芯片音頻參數智能測試方案設計實現
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摘要：隨著市場對語音電子產品性能指標的高標準嚴要求，提高語音電子產品的性能指標已經引起芯片生產商的高度重視。針對信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）等音頻參數使用專業儀器測試成本高、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測試方案，并通過樣機實驗數據對比，驗證了該方案具有性價比高、速度快、操作簡便等優點，測試的產品經過質檢部門和客戶的驗證，達到了使用要求，從而為公司節省大批測試設備購置費用和維護成本。
1芯片音頻參數的智能測試方案的闡述
音頻參數的智能測試方案，主要由硬件電路、軟件系統與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、快速計算方法的統稱，簡稱FFT；機械手主要通過TTL接口與測試裝置通信，自動區分良品與不良品。該芯片音頻參數的智能測試方案主要針對大批量生產中芯片信噪比（SNR）與總諧波失真+噪聲（THD+N）的測試，該裝置可實現（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）的數據結果→歷史音頻參數信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）數據自動存儲和查詢→依據測試數據的比對，自動判斷結果→Handler自動區分良品與不良品。
2芯片音頻參數智能測試方案的實現
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變換后的數據，其幅度、頻率分布等信息。和已知的頻率數據比對，據此可以知道產生了多少諧波、多少衰耗、多少增益、失真度等數據。
2.3測試結果
音頻參數信噪比（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（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據由被測芯片I2S接收，等codec工作穩定后取一部分數據做FFT分析，計算出頻域上的數值，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）的數據結果，其方案可實現（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，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）數據的測試耗時5s/片。
3基于芯片音頻參數智能測試裝置的優勢
（1）成本低，大約兩萬元左右，可替代傳統高價位的AP分析儀，傳統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，現在一對一智能測試方案就可以節省10萬元左右。按16臺計算，一套方案可以為公司節省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）參數的測試時間5s/片，與傳統儀器參數的測試時間30s/片相比，大大縮短檢測時間，實現快速檢驗，產品質量經過質檢部門和客戶的驗證，達到了后續使用要求，按照公司產品年產量計算，此套設備可以為公司一年節省近500萬元左右。
4結束語
本文主要針對音頻參數信噪比（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，研發一款基于芯片音頻參數信噪比（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（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，實現對芯片音頻參數信噪比（SNR）與總諧波失真加噪聲（THD+N）參數的快速檢驗，可及時排查芯片在設計與制程中出現的問題，減小損失，降低設備及人工成本，提高生產效率，大幅度提高芯片的產能與芯片產品質量，在未來的芯片生產測試領域里，值得芯片生產商大力推廣。
參考文獻
[1]劉梅英.論SOC芯片的系統級測試[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