[ATE知识] DFT PLL向量，ATE怎么用？

新用户62592529 2023-10-19 发布于四川

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自动测试设备 (ATE)对PLL（锁相环）进行测试时，我们首先要明白PLL在系统级芯片（SoC）中的重要性。它是SoC中关键的时钟或信号同步部件，其性能直接影响到芯片逻辑的正确运行。在测试PLL IP时，通常会有多个测试项目，如频率测试、相位噪声、锁定时间、稳定性、误差和漂移等。但在SoC的ATE测试中，CP阶段通常只进行PLL频率和锁定测试。

那么DFT如何产生PLL 测试pattern，以及ATE如何根据这些pattern进行PLL测试？

PART

01 : DFT 产生 PLL 向量

DFTer 每条PLL向量配置要求：（参考下图）

a) JTAG配置多个PLL为对应的待测频点.

b) 配置Div系数为最大，尽可能降低输出时钟的频率。

c) LOCK信号在TDO串行移出观测或者复用到IO上。

d) 切换IO复用后，PLL div 信号将会输出到对应GPIO上。

PLL输出频率的要求：10M~50M之间。 WHY？

1. 上限受限于GPIO，在高于50M时，GPIO的输出特性随频率升高而减弱，最好低于50M。（机台PS1600最高1.6G采样频率，不需要考虑奈奎斯特频率的限制。）

2. 下限需要考虑到不同测试方法的测试时间的影响，比如给一个32K的钟，机台需要构造更长的采样向量。

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02 : ATE如何测试PLL

两种方法： 时域和频域测试，如下：

方法1. ATE time measurement unit ( TMU）测试。(时域，需要额外的TMU license，因此常不采用。)

实施步骤：ATE 构造TMU TASK。TMU可以非常高精度地根据task设置trigger到上升沿的时刻，因此可以通过两个上升沿的差值计算出频率，支持多次采样，如下图所示：

方法2. 构造采样向量，离散傅里叶公式计算频谱，频谱的最大和第2大频率转换即为待测信号频率。(频域)

a). 预先构造一条全L的向量，假设叫做PLL_sample.

b). 运行DFT PLL向量的测试项.运行后, 不复位的情况下DUT此时稳定输出时钟信号。

c). 运行预先构造好的向量PLL_sample，收集fail cycle，也就是ATE的error map。获得一串0/1组成的一维序列，如下图(点击可放大)：

d). 对获得一维序列进行汉明窗口卷积后，使用快速离散傅立叶变换获得频谱。通过频谱可以相当高精度的获得输出的频率，通过spec进行分bin。

如果想了解详情，可以参考论文，这里不再赘述：

A Method of High Precision Frequency Detection with FFT, IEIEC Transaction A Vol. J70-A No.5 pp.798-805, May 1987

实际步骤：首先应用DSP_FFT与汉明窗口。然后搜索频谱第一大主频kmax 和第二大频,(kmax-1 或者 kmax+1)。如图所示，第1大和第2大频率成为关键参数。

核心为两个公式：

，

1: int i,kmax,Ndgt,Nsp;2: double dR,dX,dY,dMax,dFresln,dFx,dFdgt;3: double dFrequency,dAmplitude,dPhase;4: COMPLEX CX,CY,CZ;5: ARRAY_D dVdgt,dSp,dTemp;6: ARRAY_COMPLEX CSp;7:8: dVdgt=DGT('Aout').getWaveform();9: Fdgt=1.0/DGT('Aout').getConvClock();10: Ndgt=dVdgt.size();11: dFresln=dFdgt/Ndgt; // Frequency resolution(bin space)12:13: DSP_FFT(dVdgt,CSp,HANNING); // Apply HANNING window14: Nsp=CSp.size();15: DSP_RECT_POL(CSp,dSp,dTemp); // Spectrum length16:17: dMax=0.0; kmax=0;18: for (i=1;i<Nsp;i++) { // Search the maximum length19: if (dSp[i]>dMax) { dMax=dSp[i]; kmax=i; }20: }21:22: if (dSp[kmax-1]>dSp[kmax+1]) {23: dR=dSp[kmax-1]/dSp[kmax]; // Equation(12)24: dFx=kmax+(1.0-2.0*dR)/(1.0+dR); // Equation(16)25: } else {26: dR=dSp[kmax+1]/dSp[kmax]; // Equation(17)27: dFx=kmax-(1.0-2.0*dR)/(1.0+dR); // Equation(18)28: }29: dFrequency=dFx*dFresln; // Estimated Frequency30: // dFx: Estimated Bin Location31: dX=dFx-kmax;32: dY=M_PI*dX;33: dAmplitude=-dSp[kmax]*(dY/sin(dY))*(dX-1.0)*(dX+1.0);34: // Equation(21)35: CX=CSp[kmax];36: CY.real()=cos(dY);37: CY.imag()=-sin(dY);38: CZ=CX*CY;39: dPhase=atan2(CZ.imag(),CZ.real()); // Equ.(22)[rad]