Banc de test automatisé pour CODEC audio haute résolution

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"La programmation sous LabVIEW FPGA permet l’intégration directe des modules VHDL développés pour le composant lui-même, assurant une intégration sûre et rapide dans la solution de test."

- Christophe GAILLARD, Dolphin Integration

The Challenge:
Concevoir un banc de test automatisé pour des CODEC audio de haute résolution, intégrant des convertisseurs analogiques/numériques et des convertisseurs numériques/analogiques multi-canaux.

The Solution:
Développer une solution modulaire basée sur l’offre d’instruments PXI de National Instruments, nous permettant le multiplexage de signaux analogiques, la génération et l’acquisition de signaux analogiques et numériques, ainsi que le contrôle des composants par un bus I2C.

Author(s):
Christophe GAILLARD - Dolphin Integration

Dolphin conçoit des composants microélectroniques mixtes, vendus sous la forme de composants virtuels (licences d’utilisation dans un SoC). Ces circuits comportent une partie analogique, assurant l’interface avec les périphériques de l’application (microphones analogiques et numériques, haut-parleurs, casques d’écoute, etc.),  ainsi que les conversions analogiques/numériques et numériques/analogiques des signaux audio. Ce frontal analogique est associé à une partie logique assez complexe (plusieurs centaines de milliers de portes logiques) assurant le filtrage numérique des flux audio et le contrôle du composant par ses registres.

Caractériser des composants de test

La qualification de ces composants implique la conception et la caractérisation électrique de circuits de test, fabriqués dans des technologies CMOS submicroniques (40 nm et plus fin). Un nombre relativement important d’échantillons est nécessaire afin d’explorer les variances technologiques (les « corners » dans le jargon de la microélectronique), les dérives en température et en tension d’alimentation, ainsi que la robustesse aux décharges électrostatiques (ESD).

Toutes ces mesures sont comparées aux résultats obtenus en simulation grâce au simulateur mixte SMASH™ de Dolphin. Cette ultime étape de comparaison est au cœur même du processus nommé VFP, pour Virtual Fab Process, utilisé par Dolphin dans le but de produire des circuits robustes grâce à des simulations prenant en compte l’ensemble des variabilités liées au procédé de fabrication ou à l’environnement.

Des applications audio hautes performances

Les circuits à tester contiennent des fonctions audio de haute résolution, avec des C A/N et des C  N/A présentant des rapports signal/bruit de 100 dB+, et des linéarités meilleures que 0,003%. Ces caractéristiques impliquent une attention particulière lors de la spécification et de la conception du banc de mesure, puisque le bruit des instruments de mesure doit être inférieur à 20 µVeff dans la bande utile.

Par ailleurs, les circuits comprennent de nombreuses voies d’entrée et de sortie, avec des amplificateurs à gain variable. Le composant audio prévoit de nombreuses configurations possibles permettant de router et mixer les flux audio de manière programmable entre ses entrées et ses sorties, numériques et analogiques. Autant de chemins possibles pour les signaux, ayant chacun leur spécification fonctionnelle et leurs performances qu’il faut caractériser.

Une automatisation impérative

Chaque circuit est soumis à plus de 120 tests, compte tenu des variables environnementales et de la multiplicité des configurations fonctionnelles, soit plus de 2300 mesures pour une campagne de qualification complète. Il n’est, dans ces conditions, pas envisageable de gérer ces tests de façon manuelle, tant pour des raisons de productivité que pour des raisons de qualité des mesures.

Le principe de base pour l’automatisation d’un banc est de n’avoir aucune intervention manuelle sur la carte ou le banc pendant les mesures. Pour se faire, les diverses ressources analogiques, générateurs et instruments d’acquisition doivent être multiplexés afin de s’adapter à la configuration fonctionnelle en cours de test.

Par ailleurs, l’ensemble des instruments doit être calibré afin de ne pas avoir recours à des ajustements manuels pour, par exemple, adapter le niveau d’entrée au gain de la chaîne en cours de test.

Une instrumentation PXI incluant une carte FPGA

Le banc de test est basé sur l’architecture modulaire PXI de NI, et comprend un châssis PXI avec son interface MXI. Le multiplexage des voies analogiques est assuré par une matrice de commutation NI-2593, tandis que la génération et l’acquisition des signaux analogiques sont assurées par une carte NI-4461. Le banc comporte une carte d’alimentation NI-4410 ainsi qu’un multimètre NI-4071.

Le contrôle du composant par son interface I2C, ainsi que la gestion de l’interface I2S pour les données audio numériques, sont implémentés sur une carte FlexRIO NI-7952R, qui intègre un circuit FPGA. La programmation réalisée sous LabVIEW FPGA permet l’intégration directe des modules VHDL développés pour le composant lui-même, assurant une intégration sûre et rapide dans la solution de test.

10 minutes au lieu d’une journée en manuel

Le séquençage des différents modules de test a été écrit directement sous LabVIEW, et un fichier datalog est généré pour chaque circuit. Le temps de test actuel est inférieur à 10 minutes par circuit, alors qu’en mode manuel, les mêmes tests nécessitaient entre 6 et 8 heures !

Les données sont ensuite directement importées et traitées de manière automatique pour la génération d’un rapport de mesure préformaté.

Beaucoup d’optimisations sont encore possibles.

Octobre 2012

 

Author Information:
Christophe GAILLARD
Dolphin Integration
BP 65 – Inovallée
38242 Meylan
France
Tel: +33 (0)4 76 41 74 15
Fax: +33 (0)4 76 90 29 65
cga@dolphin.fr

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