另外,在硅片建立以及制造时,对于磁盘组件的谐波分析还有一些有用的方法。
芯片中实际上包含了 Dati 所说的“一种低等级频谱分析仪,如一个 FFT 引擎,但简化为只观察某些特定频率,因此比通用频谱分析仪要简单”。测试仪器的谐波分析有很多有价值的目的。例如,查看不应存在的特定频率,可以检测并量度磁头/介质子系统的非线性。另外,通过查看频率包络,可以估计出磁间隙,即磁头在介质上的高度。Dati 解释说:“今天的磁盘必须这么做。因为,如果你不测量和调整磁头高度,普通大气压差就可能造成磁头损毁。”
一台频谱分析仪似乎是一个大型仪器,不可能在没有影响情况下插入一个成本高度敏感的芯片中。但 Dati 称,事实上“接收器正在越来越庞大,以致于很容易在设计中隐藏一些测量仪器电路。”
这种意见可能是片上测试仪器未来的一个良好说明。随着芯片变得越来越复杂,不仅对片芯上的仪器存在着需求,而且还有更多探索功能电路的机会,从而快速地将模拟测量转到数字域中。并且现在有更多的空间可以隐藏一个相当复杂的块,如经过修改的 FFT 引擎。
下一步可能是看数字域发生了什么事:将模拟测量从分属芯片不同部分的时域和频域提取出来,以提供一个混合信号系统完整状态的图像。只有采用这种片上工具,才有可能证明调试下一代复杂芯片的可能性,并在其完全运行以后保持不断改进。
附文:MEMS 加速度计也需要测试仪器
MEMS(微机电系统)加速度计具有精确、低功耗和低成本的特点,正在使一系列应用得到彻底变革。汽车安全气囊的保险、计算机输入设备的姿态与运动传感器,以及汽车姿态控制系统的传感器等,这些都是大量例子的一部分。

加速度检测元件通常是差动电容,电容的一个极板被硅弹簧悬挂在其它两个上方。加速度造成被悬挂极板的偏移,从而改变了两个电容极板之间的相对电容,于是也改变了通过信号的相对幅度。正确设计与制造的这类结构实体是敏感的、精确的和耐久的。但它们需要校准。施加电压的变化与环境温度都可以改变器件的灵敏度,并且每个传感器在 0g 时都有一个偏移读数,用户必须作测量。
Analog Dev
ICes 的业务发展经理 Bob Scannell 说,在大批量应用中,这个需求不成问题。如果使用数十万个或数百万个传感器,建立一种校准工具不会有很大成本,工具连接着传感器,并在一个温度室内用预知速率对它们作校准。但是,对于工业领域中的较低批量应用,用片上测试仪器对器件作预先校准就很有意义了(图 A)。Scannell 说:“预校准消除了使用的障碍。”
例如,在 MEMS 器件中嵌入一个温度传感器和一个微控制器,供应商就可以预先装载温度补偿表,使芯片立即去除由于温度造成的变化。同样,固件可以使芯片经过一个自动归零过程,建立一个系统中的基准水平面,为 MEMS 结构提供电子激励,并将输出与一个已知基准作比较,完成一次快速的合格/不合格测试。
在这些例子中,都值得为硅片上测试仪器做投入,这不仅是因为没有其它方法能够完成测量或降低昂贵的测试成本,也是为了让器件更容易使用,从而打开新的市场。