摘 要： 為解決射頻芯片設計企業對射頻芯片自能測試的要求，在比較分析了國內外射頻自動測試方案和標準的基礎上，提出了基于LabVIEW的GUI風格軟件平臺，通過GPIB總線接口與測試儀器進行通信、控制和數據采集的射頻芯片自動測試方案。以上位機軟件為核心，通過虛擬儀器技術控制各測試儀器進行協調工作，完成芯片的參數設置、數據采集和報表分析等工作，本套系統完全實現了射頻芯片測試的自動化，節省了大量的測試時間。
關鍵詞： 射頻系統；LabVIEW；自動化
當今半導體行業發展迅猛，相互的競爭異常激烈。在這樣的環境下，縮短產品研發周期，提高產品質量則成為各家芯片設計公司比拼的重點。當前越來越復雜的系統要求對每個器件的把握度更高，換而言之就是更多更詳細的測試項，更寬更廣的測試覆蓋面。
為了滿足行業對測試越來越苛刻的要求，自動測試系統則成為非常急迫的需求。常規的自動測試設備價值幾十萬美金，帶有射頻測試能力的機臺則是更加昂貴，中小型的設計公司顯然無法負擔如此昂貴的設備。利用實驗室已有的設備完成自動測試功能，則成為解決問題最好的方式。
1 硬件設計
實驗室常用的射頻測試儀器有頻譜分析儀[1]、信號源[2]、網絡分析儀[3]幾種。下面對這幾種射頻測試設備進行簡單的介紹。頻譜分析儀是研究電信號頻譜結構的儀器，用于信號失真度、調制度、譜純度、頻率穩定度和交調失真度等信號參數的測量，是一種多用途的電子測量儀器。信號發生器是指產生所需參數的電測試信號的儀器。射頻信號源輸出頻率較高，體積較大，輸出最高功率一般在15 dBm以下，用來向被測器件提供激勵。網絡分析儀可直接測量有源或無源、可逆或不可逆的雙口和單口網絡的復數散射參數，并以掃頻方式給出各散射參數的幅度、相位頻率特性。目前大多數芯片需要通過SPI、I2C等串行協議對其內部寄存器進行配置，為此特別設計了一個轉接電路用來將LPT的幾根信號線引出，用以模擬SPI、I2C等信號。
如圖1所示，裝有自動測試系統的計算機通過GPIB總線與測試設備相連，每臺連接在GPIB總線上的設備都需要有確定的GPIB地址(此地址可以進入儀器中設置)，以方便計算機分別進行控制。
2 軟件設計
2.1 開發環境
為加快自動測試程序的開發時間，選用NI公司的LabVIEW進行開發[4]。LabVIEW使用直觀的圖形化編程語言編寫程序，可縮短測試開發時間，在LabVIEW圖形化開發環境中，無需編寫文本代碼，可以使用拖放圖形化圖標開發測試軟件。直觀的流程圖表示以易于開發、維護和理解的形式現實代碼。LabVIEW使用免費的儀器驅動程序快速為任何儀器實現自動化，儀器驅動程序網絡(IDNet)社區包含適用于幾乎任何儀器的數千個免費LabVIEW儀器驅動程序。
2.2 軟件架構
自動測試程序采用狀態機架構完成。狀態機架構為LabVIEW中使用最頻繁的程序架構之一；一般R&D給出的Test Flow本身就是一種狀態機。測試狀態機中包含各測試項目，按照Test Flow給出的要求進行狀態跳轉。本測試系統整體測試架構如圖2所示。
2.3 功能模塊介紹
衡量一款射頻芯片的性能，一般要從如下指標著手：Gain、P1dB、IP3、Noise Figure，變頻芯片還要考量Phase Noise。利用LabVIEW開發的最大優勢就是不需要編寫底層的驅動程序，在下載儀器對應的驅動程序后，只需要直接調用成熟的VI來控制儀器做出相應動作，即可完成單項測試。圖3所示為P1dB自動測試程序使用PID自動逼近算法，自動調整輸入功率使輸出功率逼近非飽和時增益減一，此算法自動根據當前測試結果調整下次輸入功率數值以達到無人干預情況下完成預期增益輸出，大大節省了測試時間。
2.4 測試界面及測試結果
圖4所示即為軟件的測試解密以及一批次芯片測試的數據。測試設備為安捷倫信號源E4438C及頻譜儀E4440A，測試項目包括增益、1 dB壓縮點、IM3、噪聲系數、相位噪聲等。點擊“開始”后，系統會自動對芯片進行配置并控制測試設備進行測試，實時顯示測試結果，芯片有失效項目時系統會自動提示，芯片通過測試會通知操作員更換DUT。測試結束后可點擊“導出”將測試頁面中的數據導入至Excel表格中便于分析統計。
自動測試系統是指能對DUT自動進行測量、故障診斷、數據處理、存儲、傳輸，并以適當方式顯示或輸出測試結果的系統。它把計算機技術、虛擬儀器技術、信息技術和數據庫管理技術結合在一起，形成了功能強大的測試平臺，為現代復雜電子設備的測試和維修提供了強有力的工具。
參考文獻
[1] Agilent Technologies.User′s and programmer′s reference volume 1 core spectrum analyzer functions[S].2010.
[2] Agilent Technologies.Agilent E8257D/67D and E8663D PSG signal generators add option UNY(Enhanced Ultra-Low Phase Noise)[S].2012.
[3] Agilent Technologies.Agilent network analyzer selection guide[S].2011.
[4] 谷卓，李書芳，曹坷.HF頻段RFID射頻自動測試系統設計[J].電子測量技術，2009，32(10)：1-4.