Spektrale Signalflussmodellierung durch Harmonischen-Transfer-Matrizen für den Selbsttest und die Selbstkorrektur von Hochfrequenzschaltungen

In der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept für den integrierbaren
Selbsttest BIST (built-in self-test)
von Hochfrequenzschaltungen entwickelt, das besonders für einen schnellen
Produktionstest geeignet
ist. Es zeigt sich jedoch, dass aus der Stimulusantwort auf einfache Weise
auch Informationen zum integrierbaren Selbstabgleich BISC (built-in self-correction) gewonnen werden
können.
Ausgehend von einer Recherche des aktuellen Standes der Technik auf diesem
Gebiet wird die Verwendung eines orthogonalen Vielträgersignales (OFDM-Signal) als Stimulus
favorisiert. Die daraus
resultierende Stimulusantwort ist dann leicht analysierbar, wenn man ihre
Orthogonalitätseigenschaft
ausnutzt, denn die entstehenden Intermodulationsprodukte bilden zwar neue,
aber zu den übrigen
Komponenten wiederum orthogonale Spektralkomponenten.
Durch die Kettenschaltung von Sender und Empfänger des zu testenden
Transceivers mit loopback
wird nicht nur die Hochfrequenztauglichkeit, sondern auch ein sehr geringer
Aufwand erreicht, insbesondere durch den geringen Schaltungsumfang der loopback-Schaltung und die
Mitbenutzung des Basisbandteils zur Stimulusgenerierung und Stimulusantwortanalyse.
Das Problem der Unterdrückung von Intermodulationsprodukten durch
nachfolgende schmalbandige
Filter wird durch eine der Rauschklirrmessung entlehnte Methode gelöst,
indem in den Stimulus eine
spektrale Lücke eingefügt wird.
Das vorgestellte Testkonzept ist damit eine Kombination der an sich
bekannten Prinzipien loopback-Kettenschaltung, OFDM-Signal als Stimulus und Rauschklirrmessung, die
zusammen eine innovative
Möglichkeit des integrierten Selbsttests von RF-Front-Ends bietet.
Als zentrales Resultat dieser Arbeit wird aus den Erkenntnissen bei der
Betrachtung der Eigenschaften
des OFDM-Stimulus, der Intermodulationsprodukte und der
Rauschklirrmessmethode eine neue Theorie des spektralen Signalflusses entwickelt. Diese Theorie stellt eine
Erweiterung der Signalflussgraphen dar. Dabei werden die Signale an jedem Punkt der Schaltung durch
Fourierreihenentwicklung
in ihre spektralen Komponenten zerlegt und deren Ausbreitung zum Ausgang des
Testobjektes DUT
(device under test) getrennt betrachtet. Die spektralen Signalflusspfade
werden als spektrale Signalflussgraphen dargestellt, die durch die Angabe ihrer Adjazenzmatrizen
charakterisiert sind. Diese
Matrix, das Fehlermodell, wird als Harmonischen-Transfer-Matrix bezeichnet.
Bei näherer Betrachtung zeigt sich, dass das Modell der spektralen
Signalflusspfade das Pendant des
analogen Tests zum digitalen Haftfehler -(stuck-at)-Fehlermodell ist. Daraus
lassen sich erste Schlussfolgerungen zur zweckmäßigen Gestaltung des Stimulus ableiten.
Nach einer Betrachtung der Möglichkeiten der spektralen
Stimulusantwortanalyse wendet sich die Arbeit dem Entwurf von Schaltungen zum Selbstabgleich zu. Dabei werden an
ausgewählten Beispielen
Möglichkeiten zum empfindlichkeitsverringernden Entwurf und zum Abgleich von
Mikrowellenschaltungen mittels Laser und mittels elektrischer Stellschaltungen vorgestellt. Die Arbeit schließt mit Hinweisen zur praktischen Implementierung.