CN109143034A - 芯片adc性能自动化测试系统及方法 - Google Patents

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张瀚文
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段松涛
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Abstract

本发明公开了一种芯片ADC性能自动化测试系统及方法，特别适用于蓝牙芯片等需要模数转换的信号处理硬件从而实现对其ADC总体性能的自动化测试。本发明使用带有标准GPIB工控接口，或者标准USB/RS232串口的可编程信号源与可编程逻辑分析仪，同时通过PC端的LABVIEW与MATLAB进行混合编程，包含仪器采集，高兼容性接口采集和文本输入分析三种数据采集模式，进而实现对芯片ADC性能的自动化测试，同时使用可拔插待测子母待测板兼容不同ADC的输出接口。本发明采用自动化软件与低成本高兼容硬件结合的设计思路，简化了传统芯片ADC测试操作流程，提高了效率减少了成本与人为失误风险。

Description

芯片ADC性能自动化测试系统及方法
技术领域
本发明涉及仪器仪表技术领域的一种分析及测量控制技术,尤其是芯片中ADC的性能测试。
背景技术
目前现有的大部分ADC芯片测试都需要较大的设备成本或者人力成本投入，针对不同的ADC输出引脚的兼容性也相对单一缺少相应的拓展性，而工控软件又往往仅限于仪器仪表控制。对于芯片来说，一般需要其芯片拥有统一的封装以适用于测试板的针脚。而对于设备来说，除了价格高昂以外，其他一些相对价格较低的仪器又存在着数据采集方法单一和不能完全自动化的瓶颈，在平台搭建和仪器调试上加大了人力和时间成本的投入。同时，除去仪器因素外，一些测试厂商的测试价格普遍偏高，当涉及大量样品时则会增加成本开销。而面对大量样品测量时，人为的仪器调试与操作难免会存在失误风险，影响到了测试质量与结果。
发明内容
本发明为了克服现有ADC性能测试技术中芯片输出引脚的兼容性单一，工控软件拓展瓶颈，高精度仪器价格昂贵，面临大量样本测试时人员调试仪器时间成本投入过高，人为操作失误风险等问题，本发明提供一种使用LABVIEW编程为基础融合嵌套MATLAB算法，使得工控软件加入了外部数据分析算法GPADC，同时配合相应高兼容的适配子母板的软硬件结合的自动化测试方案。自动化测试程序针对不同测试环境同时包含三种测试解决方案，第一种为仪器采集测试，硬件上使用成本较低且常见的可编程信号源和可编程逻辑分析仪，软件上通过PC端测试软件进行仪器控制与数据分析。第二种为串口采集测试，针对不同ADC输出的接口的差异，配有合适的适配板，测试适配子板可拔插于测试母板上，测试母板通过串口连接至PC端，测试软件自动抓取串口数据处理后进行ADC性能测试。第三种为人为手动文本输入测试，将采集文本放入程序目标文件夹中便可自动加以计算从而获得ADC性能参数。所有操作通过PC端的UI虚拟面板控制并完成ADC测试项目。
本发明解决其技术问题所构建的系统结构主要包括：
PC端(1)、可编程信号源(3)、可编程逻辑分析仪(6)、待测母板(5)、可拔插待测子板(9)。该系统结构能够支持仪器采集、高兼容性接口采集和测试文本输入三种数据采集方式。
首先，使用带有标准GPIB工控接口，或者标准USB/RS232串口的可信号源与逻辑分析仪，通过串口接线分别与PC端连接，PC端需提前安装NI的VISA仪器串口连接驱动，MATLAB软件与兼容LABVIEW的Mathscript驱动。被测样品通过夹线与信号源相连并将输出串口输出与PC，ADC信号输出接口与逻辑分析仪连接。
其次，通过PC端的LABVIEW与MATLAB进行混合编程，其中以LABVIEW为主体，MATLAB代码嵌套的方式，将对两台设备的功能控制与信号采集与数据处理放在同一个VISA通信信道中，从统一的VISA串口进行两台设备的实时通信。VISA write可将控制指令统一下发，从而使两台仪器无缝完成自动化测试。人员仅需要简单地在PC端软件UI界面分别设定信号源信号波形，频率，振幅和偏移量；逻辑分析仪的输入接口选择，点击开始便可以进行自动化步ADC性能测试。或者直接连接测试样品板的串口，在PC端抓取串口数据进行处理后测试，也可直接读取已抓取的文本文件进行测试。
最后，在自动测试完成后直接获得测试图像于虚拟面板上并生成数据文本。交互界面的设计极大简化了操作流程，提高了操作效率。
上述的芯片ADC性能自动化测试系统，所述的PC端由工控软件编程集成外部ADC数字输出的数据分析算法，主要负责测试系统的仪器控制，信号采集与处理，ADC性能参数计算分析，生成图像与测试结果输出功能。
上述的芯片ADC性能自动化测试系统，所述的PC端由LABVIEW软件编程嵌套MATLAB数据分析算法组成，主要负责测试系统的仪器控制，信号采集与处理，ADC性能参数计算分析，生成图像与测试结果输出功能。
上述的芯片ADC性能自动化测试系统，所述的VISA通信信道为LABVIEW编程的框架模式，分为串口接口选择，VISA OPEN,VISA WRITE&READ，VISA CLOSE和错误输出这几个主体种模块构成，其中主要由VISA WRITE&READ控制仪器写入与读取，VISA OPEN与VISACLOSE控制PC端与仪器通信的开关。
上述的芯片ADC性能自动化测试系统，所述的Mathscript为在LABVIEW软件中运行MATLAB的必要驱动，本发明在核心算法借助MATLAB的计算函数库来实现ADC的性能分析与计算。
上述的芯片ADC性能自动化测试系统，所述的软件UI界面在选择不同测试方式时，能够进入相应的交互界面，以供测试人员对不同测试方法下达测试指令完成测试。
上述的测试样品带有工作规格，需根据技术手册来设定，确保ADC能正常运作。
本发明的有益效果是，本发明芯片ADC性能自动化测试系统采用LABVIEW工控与MATLAB算法混合编程与常用可编程信号源和逻辑分析仪实现自动化同步测试，一定程度上有效的降低了芯片研发成本开销与人力成本投入。虚拟面板能够更直观的让操作更加方便，而统一的工控接口能够更好得控制每一步控制指令的下发能够使得测量精度得到保证。
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为本发明硬件连接示意图；
图2为本发明软件设计总体流程图；
具体实施方式
下面结合具体软硬件操作搭建为例对本发明专利做详细说明。
图1中包含1.PC端，2.RS232连接线，3.可编程信号源，4.夹线，5.待测母板，6.可编程逻辑分析仪，7.USB连接线，8.串口连接线，9.可拔插待测子板。
结合图1、图2所示:
步骤一：测量开始前，待测母板5的信号输入端口使用夹线4与信号源3连接，选择适用的可拔插待测子板9直接插于待测母板5预留统一针脚上，待测母板5的串口输出端再使用夹线4与可编程逻辑分析仪6连接。可编程信号源3与可编程逻辑分析仪6分别用RS232连接线2与USB连接线7和PC端1相连接。待测母板5再通过串口输出端与PC端1相连接。
步骤二：在运行前需先在PC端1软件交互面板上设置需要使用的数据采集方式，三种方式过程分别为：
当选择仪器采集时，在相应虚拟界面上设置可编程信号源3的信号波形，幅度与频率；可编程逻辑分析仪6的测量接口选择。当通讯信道打开时程序会自动检查两个物理接口USB连接线7RS232连接线2是否与测量仪器连接成功。当失败时会报错并初始化所有预设值等待再次连接。连接成功后程序根据用户预设值分别给两台仪器下达测试指令，同时仪器将每次采集的数据通过USB连接线7与RS232连接线2传输至PC端1直至测量结束。最后PC端1根据所采集的数据进行绘制测试图像并输出ADC性能参数。
当选择串口采集时，在相应虚拟界面上设置串口选择。当通讯信道打开时程序会自动检查串口连接线8是否与待测母板5连接成功。当失败时会报错并初始化所有预设值等待再次连接。连接成功后程序执行自动采集ADC输出数据，并通过串口连接线8传输至PC端1直至测量结束。最后PC端1根据采集数据进行绘制测试图像输出ADC性能参数。
当选择测试文本输入时，在相应虚拟界面上选择预先测试的文本文件，直接在PC端1进行数据提取与分析，并根据采集数据进行绘制测试图像输出ADC性能参
以上通过结合具体实施方式对本发明作了详细的说明，这些并非构成对本发明的限制，在不脱离本发明原理的情况下，还可做出若干变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.芯片ADC性能自动化测试系统，其特征在于，主要包括PC端(1)、可编程信号源(3)、可编程逻辑分析仪(6)、待测母板(5)，可拔插待测子板(9)，其中，待测母板(5)的信号输入端口使用夹线(4)与信号源(3)连接，选择适用的可拔插待测子板(9)直接插于待测母板(5)预留统一针脚上，待测母板(5)的串口输出端再使用夹线(4)与可编程逻辑分析仪(6)连接,可编程信号源(3)与可编程逻辑分析仪(6)分别用RS232连接线(2)与USB连接线(7)和PC端(1)相连接，待测母板(5)再通过串口连接线(8)与PC端(1)相连接；PC端(1)采用LABVIEW软件嵌套式MATLAB ADC动静态分析算法编程，集成可编程信号源(3)与可编程逻辑分析仪(6)两台设备的仪器驱动，可编程信号源(3)与待测母板(5)相连，前者给后者提供测试用正弦波信号；可编程逻辑分析仪(6)与待测母板(5)相连，前者用于抓取后者测试时输出的数字信号并传回PC端(1)。
2.根据权利要求1所述的芯片ADC性能自动化测试装置，其特征在于，支持的数据采集方式包括：仪器采集、高兼容性接口采集、测试文本输入，从而通过的软硬件结合构成的自动化测试系统。
3.根据权利要求2所述的高兼容性接口采集方式，其特征在于，对于高兼容性接口采集，对不同芯片的ADC输出的接口的差异，配有合适的可拔插待测子板(9)，可拔插待测子板(9)可随时通过针脚拔插与待测母板(5)上，待测母板(5)与PC端(1)的连接通过串口连接，完成针对不同ADC芯片的数据采集与传输。
4.根据权利要求1所述的芯片ADC性能自动化测试系统，其特征在于，PC端UI面板设计有简洁的交互式UI面板，选择不同测试方式进入相应的交互界面，以供测试人员对不同测试方法下达测试指令完成测试。
5.根据权利要求1所述的芯片ADC性能自动化测试系统，其特征在于，PC端UI面板设计有测量结果显示窗口，显示内容包含原始信号图，DNL,INL信号图和信号功耗频谱图，SNR,SINAD,THD,SFDR与ENOB结果。显示窗口可进行放大，拖拽和截取功能。
6.芯片ADC性能自动化测试方法，基于权利要求1所述的测试系统，在工控软件中加入外部ADC数字输出的数据分析算法，共同集合成一整套测试系统，其特征在于，通过上位机工控软件控制可编程信号源与可编程逻辑分析进行针对芯片ADC的模拟信号输入与输出数字信号的采集工作的同时，可针对接收到采集的数字信号进行ADC性能同时进行静态与动态的性能分析。
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