基于NI 655x的半导体BER测试方法-part I

硬件: Digital I/O (DIO)>>High-Speed Digital I/O

问题:

在半导体芯片领域，误码率测试（Bit Error Rate Testing, BERT）是一项重要的指标，NI公司的BERT是如何实现呢？

解答:

在半导体芯片数字测试中，误码率（BER）是衡量在规定时间内半导体芯片处理数字数据的精确性指标，其计算方法是：

误码率 =误码/总码数*100%

通常情况下，半导体芯片的误码率测试需要给芯片一个数字序列作为激励信号，然后接收芯片输出的响应信号，ATE（Automated Test Equipment）将响应数据与待比较数据进行实时硬件比较，并计算误码率。

半导体芯片数字测试在与DUT通信过程中，需要发生或接收不同速率、不同逻辑电平的"0"和"1"序列，这要求数字测试设备同时具有双向通信的功能，并且支持灵活的选择DIO的逻辑电平。NI 655x 系列HSDIO板卡具有双向通信控制和实时硬件比较两大功能，因此，可以满足数字芯片测试的要求，能够组建完整的数字激励-响应测试系统，实现误码率测试（BERT）。

NI 655x 支持6种数字逻辑状态，不仅包括"0"、"1"、"Z"，还支持比较状态"L"、"H"、"X"，"H"表示把响应数据与逻辑High比较，"L"表示把响应数据与逻辑Low比较。通过对比较状态的支持，NI 655x可以实现实时硬件比较功能，具体如下表所示：

表1 NI 655x 支持的数字逻辑状态

	Logic State	Drive Data	Expected Response
Drive States	0	Logic Low	Don’t Care
	1	Logic High	Don’t Care
	Z	Disable	Don’t Care
Compare States	L	Disable	Logic Low
	H	Disable	Logic High
	X	Disable	Don’t Care

实时硬件比较功能在NI 655x板卡内部是通过板载PFGA实现的，如下图：

BER测试中，接收到的响应数据与待比较数据之间的同步至关重要，这样才能保证硬件比较的正确性。NI 655x可以将时钟信号和触发信号路由出来，如下图：

在数字激励-响应测试系统的实施过程中，测试设备输出的激励信号通过线缆至DUT，DUT输出响应信号再次返回测试设备需要一定的时间，该时间称为RTD（Round Trip Delay）。只有消除掉RTD的影响，才能保证硬件比较的同步性。

第一种方式（Source Synchronous）是将激励信号生成的触发信号和时钟信号路由出来，采用与数据链路等长的线缆，使其具有相同的RTD时延。Data Active Event反映激励信号的开始时刻，可以作为触发信号使用。例如，可以将Data Active Event由PFI 1路由至PFI 2，配置为采集任务的开始触发，生成任务的采样时钟信号由DDC CLK OUT路由至STROBE，作为采集任务的采样时钟，选择合适的等长线缆保证数据链路和同步链路的时延相等，即可实现同步的硬件比较。

第二种方式（Round Delay）在板卡内部直接设置Data Active Event的时延时间，并不需要外部附加的硬件连接。这种方法必须知道整个链路的RTD时延，一旦获取到该时间，便可以直接通过属性节点设置Data Active Event的时延，板卡会内部路由该触发信号，并延时相应的周期数。

这两种方法均可以很好地实现基于NI 655x板卡实时硬件比较的BER测试。第一种方法适用于内部时延较小的DUT，以及芯片内部可以路由或生成时钟信号和触发信号的DUT，可以实现精确的数据同步；第二种方法适用于芯片内部时延为固定数值的DUT，可以先获取RTD的数值，直接在程序中设置时延，继而完成数据同步。这两种方法均可以在LabVIEW和SignalExpress中实现，下面会分别介绍两种方式的编程方法。

Source Synchronous方式

v LabVIEW

首先，利用Digital Waveform Editor（DWE）软件生成激励-响应数据，可分别生成两个HWS文件，也可以在同一个HWS文件中配置不同通道为激励信号和响应信号。

然后，在程序框图中创建两路生成和采集的HSDIO任务，作为激励信号和响应信号的生成和采集。并按照以下步骤完成配置工作：

Step 1：BER测试要求生成和采集任务必须同步，因此，将生成任务的采样时钟路由至Digital Data and Control Connector (DDC) ClkOut；外部硬件连接DDC ClkOut与STROBE；

采集任务的Sample Clock配置为Strobe；

Step 2：生成任务和采集任务之间需要开始触发信号，将Data Active Event作为触发信号路由至DDC PFI 1，外部硬件连接PFI 1和PFI 2；

Step 3：设置PFI 2为采集任务的开始触发；

Step 4：若要使用NI 566x的实时硬件比较功能，需要使用niHSDIO属性节点进行设置。同时将生成任务和采集任务的Hardware Compare Mode属性设置为"Stimulus and Expected Response"或" Expected Response Only"均可以开启实时硬件比较功能；