消費(fèi)類音視頻SoC系統(tǒng)的ATE測試

消費(fèi)類領(lǐng)域的融合正在加速，在消費(fèi)類電腦以及通信應(yīng)用中，由于每個(gè)設(shè)備不斷地增添新的功能，它們之間的界線變得更加模糊。例如無線手機(jī)，僅此一個(gè)設(shè)備現(xiàn)已內(nèi)置數(shù)碼攝像機(jī)、視頻、因特網(wǎng)與電子郵件接入、多媒體消息、MP3播放機(jī)、位置服務(wù)、PDA功能、甚至有廣播MTV。

無線手機(jī)出現(xiàn)高品質(zhì)音視頻應(yīng)用后，需要更快的取樣率、更寬的動(dòng)態(tài)范圍，更大的內(nèi)存。即使在汽車的有限空間內(nèi)，想要實(shí)現(xiàn)多聲道音頻和高分辨率位置顯示的存儲(chǔ)帶有DVD信息的全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)，更需要高品質(zhì)的音視頻。

消費(fèi)類應(yīng)用的融合突顯系統(tǒng)級(jí)集成的重要性，這是RF、混合信號(hào)、高速接口、電源管理，內(nèi)存和高性能處理器的集成。為了縮小體積，降低成本和功耗，這類器件是用系統(tǒng)芯片(SoC)或單封裝系統(tǒng)制作的。隨著功能以及各種芯核的增加，引腳數(shù)也在不斷增加，以滿足數(shù)字控制線和數(shù)據(jù)線的要求。

行業(yè)專用的測試要求

隨著大批量消費(fèi)類行業(yè)中SoC與SIP日趨復(fù)雜化，低成本與高器件壽命周期這兩個(gè)基本要求的矛盾更加突出。消費(fèi)者要求在相同或更低成本基礎(chǔ)上提高性能，同時(shí)還常常提出新的改進(jìn)。因此必須以低成本而又極其快速地對(duì)元器件進(jìn)行徹底的測試。

在極大地減少ATE體系結(jié)構(gòu)吞吐率開銷的同時(shí)，在測試中能提供更多的并行處理能力，可能妥善地解決測試日趨復(fù)雜化器件帶來的附加時(shí)間問題。為了解決前沿消費(fèi)類器件中新出現(xiàn)的模擬芯核難題，除了上述兩項(xiàng)措施外，還要保證ATE硬件的分辨率與精度。

音頻DAC與ADC

高集成度SoC器件，如圖1所示的無線手機(jī)基帶處理器，內(nèi)置多個(gè)性能各異的功能塊，承受著規(guī)范和測試時(shí)間的雙重壓力。

簡單的10位有效分辨率和4KHz帶寬能滿足早期無線手機(jī)的音頻質(zhì)量要求。最新的發(fā)展趨勢表明，器件能支持規(guī)范要求更嚴(yán)格的CD品質(zhì)音頻性能，立體聲以及環(huán)繞聲效果。市場上聲稱具有24位音頻分辨率，實(shí)際有效性能一般有16位至17位，相當(dāng)于98dB至104dB的動(dòng)態(tài)范圍，帶寬為20KHz。

當(dāng)消費(fèi)類采用分立的CD品質(zhì)DAC和ADC時(shí)，由于擁有提高器件價(jià)格的主動(dòng)權(quán)，ATE相關(guān)的測試成本尚能應(yīng)付。而在SoC中集成CD品質(zhì)芯核時(shí)，由于附加功能增加了測試時(shí)間，以及對(duì)測試成本(COT)的負(fù)面影響，提高器件價(jià)格已不能彌補(bǔ)ATE測試成本的增加。

音頻芯核測試時(shí)間推導(dǎo)實(shí)例

對(duì)混合信號(hào)動(dòng)態(tài)測試，防止頻譜在分析過程中產(chǎn)生的頻譜中泄漏是至關(guān)重要的。因此，必須滿足下列關(guān)系式：

M/N=Ft/Fs

式中，M為捕獲周期的個(gè)數(shù);N為取樣點(diǎn)數(shù);Ft為測試信號(hào)頻率;Fs為取樣頻率。

對(duì)低保真音頻器件，如ADC輸入的微音器或DAC輸出的耳機(jī)，采用8KHz取樣頻率，相當(dāng)于4KHz帶寬。若測試信號(hào)頻率為1.03125KHz，相對(duì)于8KHz取樣頻率和512點(diǎn)采集，可以捕獲66個(gè)周期。取樣時(shí)間等于取樣點(diǎn)數(shù)除以取樣頻率，即64ms。音頻測試需10次以上的測試，包括多個(gè)增益狀態(tài);空閑聲道噪聲(ICN)，串?dāng)_(XTALK)和互調(diào)畸變(IMD)，這樣，既使是對(duì)簡單的芯核，總測試時(shí)間也需650ms。

從ATE的模擬或數(shù)字捕獲存儲(chǔ)器向工作站傳送20位取樣數(shù)據(jù)，其測試開銷亦是十分可觀的。為了確定供分析的數(shù)據(jù)傳送量，20位乘以取樣點(diǎn)數(shù)N，再乘以測試芯核的測試量次數(shù)。本例中，20位×512點(diǎn)×10次測量，總計(jì)為102400位。假定模擬模塊與工作站間的帶寬為1MB，測試DAC芯核的傳送時(shí)間約為100ms。數(shù)字捕獲存儲(chǔ)器傳送開銷在相同帶寬下也是100ms。因此，對(duì)語音品質(zhì)DAC和ADC測試，200ms傳送開銷將總測試時(shí)間增加到1500ms(650ms+650ms+200ms)。

ATE體系結(jié)構(gòu)的并行測試開銷

想要進(jìn)一步說明這個(gè)問題，考慮環(huán)繞聲音頻處理器對(duì)測試時(shí)間的影響。AC3數(shù)字音頻提供6路模擬輸出：前置L/R;環(huán)繞聲L/R;中央揚(yáng)聲器和超低單揚(yáng)聲器。從模擬觀點(diǎn)，這些器件需要高動(dòng)態(tài)范圍與并行測試的結(jié)合。

CD品質(zhì)動(dòng)態(tài)范圍和帶寬要求更高的取樣率。采用上面的公式而以Fs=4.8KHz代之，取樣時(shí)間為10.7ms?？紤]到硬件設(shè)置、測試穩(wěn)定和其它開銷，測試時(shí)間取15ms。再考慮到10次以上的測量次數(shù)，總測試時(shí)間上升到150ms。這樣對(duì)每個(gè)位置6聲道，串行測試實(shí)施方案將需900ms。

4測試點(diǎn)實(shí)施方案能充分利用多個(gè)波形數(shù)字化儀并行測試的優(yōu)勢。但數(shù)據(jù)傳送在多測試點(diǎn)測試中仍是串行的，傳送開銷是要累計(jì)的。因此，即使采用4個(gè)波形數(shù)字化儀，4測試點(diǎn)測試實(shí)施方案需900ms+4×600ms=3300ms。

多標(biāo)準(zhǔn)無線基帶處理器

無線設(shè)備在同一部手機(jī)中設(shè)置了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。為了支持這些標(biāo)準(zhǔn)，芯片組常常具有冗余的基帶模擬變換器和RF收發(fā)器。如在音頻環(huán)繞聲處理器中，無線基帶處理器中眾多模擬芯核對(duì)測試時(shí)間造成巨大的影響。測試這些器件的主要難題是如何在模擬測試硬件中設(shè)置充足的并行測試，以得到多測試點(diǎn)的效率。

基帶處理器塊由正交(I/O)發(fā)射(TX)DAC和接收(RX)ADC對(duì)組成。在2G至2.75GGSM/GPRS/EDGE技術(shù)中，載波信道間隔限于200KHz，導(dǎo)致低頻零IF。W-CDMA采用5MHz信道，對(duì)應(yīng)的帶寬較寬。

RX和TX路徑通常要求全動(dòng)態(tài)測試，包括信號(hào)對(duì)畸變(SND)、CIN以及XTALK。I/Q對(duì)DAC和ADC還要求增益匹配和相位匹配測試，指標(biāo)分別規(guī)定在0.1dB和3度高精度內(nèi)。在發(fā)射期間保證信道隔離的要求，導(dǎo)致對(duì)DAC進(jìn)行附加的帶外(00B)衰減的測試。鄰道功率比(ACPR)能確認(rèn)信道隔離程度，對(duì)W-CDMA用DAC，檢驗(yàn)的OOB頻率高達(dá)10MHz。

高清晰度視頻編碼器

當(dāng)前SoC器件支持多種視頻輸入標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的NTSC或PAL器件備有超級(jí)視頻CS-VIDEO和復(fù)合模擬輸出。支持HDTV需要3個(gè)附加輸出，來提供符合YPrPbHDTV(EIA-770.1-3)的信號(hào)。備齊上述全部輸出需用6個(gè)視頻DAC：2個(gè)用于S-Video、1個(gè)用于復(fù)合輸出、3個(gè)用于RGB。

雖然數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)最高要求的接口速度為74MHz，但測試DAC性能要求的模擬帶寬約為8MHz，分辨率10至12位。單個(gè)視頻DAC的典型測試項(xiàng)目包括積分非線性(INL)、微分非線性(DNL)以及SND測量。而HDTV系統(tǒng)的圖形質(zhì)量是由DAC輸出的相對(duì)精度決定的，須對(duì)輸出增益和相位匹配作附加測試。內(nèi)置數(shù)字視頻器件的總測試時(shí)間與測試可提供的并行數(shù)字化儀的數(shù)量直接相關(guān)。待測視頻DAC的數(shù)量通常在6個(gè)以上，由于缺乏測試儀資源，建立一套串行化測試方案是必不可少的。

并行測試方案

雖然降低總COT受多個(gè)變數(shù)的影響，但實(shí)施多點(diǎn)測試和并行測試來改進(jìn)吞吐率無疑是主要方法。最新一代ATE系統(tǒng)采用多端口體系結(jié)構(gòu)，支持成組的和待測器件功能相匹配的測試儀資源結(jié)構(gòu)。

實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的兩個(gè)主要功能是每端口定時(shí)發(fā)生器和每端口序列發(fā)生器，前者與測試芯核的頻率相匹配;后者可工作在不同測試模式并自動(dòng)地執(zhí)行序列指令。每引腳多端口方案比上述方案更進(jìn)一步，將ATE系統(tǒng)的數(shù)字和模擬兩種資源的粒度細(xì)分至每個(gè)引腳。測試典型SoC的必備的資源結(jié)構(gòu)實(shí)例包括：用作通信處理器的DSP、存儲(chǔ)器，以及與模擬IF或RF前端接口的ADC和DAC。在本場合，數(shù)字引腳配置成掃描模式，用來測試DSP芯核(見圖2)。

ADC塊需要任意波形發(fā)生器(Arb)和數(shù)字通道，數(shù)字通道處于捕獲模式來采集與分析ADC的輸出。DAC則需要多個(gè)數(shù)字通道組成的端口，用數(shù)字源存儲(chǔ)器(DSM)或波形存儲(chǔ)器段以及波形數(shù)字化儀來測試。每個(gè)端口能自動(dòng)地工作在不同的測試頻率，執(zhí)行不同的序列指令。

由于測試系統(tǒng)已在每個(gè)引腳基礎(chǔ)上進(jìn)行分段，通過復(fù)制測試矢量的映象和每測試點(diǎn)使用的引腳上序列，應(yīng)用軟件能自動(dòng)地管理絕大部分多測試點(diǎn)的控制。

并發(fā)測試是多端口測試的擴(kuò)充，讓這些芯核并行地進(jìn)行測試。當(dāng)然，器件中每個(gè)芯核應(yīng)是ATE系統(tǒng)可獨(dú)立地訪問和控制的，能獨(dú)立工作的。將每個(gè)器件芯核串行測試的純序列流修改為多個(gè)器件芯核并行測試的序列流，能大大減少測試執(zhí)行時(shí)間(圖3)。

在大規(guī)模器件(如無線基帶SoC處理器)中，有無數(shù)個(gè)模擬芯核，并行地測試這些芯核需要大量的模擬資源。若按4個(gè)測試點(diǎn)，全并行、并發(fā)測試式計(jì)算，需提供28個(gè)數(shù)字化儀，這在當(dāng)前的ATE系統(tǒng)中還難以實(shí)現(xiàn)。

一種新型模塊體系結(jié)構(gòu)

測試當(dāng)前消費(fèi)品器件中使用的各種模擬芯核，需要高度并行，低開銷的解決方案。若在每個(gè)模塊中組合幾個(gè)模塊功能，能相應(yīng)地減少每個(gè)模擬模塊的占用空間，這樣，就有更多的空間留給必需的數(shù)字模塊。一個(gè)內(nèi)置8個(gè)獨(dú)立Arb或數(shù)字化儀單元的模塊具有靈活地配置的優(yōu)點(diǎn)：或只用作數(shù)字化儀單元，或是數(shù)字化義與Arb單元的組合。

降低消費(fèi)類器件測試的COT不僅要解決ATE測試系統(tǒng)的并行測試方案，還要減少并行測試帶來的ATE開銷。多芯核是當(dāng)前SoC消費(fèi)類器件的主要特征，在對(duì)ATE硬件進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)改進(jìn)時(shí)同樣要考慮上面兩個(gè)因素，這樣才能得到最佳的測試解決方案。