本發(fā)明涉及集成電路測(cè)試，尤其涉及一種基于ate的高速轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘同步方法及測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、高速模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱(chēng)高速轉(zhuǎn)換器)的性能一般受供電電源、參考電壓和時(shí)鐘源等外部電路的影響，其中時(shí)鐘源的影響最大，根據(jù)下面公式可知，時(shí)鐘抖動(dòng)的大小會(huì)直接決定著高速轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度。
2、
3、上式中，snr為信噪比，f為模擬信號(hào)頻率，tj為時(shí)鐘抖動(dòng)。
4、另外，高速轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)口往往都會(huì)輸出讀/寫(xiě)時(shí)鐘，該時(shí)鐘與采樣時(shí)鐘一般有確定的相位關(guān)系，需要保證數(shù)據(jù)時(shí)鐘和采樣時(shí)鐘的同步，才能保證采集/輸入數(shù)據(jù)的有效性。
5、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ate)通過(guò)幾十年的發(fā)展，功能已經(jīng)非常全面，其測(cè)試高度集成化、開(kāi)發(fā)程序化、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，在集成電路的量產(chǎn)測(cè)試中有著最優(yōu)的開(kāi)發(fā)效率和測(cè)試效率，所以高速轉(zhuǎn)換器芯片在量測(cè)時(shí)仍主要依托于ate設(shè)備，但目前市面上幾乎所有ate設(shè)備都無(wú)法提供飛秒級(jí)的高性能時(shí)鐘，對(duì)高速轉(zhuǎn)換器的測(cè)試比較捉襟見(jiàn)肘。
6、無(wú)論是ate自帶的數(shù)字源或模擬源性能都無(wú)法滿(mǎn)足高速轉(zhuǎn)換器對(duì)時(shí)鐘的測(cè)試需求，以目前最高端的ate，如泰瑞達(dá)的ultra?flex和愛(ài)德萬(wàn)的93k，最高能輸出800mhz的時(shí)鐘信號(hào)，并且時(shí)鐘信號(hào)抖動(dòng)基本都在皮秒級(jí)，而一款14位250msps的adc(如ads4449)對(duì)時(shí)鐘抖動(dòng)的需求都達(dá)到≤190fs，對(duì)于上ghz的高速轉(zhuǎn)換器而言，對(duì)時(shí)鐘抖動(dòng)的需求將達(dá)到幾十fs級(jí)，常規(guī)的ate無(wú)法滿(mǎn)足測(cè)試需求。目前愛(ài)德萬(wàn)雖有推出高性能的時(shí)鐘板卡，但其信號(hào)頻段范圍非常窄(10khz～200mhz)，并且也無(wú)法達(dá)到fs級(jí)的性能，無(wú)法適用于目前ghz級(jí)的高速轉(zhuǎn)換器測(cè)試需求。
7、由于機(jī)臺(tái)時(shí)鐘源無(wú)法滿(mǎn)足高速轉(zhuǎn)換器的測(cè)試需求，所以只能采用外部?jī)x器儀表提供時(shí)鐘，但這樣就無(wú)法保證數(shù)據(jù)時(shí)鐘和采樣時(shí)鐘的同步，從而導(dǎo)致讀寫(xiě)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。
8、例如，一款12位6gsps的adc，采樣時(shí)鐘即為6ghz，采用進(jìn)口ate美國(guó)泰瑞達(dá)ultraflex進(jìn)行測(cè)試時(shí)，ate最大僅能提供800mhz的時(shí)鐘，并且抖動(dòng)性能典型值5ps，按照公式1可以得出snr僅為24db，無(wú)法滿(mǎn)足測(cè)試需求。
9、圖1示出現(xiàn)有的在ate外部增加一臺(tái)高性能的射頻信號(hào)源提供時(shí)鐘進(jìn)行測(cè)試的系統(tǒng)架構(gòu)示例，ate送出100mhz的時(shí)鐘將信號(hào)源同步，再由上位機(jī)通過(guò)通訊接口(usb、網(wǎng)口、gpib等)對(duì)信號(hào)源的輸出頻率和輸出幅度進(jìn)行設(shè)置，并對(duì)輸出進(jìn)行控制。射頻信號(hào)源均為單端輸出，還需要在測(cè)試板上設(shè)計(jì)阻抗與adc匹配的單端轉(zhuǎn)差分的電路。
10、采用ate外掛高性能信號(hào)源的方法，需要設(shè)計(jì)合適的單端轉(zhuǎn)差分的時(shí)鐘匹配電路，外部線纜連接也更復(fù)雜，既要連ate的同步時(shí)鐘，信號(hào)源的輸出還需要接入ate測(cè)試平臺(tái)，對(duì)測(cè)試調(diào)試也是一個(gè)挑戰(zhàn)。同時(shí)，每次測(cè)試都需要ate與信號(hào)源進(jìn)行交互(設(shè)置輸出頻率、功率等)，而ate本身是一個(gè)高度集成化的系統(tǒng)，需要用上位機(jī)將ate和信號(hào)源連接起來(lái)，每次測(cè)試時(shí)都是ate發(fā)起指令到上位機(jī)，上位機(jī)再按照預(yù)設(shè)的指標(biāo)對(duì)信號(hào)進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)信號(hào)源輸出后，再由上位機(jī)通知ate進(jìn)行測(cè)試，通訊過(guò)程繁瑣，效率低下。另外，高性能的射頻信號(hào)源本身就屬于精密設(shè)備，價(jià)格高昂，基本都在百萬(wàn)以上，如果測(cè)試平臺(tái)需經(jīng)常拆卸和組裝，那對(duì)射頻信號(hào)源也容易造成磨損。
11、《基于93000ate的高速高分辨率adc動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試》(微電子學(xué)期刊，2011年6月)一文中，提出了在測(cè)試板(簡(jiǎn)稱(chēng)loadboard)上添加晶振作為高速adc采樣時(shí)鐘的做法。由于ate主時(shí)鐘與晶振并不同步，為了保證在測(cè)試時(shí)間窗口內(nèi)采樣準(zhǔn)確，利用多次重復(fù)采樣來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。對(duì)于高速adc動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)試而言，采集的樣本數(shù)本就不多，一般幾千個(gè)數(shù)據(jù)就足夠進(jìn)行計(jì)算，上述方法是有效的，只是需要多采集數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行判斷。但在測(cè)試靜態(tài)參數(shù)(如dnl、inl)時(shí)，由于采集的樣本量非常大，上述方法將無(wú)法保證整個(gè)采集過(guò)程不會(huì)出錯(cuò)，因?yàn)楫吘筧te主時(shí)鐘與晶振并不同步，很難保證在數(shù)十萬(wàn)個(gè)采集數(shù)據(jù)中出現(xiàn)一些錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。
12、并且對(duì)于采樣速率達(dá)到ghz級(jí)的超高速adc而言，數(shù)據(jù)接口基本都為高速serdes接口，上述方法已無(wú)法適用于當(dāng)前速率越來(lái)越快的超高速ad/da轉(zhuǎn)換器。
13、另外，也有一些現(xiàn)有技術(shù)如專(zhuān)利cn201210359789.0“一種基于非同源時(shí)鐘的adc芯片測(cè)試及數(shù)據(jù)采集方法”，提出了對(duì)被測(cè)adc芯片的輸出數(shù)據(jù)信號(hào)采集同時(shí)對(duì)被測(cè)adc芯片采樣時(shí)鐘信號(hào)采集，將采集速度提高到采樣時(shí)鐘的n倍，根據(jù)采集的時(shí)鐘信號(hào)中0到1和1到0的變化位置確定采樣時(shí)鐘信號(hào)上升和下降沿的位置，確定每個(gè)采樣時(shí)鐘周期內(nèi)對(duì)應(yīng)的被測(cè)adc芯片測(cè)試輸出數(shù)據(jù)，能避免因采樣時(shí)鐘和adc輸出數(shù)據(jù)采集時(shí)鐘的不同源導(dǎo)致的相位偏差累積產(chǎn)生的數(shù)據(jù)采集誤差，但是該專(zhuān)利是基于非同源時(shí)鐘的測(cè)試，并非采用ate和采樣時(shí)鐘同步的方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、基于以上問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于ate的高速轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘同步方法及測(cè)試系統(tǒng)，能夠快速、高效地實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換器的采樣時(shí)鐘與ate的同步，提高測(cè)試效率和穩(wěn)定性。
2、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種基于ate的高速轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘同步方法，包括下述步驟：
3、s1、根據(jù)被測(cè)高速轉(zhuǎn)換器所需的時(shí)鐘頻率選擇合適的頻率合成器，并通過(guò)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ate的數(shù)字通道模塊配置頻率合成器的倍頻和分頻系數(shù)、輸出信號(hào)格式以及幅度；
4、s2、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ate的數(shù)字通道模塊產(chǎn)生參考時(shí)鐘信號(hào)，送給所述頻率合成器；
5、s3、頻率合成器生成高速轉(zhuǎn)換器測(cè)試所需的采樣時(shí)鐘信號(hào)送給高速轉(zhuǎn)換器，并另外生成一路輸出時(shí)鐘作為回檢信號(hào)送回給自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ate的數(shù)字通道模塊對(duì)輸出時(shí)鐘的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
6、s4、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ate的數(shù)字通道模塊判斷檢測(cè)到的回檢信號(hào)是否正常作為判斷頻率合成器正常輸出的標(biāo)準(zhǔn)，若正常，則轉(zhuǎn)向步驟s5，若不正常，則轉(zhuǎn)向步驟s1中對(duì)頻率合成器的配置；
7、s5、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ate的數(shù)字通道模塊發(fā)起同步，即將高速轉(zhuǎn)換器的sync管腳拉低；
8、s6、高速轉(zhuǎn)換器輸出特征字符；
9、s7、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ate的高速串行信號(hào)模塊采集高速轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)，然后通過(guò)時(shí)鐘掃描方式對(duì)高速轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，直到完成特征字符的匹配，記錄自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ate輸出的所述參考時(shí)鐘信號(hào)與特征字符的時(shí)間差，并將此差值計(jì)入后續(xù)的數(shù)據(jù)采集中，完成時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)同步。
10、進(jìn)一步，所述特征字符為組同步字符0xbc。
11、本發(fā)明還提供了一種基于ate的高速轉(zhuǎn)換器的測(cè)試系統(tǒng)，包括自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ate、測(cè)試板，其中：
12、所述自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ate包括，
13、數(shù)字通道模塊，用于配置頻率合成器的倍頻和分頻系數(shù)、輸出信號(hào)格式以及幅度，用于產(chǎn)生參考時(shí)鐘信號(hào)并送給所述頻率合成器，用于發(fā)起同步，將被測(cè)高速轉(zhuǎn)換器的sync管腳拉低，還用于判斷檢測(cè)到的回檢時(shí)鐘信號(hào)是否正常來(lái)判斷頻率合成器輸出時(shí)鐘的狀態(tài)；
14、高速串行信號(hào)模塊，用于采集高速轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)，通過(guò)時(shí)鐘掃描方式對(duì)高速轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，直到完成特征字符的匹配，用于記錄自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ate輸出的所述參考時(shí)鐘信號(hào)與特征字符的時(shí)間差，并將此差值計(jì)入后續(xù)的數(shù)據(jù)采集中，完成時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)；
15、所述測(cè)試板包括，
16、安裝于其上的被測(cè)高速轉(zhuǎn)換器；
17、頻率合成器，用于根據(jù)所述自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ate數(shù)字通道模塊下發(fā)的預(yù)先配置信息和參考時(shí)鐘信號(hào)，生成高速轉(zhuǎn)換器測(cè)試所需的采樣時(shí)鐘信號(hào)送給高速轉(zhuǎn)換器，并另外生成一路輸出時(shí)鐘作為回檢信號(hào)送回給自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ate的數(shù)字通道模塊，以便對(duì)頻率合成器輸出時(shí)鐘狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
18、進(jìn)一步，所述高速轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)通過(guò)高速serdes接口輸出。
19、本發(fā)明的有益效果為：
20、(一)采樣時(shí)鐘與ate的同步性能可滿(mǎn)足所有高速ad/da轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器采樣率不受ate限制，只需選擇合適的頻率合成器。
21、(二)測(cè)試平臺(tái)整體性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明僅需ate、測(cè)試板和夾具，與一般集成電路的測(cè)試一致，測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)試穩(wěn)定性更好。
22、(三)測(cè)試效率高。本發(fā)明是在測(cè)試板上加入了頻率合成器，并由ate的數(shù)字通道直接進(jìn)行配置，大大簡(jiǎn)化了操作，極大的提升了效率。
23、(四)成本低。頻率合成器價(jià)格較低，一般僅需幾十元至一百元。
24、(五)測(cè)試平臺(tái)穩(wěn)定性高。由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，除了ate外，僅有測(cè)試板，少了其它外設(shè)后整個(gè)測(cè)試平臺(tái)的控制都較為簡(jiǎn)便，保證了平臺(tái)的穩(wěn)定性。