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利用多元平行測(cè)試法 降低SoC測(cè)試成本

由于消費(fèi)與商業(yè)對(duì)于單芯片整合更多功能需求,，使其發(fā)展速度比以往更為迅速,。例如數(shù)字機(jī)上盒/電纜調(diào)制解調(diào)器(STB/CMs)及行動(dòng)電話(huà)整合了PDA,、影像撥放及DVD R/W功能。像這類(lèi)系統(tǒng)單芯片在數(shù)字,、記憶,、混頻信號(hào)及高頻技術(shù)上都面臨了挑戰(zhàn),，因此系統(tǒng)單芯片測(cè)試系統(tǒng)就必須先具備了克服種種的技術(shù)瓶頸的能力,。 

單純技術(shù)挑戰(zhàn)并足以因應(yīng)大量生產(chǎn)后降低測(cè)試成本而達(dá)到實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益，這也是為什么測(cè)試系統(tǒng)的架構(gòu)必須具彈性依需求整合不同的技術(shù),，以符合在消費(fèi)者市場(chǎng)中設(shè)備的經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn),。因此對(duì)這類(lèi)系統(tǒng)單芯片測(cè)試而言,，須先考慮技術(shù)或經(jīng)濟(jì)條件,，因?yàn)檫@對(duì)應(yīng)了測(cè)試系統(tǒng)所具備能力的以及大量生產(chǎn)的測(cè)試成本,。為了理解測(cè)試SoC的種種，本文將以STB/CM和DVD R/W應(yīng)用為例,。藉由探討典型方塊圖進(jìn)而了解其中最具技術(shù)挑戰(zhàn)的解決方法而把量產(chǎn)的測(cè)試成本降至最低,。 

以數(shù)字機(jī)上盒/電纜調(diào)制解調(diào)器(STB/CMs)為例 

拿數(shù)字機(jī)上盒與電纜調(diào)制解調(diào)器(STB/CMs),，來(lái)探討兩種不同的系統(tǒng)單芯片功能特性,。首先,，根據(jù)方塊圖可了解其功能與效能,，以及它們是如何在測(cè)試當(dāng)中驗(yàn)證，相關(guān)的測(cè)試瓶頸及最后解決方法探討,。技術(shù)范疇與測(cè)試相關(guān)的經(jīng)濟(jì)層面也同時(shí)會(huì)討論,。典型的STB/CM SoC的方塊圖如表1所示,。一般標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化傳輸都是透過(guò)衛(wèi)星，陸地或者電纜為效傳輸介質(zhì),。在前端,，調(diào)變?cè)O(shè)備帶輸入信號(hào)并且分隔出一條特定的通道,。然后解調(diào)器部分把這個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)變成一連串的數(shù)字信號(hào),。此時(shí)，前向錯(cuò)誤校正(FEC)與信號(hào)修正皆以數(shù)字方式完成,。在后端處理器經(jīng)過(guò)解多任務(wù)器的信號(hào)判斷可能為影像,、聲音或數(shù)據(jù)后，依信號(hào)特性被傳送至送適當(dāng)譯碼器處理,。這些影像數(shù)據(jù)準(zhǔn)備進(jìn)行編碼成適合人使用的模擬信號(hào),。此外，有一些特殊設(shè)計(jì)的電路使用目前較受歡迎的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)讓數(shù)據(jù)皆以數(shù)字方式傳送,，如ATA(IDE),、IEEE 1394以及其它。 

在測(cè)試的領(lǐng)域中,，所有測(cè)試的項(xiàng)目都必須根據(jù)相關(guān)的規(guī)范,。如在RF前端測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目則必須依據(jù)使用的傳輸介質(zhì),。表2,、3和4個(gè)別表示衛(wèi)星、陸地和電纜前端更細(xì)節(jié)的測(cè)試項(xiàng)目,。雖然被測(cè)試的基本的項(xiàng)目相似,，但是這些前端卻有不同的輸入和輸出頻率；就衛(wèi)星前端而論,，輸入的射頻(RF)直接轉(zhuǎn)變?yōu)橐煌嗟幕l/90度相位差(I/Q)有4階段或8階段相位調(diào)節(jié)格式的信號(hào),。 

陸地傳輸前端輸入RF直接轉(zhuǎn)變成一同相43.75MHz的信號(hào)。電纜調(diào)制解調(diào)器前端有兩條信號(hào)傳輸路徑,，一為在電視頻帶上的信號(hào)和在頻帶外做電纜調(diào)制解調(diào)器數(shù)據(jù)程序編制起閉功能選擇的路徑,。同時(shí)，除了確保接收頻帶外的信道,，也有數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粭l信號(hào)回傳信道,。 

為了測(cè)試這些不同的前端特性,，信號(hào)源本身即需要能有足夠的干凈表現(xiàn),，包括信號(hào)噪聲比(SNR)、總諧波失真(THD)和無(wú)寄生動(dòng)態(tài)范圍(SFDR),，以達(dá)到IC制程的規(guī)格。在制程規(guī)格便會(huì)提到有多少位數(shù)據(jù)在調(diào)諧端和調(diào)變/解調(diào)之間的接口完成轉(zhuǎn)變。通常測(cè)試系統(tǒng)會(huì)較受測(cè)組件的架構(gòu)多加2個(gè)位達(dá)到輸入或量測(cè)的需要?；祛l信號(hào)測(cè)試會(huì)使用到如表5方塊圖中所示的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器,、低通和頻帶通濾波器,、自動(dòng)增益控制器及鎖相回路,。 

如要測(cè)試其10位轉(zhuǎn)換器,，使用ADC量化誤差公式，SNR＝6.02 x Nbits＋1.76分貝,，﹝1﹞需要一個(gè)信號(hào)源優(yōu)于62分貝SNR,。為了改善測(cè)試時(shí)間及測(cè)試成本,，使用倍頻率測(cè)試好處多于以單個(gè)頻率測(cè)試，這是在于它能結(jié)合傳統(tǒng)上的多項(xiàng)測(cè)試合而為一,，其中一項(xiàng)特別的挑戰(zhàn)是如何在線(xiàn)性的范圍把多重頻率彼此相互作用而產(chǎn)生的互調(diào)失真(IMOD)降至最低﹝2﹞,。 

例如，表6為測(cè)試電纜調(diào)制解調(diào)器10位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADCs)或者陸地的解調(diào)器內(nèi)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADCs)的互調(diào)失真(IMOD)的標(biāo)準(zhǔn)方法。在濾波器測(cè)試中的挑戰(zhàn)在于它同時(shí)有模擬的輸出與輸入端,，所以測(cè)試時(shí)需要輸入干凈的信號(hào)源及分析輸出的數(shù)字器；最節(jié)省測(cè)試成本的策略就是同時(shí)去測(cè)倍頻頻帶的正確狀態(tài)及停止的頻帶。這個(gè)方法已沿用了好幾年﹝3﹞，但是困難點(diǎn)是在于如何依需要讓各種頻率有著一樣的振幅,；如果這個(gè)問(wèn)題無(wú)法解決，便無(wú)法得知頻率振幅的改變是否為測(cè)試系統(tǒng)或待測(cè)組件的濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)所造成,。如表7所示為用一任意波形產(chǎn)生器,，量測(cè)表5所示的低通與帶通濾波器所得到正確的頻率間距的頻譜，以數(shù)字方式測(cè)試的部分如表8所示,。這些測(cè)試須考慮到數(shù)字的效能及功能，需要的功能像是在測(cè)系統(tǒng)單芯片就要考慮掃描向量?jī)?nèi)存的深度及嵌入式內(nèi)存中算法圖案產(chǎn)生器(APG)所需的內(nèi)存大小,。對(duì)效能來(lái)說(shuō),，高速接口的性能試驗(yàn)就是確保待測(cè)組件(DUT)的效能符合它本身所有的接口,。時(shí)序及眼圖測(cè)試則需要更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臅r(shí)序規(guī)格，更低的信號(hào)抖動(dòng)及低的噪聲環(huán)境,，眼圖就是確保輸出的信號(hào)是否符合規(guī)格,，其眼形越開(kāi)表示振幅的時(shí)序、信號(hào)抖動(dòng)及噪音偏低而較佳,。 

以DVD R/W為例 

DVD R/W為另一個(gè)典型整合多項(xiàng)測(cè)試的系統(tǒng)單芯片,，信號(hào)來(lái)自DVD磁盤(pán)接口至模擬前端。信號(hào)在被ADC數(shù)字化之前就放大且除去失真部分,，此外追蹤DVD讀通道是否在正確軌道的中心,、伺服塊控制DVD播放機(jī)電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)功能、激光控制區(qū)塊控制激光脈波寬度和強(qiáng)度,、控制邏輯處理數(shù)字化影像和聲音的數(shù)據(jù),，然后把信號(hào)轉(zhuǎn)化成可被看見(jiàn)并且聽(tīng)到的模擬信號(hào)；還有一個(gè)主要連接DVD播放機(jī)的接口及數(shù)字化串接端口接口把數(shù)據(jù)送到其它裝置,，不同的方塊圖所含的測(cè)試項(xiàng)目如表10所示,。在混頻信號(hào)測(cè)試挑戰(zhàn)之一，就是把變換器的分辨率從4位提升到24位,。24位的分辨率對(duì)音頻而言,，意謂著需面對(duì)如何處理噪聲及如何讓取樣器的效能優(yōu)于組件規(guī)格。 

為了調(diào)查是否是低噪聲的環(huán)境,，表11為一個(gè)編碼歸零的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器做SNR,、THD量測(cè),。表9中伺服放大器是典型的I/Q，因?yàn)樗胁煌妮斎攵?，測(cè)試系統(tǒng)同時(shí)需要產(chǎn)生兩個(gè)有相同振幅但相位差90度的正弦波形至輸入端,，組件會(huì)因這測(cè)試項(xiàng)而有相位及振幅差，此時(shí)光學(xué)雷射控制有高頻寬及很窄的時(shí)間特性做調(diào)整,。 

一個(gè)典型雷射脈波(約17nsec且小于5nsec的上升及下降時(shí)間)﹝4﹞為了對(duì)波形取樣,，取樣器的頻寬就得大于或等于2GHZ。像這需求在數(shù)字方面跟電纜調(diào)制解調(diào)器/數(shù)字機(jī)上盒(cable modem/STB)有很大的相似處,，包含了掃描向量?jī)?nèi)存的深度,、測(cè)試控制邏輯所需高數(shù)量的測(cè)試針、嵌入式內(nèi)存中算法圖案產(chǎn)生器(APG),、高速數(shù)字的能力(275Mbps)及在眼圖測(cè)試中有穩(wěn)定的效能,，如低時(shí)間顫動(dòng)及噪聲。 

測(cè)試成本的其它影響 

有許多降低測(cè)試成本的策略都是在于用各種方法來(lái)降低測(cè)試時(shí)間,，而所謂測(cè)試時(shí)間實(shí)際上是定義為對(duì)組件做環(huán)境設(shè)定及所有量測(cè),，目標(biāo)就在于把這降至最低。為了達(dá)到這目標(biāo),，測(cè)試系統(tǒng)必須利用各式各樣的方法,，例如在測(cè)試當(dāng)中轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)的能力。而就文中討論的例子,，測(cè)試時(shí)間會(huì)包含數(shù)字的向量圖案執(zhí)行時(shí)間(向量×?xí)r期的數(shù)量)組成,、模擬信號(hào)取樣時(shí)間及DC量測(cè)，前提是假設(shè)數(shù)字的圖案是符合組件的設(shè)定,。如表12所示,，multi-site和concurrent test此兩種方法有類(lèi)似的觀念，但有不同的應(yīng)用,。 

Multi-site即是在載板上放置多個(gè)待測(cè)組件同時(shí)平行測(cè)試,，執(zhí)行這測(cè)試主要會(huì)有測(cè)試系統(tǒng)本身資源的限制，像DC,、模擬的輸入量測(cè)及數(shù)字的量測(cè)針,。如果沒(méi)有足夠的量測(cè)針資源來(lái)執(zhí)行組件測(cè)試，測(cè)試效率則會(huì)降低,，因此測(cè)試系統(tǒng)設(shè)備商也致力增加數(shù)字的量測(cè)針數(shù)量來(lái)因應(yīng)挑戰(zhàn),。 

在SoC測(cè)試領(lǐng)域最新的趨勢(shì)就是增加模擬資源的數(shù)量及功能，在一張卡中就整合了模擬的輸入/輸出的多功能及核心的資源,，而使得以平行測(cè)試達(dá)到較經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)更為可行,，另外的主要限制則在于像組件電路板與最終測(cè)試操作機(jī)(handler)之間信號(hào)干擾的問(wèn)題，目前消費(fèi)性電子組件產(chǎn)線(xiàn)常見(jiàn)的是平行測(cè)試4個(gè)組件(Quad-site)，在平行測(cè)試(concurrent test)中跟平行測(cè)試概念類(lèi)似,，但它是用于組件本身,。 

如果表1、表9的方框圖內(nèi)部至輸出端相同性質(zhì)的區(qū)塊(IP),，或者可能獨(dú)立運(yùn)作的區(qū)塊,，這些都可能被同時(shí)測(cè)試。通常IC不會(huì)針對(duì)獨(dú)立輸出端設(shè)計(jì),，因此才會(huì)有一個(gè)為可測(cè)試而設(shè)計(jì)(DFT)觀念的策略的運(yùn)用,。這些方法的限制在于DC、模擬的輸入量測(cè)及數(shù)字的系統(tǒng)資源效益,，IC輸入,、出端的效益及潛在的效能問(wèn)題，像啟動(dòng)多端測(cè)試電流的變動(dòng)及信號(hào)彼此干擾,。 

DFT的主要目標(biāo)就是如何以獨(dú)特的設(shè)計(jì)把標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)整合在一起，測(cè)試的主要目標(biāo)如表13,，就是把測(cè)試程序的相同IP區(qū)塊和IP函式庫(kù)結(jié)合以快速的產(chǎn)生測(cè)試程序,。而這些被提出的標(biāo)準(zhǔn)的定義則是獨(dú)立核心包覆的可測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)IP區(qū)塊﹝5〕，其它被提出的標(biāo)準(zhǔn)定義是重新使用測(cè)試圖案,，然后架構(gòu)成可直接插入IP核心﹝6〕,，這些新標(biāo)準(zhǔn)會(huì)迫使平行測(cè)試(Concurrent Test)成為在測(cè)試領(lǐng)域新的重要的一環(huán)，優(yōu)點(diǎn)是能透過(guò)硅晶及測(cè)試發(fā)展更快速地切入市場(chǎng),。 

IP區(qū)塊/多組件平行測(cè)試 

有效降低成本 

現(xiàn)今許多系統(tǒng)單芯片,，包括STB/CM以及DVD R/W，已經(jīng)結(jié)合許多科技,，那就是數(shù)字,、內(nèi)存、混頻信號(hào)及射頻,。測(cè)試系統(tǒng)的架構(gòu)已經(jīng)不只是滿(mǎn)足功能及效能上的挑戰(zhàn),，也達(dá)成降低測(cè)試成本的目標(biāo)，進(jìn)而符合在廣大消費(fèi)者市場(chǎng)中的經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在許多測(cè)試的瓶頸已經(jīng)都有解決的辦法,，但這些辦法都需要更多及效能更高的資源才能滿(mǎn)足這些測(cè)試的挑戰(zhàn)。 

能夠支持輸入,、出多種不同波形以及低噪聲的環(huán)境是任何測(cè)試系統(tǒng)所面臨的兩個(gè)主要挑戰(zhàn),，因?yàn)檫@會(huì)影響到DAC及ADC的信號(hào)噪聲比、總諧波失真的量測(cè)以及濾波器在模擬所需高分辨率及頻寬的轉(zhuǎn)移特性,，同時(shí)在數(shù)字測(cè)試高速的接口標(biāo)準(zhǔn)及嵌入式內(nèi)存的功能及效能所需的也是需要考慮的,。在消費(fèi)者市場(chǎng)中除了考慮到技術(shù)瓶頸外，測(cè)試成本重要性所影響的也慢慢被考慮到，如針對(duì)修正測(cè)試方法去降低測(cè)試時(shí)間,，用多種頻率去達(dá)到混頻信號(hào)失真量測(cè),，其它像IP區(qū)塊平行測(cè)試及多組件平行測(cè)試也能達(dá)到最大經(jīng)濟(jì)效益。在這些例子當(dāng)中,，對(duì)測(cè)試平臺(tái)主要的挑戰(zhàn)是在于如何將這些應(yīng)用簡(jiǎn)單的撰寫(xiě)到測(cè)試程序中,；不過(guò)降低測(cè)試成本最有用的方法還是IP區(qū)塊平行測(cè)試及多組件平行測(cè)試，而相對(duì)所需的資源來(lái)達(dá)到最大的效率亦不容忽視,。