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(TMD)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 (Automac 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(Automac Test Pattern Generaon， 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。