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Messtechnik
umfassend zu charakterisieren. Ganz allgemein muss eine Vielzahl
von Zellen als IPs betrachtet werden. Dazu gehören Bandgaps/Bias-Zellen,
Operationsverstärker, Oszillatoren, ADCs/DACs, Spannungsregler
und HF-Zellen.
Design einer kundenspezifischen Lösung
Die von der X-Fab bereitgestellten Baublöcke in verschiedenen
Technologien und deren detaillierte Daten bilden einen guten Ausgangspunkt
für das Design einer kundenspezifischen Lösung. Ein
Funktransceiver kann in folgende Blöcke aufgeteilt werden:
■ LNAs
■ Mischer
■ Quarz-Oszillatoren
■ VCOs
■ Taktteiler
■ PLLs
■ Endstufen
Für jede Art von HF-Zellen ist eine angepasste Messkonfiguration
erforderlich und der entsprechende Messablauf muss implementiert
werden. Gerade hier ist mit modularen Testsystemen eine
deutliche Vereinheitlichung und Vereinfachung des Messprogramms
und des Datenmanagements zu erreichen. Neben komplexeren
HF-Zellen ist es wichtig, passive Einzel-HF-Bauelemente zu
charakterisieren, da sich daraus das Verhalten komplexer Schaltungen
ergibt. Als Beispiel werden Messungen und deren Ergebnisse
an verschiedenen LNA- und VCO-Typen mit unterschiedlicher
Schaltungstopologie vorgestellt. Zwei Varianten von integrierten
LC-VCOs sind verfügbar. Beide verwenden ein über Kreuz
gekoppeltes Transistorpaar. Die Varaktoren sind AC- bzw. DC-gekoppelt,
was zu einem unterschiedlichen Abstimmbereich führt.
Die LNAs sind als Breitbandvariante beziehungsweise als selektive
Schmalband-LNAs mit integrierten Schwingkreisen als Lastwiderstand
entworfen worden.
HF-Test während des Designprozesses
Ein sehr wichtiger Punkt des Designprozesses vollständig integrierter
HF-Schaltkreise ist der (HF)-Test, welcher oft oberflächlich
betrachtet wird. Viele Probleme und Missverständnisse können
vermieden werden, wenn ein schlüssiges Testkonzept bereits während
der Entwurfsphase ausgearbeitet wird. Ein erster Schritt zum
Erfolg kann hier das Gespräch des Designers mit einem erfahrenen
Test-Ingenieur, oder der aufklärende Besuch im Testlabor sein.
Auf einen Blick
Charakterisierung von HF-Zellen
Eine einheitliche modulare Hard- und Softwareplattform zur Charakterisierung
von HF-Zellen durch Messungen auf PCBs und Wafern
wurde entwickelt. Die Universalität der Messumgebung ließ sich
durch frühzeitige Zusammenarbeit von Design- und Testingenieuren
erreichen. Modulare PXI-Testsysteme werden durch eigene Hardware-
und Softwaremodule ergänzt. Dadurch verkürzt sich die Entwicklungszeit.
Durch die Nutzung von umfassend dokumentierten
Standard-HF-Baublöcken wird der Designprozess für kundenspezifi -
sche Applikationen beschleunigt. Die vorgestellten Arbeiten fl ankierten
das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
geförderte Projekt Oktopus (Förderkennzeichen 13N19345) innerhalb
des Förderprogramms IKT2020.
infoDIREKT www.all-electronics.de
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Wesentliche Entscheidungen bei der Festlegung von Testsignalen
und deren Charakterisierung sind die Wahl des Gehäusetyps
und des Pin-outs für die Nutzung vorhandener Standardboards,
die eine sehr schnelle Inbetriebnahme und erste DC-Funktionstests
ermöglichen. Diese sind meist mit einfacher Messtechnik,
Spannungs- und Stromquellen, Multimeter oder Ähnliches möglich
und erlauben eine schnelle Aussage über die prinzipielle Funktionalität
des ICs. Um derartige Schnelltests durchführen zu können,
muss das zu untersuchende DUT (Device Under Test) bestimmte
Voraussetzungen erfüllen. Speziell für den Test von analogen,
mixed-signal- und HF-Test-ICs hat sich in der Vergangenheit
ein grundsätzliches Paradigma als vorteilhaft erwiesen:
■ möglichst wenig Steuersignale
■ notwendige Steuersignale mit Pull-up- bzw. Pull-down-Funktion
als Defaultwert
■ DUT ist aktiv/enabled im Power on-/Default-Mode
■ on-chip-Regler sind zunächst im Modus standby/disabled
■ wichtige DC-Referenzsignale sind testbar, (Bandgapspannung,
Referenzströme).
Für einen testgerechten Schaltungsentwurf (DfT – Design for Test)
ist es wichtig, dass alle Layoutvarianten einem definierten Standard
entsprechen, der die Lage der HF- und Masse-Pins festlegt.
Damit wird es möglich, auf einer Hardwareplattform alle HF-Zellen
messtechnisch zu behandeln. Das Hardware-Setup erstreckt
sich dabei von der Anordnung der Nadeln bei Messungen on wafer,
über die Probecard bis hin zum PCB-Layout der Evaluationboards.
Diese unterscheiden sich letztendlich nur in der Bestückung
der externen Bauelemente bei einheitlichem Grundlayout
voneinander. Dieses Layout erlaubt die Evaluierung von LNAs,
Mischern, VCOs/PLLs bis hin zu PAs. Ein einheitlich definiertes
Interface zur Messtechnik wird so geschaffen.
Testaspekte frühzeitig einbeziehen
Durch die frühzeitige Einbeziehung von Testaspekten in den Design-Flow
wurde für die Mehrzahl der HF-Zellen ein ähnliches
Padlayout gewählt: Zwei HF-Ports an den gegenüberliegenden Seiten,
optional einen HF-Port „oben“ (zum Beispiel für den LO beim
Mischer beziehungsweise die geschirmte Kontaktierung der Abstimmspannung
beim VCO) und diverse DC-Pins zur Steuerung
und Stromversorgung der Schaltungen. Für den Einsatz auf PCBs
wurden SMD SO-16 Gehäuse verwendet. Für höhere Frequenzen
ist die Verwendung von QFN32-(5x5mm²) Gehäusen vorgesehen.
Als IC-Messfassungen können die im Produktionstest verwendeten
Testfixtures benutzt werden. Diese sind dort bereits bekannt
und in ihren Eigenschaften charakterisiert, womit sich die Lücke
zwischen Labormessungen und Produktion schließen lässt. So
können Bauelemente unterschiedlichster Technologien auf bekannter
und messtechnisch charakterisierter Hardware direkt miteinander
verglichen werden. Für die Messumgebung werden die
Entwicklungszeit und die Kosten deutlich minimiert.
Bauelemente detailliert charakterisieren
Um die Bauelemente detailliert zu charakterisieren, wurde ein Satz
von HF-Messungen in Labview implementiert. Die ersten Untersuchungen
dazu erfolgten manuell im Labor. Darauf aufbauend
wurde ein Programmsystem in Labview entwickelt, welches automatisierte
Messungen von vollständigen Wafern ermöglicht. Entsprechend
der Testspezifikation wurden verschiedene Arten von
Messungen implementiert. Dazu gehören S-Parameter-Messungen,
Spektralanalyse, Rauschmessungen, Transiente Messungen,
Großsignalmesungen und DC-Messungen.
www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 05 / 2012 63