数模转换器的自动测试方法研究

发布时间：2020-09-02 17:13

　　数模转换器是将离散量化的数字量转换为连续的模拟信号的器件,是连接模拟信号和数字信号的纽带和桥梁。随着电子技术的飞速发展,数模转换器也在向着高速高精度方向不断发展,伴随这一发展趋势的是对其测试方法和测试手段的要求越来越高。影响其测试精度与准确性的因素也越来越多,诸如电源驱动、系统时钟、可靠接地、测试系统等因素,均会导致测试性能参数的严重降低,从而使测试也变得更加困难。因此,探索高精度数模转换器测试技术具有十分重要的意义。本文首先分析了数模转换器的基本理论,对数模转换器的工作原理、性能指标和测试原理进行了介绍和总结,并在此基础上对某12位电压输出数模转换芯片的逻辑结构及电特性指标进行深入的研究。本文提出了数模转换器电路的自动化测试方法,实现了芯片在晶圆阶段熔丝修调和成测阶段参数的自动化测试。本文主要研究了以下内容:首先,本文设计了芯片晶圆阶段的熔丝修调PCB电路板和制定了熔丝修调方案。熔丝修调PCB电路板设计,考虑了如何确保其电源完整性设计、如何设计PCB层叠和去耦电容。熔丝修调方案设计是采用J750集成电路测试系统的MSO模块以及随机携带的VBT脚本语言实现的。熔丝修调实现过程包括三个步骤。(1)MSO模块采集电路转换点对应的输出电压值。(2)余下的步骤本文使用VBT脚本语言编写程序,并且通过J750集成电路测试系统来实现对应操作。根据输出电压值,我们可以计算出修调码确定熔丝烧写位置。(3)待完成全部熔丝烧写工作后,对该芯片的微分非线性指标进行测试,判断是否满足设计需求。其次,在成测阶段,依据芯片电参数指标的设计需求,本文通过在J750集成电路测试系统上编程,开发了成测阶段的测试程序。对静态参数等参数进行全温区测试,并与修调前的静态参数测量结果进行比对,检验熔丝修调算法的可行性和可靠性。测试结果表明:该12位电压输出数模转换器芯片在晶圆阶段修调前各输出端的微分非线性误差为2~3LSB,熔丝修调后的微分非线性误差可以降低到0.2~0.85LSB,积分非线性误差在修调前为2~3LSB,熔丝修调后的积分非线性误差为0.5~2LSB,完全满足电路设计的指标要求。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN792
【部分图文】：

原理图,电流型,转换器,原理图

权电流型数模转换器通常包含恒流源、模拟电子开关和求和运算放大器三个部分。S0-Sn-1是模拟电子开关，从权电流型数模转换器原理图可知，当 Si=0 时，开关 Si接地；当输入数字量的某一位数码值为 1 时，对应的开关 Si就会连接到运算放大器的反相端，这时相应的权电流将流入求和电路，通过以上分析我们可以得到等式：1 2 1 02 1101 1 1 1( )2 2 2 2122O Z f f n nn nnif iniU i R R d d d dR d (2-16)由于权电流型 D/A 转换器速度不受放大器带宽和 RC 延迟的限制，各支路上的权电流不受开关导通电阻的影响，因此该数模转换器可达到很高的速度和转换精度。由于这种类型数模转换器所有的电流都直接流向输出端，因此能量的使用效率是很高的，而且实现起来也十分容易，但是该类型转换器也有一些缺点，如对器件不匹配性的敏感程度比较差。

示意图,满刻度,误差,示意图

测试原理图如图 2.6 所示。首先按照器件的使用环境说明模转换器电路接入测试系统中，然后对待测器件施加规定时，在数字输入端施加全“0”码，此时测得模拟输出端点电压值记为 VOI，由公式 2-18 计算实际测得的电压值 V DAC 的失调误差。O O OIE V V误差（Gain Error）表征实际输出范围和理想输出范围之间的偏差。增益误差的关系。在图 2.8 中，DAC 的满刻度误差是当数字输入量电压值与理想的输出电压值的差值。在实际测试过程中，差，这个误差通常使用增益误差来表示。所谓增益误差就与零点误差的差值。

电路图,电阻网络,电路图

本课题所选用的器件在晶圆阶段其主要参数指标如零点误差、增益误差、微分非线性等参数不能满足设计指标要求。为达到器件的设计指标的要求，本芯片所采用的方法是在晶圆测试阶段，使用熔丝修调的方法对电阻网络的阻值进行修正，以达到器件的设计指标要求。其具体的参数指标如表 3-5 所示。表 3. 5 器件的主要设计指标参数名称符号最小值最大值单位零点误差 OE -2 2 LSB增益误差 GE -2 2 LSB微分非线性 DNL -1 1 LSB积分非线性 INL -2 2 LSB正电源电流 IDD - 15 mA负电源电流 ISS -12 - mA

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