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芯片音頻參數(shù)智能測試方案設計實現(xiàn)

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芯片音頻參數(shù)智能測試方案設計實現(xiàn)

摘要:隨著市場對語音電子產(chǎn)品性能指標的高標準嚴要求,提高語音電子產(chǎn)品的性能指標已經(jīng)引起芯片生產(chǎn)商的高度重視。針對信噪比(SNR)與總諧波失真加噪聲(THD+N)等音頻參數(shù)使用專業(yè)儀器測試成本高、速度慢及連接復雜等種種弊端,文章提出了一套芯片音頻參數(shù)測試方案,并通過樣機實驗數(shù)據(jù)對比,驗證了該方案具有性價比高、速度快、操作簡便等優(yōu)點,測試的產(chǎn)品經(jīng)過質檢部門和客戶的驗證,達到了使用要求,從而為公司節(jié)省大批測試設備購置費用和維護成本。

關鍵詞:芯片;音頻參數(shù);SNR;THD+N;智能;測試方案

1芯片音頻參數(shù)的智能測試方案的闡述

音頻參數(shù)的智能測試方案,主要由硬件電路、軟件系統(tǒng)與Handler(自動電腦機板測試IC分選機)構成。硬件設計主要采用外掛D/A轉換器給被測芯片輸入一個標準的模擬參考信號;軟件系統(tǒng)設計主要采用了快速傅里葉變換(FastFourierTransform)技術,即利用計算機計算離散傅里葉變換(DFT)的高效、快速計算方法的統(tǒng)稱,簡稱FFT;機械手主要通過TTL接口與測試裝置通信,自動區(qū)分良品與不良品。該芯片音頻參數(shù)的智能測試方案主要針對大批量生產(chǎn)中芯片信噪比(SNR)與總諧波失真+噪聲(THD+N)的測試,該裝置可實現(xiàn)(SNR)≥90dB,(THD+N)≤-60dB的指標測試。各項功能檢測流程包括:Handler開機→機械手自動抓取芯片→自動檢測并計算信噪比(SNR)與總諧波失真+噪聲(THD+N)的數(shù)據(jù)結果→歷史音頻參數(shù)信噪比(SNR)與總諧波失真加噪聲(THD+N)數(shù)據(jù)自動存儲和查詢→依據(jù)測試數(shù)據(jù)的比對,自動判斷結果→Handler自動區(qū)分良品與不良品。

2芯片音頻參數(shù)智能測試方案的實現(xiàn)

2.1測試方案流程(如圖2)

2.2測試原理

此插圖中黃色部分,是測量的核心。使用到了傅里葉變換算法,可以快速分析出A/D變換后的數(shù)據(jù),其幅度、頻率分布等信息。和已知的頻率數(shù)據(jù)比對,據(jù)此可以知道產(chǎn)生了多少諧波、多少衰耗、多少增益、失真度等數(shù)據(jù)。

2.3測試結果

音頻參數(shù)信噪比(SNR)與總諧波失真加噪聲(THD+N)的智能測試裝置,其裝置可實現(xiàn)(SNR)≥90dB,(THD+N)≤-60dB的指標測試。2.3.1(THD+N)(A計權、HIGH=20HzLOW=48KHz)2.3.2SNRA(計權、HIGH=20HzLOW=48KHz)

2.4測試方案簡述

(1)先由Handler自動開機,Handler的機械手自動抓取待測芯片插入芯片工裝座(SOCKET)插座中,Handler給RKSOC主板發(fā)一個Start信號。(2)RKSOC主板首先給FPGA上電,然后再給被測芯片上電。(3)FPGA發(fā)出一組I2S信號給D/A轉換器(PCM1794),D/A轉換器(PCM1794)輸出Audio模擬信號給被測芯片。被測芯片Audiocodec通過IN1L/IN1R跟MIC1N/MIC1P這兩組錄音通道分別進行錄音。被測芯片錄音后的數(shù)據(jù)由被測芯片I2S接收,等codec工作穩(wěn)定后取一部分數(shù)據(jù)做FFT分析,計算出頻域上的數(shù)值,然后再把頻域上的值計算音頻指標,計算出來的結果與設置的卡控范圍(結合被測芯片datasheet與AP分析儀測試結果的指標)進行對比。根據(jù)離散傅里葉變換(DFT)的高效、快速計算方法(簡稱FFT),得出以下公式:SNR=10log10信號能量/噪聲能量THD+N=10log10(諧波能量+噪聲能量)/信號能量計算出信噪比(SNR)與總諧波失真加噪聲(THD+N)的數(shù)據(jù)結果,其方案可實現(xiàn)(SNR)≥90dB,(THD+N)≤-60dB的指標測試,通過串口通信反饋到RKSOC主板去判斷。這里主要先通過預設測試的范圍值,如果芯片的測試結果在卡值的范圍內(nèi),合格就Pass,相反不合格就Fail。其錄音工作流程如圖9所示:(4)最后RKSOC主板將測試結果反饋到handler,handler通過TTL接口和串口與測試裝置通信,用HardBin與Softbincode自動區(qū)分良品與不良品,再將測試結果存儲并打印測試報告。測試完畢,關斷被測板電源,給測試板上的殘余電荷放電。測量一塊芯片信噪比(SNR)與總諧波失真加噪聲(THD+N)數(shù)據(jù)的測試耗時5s/片。

3基于芯片音頻參數(shù)智能測試裝置的優(yōu)勢

(1)成本低,大約兩萬元左右,可替代傳統(tǒng)高價位的AP分析儀,傳統(tǒng)的測試裝置是掛一臺或多臺AP分析儀,配合機臺和程序,自動化測試,占地面積大,此方案設計減少占地面積及設備成本,可實現(xiàn)一臺Handler掛多臺測試裝置,目前最多可以掛16臺智能測試機,大大減小了占地面積與儀器成本,原本分析儀一套方案要12萬元左右,現(xiàn)在一對一智能測試方案就可以節(jié)省10萬元左右。按16臺計算,一套方案可以為公司節(jié)省160萬元。(2)機械手自動分類好壞芯片,有效避免人工分類芯片易出錯帶來的不利,解決人工測試注意力不集中的問題。測試效率高,不污染芯片,穩(wěn)定性好。(3)檢測步驟簡單,信噪比(SNR)與總諧波失真加噪聲(THD+N)參數(shù)的測試時間5s/片,與傳統(tǒng)儀器參數(shù)的測試時間30s/片相比,大大縮短檢測時間,實現(xiàn)快速檢驗,產(chǎn)品質量經(jīng)過質檢部門和客戶的驗證,達到了后續(xù)使用要求,按照公司產(chǎn)品年產(chǎn)量計算,此套設備可以為公司一年節(jié)省近500萬元左右。

4結束語

本文主要針對音頻參數(shù)信噪比(SNR)與總諧波失真加噪聲(THD+N)在儀器中測試速度慢、設備及人工成本大等種種弊端,研發(fā)一款基于芯片音頻參數(shù)信噪比(SNR)與總諧波失真加噪聲(THD+N)的智能測試裝置,其裝置可實現(xiàn)(SNR)≥90dB,(THD+N)≤-60dB的指標測試,通過對本裝置結構、設計、功能及測試方案的研究,實現(xiàn)對芯片音頻參數(shù)信噪比(SNR)與總諧波失真加噪聲(THD+N)參數(shù)的快速檢驗,可及時排查芯片在設計與制程中出現(xiàn)的問題,減小損失,降低設備及人工成本,提高生產(chǎn)效率,大幅度提高芯片的產(chǎn)能與芯片產(chǎn)品質量,在未來的芯片生產(chǎn)測試領域里,值得芯片生產(chǎn)商大力推廣。

參考文獻

[1]劉梅英.論SOC芯片的系統(tǒng)級測試[J].通訊世界,2019,26(10):79-80.

[2]林福珍.芯片的封裝測試技術與討論[J].通訊世界,2019,26(09):45-46.

作者:黃美蓮 單位:瑞芯微電子股份有限公司