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国际仍是模仿的(上)

许多人都说:“我们生活在一个数字化的世界”,但是你不能对美国模拟器件公司(Analog Devices Inc., 简称ADI)的工程师说这样的话。

ADI公司的工程师们对放大器、转换器和RF器材进行着严厉的测验,以使消费电子和工业产品可以正常作业。

  许多人都说:“咱们生活在一个数字化的国际”,可是你不能对美国模仿器材公司(Analog Devices Inc., 简称ADI)的工程师说这样的话。在麻萨诸塞州威尔明顿的公司厂房里,工程师们对用于移动电话、基站、音频设备、仪器及其他许多“数字”产品的模仿信号处理的试出产集成电路进行着测验。

  威尔明顿工厂包含一条出产工程规划原型和制品晶圆的完好的晶圆出产线。工程规划集成电路的拼装在威尔明顿工厂进行,或许交给第三方承包商的工厂。制品晶圆是在全球各地的其他工厂进行拼装的。   

在为出产运算放大器、数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC)、音频编码器/解码器(CODEC),或许RF集成电路作好预备之前,有必要等候产品工程师几个星期的测验时刻。这些工程师需求对列入数据资料的器材的一切标准进行测验,一起也需求进行他们以为必要的其他测验。测验成果常常成为数据资料中发布的“典型”功用特征。在完结了一次评价后,产品工程师需求编撰30至40页的测验报告。

  每个试出产集成电路都需求一块评价板,以便向工程师供给接入信号引脚和编程寄存器。这个评价板一般包含通讯端口,例如与一台个人电脑进行通讯的USB端口。产品工程师有职责开发一个评价板。在我拜访威尔明顿工厂期间,我听到了一句人们常常挂在嘴边的关于产品评价的话:“是评价板仍是被测器材引起了这个问题?”一般情况下,工程师有必要经过一个进程来确认问题终究出在哪里。

  在开始测验一个产品时,工程师需求运用人工操控的台式仪器对被测器材(DUT)进行测验。一旦他们坚信元件功用正常,他们一般会在台式仪器上运转自主测验软件进行主动测验,或许是将评价板连接到主动测验机柜上进行测验。最终,他们还要运用出产主动测验设备(ATE)对器材进行一系列温度和电源电压方面的测验。这个ATE体系是由ADI公司曾经的一个部分开发的,而该公司现在彻底致力于规划和出产集成电路

  运算放大器、分离器、滤波器包罗万象

  Francisco Santos是高速放大器组的产品开发工程规划司理,他的工程小组担任高速的低失真放大器、视频滤波器、有源RF分离器、电缆驱动器、均衡器和ADSL线路驱动器等产品的评价。

  Santos小组中的工程师对AD8099进行了评价,这是一种低噪声、低失真的高速运算放大器,具有3.8GHz增益带宽。因为ADI公司每年都要开发不计其数的放大器,工程师们为工程规划实验室开发了若干个主动测验体系。其间的一个体系是对运算放大器的一个重要标准——总谐波失真进行测验。“咱们的低失真运算放大器的失真规模可以到达测验信号基频的140dB以下”,Santos表明,“所以咱们的仪器的背景噪声就显得十分重要了。咱们不需求对来自仪器的噪声进行丈量。”

  在人工履行丈量时,谐波失真丈量或许需求花几个星期的时刻,可是现在,像Greg DiSanto这样的工程师可以运用实验室的主动测验台在几个小时内完结测验。DiSanto需求对THD与频率、振幅、电源电压和共模电压等的联系进行特征描绘。这个测验台选用了Stanford Research的信号源来发生高达200kHz的测验频率,一起也选用了Rohde Schwarz的一个高频单元。在对视频放大器进行特征描绘时,两个信号源可在设置于3dB点的可选低通滤波器上发生2个Vp-p正弦波形。来自Allen Avionics的低通滤波器——经过18GHz RF开关连接到Keithley的仪器上——在这些仪器连接到被测器材之前就消除了谐波。更多的RF开关把被测器材的输出端连接到滤波器上,该滤波器包含一台Agilent Technologies的频谱分析仪,有助于丈量由二次和三次谐波引起的失真。

  工程师们也对输入信号的直流偏压进行了调整,寻觅引起失真的限幅点。“开环增益丢失引起了失真,”Santos说,“咱们需求调整输入信号的偏压,直到咱们找到使运算放大器的输出级饱满的电压停止。”

  Santos小组中的工程师们也对有源视频分离器,如ADA4302-4 1∶4分离器进行了评价。产品工程师Frank Ciarlone的主动测验台对复合二次(CSO,composite second-order)失真、复合三次差拍(CTB,composite triple-beat)失真,以及交叉调制(XMOD,cross-modulation)失真进行了丈量。该信号发生器是由Matrix Test Equipment公司开发的,它包含可以在55.25MHz至865.25MHz频率条件下发生135个正弦波形的各种频率源。工程师运用一个75欧的负载停止了一个输出,并把其他输出连接到一个可编程带阻滤波器上。一个75欧至50欧宽频带的低刺进丢失变压器用来与一台Rohde Schwarz的频谱分析仪的输入阻抗进行匹配。

    为了描绘CSO和CTB的特征,Ciarlone丈量了由135个通道发生的互调重量。被测器材的输出端的带阻滤波器消除了带外载波。他经过调制对一个有意义通道以外的一切通道进行了XMOD丈量,并丈量了非调制通道频带中的“溢出”。“咱们可以在很短的时刻内得到咱们所需的一切通道的数据,”Ciarlone表明,“并且可以对分离器进行充沛的评价。”

  高速放大器组的工程师们运用Agilent Vee来操控总谐波失真和分离器测验设备。他们还主动进行了若干其他丈量,例如运用Agilent和Rohde Schwarz的频谱分析仪进行的噪声光谱密度丈量,以及运用Agilent的网络分析仪和Keithley的RF开关进行的视频滤波器频率响应和群推迟丈量。

  DAC与ADC

  以其DAC和ADC而出名的ADI公司出产用于移动电话和基站、仪器设备和嵌入式体系的元件。产品工程师Justin Munson和Gina Colangelo需求对高速DAC进行测验。Munson专心于那些运用低压差分信号(LVDS)数字输入的元件,而Colangelo则专心于运用单端、CMOS数字输入的DAC。

  最近,Munson刚刚完结对AD9736的评价,它是一个1.2Gsps的14位DAC。现在,他正在对一个愈加高速的元件进行评价。他需求丈量噪声光谱密度(NSD)、总谐波失真、非寄生动态规模(SFDR)、互调失真(IMD)、相邻频道功率、位至位相位差、线性和功耗。测验信号包含单音和双音正弦波形。Agilent ParBERT可发生数字信号,并可供给14对差分信号。

  在对AD9736进行评价时,Munson别离以600Msps、800Msps、1Gsps和1.2Gsps的速度对器材进行了测验。在1Gsps测验中,Munson对ParBERT进行了编程,覆盖了从DC达490MHz的规模,正好是在500MHz的尼奎斯特(Nyquist)频率之下。

  “当你对运转速度超越1Gsps的DAC进行评价的时分,”Munson说,“你的评价板的布局十分要害。评价板或被测器材的阻隔问题常常是很扎手的。一个评价板需求有杰出的电源退耦设备,而其数字布线需求与模仿布线阻隔开来。”

  例如AD9736这样的DAC就有不同的模仿输出,这将有助于最大极限地削减由接地环路引起的体系误差。这对那些把该器材用在体系内的工程师十分有利,可是它也导致了比单端输出测验更大的难度。Munson的评价中运用的是变压器负载而不是放大器负载。

  他说:“变压器负载使它对DAC的评价变得愈加简单,因为它们可以将差分输出变成单端输出,而不用忧虑放大器输出级呈现附加的非线性。”Munson发现,因为每个变压器的作业带宽的局限性,他需求一台以上的变压器对DAC进行充沛的测验。

  对Colangelo来说,她评价的AD9779这样的DAC是选用单端CMOS输入的。她选用了与Munson相同的丈量方法。“一些用户对高速LVDS接口的DAC还没有充沛的知道,以至于他们挑选了一个CMOS接口的DAC来添加数字功用,”Colangelo说。 LVDS接口的DAC的输入数据可以以高达300Msps的传输速率运转。为了发生单端测验信号,Colangelo运用了ADI公司开发的图形发生器。

  AD9779首要用于移动基站,它包含两个可以发生I/Q调制信号的DAC。用户可以关断器材来下降功耗,例如,当一部手机不发送信号时,就可以关断DAC核的供电。

  AD9779选用数字滤波器完成器材滑润的模仿输出。数字滤波器需求本身时钟,可是这些时钟或许添加DAC模仿输出的失真。将时钟与模仿电路阻隔开来是%&&&&&%规划人员和产品工程师面临的一个应战。“咱们不仅仅是对器材进行测验,”Colangelo说,“并且还要对评价板进行测验。假如你断掉一个器材的DAC部分的电源,而没有断掉数字操控部分的电源,那么在用一台频谱分析仪丈量其输出时,你应该不会看见任何伪信号。不然,你的评价板就或许有问题。”

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