Une approche digitale pour le test faible coût de circuits intégrés RF : application à un transceiver ZigBee

Low-cost digital test approach for RF integrated circuits : application to ZigBee transceivers

• Auteur / Autrice : Thibault Vayssade
• Direction : Laurent Latorre, Florence Azais
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes automatiques et micro-electroniques
• Date : Soutenance le 15/10/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Serge Bernard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Latorre, Florence Azais, Serge Bernard, Jean-Dominique Dallet, Ian O'Connor, François Lefevre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Dominique Dallet, Ian O'Connor

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modulation numérique

Traitement du signal

Circuits intégrés analogiques numériques

Circuits intégrés

Mots clés libres

Test

Sous échantillonnage

Traitement du signal

Circuit RF

ZigBee

Modulations numériques

Test

Under-Sampling

Signal processing

RF circuit

RF ZigBee

Digital modulation

Résumé

Cette thèse concerne la réduction des coûts de test pour les circuits intégrés RF. L’approche originale développée repose sur l’utilisation d’un testeur numérique standard pour réaliser une acquisition sous-échantillonnée du signal RF à analyser. L’idée de base consiste à utiliser le comparateur présent dans un canal testeur digital pour convertir le signal RF en une séquence binaire. Lors de cette conversion, l’information véhiculée par le signal RF (amplitude, fréquence, phase ...) est transformée en une information temporelle contenue dans le vecteur binaire capturé. L’objectif est alors de développer des algorithmes de traitement dédiés permettant de retrouver les caractéristiques essentielles du signal RF à partir de l’analyse du vecteur binaire. L’intérêt majeur de cette solution est qu’elle permet de se passer des ressources coûteuses de test RF traditionnellement requises. De plus, les canaux numériques étant généralement disponibles en grand nombre sur un ATE standard, cette approche offre aussi la possibilité de mettre en œuvre des tests multi-sites afin de réduire davantage les coûts de test. Dans le cadre de cette thèse, l’approche proposée est mise en œuvre pour un Transceiver ZigBee de NXP Semiconductors fonctionnant à 2,4GHz et destiné au marché en croissance de l'Internet des Objets (IoT). Les conditions de sous-échantillonnage permettant de préserver l’information contenue dans le signal RF tout en respectant les contraintes de l’équipement de test sont définies et des algorithmes dédiés sont développés pour implémenter les différents tests spécifiés dans le standard IEEE 802.15.4™ (test de puissance, test de masque spectral, mesures EVM). La solution proposée est d’abord évaluée en simulation dans l’environnement Matlab. Un banc de test en laboratoire est développé afin de réaliser une première validation. Des mesures sont ensuite effectuées sur plusieurs centaines de circuits avec un ATE en milieu industriel. Les résultats de ces mesures valident la technique développée.

This thesis focuses on the reduction of testing costs for RF integrated circuits. The original approach that is investigated relies on the use of a standard digital ATE to perform an under-sampled acquisition of the RF signal to be analyzed. The basic idea is to use the comparator present in a digital tester channel to convert the RF signal into a binary sequence. During this conversion, the information carried by the RF signal (amplitude, frequency, phase ...) is transformed into a timing information contained in the binary vector captured by the ATE. The objective is then to develop dedicated processing algorithms able to retrieve the essential RF signal characteristics from the analysis of the binary vector. The major benefit of this solution is that it eliminates the need of expensive RF test resources traditionally required. In addition, since digital channels are generally available in large numbers on a standard ATE, this approach also provides the ability to implement multi-site tests to further reduce testing costs. In this thesis, the proposed approach is implemented for ZigBee Transceiver from NXP Semiconductors operating at 2.4 GHz and intended for the growing market of Internet of Things (IoT). The under-sampling conditions allowing to preserve the information contained in the RF signal while respecting the test equipment constraints are defined and dedicated algorithms are developed to implement the various tests specified by IEEE Std 802.15.4 ™ (power test, spectral mask test, EVM measurements). The proposed solution is first evaluated in simulation within the Matlab environment. A laboratory test bench is then developed to carry out an initial validation. Finally, measurements performed with an ATE on several hundreds of circuits in an industrial environment fully validate the proposed solution.