芯片音频参数智能测试方案设计实现

摘要：随着市场对语音电子产品性能指标的高标准严要求，提高语音电子产品的性能指标已经引起芯片生产商的高度重视。针对信噪比（SNR）与总谐波失真加噪声（THD+N）等音频参数使用专业仪器测试成本高、速度慢及连接复杂等种种弊端，文章提出了一套芯片音频参数测试方案，并通过样机实验数据对比，验证了该方案具有性价比高、速度快、操作简便等优点，测试的产品经过质检部门和客户的验证，达到了使用要求，从而为公司节省大批测试设备购置费用和维护成本。

关键词：芯片；音频参数；SNR；THD+N；智能；测试方案

1芯片音频参数的智能测试方案的阐述

音频参数的智能测试方案，主要由硬件电路、软件系统与Handler（自动电脑机板测试IC分选机）构成。硬件设计主要采用外挂D/A转换器给被测芯片输入一个标准的模拟参考信号；软件系统设计主要采用了快速傅里叶变换（FastFourierTransform）技术，即利用计算机计算离散傅里叶变换（DFT）的高效、快速计算方法的统称，简称FFT；机械手主要通过TTL接口与测试装置通信，自动区分良品与不良品。该芯片音频参数的智能测试方案主要针对大批量生产中芯片信噪比（SNR）与总谐波失真+噪声（THD+N）的测试，该装置可实现（SNR）≥90dB，（THD+N）≤-60dB的指标测试。各项功能检测流程包括：Handler开机→机械手自动抓取芯片→自动检测并计算信噪比（SNR）与总谐波失真+噪声（THD+N）的数据结果→历史音频参数信噪比（SNR）与总谐波失真加噪声（THD+N）数据自动存储和查询→依据测试数据的比对，自动判断结果→Handler自动区分良品与不良品。

2芯片音频参数智能测试方案的实现

2.1测试方案流程（如图2）

2.2测试原理

此插图中黄色部分，是测量的核心。使用到了傅里叶变换算法，可以快速分析出A/D变换后的数据，其幅度、频率分布等信息。和已知的频率数据比对，据此可以知道产生了多少谐波、多少衰耗、多少增益、失真度等数据。

2.3测试结果

音频参数信噪比（SNR）与总谐波失真加噪声（THD+N）的智能测试装置，其装置可实现（SNR）≥90dB，（THD+N）≤-60dB的指标测试。2.3.1（THD+N）（A计权、HIGH=20HzLOW=48KHz）2.3.2SNRA（计权、HIGH=20HzLOW=48KHz）

2.4测试方案简述

（1）先由Handler自动开机，Handler的机械手自动抓取待测芯片插入芯片工装座（SOCKET）插座中，Handler给RKSOC主板发一个Start信号。（2）RKSOC主板首先给FPGA上电，然后再给被测芯片上电。（3）FPGA发出一组I2S信号给D/A转换器（PCM1794），D/A转换器（PCM1794）输出Audio模拟信号给被测芯片。被测芯片Audiocodec通过IN1L/IN1R跟MIC1N/MIC1P这两组录音通道分别进行录音。被测芯片录音后的数据由被测芯片I2S接收，等codec工作稳定后取一部分数据做FFT分析，计算出频域上的数值，然后再把频域上的值计算音频指标，计算出来的结果与设置的卡控范围（结合被测芯片datasheet与AP分析仪测试结果的指标）进行对比。根据离散傅里叶变换（DFT）的高效、快速计算方法（简称FFT），得出以下公式：SNR=10log10信号能量/噪声能量THD+N=10log10（谐波能量+噪声能量）/信号能量计算出信噪比（SNR）与总谐波失真加噪声（THD+N）的数据结果，其方案可实现（SNR）≥90dB，（THD+N）≤-60dB的指标测试，通过串口通信反馈到RKSOC主板去判断。这里主要先通过预设测试的范围值，如果芯片的测试结果在卡值的范围内，合格就Pass，相反不合格就Fail。其录音工作流程如图9所示：（4）最后RKSOC主板将测试结果反馈到handler，handler通过TTL接口和串口与测试装置通信，用HardBin与Softbincode自动区分良品与不良品，再将测试结果存储并打印测试报告。测试完毕，关断被测板电源，给测试板上的残余电荷放电。测量一块芯片信噪比（SNR）与总谐波失真加噪声（THD+N）数据的测试耗时5s/片。

3基于芯片音频参数智能测试装置的优势

（1）成本低，大约两万元左右，可替代传统高价位的AP分析仪，传统的测试装置是挂一台或多台AP分析仪，配合机台和程序，自动化测试，占地面积大，此方案设计减少占地面积及设备成本，可实现一台Handler挂多台测试装置，目前最多可以挂16台智能测试机，大大减小了占地面积与仪器成本，原本分析仪一套方案要12万元左右，现在一对一智能测试方案就可以节省10万元左右。按16台计算，一套方案可以为公司节省160万元。（2）机械手自动分类好坏芯片，有效避免人工分类芯片易出错带来的不利，解决人工测试注意力不集中的问题。测试效率高，不污染芯片，稳定性好。（3）检测步骤简单，信噪比（SNR）与总谐波失真加噪声（THD+N）参数的测试时间5s/片，与传统仪器参数的测试时间30s/片相比，大大缩短检测时间，实现快速检验，产品质量经过质检部门和客户的验证，达到了后续使用要求，按照公司产品年产量计算，此套设备可以为公司一年节省近500万元左右。

4结束语

本文主要针对音频参数信噪比（SNR）与总谐波失真加噪声（THD+N）在仪器中测试速度慢、设备及人工成本大等种种弊端，研发一款基于芯片音频参数信噪比（SNR）与总谐波失真加噪声（THD+N）的智能测试装置，其装置可实现（SNR）≥90dB，（THD+N）≤-60dB的指标测试，通过对本装置结构、设计、功能及测试方案的研究，实现对芯片音频参数信噪比（SNR）与总谐波失真加噪声（THD+N）参数的快速检验，可及时排查芯片在设计与制程中出现的问题，减小损失，降低设备及人工成本，提高生产效率，大幅度提高芯片的产能与芯片产品质量，在未来的芯片生产测试领域里，值得芯片生产商大力推广。

参考文献

[1]刘梅英.论SOC芯片的系统级测试[J].通讯世界，2019，26（10）：79-80.

[2]林福珍.芯片的封装测试技术与讨论[J].通讯世界，2019，26（09）：45-46.

作者：黄美莲 单位：瑞芯微电子股份有限公司