CN106154135A - 一种内封晶振芯片的校准测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内封晶振芯片的校准测试装置，包括：多个相互并联的校准控制板和上位机，上位机通过第一总线与多个校准控制板相连接；校准控制板上设置有微控芯片以及多个互相并联的待测芯片，微控芯片通过第一总线与上位机相连接用于与上位机进行通信，微控芯片具备定时捕获接口，控制信号输出端通过第二总线实现对待测芯片的控制，定时捕获接口通过模拟开关分别与待测芯片的秒输出脚相连接；校准控制板还具备标准秒信号输入口，用于接受标准秒信号；校准控制板上还设置有多个指示灯，用于指示对应的待测芯片的补偿校准未成功。本发明还涉及一种内封晶振芯片的校准测试方法。

Description

一种内封晶振芯片的校准测试装置及方法
技术领域
本发明涉及一种内封晶振芯片的校准测试装置以及基于该校准测试装置的方法。
背景技术
内封在芯片内的晶振的主要功能是计时、提供标准时钟信号及其他基准频率等，而晶振由于受外界环境温度变化，封装应力，自身老化等因素的影响，其产生的频率会呈现出显著的二次、三次温度特性及频率漂移。因此，对于要求产生精准频率的芯片，在应用之前就需要对芯片进行适当的应力处理并对内封的晶振进行温度补偿校准测试。
发明内容
本发明提供一种内封晶振芯片的校准测试装置以及基于该校准测试装置的方法，能够适用于各种内封晶振的SOC及时钟芯片频率的温度补偿校准测试。
本发明提供一种内封晶振芯片的校准测试装置，包括：
多个相互并联的校准控制板和上位机，所述上位机通过第一总线与所述多个校准控制板相连接；
所述校准控制板上设置有微控芯片以及多个互相并联的待测芯片，所述微控芯片通过所述第一总线与所述上位机相连接用于与上位机进行通信，所述微控芯片，所述微控芯片通过第二总线与所述待测芯片相连接，用于对所述待测芯片进行控制和通信，所述微控芯片还具备定制捕获接口，所述定时捕获接口通过模拟开关分别与所述待测芯片的秒输出脚相连接，用于接受所述待测芯片的秒输出信号；
所述校准控制板还具备标准秒信号输入口，用于接受标准秒信号，该标准秒信号用于输入至微控芯片；
所述校准控制板上还设置有多个指示灯，所述指示灯的数量与所述待测芯片数量相同，所述指示灯分别与所述待测芯片相连接，用于指示对应的所述待测芯片的补偿校准测试未成功。
本发明还提供一种内封晶振芯片的校准测试方法，基于上述的内封晶振芯片的校准测试装置，包括以下步骤：
步骤一，所述上位机对所述微控芯片发出指令，所述微控芯片将所述待测芯片的特性参数写入所述待测芯片的存储器内。
如果写入成功则执行步骤二，如果写入失败，则所述待测芯片对应的指示灯亮起，对于该待测芯片不再执行以下步骤。
步骤二，选择若干个所要测试的温度值，所述上位机对所述微控芯片发出指示，所述定时捕获口通过所述模拟开关检测对应的所述待测芯片的秒输出脚所输出的该待测芯片在各温度下的秒输出误差值，并将所述温度值以及所对应的秒输出误差值写入该待测芯片的存储器中。
如果写入成功，则进入步骤三，如果写入失败，则所述待测芯片对应的指示灯亮起，对于该待测芯片不再执行以下步骤。
步骤三，所述上位机控制所述微控芯片根据若干组所述温度值以及所对应的所述秒输出误差值计算所述待测芯片的温度补偿系数，并写入该待测芯片的存储器中。
如果写入成功，则进入步骤四，如果写入失败，则所述待测芯片对应的指示灯亮起，对于该待测芯片不再执行以下步骤。
具体的，微控芯片内封的晶振可以根据所测的几组温度-秒输出误差值拟合出一个曲线，曲线方程的各次项系数(一次、二次……)即温度补偿系数。
步骤四，所述上位机指示所述微控芯片检测所述待测芯片在某一温度值的频率精度是否合格，若合格则校准测试成功，若不合格则所述待测芯片对应的指示灯亮起。
具体的，频率精度是指秒输出精度，是指经过补偿(写入补偿系数)后的待测芯片的秒输出误差大小。
步骤五，根据所述指示灯的点亮情况，挑选出不良的待测芯片。
优选的，在步骤一之前还包括应力释放和预老化步骤，将所述待测芯片放入150℃～200℃的高温箱中烘烤2-4小时。
优选的，在所述应力释放和预老化步骤中，高温箱中不断通入氮气。
优选的，步骤二中至少选取三个温度值进行测试。
补偿校准测试的原理是通过采集多组芯片的温度-频率误差数据，拟合出晶振的温度-频率特性曲线，将拟合得到的曲线方程的各次项系数写入芯片存储器。芯片在工作时通过内部的高精度温度传感器实时测量环境温度，再由环境温度参照写入存储器的温度补偿系数，调整晶振补偿电路负载电容的大小，从而达到晶振频率温度补偿校准的目的。
附图说明
图1为本发明的内封晶振芯片的校准测试装置的结构图；
图2为本发明的内封晶振芯片的校准测试方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。图1为本发明的内封晶振芯片的校准测试装置的结构图，若干并联的校准控制板2通过485总线与上位机1进行通信，每个校准控制板2上设置有微控芯片MCU3以及并联设置有若干待测芯片，微控芯片MCU3通过IIC总线与该待测芯片相连接。
具体的，微控芯片MCU3具备定时捕获口，微控芯片MCU3通过IIC总线与待测芯片相连接，从而通过IIC总线实现对待测芯片的控制；定时捕获口通过模拟开关分别与各待测芯片的秒输出脚相连接，接受该待测芯片的秒输出信号，测量每颗芯片输出的秒信号长度。
该校准控制板2上的还设置有标准秒信号输入口，用于将外部输入的标准秒信号输入至微控芯片MCU3中。
另外，该校准控制板2上的还设置多个指示灯4，指示灯4与待测芯片一一对应相连接且数量相同，用于提示所对应的待测芯片的校准测试未成功。
图2是本发明的内封晶振芯片的校准测试方法的流程图，本发明的校准测试方法具体包含以下步骤：
应力释放及预老化处理步骤，将待测芯片放入150℃-200℃的高温箱中烘烤2-4小时，使内封晶振的应力得到松弛，然后缓慢降低温度，使晶振在冷却后处于低应力状态。烘烤时在高温箱中不断通入氮气，防止管脚氧化对芯片的可焊性造成影响。烘烤的温度和时间要适当控制，烘烤不足应力不能完全释放，过烘烤会造成晶振过老化，产生更大频偏。经过这一步的高温去应力退火和预老化处理，芯片回流焊前后的频偏可以控制在0.5ppm以内。
步骤一、将上述应力释放及预老化处理后的待测芯片安装在校准控制板上后，上位机1对校准控制板的微控芯片MCU3发出指令，微控芯片MCU3将待测芯片的特性参数写入该待测芯片的存储器内，其中，特性参数包括晶振负载电容、电阻等批次值。
如果写入成功则进入步骤二，如果写入失败，对应的指示灯4亮起，对于该芯片不再执行以下测试。
步骤二、选择三个以上所需要测试的温度值，上位机指示微控芯片MCU3控制其定时捕获接口检测对应待测芯片在某一温度之下的秒输出误差值，并将温度值以及对应的秒输出误差值写入该待测芯片的存储器内。其中，秒输出误差值是测量每颗芯片输出的秒信号长度与校准控制板中输入的标准秒信号相对比产生的误差值。
如果写入成功则进入步骤三，如果写入失败，对应的指示灯亮起，对于该芯片不再执行以下测试。
步骤三，上位机控制微控芯片MCU3根据温度-秒输出误差值计算该待测芯片的温度补偿系数，并写入该待测芯片的存储器中。
如果写入成功则进入步骤四，如果写入失败，对应的指示灯亮起，对于该芯片不再执行以下测试。
具体的，微控芯片MCU3根据所测的几组温度-秒输出误差值拟合出一个曲线，曲线方程的各次项系数(一次、二次……)即温度补偿系数。
步骤四、上位机指示微控芯片MCU3检测在某一温度的频率精度是否达到要求，如果达到要求则校准测试成功，若没有达到要求则对应的指示灯亮起。
具体的，频率精度是指秒输出精度，是指经过补偿(写入补偿系数)后的待测芯片的秒输出误差大小。
步骤五，根据指示灯亮起情况，挑选出不合格芯片。
本发明的内封晶振芯片的校准测试方法，能够采集被测芯片的多组温度-秒输出误差值的数据，拟合出晶振的温度-频率特性曲线，将拟合得到的曲线方程的各次项系数写入芯片存储器。芯片在工作时通过内部的高精度温度传感器实时测量环境温度，再由环境温度参照写入存储器的温度补偿系数，调整晶振补偿电路负载电容的大小，从而达到晶振频率温度补偿校准的目的。

Claims (5)

1.一种内封晶振芯片的校准测试装置，其特征在于，包括：
多个相互并联的校准控制板和上位机，所述上位机通过第一总线与所述多个校准控制板相连接；
所述校准控制板上设置有微控芯片以及多个互相并联的待测芯片，所述微控芯片通过所述第一总线与所述上位机相连接用于与上位机进行通信，所述微控芯片通过第二总线与所述待测芯片相连接，用于对所述待测芯片进行控制和通信，所述微控芯片还具备定时捕获接口，所述定时捕获接口通过模拟开关分别与所述待测芯片的秒输出脚相连接，用于接受所述待测芯片的秒输出信号；
所述校准控制板还具备标准秒信号输入口，用于接受标准秒信号；
所述校准控制板上还设置有多个指示灯，所述指示灯的数量与所述待测芯片数量相同，各所述指示灯分别与各所述待测芯片相连接，用于指示对应的所述待测芯片的校准测试未成功。
2.一种内封晶振芯片的校准测试方法，基于权利要求1所述的内封晶振芯片的校准测试装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，所述上位机对所述微控芯片发出指令，所述微控芯片将所述待测芯片的特性参数写入所述待测芯片的存储器内，如果写入成功则执行步骤二，如果写入失败，则所述待测芯片对应的指示灯亮起，对于该待测芯片不再执行以下步骤；
步骤二，选择若干个所要测试的温度值，所述上位机对所述微控芯片发出指示，所述微控芯片的所述定时捕获接口通过所述模拟开关检测对应的所述待测芯片的秒输出脚所输出的该待测芯片在各温度下的秒输出误差值，并将所述各温度值以及所对应的秒输出误差值写入该待测芯片的存储器中，如果写入成功，则进入步骤三，如果写入失败，则所述待测芯片对应的指示灯亮起，对于该待测芯片不再执行以下步骤；
步骤三，所述上位机控制所述微控芯片根据若干组所述温度值以及所对应的所述秒输出误差值计算所述待测芯片的温度补偿系数，并写入该待测芯片的存储器中，如果写入成功，则进入步骤四，如果写入失败，则所述待测芯片对应的指示灯亮起，对于该待测芯片不再执行以下步骤；
步骤四，所述上位机指示所述微控芯片检测所述待测芯片在某一温度值的频率精度是否合格，若合格则校准测试成功，若不合格则所述待测芯片对应的指示灯亮起；
步骤五，根据所述指示灯的点亮情况，挑选出不良的待测芯片。
3.如权利要求2所述的内封晶振芯片的校准测试方法，其特征在于，在步骤一之前还包括应力释放和预老化步骤，将所述待测芯片放入150℃～200℃的高温箱中烘烤2-4小时。
4.如权利要求3所述的内封晶振芯片的校准测试方法，其特征在于，在所述应力释放和预老化步骤中，高温箱中不断通入氮气。
5.如权利要求2所述的内封晶振芯片的校准测试方法，其特征在于，步骤二中至少选取三个温度值进行测试。
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