集成電路生產(chǎn)過程中檢測和描述射頻濾波器特性的新方法

奧地利微電子公司的測試工程團(tuán)隊(duì)試圖研究一種新的方法來對(duì)射頻濾波器進(jìn)行特征描述。團(tuán)隊(duì)的策略是開發(fā)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測試程序，它可同時(shí)用于特征描述和生產(chǎn)過 程。此外，該程序還可進(jìn)行一些簡單的修改，以適應(yīng)各種不同規(guī)格的集成電路要求。這個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)程序被放置在一個(gè)測試代碼庫中，使基本的測試IP能得到反復(fù)利 用。

團(tuán)隊(duì)考慮到使用多頻聲來描述濾波器特性的可能性。但是，該方法并不適合輸入功率靈敏度較低的設(shè)備。如果要使用多頻聲，各個(gè)頻率分 量必須根據(jù)頻率總數(shù)進(jìn)行劃分，以此保證整體的峰值系數(shù)低于最大輸入功率。如果不這么做，單個(gè)頻率之間會(huì)相互影響引起互調(diào)失真，干擾頻率掃描的結(jié)果。

如何構(gòu)建一個(gè)線性調(diào)頻器

在 一個(gè)線性調(diào)頻中，信號(hào)的瞬時(shí)頻率呈線性增加趨勢(shì)，并且沒有跳頻(如圖1所示)。但考慮到任意波形發(fā)生器(AWG)中有限的內(nèi)存大小，測試工程師必須構(gòu)建一 個(gè)離散形的線性調(diào)頻器。線性調(diào)頻的公式如下：f(t)=f(0)+kt。其中，f(0)代表起始頻率(時(shí)間t=0)，k代表頻率增加率或調(diào)頻轉(zhuǎn)換速率。

當(dāng)線性調(diào)頻的掃描過程完成并且獲得掃描結(jié)果后，該新方法還要求對(duì)集成電路設(shè)計(jì)者想要進(jìn)行特征描述的濾波器進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)的提取：提取幅值響應(yīng)，即濾波器的3dB點(diǎn)、10dB點(diǎn)以及濾波器的帶寬。有時(shí)，也需要提取其它一些參數(shù)，如相位響應(yīng)和群延遲。

為了在數(shù)字信號(hào)處理器中構(gòu)建線性調(diào)頻信號(hào)，我們必須了解以下這些參數(shù)：

●測量帶通濾波器的轉(zhuǎn)角頻率時(shí)應(yīng)該達(dá)到怎樣的精確度？

●測量設(shè)備中的哪些特性有利于測量工作的展開？存儲(chǔ)深度、最大采樣頻率，還是波形拼接？

●濾波器的轉(zhuǎn)角頻率和帶寬是多少？

隨 著最新測試碼開發(fā)工具中syntax的出現(xiàn)，在數(shù)字信號(hào)處理器中構(gòu)建線性調(diào)頻波形圖變得非常簡單。通常情況下，syntax提供一個(gè)選項(xiàng)，它可根據(jù)樣本 數(shù)、采樣頻率、數(shù)組大小、相位延遲以及Sinx/x修正，使用內(nèi)置函數(shù)構(gòu)建一個(gè)正弦波形。通過將該測試碼放入一個(gè)回路，并線性地增加bin數(shù)，將會(huì)產(chǎn)生一 組呈線性增加趨勢(shì)的音頻波形。只要根據(jù)采樣原理確保該過程的連貫性，那么這些波形就會(huì)拼接在一起，并形成一個(gè)離散的線性調(diào)頻信號(hào)。

若沒有產(chǎn)生單個(gè)波形的內(nèi)置函數(shù)，那么我們可以使用采樣原理。采樣原理要求在數(shù)組中M呈線性增加，并且要求快速傅里葉變換呈逆向運(yùn)作，如：采樣原理方程式：Fs/Ft=N/M傅里葉頻率計(jì)算方程式：Ff=Fs/N

一旦逆向快速傅里葉變換完成，每個(gè)時(shí)域的數(shù)據(jù)必須相互拼接，以此產(chǎn)生一個(gè)數(shù)組。該數(shù)組的尺寸大小相當(dāng)于樣品數(shù)乘以音頻數(shù)。在這里，我們必須注意確保數(shù)組小于任意波形發(fā)生器的內(nèi)存。

奧地利微電子公司為晶圓代工客戶開發(fā)的線性調(diào)頻測試中，最困難的是測試帶寬最窄的濾波器，它的中心頻率為40kHz，帶寬約為80kHz。3dB點(diǎn) 的測量精度需在5kHz之內(nèi)。在這樣的情況下，我們構(gòu)建了一個(gè)線性調(diào)頻器，它包含100個(gè)頻率分辨率為1kHz的離散頻率。線性調(diào)頻信號(hào)初始頻率為 1kHz，終止頻率為100kHz(如圖2)。

通 過分析頻率范圍內(nèi)的信號(hào)特征，我們可以知道頻率響應(yīng)是否符合預(yù)期的1kHz~100kHz的平坦的頻譜特征，因?yàn)樵谶@個(gè)掃描過程中，信號(hào)幅度保持不變。通 過對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，我們可以看到以下的頻率響應(yīng)(如圖3):一個(gè)平坦的頻率響應(yīng)可以提供一個(gè)新的頻率范圍，它能使相對(duì)測量值(如3dB 值)變得更為準(zhǔn)確。