CN106526456B - 一种集成电路在线测试装置和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成电路在线测试装置和测试方法，包括单片机、地址译码电路、数据缓存电路、测试驱动电路、继电器器件接口电路、电压比较电路、采样电路和阈值电路，通过在被测器件的输入级灌入或拉出瞬态大电流，迫使其电位按要求变高或变低，再对被测器件的测试输出响应进行采集和比较，从而判断被测器件的故障信息和故障位置，实现了对集成电路上元器件的在线测试，智能高效，测量准度高，避免了离线测试的拆卸过程中对集成电路的损坏，且能够对集成电路的元器件在通电状态下才能进行检测的例如电流驱动能力减弱等问题进行检测，检测功能更全面，进一步提高了对集成电路进行检测时的效率和性能。

Description

一种集成电路在线测试装置和测试方法

技术领域

本发明涉及卷集成电路测试技术领域，尤其涉及一种集成电路在线测试装置和测试方法。

背景技术

卷烟自动化设备上主要由集成电路组成，由于制造工艺的限制、使用寿命和工作条件的影响，集成电路中的芯片会出现故障，影响设备的运行。集成电路的测量是通过实验方法对芯片取得定量信息，即数量概念的过程，以电子技术为基础对集成电路进行功能验证和功能指标测试。自动化集成电路测试的工作过程就是在计算机中使用测试软件编写待测芯片的测试程序，并把测试向量通过译码电路处理之后驱动集成电路硬件实现既定的测试功能，目前一般的测量方法是将集成电路拆卸下来在锁紧插座上进行离线的测试。

虽然离线测试能够对集成电路上的单独的元器件进行故障测试，使技术人员根据测试结果可以直接对有故障的元器件进行更换，节省了更换整块集成电路板的费用。但是，离线测试需要对现场集成电路进行拆卸，而拆卸过程即会对待测器件进行无意的损坏，而且器件的工作环境变化也会带来待测器件的工作状态变化，而且的离线的测试方法很难对由于电路板线路连接复杂导致的芯片的电流驱动能力减弱故障进行检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成电路在线测试装置和测试方法，能够对集成电路进行在线测试，在检测集成电路板上元器件故障状况的同时降低了集成电路的损坏率，提高了集成电路的使用寿命和测量精度；进一步地，还能对集成电路在通电状况下的电流驱动能力减弱等情况进行在线检测。

本发明采用的技术方案为：

一种集成电路在线测试装置，包括单片机、输入信号处理电路、阈值电路、测试驱动电路、继电器器件接口电路、采样电路、电压比较电路和输出信号处理电路；所述输入信号处理电路包括总线驱动电路、地址译码电路和输入数据缓存电路，输出信号处理电路包括输出数据缓存电路、地址译码电路和总线驱动电路；

所述单片机的输出端与总线驱动电路的第一输入端相连，单片机的输入端与总线驱动电路的第一输出端相连，总线驱动电路的第二输出端与地址译码电路的输入端相连，总线驱动电路的第三输出端与输入数据缓存电路的第一输入端相连，地址译码电路的第一输出端与输入数据缓存电路的第二输入端相连，地址译码电路的第二输出端与阈值电路的第一输入端相连，输入数据缓存电路的第一输出端与阈值电路的第二输入端相连，输入数据缓存电路的第二输出端与测试驱动电路的输入端相连，测试驱动电路的输出端与继电器器件接口电路的第一输入端相连，继电器器件接口电路的第一输出端与被测器件的输入端相连，被测器件的输出端与继电器器件接口电路的第二输入端相连，继电器器件接口电路的第二输出端与采样电路的输入端相连，采样电路的输出端与电压比较电路的第一输入端相连，电压比较电路的第二输入端与阈值电路的输出端相连，电压比较电路的输出端与输出数据缓存电路的第一输入端相连，输出数据缓存电路的第二输入端与地址译码电路的第三输出端相连，输出数据缓存电路的输出端与总线驱动电路的第二输入端相连；所述单片机上设有USB通信接口，用于单片机通过USB通信接口与外部计算机进行数据交换。

所述测试驱动电路包括四个数据缓冲器，所述四个数据缓冲器采用四路并联的方式进行连接，测试驱动电路的驱动电流为80～110mA，测试时间不大于200ms。

还包括LC网络保护电路，所述LC网络保护电路包括电压保护电路和LC电流保护电路，LC电流保护电路和电压保护电路依次串联在测试驱动电路的输出端和继电器器件接口电路的第一输入端之间。

所述电压保护电路包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1的正极与电源正极相连，二极管D1的负极连接在电压保护电路的输入端和输出端之间，二极管D2的正极连接在电压保护电路的输入级和输出级之间，二极管D2 的负极与接地端相连。

所述LC电流保护电路包括电阻R1、电阻R2、电感L1、电容C1和电阻R3，所述电阻R1串联在电源和LC电流保护电路的输入级之间，电阻R2串联在LC电流保护电路的输入级和接地端之间，R1的阻值是R2的两倍,电感L1串联在LC电流保护电路的输入级和被测器件的输入管脚之间，电阻R3和电容C1依次串联在被测器件的输入管脚和接地端之间，电感L1的电感值为2.2UH～10.0UH，电容C1的电容值为100PF～1000PF，电阻R3的电阻值为100Ω～1000Ω，电阻R3的电阻值与电容C1的电容值的乘积为1*10-6～2*10-6。

所述阈值电路包括四重单刀单掷模拟开关。

一种基于所述的集成电路在线测试装置的测试方法，包括以下测试步骤：

A、首先选定待测集成电路的待测器件型号，根据待测器件型号的真值表确定测量向量以及确定待测器件的标准响应结果，并输入到计算机控制终端，然后将集成电路在线测试装置通过夹具与被测器件的管脚连接，将计算机和单片机通过USB通信接口连接，最后，通过计算机发送测试向量到单片机；

B、单片机接收到测试向量，表示可以开始对被测器件进行测试，即通过总线驱动电路发送控制信号到输入信号处理电路，再通过地址译码电路发送至与被测器件对应的控制信号到输入数据缓存电路和阀值门电路；数据缓存电路接受到控制信号后，产生与被测器件对应的测试信号到驱动电路；

C、当测试驱动电路接收到测试信号时，把接收到的测试信号进行放大，再把放大后的测试信号通过继电器接口电路输入被测器件的输入管脚；

D、同时，采用电路采集被测器件的输出管脚的电压值，并发送电压值到电压比较电路的第一输入端，输入数据缓存电路发送预存的比较信号到阀值电路，控制阀值电路把比较信号发送到电压比较器电路的输入端，电压比较器电路对二者信号大小进行比较，比较结果记为第一比较结果，并把第一比较结果发送至输出数据缓存电路，然后输出数据缓存电路通过总线驱动电路发送第一比较结果到单片机；

E、单片机通过发送接收到的第一比较结果到计算机，计算机将第一比较结果与标准响应结果比较，如果二者相同，则表明被测器件未损坏，反之，表明被测器件损坏；

F、同理，依次对在线的集成电路板上各个被测器件进行测试，存储测试结果，即实现对集成电路的在线测试。

所述的确定待测器件的标准响应结果采用如下方式：将测试输入激励施加到与被测器件相同的无故障器件上，把从测试驱动电路输出端取回的实测响应信号作为标准响应信号。

本发明通过在被测器件的输入管脚灌入或拉出瞬态大电流，迫使其电位按要求变高或变低，然后在自动采集被测器件的测试输出响应，通过计算机将测试输出响应与标准响应信号进行比较，从而判断被测对象的故障情况和故障位置，实现了对集成电路上元器件的在线测试，智能高效，测量准度高，避免了离线测试的拆卸过程中对集成电路的损坏，且能够对集成电路的元器件在通电状态下才能进行检测的例如电流驱动能力减弱等问题进行检测，检测功能更全面，进一步提高了对集成电路进行检测时的效率和性能。

附图说明

图1为集成电路在线测试装置的电路原理框图；

图2为LC网络保护电路的电路原理图；

图3为集成电路在线测试方法的流程图。

具体实施方式

本发明包括一种集成电路在线测试装置，如图1所示，包括单片机、输入信号处理电路、阈值电路、测试驱动电路、继电器器件接口电路、采样电路、电压比较电路和输出信号处理电路；所述输入信号处理电路包括总线驱动电路、地址译码电路和输入数据缓存电路，输出信号处理电路包括第二数据缓存电路、地址译码电路和总线驱动电路；

单片机的输出端与总线驱动电路的第一输入端相连，单片机的输入端与总线驱动电路的第一输出端相连，总线驱动电路的第二输出端与地址译码电路的输入端相连，总线驱动电路的第三输出端与输入数据缓存电路的第一输入端相连，地址译码电路的第一输出端与输入数据缓存电路的第二输入端相连，地址译码电路的第二输出端与阈值电路的第一输入端相连，输入数据缓存电路的第一输出端与阈值电路的第二输入端相连，输入数据缓存电路的第二输出端与测试驱动电路的输入端相连，测试驱动电路的输出端与继电器器件接口电路的第一输入端相连，继电器器件接口电路的第一输出端与被测器件的输入端相连，被测器件的输出端与继电器器件接口电路的第二输入端相连，继电器器件接口电路的第二输出端与采样电路的输入端相连，采样电路的输出端与电压比较电路的第一输入端相连，电压比较电路的第二输入端与阈值电路的输出端相连，电压比较电路的输出端与输出数据缓存电路第一输入端相连，输出数据缓存电路的第二输入端与地址译码电路的第三输出端相连，输出数据缓存电路的输出端与总线驱动电路的第二输入端相连；所述单片机上设有USB通信接口，单片机通过USB通信接口与外部计算机进行数据交换。单片机主要完成数据采集、控制和命令处理，并与计算机进行数据交换，总线驱动电路对单片机总线进行扩展，提高其驱动能力，对输入总线驱动电路的电压进行转换。

下面结合附图2对本实施例进行进一步说明。

为了确保对被测器件进行功能测试，迫使其电位按要求变高或变低，达到对被测器件在线施加测试激励的目的，就必须强制驱动被测器件的逻辑电平，各脚驱动器必须能够吸收或输出足够的电流，测试驱动电路优选采用四个数据缓冲器74ACT244进行四路并联，对电流进行放大，保证驱动电流的数值为80～110mA，测试时间在200ms以内，驱动电流的数值优选为100mA。

LC网络保护电路包括二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电感L1、电容C1和电阻R3，二极管D1的正极与电源正极，二极管D1的负极与和LC网络保护电路的输入级相连，二极管D2的正极与LC网络保护电路的输入级相连，二极管D2 的负极与接地端相连，二极管D1和二极管D2构成电压保护电路；电阻R1串联在电源和LC网络保护电路的输入级之间，电阻R2串联在LC网络保护电路和接地端之间，R1的阻值是R2的两倍,电感L1串联在LC网络保护电路的输入级和被测器件的输入管脚之间，电阻R3和电容C1依次串联在被测器件的输入管脚和接地端之间，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1和电容C1构成LC保护电路。

电感L1的取值范围为2.2UH～10.0UH，电容C1的取值范围为100PF～1000PF，电阻R3的取值范围为100Ω～1000Ω，电阻R3与电容C1的乘积在1*10-6～2*10-6这个范围内，为了达到测试要求，根据公式f=1/2*π*R3*C1，可以计算出电阻R3和电容C1的乘积值必须在1.0*10^-6～1.5*10^-6这个范围内，f的数值为100KHZ时测试效果最佳，因此优选电阻R3和电容C1的乘积值为1.5*10^-6。

继电器器件接口电路优选采用PG1A微型继电器，PG1A微型继电器对被测器件的输入信号和被测器件的输出信号进行电平控制，低电平时PG1A微型继电器导通，激励电流输入被测器件的管脚，高电平时PG1A微型继电器断开，被测器件的输出信号进入采样电路进行采样，再进入电压比较电路进行电压比较。此处优选采用电压比较器，电压比较器经过阈值电路的控制后对接收到的被测器件的输出响应和预置的TTL或CMOS的高低阈值电平进行比较，比较结果依次经过输出数据缓存电路和总线驱动电路处理，处理后的比较结果被输入单片机，最后通过单片机上设置的USB通信接口将比较结果发送至计算机，计算机中测试软件对比较结果进行处理，判断出被测器件的故障状态和故障位置。输出数据缓存电路优选采用数据缓存器74LS373。单片机优选采用ARM单片机。

阈值电路优选采用4重单刀单掷DG211模拟开关，模拟开关的开关控制由地址译码电路及第一缓存电路中的数据缓存器74LS373完成，为了保证DG211模拟开关在开机时处于常开状态，DG211的控制线上可以串联一个10KΩ的上拉电阻。

本发明还包括一种基于所述的集成电路在线测试装置的测试方法，如图3所述，包括以下测试步骤：

A、首先选定待测集成电路的待测器件型号，根据待测器件型号的真值表确定测量向量以及确定待测器件的标准响应结果，所述的确定待测器件的标准响应结果采用如下方式：将测试输入激励施加到与被测器件相同的无故障器件上，把从测试驱动电路输出端取回的实测响应信号作为标准响应信号。

B、然后把测量向量和标准响应结果输入到计算机控制终端，然后将集成电路在线测试装置通过夹具与被测器件的管脚连接，将计算机和单片机通过USB通信接口连接，最后，通过计算机发送测试向量到单片机；

单片机接收到测试向量，表示可以开始对被测器件进行测试，即通过总线驱动电路发送控制信号到输入信号处理电路，再通过地址译码电路发送至与被测器件对应的控制信号到输入数据缓存电路和阀值门电路；数据缓存电路接受到控制信号后，产生与被测器件对应的测试信号到驱动电路；输入信号处理电路接收到单片机发出的测试向量信号后，根据设定好的测试信号送至测试驱动电路：输入信号处理电路中的总线驱动电路对单片机的信号进行电平转换和驱动能力扩展，然后发送至地址译码电路和输入数据缓存电路，地址译码电路选定输入数据缓存电路中的测试信号和继电器器件接口电路的控制信号，数据缓存电路将选定的信号发送至测试驱动电路；

C、当测试驱动电路接收到测试信号时，把接收到的测试信号进行放大，把放大后的测试信号后通过继电器接口电路输入被测器件的输入管脚；

D、同时采用电路采集被测器件的输出管脚的电压值，并发送电压值到电压比较电路的第一输入端，同时，输入数据缓存电路发送预存的比较信号到阀值电路，控制阀值电流把比较信号发送到比较器电路的输入端，电压比较器电路对二者信号大小进行比较，比较结果记为第一比较结果，并把第一比较结果发送至输出数据缓存电路，然后输出数据缓存电路通过总线驱动电路发送第一比较结果到单片机；

E、单片机通发送接收到的第一比较结果到计算机，计算机将第一比较结果与标准响应结果比较，如果二者相同，则表明被测器件未损坏，反之，表明被测器件损坏；具体操作中，单片机将接收到的多路比较结果进行整理后发送至计算机：单片机将接收到的比较结果进行整理，根据通信协议，生成数据包，并将数据包发送至计算机；

F、计算机测试软件对接收到的数据包进行拆解，转化为二进制数据值，根据TTL、CMOS、ECL、LVDS等国际通用电平标准，将转化后的二级制数据值与计算机中预设的标准响应信号进行比对，判断被测功能块是否有故障，并将结果进行显示：比对结果相同，则说明被测功能块没有故障，比对结果不一致，说明被测功能块有故障，计算机将比对结果进行保存；依次对在线的集成电路板上各个被测器件进行测试，存储测试结果，即实现集成电路的在线测试。

以下举例进行说明，以待测器件型号为74LS00的芯片为例，由于74LS00的真值表为

根据真值表判断出被测功能块的测试信号分为四组，依次为：00，01,10,11，通过测量可以得知得到的标准响应信号应该为：1110，对被测功能块一次输入这四组测试信号，如果计算机对比较结果的数据包进行解析后得到的二级制数据值为1110，就可以判定被测功能块芯片是正常的，如果为0110或 0010等，则计算机判定所测功能块存在故障并将该比对结果进行保存；

在上述测试过程中描述的如何设计测试向量以及单片机对其测量向量如何控制和具体运算的过程，为公知技术，所以在此没有赘述，具体也可以参考流水号为2016R11L428959的著作权申请。而本发明创新点是不在于此，在于利用此测量向量进行控制和在线的检测。

需要指出的是，本发明虽是针对单独的电子元器件进行的在线测试，但是由于模块化测试的方法，即划分一定区域内的电子元器件作为一个整体进行测试，然后再具体进行分析的方法，与本发明同属于相同的工作原理，也属于本发明的保护范围内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种集成电路在线测试装置，其特征在于：包括单片机、输入信号处理电路、阈值电路、测试驱动电路、继电器器件接口电路、采样电路、电压比较电路和输出信号处理电路；所述输入信号处理电路包括总线驱动电路、地址译码电路和输入数据缓存电路，输出信号处理电路包括输出数据缓存电路、地址译码电路和总线驱动电路；

所述单片机的输出端与总线驱动电路的第一输入端相连，单片机的输入端与总线驱动电路的第一输出端相连，总线驱动电路的第二输出端与地址译码电路的输入端相连，总线驱动电路的第三输出端与输入数据缓存电路的第一输入端相连，地址译码电路的第一输出端与输入数据缓存电路的第二输入端相连，地址译码电路的第二输出端与阈值电路的第一输入端相连，输入数据缓存电路的第一输出端与阈值电路的第二输入端相连，输入数据缓存电路的第二输出端与测试驱动电路的输入端相连，测试驱动电路的输出端与继电器器件接口电路的第一输入端相连，继电器器件接口电路的第一输出端与被测器件的输入端相连，被测器件的输出端与继电器器件接口电路的第二输入端相连，继电器器件接口电路的第二输出端与采样电路的输入端相连，采样电路的输出端与电压比较电路的第一输入端相连，电压比较电路的第二输入端与阈值电路的输出端相连，电压比较电路的输出端与输出数据缓存电路的第一输入端相连，输出数据缓存电路的第二输入端与地址译码电路的第三输出端相连，输出数据缓存电路的输出端与总线驱动电路的第二输入端相连；所述单片机上设有USB通信接口，用于单片机通过USB通信接口与外部计算机进行数据交换；所述阈值电路包括四重单刀单掷模拟开关。

2.根据权利要求1所述的集成电路在线测试装置，其特征在于：所述测试驱动电路包括四个数据缓冲器，所述四个数据缓冲器采用四路并联的方式进行连接，测试驱动电路的驱动电流为80～110mA，测试时间不大于200ms。

3.根据权利要求2所述的集成电路在线测试装置，其特征在于：还包括LC网络保护电路，所述LC网络保护电路包括电压保护电路和LC电流保护电路，LC电流保护电路和电压保护电路依次串联在测试驱动电路的输出端和继电器器件接口电路的第一输入端之间。

4.根据权利要求3所述的集成电路在线测试装置，其特征在于：所述电压保护电路包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1的正极与电源正极相连，二极管D1的负极连接在电压保护电路的输入端和输出端之间，二极管D2的正极连接在电压保护电路的输入级和输出级之间，二极管D2 的负极与接地端相连。

5.根据权利要求4所述的集成电路在线测试装置，其特征在于：所述LC电流保护电路包括电阻R1、电阻R2、电感L1、电容C1和电阻R3，所述电阻R1串联在电源和LC电流保护电路的输入级之间，电阻R2串联在LC电流保护电路的输入级和接地端之间，R1的阻值是R2的两倍,电感L1串联在LC电流保护电路的输入级和被测器件的输入管脚之间，电阻R3和电容C1依次串联在被测器件的输入管脚和接地端之间，电感L1的电感值为2.2UH～10.0UH，电容C1的电容值为100PF～1000PF，电阻R3的电阻值为100Ω～1000Ω，电阻R3的电阻值与电容C1的电容值的乘积为1*10^-6～2*10^-6。

6.一种基于权利要求5所述的集成电路在线测试装置的测试方法，其特征在于：包括以下测试步骤：

首先选定待测集成电路的待测器件型号，根据待测器件型号的真值表确定测量向量以及确定待测器件的标准响应结果，并输入到计算机控制终端，然后将集成电路在线测试装置通过夹具与被测器件的管脚连接，将计算机和单片机通过USB通信接口连接，最后，通过计算机发送测试向量到单片机；

单片机接收到测试向量，表示可以开始对被测器件进行测试，即通过总线驱动电路发送控制信号到输入信号处理电路，再通过地址译码电路发送至与被测器件对应的控制信号到输入数据缓存电路和阀值门电路；数据缓存电路接受到控制信号后，产生与被测器件对应的测试信号到驱动电路；

当测试驱动电路接收到测试信号时，把接收到的测试信号进行放大，再把放大后的测试信号通过继电器接口电路输入被测器件的输入管脚；

同时，采用电路采集被测器件的输出管脚的电压值，并发送电压值到电压比较电路的第一输入端，输入数据缓存电路发送预存的比较信号到阀值电路，控制阀值电路把比较信号发送到电压比较器电路的输入端，电压比较器电路对二者信号大小进行比较，比较结果记为第一比较结果，并把第一比较结果发送至输出数据缓存电路，然后输出数据缓存电路通过总线驱动电路发送第一比较结果到单片机；

单片机通过发送接收到的第一比较结果到计算机，计算机将第一比较结果与标准响应结果比较，如果二者相同，则表明被测器件未损坏，反之，表明被测器件损坏；

同理，依次对在线的集成电路板上各个被测器件进行测试，存储测试结果，即实现对集成电路的在线测试。

7.根据权利要求6所述的集成电路在线测试方法，其特征在于：所述的确定待测器件的标准响应结果采用如下方式：将测试输入激励施加到与被测器件相同的无故障器件上，把从测试驱动电路输出端取回的实测响应信号作为标准响应信号。

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