IC ATE集成电路测试学习——PLL测试（一）
PLL测试
什么是PLL？
- PLL = Phase-Locked Loop（锁相环）
- 它的作用就是：把低速、稳定的外部时钟，转换成芯片内部需要的高速时钟。
PLL的作用
我们知道，芯片的内部不同的模块，很可能用的不是一个频率的时钟，而外部又不可能输出入多个不同的时钟，这样成本昂贵且设计困难。所以工程师就在芯片内部通过设计分频电路，在芯片内部将时钟转化为不同的频率，从而使芯片工作。具体如下：
外部时钟 (50MHz)│▼[PLL1] ➜ 2GHz (CPU)[PLL2] ➜ 1.5GHz (GPU)[PLL3] ➜ 2.4GHz (DDR)
所以一个外部时钟，可以通过多个PLL，生成芯片里多条高速时钟。
PLL测试要测什么？
- 频率是否正确（比如外部输入100MHz，PLL放大成2GHz）
- 相位抖动（Jitter）是否在范围内（太大导致时序失败）
- 锁相时间（PLL从启动到锁定所需的时间）
- 环路稳定性（PLL不会乱跳或发散）
也就是说：
PLL测试 = 确认芯片时钟的「速度、稳定、精度」都在线， 一旦PLL挂了，整个芯片的高速逻辑就全瘫痪。
PLL应该怎么测试？
PLL 的测试目标一般如下：
| 测试目标 | 备注 |
|---|---|
| 能锁相 | PLL启动后，能正确「锁定」输入频率关系 |
| 倍频正确 | 输出频率 = 输入频率 × N（倍频系数） |
| Jitter小 | 时钟边沿抖动小（影响时序） |
| 稳定不掉锁 | 长时间运行也不会失锁 |
PLL测试流程如下：
1️⃣ ATE上电 & 配置芯片➜ 开启芯片电源 & 基础时钟2️⃣ 发送测试命令 ➜ 让芯片启动内部PLL3️⃣ 等待锁相➜ 检查 PLL Lock 标志位 (Lock = 1)4️⃣ 测量PLL输出频率➜ ATE机器用「频率计」测量芯片时钟输出口5️⃣ 检查Jitter 和 稳定性➜ 高阶ATE用专用模块测Jitter➜ 看时钟边沿有没有飘动6️⃣ 多次开关PLL➜ 测试「掉锁」情况
注意点：
1、等待锁相时，Lock的状态一般会通过芯片内部的寄存器或者IO输出：
- Lock=1 ➜ 说明PLL「锁住」了，工作正常
- Lock=0 ➜ 说明PLL失锁，说明电路或制程问题
2、采集内部高速时钟时，由于内部时钟太快不好采集，所以会通过分频从IO口再次输出
- 例如：2GHz时钟 ➜ 分频成 100MHz，从IO输出
- ATE用频率计数器或者时钟分析模块来采集这个时钟信号
3、检测频率 & Jitter，Jitter此为一些对时钟参数比较高的芯片会检测，主要检测有无明显抖动
一般来说：
- 频率**±0.1%**以内 ➜ Pass
- Jitter 几十ps以内 ➜ Pass
ATE测量频率的方法：
| 方法 | 原理 | 特点 |
|---|---|---|
| 计数法 | 在固定时间窗口内数脉冲个数 | 简单快速，适合中低频 |
| 时间间隔法 | 测量连续2个脉冲的时间间隔 | 精度高，适合高频 |
具体案例如下：
| 项目 | 说明 |
|---|---|
| 输入分频后时钟 | 100MHz（10ns周期） |
| ATE采样窗口 | 1ms |
| 计数法结果 | 100,000个脉冲 ➜ 频率100MHz |
| 时间间隔法 | 2个脉冲间隔10ns ➜ 频率100MHz |
PLL调试常见问题及排查方案
| 常见问题 | 调试动作 |
|---|---|
| 输入不稳 ➜ PLL锁不上 | 换频率源、测Jitter |
| 电源噪声 ➜ VCO失效 | 用示波器测电源抖动 |
| 确认是真的失锁还是信号问题 | 看寄存器/IO口Lock位 |
| 温漂导致的失锁 | 调低/升温 |
| 参数偏 ➜ PLL锁定失败 | 调试Loop Filter电容电阻 |