摘  要： 為解決射頻芯片設(shè)計企業(yè)對射頻芯片自能測試的要求，在比較分析了國內(nèi)外射頻自動測試方案和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提出了基于LabVIEW的GUI風(fēng)格軟件平臺，通過GPIB總線接口與測試儀器進(jìn)行通信、控制和數(shù)據(jù)采集的射頻芯片自動測試方案。以上位機(jī)軟件為核心，通過虛擬儀器技術(shù)控制各測試儀器進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，完成芯片的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集和報表分析等工作，本套系統(tǒng)完全實現(xiàn)了射頻芯片測試的自動化，節(jié)省了大量的測試時間。
關(guān)鍵詞： 射頻系統(tǒng)；LabVIEW；自動化

    當(dāng)今半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展迅猛，相互的競爭異常激烈。在這樣的環(huán)境下，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量則成為各家芯片設(shè)計公司比拼的重點。當(dāng)前越來越復(fù)雜的系統(tǒng)要求對每個器件的把握度更高，換而言之就是更多更詳細(xì)的測試項，更寬更廣的測試覆蓋面。
    為了滿足行業(yè)對測試越來越苛刻的要求，自動測試系統(tǒng)則成為非常急迫的需求。常規(guī)的自動測試設(shè)備價值幾十萬美金，帶有射頻測試能力的機(jī)臺則是更加昂貴，中小型的設(shè)計公司顯然無法負(fù)擔(dān)如此昂貴的設(shè)備。利用實驗室已有的設(shè)備完成自動測試功能，則成為解決問題最好的方式。
1 硬件設(shè)計
    實驗室常用的射頻測試儀器有頻譜分析儀[1]、信號源[2]、網(wǎng)絡(luò)分析儀[3]幾種。下面對這幾種射頻測試設(shè)備進(jìn)行簡單的介紹。頻譜分析儀是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，用于信號失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真度等信號參數(shù)的測量，是一種多用途的電子測量儀器。信號發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號的儀器。射頻信號源輸出頻率較高，體積較大，輸出最高功率一般在15 dBm以下，用來向被測器件提供激勵。網(wǎng)絡(luò)分析儀可直接測量有源或無源、可逆或不可逆的雙口和單口網(wǎng)絡(luò)的復(fù)數(shù)散射參數(shù)，并以掃頻方式給出各散射參數(shù)的幅度、相位頻率特性。目前大多數(shù)芯片需要通過SPI、I2C等串行協(xié)議對其內(nèi)部寄存器進(jìn)行配置，為此特別設(shè)計了一個轉(zhuǎn)接電路用來將LPT的幾根信號線引出，用以模擬SPI、I2C等信號。
    如圖1所示，裝有自動測試系統(tǒng)的計算機(jī)通過GPIB總線與測試設(shè)備相連，每臺連接在GPIB總線上的設(shè)備都需要有確定的GPIB地址(此地址可以進(jìn)入儀器中設(shè)置)，以方便計算機(jī)分別進(jìn)行控制。

2 軟件設(shè)計
2.1 開發(fā)環(huán)境
    為加快自動測試程序的開發(fā)時間，選用NI公司的LabVIEW進(jìn)行開發(fā)[4]。LabVIEW使用直觀的圖形化編程語言編寫程序，可縮短測試開發(fā)時間，在LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境中，無需編寫文本代碼，可以使用拖放圖形化圖標(biāo)開發(fā)測試軟件。直觀的流程圖表示以易于開發(fā)、維護(hù)和理解的形式現(xiàn)實代碼。LabVIEW使用免費的儀器驅(qū)動程序快速為任何儀器實現(xiàn)自動化，儀器驅(qū)動程序網(wǎng)絡(luò)(IDNet)社區(qū)包含適用于幾乎任何儀器的數(shù)千個免費LabVIEW儀器驅(qū)動程序。
2.2 軟件架構(gòu)
    自動測試程序采用狀態(tài)機(jī)架構(gòu)完成。狀態(tài)機(jī)架構(gòu)為LabVIEW中使用最頻繁的程序架構(gòu)之一；一般R&D給出的Test Flow本身就是一種狀態(tài)機(jī)。測試狀態(tài)機(jī)中包含各測試項目，按照Test Flow給出的要求進(jìn)行狀態(tài)跳轉(zhuǎn)。本測試系統(tǒng)整體測試架構(gòu)如圖2所示。

2.3 功能模塊介紹
    衡量一款射頻芯片的性能，一般要從如下指標(biāo)著手：Gain、P1dB、IP3、Noise Figure，變頻芯片還要考量Phase Noise。利用LabVIEW開發(fā)的最大優(yōu)勢就是不需要編寫底層的驅(qū)動程序，在下載儀器對應(yīng)的驅(qū)動程序后，只需要直接調(diào)用成熟的VI來控制儀器做出相應(yīng)動作，即可完成單項測試。圖3所示為P1dB自動測試程序使用PID自動逼近算法，自動調(diào)整輸入功率使輸出功率逼近非飽和時增益減一，此算法自動根據(jù)當(dāng)前測試結(jié)果調(diào)整下次輸入功率數(shù)值以達(dá)到無人干預(yù)情況下完成預(yù)期增益輸出，大大節(jié)省了測試時間。
2.4 測試界面及測試結(jié)果
    圖4所示即為軟件的測試解密以及一批次芯片測試的數(shù)據(jù)。測試設(shè)備為安捷倫信號源E4438C及頻譜儀E4440A，測試項目包括增益、1 dB壓縮點、IM3、噪聲系數(shù)、相位噪聲等。點擊“開始”后，系統(tǒng)會自動對芯片進(jìn)行配置并控制測試設(shè)備進(jìn)行測試，實時顯示測試結(jié)果，芯片有失效項目時系統(tǒng)會自動提示，芯片通過測試會通知操作員更換DUT。測試結(jié)束后可點擊“導(dǎo)出”將測試頁面中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入至Excel表格中便于分析統(tǒng)計。

    自動測試系統(tǒng)是指能對DUT自動進(jìn)行測量、故障診斷、數(shù)據(jù)處理、存儲、傳輸，并以適當(dāng)方式顯示或輸出測試結(jié)果的系統(tǒng)。它把計算機(jī)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、信息技術(shù)和數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)結(jié)合在一起，形成了功能強(qiáng)大的測試平臺，為現(xiàn)代復(fù)雜電子設(shè)備的測試和維修提供了強(qiáng)有力的工具。
參考文獻(xiàn)
[1] Agilent Technologies.User′s and programmer′s reference volume 1 core spectrum analyzer functions[S].2010.
[2] Agilent Technologies.Agilent E8257D/67D and E8663D PSG signal generators add option UNY(Enhanced Ultra-Low  Phase Noise)[S].2012.
[3] Agilent Technologies.Agilent network analyzer selection  guide[S].2011.
[4] 谷卓，李書芳，曹坷.HF頻段RFID射頻自動測試系統(tǒng)設(shè)計[J].電子測量技術(shù)，2009，32(10)：1-4.