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音频IC测试将面临新挑战

音频IC测试将面临新挑战

点击数:7640 次   录入时间:03-04 11:43:15   整理:http://www.55dianzi.com   元器件检测

  问题还不止如此。如果你知道要寻找的是什么目标的话,与有经验听众的互动经常会发现无法完美测量听音问题(见附文“可以测量吗?”)。对于那些持声音完全无理性观点的听众,他们不仅认为盲测的可再现性,而且认为测量中实际揭示内容的可回溯性。这些经验都更增加了特性描述过程的复杂性。

  结果,特性描述过程趋向于提供一种听者开始将其与某个制造商关联的“声音”。在有些情况下,供应商努力使声音发干,或更中性。TI 的高级应用工程师 Fred Shipley 说:“我们寻求干声,尽可能地与价格点一致。这样,我们的客户就可以使用自己的数字信号处理和板级模拟设计,创造出有他们自己特性的声音,而不必用我们的。”Shipley 补充说,为这种 TI 干声作芯片特性描述的过程中,相当一部分时间花在听音室中,即由公司的金耳朵们评判 TI 参考设计中的芯片。

  当 SoC 是板级设计时,最后声音的责任就落在了芯片设计者身上。并且声音可能更多地考虑市场因素,而不是规格因素。PortalPlayer 的 Mora 观察到:“你还需要经验性测试。对听众来说,‘正确’的声音还有依赖于他们的文化和聆听习惯。例如,总体来说,亚洲市场倾向于偏好强调频谱中的高频部分。欧洲则认为平坦的频响和较高的音量更加自然。”

  因此,特性描述究竟是定量还是定性?Audio Precision 主席兼共同创始人 Bruce Hofer 说:“我两边都支持。一方面,可以有能听到但普通特性描述过程无法表示的事情。例如,PC 声卡。传统测量可能表明一块声卡的性能出众,但当 PC 很忙时,软件会跟不上,造成非常明显的一次中断。另一方面,我确实相信,如果能听到什么东西,我们就应能测量它。”

制造测试

  如果特性描述是一个复杂的问题,SoC 领域制造测试就可能是一场恶梦。LSI Logic 工程人员 Marcel Tromp 解释说:“这里主要的问题是你要试图保证一个部件的质量,而你总共只有 5.5 秒的测试时间。”总时间预算尚不足以完成特性描述平台上例行的几项独立测试,更不用说对模拟输出的彻底测试了。一片家庭影院 SoC 可能有十几个输出。还有个问题是现实的制造测试环境,以及客户测试要求的变动。Wolfson 的 Frith 感叹道:“有些客户几乎忽视了芯片提供出色声音质量的能力,只要输出正常就行。也有其它人,如日本的系统制造商和汽车行业,他们什么都测。”Hayes 补充说:“我们有些客户只在生产线末端放一台示波器,还有些客户则用 Audio Precision 箱把进厂的芯片全测一遍。”

  完成制造测试正在成为一种挑战(图 2)。Frith 称,测试一个 24 b、192k 采样音源的模拟信号就要用最好的 Teradyne 混合信号测试仪,涉及能测的所有动态范围(更有挑战性的是所有噪声裕度)。少量大动态范围信号卡意味着工程师将顺序地测试模拟输出,而不是采用并行方式。但即使这样,这也可能不是最严重的问题。Hofer 说:“在这一等级上,研发部门倾向于规定整体测试环境。但这在今天第三方测试室中变得很困难,因为距离和文化都是障碍。在中国,我看到很多设备上都找不到用于测试系统实际接地的第三根线。”这对于在最佳情况下也有很高电气噪声的环境无疑非常可怕。

  于是可测试设计成为一门艺术。特性描述工程师必须与测试工程师一起寻找最少测试数量(实际的测试设备有在预定时间内完成工作的能力),这样才存在芯片满足客户期望的最大可能性。只有经验,对于音频的深厚知识,以及好运才能实现这个目标。LSI 的 Tromp 说:“确定一组量化测试本身正在成为一个技术性的工作。你怎么样把好的和坏的非量化概念带入工程领域?对视频也有相同的问题,那时的终极裁判是观众。但至少在视频情况下,如果什么东西看着不对头,你就可以停在该帧作检查。”

  不过,还是有一些来自专家的提示。Hofer 声称:“测试问题主要来自路由选择和可取性。可取性是关键。例如,如果你有一个片上 DAC,你需要能够接近它的两侧。否则,你只是测量了端至端的子系统,而不知道里面发生了什么。”

  这个问题使得可取性成为高端音频的一个关键技巧。工程师需要引出 SoC 的测试点。但这些测试信号路由就如同路由实际模拟输出一样关键,否则数据也几乎是无用的。当你用110dB动态范围作测量时,串扰、有高噪声本底的模拟复用器,以及其它看似不重要的事情都可以摧毁一个模拟节点的可视性。

  有意思的是,数字自测的概念在这里可能也很重要:即与功能测试相对的结构测试。假定没有足够的时间完整测试一个精密音频输出的功能,设计者必须知道可能的失效方式,在设计芯片时帮助检查之。TI 公司从事 D 类放大器的 Shipley 说:“我们很幸运,自己的员工在第二阶滤波器前一直是用数字信号”(图3)。“但即使如此,我们也要根据对电路的理解,掌握模拟信号返回数字架构时发生的事情。测试仪测出芯片上的开关波形,你必须能够知道它如何影响客户的听觉。”

  最后,可测性制造过程成为 SoC设计者和测试系统之间的一个协同工作。用测试系统完成一些特定测试,并且找到该芯片驱动一对耳机或Brand X的D类放大器的方法。这不是一个小的挑战,但听音室里有高端音频质量的终极裁判,SoC设计和测试工程师都必须直面这一挑战。

附文:可以测量吗?

  一个训练有素的聆听者可以听出很多种人造声,它对传统的音频特性描述过程是完全透明的,这是音频工程师的不幸。也许有些例子可以解释这些微妙之处,设计者必须在听音室和特性描述平台之间做出公断。

  一个例子是 Wolfson 的进展。平台测试表示一款器件很出色,它有很宽的动态范围和低失真。但聆听者却说音场不精确。进一步研究表明,问题的原因来自于 FIR(有限脉冲响应)滤波的数字滤波器算法。最常用的算法可在频率域中完成精准的工作,工程师在频域中检查滤波器的响应。然而,时域中对脉冲响应的观测表明,响应定位于脉冲的中心(而不是轨上)。换句话说,发生了预先振铃。这种结果干扰了人类耳朵跟踪来自扬声器的声音之间的空间关系 ,需要一种新的 FIR 算法。

  在另一个例子中,高精密 DAC 的加扰算法在循环中出现了问题,造成随机(听不见的)尖峰,组成可听得见的重复序列。传统特性描述不能揭示这种问题,但对一个长数据序列的精心线性测试则能做到。

  你甚至还必须尊重那些难以置信的听音室结果。这一方面特别敏感,因为很多工程师认为,一些聆听者声称听到的东西要么无法重复,要么不存在。但是,只因为看似怪异而否定一个听音结果也是轻率的做法。

  TC Applied Technologies的首席执行官Morten Lave提供了下面这个例子:一个聆听测试比较了使用一台CD播放机、放大器和扬声器组合的音频质量,它们分别使用RCA插头模拟互连方式,和一个通过光纤的S/PDIF(索尼/飞利浦数字接口)接口。聆听者报告说,模拟连接的声音质量较好。测试报告推论,这一发现是模拟声优于数字声的又一证据。Lave开始忽略了这个结果。

  但经过仔细查看,他发现研究者进行了一次盲测,此时聆听者并不知道他们正在听的是什么系统,而结果还是一样。因此,工程师进一步研究发现,在 S/PDIF 光链接的光换能器上升和下降时间上存在着可测的差异。这种差异造成了与数据有关的抖动,而在 DAC 的另一端就成了可听的成份。Lave 说:“我信任盲测,但它并不总能说明问题。”



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