南通大學(xué) 專用集成電路設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 許林祥

在高速發(fā)展的信息時(shí)代，手機(jī)成為了人們工作、生活中不可或缺的一部分，而如今的雙卡雙模手機(jī)更是符合時(shí)代的需求，人們可以通過(guò)雙SIM 卡實(shí)現(xiàn)本地一號(hào)，外地一號(hào)，生活一號(hào)，工作一號(hào)等諸多便捷，并且節(jié)省了大量的金錢一個(gè)產(chǎn)品是否合格，是否可以實(shí)現(xiàn)功能，是否能夠投入大規(guī)模的生產(chǎn)中去，都是由測(cè)試階段來(lái)保證的。電路測(cè)試的主要目的是保證器件能完全實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)格書所規(guī)定的功能及性能指標(biāo)，并且最大可能的降低量產(chǎn)測(cè)試成本。如何設(shè)計(jì)合理的測(cè)試方法和測(cè)試方案，更好地對(duì)雙SIM卡控制電路的測(cè)試，是本文所亟待解決的問題。本文，筆者研究了雙SIM卡控制芯片MT6302的功能結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的測(cè)試電路和測(cè)試程序，并通過(guò)了最終的測(cè)試驗(yàn)證。

一、M6302雙SIM 控制芯片電路分析

1.控制芯片管腳分布及其功能。MT6302是一個(gè)雙SIM卡控制電路，根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)判斷各卡之間的電壓關(guān)系選擇SIM卡1或者SIM 卡2。芯片是可以通過(guò)基帶控制器SPI 接口控制及通信，對(duì)每張卡的電源電壓進(jìn)行獨(dú)立控制和管理，并且對(duì)每張卡可以通過(guò)高低電平進(jìn)行獨(dú)立的時(shí)鐘停止模式來(lái)控制芯片的20個(gè)管腳。

MT6302 采用3 mm×3 mmQFN 封裝。工作溫度范圍從-20 ℃到85 ℃。由相關(guān)資料可知雙SIM卡控制芯片一共有20個(gè)管腳。1 號(hào)管腳VSIM2：主要給SIM 卡2 提供電源。2 號(hào)管腳VIO：為芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)邏輯數(shù)字IO口提供電源。3號(hào)管腳VBAT：為芯片的供電管腳，在實(shí)際使用中由電池來(lái)提供電壓輸入。4號(hào)管腳VSIM1：提供SIM 卡1 的電源。5 號(hào)管腳SCLK1：給SIM 卡1提供時(shí)鐘信號(hào)，這種信號(hào)是可以輸出帶電平位移的時(shí)鐘信號(hào)。6號(hào)管腳SRST1：可以輸出帶電平位移的SIM 卡1 的復(fù)位信號(hào)。7號(hào)管腳SIO1：可以雙向輸入輸出數(shù)據(jù)帶電平位移的SIM卡1雙向端口。8 號(hào)管腳SIMIO：不帶電平位移的雙向數(shù)據(jù)輸入輸出口。9 號(hào)管腳SIMRST：不帶電平位移的SIM 卡復(fù)位輸入。10 號(hào)管腳SIMCLK：不帶電平位移的SIM 卡時(shí)鐘輸入。12 號(hào)管腳SYSRSTB：可以系統(tǒng)復(fù)位，而且這個(gè)管腳是在低電平有效。13號(hào)管腳SPICS：串行總線選擇信號(hào)。14 號(hào)管腳SPICK：串行總線時(shí)鐘信號(hào)。15 號(hào)管腳SPIDATA：串行總線時(shí)鐘信號(hào)。17 號(hào)管腳VREF：參考電壓輸出端。18號(hào)管腳SIO2：帶電平位移的SIM卡2雙向數(shù)據(jù)輸入輸出口。19號(hào)管腳SRST2：帶電平位移的SIM卡2復(fù)位信號(hào)輸出。20號(hào)管腳SCLK2：帶電平位移的SIM卡2復(fù)位信號(hào)輸出。

2.控制芯片電路結(jié)構(gòu)。由圖1可以得知整個(gè)芯片分為信號(hào)處理模塊，模擬模塊，SPL接口。信號(hào)處理模塊的主要功能是處理基帶控制器發(fā)出的關(guān)于SCLK和SRST的命令。當(dāng)該模塊接收到通過(guò)SPI發(fā)送來(lái)的命令，它將進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理，然后輸出控制信號(hào)控制模擬模塊。模擬模塊包括SIM LDO、電平位移和BGR，該模塊接受通過(guò)SPI發(fā)送過(guò)來(lái)的命令并提供合適的SIM卡電壓。SIM LDO 是一個(gè)能輸出1.8 V 或3 V，最大輸出20 mA 電流的調(diào)壓器。

圖1 芯片內(nèi)部模塊

3.控制芯片相關(guān)寄存器定義。寄存器地0000H的寄存器是復(fù)位控制寄存器，該寄存器可控制電路進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位控制寄存器有4個(gè)控制位；寄存器地址為0001H的寄存器是時(shí)鐘控制寄存器，該寄存器可控制電路時(shí)鐘，時(shí)鐘控制寄存器有4個(gè)控制位；寄存器地址為0002H的寄存器是數(shù)據(jù)控制寄存器，該寄存器可以控制數(shù)據(jù)；寄存器地址為0003H的寄存器是VCC控制寄存器。

二、MT630雙SIM 控制芯片電路測(cè)試

1.控制芯片測(cè)試項(xiàng)設(shè)計(jì)。根據(jù)M6302 雙SIM 控制芯片電路分析，筆者設(shè)計(jì)了接觸測(cè)試、電路關(guān)斷電流測(cè)試以及電路的功能測(cè)試。其具體測(cè)試項(xiàng)如下。

（1）CON（接觸測(cè)試）。檢查承載電路的插座和測(cè)試儀的DUT 板之間的焊接是否存在開路或短路，保證以下各項(xiàng)目測(cè)試的順利進(jìn)行；同時(shí)，檢查芯片輸入輸出腳的保護(hù)管情況。測(cè)試方法是芯片電源腳VBAT 和VIO 置0.0 V，對(duì)每個(gè)管腳加入-100 A電流，測(cè)試每個(gè)管腳的輸出電壓。接著芯片電源腳VBAT和VIO置4.2 V，對(duì)下列管腳加入+100 A 電流，測(cè)試這些管腳的輸出電壓：VSIM1、VSIM2、VREF、SRST1、SRST2、SCLK1、SCLK2、SIO1、SIO2。

（2）Ishut（VBAT關(guān)斷電流測(cè)試）。檢查電路在關(guān)斷時(shí)關(guān)斷電流是否符合規(guī)范。測(cè)試方法是使VIO＝0，VBAT＝4.2 V，SIMCLK、SIMRST、SPICK、SPICS 加低電平，SPIDATA 懸空（會(huì)被內(nèi)部電阻上拉），測(cè)試上電復(fù)位后電路的電源電流。（即上電先置SYSRSTB為低電平，然后置SYSRSTB為高電平，測(cè)試電源電流）測(cè)試過(guò)程中注意典型值0.1 μA，最大值1 μA。

（3）FUNCTION（功能測(cè)試）。主要是檢測(cè)測(cè)試電路的邏輯功能是否正確。測(cè)試過(guò)程和方法是VIO＝2.8 V，分別在電源電壓為2.7 V和4.2 V時(shí)輸入測(cè)試碼（funtst.vec），測(cè)試電路功能?？紤]到覆蓋電路的工作電壓范圍，在最高和最低工作電壓對(duì)電路進(jìn)行功能測(cè)試，電路輸出的邏輯電平為1.8 V。

2.MT6302雙SIM控制芯片測(cè)試電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 測(cè)試電路

整個(gè)連接測(cè)試圖如圖2所示左邊的引腳為輸入，右邊管腳為輸出。在進(jìn)行功能測(cè)試時(shí)，輸出信號(hào)的幅值只能是1.8 V或3 V，功能測(cè)試要覆蓋的電壓范圍是2.7 V～4.2 V（即鋰電池的電壓范圍），由于電路采用3 V 的工藝，不能在高于4.2 V 的電壓下測(cè)試。電源電壓VBAT和VIO也被當(dāng)做輸入口處理。SIMIO、SIO1和SIO2 是雙向IO 口。在功能測(cè)試過(guò)程中，為了方便測(cè)試，把SIMIO當(dāng)做輸入端口，而把SIO1和SIO2當(dāng)做輸出口。

功能測(cè)試、VSIM 測(cè)試和輸入輸出測(cè)試不分先后，也可以連起來(lái)連續(xù)測(cè)試，測(cè)試中主要應(yīng)該把VEC文件連接起來(lái)，但是要在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)停下來(lái)，而且每一個(gè)VEC文件開始SYSRSTB信號(hào)都會(huì)被置低，成為復(fù)位電路狀態(tài)。

根據(jù)電路設(shè)計(jì)要求，測(cè)試矢量時(shí)間取為1us，SPICK為1us，3個(gè)電容設(shè)置分別是針對(duì)電壓抖動(dòng)所進(jìn)行濾波穩(wěn)壓。

3.測(cè)試矢量的設(shè)計(jì)。

（1）SIM卡1為對(duì)象進(jìn)行測(cè)試設(shè)計(jì)。當(dāng)SIM卡1單獨(dú)工作時(shí)，根據(jù)VCC 控制寄存器定義，需先要激活SIM 卡1，所以設(shè)計(jì)以下步驟。

首先，地址位為0003H，數(shù)據(jù)位為04即00100可以得知此時(shí)第2位為1，SIM卡1開始工作電源電壓為1.8V，此時(shí)設(shè)定地址為0000H，數(shù)據(jù)位為0001，此時(shí)可以分析得到復(fù)位控制寄存器工作，SIM 卡的RST 管腳信號(hào)由RSTVSL 的值控制，RSTVSL 強(qiáng)制SIM 卡1 復(fù)位引腳為0。更改數(shù)據(jù)位為0101，可以分析得到SIM卡1復(fù)位引腳為1。最后數(shù)據(jù)位為0000時(shí)SIM卡1的復(fù)位引腳和MT6302芯片的復(fù)位引腳相同。

接著，繼續(xù)設(shè)定地址位為0001H，此時(shí)時(shí)鐘控制寄存器工作，當(dāng)數(shù)據(jù)位為0111時(shí)，分析得到SIM卡1時(shí)鐘引腳信號(hào)為高電平。當(dāng)數(shù)據(jù)位為0010時(shí)，此時(shí)2、0位為00，此時(shí)強(qiáng)制SIM卡1時(shí)鐘引腳為低電平。當(dāng)數(shù)據(jù)位為0011 時(shí)，此時(shí)2、0 位為01，此時(shí)SIM卡1的時(shí)鐘引腳信號(hào)和SIMCLK相同。

最后，當(dāng)?shù)刂肺粸?002H 時(shí)，數(shù)據(jù)控制寄存器工作，此時(shí)數(shù)據(jù)位為0001，此時(shí)DATA_L 為正常工作，SIM 卡1 的DATA 管腳和MT6302的輸入輸出管腳SIMDATA聯(lián)通。如果這兩個(gè)管腳沒有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這兩個(gè)管腳將被驅(qū)動(dòng)到高電平。接著數(shù)據(jù)位為0000，此時(shí)DATA_L正常工作，SIM卡的DATA管腳和MT6302的輸入輸出管腳SIMDATA隔離。如果這兩個(gè)管腳沒有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這兩個(gè)管腳將被驅(qū)動(dòng)到高電平。然后數(shù)據(jù)位為0101，此時(shí)強(qiáng)制SIM卡1引腳為高電平。

（2）SIM卡2為對(duì)象進(jìn)行測(cè)試設(shè)計(jì)。根據(jù)VCC控制寄存器來(lái)激活SIM卡2，所以設(shè)計(jì)以下測(cè)試步驟。

首先，地址位設(shè)計(jì)為0003H，數(shù)據(jù)位設(shè)計(jì)為00001000。此時(shí)打開SIM卡2的電源，電壓為1.8V。接著地址位為0000H是復(fù)位控制寄存器工作，數(shù)據(jù)位此時(shí)為0010，此時(shí)SIM卡2的復(fù)位引腳信號(hào)為0，接著數(shù)據(jù)位為1010，此時(shí)分析得知強(qiáng)制SIM 卡2 的復(fù)位信號(hào)為1，最后數(shù)據(jù)位為0000 時(shí)，此時(shí)SIM 卡2 的復(fù)位信號(hào)與MT6302芯片復(fù)位信號(hào)相同。

接著，設(shè)計(jì)地址位為0001H 時(shí)，數(shù)據(jù)位為1011，此時(shí)分析得知強(qiáng)迫SIM卡2的時(shí)鐘信號(hào)為高電平，其次數(shù)據(jù)位為0001時(shí)，3、1兩位為00，此時(shí)強(qiáng)迫SIM卡2的時(shí)鐘為低電平。最后數(shù)據(jù)位為0011，此時(shí)3、1兩位為01，此時(shí)SIM卡2的時(shí)鐘與MT6302的時(shí)鐘相同。

最后，當(dāng)?shù)刂肺粸?002H 時(shí)，數(shù)據(jù)控制寄存器工作，數(shù)據(jù)位為0010 時(shí)，此時(shí)SIM卡2 的DATA 管腳和MT6302 的輸入輸出管腳SIMDATA 聯(lián)通。數(shù)據(jù)位為0000 時(shí)，此時(shí)強(qiáng)制SIM 卡2 的DATA引腳為1。

4.最終測(cè)試結(jié)果。在本次測(cè)試中，使用了3196D 測(cè)試系統(tǒng)。該款系統(tǒng)主要用于開發(fā)、運(yùn)行和管理測(cè)試程序，并且可以在測(cè)試集成電路器件時(shí)對(duì)結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和顯示。3196D 測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)用的軟件是TESTSHELL，此軟件可以控制3196D 測(cè)試系統(tǒng)的操作，并且可以調(diào)用圖形編輯器。

通過(guò)3196D測(cè)試系統(tǒng)對(duì)MT6302雙SIM控制芯片測(cè)試，系統(tǒng)中可以看到各個(gè)項(xiàng)目測(cè)試所得到的數(shù)據(jù)，經(jīng)分析可以看出全部設(shè)計(jì)的測(cè)試過(guò)程是正確的。結(jié)果如圖3所示。

圖3 測(cè)試最終結(jié)果

三、結(jié)論

本文，筆者選擇了雙SIM卡控制芯片電路作為研究的對(duì)象，通過(guò)對(duì)各種測(cè)試技術(shù)與測(cè)試方法的研究，設(shè)計(jì)了一個(gè)MT6302芯片測(cè)試電路，并運(yùn)用TestShell測(cè)試系統(tǒng)軟件針對(duì)MT6302芯片電路的工作特點(diǎn)來(lái)開發(fā)測(cè)試程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙SIM 卡控制芯片電路的測(cè)試，以達(dá)到驗(yàn)證系統(tǒng)的目的。

雖然完成了整個(gè)雙SIM 卡控制芯片電路測(cè)試的研究，但并未對(duì)所有寄存器進(jìn)行深入研究和詳細(xì)測(cè)試分析，在測(cè)試項(xiàng)目的選擇上也只是針對(duì)芯片的主要項(xiàng)目進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)試，仍存在需改進(jìn)和細(xì)化之處。該研究與設(shè)計(jì)方法對(duì)其他各類雙SIM卡控制芯片的測(cè)試也具有一定的借鑒意義。