集成電路生產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隊試圖研究一種新的方法來對射頻濾波器進行特征描述。團隊的策略是開發一個標準的測試程序，它可同時用于特征描述和生產過 程。此外，該程序還可進行一些簡單的修改，以適應各種不同規格的集成電路要求。這個新的標準程序被放置在一個測試代碼庫中，使基本的測試IP能得到反復利 用。

團隊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備。如果要使用多頻聲，各個頻率分 量必須根據頻率總數進行劃分，以此保證整體的峰值系數低于最大輸入功率。如果不這么做，單個頻率之間會相互影響引起互調失真，干擾頻率掃描的結果。

如何構建一個線性調頻器

在 一個線性調頻中，信號的瞬時頻率呈線性增加趨勢，并且沒有跳頻(如圖1所示)。但考慮到任意波形發生器(AWG)中有限的內存大小，測試工程師必須構建一 個離散形的線性調頻器。線性調頻的公式如下：f(t)=f(0)+kt。其中，f(0)代表起始頻率(時間t=0)，k代表頻率增加率或調頻轉換速率。

當線性調頻的掃描過程完成并且獲得掃描結果后，該新方法還要求對集成電路設計者想要進行特征描述的濾波器進行關鍵參數的提取：提取幅值響應，即濾波器的3dB點、10dB點以及濾波器的帶寬。有時，也需要提取其它一些參數，如相位響應和群延遲。

為了在數字信號處理器中構建線性調頻信號，我們必須了解以下這些參數：

●測量帶通濾波器的轉角頻率時應該達到怎樣的精確度？

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

●濾波器的轉角頻率和帶寬是多少？

隨 著最新測試碼開發工具中syntax的出現，在數字信號處理器中構建線性調頻波形圖變得非常簡單。通常情況下，syntax提供一個選項，它可根據樣本 數、采樣頻率、數組大小、相位延遲以及Sinx/x修正，使用內置函數構建一個正弦波形。通過將該測試碼放入一個回路，并線性地增加bin數，將會產生一 組呈線性增加趨勢的音頻波形。只要根據采樣原理確保該過程的連貫性，那么這些波形就會拼接在一起，并形成一個離散的線性調頻信號。

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

一旦逆向快速傅里葉變換完成，每個時域的數據必須相互拼接，以此產生一個數組。該數組的尺寸大小相當于樣品數乘以音頻數。在這里，我們必須注意確保數組小于任意波形發生器的內存。

奧地利微電子公司為晶圓代工客戶開發的線性調頻測試中，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 的測量精度需在5kHz之內。在這樣的情況下，我們構建了一個線性調頻器，它包含100個頻率分辨率為1kHz的離散頻率。線性調頻信號初始頻率為 1kHz，終止頻率為100kHz(如圖2)。

通 過分析頻率范圍內的信號特征，我們可以知道頻率響應是否符合預期的1kHz~100kHz的平坦的頻譜特征，因為在這個掃描過程中，信號幅度保持不變。通 過對線性調頻信號進行快速傅里葉變換，我們可以看到以下的頻率響應(如圖3):一個平坦的頻率響應可以提供一個新的頻率范圍，它能使相對測量值(如3dB 值)變得更為準確。