应用于ATE测试的单端输入差分输出的时钟驱动方法与流程

本发明涉及集成电路测试领域，尤其是使用自动测试设备(ATE)MicroFLEX进行高速高精度的模数转换器(ADC)AD6645测试时所涉及的单端数字信号输入差分数字信号输出的时钟驱动电路。

背景技术：

差分信号具有抗干扰能力强，有效抑制电磁干扰，时序定位准确的优点，差分数字信号不易出错，可以避免因校验出错引起的重发，从这个意义上说差分信号传输速率更高，所以很多ADC的时钟信号都采用一对差分信号，当输入为单端信号时，需要采用单端转差分的电路将单端信号转换为差分信号，再输入到ADC的差分时钟输入管脚。

AD6645是一款高速高精度的14位ADC，采样率为80MSPS，在测试这款器件时，需要对该器件输入一对差分时钟驱动信号，幅度大于0.4Vpp，动态测试时差分输入信号的频率要求为80M。

MicroFLEX测试系统有288个数字通道，数字测试最高频率100MHz，每个通道向量深度4M，可以同时测量单个被测器件所有数字管脚或多个器件并行测试的直流参数；20路中小功率V/I源和测量通道DC30(0～30V)，电压驱动和测量精度0.05％，电流驱动和测量精度0.1％。其中的HSD200(high speed channel)可以提供最高32位200M的单端数字信号，但是无法直接提供差分的数字信号。

专利号CN 104333387A，专利名称为一种单端输入的差分AD转换器电路校正方法，提出一种单端输入的差分AD转换器电路校正方法，针对采用差分A/D转换器的单端输入数据采集系统中，由于单端输入差分输出转换电路中输入电阻R1、反馈电阻Rf的阻值存在偏差，降低了采样精度的问题；提出了一种提高差分A/D转换器转换精度的校正方法。该专利是针对ADC的模拟输入端的差分模拟信号，并不是差分的时钟信号，而且该专利也并没有涉及如何在ATE测试ADC的环境下实现单端转换差分数字信号的相关电路和方法。

技术实现要素：

本发明为解决MicroFLEX在测试AD6645过程中无法直接提供差分数字信号作为时钟驱动ADC的问题，进而提供了一种将MicroFLEX直接输出的单端数字信号转换为差分数字信号作为时钟驱动的电路和方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种应用于ATE测试的单端输入差分输出的时钟驱动方法，使用差分放大器THS4503及其外围电路，将MicroFLEX产生的单端数字信号转换为AD6645所需要差分数字信号，步骤如下：

步骤一：根据ATE产生单端数字信号的幅度范围和带宽，确定所需要的差分放大器的增益和带宽；

步骤二：反馈电阻和增益电阻阻值的计算，如果信号源有阻抗，还要进行阻抗匹配；

步骤三：根据差分放大器的工作原理进行外围电路设计；

步骤四：通过MicroFLEX的IG-XL软件编程来产生和控制信号。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

在ATE测试ADC的过程中直接使用ATE自带的数字信号源和捕获(DSSC)，不需要另外添加仪器仪表，降低了测试成本和复杂程度，差分放大器THS4503价格便宜，增益可调，应用电路简单，实现容易。

附图说明

图1是本发明的通过差分放大器THS4503实现ATE的单端信号转换成差分信号的流程图；

图2是本发明中涉及的差分放大器THS4503的外围电路图中阻值计算的示意图；

图3是本发明采用THS4503将MicroFLEX的单端数字信号转换为AD6645所需要的差分时钟信号的系统电路图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

结合图1，本发明实施例的一种应用于ATE测试的单端输入差分输出的时钟驱动方法，包括以下步骤：步骤一：根据ATE产生单端数字信号的幅度范围和带宽，确定所需要的差分放大器的增益和带宽，从而进一步确定差分放大器的反馈电阻值和增益电阻值。

步骤二：反馈电阻和增益电阻阻值的计算，如果信号源有阻抗，还要进行阻抗匹配。

如图2所示，在信号源阻抗Rs为50Ω的情况下，方程1到4给出了全差分放大器阻值的计算，目的是为了得到平衡方程。

其中R2，R4为反馈电阻，R1，R3为增益电阻，Rs为源阻抗，R_T为终端电阻，Vs为源输入电压，V_OD为差分输出，V_IN为差分输入，β₁为差分正输出端的电压与负输入端的电压的比，即V_out+/V_n，β₂为差分负输出端的电压与正输入端的电压的比，即V_out-/V_P，K为常数，没有具体意义。

步骤三：差分放大器外围电路的设计。

如图3所示：反馈电阻R2一端与THS4503的管脚4相连，一端与管脚1相连，增益电阻R1一端与管脚1相连，一端与地相连。反馈电阻R4一端与管脚5相连，一端与管脚8相连，增益电路R3一端与管脚8相连，一端与MicroFLEX的仪表HSD200的数字通道相连。隔离电阻Riso1一端与THS4503的管脚4相连，一端连接AD6645的ENC管脚，Riso2一端与THS4503的管脚5相连，一端连接AD6645的管脚

增益电阻R1和R3以及反馈电阻R2和R4的选择在很多方面都会影响电路的性能。THS4503是一个电压反馈型的结构，所以电阻值的选择对带宽的影响不大，这点与电流型结构的不同。然而，电阻的选择有二级影响。在更高的增益应用中(增益大于2)，反馈电阻值对高频性能的影响不大。

步骤四：通过MicroFLEX的IG-XL软件编程来产生和控制信号。

正如前面所述，本发明是为了解决在使用MicroFLEX进行AD6645测试时，由于AD6645需要差分的数字信号作为时钟驱动，而MicroFLEX无法直接提供差分数字信号的问题，方法是采用全差分放大器THS4503，将MicroFLEX能够直接提供的单端数字信号转换为差分的数字信号来驱动AD6645。

下面结合图3，详细描述在MicroFLEX测试AD6645时，采用THS4503将MicroFLEX仪表HSD200产生的单端信号转换为差分信号的具体实施电路和方法。

本实施例所涉及的整个电路包括混合电路测试系统MicroFLEX(其中涉及的仪表有3路DC30、一路HSD200)、全差分放大器THS4503及其外围电路、AD6645，由于本发明不涉及AD6645的测试，只关注AD6645所需要的差分时钟信号的产生，所以这里只给出了ENCODE差分时钟信号输入管脚，省略了其它管脚。

在本实施例中，MicroFLEX的Driver Termination Modes设置为largeswing-Hiz模式，源阻抗可以忽略不计，这样阻值的计算就比较简单了，同时，HSD200可以提供-1到6V的幅度范围，所以THS4503的增益为1就可以满足差分信号的幅度要求，尽量选择精度高，温漂低的电阻，反馈电阻R2一端与THS4503的管脚4相连，一端与管脚1相连，增益电阻R1一端与管脚1相连，一端与地相连。反馈电阻R4一端与管脚5相连，一端与管脚8相连，增益电路R3一端与管脚8相连，一端与MicroFLEX的仪表HSD200的数字通道相连。隔离电阻Riso1一端与THS4503的管脚4相连，一端连接AD6645的ENC管脚，Riso2一端与THS4503的管脚5相连，一端连接AD6645的管脚这里增加了隔离电阻是因为高速放大器是不适合驱动电容负载的，根据AD6645的产品手册，ENCODE输入是有差分电容负载的，25℃时的差分输入电容为2.5pF，所以在差分放大器的输出端采用隔离电阻，10～25Ω是一个比较好的选择，更大阻值的隔离电阻将会减小频率响应的峰值。

MicroFLEX有20路DC30，每一路可以提供最高30V的电压，这里使用其中的三路。第一路DC30-1连接THS4503的管脚3，提供THS4503所需要的正电源电压，C1和C2是正电源的去耦电容，它们并联后一端与电源管脚相连，一端与地相连。第二路DC30-2与THS4503的管脚2(Vocm)相连，提供共模电压，电容C3一端与Vocm管脚相连，一端与地相连，这个电容主要是滤掉可能通过Vocm电路进入到信号路径的高频噪声，建议选用0.1uF或者1uF的电容。第三路DC30-3连接THS4503的管脚6，提供THS4503所需要的负电源电压，C4和C5是负电源的去耦电容，它们并联后一端与电源管脚相连，一端与地相连。这里要注意去耦电容C2和C5的极性方向不要接反。去耦电容尽可能的靠近电源管脚，可以减少电源和地之间的电导，电容C1和C4要比电容C2和C5更靠近电源管脚。

MicroFLEX的软件IG-XL由很多Excel表格组成，其中的pin level用来设定HSD200产生的单端数字信号的输入高低电平，TSB用来设定这个信号的样式以及相关的时间设定，最后通过pattren来控制和产生这个信号，这个信号再由THS4503转换成差分信号来作为AD6645的时钟信号驱动。

本专利并不局限于ATE测试ADC这个使用环境，也并不局限于使用THS4503这一种差分放大器，本方法适用于所有无法直接提供差分数字信号的ATE机台或信号源，在被测器件需要差分数字信号驱动的情况下，可以根据差分信号的频率和性能要求选择相关的差分放大器来实现单端数字信号转换为差分数字信号。