（电路与系统专业论文）数字音频广播基带芯片的测试及dab接收机的调试.pdf

独创性声明 蜊脚川i j | j | | i i | y 18 2 4 8 9 。i c j i 。 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重迭 出g 电太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同_ l 作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作斗篦 期：潮 | ：日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废鲣电太堂有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权重庞邮电太堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 1 一 学位论文作者签名：1 】蓼 翩签名：1 献 签字同期：伽旁年c 月萝日签字日期：z ，。蛑多月譬日 重庆邮电人学硕十论文摘要 摘要 数字广播是广播发展的必然趋势。数字音频广播d a b ( d i g i t a la u d i o b r o a d c a s t i n g ) 是继调幅、调频之后新一代的广播。d a b 的技术是在一个 频段内复用多套节目，使得它具有音质好( c d 质量) 、发射功率小、覆盖 面积大、频谱利用率高和可移动接收等优点。它还可同时传递诸如声音、 图象、文字、数据及活动影像等业务，又被称作数字多媒体广播( d m b ) 。 i d 2 0 0 作为一款高集成度、低成本、低功耗的d a b d m b 基带芯片， 在应用于d a b 接收机的设计前，为了保证基于i d 2 0 0 芯片的应用设计的 正确性和可靠性，必须进行芯片的测试工作。本课题出于降低测试成本的 考虑，开发设计了一套性价比高的批量芯片测试系统平台。并针对一款基 于i d 2 0 0 芯片的d a b 多功能接收机进行调试，最终进行系统验证。 本文从芯片测试的概念和方法入手，介绍了i d 2 0 0 基带芯片测试平台 的软硬件设计方案，硬件设计包括电源电路、复位电路、l e d 显示电路、 电流测试电路、接口电路等，同时还进行了软件系统的移植。接着，本文 介绍了d a b 基带芯片测试的原理，阐述了扫描测试、存储器测试、锁相 环测试和电流测试的实现过程。然后本文基于一款d a b 多功能接收机的 整机实现方案，理解和分析了该接收机方案的硬件系统构成，重点对接收 机的调试过程进行具体讨论，给出了解决硬件故障的调试方法。最后，利 用一套小型d a b 信号发射系统平台，对d a b 接收机整机进行测试验证。 关键词：数字声音广播，芯片测试，接收机，调试 a b s t r a c t d ig i t a lb r o a d c a s t i n gw i l lb et h ed o m i n a n tb r o a d c a s t i n gs y s t e m 1 nt n e f u t u r e d i g i t a la u d i ob r o a d c a s t i n gi s an e wk i n do fb r o a d c a s ta f t e ra ma n d f m 。d a bs v s t e mh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c h a sb e t t e rs o u n dq u aj l t y ( lu q u a l i t y ) ，l o wp o w e r o ft r a n s m i s s i o n ，h i g hc o v e r a g eo fs i g n a l ，e m c i e n tu s e o ft h e r a d i of r e q u e n c ys p e c t r u m ， r e l i a b l ed e l i v e r yt on x e d ，p o r t a b i e a n dm o b l l e r e c e i v e r s a n di tc a nd e l i v e rn o to n l ya u d i o ，b u ta l s ov i s u a l ，t e x ta n dd a t a a t t h es a m et i m e i ta l s ok n o w na sd i g i t a lm u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ( d m b ) i d 2 0 0i sah i g h l yi n t e g r a t e d ，l o w c o s t ，l o w p o w e rd a b d m bb a s e b a n d c h i 口b e f o r ei tb e i n gu s e di nt h ed e s i g no f d a br e c e i v e r ，c h i pt e s ts h o u i db e c a r r i e do u ti n o r d e rt og u a r a n t e et h e c o r r e c t n e s sa n dr e l l a b l l l t y o t1 t s a p p l i c a t i o nd e s i g nb a s e do ni d 2 0 0 u n d e rt h ec o n s i d e r a t i o no fl o w e r l n g t h e t e s t i n gc o s t ，t h ep a p e rd e v e l o p s as e to fah i g hc o s t 。p e r f b r m a n c et e s t l n g s y s t e mp l a t f o r m h a r d w a r ed e b u g g i n g w o r ki sa c h i e v e df o rak i n do fd a b m u l t i f u n c t i o nr e c e i v e rb a s e do ni d 2 0 0a n dt h e f u n c t i o n a lv e n n c a t l o nh a s b e e nd o n ef i n a l l y t h i sp a p e rb e g i n sw i t ht h ec o n c e p ta n dm e t h o d o fc h i pt e s t l n g ， t h e s o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e s i g ns c h e m eo fi d 2 0 0b a s e b a n dc h i pt e s t l n gs y s t e m p l a t f o r mi sa n a l y s e d t h e h a r d w a r ed e s i g nc o n t a i n sp o w e r c l r c u i t ，r e s e tc l r c u l t ， l e dd i s p l a yc i r c u i t ，c u r r e n t t e s tc i r c u i t ，i n t e r f a c e c i r c u i ta n ds oo n ，a n d s o f t w a r es y s t e mi st r a n s p l a n t e da tt h es a m et i m e t h e n ，t h i sp a p e rd e s c n b e s t h ep r i n c i p l eo fc h i pt e s t i n ga n de l a b o r a t e st h ei m p l e m e n t a t l o n p r o c e s s ols c a n t e s t ，m e m o r yt e s t ，p l lt e s ta n dc u r r e n tt e s t u n d e r s t a n d i n ga n da n a l y s l n g t h e h a r d w a r ef r a m e w o r kb a s e do nad a b r e c e i v e rs c h e m e ，t h ed e b u 9 9 1 n gp r o c e s s o ft h er e c e i v e r i sd i s c u s s e di nd e t a i l ， a n ds o m em e t h o d s o lh a r d w a r e d e b u g g i n g a r eb r o u g h tu p f i n a l l y ， d a br e c e i v e rt e s i n g v a l l d a 1 0 n1 s c o n d u c t e du s i n gas m a l ld a bs i g n a lt r a n s m i s s i o ns y s t e mp l a t t o r m k e yw o r d s ：d i g i t a la u d i ob r o a d c a s t i n g ， c h i pt e s t ， r e c e i v e r ， d e b u g l i 重庆邮电人学硕士论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i i i 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 本论文的研究内容和主要工作3 1 3 论文结构4 第二章d a b 基带芯片测试平台的设计6 2 1 芯片测试6 2 1 1 芯片测试的概念6 2 1 2 芯片测试的方法7 2 1 3 芯片测试的分类7 2 1 4 芯片的测试矢量8 2 2 芯片测试平台设计方案8 2 3 测试平台硬件和软件设计1 0 2 3 1 平台硬件系统设计1 0 2 3 2 平台软件系统设计1 4 第三章d a b 基带芯片测试的实现原理分析18 3 1 扫描测试1 8 3 1 1 扫描测试原理1 8 3 1 2 扫描测试结构1 9 3 1 3 扫描测试的实现2 0 3 2 存储器测试2 l 3 2 1 存储器的原理2l 3 2 2 存储器的测试2 2 3 3 锁相环测试2 3 3 3 1 锁相环原理2 3 3 3 2 锁相环的测试2 4 3 4 电流测试2 4 3 4 1 电流测试的原理2 4 i i i 重庆邮电人学硕十论文 目录 3 4 2 i d d q 的测试2 4 3 5 测试结果2 5 第四章基于i d 2 0 0 的d a b 接收机的实现与调试2 7 4 1d d f l o o 接收机实现结构2 7 4 1 1r f 模块2 8 4 1 2 a d c 模块一2 9 4 1 3 基带处理模块2 9 4 1 4f m 模块2 9 4 1 5 音频d a c 模块3 0 4 1 6m c u 模块3 0 4 1 7 显示模块3 0 4 2d d f l 0 0 接收机的调试3 1 4 2 1 p o w e r 部分3 2 4 2 2m c u 部分3 2 4 2 3o l e d 部分3 3 4 2 4r f 部分3 4 4 2 5 a d c 部分3 6 4 2 6i d 2 0 0 部分3 6 4 2 7a u d i o 部分3 7 4 2 8f m 部分3 7 4 2 9 整机调试3 8 第五章d a b 发射平台及系统验证4 0 5 1 小型d a b 发射系统构成4 0 5 2 发射平台的实现4 1 5 2 1d a b 节目源合成4 1 5 2 2 d a b 编码器实现4 1 5 2 3r f 发射机4 5 5 3d a b 系统验证4 5 第六章总结及下一步工作展望4 7 6 1 结论4 7 6 2 未来的工作4 8 致谢5 0 参考文献51 附录，5 3 i v 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着人们生活水平的不断提高，人们对信息消费多元化的趋势亦趋明 显。传统的模拟广播已经难以满足人们的消费需求，人们不仅希望可以随 时随地的收听高质量的数字声音广播，还希望可实时的移动接收一些诸如 数据、图片、视频、股市财经等信息。数字音频广播d a b ( d i g i t a la u d i o b r o a d c a s t i n g ) 就是应运而生的第三代广播体系。d a b 作为新一代广播， 采用宽带多载波的传输方法，提高了传输过程中的抗干扰能力，即使高速 移动接收，也不会影响收听质量；d a b 音质纯净，可提供c d 音质的节目： d a b 传输系统需要的发射功率小，有利于节约能源和降低电磁污染、改善 环境保护；d a b 的技术使得一个频段内可以复用多套节目，提高了频谱利 用率。d a b 又被称作数字多媒体广播( d m b ) 【2 1 ，可同时传递诸如声音、 图像、文字、数据及活动影像等业务。 早在l9 8 1 年，德国i r t ( 广播技术研究所) 便开始d a b 相关编码技 术的研究工作，19 8 7 年便成为欧洲高科技重点开发项目之一( 尤甲卡14 7 计划【3 】) 。经过多年的试验不断改进、完善和标准化后，于1 9 9 5 年秋在英 国和瑞典等国家首先正式投入商业运行。由于d a b 系列技术标准具有灵 活、成熟和低成本等特点，现在世界范围内有近4 0 个国家在正式进行d a b 广播或试验广播，能够收听d a b 节目的人口已达4 7 5 亿，公众和私营广 播电台播出d a b 的节目套数共有8 0 0 多套。由于世界各国d a b 发展思路 不同，各国所采用制式标准也各异。我国和主要工业化国家及亚太地区的 新加坡、马来西亚、韩国等国家都采用e u r e k a 1 4 7 作为数字广播标准： 加拿大等国在参照该标准的基础上略作修改：美、同等发达国家则从自己 的本国的实际情况出发，另行设计有所不同。从早期在欧洲各国的应用到 如今在亚洲、非洲和美洲许多国家的发展，d a b 系列技术标准的应用范围 越来越广，发展非常迅速。 d a b 数字广播在全球的发展至今，国外一些有一定的规模和投资强度 的著名芯片和整机生产厂家对d a b d m b 产业市场给予了充分关注。其中 主流的d a b d m b 生产厂商包括l ge l e c t r o n i c s 、s a m s u n g 和p e r s t e l ，而 重庆邮电火学硕士论文 第一章绪论 t e x a si n s t r u m e n t s 、f r o n t i e rs 订i c o n 、p a n a s o n i c 、r a d i o s c a p e 、b o s c h 和a t m e l 等厂商也已经推出了基带处理器和d a b d m b 接收模块。德囤、西班爿：、 法国、挪威、意大利、荷兰、英国和其他的国家的各大广播公司已经完成 或正在准备开展d m b 试验和测试以实现音频、数据和视频服务与现存 d a b 网络的集成。而对于数字广播发展已有十二年的中国，具有世界上最 大d a b d m b 覆盖可能，以及最大d a b d m b 终端市场前景，据有关方面 预测，仅2 0 0 8 年我国移动数字多媒体广播电视市场规模将会达到2 3 亿元， 到2 0 1o 年预计市场规模将达到5 9 亿元。目前d a b 发展m j 临良好的，舡、l k 化机遇，但总的来看，在数字多媒体广播接收终端领域，终端设备品种匮 乏，且价格普遍偏高，由d a b d m b 延伸应用的手机电视、m p 3 等便携电 子设备形成的新的i t 产品的发展也受到了很大的限制，这都导致d a b 普 及程度远远没有达到人们的预期，虽然有近4 0 个国家和地区开始提供d a b 音频广播服务，但用户发展相当缓慢。由于数字多媒体接收机的最关键部 分在于d a b d m b 核心芯片，众多的国外芯片和模块价格普遍偏离、功耗 亦高，芯片的进展跟不上市场对d a b d m b 的需求，使得价格和功耗成为 制约数字广播发展的最重要因素。 近几年，这一现状从我的导师主持设计成功d a b 基带解码芯片后有 所改观，该款基带芯片i d 2 0 0 【4 】实现了高集成度、低成本、低功耗，极大 的降低了后续应用设计的成本，该基带核心芯片的开发成功，填补了国内 d a b d m b 芯片设计的空白，处于国际上该领域目前研究开发和竞争的f j ，j 沿，在集成度和功耗方面代表着目前世界上d a b d m b 基带芯片的最高水 平。这就使得基于i d 2 0 0 基带芯片的d a b d m b 接收机的价格有了很大的 下降空间，d a b d m b 接收机的开发调试，以及对接收机进行的小批量试 制，都将成为d a b 的进一步产业化的前期基础工作。开发多类型的基于 i d 2 0 0 基带芯片的移动多媒体终端，能极大地推动了d a b 产业链的形成， 同时d a b d m b 接收机的小批量设计研制都必须基于质量合格的i d 2 0 0 基 带芯片。 i d 2 0 0d a b 基带芯片基于0 1 8 微米c m o s 工艺，是一款面积小、功 耗低、可用于移动和便携设备的d a b 解码器( d a b 基带解码器和m p e gl 2 音频解码器) 芯片。由于d a b 基带芯片是超大规模集成电路芯片，芯片 的制造需要历经化学的、冶金的、光学的工艺过程，在这些过程中，生产 线固有缺陷及各种随机因子皆会导致芯片故障，使芯片不能证常t 作。击| i ： 统计，在数字产品生存期的总代价中，测试成本约占2 0 6 0 ，对于制 造后的芯片，如果不进行测试而直接应用于后续系统设计中，当系统出现 2 学硕士论文 第一章绪论 查找出故障所花费的成本将远远大于芯片的制造成本【5 1 。因此， 芯片应用于后续系统设计前，对芯片进行测试成为个必小可少 基带芯片的质量可靠，后续基于此款基带芯片的d a b 接收机的 成为可能。 所述，在芯片测试方面：d a b 基带芯片i d 2 0 0 开发成功，在应用 于后续接收机设计之前，需要对i d 2 0 0 质量好坏进行结构测试。原有的 i d 2 0 0 基带芯片测试系统是由项目组开发的针对i d 2 0 0 进行功能测试的芯 片测试平台，平台的硬件设计是基于a l t e r as t r a t i x 系列丌发板来实现的， 测试平台在成本和硬件复杂度上有待改善，出于降低设计成本和简化设计 的考虑，对硬件平台进行重新选择，对软件系统进行更改和移植，针对 d a b 基带芯片i d 2 0 0 开发设计了一套结构简单、性价比高的批量芯片测试 系统平台，能够对芯片成品好坏进行判断将有着重要的实用价值。 在d a b d m b 接收机设计方面：基于此款基带芯片i d 2 0 0 ，我的导师 领导的设计团队作为国内领先的d a b d m b 接收机设计服务和整机力案提 供者，提出了一款d a b 多功能接收机的实现方案，而在进行d a b 接收机 产品产业化前，需要对此实现方案进行小批量d a b 接收机的试制，本文 正是在这一背景下，通过学习研究此款d a b 多功能接收机的实现原理， 了解各部分电路工作原理，参与了接收机p c b 硬件设计，并详细地对该接 收机试制过程中所进行的测试、调试工作进行了讨论，提出解决接收机硬 件故障的有效调试方法，这对于d a b 接收机的小批量试制，有着蕈要的 参考价值。 为了对接收机进行验证，同时降低发射系统平台的实现成本，选择一 套合适的d a b 信号发射系统方案作为验证平台十分重要。本文为了对接 收机进行系统功能验证，利用了一套由f p g a 开发板编码器和发射机构成 的d a b 信号发射平台，对基于i d 2 0 0 基带芯片的d a b 接收机进行了功能 测试验证，保证了接收机工作的正确性，这对于d a b 接收机的设计和进 一步普及，有着一定的积极意义。 1 2 本论文的研究内容和主要工作 本课题首先对芯片测试的概念、方法进行论述。然后针对数字音频广 播( d a b ) 基带芯片i d 2 0 0 构建一套基于f p g a 的硬件测试系统平台，对 芯片完成扫描测试、存储器测试、锁相环测试和电流测试几个部分的结构 测试。接着，本文对基于i d 2 0 0 基带芯片的一款多功能接收机整机实现方 3 第一章绪论 调试过程，并通过一套小型的d a b 信 主要包括： 0 测试系统平台的硬件设计及软件移植 基带芯片测试系统平台的硬件设计。硬 件系统的设计主要包括电源电路、复位电路、l e d 显示电路、电流测试电 路、硬件接口电路几部分的设计，软件系统的移植主要包括在前人工作基 础上对具体测试顺序进行更改，以及编写测试矢量的v c 转换程序、f l a s h 烧写程序更改、时钟模块的设计、接口程序的更改以及程序在不同平台上 的移植。 参与了基于i d 2 0 0 的d a b 多功能接收机的调试 基于i d 2 0 0 基带解码芯片的一款d a b 多功能接收机其硬件系统主要 包括基带解码模块、r f 接收模块、a d 转换模块、音频d a 模块、m c u 控制模块、键盘及显示模块等。在模块的整机化实现和小批量接收机研制 过程中，为了保证接收机设计正确性和各硬件模块功能正确性，以及接收 机制造中贴片工艺的可靠性，本文详细讨论了接收机各部分调试过程中采 取的具体方法，以及对各模块出现的硬件故障提出解决办法。 利用套d a b 发射系统平台对接收机进行系统测试验证 一套小型的d a b 信号发射系统平台主要包括发射平台节目源合成、 d a b 信道编码器实现、r f 发射机系统。本文利用一套小型的d a b 信号- 发 射系统平台对d a b 接收机进行了功能测试。经过验证测试，接收机各项 性能指标均达到设计要求。 1 3 论文结构 论文共由六章组成，按下面章节安排： 第一章：绪论，阐明了课题的来源和应用背景，并概括了本文的主要 工作。 第二章：介绍了芯片测试的概念、方法，介绍了d a b 基带芯片测试 平台的硬件和软件的系统整体构成。 第三章：从系统的角度，分析了d a b 基带芯片测试各部分的测试原 理和具体实现过程，并得出测试结果。 第四章：基于一款d a b 多功能接收机的整机实现方案，阐述了该接 收机方案的硬件系统构成，其中重点对接收机的调试过程进行分析讨论， 4 5 学硕士论文 第二章d a b 基带芯片测试平台的设计 第二章d a b 基带芯片测试平台的设计 开发成功的d a b 基带芯片i d 2 0 0 ，在应用于d a b 接收机产品的 为了保证制造后芯片结构的正确性，必须进行芯片的测试工作。 出于测试成本的考虑，开发设计了一套结构简单、性价比高的批量芯片测 试系统平台，对芯片成品好坏进行测试判断。挑选出质量合格的成品芯片， 成为后续相关应用设计的首要可靠保障。 本章将首先介绍芯片测试的概念和一般方法，然后针对d a b 基带芯 片提出一套切实可行的芯片测试平台方案，并介绍其具体的软硬件系统的 实现。 2 1 芯片测试 2 1 1 芯片测试的概念 随着半导体集成电路的发展，芯片设计的复杂度不断增加，而同时芯 片的面积却不断的在减小。按照半导体的生产过程，首先完成芯片的流片， 然后再进行芯片的封装，封装是为了能保护脆弱芯片的机械强度而对其加 装引极。其中，为了去除不合格品而进行按标准的各种测量和筛选，这个 过程叫做测试。整个过程中，芯片的测试可分为两次，第一次测试是在芯 片流片完成后对圆片上的芯片进行的品圆测试( w a f e rt e s t ) ，所进行的硅 片级可靠性测试实质上是对互连线可靠性、氧化膜可靠性、热载流子效应、 等离子损伤等项目进行的测试。对首次测试后的芯片进行切割，测试合格 的芯片才能进行封装。第二次测试是对封装完成后的芯片所进行的制造测 试【6 】，这也是本文所探讨的测试的定义，考虑到芯片有可能在切割、封装 中由于焊接等过程中的静电原因引入故障，如果故障芯片已经安装到p c b 上，会造成整个应用设计不工作，导致整个p c b 损坏而需维修甚至更换， 这种更换的成本是相当大的。 在芯片出厂以前进行完整的测试是相当重要的，晶圆测试设备是昂贵 的，同样集成块测试设备也是相当昂贵的，虽然厂商为提高芯片制作质量 做出很大的努力，却不可避免出现制作故障和生产出废品。例如芯片表面 的污染会导致个别线路断路或短接等。因此，芯片测试过程是非常必须的， 6 重庆邮电大学硕七论文 第_ 二章d a b 基带芯片测试平台的设计 它也是在芯片应用于具体系统设计前必须完成的工作。 2 1 2 芯片测试的方法 随着芯片技术的进步，如今芯片上集成的功能也越来越复杂，往往一 块芯片可以实现以往一个系统所需的全部功能。相应的，对于芯片的测试 通常就需要专用的自动测试设备( a t e ，a u t o m a t i ct e s te q u i p m e n t ) 【7 1 对 制造出来的芯片进行检查，判断芯片的功能和性能是否满足特定的要求。 对于不同类型的芯片，根据其不同的测试要求，测试具体内容u 以涉及直 流参数测试，功能测试，混合信号参数测试等等。 传统的测试方法，大部分芯片的量产测试是在a t e 系统上来完成的。 a t e 的作用简单来说就是给芯片的输入管脚施加所需的激励信号，同时监 测芯片的输出管脚，看其输出信号是否是预期的值。由于芯片种类的不同， a t e 也会有不同的种类来应对，例如有存储器测试仪、数字测试仪、模拟 测试仪、混合信号测试仪、射频测试仪等等。种类多样化的a t e 测试系统 有朝着多功能一体化的方向发展的趋势，也就是一台a t e 集成了越来越多 的测试能力。目前世界上几家比较著名的半导体测试设备制造商有 a d v a n t e s t ( 爱德万) 、t c r a d y n e ( 泰瑞达) 、v e r i g y 、c r e d e n c e ( 科利登) 、 l t x 、e a g l e 、y o u k o g a w a ( 横河) ，竞争也非常激烈。 但是由于自动测试设备被大厂所垄断，且单机价格昂贵，不易开发。 因此，从节约设计成本的角度，对于封装后的芯片，如果能厅发设计出结 构相对简单、可移植性强、测试功能完全、性价比高、实用性强的批每芯 片的测试系统平台，来完成对某种芯片的测试将有着重要的意义。对于 d a b 基带芯片i d 2 0 0 测试系统平台的设计，我们正是从传统a t e 的测试 原理中得到启示，采用对芯片施加测试向量，捕获芯片的输出结果与预期 的正确结果进行比较的方法，来判断基带芯片i d 2 0 0 中是否存在某一类型 的故障。 2 1 3 芯片测试的分类 在加工过程中，设备的不完善、材料的不纯和缺陷、以及人为的失误 等等都是引起故障的原因，在对制造出来后的芯片进行的测试中，根据测 试对象的不同，通常可以把测试分为结构测试和功能测试【8 l 两人类。 结构测试 7 重庆邮电大学硕十论文 第二章d a b 基带芯片测试平台的没计 如果把芯片当成一个透明盒子，对芯片的内部结构有所了解。这样就 可以通过对芯片的输入管脚施加矢量数据，也就是相当于在管脚上输入了 高低电平，施加的电平将会影响芯片内部节点的状态，并将这个+ 肖t i 的状 态传播到芯片的输出引脚。如果在芯片的输出引脚上得到的信号值与理想 值有差异，就可以发现芯片内部的缺陷。这种测试方法偏重的是芯片的内 部结构，因此称作结构测试。 对于d a b 基带芯片i d 2 0 0 设计的测试系统平台的设计，就是基于对 基带芯片进行的结构测试，通过测试系统来判断芯片结构的正确性。 功能测试 如果把芯片当成一个黑盒子，对其内部的结构不予关心，但是对它的 端口特性有很清楚的认识，我们知道芯片将要完成的功能。也就是说，我 们知道在芯片的输入引脚上施加信号让芯片工作时，芯片输出引脚上会产 生的相应的输出信号。如果输出都正确，则可以认为测试成功。这种测试 就是功能测试。因为测试过程中我们偏重的是芯片的功能是否f 确。 对于d a b 基带芯片i d 2 0 0 的功能测试，本文实现的方法足把此基带 芯片应用于具体的系统设计中，通过系统的讵常工作，来验证芯片功能的 正确性。 2 1 4 芯片的测试矢量 由于测试的含义非常广泛，可以定义各种类型的测试，而不同的测试 类型需要产生不同类型的测试矢量。除了人工编制测试矢量量外，对于产 生比较完备的测试集，需要自动测试生成工具( a t p g ) 【9 】来完成。 在d a b 基带芯片i d 2 0 0 芯片设计过程中，由s y n o p s y s 公司的d e s i g n c o m p i l e r 工具生成标准测试接口语言文件，然后采用自动测试矢量生成工 具t e t r a m a x 软件提取基带芯片i d 2 0 0 的测试矢量，作为后续芯片测试使 用。 2 2芯片测试平台设计方案 由于系统应用需求的多样性，基于f p g a 平台的系统设计方法越来越 体现出自身的优势。参考原有测试系统设计的软硬件构成，考虑到应用广 泛性、可移植性的选型原则以及降低设计成本的需要，选定a l t e r a 公司 c y c l o n ei if 1 0 1 系列的f p g a 作为本芯片测试系统平台的核心。 重庆邮电人学硕十论文第二章d a b 基带芯片测试平台的设计 目前，c y c l o n ei i 系列的f p g a 包括e p 2 c 5 、e p 2 c 8 、e p 2 c 2 0 、e p 2 c 3 5 、 e p 2 c 5 0 、e p 2 c 7 0 等型号。本设计选择e p 2 c 2 0 f 4 8 4 c 7 n 作为处理器，具 体原因如表2 1 所示： 表2 1 a l t e r ac y c l o n e 系列f p g a f e a t u r ee p 2 c 5e p 2 c 8e p 2 c 2 0e p 2 c 3 5e p 2 c 5 0e p 2 c 7 0 l e s 4 ，6 0 8 8 2 5 61 8 7 5 2 3 3 ，2 1 6 5 0 5 2 86 8 4 1 6 t o t a lr a m 1 1 9 8 0 8 1 6 5 8 8 82 3 9 6 1 64 8 3 8 4 0 5 9 4 4 3 2 l ，1 5 2 ，0 0 0 b i t s e m b e d d e d 1 3 1 82 6 3 58 6 1 5 0 m u l t i p l i e r s p l l s224444 m a x i m u m 1 4 218 2 3 1 5 4 7 54 5 06 2 2 u s e ri op i n s 从硬件设计方面考虑： e p 2 c 2 0 f 4 8 4 c 7 n 具有拥有1 8 7 5 2 个逻辑单元( l e ) ，可以用来实现复杂 的应用；并且拥有最多3 0 9 个通用i o 口，能够提供足够多的扩展口。 拥有2 3 9 6 16 b i t s 的r a m 空间，支持广泛的接口操作设计模式；支持 最多达四个可编程锁相环( p l l ) 和最多1 6 个全局时钟线，提供强人的时 钟管理和频率合成能力。 采用e p c s 4 n 串行配置器件，方便的进行源程序的下载。 捐j 有4 mb y t e s 的f i a s h 存储资源，恰好能够进行芯片测试向量的烧写。 从软件设计方面考虑： a l t e r a 公司提供完整的开发工具。q u a r t u si i5 o 是a l t e r a 公司 集成的开发软件，能够完成从前端h d l 代码输入到后端完成的没汁。 q u a r t u si i 软件可以方便的对e p 2 c 2 0 通用i o 脚进行定义、配置；允 许通过u s b b l a s t e rt m 编程下载到f p g a 中，在不改变硬件电路板的基础 上得到需要的功能模块电路。 m e n t o rg r a p h i c sm o d e l s i m 软件不仅可以完成设计的功能验证( r t l 级) ，也可实现逻辑综合后的门级仿真以及布局布线后的功能与时序验证。 在设计过程中，能够对代码逻辑进行实时仿真，检查功能正确性。 9 根据基带芯片测试平台要完成的功能，确定其硬件系统结构原理图如 2 1 所示。 f p g a 开发平台外围p c b 电路 u s b 接口 e p c s 4 n 电源复位 88 电路电路 接 尊非 。 c v co n ei if p g a 口 ，：) 。， 电 1n n z e p 2 c 2 0 f 4 8 4 c 7 n 路 芯片 硬件 88 l e d 电流 7 接口 l e d 显示 测试 弋 4 mf l a s h 电路 电路 d a b 状态显示 基带芯片 图2 1d a b 基带芯片测试平台原理图 d a b 基带芯片测试平台硬件系统主要由两大部分构成jf p g a 开发板 系统平台和为测试芯片而设计的相应的外围p c b 电路。 f p g a 开发平台 本测试系统开发平台的系统核心是一块a l t e r a 公司的c v c l o n e i i 系列的微处理器一e p 2 c 2 0 f 4 8 4 c 7 n ， c y c l o n ei i 系列是目前市场上性价 比最优且价格最低的f p g a 之一，开发板上内置u s b b l a s t e rt m 下载电 缆，可以通过电缆可以将程序下载到配置芯片中。 板载f l a s h 存储器是一块非易失可擦写芯片，它可以在f p g a 系统每 次上电的时候，由f p g a 控制读取f l a s h 存储器中的测试矢量。芯片设汁 1 0 重庆邮电大学硕士论文 第二章d a b 基带芯片测试平台的没计 阶段提取的测试矢量经过转化后有3 9 m 字节左右，而开发板板载f l a s h 闪存空间4 m 字节，通过电缆和开发板烧写工具，在p c 端实现按照地址 将测试矢量写到f l a s h 相应存储位置中，当f p g a 上电工作时，能够对 f l a s h 中的测试矢量进行读取。f p g a 开发板4 0 个扩展引脚能够力f 史的 进行扩展设计，与测试系统p c b 外围电路相连，丌发板的l e d 状态显示 部分能够对测试的实时结果进行显示。 外围电路设计 1 ) d a b 基带芯片 d a b 基带芯片i d 2 0 0 基于o 18 微米c m o s 工艺】，芯片面积为 13 8 m m 2 ，i d 2 0 0 采用l q f p 4 8 封装，内部集成p l l 、r a m 单元，片一l ：集 成1ms r a m ，外部i o 由8 路8b i t s 宽中频输入接口、自动增益控制( a g c ) 接口、数模转换( a d c ) 接口、r f 控制接口、人机交互接口( m m i ) 、数 字音频接口、电源接口等几部分组成。其结构图及内部如图2 2 所示。 图2 2d a b 基带芯片结构图 2 ) 电源电路 d a b 基带芯片测试系统需要使用3 3 v 、1 8 v 直流电压，供给d a b 基 带芯片i d 2 0 0 作为i o 口3 3 v 工作电压和1 8 v 的内核工作电压。而测试 系统使用的c y c l o n ef p g a 开发板扩展i o 口只能够提供恒定的5 v 直流电 压，必须经过电源变换电路进行d c d c 转换。处于设计成本的考虑，本 测试系统电源电路采用国家半导体的公司的l m l l l7 1 8 v 和l m l1 17 3 3 v 电源管理模块【挖】，l m l l1 7 系列是一个低压差电压调节器，它能提供1 8 v 和3 3 v 的固定电压输出，提供电流限制和热保护。在输入输出端加上1o u f 的钽电容来改善瞬态响应和稳定性，如图2 3 所示。 人学硕七论文 第_ 二章d a b 基带芯片测试平台的设计 图2 3 电源管理模块l m l l l 7 原理图 3 ) 复位电路 基带测试系统的需要复位电路，在芯片测试中，需要对每次测试后的 数据结果进行复位，使得f p g a 上的l e d 显示部分能够正常显示每次测试 结果。复位电路的设计是引用电源管理模块输出的恒定3 3 v 的直流电压， 连接至f p g a 开发板引脚定义的系统复位引脚，通过外围p c b 电路上的手 动开关按钮，进行系统的整体复位，如图2 4 所示。 3 3 v i t e s e t 图2 4 复位电路原理图 4 ) l e d 显示电路 l e d 显示电路部分的设计是利用每次p c b 电路开关对p c b 上电后， 电源管理模块提供的3 3 v 恒定直流电压，驱动l e d 工作，l e d 显示电路 能够首先对电路供电部分的正常与否进行显示，如图2 5 所示。 图2 5l e d 显示电路原理图 5 ) 电流测试电路 电流测试电路是测量芯片工作时流过整个系统电路的电流大小，其具 体方法是用串联数字万用表，观察电流值是否在允许的范围内( 根据此测 1 2 重庆邮电人学硕十论文 第二章d a b 基带芯片测试平台的设计 试系统电路的实际内阻，其标准值在lo m a 左右) ，其具体电路原理如图 2 6 所示。 f p g ai os wa 电源电路 一盥o a 翩厂忑 图2 6 复位电路原理图 6 ) 接口电路 测试系统的硬件接口电路主要是把f p g a 的4 0 针扩展引脚与芯片硬 件插槽接口对应连接，实现i d 2 0 0 的引脚能够和f p g a 对应i o 口相连， 测试数据矢量从i d 2 0 0 的引脚接口送入芯片，f p g a 的i o 口能不断读取 i d 2 0 0 中送出的数据，进行数据的比较运算。其接口电路原理图如图2 7 所示。 lt l i ，l l i l i ji i li l ，l i i l 口 耆if t ，l 移缸 竹健 ； “l t l | “ 埘 ”牡 j it l l i l t _ i l i ，i l l 铀 ，l h 铺 ”铝 竹抽 村i