ADSL集成電路關鍵參數(shù)的測試策略

目前全球ADSL用戶數(shù)量在迅速增長，為了刺激ADSL的持續(xù)增長，市場需要低成本的ADSL集成電路，本文介紹如何利用先進的測試平臺來對ADSL芯片的某些關鍵參數(shù)進行測試，從而使半導體制造商能夠降低ADSL器件的測試成本。

ADSL是一種充分利用普通電話雙絞線上未用資源容量的調制解調器技術，它采用不對稱傳輸方式，從中心局(CO)到遠端(RT)的下行速度最高能達到上行速度的4倍。這種不對稱性能在視頻和互聯(lián)網(wǎng)訪問等以市場為導向的消費類寬帶應用中是非常理想的，因為在這些應用中下行數(shù)據(jù)速率必須非常高，而從用戶到中心局(CO)的上行數(shù)據(jù)一般都比較少。這種使用模型同樣也適用于從公司服務器到雇員、合作伙伴和客戶的業(yè)務通信往來。

與模擬調制解調器不同，ADSL 調制解調器不進入公共交換電話網(wǎng)絡(PSTN)， 同時采用了先進的調制技術，其發(fā)送的信號頻率以及數(shù)據(jù)速率都遠高于模擬調制解調器。ADSL支持的下行速率最高可達8Mbps，上行速率最高可達 832kbps。不過隨著信號傳輸距離的增加，采用這種技術的數(shù)據(jù)傳輸速率也會很快下降。例如，當用戶端與局端的距離在12,000英尺以下時，ADSL 的速率能夠保持8Mbps，當距離增加到18,000英尺時，其速率只能達到1.5Mbps。

ADSL采用人們熟悉的頻分復用(FDM)方法提供寬帶服務，同時支持傳統(tǒng)的“普通電話服務”(POTS)網(wǎng)絡。ADSL 采用的FDM方法主要是離散多音(DMT)調制。DMT調制方法將大約1.1MHz的頻譜分成256個間距相等的子信道或音調，每個子信道占 5.3125KHz。在DMT頻譜中每個信道都以獨立的信道方式工作，并采用正交幅度調制(QAM)的調制方法來編碼數(shù)字信息。

這些信道除了用于數(shù)據(jù)傳輸外，還能用于獨立的網(wǎng)絡管理或性能測試。較低頻率的信道不用于傳輸信號，一般留作保護帶寬以避免 與處于頻譜低端的傳統(tǒng)POTS設備發(fā)生干擾。在緊鄰并高于這些保護信道頻率的頻段，被分配的是少量用于上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺?，剩余較高頻率的信道則用于下行 數(shù)據(jù)傳輸。就象V.32和V.34 調制解調器等其它調制解調器技術一樣，ADSL 調制解調器也需要采用回波抵消技術解決上行和下行信道的重疊問題。而要同時提供電話和數(shù)據(jù)業(yè)務就必須依靠低通濾波器或分離器來實現(xiàn)分離。

測試方法

為了提高ADSL的性價比，制造商需要提供能夠延長中心局與用戶端距離的設備，這樣就可以減少終端點的數(shù)量，從而降低鋪設扇 形用戶線所需的成本。另外，ADSL設備的覆蓋性能是最具競爭性的一個因素。較長的電話線會對ADSL所使用的高端頻帶信號造成多達90dB的衰減。因 此，半導體制造商在ADSL設備的設計中通常會采用較高動態(tài)范圍和較低噪聲指標的模數(shù)轉換器(ADC)和數(shù)模轉換器(DAC)。

在ADSL 調制解調器中，模擬前端(AFE)的噪聲和線性性能是ADSL 調制解調器能在較長線纜上獲得理想數(shù)據(jù)速率的關鍵所在。并不寬裕的噪聲與線性設計余量往往會提高測試的挑戰(zhàn)性，因為制造商需要提供更寬動態(tài)范圍和更高精度 的ADSL測試儀器，總之其測試成本要小于或至少等于前一代低性能ADSL設備的測試成本。

制造商可以采用單音測試方法來判定ADSL的純動態(tài)范圍、標準失真和噪聲基底電平。這種直接測試方法足夠用來快速發(fā)現(xiàn)各種 缺陷。單音測試方法對測試設備的信噪比(SNR) 比較有效。雖然ADSL轉換器的線性指標比較嚴格，但SNR仍然是確保ADSL正確工作所必需的重要器件參數(shù)。單音測試還能測得設備的總體諧波失真 (THD)和無失真動態(tài)范圍(SFDR)。

在計算SNR后這些基本的動態(tài)線性測試只要求少量的額外處理過程，因此這種測試基本不會花太多的測試時間開銷。也就是說， 單音測試的測試時間要求相對于它的效率來說是非常適中的。此外，許多業(yè)界領先的測試系統(tǒng)都提供預先做好的例程，以方便這些單音測試的開發(fā)。由于單音測試方 法利用一套數(shù)據(jù)就能夠測試多個關鍵參數(shù)，因此大部分有缺陷的設備都通不過單音測試。

雖然靜態(tài)的線性測試是ADC規(guī)范的傳統(tǒng)內容，但對ADSL設備來說，不太適合用于設備的評估。ADSL ADC的高轉換速率通常會被高分辨率所抵消。這時需要捕獲大量的數(shù)據(jù)，從而占用大量的DSP運算時間。另外需要考慮的因素是ADSL設備中使用的高頻信 號，靜態(tài)線性測試與器件的動態(tài)響應會有很大的區(qū)別。

比較這類器件的各種測試可以發(fā)現(xiàn)，最有實際效果的仍然是基本的環(huán)回測試。工程師將發(fā)送器連接到接收器，然后檢查輸出端送出 的編碼數(shù)據(jù)能否在輸入端得到正確解碼。雖然這種高度實用性的測試方法并不能提供復雜設計中隔離故障設備所必需的信息，但它執(zhí)行起來速度非常快，費用也最 低。

IMD測試

雖然積分非線性(INL)和差分非線性(DNL)等傳統(tǒng)的靜態(tài)線性測量方法非常重要，但它們不足以表征AFE的性能。對于 ADSL設備來說，THD規(guī)范并不能提供足夠的有關DUT非線性如何影響輸入信號的信息。在多音ADSL中，整個帶寬的動態(tài)線性范圍決定了調制解調器的容量。

在非線性系統(tǒng)中，輸出信號中會出現(xiàn)輸入信號中并不存在的許多頻率分量，其中最常見的頻率分量是諧波。利用單音正弦波測試方法能夠很容易地估測諧波信號。交調分量是另外一種會嚴重影響信號保真度的頻率分量。

當輸入信號中包含有多個音調時就會產生交調失真(IMD)，所產生的IMD與輸入音調頻率呈一種數(shù)學關系，并會在整個頻譜中 擴散(如圖1所示)。一般來說，第3階分量對信號的保真度影響最大。ADSL設備中使用的DMT調制方案是利用具有正常間距的多個正交信號分量，因此不僅 第3階IMD，即使是第5階甚至第7階IMD也需要最小化。

測試IMD時需要2個純的單音輸入到DUT，此時必須仔細斟酌單音的選擇、DUT的取樣率和樣本數(shù)量，才能保證正確地從沒 有頻率分量重疊的頻譜中提取出必要的信息。這樣做并不一定能正確表征以整數(shù)為基礎的數(shù)學性能特征；因此通常還會用到啟發(fā)式的方案或強迫方式的整數(shù)搜索。象 ASL3000這樣先進的測試平臺會提供具有高取樣率、信號高保真度和時鐘靈活性的儀表操作套件，這都是進行可接受的IMD測試配置所必需的。

多音測試

在ADSL的幾種測試中，多音功率比(MTPR)測量是最具挑戰(zhàn)性的測試工作。這種方法主要用來測試某個頻率點(槽位)的信 號功率，此時設備的激勵信號應該由除了對應被測頻點以外的所有單音組成(圖2)。正常間距下的所有單音都會在空閑頻點處產生大量的IMD分量。由于 ADSL技術依賴于通過每個頻率頻點的獨立傳輸，因此這種測試方法能夠有效地評估被測器件的性能。在一個完整的MTPR測試中，所有256個頻率點都需要 測量這樣的殘留功率。

測試方案

利用先進的測試平臺可以非常方便地實現(xiàn)TOI和MTPR等測試。一些先進的混合信號平臺如Credence ASL 3000所提供的工具就能產生和觀察這些測試所需的正確波形。工程師可以利用內部的DSP功能自動執(zhí)行FFT測試或找出信號的幅度、相位和編寫C代碼，并 使用某些工具產生和觀察與這些測試有關的高精度波形。這些先進的測試系統(tǒng)還能提供擴展分辨率以及可靠完成復雜ADSL部件的靈敏度測量所需的精度。

許多ADSL設備中的ADC和DAC動態(tài)性能特征要求提高發(fā)生器和量化器的帶寬和分辨率。例如， ADSL標準規(guī)定MTPR測試中的信號電平只有1V rms，當這樣的信號擴展到255個Bin時，在目標頻率Bin中測到的任何殘留信號電平都非常低，因此通常要求16位的分辨率才能確保測試的正確性。

過去，12位ADC和DAC(72dB動態(tài)范圍)被認為比較適合DSL部件。雖然在大批量生產中14位ADC和DAC被認為 是最具實用價值，但在具有很多電子噪聲的生產環(huán)境中采用16位ADC和DAC顯然具有很大的風險。為了完成這些測試工作，測試儀的電氣環(huán)境要求噪聲要很 低，應該足夠支持96dB以上的動態(tài)范圍。另外，工程師要能夠產生信號，并以非常低的抖動對DUT信號實施取樣，因為在這樣的動態(tài)范圍內，抖動會直接轉換 成被測試信號上的等效噪聲。

Credence ASL 3000測試平臺還有一個優(yōu)點，即能夠測試ADSL設備的發(fā)送部分。除了其固有的靈敏度測量外，利用ASL 3000還能夠將發(fā)送信號通過某個陷波器，以進一步改進特殊靈敏度測量下的動態(tài)范圍。同樣地，無失真動態(tài)范圍等其它一些關鍵的測量也能照此辦理。預置于這 個測試儀器內的測試例程還有一個優(yōu)點，即可快速完成測試程序。

利用ASL 3000測試平臺可以簡化MTPR等復雜的測試工作。ASL 3000提供一個帶簡化測試例程的DSP庫。事實上，這個DSP庫與Credence Quartet測試系統(tǒng)提供的庫是相同的，因此可以簡化不同平臺間的移植工作。過去，要產生ADSL測試所需的具有動態(tài)范圍的音調是十分困難的，而如今先 進的波形發(fā)生器設備的出現(xiàn)也使之變得簡單了。多音測試用到的儀器要比其它測試復雜，在多音測試中不能使用濾波器，因此工程師通常需要仔細地權衡精度和測試 時間的關系。

IMD測試的建立一般要比其它測試復雜，幸運的是這些IMD測試只是增加了少量的額外測試時間，但高質量的測試結果使它物有所值。該類型的測試有助于工程師很好地理解設備的非線性，并更好地改善實際性能。

事實上，在最近一次Credence測試方法演示中，向Credence工程師提供的5個部件及其它裝置都通過了測試。當工 程師用上述更高級的方法測試時發(fā)現(xiàn)，其中一個部件實際上是有缺陷的。一般來說，晚一些發(fā)現(xiàn)缺陷可能沒什么太大影響，但如果那個產品部件通過正常渠道銷售出 去的話，就會影響到用戶對品牌質量的認知程度。

一體化設備

ASL 3000測試平臺可以測試ADSL器件中用到的復雜調制信號。它的高性能和高測試精度非常適合用來測試高性能的ADSL部件，特別是在高吞吐量的多點配置 中。對于具有集成模擬前端和較多數(shù)量數(shù)字管腳的復雜混合信號器件來說，測試工程師通?？梢赃x擇Quartet、SZ M3650或Octet等測試系統(tǒng)。

Quartet能夠滿足具有大量數(shù)字管腳和模擬前端并要求大動態(tài)范圍的混合信號器件的低抖動測量要求。而SZ M3650則比較適合測試具有更多數(shù)字引腳的設計，因為這種情況下在提供測試信號方面需要很大的靈活性。還有就是Octet，它支持對那些同時具有重要數(shù) 字內容和嵌入式DSL元件的混合信號器件的高吞吐量并行測試。除了這些產品化測試平臺外，還有IMS Gemini MS等工程校驗系統(tǒng)還可提供加快復雜ADSL器件的芯片調試速度所需的一些特殊功能。

在高級混合信號測試儀中使用的先進技術提供了許多專用的資源，可以用來滿足復雜ADSL器件的多點測試所需的復雜單音、多音和IMD測試要求。充分利用這些豐富的測試手段，工程師可以從故障器件中提取出重要的信息，從而更好地理解性能問題和影響產量的因素。

換句話講，工程師也因此能更加專注于他們關心的那些特殊領域，取長補短，增強自己的開發(fā)能力，以提供更高性能和質量的 ADSL產品。利用具有良好性價比的測試系統(tǒng)進行相對較少量的復雜測試，ADSL制造商就能獲得最大的吞吐性能和較低的測試成本，從而充分滿足快速發(fā)展的 ADSL市場需求。