPL:MARK:MODE POS //将极限线测试的标记点模式设置为位置锁定模式INIT:CONT OFF //关闭频谱仪的普通连续扫描INIT:IMM*WAI // 触发单次普通扫描强制等待执行完成CALC:LPL:MARK:X 1 kHz //手动将极限线专属标记点直接定位到X轴1 kHz的频点上CALC:LPL:MARK:Y // 读取极限线专属标记点X轴1 kHz对应的Y轴坐标值即为RPO参数关键技术点*WAI是SCPI标准的阻塞指令彻底解决了因指令执行过快数据读空、读错的致命问题高精准模式对载波中心频率的信号进行多轨迹累加平均、相位锁定、频率漂移补偿处理大幅降低载波的频率抖动和幅度噪声位置锁定模式下频谱仪会自动把标记移动到极限线fail的频点同时精准读出该频点的频率值和实际幅值4. 数据解析与不合格项定位软件利用移位寄存器存储每次循环测试得到的参数值每轮测试结束后将移位寄存器的数组送入解析队列在单独的解析循环里进行出队解析。此设计可保证软件界面的流畅性不会因数据解析出现卡顿。数据解析模块读取外部的.ini配置文件获得所有测试项及对应的指标值依次判定测试数据根据测试结果进行分类整理显示不合格项并将测试项测试数据及结论保存成电子文件 实战效果对比测试效率对比指标传统测试系统我们的LabVIEW方案提升幅度单颗芯片测试时间5分钟300秒20秒15倍↑端口号选择手动选择易出错自动识别零差错网络检查人工确认自动PING检测防误操作FPGA下载手动操作一键下载进度条可视化数据保存手动整理自动分类保存场景区分测试准确性验证将保存的测试数据与芯片手册指标进行逐一对比并与原有旧测试设备的测试数据进行对比。经大量测试与比对Fout/MHz带宽/kHzSFDR/dBc (手册典型值)测试值偏差50.1±500-87-90.143.14 dB101.3±500-87-91.854.85 dB201.1±500-87-89.632.63 dB301.1±500-86-84.78-1.22 dB401.1±500-84-82.65-1.35 dB测试值与手册典型值相差不大符合要求。在测试不合格的芯片时软件会精确定位异常参数和旧测试设备保持一致。