CC BY
1302
Автоматизированная система параметрического контроля АЦП-ЦАП на базе NI PXI
Вольфганг Корен,
компания Аustriamicrosystems
Манфред Пауритч,
Университет Прикладных Наук
Параметрический контроль АЦП-ЦАП
Компания Austriamicrosystems - один из лидеров в разработке и производстве быстродействующих аналоговых интегральных схем общего и специального назначения. Продукция компании отличается низкой потребляемой мощностью и высокой точностью. Помимо интегральных схем компания является поставщиком широкой линейки аналоговых полупроводниковых компонентов, предназначенных для применения в телекоммуникационной, промышленной, медицинской и автомобильной электронике. Перед запуском всей продукции компании Austriamicrosystems в массовое производство она должна пройти параметрический контроль в заданном температурном диапазоне с минимальным количеством опытных образцов.
Для решения этой задачи компанией Austriamicrosystems в сотрудничестве с Университетом Прикладных Наук, Австрия была разработана полностью автоматизированная система измерений на базе NI PXI, с помощью которой инженеры компании Austriamicrosystems проводят параметрический контроль микросхем АЦП-ЦАП.
Параметрический контроль проходят 10- и 12-разрядные преобразователи с низкой потребляемой мощностью и частотой оцифровки/ обновления до 400 кГц. Тестируемые преобразователи содержат до восьми несимметричных и дифференциальных каналов. Обмен данными между микросхемой и микроконтроллером осуществляется через последовательный или параллельный интерфейс.
Параметрический контроль микросхем АЦП-ЦАП включает в себя программу измерений, состоящий из девяти подпрограмм. Помимо основных характеристик, инженеры тестируют параметры, которые дополнительно идентифицируют показатели качества и содержат важную информацию для будущих разработок. Автоматизированная система параметрического контроля обеспечивает регистрацию следующих характеристик:
1) Динамические параметры:
• отношение сигнал/шум и искажения (SINAD);
• отношение сигнал/шум (SNR);
• общие гармонические искажения (THD);
• эффективное число разрядов (ENOB);
• пиковое значение негармонических искажений (PHSN).
2) Статистические параметры:
• INL —Интегральная нелинейность;
• DNL—Дифференциальная нелинейность.
3) Погрешность смещения и усиления.
4) Интермодуляционные параметры (отстройка, усиления):
• IMD — Интермодуляционные искажения;
• ISO — Уровень межканальной развязки;
• Интермодуляционные искажения второго и третьего порядка.
5) Напряжения входных и выходных каналов в состояниях логического нуля и единицы.
6) Основные параметры АЦП-ЦАП (ширина, напряжение запрещенной энергетической зоны, опорный ток, опорное напряжение).
7) Параметры энергопотребления (потребляемый ток, опорное напряжение).
8) Синхронизация.
9) Входные сопротивление и емкость.
С помощью разработанной автоматизированной системы инженеры компании Аustriami-crosystems проводят испытания большого числа микросхем преобразователей и получают информативные статистические отчеты для расчетов производственных допусков на измеряемые параметры.
Измерительное оборудование в составе системы
Благодаря высокой измерительной точности, а также возможностям синхронного сбора и генерации сигналов, для проведения параметрического контроля была выбрана модульная платформа PXI компании National Instruments. Полностью автоматизированная система измерений построена на базе шасси NI PXI с установленными генератором произвольных сигналов NI PXI-5422, генератором/анализатором цифровых сигналов NI PXI-6552, измерите-
ллл/
AS1524
дБ austriamicrosystei
Рйс. 1. Передача сигналов в АЦП-ЦАП
[В вх. линий:
8 несимметричных/
4 дифференциальных
2 бита адресации по шине 12С
Шина 12 С
100 кГц - Стандартный
400 кГц - Средний
3.4 МГц • Высокоскоростной
Опорное напряжение:
Внутреннее
или Внешнее 2.5 В
Низкое потребление: От 390 мкА до 765 мкА
Рйс. 2. Схема преобразователя
лем/источником NI PXI-4130, программируемым источником питания NI PXI-4110 и модулем сбора данных NI PXI-6259.
16-разрядный генератор произвольных сигналов NI PXI-5422 с частотой дискретизации 200 МГц формирует аналоговые сигналы и подает их на вход АЦП-ЦАП для регистрации таких параметров, какIN^ DNL, SNR и др. Возможности синхронизации модулей NI PXI позволяют инженерам использовать модуль NI PXI-5422 в автоматизированной системе тестирования в качестве генератора многоканальных когерентных сигналов.
Генератор/анализатор цифровых сигналов NI PXI-6552 с частотой 100 МГц, включающий 20 каналов цифрового ввода/вывода с программируемыми уровнями напряжения (VOH, VOL, VIH и VIL), обеспечивает прием выходных сигналов с АЦП и синхронизацию с генератором произвольных сигналов для формирования аналоговых и цифровых сигналов.
Для проведения параметрических измерений, требующих разрешение по току до 1 нА, используются программируемый источник питания NI PXI-4110 и измеритель/источник NI PXI-4130. С помощью программируемого источника питания NI PXI-4110 инженеры запи-тывают АЦП-ЦАП и регистрируют ток в цепи питания. Наличие в автоматизированной системе измерителя/источника NI PXI-4130 позво-
ляет регистрировать логические уровни входных цифровых линий, а также симулировать цифровую шину с открытым или закрытым коллектором, на которую нагружен тестируемый АЦП.
Использование в автоматизированной системе модуля высокоскоростного сбора данных N1 РХ1-6259 с возможностями высокоскоростного аналогового/цифрового ввода/вывода позволяет получать текущую информацию о работе системы параметрического контроля, а также переключать режимы тестирования АЦП-ЦАП.
Дополнительно для проведения контроля температурных параметров АЦП-ЦАП в заданном температурном диапазоне в автоматизированную систему включены программируемый источник питания, три мультиметра, осциллограф с полосой пропускания 100 МГц, осциллограф с полосой пропускания 400 МГц и внешний генератор произвольных сигналов.
Под задачи автоматизированного тестирования преобразователей сотрудниками Университета Прикладных Наук была разработана специализированный адаптер, представленный на рис. 3, в котором коммутация аналоговых сигналов с генератора N1 РХ1-6552 на соответствующие входы АЦП осуществляется при помощи быстродействующего реле. Сигналы с выхода АЦП поступают на логический анализатор. Для тестирования цифровых линий управления АЦП используется модуль высокоскоростного сбора данных N1 РХ1-6259, а для синхронизации генератора произвольных сигналов и высокоскоростных устройств — технология тактирования N1 Т-С1оск, которая позволяет ускорить и оптимизировать измерительные циклы системы.
Программное обеспечение системы
Приложение для данной системы параметрического контроля АЦП-ЦАП написано в среде графической разработки NI LabVIEW. Управление системы осуществляется через программу LabVIEW, содержащую несколько подпрограмм, разделенных по различным режимам измерений, включая ввод/вывод, обработку и анализ цифровых/аналоговых сигналов. Благодаря разделению задач на подпрограммы, созданные с использованием типовых шаблонов LabVIEW, инженеры компании Austriami-crosystems добились высокой гибкости при тестировании разрабатываемых устройств, а также широких возможностей для повторного использования кода.
После обработки данных в LabVIEW, они проходят постобработку в программном обеспечении NI DIAdem, результатом которой является автоматическая генерация отчетов испытаний.
Данная автоматизированная система на базе модульной платформы NI PXI наглядно демонстрирует важность правильного выбора контрольно-измерительной платформы для улучшения качества тестирования АЦП-ЦАП. Используемые встраиваемые системы NI PXI обеспечивают широкие возможности тактовой синхронизации, а также согласованного сбора и генерации сигналов для проведения параметрического контроля.
Автоматизированная система на базе платформы NI PXI стала стандартом внутри компании Austriamicrosystems для тестирования выпускаемых АЦП-ЦАП. Также использование платформы NI PXI совместно с программными средствами NI, обеспечило широкие возможности для повторного использования кода, что позволило компании Аш^microsystems сэкономить время для создания сценариев тестирования и сократить время выхода новых АЦП-ЦАП.
Рис. 3. Плата для тестирования АЦП AS1526
