CN101458292A - 功率vdmos开启电压远程在线自动测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统，包括：控制计算机、数据采集卡、测试开发板和辐照源内DUT插拔开发板。本发明同时公开了一种功率VDMOS开启电压远程在线自动测试方法。利用本发明，实现了对总剂量辐照、剂量率辐照、单粒子、中子辐照等实验人员无法进入现场的辐照环境中的VDMOS开启电压远程在线精确测量，并在计算机屏幕上实时显示测试曲线，实时显示和处理测试结果开启电压。

Description

功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统及方法

技术领域

本发明涉及半导体实验测试技术领域，尤其涉及一种功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统及方法。

背景技术

功率VDMOS晶体管(Vertical Double-diffusion MOSFET)兼有双极功率管与MOS器件的优点，具有开关速度快、输入电阻高、驱动功耗小、频率特性好、驱动能力高、跨导高度线性等特点，而且具有负温度系数，没有双极功率管的二次击穿问题，安全工作区大，是理想的功率器件，因此广泛应用于空间系统的电子元器件电路。

但是，在空间带电粒子和射线的照射下，其性能会受辐照累积剂量的影响，甚至功能失效。与其它电路相比，Power VDMOS的性能对卫星的可靠性保证更为关键，作为卫星中常用的二次电源的功率开关器件，其性能下降也可能会造成卫星功能失效，所以在航天电子元器件中对Power VDMOS抗辐射能力提出了更高的要求。

近二十年的研究表明，VDMOS在辐照中产生的氧化物俘获电荷和位于Si-SiO₂的界面态电荷对器件性能有很大影响，主要导致开启电压的漂移，在地面Co-60源γ射线环境下可以模拟空间总剂量辐照环境，但是γ射线特别是剂量比较大(100krad左右)的γ射线对人体损伤比较大，必须进行远程测试，本发明就是为满足此种极限环境的测试而产生的。

目前对功率VDMOS的测量一般都采用QT2等晶体管测试仪，这些设备采用屏幕读数的落后技术，目前无法实现电脑控制、电脑精确读数的功能。这导致了测试精度偏差比较大，人为读数误差比较大。本发明也是在目前这种测试条件下应用而生的，以实现精确读数、没有人为误差的功能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统，以实现对总剂量辐照、剂量率辐照、单粒子、中子辐照等实验人员无法进入现场的辐照环境中的VDMOS开启电压远程在线精确测量，并在计算机屏幕上实时显示测试曲线，实时显示和处理测试结果开启电压。

本发明的另一个目的在于提供一种功率VDMOS开启电压远程在线自动测试方法，以实现对总剂量辐照、剂量率辐照、单粒子、中子辐照等实验人员无法进入现场的辐照环境中的VDMOS开启电压远程在线精确测量，并在计算机屏幕上实时显示测试曲线，实时显示和处理测试结果开启电压。

(二)技术方案

为达到上述一个目的，本发明提供了一种功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统，该系统包括：

控制计算机，用于运行图形监控测试程序，向数据采集卡输出控制信号，接收数据采集卡返回的的开启电压测试结果并显示；

数据采集卡，用于根据接收自控制计算机的控制信号向测试开发板输出时钟信号；

测试开发板，用于根据接收的时钟信号执行计数分频功能得到一数字信号，对该数字信号进行数模转换得到一模拟信号，对该模拟信号进行信号放大得到0至10V的程控电压，然后将该0至10V的程控电压通过电缆线输出给辐照源内DUT插拔开发板；

辐照源内DUT插拔开发板，用于将接收的0至10V的程控电压施加至待测器件上，对器件的开启电压进行测试，并将得到的开启电压测试结果通过电缆线、测试开发板、数据采集卡返回给控制计算机。

上述方案中，所述控制计算机内部运行一图形监控测试程序，该图形监控测试程序通过两个While循环、一个Case结构嵌套形成，由LABVIEW程序语言通过模块化可视化的编程实现，用于控制数据采集卡输出时钟信号。

上述方案中，所述数据采集卡为8210USB数据采集卡，用于进行模拟电压采集、脉冲信号输出，以及波形编程输出。

上述方案中，所述测试开发板包括：

计数器，用于根据接收的时钟信号执行计数分频功能得到一数字信号，并将该数字信号输出给数模转换器；

数模转换器，用于对接收的数字信号进行数模转换得到一模拟信号，并将该模拟信号输出给运算放大器；

运算放大器，用于对接收的模拟信号进行信号放大得到0至10V的程控电压，并将该0至10V的程控电压输出给矩阵开关；

矩阵开关，用于对接收的程控电压执行转换功能，将该0至10V的程控电压通过转接口、电缆线输出给辐照源内DUT插拔开发板。

上述方案中，所述计数器为54HC590计数器，所述数模转换器由DAC0808数模转换芯片实现，所述运算放大器为LF351运算放大器，所述矩阵开关为偏置测试矩阵开关。

上述方案中，所述电缆线为35米长24芯屏蔽电缆线，用于将接收自测试开发板矩阵开关的0至10V的程控电压传递至辐照源内DUT插拔开发板。

上述方案中，所述辐照源内DUT插拔开发板内部至少可插器件8个，通过24芯屏蔽电缆线与测试开发板相连接，每个器件3个引出端口，8个器件共24个引出端口通过24芯电缆线引出。

为达到上述另一个目的，本发明提供了一种功率VDMOS开启电压远程在线自动测试方法，该方法包括：

控制计算机运行图形监控测试程序，向数据采集卡输出控制信号；

数据采集卡根据接收的控制信号向测试开发板输出时钟信号；

测试开发板根据接收的时钟信号执行计数分频功能得到一数字信号，对该数字信号进行数模转换得到一模拟信号，对该模拟信号进行信号放大得到0至10V的程控电压，然后将该0至10V的程控电压通过电缆线输出给辐照源内DUT插拔开发板；

辐照源内DUT插拔开发板将接收的0至10V的程控电压施加至待测器件上，对器件的开启电压进行测试，并将得到的开启电压测试结果通过电缆线、测试开发板、数据采集卡返回给控制计算机；

控制计算机接收并显示数据采集卡返回的的开启电压测试结果。

上述方案中，所述控制计算机内部运行的图形监控测试程序通过两个While循环、一个Case结构嵌套形成，由LABVIEW程序语言通过模块化可视化的编程实现，用于控制数据采集卡输出时钟信号。

上述方案中，所述数据采集卡为8210USB数据采集卡，用于进行模拟电压采集、脉冲信号输出，以及波形编程输出。

上述方案中，所述测试开发板执行的处理步骤具体包括：

测试开发板的计数器根据接收自数据采集卡的时钟信号执行计数分频功能得到一数字信号，并将该数字信号输出给数模转换器；

数模转换器对接收的数字信号进行数模转换得到一模拟信号，并将该模拟信号输出给运算放大器；

运算放大器对接收的模拟信号进行信号放大得到0至10V的程控电压，并将该0至10V的程控电压输出给矩阵开关；

矩阵开关对接收的程控电压执行转换功能，将该0至10V的程控电压通过转接口、电缆线输出给辐照源内DUT插拔开发板。

上述方案中，所述计数器为54HC590计数器，所述数模转换器由DAC0808数模转换芯片实现，所述运算放大器为LF351运算放大器，所述矩阵开关为偏置测试矩阵开关。

上述方案中，所述电缆线为35米长24芯屏蔽电缆线，用于将接收自测试开发板矩阵开关的0至10V的程控电压传递至辐照源内DUT插拔开发板。

上述方案中，所述辐照源内DUT插拔开发板内部至少可插器件8个，通过24芯屏蔽电缆线与测试开发板相连接，每个器件3个引出端口，8个器件共24个引出端口通过24芯电缆线引出。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统及方法，以LABVIEW软件为开发环境，并结合目前业界现有的测试仪器，进行功率VDMOS开启电压远程在线自动测试。其测试结果可以图形接口并存储成报表格式与图形文件，计算机实时显示开启电压，完成后的自动测试系统对节省测试成本、测试精度、测试时间都有很大益处，大大减小了各种辐照实验对实验人员的电离辐射损伤，有效改善了现有技术的缺陷。

2、本发明提供的这种功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统及方法，实现了对总剂量辐照、剂量率辐照、单粒子、中子辐照等实验人员无法进入现场的辐照环境中的VDMOS开启电压远程在线精确测量，并在计算机屏幕上实时显示测试曲线，实时显示和处理测试结果开启电压，从而帮助器件设计人员全面了解所设计芯片的抗辐射性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明提供的功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统的结构框图；

图2是LABVIEW程序前面板图；

图3是LABVIEW程序图；

图4是数据采集卡的结构框图；

图5是测试开发板的结构框图；

图6是测试开发板内部电路图数据处理部分；

图7是测试开发板内部电路图矩阵开关部分；

图8是辐照源内DUT插拔开发板电路图；

图9是对功率VDMOS开启电压远程在线自动测试的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，图1是本发明提供的功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统的结构框图，该系统包括控制计算机、数据采集卡、测试开发板和辐照源内DUT插拔开发板。

其中，控制计算机用于运行图形监控测试程序，向数据采集卡输出控制信号，接收数据采集卡返回的的开启电压测试结果并显示。数据采集卡用于根据接收自控制计算机的控制信号向测试开发板输出时钟信号。测试开发板用于根据接收的时钟信号执行计数分频功能得到一数字信号，对该数字信号进行数模转换得到一模拟信号，对该模拟信号进行信号放大得到0至10V的程控电压，然后将该0至10V的程控电压通过电缆线输出给辐照源内DUT插拔开发板。辐照源内DUT插拔开发板用于将接收的0至10V的程控电压施加至待测器件上，对器件的开启电压进行测试，并将得到的开启电压测试结果通过电缆线、测试开发板、数据采集卡返回给控制计算机。

上述控制计算机内部运行一图形监控测试程序，如图2和图3所示，该图形监控测试程序通过两个While循环、一个Case结构嵌套形成，由LABVIEW程序语言通过模块化可视化的编程实现，用于控制数据采集卡输出时钟信号。

上述数据采集卡为8210USB数据采集卡，用于进行模拟电压采集、脉冲信号输出，以及波形编程输出。如图4所示，图4是数据采集卡的结构框图。I/O端口主要包括模拟输入、模拟输出、数字端口、计数器、PFI接口，内部模块主要有时钟产生模块、接口模块等。

如图5所示，图5是测试开发板的结构框图，该测试开发板包括计数器、数模转换器、运算放大器、矩阵开关和偏置保险丝。其中，计数器根据接收的时钟信号执行计数分频功能得到一数字信号，并将该数字信号输出给数模转换器。数模转换器对接收的数字信号进行数模转换得到一模拟信号，并将该模拟信号输出给运算放大器。运算放大器对接收的模拟信号进行信号放大得到0至10V的程控电压，并将该0至10V的程控电压输出给矩阵开关。矩阵开关对接收的程控电压执行转换功能，将该0至10V的程控电压通过转接口、电缆线输出给辐照源内DUT插拔开发板。

计数器为54HC590计数器，数模转换器由DAC0808数模转换芯片实现，运算放大器为LF351运算放大器，矩阵开关为偏置测试矩阵开关。

再参照图5，计数器54HC590接受到时钟输入，然后输出一数字信号，此数字信号经DAC0808数模转换器输出一模拟信号，此模拟信号经LF351N放大为0-10V程控电压，运放输出的0-10V程控电压输入到矩阵开关，进行输出选择。

图6示出了一种测试开发板内部电路图。数据采集卡输出的方波信号输入到54HC590AJ计数器，8位计数器54HC590AJ正常工作输出数字信号，此数字信号经数字模拟转换器DAC0808转换为模拟信号，此模拟电压信号经运算放大器放大为0-10V循环线形变化程控电压Vout。

矩阵开关示意图如图7所示，辐照偏置电压施加在矩阵开关的输入端口，线形变化电压Vout也施加在矩阵开关的输入端口，通过一机械开关在辐照偏置电压和Vout之间做一选择。矩阵开关使辐照源内某器件处于测试状态，线形变化电压加在器件G和D端口，器件S端口通过一电流采样电阻和地连接，或者矩阵开关使器件处于辐照状态，进行辐射源辐照。通过此矩阵开关，能实现辐照偏置电压接口SGD、测试接口SGD分别和辐照源内器件SGD的一对一连接。

上述电缆线为35米长24芯屏蔽电缆线，用于将接收自测试开发板矩阵开关的0至10V的程控电压传递至辐照源内DUT插拔开发板。

如图8所示，图8是辐照源内DUT插拔开发板电路图，该辐照源内DUT插拔开发板内部至少可插器件8个，通过24芯屏蔽电缆线与测试开发板相连接，每个器件3个引出端口，8个器件共24个引出端口通过24芯电缆线引出。

基于上述对功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统的描述，图9示出了对功率VDMOS开启电压远程在线自动测试的方法流程图，该方法包括：

步骤901：控制计算机运行图形监控测试程序，向数据采集卡输出控制信号；

步骤902：数据采集卡根据接收的控制信号向测试开发板输出时钟信号；

步骤903：测试开发板根据接收的时钟信号执行计数分频功能得到一数字信号，对该数字信号进行数模转换得到一模拟信号，对该模拟信号进行信号放大得到0至10V的程控电压，然后将该0至10V的程控电压通过电缆线输出给辐照源内DUT插拔开发板；

步骤904：辐照源内DUT插拔开发板将接收的0至10V的程控电压施加至待测器件上，对器件的开启电压进行测试，并将得到的开启电压测试结果通过电缆线、测试开发板、数据采集卡返回给控制计算机；

步骤905：控制计算机接收并显示数据采集卡返回的的开启电压测试结果。

上述步骤903，即测试开发板执行的处理步骤，具体包括：

1)、测试开发板的计数器根据接收自数据采集卡的时钟信号执行计数分频功能得到一数字信号，并将该数字信号输出给数模转换器；

2)、数模转换器对接收的数字信号进行数模转换得到一模拟信号，并将该模拟信号输出给运算放大器；

3)、运算放大器对接收的模拟信号进行信号放大得到0至10V的程控电压，并将该0至10V的程控电压输出给矩阵开关；

4)、矩阵开关对接收的程控电压执行转换功能，将该0至10V的程控电压通过转接口、电缆线输出给辐照源内DUT插拔开发板。

以下结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明。

1：首先按附图1所示连接好整个系统，把辐照源内DUT插拔开发板置于辐照环境中，通过电缆线连接到外部安全环境中。

2：旋动矩阵开关，使器件处于辐照偏置电压状态，外部偏置电压经过保险丝、矩阵开关、电缆线、内部电路板直接施加在器件上。

3：如果要测试某辐照中器件的开启电压，通过矩阵开关使该器件处于测试状态。

4：执行计算机中图形监控测试程序，单击LABVIEW图形界面(附图2)的开始测试按钮，使按钮指示灯亮，此时数据采集卡清零输出端输出高电平，数据采集卡6端口输出一方波，54HC590计数器循环计数，此数字信号经过DAC0808数模转换器转变为模拟电压，此模拟电压经过运算放大器LF351N输出为0-10V线形变化的电压。

5：测试开发板输出的0-10V线形变化电压经矩阵开关、电缆线施加在器件DUT的栅漏端，器件DUT的源端经电缆线、矩阵开关、器件电流采样电阻和GND相连接。

6：在给器件DUT施加线形变化电压的同时，数据采集卡采集器件两端电压和电流采样电阻两端电压，电流采样电阻两端电压经变换演变为器件的电流，图形监控测试程序通过一数据图像实时显示器件两端电压和器件电流，当器件开启时，数字显示一开启电压Vth在图像界面(附图2)

7：如果要测试其他DUT器件，只需通过矩阵开关使其他器件处于测试状态即可。

8：如果要使器件两端的电压清零，只需点击开始测试按钮，使其指示灯灭，清零信号为零电平，计数器处于清零状态，输出为零电平，运算放大器LF351输出零电压，器件两端始终为零电压。

9：如步骤8所述，清零后，只需点击开始测试按钮，使其指示灯亮，清零信号为高电平，计数器处于计数状态，运算放大器LF351输出从零电压开始线形变大的电压，器件两端施加测试电压，开始正常测试器件开启电压。

10：如需停止测试，只需点击停止按钮。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1、一种功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统，其特征在于，该系统包括：

控制计算机，用于运行图形监控测试程序，向数据采集卡输出控制信号，接收数据采集卡返回的的开启电压测试结果并显示；

数据采集卡，用于根据接收自控制计算机的控制信号向测试开发板输出时钟信号；

测试开发板，用于根据接收的时钟信号执行计数分频功能得到一数字信号，对该数字信号进行数模转换得到一模拟信号，对该模拟信号进行信号放大得到0至10V的程控电压，然后将该0至10V的程控电压通过电缆线输出给辐照源内DUT插拔开发板；

辐照源内DUT插拔开发板，用于将接收的0至10V的程控电压施加至待测器件上，对器件的开启电压进行测试，并将得到的开启电压测试结果通过电缆线、测试开发板、数据采集卡返回给控制计算机。

2、根据权利要求1所述的功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统，其特征在于，所述控制计算机内部运行一图形监控测试程序，该图形监控测试程序通过两个While循环、一个Case结构嵌套形成，由LABVIEW程序语言通过模块化可视化的编程实现，用于控制数据采集卡输出时钟信号。

3、根据权利要求1所述的功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统，其特征在于，所述数据采集卡为8210USB数据采集卡，用于进行模拟电压采集、脉冲信号输出，以及波形编程输出。

4、根据权利要求1所述的功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统，其特征在于，所述测试开发板包括：

计数器，用于根据接收的时钟信号执行计数分频功能得到一数字信号，并将该数字信号输出给数模转换器；

数模转换器，用于对接收的数字信号进行数模转换得到一模拟信号，并将该模拟信号输出给运算放大器；

运算放大器，用于对接收的模拟信号进行信号放大得到0至10V的程控电压，并将该0至10V的程控电压输出给矩阵开关；

矩阵开关，用于对接收的程控电压执行转换功能，将该0至10V的程控电压通过转接口、电缆线输出给辐照源内DUT插拔开发板。

5、根据权利要求4所述的功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统，其特征在于，所述计数器为54HC590计数器，所述数模转换器由DAC0808数模转换芯片实现，所述运算放大器为LF351运算放大器，所述矩阵开关为偏置测试矩阵开关。

6、根据权利要求1所述的功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统，其特征在于，所述电缆线为35米长24芯屏蔽电缆线，用于将接收自测试开发板矩阵开关的0至10V的程控电压传递至辐照源内DUT插拔开发板。

7、根据权利要求1所述的功率VDMOS开启电压远程在线自动测试系统，其特征在于，所述辐照源内DUT插拔开发板内部至少可插器件8个，通过24芯屏蔽电缆线与测试开发板相连接，每个器件3个引出端口，8个器件共24个引出端口通过24芯电缆线引出。

8、一种功率VDMOS开启电压远程在线自动测试方法，其特征在于，该方法包括：

控制计算机运行图形监控测试程序，向数据采集卡输出控制信号；

数据采集卡根据接收的控制信号向测试开发板输出时钟信号；

测试开发板根据接收的时钟信号执行计数分频功能得到一数字信号，对该数字信号进行数模转换得到一模拟信号，对该模拟信号进行信号放大得到0至10V的程控电压，然后将该0至10V的程控电压通过电缆线输出给辐照源内DUT插拔开发板；

辐照源内DUT插拔开发板将接收的0至10V的程控电压施加至待测器件上，对器件的开启电压进行测试，并将得到的开启电压测试结果通过电缆线、测试开发板、数据采集卡返回给控制计算机；

控制计算机接收并显示数据采集卡返回的的开启电压测试结果。

9、根据权利要求8所述的功率VDMOS开启电压远程在线自动测试方法，其特征在于，所述控制计算机内部运行的图形监控测试程序通过两个While循环、一个Case结构嵌套形成，由LABVIEW程序语言通过模块化可视化的编程实现，用于控制数据采集卡输出时钟信号。

10、根据权利要求8所述的功率VDMOS开启电压远程在线自动测试方法，其特征在于，所述数据采集卡为8210USB数据采集卡，用于进行模拟电压采集、脉冲信号输出，以及波形编程输出。

11、根据权利要求8所述的功率VDMOS开启电压远程在线自动测试方法，其特征在于，所述测试开发板执行的处理步骤具体包括：

测试开发板的计数器根据接收自数据采集卡的时钟信号执行计数分频功能得到一数字信号，并将该数字信号输出给数模转换器；

数模转换器对接收的数字信号进行数模转换得到一模拟信号，并将该模拟信号输出给运算放大器；

运算放大器对接收的模拟信号进行信号放大得到0至10V的程控电压，并将该0至10V的程控电压输出给矩阵开关；

矩阵开关对接收的程控电压执行转换功能，将该0至10V的程控电压通过转接口、电缆线输出给辐照源内DUT插拔开发板。

12、根据权利要求11所述的功率VDMOS开启电压远程在线自动测试方法，其特征在于，所述计数器为54HC590计数器，所述数模转换器由DAC0808数模转换芯片实现，所述运算放大器为LF351运算放大器，所述矩阵开关为偏置测试矩阵开关。

13、根据权利要求8所述的功率VDMOS开启电压远程在线自动测试方法，其特征在于，所述电缆线为35米长24芯屏蔽电缆线，用于将接收自测试开发板矩阵开关的0至10V的程控电压传递至辐照源内DUT插拔开发板。

14、根据权利要求1所述的功率VDMOS开启电压远程在线自动测试方法，其特征在于，所述辐照源内DUT插拔开发板内部至少可插器件8个，通过24芯屏蔽电缆线与测试开发板相连接，每个器件3个引出端口，8个器件共24个引出端口通过24芯电缆线引出。

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