利用先進(jìn)測試平臺進(jìn)行ADSL芯片的關(guān)鍵參數測試
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ADSL是一種充分利用普通電話(huà)雙絞線(xiàn)上未用資源容量的調制解調器技術(shù)，它采用不對稱(chēng)傳輸方式，從中心局(CO)到遠端(RT)的下行速度最高能達到上行速度的4倍。這種不對稱(chēng)性能在視頻和互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)等以市場(chǎng)為導向的消費類(lèi)寬帶應用中是非常理想的，因為在這些應用中下行數據速率必須非常高，而從用戶(hù)到中心局(CO)的上行數據一般都比較少。這種使用模型同樣也適用于從公司服務(wù)器到雇員、合作伙伴和客戶(hù)的業(yè)務(wù)通信往來(lái)。
與模擬調制解調器不同，ADSL 調制解調器不進(jìn)入公共交換電話(huà)網(wǎng)絡(luò )( PSTN)，同時(shí)采用了先進(jìn)的調制技術(shù)，其發(fā)送的信號頻率以及數據速率都遠高于模擬調制解調器。ADSL支持的下行速率最高可達8Mbps，上行速率最高可達832kbps。不過(guò)隨著(zhù)信號傳輸距離的增加，采用這種技術(shù)的數據傳輸速率也會(huì )很快下降。例如，當用戶(hù)端與局端的距離在12,000英尺以下時(shí)，ADSL的速率能夠保持8Mbps，當距離增加到18,000英尺時(shí)，其速率只能達到1.5Mbps。
ADSL采用人們熟悉的頻分復用( FDM)方法提供寬帶服務(wù)，同時(shí)支持傳統的“普通電話(huà)服務(wù)”(POTS)網(wǎng)絡(luò )。ADSL采用的FDM方法主要是離散多音(DMT)調制。DMT調制方法將大約1.1MHz的頻譜分成256個(gè)間距相等的子信道或音調，每個(gè)子信道占5.3125KHz。在DMT頻譜中每個(gè)信道都以獨立的信道方式工作，并采用正交幅度調制( QAM)的調制方法來(lái)編碼數字信息。
這些信道除了用于數據傳輸外，還能用于獨立的網(wǎng)絡(luò )管理或性能測試。較低頻率的信道不用于傳輸信號，一般留作保護帶寬以避免與處于頻譜低端的傳統POTS設備發(fā)生干擾。在緊鄰并高于這些保護信道頻率的頻段，被分配的是少量用于上行數據傳輸的信道，剩余較高頻率的信道則用于下行數據傳輸。就象V.32和V.34 調制解調器等其它調制解調器技術(shù)一樣，ADSL調制解調器也需要采用回波抵消技術(shù)解決上行和下行信道的重疊問(wèn)題。而要同時(shí)提供電話(huà)和數據業(yè)務(wù)就必須依靠低通濾波器或分離器來(lái)實(shí)現分離。
測試方法
為了提高ADSL的性?xún)r(jià)比，制造商需要提供能夠延長(cháng)中心局與用戶(hù)端距離的設備，這樣就可以減少終端點(diǎn)的數量，從而降低鋪設扇形用戶(hù)線(xiàn)所需的成本。另外，ADSL設備的覆蓋性能是最具競爭性的一個(gè)因素。較長(cháng)的電話(huà)線(xiàn)會(huì )對ADSL所使用的高端頻帶信號造成多達90dB的衰減。因此，半導體制造商在A(yíng)DSL設備的設計中通常會(huì )采用較高動(dòng)態(tài)范圍和較低噪聲指標的模數轉換器( ADC)和數模轉換器( DAC)。
在A(yíng)DSL 調制解調器中，模擬前端(AFE)的噪聲和線(xiàn)性性能是ADSL 調制解調器能在較長(cháng)線(xiàn)纜上獲得理想數據速率的關(guān)鍵所在。并不寬裕的噪聲與線(xiàn)性設計余量往往會(huì )提高測試的挑戰性，因為制造商需要提供更寬動(dòng)態(tài)范圍和更高精度的ADSL測試儀器，總之其測試成本要小于或至少等于前一代低性能ADSL設備的測試成本。
制造商可以采用單音測試方法來(lái)判定ADSL的純動(dòng)態(tài)范圍、標準失真和噪聲基底電平。這種直接測試方法足夠用來(lái)快速發(fā)現各種缺陷。單音測試方法對測試設備的信噪比( SNR) 比較有效。雖然ADSL轉換器的線(xiàn)性指標比較嚴格，但SNR仍然是確保ADSL正確工作所必需的重要器件參數。單音測試還能測得設備的總體諧波失真(THD)和無(wú)失真動(dòng)態(tài)范圍( SFDR)。
在計算SNR后這些基本的動(dòng)態(tài)線(xiàn)性測試只要求少量的額外處理過(guò)程，因此這種測試基本不會(huì )花太多的測試時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。也就是說(shuō)，單音測試的測試時(shí)間要求相對于它的效率來(lái)說(shuō)是非常適中的。此外，許多業(yè)界領(lǐng)先的測試系統都提供預先做好的例程，以方便這些單音測試的開(kāi)發(fā)。由于單音測試方法利用一套數據就能夠測試多個(gè)關(guān)鍵參數，因此大部分有缺陷的設備都通不過(guò)單音測試。
雖然靜態(tài)的線(xiàn)性測試是ADC規范的傳統內容，但對ADSL設備來(lái)說(shuō)，不太適合用于設備的評估。ADSL ADC的高轉換速率通常會(huì )被高分辨率所抵消。這時(shí)需要捕獲大量的數據，從而占用大量的DSP運算時(shí)間。另外需要考慮的因素是ADSL設備中使用的高頻信號，靜態(tài)線(xiàn)性測試與器件的動(dòng)態(tài)響應會(huì )有很大的區別。
比較這類(lèi)器件的各種測試可以發(fā)現，最有實(shí)際效果的仍然是基本的環(huán)回測試。工程師將發(fā)送器連接到接收器，然后檢查輸出端送出的編碼數據能否在輸入端得到正確解碼。雖然這種高度實(shí)用性的測試方法并不能提供復雜設計中隔離故障設備所必需的信息，但它執行起 來(lái)速度非?？?，費用也最低。
IMD測試
雖然積分非線(xiàn)性(INL)和差分非線(xiàn)性(DNL)等傳統的靜態(tài)線(xiàn)性測量方法非常重要，但它們不足以表征AFE的性能。對于A(yíng)DSL設備來(lái)說(shuō)，THD規范并不能提供足夠的有關(guān)DUT非線(xiàn)性如何影響輸入信號的信息。在多音ADSL中，整個(gè)帶寬的動(dòng)態(tài)線(xiàn)性范圍決定了調制解調器的容量。
在非線(xiàn)性系統中，輸出信號中會(huì )出現輸入信號中并不存在的許多頻率分量，其中最常見(jiàn)的頻率分量是諧波。利用單音正弦波測試方法能夠很容易地估測諧波信號。交調分量是另外一種會(huì )嚴重影響信號保真度的頻率分量。
當輸入信號中包含有多個(gè)音調時(shí)就會(huì )產(chǎn)生交調失真(IMD)，所產(chǎn)生的IMD與輸入音調頻率呈一種數學(xué)關(guān)系，并會(huì )在整個(gè)頻譜中擴散(如圖1所示)。一般來(lái)說(shuō)，第3階分量對信號的保真度影響最大。ADSL設備中使用的DMT調制方案是利用具有正常間距的多個(gè)正交信號分量，因此不僅第3階IMD，即使是第5階甚至第7階IMD也需要最小化。
測試IMD時(shí)需要2個(gè)純的單音輸入到DUT，此時(shí)必須仔細斟酌單音的選擇、DUT的取樣率和樣本數量，才能保證正確地從沒(méi)有頻率分量重疊的頻譜中提取出必要的信息。這樣做并不一定能正確表征以整數為基礎的數學(xué)性能特征；因此通常還會(huì )用到啟發(fā)式的方案或強迫方式的整數搜索。象ASL3000這樣先進(jìn)的測試平臺會(huì )提供具有高取樣率、信號高保真度和時(shí)鐘靈活性的儀表操作套件，這都是進(jìn)行可接受的IMD測試配置所必需的。
多音測試
在A(yíng)DSL的幾種測試中，多音功率比(MTPR)測量是最具挑戰性的測試工作。這種方法主要用來(lái)測試某個(gè)頻率點(diǎn)(槽位)的信號功率，此時(shí)設備的激勵信號應該由除了對應被測頻點(diǎn)以外的所有單音組成(圖2)。正常間距下的所有單音都會(huì )在空閑頻點(diǎn)處產(chǎn)生大量的IMD分量。由于A(yíng)DSL技術(shù)依賴(lài)于通過(guò)每個(gè)頻率頻點(diǎn)的獨立傳輸，因此這種測試方法能夠有效地評估被測器件的性能。在一個(gè)完整的MTPR測試中，所有256個(gè)頻率點(diǎn)都需要測量這樣的殘留功率。
測試方案
利用先進(jìn)的測試平臺可以非常方便地實(shí)現TOI和MTPR等測試。一些先進(jìn)的混合信號平臺如Credence ASL 3000所提供的工具就能產(chǎn)生和觀(guān)察這些測試所需的正確波形。工程師可以利用內部的DSP功能自動(dòng)執行FFT測試或找出信號的幅度、相位和編寫(xiě)C代碼，并使用某些工具產(chǎn)生和觀(guān)察與這些測試有關(guān)的高精度波形。這些先進(jìn)的測試系統還能提供擴展分辨率以及可靠完成復雜ADSL部件的靈敏度測量所需的精度。
許多ADSL設備中的ADC和DAC動(dòng)態(tài)性能特征要求提高發(fā)生器和量化器的帶寬和分辨率。例如， ADSL標準規定MTPR測試中的信號電平只有1V rms，當這樣的信號擴展到255個(gè)Bin時(shí)，在目標頻率Bin中測到的任何殘留信號電平都非常低，因此通常要求16位的分辨率才能確保測試的正確性。
過(guò)去，12位ADC和DAC(72dB動(dòng)態(tài)范圍)被認為比較適合DSL部件。雖然在大批量生產(chǎn)中14位ADC和DAC被認為是最具實(shí)用價(jià)值，但在具有很多電子噪聲的生產(chǎn)環(huán)境中采用16位ADC和DAC顯然具有很大的風(fēng)險。為了完成這些測試工作，測試儀的電氣環(huán)境要求噪聲要很低，應該足夠支持96dB以上的動(dòng)態(tài)范圍。另外，工程師要能夠產(chǎn)生信號，并以非常低的抖動(dòng)對DUT信號實(shí)施取樣，因為在這樣的動(dòng)態(tài)范圍內，抖動(dòng)會(huì )直接轉換成被測試信號上的等效噪聲。
Credence ASL 3000測試平臺還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即能夠測試ADSL設備的發(fā)送部分。除了其固有的靈敏度測量外，利用ASL 3000還能夠將發(fā)送信號通過(guò)某個(gè)陷波器，以進(jìn)一步改進(jìn)特殊靈敏度測量下的動(dòng)態(tài)范圍。同樣地，無(wú)失真動(dòng)態(tài)范圍等其它一些關(guān)鍵的測量也能照此辦理。預置于這個(gè)測試儀器內的測試例程還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即可快速完成測試程序。
利用ASL 3000測試平臺可以簡(jiǎn)化MTPR等復雜的測試工作。ASL 3000提供一個(gè)帶簡(jiǎn)化測試例程的DSP庫。事實(shí)上，這個(gè)DSP庫與Credence Quartet測試系統提供的庫是相同的，因此可以簡(jiǎn)化不同平臺間的移植工作。過(guò)去，要產(chǎn)生ADSL測試所需的具有動(dòng)態(tài)范圍的音調是十分困難的，而如今先進(jìn)的波形發(fā)生器設備的出現也使之變得簡(jiǎn)單了。多音測試用到的儀器要比其它測試復雜，在多音測試中不能使用濾波器，因此工程師通常需要仔細地權衡精度和測試時(shí)間的關(guān)系。
IMD測試的建立一般要比其它測試復雜，幸運的是這些IMD測試只是增加了少量的額外測試時(shí)間，但高質(zhì)量的測試結果使它物有所值。該類(lèi)型的測試有助于工程師很好地理解設備的非線(xiàn)性，并更好地改善實(shí)際性能。
事實(shí)上，在最近一次Credence測試方法演示中，向Credence工程師提供的5個(gè)部件及其它裝置都通過(guò)了測試。當工程師用上述更高級的方法測試時(shí)發(fā)現，其中一個(gè)部件實(shí)際上是有缺陷的。一般來(lái)說(shuō)，晚一些發(fā)現缺陷可能沒(méi)什么太大影響，但如果那個(gè)產(chǎn)品部件通過(guò)正常渠道銷(xiāo)售出去的話(huà)，就會(huì )影響到用戶(hù)對品牌質(zhì)量的認知程度。
一體化設備
ASL 3000測試平臺可以測試ADSL器件中用到的復雜調制信號。它的高性能和高測試精度非常適合用來(lái)測試高性能的ADSL部件，特別是在高吞吐量的多點(diǎn)配置中。對于具有集成模擬前端和較多數量數字管腳的復雜混合信號器件來(lái)說(shuō)，測試工程師通?？梢赃x擇Quartet、SZ M3650或Octet等測試系統。
Quartet能夠滿(mǎn)足具有大量數字管腳和模擬前端并要求大動(dòng)態(tài)范圍的混合信號器件的低抖動(dòng)測量要求。而SZ M3650則比較適合測試具有更多數字引腳的設計，因為這種情況下在提供測試信號方面需要很大的靈活性。還有就是Octet，它支持對那些同時(shí)具有重要數字內容和嵌入式DSL元件的混合信號器件的高吞吐量并行測試。除了這些產(chǎn)品化測試平臺外，還有IMS Gemini MS等工程校驗系統還可提供加快復雜ADSL器件的芯片調試速度所需的一些特殊功能。
在高級混合信號測試儀中使用的先進(jìn)技術(shù)提供了許多專(zhuān)用的資源，可以用來(lái)滿(mǎn)足復雜ADSL器件的多點(diǎn)測試所需的復雜單音、多音和IMD測試要求。充分利用這些豐富的測試手段，工程師可以從故障器件中提取出重要的信息，從而更好地理解性能問(wèn)題和影響產(chǎn)量的因素。
換句話(huà)講，工程師也因此能更加專(zhuān)注于他們關(guān)心的那些特殊領(lǐng)域，取長(cháng)補短，增強自己的開(kāi)發(fā)能力，以提供更高性能和質(zhì)量的ADSL產(chǎn)品。利用具有良好性?xún)r(jià)比的測試系統進(jìn)行相對較少量的復雜測試，ADSL制造商就能獲得最大的吞吐性能和較低的測試成本，從而充分滿(mǎn)足快速發(fā)展的ADSL市場(chǎng)需求。
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