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前言

为什么集创赛要报信诺达杯呢？因为看错了。画着版图导着管，突然就被赛事联系人抓走了

前段时间终于把信诺达杯的初赛方案交上去了。这个赛题是我和队友一起从无到有、摸爬滚打，才逐渐摸清的，简单说一点心得吧。

赛题分析

MT8880是具有MPU和IO接口的可以进行编码和译码的DTMF收发机芯片，通过数据总线和使能信号，在时钟沿对内部寄存器进行读写，可以实现功能模式的转换和数据收发的时序控制。

在发送模式中，通过数据总线写入发送寄存器中的数据，在经过数模转换器后产生对应的DTMF信号，内部行列计数器可以精准定时传输脉冲串信号。

在接收模式中，经过输入端差分放大器对输入的DTMF进行采样，经过滤波器和检测装置的解码，在迟滞电路中产生迟滞信号，输出信号中断，并在接收寄存器存储译码后的数字信号。

同时，通过对控制寄存器进行改写，可以实现在接收模式，单音发送模式，双音多频发送模式，突发模式，暂停模式等模式间进行切换。

这是一片数模混合芯片，需要测试的参数繁多，且功能测试复杂。因此，秉持“由易入难”的思想，先分析数字方面会比较简单。

比赛用的DIP-20封装引脚图

数字部分

数字部分要测的参数为：VOLO、VOHO、IOZ、IIZ、Data Bus（IOH和IOL）、EST（IOH和IOL）、nIRQ/CP（IOL）。我们先来解读一下。

参数 定义 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位
VOLO 振荡电路工作时输出信号低电平时的输出电压 空载 0.1 V
VOHO 振荡电路工作时输出信号高电平时的输出电压 空载 VDD=5V 4.9
IOZ 即IRQ脚在高阻态，外加一定电压下，
向芯片内输入的电流		 VOH=2.4V 1 10 uA
IIZ 是数据总线、CS、RS0、RW和Phi2数字信号输入引脚
在输入不同信号时漏电流		 VIN=
VSS to VDD
IOH 数据总线拉电流[1] VOH=2.4V -1.4 -6.6 mA
IOL 数据总线灌电流[2] VOL=0.4V 2.0 4.0

既然参数的含义明确了，那就一步步来测试吧。

VOHO/VOLO

这两个参数是晶振相关的。有个很奇怪的问题：既然这两个引脚接晶振，那它们应该都是输入端，为何会有电压的测量？

实际上，这两个引脚是作为IO引脚的，既可以输入也可以输出。在手册里并未讲，但通过外接高电平之后测量芯片引脚的方法可以测试出，OSC1和OSC2永远是反相的。也就是说，OSC1输入高电平，OSC2必定输出低电平。 为什么要这么设计？个人猜测是因为晶振两个引脚交替输出高低电平，这样子接有助于增加稳定性吧。

因此，要想测量VOHO/VOLO，只需外部加压然后测量另一个就行。需要注意的是负载要求。

IOZ/IIZ

所有带Z的参数都是高阻态时测量得到的电流值。如何让芯片高阻态？很简单！我把电断了不就行了。

实际测量当然不能这样。不过换一种思路：只要芯片不工作，那它就是高阻。因此只需让使能端失效就行了，随后进行加压测流。同样需要注意负载要求。因为测量参数有IOZ和IIZ，还需要注意电流方向。

Databus IOH/IOL

这是有关数据引脚的，因此需要在芯片功能测试时一并进行测试。

EST/GT IOH/IOL

查询芯片Datasheet可知，EST/GT在接收到有效音频信号时会被拉高，其余时间拉低，因此也需要在芯片功能测试时一并进行测试。

模拟部分

模拟部分要测的参数有：IDD、Pc、VREF、VHOUT、VLOUT、dBp。继续解读。

参数 定义 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位
IDD 芯片不实现任何功能时流进VDD脚的电流 7 11 mA
Pc 芯片不实现任何功能时芯片的功耗 57.8 mW
VREF VREF脚的输出电压 空载 VDD=5V 2.4 2.5 2.6 V
VHOUT 双音多频信号的高频组分在输出时的功率，
用来表示输出的音频信号强度		 RL=10kΩ -6.1 -4.1 dBm
VLOUT 双音多频信号的低频组分在输出时的功率，
用来表示输出的音频信号强度		 -8.1 -2.1
dBp 高频输出电压与低频输出电压之比 2 3 dB

IDD

上电之后直接测量电源管脚即可。

在后续讨论中，我们认为IDD应当是正常工作时的电流。因此也需要在功能测试的中途进行测量。

Pc

同上。简单的乘法运算。

Vref

Vref是芯片内部产生的基准电压：它应当保持为供电电压VDD的一半。芯片上电后测量即可。

VHOUT/VLOUT

芯片发送DTMF信号时，高/低频信号的电平值。需要在功能测试的中途进行测量。

dBp

同上。简单的乘法运算。

测试方案

现在，我们已经分析了所有的参数。如何把它们一点一点测出来？

永远记得：由易到难！毕竟你考试也不会直接去做压轴题。能稳定拿分的一定是最前面的题目。

MT8880外围电路图

这是外围电路图，但是有不少参数是需要接额外负载的。因此，我们需要使用继电器来选通对应的分路。在参数测试时外加负载，在功能测试时正常接入外围电路即可。

总线和nIRQ/CP的测试负载电路

测试顺序

我们应当按照什么测试顺序来？本着“从易到难、从少到多”的顺序，应当先测量最简单和相关引脚最少的参数。

很显然，上电后的直流静态功耗应当在一开始就测试。还有Vref，值是固定的，因此可以在芯片接入其他引脚之前测试。

随后，是晶振部分，因为晶振与模拟管脚和芯片功能测试有关。

然后，应当测量漏电流参数，因为只需要将芯片的nCS引脚置1使芯片失去使能即可。

较为简单的参数测完了。下面要进行一部分的功能相关测试了。

数字引脚的IIH/IIL较为好测，只需要加压测流即可。对于Databus的IOH/IOL，则需要调整芯片到接收模式后进行测量。这就会带来一个问题： 如果芯片未正确调整好，那么测量结果将会出现错误。 实际上确实错了

代码

有关ST3020系统的函数在此不做赘述。请自行搜索相关资料并学习。

连接性测试

我们为什么要进行连接性测试？

连接性测试，又称接触测试，英文可称Continuity Test或Open & Short Test，主要用来检验测试过程中所有的电学连接是否良好（包括Tester本身，Tester与Loadboard，DUT本身等等之间）（可见图1），是否有不该出现的短路/开路出现。

通常来说，只有数字管脚需要测试。我们为了保险，对数字和模拟都进行了连接性测试。

连接性测试的原理是基于内部的ESD保护二极管。进行加流测压后，因为反偏二极管的存在，引脚应当输出一个负电压值。如果电压值在-0.1~-1.9之间，我们认为芯片连上了测试仪器。

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SET_DPS_POS(0, V, 10, MA);                                              // 加0V电压，电流箝位10mA
PMU_CONDITIONS(FIMV, -0.1, MA, 2, V);                                   // 加流测压，-0.1mA电流，电压箝位2V
if (!PMU_MEASURE("1-12", 20, "_CON", V, -0.1, -1.9))                    // 测量1-12脚之间的连通性
    BIN(1); 
Delay(10);                                                              // 延迟10ms

if (!SHOW_RESULT("_CON", DVM_MEASURE(VRefPin, 2, V, 10), V, -0.1, -1.9))// 显示连通性测试结果
    BIN(1);
if (!SHOW_RESULT("_CON", DVM_MEASURE(Crystal, 2, V, 10), V, -0.1, -1.9))// 显示连通性测试结果
    BIN(1);
if (!SHOW_RESULT("_CON", DVM_MEASURE(INP, 2, V, 10), V, -0.1, -1.9))    // 显示连通性测试结果
    BIN(1);
if (!SHOW_RESULT("_CON", DVM_MEASURE(INN, 2, V, 10), V, -0.1, -1.9))    // 显示连通性测试结果
    BIN(1);
if (!SHOW_RESULT("_CON", DVM_MEASURE(TONE, 2, V, 10), V, -0.1, -1.9))   // 显示连通性测试结果
    BIN(1);
if (!SHOW_RESULT("_CON", DVM_MEASURE(GSPin, 2, V, 10), V, -0.1, -1.9))  // 显示连通性测试结果
    BIN(1);

IDD、Pc、Vref

这三个参数都可以在芯片上电后测试出。非常简单。

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SET_DPS_POS(5.25, V, 20, MA);  // 上电，加可接受的最大电压
SET_RELAY("xxx");
// IDD测试
if (!DPS_MEASURE(1, R20MA, 5, "IDD", MA, 11, No_LoLimit))
{  // 测量IDD是否小于11mA
    BIN(2);
}
else
{  // 计算PC
    Idd = DPS_MEASURE(1, R20MA, 5);
    if (Idd * 5.25 > 0.0578)
    {
        BIN(2);
    }
}

// Vref测试
double Vref;
SET_DPS_POS(5, V, 20, MA);              // 5V电压
Vref = DVM_MEASURE(VRefPin, 3, V, 10);  // Vref使用DVM1
if (Vref < 2.4 || Vref > 2.6)
    BIN(2);

VOHO/VOLO

这两个管脚很有意思：给其中一个加电平，另外一个会输出反相的电平。也就是说这两个管脚也是IO的？可能这样子设计是为了提高稳定性吧。

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SET_RELAY("xxx");
SET_VS1(5, V);
if (DVM_MEASURE(Crystal, 5, V, 10) > 0.1)
    BIN(3);
SET_VS1(0, V);  // 设为0V
if (DVM_MEASURE(Crystal, 5, V, 10) < 4.9)
    BIN(3);

IIZ

为什么选择NRZ0的标准波形？因为这里不需要考虑严格时序，因此直接认为波形是理想的就行。

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SET_PERIOD(1000);          // 时钟周期为1000ns
SET_TIMING(65, 125, 125);  // 前沿65ns，后沿125ns，采250ns
SET_RELAY("xxx");

FORMAT(NRZ0, "xxx");
for (int i = 1; i < 10; i++)
{
    PMU_CONDITIONS(FVMI, i * 0.5, V, 12, UA);
    RUN_PATTERN(1, 1, 0, 0);
    if (!PMU_MEASURE("xxx", 20, "_RWIIZ", UA, 10, No_LoLimit))
    {
        BIN(3);
        break;
    }
}

Databus IIZ

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// Databus IIZ
SET_PERIOD(1000);           // 时钟周期为1000ns //FIXME: 后面改回
SET_TIMING(65, 125, 125);   // 前沿65ns，后沿125ns，采250ns
FORMAT(NRZ0, "3-6,10,11");  // 非归零模式波形，即理想情况下波形


for (int i = 0; i < 11; i++)
{
    PMU_CONDITIONS(FVMI, i * 0.5, V, 12, UA);
    RUN_PATTERN(1, 1, 0, 0);
    if (!PMU_MEASURE("3-6", 20, "_DIIZ", UA, 10, No_LoLimit))
    {
        BIN(3);
    }
}

Databus IOH/IOL

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// DataBus IOH
f1 = 852, f2 = 1633;
for (int i = 0; i < num; i++)
{
       wave1[i] = (a1 * sin(2 * 3.1415926 * i * 5e-7 * f1) + a2 * sin(2 * 3.1415926 * i * 5e-7 * f2) + dc) / 2 * 65535;
}  // 此时相当于以500ns一次对双音多频信号进行采样
LOAD_AS_PATTERN(6, 1, wave1);
RUN_AS_PATTERN(6, 1, 50, 1);  // 此时相当于以500ns改变一次输出电压的方式输出信号

if (!RUN_PATTERN(18, 1, 2, 200000))
    BIN(5);
PMU_CONDITIONS(FVMI, 2.4, V, 20, MA);
if (!PMU_MEASURE("3-6", 20, "_DIOH", MA, No_UpLimit, -1.4))
{
    BIN(5);
}

int num = 2048, a1 = 0.1, a2 = 0.126, dc = 0.226;
// Databus IOL
int f1 = 941, f2 = 1633;
WORD wave1[2048];
for (int i = 0; i < num; i++)
{
    wave1[i] = (a1 * sin(2 * 3.1415926 * i * 5e-7 * f1) + a2 * sin(2 * 3.1415926 * i * 5e-7 * f2) + dc) / 2 * 65535;
}  // 此时相当于以500ns一次对双音多频信号进行采样
LOAD_AS_PATTERN(6, 1, wave1);
RUN_AS_PATTERN(6, 1, 50, 1);  // 此时相当于以500ns改变一次输出电压的方式输出信号

nIRQOL

测试异常。初步推断是因为未正确调整芯片到接收模式。

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// IRQOL
SET_RELAY("1-7,9,10");
PMU_CONDITIONS(FVMI, 0.4, V, 20, MA);
for (int k = 0; k < num; k++)
{
    wave[k] = (a1 * sin(2 * 3.1415926 * k * 5e-7 * 697) + a2 * sin(2 * 3.1415926 * k * 5e-7 * 1209) + dc) / 2 * 65535;
}  // 此时相当于以500ns一次对双音多频信号进行采样
LOAD_AS_PATTERN(6, 1, wave);
RUN_AS_PATTERN(6, 1, 50, 1);  // 此时相当于以500ns改变一次输出电压的方式输出信号
RUN_PATTERN(3, 1, 2, 200000);

if (!PMU_MEASURE("7", 40, "_IRQOL", MA, No_UpLimit, 4))
{
    BIN(4);
}

功能测试

功能测试全部失败。原因尚不明确。

2024.08.12 初步推测可能是时钟周期设置问题。无法验证。

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// Initial
SET_RELAY("3-7,9-10");
SET_PERIOD(250);               // 时钟周期为250ns
// FIXME: 应当为125ns，因为两行图形文件代表一个完整时钟周期
SET_TIMING(65, 125, 125);      // 前沿65ns，后沿125ns，采样点125ns
FORMAT(NRZ, "3,4,5,6,10,11");  // 设置Databus的前沿与后沿
FORMAT(NRZ0, "8");             // 时钟波形为理想波形


// TODO: 8192/4
// 接收信号
int num = 2048, a1 = 0.1, a2 = 0.126, dc = 0.226;
// Databus IOL
int f1 = 941, f2 = 1633;
WORD wave1[2048];
for (int i = 0; i < num; i++)
{
    wave1[i] = (a1 * sin(2 * 3.1415926 * i * 5e-7 * f1) + a2 * sin(2 * 3.1415926 * i * 5e-7 * f2) + dc) / 2 * 65535;
}  // 此时相当于以500ns一次对双音多频信号进行采样
LOAD_AS_PATTERN(6, 1, wave1);
RUN_AS_PATTERN(6, 1, 50, 1);  // 此时相当于以500ns改变一次输出电压的方式输出信号

if (!RUN_PATTERN(17, 1, 2, 200000))
    BIN(5);
PMU_CONDITIONS(FVMI, 0.4, V, 20, MA);
if (!PMU_MEASURE("3-6", 20, "_DIOL", MA, No_UpLimit, 2))
{
    BIN(5);
}

// DataBus IOH
f1 = 852, f2 = 1633;
for (int i = 0; i < num; i++)
{
    wave1[i] = (a1 * sin(2 * 3.1415926 * i * 5e-7 * f1) + a2 * sin(2 * 3.1415926 * i * 5e-7 * f2) + dc) / 2 * 65535;
}  // 此时相当于以500ns一次对双音多频信号进行采样
LOAD_AS_PATTERN(6, 1, wave1);
RUN_AS_PATTERN(6, 1, 50, 1);  // 此时相当于以500ns改变一次输出电压的方式输出信号

if (!RUN_PATTERN(18, 1, 2, 200000))
    BIN(5);
PMU_CONDITIONS(FVMI, 2.4, V, 20, MA);
if (!PMU_MEASURE("3-6", 20, "_DIOH", MA, No_UpLimit, -1.4))
{
    BIN(5);
}


// 接收模式下测试16种DTMF信号
SET_RELAY("1,2,7,9,10,12");
int low_frequncy[4] = {697, 770, 852, 941}, high_frequency[3] = {1209, 1336, 1477};  // 低频和高频
int d_num = 3;

for (int i = 0; i < 4; i++)
{
    for (int j = 0; j < 3; j++)
    {
        WORD wave[2048];
        for (int k = 0; k < num; k++)
        {
            wave[k] = (a1 * sin(2 * 3.1415926 * k * 5e-7 * low_frequncy[i]) + a2 * sin(2 * 3.1415926 * k * 5e-7 * high_frequency[j]) + dc) / 2 * 65535;
        }  // 此时相当于以500ns一次对双音多频信号进行采样
        LOAD_AS_PATTERN(6, 1, wave);
        RUN_AS_PATTERN(6, 1, 50, 1);  // 此时相当于以500ns改变一次输出电压的方式输出信号
        if (!RUN_PATTERN(d_num, 1, 2, 200000))
            BIN(5);
        d_num += 1;
        Delay(50);  // 延迟50ms

        // EST/GT IOH
        PMU_CONDITIONS(FVMI, 4.6, V, 20, MA);
        if (!PMU_MEASURE("2", 20, "_EST", MA, No_UpLimit, -0.5))
        {
            BIN(5);
        }
    }
}


d_num = 15;
for (int i = 0; i < 4; i++)  // 单独接收ABCD
{
    WORD wave[2048];
    for (int k = 0; k < num; k++)
    {
        wave[k] = (a1 * sin(2 * 3.1415926 * k * 5e-7 * low_frequncy[i]) + a2 * sin(2 * 3.1415926 * k * 5e-7 * 1633) + dc) / 2 * 65535;
    }  // 此时相当于以500ns一次对双音多频信号进行采样
    LOAD_AS_PATTERN(6, 1, wave);
    RUN_AS_PATTERN(6, 1, 50, 1);  // 此时相当于以500ns改变一次输出电压的方式输出信号

    if (!RUN_PATTERN(d_num, 1, 2, 200000))
        BIN(5);

    Delay(50);
    d_num += 1;
}

// 发送DTMF
// FIXME: 低频和高频的范围
// L: 0.277-0.442
// H :0.351-0.554

SET_RELAY("1-7,9");
int dd_num              = 22;
int low_frecuency_lt[4] = {143, 158, 175, 193}, high_frecuency_lt[3] = {248, 274, 303};
double temp_tone[2048], temp_dft[2048];
RUN_PATTERN(19, 1, 2, 200000);
for (int i = 0; i < 4; i++)
{
    for (int j = 0; j < 3; j++)
    {
        RUN_PATTERN(dd_num, 1, 2, 200000);
        dd_num += 1;
        MAT_DVM_MEASURE(TONE, 5, V, 20, 2048, 5000, temp_tone);
        DFT(temp_tone, 2048, temp_dft);
        if (temp_dft[low_frecuency_lt[i]] < 1.245 || temp_dft[low_frecuency_lt[i]] > 1.972)
        {
            BIN(6);
        }
        if (temp_dft[high_frecuency_lt[j]] < 1.567 || temp_dft[high_frecuency_lt[j]] > 2.483)
        {
            BIN(6);
        }
    }
}

for (int j = 0; j < 4; j++)  // 单独发送ABCD
{
    RUN_PATTERN(dd_num, 1, 2, 200000);
    dd_num += 1;
    MAT_DVM_MEASURE(TONE, 5, V, 20, 2048, 5000, temp_tone);
    DFT(temp_tone, 2048, temp_dft);
    if (temp_dft[low_frecuency_lt[j]] < 1.245 || temp_dft[low_frecuency_lt[j]] > 1.972)
    {
        BIN(6);
    }
    if (temp_dft[335] < 1.567 || temp_dft[335] > 2.483)
    {
        BIN(6);
    }
}


// VHOUT/VLOUT/dBp
int vhout_num[4] = {22, 26, 30, 37};
double dbp[4]    = {0};
// 1 0001 697 1209
RUN_PATTERN(vhout_num[0], 1, 2, 200000);
MAT_DVM_MEASURE(TONE, 5, V, 50, 2048, 5000, temp_tone);
DFT(temp_tone, 2048, temp_dft);
dbp[0] = 20 * log10(temp_dft[248] / temp_dft[143]);
Delay(50);

// 5 0101 770 1336
RUN_PATTERN(vhout_num[1], 1, 2, 200000);
MAT_DVM_MEASURE(TONE, 5, V, 50, 2048, 5000, temp_tone);
DFT(temp_tone, 2048, temp_dft);
dbp[1] = 20 * log10(temp_dft[274] / temp_dft[158]);
Delay(50);

// 9 1001 852 1477
RUN_PATTERN(vhout_num[2], 1, 2, 200000);
MAT_DVM_MEASURE(TONE, 5, V, 50, 2048, 5000, temp_tone);
DFT(temp_tone, 2048, temp_dft);
dbp[2] = 20 * log10(temp_dft[303] / temp_dft[175]);
Delay(50);

// D 1010 941 1633
RUN_PATTERN(vhout_num[3], 1, 2, 200000);
MAT_DVM_MEASURE(TONE, 5, V, 50, 2048, 5000, temp_tone);
DFT(temp_tone, 2048, temp_dft);
dbp[3] = 20 * log10(temp_dft[335] / temp_dft[193]);
Delay(50);

for (int i = 0; i < 4; i++)
{
    if (dbp[i] > 3)
    {
        BIN(7);
    }
}

  1. 拉电流是在输出高电平时，输出脚电压降到一定值时能够对外输出的电流 ↑

  2. 灌电流是在输出低电平时，输出脚电压升高到一定值时能够接受外部电路的电流。用来表征输出引脚对外部负载的驱动能力。 ↑