GB/T 14031-1992 半导体集成电路模拟锁相环测试方法的基本原理

　　UDC 621.382 L 55

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 14031—92

　　半导体集成电路模拟锁相环 测 试 方 法 的 基 本 原 理

　　General principles of measuring methods of

　　analogue phase-loop for semiconductor

　　integrated circuits

　　1992-12-18发布 1 9 9 3 - 0 8 - 0 1 实 施

　　国 家 技 术 监 督 局 发 布

　　中华人民共和国国家标准

　　半导体集成电路模拟锁相环

　　测 试 方 法 的 基 本 原 理 GB/T 14031—92

　　General principles of measuring methods of

　　analogue phase-loop for semiconductor

　　integrated circuits

　　本标准规定了半导体集成电路模拟锁相环(以下简称器件或模拟锁相环)电参数测试方法的基本原 理 。

　　模拟锁相环与数字电路相同的静态和动态参数测试可参照GB 3439《半导体集成电路TTL 电路测 试方法的基本原理》。

　　模拟锁相环与运算放大器相同的静态和动态参数测试可参照 GB 3442《半导体集成电路运算(电 压)放大器测试方法的基本原理》。

　　1 总要求

　　1.1 若无特殊说明，测试期间，环境或参考点温度偏离规定值的范围应符合详细规范的规定。

　　1.2 测试期间，应避免外界干扰对测试精度的影响，测试设备引起的测试误差应符合器件详细规范的 规定。

　　1.3 测试期间，施于被测器件的电参量的精度应符合器件详细规范的规定。

　　1.4 被测器件与测试系统连接或断开时，不应超过器件的使用极限条件。

　　1.5 若有要求时，应按器件详细规范规定的顺序接通电源。

　　1.6 测试期间，被测器件应按器件详细规范的规定连接外围网络。锁相环处于闭环状态。

　　1.7 测试期间，被测器件应避免出现自激现象。

　　1.8 若电参数值是由几步测试的结果经计算确定的，这些测试的时间间隔应尽可能短。

　　2 参数测试

　　2.1 跟踪输入电压VITRA)

　　2.1.1 目的

　　在规定中心频率和规定频偏下，测试锁相环保持跟踪的最小输入电压。

　　2.1.2 测试原理

　　锁相环接成闭环，跟踪输入电压的测试原理图如图1所示。

　　国家技术监督局1992-12-18批准 1993-08-01实施

　　图 1

　　2.1.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合被测器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外围网络;

　　d. 压控振荡器外接定频电阻、定频电容。

　　2.1.4 测试程序

　　2.1.4.1 将被测器件接入测试系统。

　　2.1.4.2 接通电源。

　　2.1.4.3 调节调频信号发生器的输出，使交流电压表指示为零，调节压控振荡器外接定频电阻或定频 电容，使其中心频率在规定值f。上 。

　　f=f。+△fsin(2πfmt)(Hz) …………………(1)

　　式中：f₀—— 中心频率;

　　△f。——规定频偏;

　　fm—— 调制信号频率。

　　2.1.4.5 调节调频信号发生器的输出幅度，使锁相环进入跟踪(锁定)状态。用示波器在解调输出端观 察跟踪情况，调节调频信号发生器的输出幅度、使其由大到小连续缓慢变化，当环路失锁的一瞬间，交流 电压表指示的电压值，即为跟踪输入电压。

　　2.2 中心频率最大值fom

　　2.2.1 目 的

　　在无调频信号输入，压控振荡器输出波形的静态参数和动态参数均在规范值时，测试压控振荡器中 心频率的最大值。

　　2.2.2 测试原理

　　、锁相环接成闭环，无调频信号输入，使压控振荡器的控制电压恒定，压控振荡器处于中心频率工作 状态，中心频率最大值的测试原理如图2所示。

　　图 2

　　2.2.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合被测器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外围网络;

　　d. 压控振荡器外接定频电阻、定频电容。

　　2.2.4 测试程序

　　2.2.4.1 将被测器件接入测试系统。

　　2.2.4.2 接通电源。

　　2.2.4.3 调节压控振荡器的定额电阻、定频电容，使压控振荡器频率由低到高变化，同时监视压控振荡 器的输出波形，其输出电平，响应时间，占空系数均在规范值内。此时，压控振荡器能达到的最高频率即 是中心频率最大值。

　　2.3 中心频率偏差△f。

　　2.3.1 目 的

　　测试压控振荡器中心频率与设计值的相对偏离。

　　2.3.2 测试原理

　　中心频率偏离测试原理图如图3所示。

　　图 3

　　2.3.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合被测器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外围网络;

　　d. 压控振荡器外接定频电阻、定频电容。

　　2.3.4 测试程序

　　2.3.4.1 将被测器件接入测试系统。

　　2.3.4.2 接通电源。

　　2.3.4.3 用数字频率计读出实际频率值f。

　　2.3.4.4 按式(2)计算中心频率偏差：

　　………………………

　　(2)

　　式中：f—— 实测频率;

　　f₀——中心频率设计值。

　　2.4 中心频率温度系数af。

　　2.4.1 目 的

　　在规定工作温度范围内，测试单位温度变化所引起的压控振荡器中心频率的相对变化。

　　2.4.2 测试原理

　　中心频率温度系数测试原理图如图4所示。将被测器件置于恒温系统中。

　　图 4

　　2.4.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合被测器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度范围;

　　b. 电源电压;

　　c. 外围网络;

　　d. 压控振荡器外接定频电阻、定频电容。

　　2.4.4 测试程序

　　2.4.4.1 将被测器件接入恒温的测试系统。

　　2.4.4.2 接通电源。

　　2.4.4.3 在规定温度T₁ 下测出中心频率f。(T₁), 在规定温度T₂ 下测出中心频率f₀(T₂)。

　　2.4.4.4 按式3)计算中心频率温度系数：

　　……………………

　　(3)

　　式中：T₁ 、T₂——规定温度;

　　f₀(T₁)——T₁ 温度下的中心频率;

　　f。(T₂)—T₂ 温度下的中心频率。

　　2.5 中心频率电源电压灵敏度Ksvs

　　2.5.1 目 的

　　在规定工作电压范围内，测试单位电源电压变化所引起的压控振荡器中心频率的相对变化。

　　2.5.2 测试原理

　　中心频率电源电压灵敏度的测试原理图如图5所示。

　　图 5

　　2.5.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合被测器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压范围;

　　c. 外围网络;

　　d. 压控振荡器外接定频电阻、定频电容。

　　2.5.4 测试程序

　　2.5.4.1 将被测器件接入测试系统。

　　2.5.4.2 接通电源。

　　2.5.4.3 在规定电源电压Vs₁下测出中心频率f。(Vs₁)在规定电源电压Vs₂下测出中心频率f。(Vs₂)。

　　2.5.4.4 按式(4)计算中心频率的电源电压灵敏度：

　　………………………

　　(4)

　　式中：Vs₁ 、Vs₂-—规定电源电压;

　　f₀(Vs₁)——Vs₁ 电压下的中心频率;

　　f₀(Vs₂)—Vs₂ 电压下的中心频率。

　　2.6 三角波输出平均电压VAV(OT)

　　2.6.1 目 的

　　锁相环无输入信号时，测试压控振荡器的三角波输出电压平均值。

　　2.6.2 测试原理

　　三角波输出平均电压的测试原理图如图6所示。

　　图 6

　　2.6.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合被测器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外围网络;

　　d. 压控振荡器外接定频电阻、定频电容。

　　2.6.4 测试程序

　　2.6.4.1 将被测器件接入测试系统。

　　2.6.4.2 接通电源。

　　2.6.4.3 在压控振荡器三角波输出端，用电压平均值指示装置读出输出电压的平均值。

　　2.7 三角波输出峰-峰电压VPP(OT)

　　2.7.1 目的

　　锁相环无信号输入时，测试压控振荡器的三角波输出电压峰-峰值。

　　2.7.2 测试原理

　　三角波输出峰-峰电压的测试原理如图7所示。

　　图 7

　　2.7.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合被测器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外围网络;

　　d. 压控振荡器外接定频电阻、定频电容。

　　2.7.4 测试程序

　　2.7.4.1 将被测器件接入测试系统。

　　2.7.4.2 接通电源。

　　2.7.4.3 在压控振荡器三角波输出端，用峰-峰值指示装置，读出电压峰-峰值。

　　2.8 方波占空系数q

　　2.8.1 目 的

　　锁相环无信号输入时，测试压控振荡器的方波输出高电平脉冲宽度与方波周期之比。

　　2.8.2 测试原理

　　方波占空系数测试原理图如图8所示。

　　图 8

　　图 9 方波波形图

　　2.8.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合被测器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外围网络;

　　d. 压控振荡器外接定频电阻、定频电容;

　　e. 方波输出的负载条件。

　　2.8.4 测试程序

　　2.8.4.1 将被测器件接入测试系统。

　　2.8.4.2 接通电源。

　　2.8.4.3 调节定频电阻或定频电容，使被测器件的中心频率为规定值fo。

　　2.8.4.4 在压控振荡器方波输出端，用示波器在幅值的50%处测出方波高电平脉冲宽度tw 及方波周 期T 值(见图9)。

　　2.8.4.5 按式(5)计算占空系数：

　　…………………………

　　(5)

　　式中：tw——高电平脉冲宽度;

　　T- 方波周期。

　　2.9 解调输出直流电压VDCOD)

　　2.9.1 目的

　　锁相环无信号输入时，测试解调输出端直流电压。

　　2.9.2 测试原理

　　解调输出直流电压的测试原理图如图10所示。

　　图 1 0

　　2.9.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合被测器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外围网络;

　　d. 压控振荡器外接定频电阻、定频电容。

　　2.9.4 测试程序

　　2.9.4.1 将被测器件接入测试系统。

　　2.9.4.2 接通电源。

　　2.9.4.3 在解调输出端，用直流电压表读取直流电压，即为解调输出电压。

　　2.10 解调输出最大峰-峰电压VpP(OD)

　　2.10.1 目 的

　　测试锁相环作为调频解调器时的解调输出端最大电压峰-峰值。

　　2.10.2 测试原理

　　测试原理如图11所示。

　　图 1 1

　　2.10.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合被测器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外围网络;

　　d. 压控振荡器外接定频电阻、定频电容;

　　e. 调频输入信号中心频率和幅度;

　　f. 调制信号波形(正弦、方波、三角波)。

　　2.10.4 测试程序

　　2.10.4.1 将被测器件接入测试系统。

　　2.10.4.2 接通电源。

　　2.10.4.3 调节压控振荡器的中心频率为规定值f₀。

　　2.10.4.4 调节调频信号发生器的中心频率亦为fo, 使锁相环进入锁定状态

　　2.10.4.5 调节调频信号发生器的幅度到规定值。

　　2.10.4.6 调节调频信号发生器的调制信号幅度(即调节频偏)。同时，测量解调输出电压。解调输出电 压的最大值与最小值之差就是解调输出最大峰-峰电压。

　　2.11 解调输出电压幅度Vsw(OD)

　　2.11.1 目的

　　在规定中心频率和规定频偏下，测试锁相环作为调频解调器时的解调输出端电压峰-峰值。

　　2.11.2 测试原理

　　解调输出电压幅度的测试原理图如图8所示。

　　图 1 2

　　2.11.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合被测器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外围网络;

　　d. 压控振荡器外接定频电阻、定频电容;

　　e. 正弦调制的调频输入信号中心频率和幅度。

　　2.11.4 测试程序

　　2.11.4.1 将被测器件接入测试系统。

　　2.11.4.2 接通电源。

　　2.11.4.3 调节压控振荡器中心频率到规定值f₀。

　　2.11.4.4 调节调频信号发生器的中心频率亦为fo。

　　2.11.4.5 调节调频信号发生器的输出幅度到规定值，使锁相环进入锁定状态。

　　2.11.4.6 调节调制信号幅度使调频信号发生器的频偏为规定值。

　　2.11.4.7 在解调输出端测量解调输出电压峰-峰值，即为解调输出电压幅度。

　　2.12 解调输出全谐波失真度THD。

　　2.12.1 目的

　　输入正弦调频信号时，测试解调输出端的总谐波电压与基波电压有效值之比。

　　2.12.2 测试原理

　　解调输出总谐波失真度的测试原理图如图13所示。

　　图 1 3

　　2.12.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合被测器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外围网络;

　　d. 压控振荡器外接定频电阻，定频电容;

　　e . 输入调频信号中心频率、幅度、频偏;

　　f. 调频信号发生器的非线性度;

　　g. 调制信号的失真度。

　　2.12.4 测试程序

　　2.12.4.1 将被测器件接入测试系统。

　　2.12.4.2 接通电源。

　　2.12.4.3 调节压控振荡器的中心频率到规定值f。

　　2.12.4.4 调节调频信号发生器的中心频率为 f₀。

　　2.12.4.5 调节调频信号发生器的输出幅度到规定值，使锁相环进入锁定状态。

　　2.12.4.6 调节正弦调制信号幅度使调频信号发生器输出信号的频偏在规定值上。

　　2.12.4.7 用失真度仪在解调输出端读取全谐波失真度。

　　2.13 解调输出调幅抑制比AMR

　　2.13.1 目的

　　测试锁相环作为调频解调器时的调频解调输出电压与调幅馈通输出电压之比。

　　2.13.2 测试原理

　　解调输出调幅抑制比的测试原理图如图14所示。

　　图 1 4

　　2.13.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合被测器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外围网络;

　　d. 压控振荡器外接定频电阻、定频电容;

　　e. 调频信号的中心频率及调幅信号频率 fo, 即载波信号频率;

　　f. 输入载波电压幅度Vc;

　　g. 调频波频率fm;

　　h. 调频波频偏△f;

　　i. 调幅波的调幅度。

　　2.13.4 测试程序

　　2.13.4.1 将被测器件接入测试系统。

　　2.13.4.2 接通电源。

　　2.13.4.3 调节压控振荡器中心频率到规定值f。

　　2.13.4.4 调节调频信号发生器的中心频率亦为f₀。

　　2.13.4.5 调节调频信号发生器的输出幅度到规定值Vc, 使锁相环进入锁定状态。

　　2.13.4.6 调节频偏在规定值△f。

　　2.13.4.7 在解调输出端测量调频解调输出电压VeM。

　　2.13.4.8 向被测器件输入频率为fo, 幅度为Vc 的调幅波。

　　2.13.4.9 调节调制信号频率到规定值 fm。

　　2.13.4.10 调节调制度到规定值M。

　　2.13.4.11 在解调输出端测量调幅波馈通输出电压VAM。

　　2.13.4.12 按式(6)计算调幅抑制比;

　　式中：VPM——调频解调输出电压;

　　VAM——调幅解调输出电压。

　　…………………………

　　(6)

　　附 录 A

　　参数符号对照表

　　(补充件)

　　附加说明：

　　本标准由全国集成电路标准化分技术委员会提出。 本标准由上海元件五厂负责起草。

　　本标准主要起草人崔忠勤、张家昌。