世界仍是模擬的（上）

ADI公司的工程師們對放大器、轉換器和RF器件進行著嚴格的測試，以使消費電子和工業(yè)產品能夠正常工作。

　　許多人都說：“我們生活在一個數字化的世界”，但是你不能對美國模擬器件公司（Analog Devices Inc., 簡稱ADI）的工程師說這樣的話。在麻薩諸塞州威爾明頓的公司廠房里，工程師們對用于移動電話、基站、音頻設備、儀器及其他許多“數字”產品的模擬信號處理的試生產集成電路進行著測試。

　　威爾明頓工廠包括一條生產工程設計原型和成品晶圓的完整的晶圓生產線。工程設計集成電路的組裝在威爾明頓工廠進行，或者交給第三方承包商的工廠。成品晶圓是在全球各地的其他工廠進行組裝的。 　　

在為生產運算放大器、數模轉換器（DAC）、模數轉換器（ADC）、音頻編碼器/解碼器（CODEC），或者RF集成電路作好準備之前，必須等待產品工程師幾個星期的測試時間。這些工程師需要對列入數據資料的器件的所有規(guī)格進行測試，同時也需要進行他們認為必要的其他測試。測試結果經常成為數據資料中公布的“典型”性能特征。在完成了一次評估后，產品工程師需要撰寫30至40頁的測試報告。

　　每個試生產集成電路都需要一塊評估板，以便向工程師提供接入信號引腳和編程寄存器。這個評估板通常包括通信端口，例如與一臺個人電腦進行通信的USB端口。產品工程師有責任開發(fā)一個評估板。在我訪問威爾明頓工廠期間，我聽到了一句人們經常掛在嘴邊的關于產品評估的話：“是評估板還是被測器件引起了這個問題？”通常情況下，工程師必須經過一個過程來確定問題究竟出在哪里。

　　在最初測試一個產品時，工程師需要利用人工控制的臺式儀器對被測器件（DUT）進行測試。一旦他們確信元件功能正常，他們通常會在臺式儀器上運行自主測試軟件進行自動測試，或者是將評估板連接到自動測試機柜上進行測試。最后，他們還要使用生產自動測試設備（ATE）對器件進行一系列溫度和電源電壓方面的測試。這個ATE系統(tǒng)是由ADI公司以前的一個部門開發(fā)的，而該公司現在完全致力于設計和生產集成電路。

　　運算放大器、分離器、濾波器應有盡有

　　Francisco Santos是高速放大器組的產品開發(fā)工程設計經理，他的工程小組負責高速的低失真放大器、視頻濾波器、有源RF分離器、電纜驅動器、均衡器和ADSL線路驅動器等產品的評估。

　　Santos小組中的工程師對AD8099進行了評估，這是一種低噪聲、低失真的高速運算放大器，具有3.8GHz增益帶寬。由于ADI公司每年都要開發(fā)數不勝數的放大器，工程師們?yōu)楣こ淘O計實驗室開發(fā)了若干個自動測試系統(tǒng)。其中的一個系統(tǒng)是對運算放大器的一個重要規(guī)范——總諧波失真進行測試。“我們的低失真運算放大器的失真范圍能夠達到測試信號基頻的140dB以下”，Santos表示，“所以我們的儀器的背景噪聲就顯得非常重要了。我們不需要對來自儀器的噪聲進行測量。”

　　在人工執(zhí)行測量時，諧波失真測量可能需要花幾個星期的時間，但是現在，像Greg DiSanto這樣的工程師可以利用實驗室的自動測試臺在幾個小時內完成測試。DiSanto需要對THD與頻率、振幅、電源電壓和共模電壓等的關系進行特征描述。這個測試臺采用了Stanford Research的信號源來產生高達200kHz的測試頻率，同時也采用了Rohde Schwarz的一個高頻單元。在對視頻放大器進行特征描述時，兩個信號源可在設置于3dB點的可選低通濾波器上產生2個Vp-p正弦波形。來自Allen Avionics的低通濾波器——通過18GHz RF開關連接到Keithley的儀器上——在這些儀器連接到被測器件之前就消除了諧波。更多的RF開關把被測器件的輸出端連接到濾波器上，該濾波器包括一臺Agilent Technologies的頻譜分析儀，有助于測量由二次和三次諧波引起的失真。

　　工程師們也對輸入信號的直流偏壓進行了調整，尋找引起失真的限幅點。“開環(huán)增益損失引起了失真，”Santos說，“我們需要調整輸入信號的偏壓，直到我們找到使運算放大器的輸出級飽和的電壓為止。”

　　Santos小組中的工程師們也對有源視頻分離器，如ADA4302-4 1∶4分離器進行了評估。產品工程師Frank Ciarlone的自動測試臺對復合二次（CSO，composite second-order）失真、復合三次差拍（CTB，composite triple-beat）失真，以及交叉調制（XMOD，cross-modulation）失真進行了測量。該信號發(fā)生器是由Matrix Test Equipment公司開發(fā)的，它包括可以在55.25MHz至865.25MHz頻率條件下產生135個正弦波形的各種頻率源。工程師利用一個75歐的負載終止了一個輸出，并把其他輸出連接到一個可編程帶阻濾波器上。一個75歐至50歐寬頻帶的低插入損失變壓器用來與一臺Rohde Schwarz的頻譜分析儀的輸入阻抗進行匹配。


　　　　為了描述CSO和CTB的特征，Ciarlone測量了由135個通道產生的互調分量。被測器件的輸出端的帶阻濾波器消除了帶外載波。他通過調制對一個有意義通道以外的所有通道進行了XMOD測量，并測量了非調制通道頻帶中的“溢出”。“我們能夠在很短的時間內得到我們所需的所有通道的數據，”Ciarlone表示，“而且能夠對分離器進行充分的評估。”

　　高速放大器組的工程師們利用Agilent Vee來控制總諧波失真和分離器測試設備。他們還自動進行了若干其他測量，例如使用Agilent和Rohde Schwarz的頻譜分析儀進行的噪聲光譜密度測量，以及使用Agilent的網絡分析儀和Keithley的RF開關進行的視頻濾波器頻率響應和群延遲測量。


　　DAC與ADC

　　以其DAC和ADC而聞名的ADI公司生產用于移動電話和基站、儀器設備和嵌入式系統(tǒng)的元件。產品工程師Justin Munson和Gina Colangelo需要對高速DAC進行測試。Munson專注于那些使用低壓差分信號（LVDS）數字輸入的元件，而Colangelo則專注于使用單端、CMOS數字輸入的DAC。

　　最近，Munson剛剛完成對AD9736的評估，它是一個1.2Gsps的14位DAC。目前，他正在對一個更加高速的元件進行評估。他需要測量噪聲光譜密度（NSD）、總諧波失真、非寄生動態(tài)范圍（SFDR）、互調失真（IMD）、相鄰頻道功率、位至位相位差、線性和功耗。測試信號包括單音和雙音正弦波形。Agilent ParBERT可產生數字信號，并可提供14對差分信號。

　　在對AD9736進行評估時，Munson分別以600Msps、800Msps、1Gsps和1.2Gsps的速度對器件進行了測試。在1Gsps測試中，Munson對ParBERT進行了編程，覆蓋了從DC達490MHz的范圍，正好是在500MHz的尼奎斯特（Nyquist）頻率之下。

　　“當你對運行速度超過1Gsps的DAC進行評估的時候，”Munson說，“你的評估板的布局非常關鍵。評估板或被測器件的隔離問題經常是很棘手的。一個評估板需要有良好的電源退耦裝置，而其數字布線需要與模擬布線隔離開來。”

　　例如AD9736這樣的DAC就有不同的模擬輸出，這將有助于最大限度地減少由接地環(huán)路引起的系統(tǒng)誤差。這對那些把該器件用在系統(tǒng)內的工程師非常有益，但是它也導致了比單端輸出測試更大的難度。Munson的評估中使用的是變壓器負載而不是放大器負載。

　　他說：“變壓器負載使它對DAC的評估變得更加容易，因為它們可以將差分輸出變成單端輸出，而不必擔心放大器輸出級出現附加的非線性。”Munson發(fā)現，由于每個變壓器的工作帶寬的局限性，他需要一臺以上的變壓器對DAC進行充分的測試。

　　對Colangelo來說，她評估的AD9779這樣的DAC是采用單端CMOS輸入的。她采用了與Munson一樣的測量方法。“一些用戶對高速LVDS接口的DAC還沒有充分的認識，以至于他們選擇了一個CMOS接口的DAC來增加數字功能，”Colangelo說。 LVDS接口的DAC的輸入數據能夠以高達300Msps的傳輸速率運行。為了產生單端測試信號，Colangelo使用了ADI公司開發(fā)的圖形發(fā)生器。

　　AD9779主要用于移動基站，它包括兩個可以產生I/Q調制信號的DAC。用戶能夠關斷器件來降低功耗，例如，當一部手機不發(fā)送信號時，就可以關斷DAC核的供電。

　　AD9779采用數字濾波器實現器件平滑的模擬輸出。數字濾波器需要自身時鐘，但是這些時鐘可能增加DAC模擬輸出的失真。將時鐘與模擬電路隔離開來是集成電路設計人員和產品工程師面對的一個挑戰(zhàn)。“我們不僅僅是對器件進行測試，”Colangelo說，“而且還要對評估板進行測試。如果你斷掉一個器件的DAC部分的電源，而沒有斷掉數字控制部分的電源，那么在用一臺頻譜分析儀測量其輸出時，你應該不會看見任何偽信號。否則，你的評估板就可能有問題。”