CN102096036A - 一种集成三极管阵列电路测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成三极管阵列电路测试装置，集成三极管阵列电路测试装置包括：一个两层分体式结构的测试盒，下层主要分布单片机、AD转换器、继电器、模拟开关、稳压电源、恒流源、运算放大器和转接口；上层主要分布数码管、开关、选择按键、被测电路夹具、发光二极管、蜂鸣器、通用仪表接口，上下层电路通过转接口连接。测试盒是该装置的核心部分，测试盒下层板主要实现数据采集、数据处理、数据判断、接口功能；测试盒上层板主要实现信号输入输出、判断结果显示、参数测试数据显示、判断步骤显示功能。本发明装置能完成全管子、全参数的单步、自动测试，高温、低温和常温测试。

Description

一种集成三极管阵列电路测试装置

技术领域

本发明属于半导体集成电路测试领域，特别涉及一种集成三极管阵列电路的测试方法和装置。

背景技术

目前晶体三极管主要采用两种类型测试装置，分别是半导体图示分析仪(如国产的阶梯图示仪，美国产的4200-SCS半导体特性分析仪等)和半导体分立器件测试仪。其一半导体图示仪采用的是手动测试分析的方法，主要是对单一参数进行参数分析。工程化的测试很繁琐，要求操作人员选择X轴、Y轴及阶梯信号，测试晶体三极管一项参数时需要反复设置多项仪表指标，且测试结果需要计算得出，不直观，目前该装置主要为半导体集成电路设计人员提供分析数据，不适宜规模化生产使用。其二半导体分立器件测试仪，目前是国内外比较广泛使用的三极管测试装置，它可以实现晶体三极管的参数自动测试，是一种常规的规模化测试装置，但无法自动测试集成三极管阵列电路，原因有三点：原因一是集成三极管阵列电路要求测试三极管与三极管之间的开、短路参数(该参数是对电路内的每个三极管的独立性做评价)，由于半导体分立器件测试仪是测试独立的单一三极管，在固化了的原理设计和测试接口上是无法实现的；原因二是集成三极管阵列电路内部集成了多个三极管，半导体分立器件测试仪一次只能完成一个三极管的测试，是无法自动完成全管子(全管子即电路内部集成的2个及2个以上的三极管，下文简称“全管子”)参数的测试。原因三是测试速度慢、时间长，是我们装置的倍数关系。其测试时间长，不仅生产效率低，且直接影响电路的高、低温测试性能。工业级的电路产品都需要高、低温测试，本电路亦是如此，若用半导体分立器件测试仪测试，电路从高、低温箱里取出后，等半导体分立器件测试仪将阵列电路里的三极管全部测试完后，电路早已存于常温状态了，会导致高、低温测试严重失真。经过大量的检索，目前还没有发现专门测试集成三极管阵列电路的方法及仪器装置，现阶段还是个空白点。

总之，现有技术没有专门测试集成三极管阵列电路的方法及装置，目前主要采用半导体图示分析仪和半导体分立器件测试仪完成阵列电路的测试。用该两种装置测试集成三极管阵列电路的缺陷为：(1)无法自动完成集成三极管阵列电路的全管子参数测试；(2)无法实现集成三极管阵列电路的三极管与三极管之间开、短路测试；(3)测试速度慢、时间长，影响电路的高、低温测试性能。

发明内容

本发明的目的就是为了解决集成三极管阵列电路的全管子、全参数的测试以及管子高、低温下参数的测试问题，提供的一种集成三极管阵列电路的测试装置。

为实现本发明的目的，提出了以下技术解决方案：

集成三极管阵列电路测试装置包括：一个两层分体式结构的测试盒，下层主要分布单片机、AD转换器、开关矩阵公共通道、开关矩阵单元、稳压电源、恒流源、信号处理电路和转接口；上层主要分布数码管、开关、选择按键、被测电路夹具、发光二极管、蜂鸣器、通用仪表接口。测试盒是该装置的核心部分，测试盒下层板主要实现数据采集、数据处理、数据判断、接口功能；测试盒上层板的数码管用于显示测试步骤，计量端口是定期检定测试装置的资源器件合格与否的端口。

一种集成三极管阵列电路测试装置，由操作显示单元和主机单元以及转接口组成，操作显示单元和主机单元通过转接口相连；

所述操作显示单元由显示电路、选择按键、被测器件夹具和一组仪表组成；

主机单元由单片机、AD转换器、开关矩阵公共通道、至少一个开关矩阵单元、稳压电源、恒流源以及信号处理电路组成；

主机单元中，单片机通过操作显示单元的选择按键给出的选择信号，选择被测三极管、测试方式和测试参数的类型，同时在显示电路显示出来；

单片机将得到的选择信号通过单片机内部程序处理后发送指令，控制相应的开关矩阵单元使之接通相应的继电器，同时单片机发送指令输出给稳压电源和恒流源，稳压电源或恒流源输出相应的电压信号或电流信号给开关矩阵公共通道及开关矩阵单元以接通相关的继电器，给选择被测的三极管提供电压信号或电流信号；

选择被测的三极管相应的输出信号通过被选通的开关矩阵单元组又把信号送到开关矩阵公共通道，开关矩阵公共通道根据被测试信号的强弱、信号类别，将较强的单电平信号直接送至AD转换器，弱信号和差分信号先送至信号处理模块，进行滤波、放大、电平转换处理后，送至AD转换器，AD转换器接收信号处理电路送来的模拟信号并将其转换成数字信号后通过串口通信送给单片机，单片机接收AD转换器送来的数字信号并经单片机程序处理和数据判断后，将测试结果通过转接口送给显示单元和仪表将被测管子的参数和结果(管子合格与否)显示出来。

恒流源为开关矩阵公共通道和开关矩阵单元输入恒定电流，稳压电源是给单片机、AD转换器、开关矩阵公共通道、开关矩阵单元、信号处理电路、恒流源和转接口提供工作电源。

由开关矩阵公共通道和至少一组开关矩阵单元组成的开关矩阵模块，每组开关矩阵单元包含两个继电器，每一个管子参数测试由一组开关矩阵单元和开关矩阵公共通道完成。根据待测似的管子阵列数选择相应的开关矩阵单元数目。

转接口首先从选择按键或被测器件夹具得到输入信号(从选择按键得到单步或连续两种测试方式中的一种、从夹具得到测试哪一组管子的信号)然后送给单片机，信号经过中间处理后，由单片机将要显示的数字信号输出到转接口然后送给显示电路显示出来；

显示电路包括两个数码管和一个发光二极管，通过转接口接收到单片机送来的数字信号然后显示出相应的数字来，其显示的数字用来表示测试的管子和步骤，发光二极管发红光若红灯亮表示管子不合格，不亮表示管子合格。

被测器件夹具是用来连接三极管的三个电极的，根据测试管子的阵列不同可以选择相应的类型和型号。

两台双踪直流稳压电源给测试盒提供电源；一台数字六位半电流表与测试盒接口用于测试数据显示；一台示波器与测试盒接口完成交流信号的时间测量(可选配)；一台数字六位半电压表(可选配)，电压表与测试盒接口用于单步显示饱和压降参数值。

本发明的优点：

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)可以完成集成三极管阵列电路的全管子参数测试；

(2)能实现集成三极管阵列电路的三极管与三极管之间开、短路测试；

(3)测试速度快，测试时间短，较好的适于电路高、低温测试，且能提高工作效率。

附图说明

图1是本发明的集成三极管阵列测试电路的原理图；

图2是本发明的开关矩阵模块原理图(图中蓝线框内是4组开关矩阵单元，蓝线框外是开关矩阵公共通道)；

图3是本发明的实施例中列举的集成三极管阵列电路结构图；

图4是本发明的实施例中列举测试装置数码管显示与对应参数表。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步详细描述：

如图1所示，本发明提供的集成三极管阵列电路测试装置，由操作显示单元和主机单元以及转接口组成，操作显示单元和主机单元通过转接口相连。

所述操作显示单元由显示电路、选择按键、被测器件夹具和一组仪表组成；

主机单元由单片机、AD转换器、开关矩阵公共通道、至少一个开关矩阵单元、稳压电源、恒流源以及信号处理电路组成；

主机单元中，首先单片机通过操作显示单元的选择按键动作判断出测试方式(即单步或连续)、测试温度条件(即高温、低温和常温状态)和测试参数的类型(晶圆级或成品级)，同时通过显示单元显示出来。然后单片机将得到的测试信号通过单片机内部程序处理后将指令输出给稳压电源模块和恒流源模块，如果此时单片机是给稳压电源模块的指令则稳压电源开始输出相应的电压信号给开关矩阵公共通道及开关矩阵单元以接通相关的继电器，如果此时单片机是给恒流源模块指令则恒流源送出电流信号给相应的开关矩阵单元和开关矩阵公共通道，同时单片机控制开关矩阵模块使之接通相应的继电器，以给待测的三极管提供电压信号和电流信号，此时待测三极管的相应电极的输出信号通过开关矩阵公共通道送给信号处理电路，信号处理电路将开关矩阵公共通道送来的差分信号转换为单一电平信号后送给AD转换器，AD转换器接收信号处理电路送来的模拟信号并将其转换成数字信号后通过串口通信送给单片机，单片机接收AD转换器送来的数字信号并经单片机程序处理和数据判断后，将测试结果通过转接口送给显示单元和仪表将被测管子的参数和结果(管子合格与否)显示出来。

其中附图2所示为开关矩阵模块，该模块由开关矩阵公共通道和开关矩阵单元组成，其中开关矩阵单元有四组，每两个继电器组成一组开关矩阵单元，用来测试一个管子的参数，附图2中所示J5和J12是一组，J7和J10是一组、J8和J9是一组、J6和J11是一组。开关矩阵公共通道由模拟开关U15、5个双路继电器(J0、J1、J2、J3、J4)和5个单路继电器(J13、J14、J15、J16、J17)及6个三极管(T1、T2、T3、T4、T5、T6)组成。集成阵列电路内不同管子、不同参数的测试的完成，都是通过单片机选通不同的模拟开关通路、控制相应的继电器和选通开关矩阵单元组，建立起整个完整的测试通路，最终完成测试任务。被选通的开关矩阵单元组又把信号送到开关矩阵公共通道，根据被测试信号的强弱、信号类别，将较强的单电平信号信号直接送至AD转换器，弱信号和差分信号先送至信号处理模块，进行滤波、放大、电平转换处理后，送至AD转换器。附图2是用来测试4个三极管阵列参数的原理图，如果测试管子更多则需要增加开关矩阵单元和选择相应的模拟开关。

由图1所示，本发明集成三极管阵列电路测试装置可以作成一个两层分体式结构的测试盒，上下层电路通过转接口相连，下层包括主机单元，由单片机、AD转换器、开关矩阵公共通道、开关矩阵单元、稳压电源、恒流源、信号处理电路和转接口组成；上层操作显示单元由显示单元电路(有两个数码显示管DP1和DP2)、选择按键、被测器件夹具、发光二极管、蜂鸣器、计量端口组成；调节双踪直流稳压电源，使之输出测试盒需要的电压，根据测试装置连接好相应双踪直流稳压电源、电流表。依次完成全管子、全参数测试。

本实施例列举了4路三极管集成的阵列电路作为实例，共需测试开、短路测试，三极管C-B结反向漏电流I_CBO，三极管E-B结反向漏电流I_EBO，三极管C-E结反向漏电流I_CEO，饱和压降，放大倍数共六个参数。测试开始前，根据测试需要调节上层板的单步、连续选择开关和高温、常温和低温选择开关。下面根据参数测试流程对参数测试逐一描述。

1)测试盒上电后，单片机先判断此次测试的测试方式(即单步或连续)、测试温度条件(即高温、低温和常温状态)和测试参数的类型(晶圆级或成品级)，确认测试内容后，数码管DP1显示“1”，此时测试三极管与三极管之间的开、短路测试，由图2所示，电压L+10由稳压电源模块送出，连接继电器J13的10脚，单片机控制继电器J13使之导通，给标号C提供电压L+10，导通继电器J5给被测电路C1提供电压L+10，导通继电器J15、J11、J10和J9，选通被测电路的E2、E3、E4，模拟开关U15选通no5，待判断信号VDL送至AD转换器，单片机与AD转换器通过串口通信，完成数据的传输，通过数据处理；导通数据判断后，单片机将合格与否的结果通过转接口送至测试盒的上层板的红灯RED，若红灯RED亮则表明该参数不合格，否则则判定该参数合格。以上完成了第一路三极管与其它三路三极管开、短路测试。依以上方法，断开继电器J5、J11，导通J6、J12，此时给被测电路C2提供电压L+10，选通被测电路的E1、E3、E4，此时测试第二路三极管与其它三路三极管开、短路参数；断开继电器J6、J10，导通J7、J11，给被测电路C3提供电压L+10，选通被测电路的E1、E2、E4，此时测试第三路三极管与其它三路三极管开、短路参数；断开继电器J7、J9，导通J8、J10，此时给被测电路C4提供电压L+10，选通被测电路的E1、E2、E3，此时测试第四路三极管与其它三路三极管开、短路参数。

2)数码管DP1显示“2”测试三极管C-B结反向漏电流I_CBO，数码管DP1显示“3”测试三极管E-B结反向漏电流I_EBO，数码管DP1显示“4”测试三极管C-E结反向漏电流I_CEO。由图2所示，电压信号由稳压电源模块送出，单片机控制开关矩阵模块，给被测电路的三极管的结反向端提供相应电压信号，正向端串接采样电阻到地(即将电流信号转换为了差分电压信号)，模拟开关U15选择相应通道，被测差分电压信号通过信号处理模块的运算放大器后变为单一电平的被测电压信号，将该信号送至AD转换器，单片机与AD转换器通过串口通信，完成数据的传输，通过数据处理，数据判断后，单片机将合格与否的结果通过转接口送至测试盒的上层板的红灯RED，若红灯RED亮则表明该参数不合格，否则则判定该参数合格。

3)数码管DP1显示“5”，测试三极管饱和压降参数V_BES、V_CES，由图2所示，电流信号IB1、IC1由恒流源模块送出，单片机控制开关矩阵模块，给被测电路的C极、B极提供相应电流信号，E极接地，信号处理模块的运算放大器将C极与E极、B极与E极的信号差分转换为单一电平信号，信号送至AD转换器，单片机与AD转换器通过串口通信，完成数据的传输，通过数据处理，数据判断后，单片机将合格与否的结果通过转接口送至测试盒的上层板的红灯RED，若红灯RED亮则表明该参数不合格，否则则判定该参数合格。

4)数码管DP1显示“6”，测试阵列电路的三极管放大倍数β参数，由图2所示，电流信号IE1由恒流源模块送出，电压信号L+2.5由稳压电源模块送出，单片机控制开关矩阵模块，给被测电路的C极提供电压信号L+2.5，给E极提供电流信号IE1，B极串接采样电阻，采样电阻另一端接电压信号1.25V，采样电阻两端的信号经运算放大器差分放大后，送至AD转换器，单片机与AD转换器通过串口通信，完成数据的传输，通过数据处理，数据判断后，单片机将合格与否的结果通过转接口送至测试盒的上层板的红灯RED，若红灯RED亮则表明该参数不合格，否则则判定该参数合格。

如图4(图中的LED即数码管DP1和DP2)所示，数码管DP1显示“2”～“6”步全管子测试过程时，每步参数测试都需要测试四路三极管(即完成全管子测试)。例如，数码管DP1显示“3”，数码管DP2显示“1”，测试第一路三极管的I_EBO参数，使继电器J14、J12导通，给被测电路的E1供电，导通继电器J5、J16，U15选通no2，使被测电路的B1接采样电阻到地，运算放大器将差分电压信号转换为单一电平信号Iebo，将Iebo送给AD转换器，通过AD转换器和单片机判断该路参数合格否。依以上实例方法，数码管DP1显示“3”，数码管DP2显示“2”，断开继电器J12、J5，导通继电器J11，给被测电路的E2提供电压，导通继电器J6，使被测电路的B2接采样电阻到地，测试第二路三极管的I_EBO参数；数码管DP1显示“3”，数码管DP2显示“3”，断开继电器J11、J6，导通继电器J10，给被测电路的E2提供电压，导通继电器J7，使被测电路的B3接采样电阻到地，测试第三路三极管的I_EBO参数，；数码管DP1显示“3”，数码管DP2显示“4”，断开继电器J10、J7，导通继电器J9，给被测电路的E2提供电压，导通继电器J8，使被测电路的B4接采样电阻到地，测试第四路三极管的I_EBO参数。

本测试装置有单步和连续两种测试方式，开关选择连续测试方式时，测试装置能完成全管子、全参数的自动测试；选择单步测试方式时，操作人员按单步键完成全管子、全参数参数单步测试；三种测试温度条件(即高温、低温和常温状态)，晶圆级测试和成品级参数两种参数测试类型，操作人员都可以根据不同要求进行选择。

本发明除了完成集成三极管阵列电路的全管子、全参数测试外，还设计了系统的两部分保护电路模块，一是电源总线的保护：测试盒电源总线处，采用反接蜂鸣器，在其前、后分别接二极管的保护电路，当操作人员将电源的极性接错时，保护电路的蜂鸣器报警，提示操作人员重新接入电源总线，避免了因错误操作导致测试盒内部器件烧毁的现象。二是核心器件AD转换器的保护：AD转换器的模拟信号输入端接一保护稳压二极管到地，防止输入信号过大导致AD转换器的损坏。

Claims (2)

1.一种集成三极管阵列电路测试装置，其特征在于：由操作显示单元、主机单元以及转接口组成，操作显示单元和主机单元通过转接口相连；

所述操作显示单元由显示电路、选择按键、被测器件夹具和一组仪表组成；

主机单元由单片机、AD转换器、开关矩阵公共通道、至少一个开关矩阵单元、信号处理电路、稳压电源以及恒流源组成；

主机单元中，单片机通过操作显示单元的选择按键给出的选择信号，选择被测三极管、测试方式和测试参数的类型，同时在显示电路显示出来；

单片机将得到的选择信号通过单片机内部程序处理后发送指令，控制相应的开关矩阵单元使之接通相应的继电器，同时单片机发送指令输出给稳压电源和恒流源，稳压电源或恒流源输出相应的电压信号或电流信号给开关矩阵公共通道及开关矩阵单元以接通相关的继电器，给选择被测的三极管提供电压信号或电流信号；

选择被测的三极管相应的输出信号通过被选通的开关矩阵单元组又把信号送到开关矩阵公共通道，开关矩阵公共通道根据被测试信号的强弱、信号类别，将较强的单电平信号直接送至AD转换器，弱信号和差分信号先送至信号处理模块，进行滤波、放大、电平转换处理后，送至AD转换器，AD转换器接收信号处理电路送来的模拟信号并将其转换成数字信号后通过串口通信送给单片机，单片机接收AD转换器送来的数字信号并经单片机程序处理和数据判断后，将测试结果通过转接口送给显示单元和仪表将被测管子的参数和结果显示出来。

2.根据权利要求1所述的一种集成三极管阵列电路测试装置，其特征在于：由开关矩阵公共通道和至少一组开关矩阵单元组成的开关矩阵模块，每组开关矩阵单元包含两个继电器，每一个管子参数测试由一组开关矩阵单元和开关矩阵公共通道完成。

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