CN109586719B - 八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动化测试领域，具体为八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统及方法，系统包括被测电路箱、继电器切换板、测试单元、直流稳压电源、外接仪器以及控制端；被测电路箱包括箱体，箱体内放置有夹具转接板，夹具转接板上有两个模数转换器；夹具转接板与继电器切换板之间用同轴屏蔽线连接；继电器切换板与测试单元之间通过锁紧夹具连接；直流稳压电源为测试单元供电；测试单元通过50针排线与控制端的IO卡连接；控制端根据其输出的时序信号，控制继电器切换板上各个继电器的开闭，通过外接仪器采集在不同被测电路状态下模数转换器输出端的值，外接仪器将输出端的值发送到控制端。本发明能够实时有效的测出模数转换器的性能参数。

Description

八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统及方法

技术领域

本发明涉及一种实时测试单元，特别涉及八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统及方法，属于自动化技术领域。

背景技术

在对高可靠长寿命产品进行可靠性增长试验时，由于传统模拟试验对产品潜在缺陷的激发效率不高、时间费用消耗巨大，不能满足工程上缩短研制试验时间、减少研制开发费用的要求。因此特别需要针对高可靠长寿命产品研究高效的可靠性强化试验技术，以满足实际工程中这类产品可靠性增长保障的需要。

通过可靠性强化试验发现和确定样本失效，很大程度上依赖于测试的灵敏性、测试手段的完善程度以及样本被测试的次数。在传统的可靠性强化试验中，只能在试验完成后将样本取出测试，无法发现试验过程中出现的偶发性故障与间歇性故障，也无法发现特定试验条件下才会暴露出的样本故障。

所以需要一种实时测试技术，实时监测样本在可靠性强化试验过程中的参数变化情况，监测样本的偶发性与间歇性故障，提高可靠性强化试验的效果。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统及方法；

本发明的目的在于提供一种八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统，它能对可靠性强化试验过程中该型八通道模数转换器的每个通道依次进行测试与数据采集，实现自动化的在线操作。

本发明的一种八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统，所述系统包括被测电路箱、继电器切换板、测试单元、直流稳压电源、外接仪器以及控制端；所述被测电路箱包括箱体，所述箱体内放置有夹具转接板，所述夹具转接板上有两个模数转换器；所述夹具转接板与继电器切换板之间用同轴屏蔽线连接；所述继电器切换板与测试单元之间通过锁紧夹具连接；所述直流稳压电源为测试单元供电；所述测试单元通过50针排线与控制端的IO卡连接；所述控制端根据其输出的时序信号，控制所述继电器切换板上各个继电器的开闭，通过外接仪器采集在不同被测电路状态下模数转换器输出端的值，所述外接仪器将输出端的值发送到控制端。控制端进行数据处理，并将其显示。

进一步的，所述测试单元包括现场可编程门阵列FPGA、转换电路芯片、精确电压电路芯片、电压产生芯片、切换电路芯片、驱动电路芯片；所述FPGA 用于对接收被测电路箱中模数转换器的输出码并对其进行分析计算；所述转换电路芯片用于将FPGA输出的各路工作时序信号转换为所需高低电平的时序信号；所述精确电压电路芯片用于接收IO卡发送的码字，输出被测电路所需的精确电压；所述电压产生芯片用于产生被测电路的电源电压和基准电压；所述切换电路芯片用于切换被测电路的各个输入及输出端；所述驱动电路芯片用于接收IO卡的控制信号，驱动继电器的开闭。

进一步的，所述继电器切换板包括一个双层PCB板，上面依次放置了14 个双组单刀双掷的电磁继电器。

进一步的，所述直流稳压电源包括输入电压220VAC转换为±15VDC、 5VDC输出，带载能力大于1A的电源设备。

本发明的方案设计合理，实时测试结果准确，运行稳定，可以将可靠性强化试验的效率提高一倍，效果显著。它主要应用于自动化技术领域。

进一步的，所述直流稳压电源，是输入电压220VAC转换为±15VDC、5VDC 输出，带载能力大于1A的电源设备，用于给测试单元及继电器切换板上的继电器供电；

进一步的，所述SAD0808RH模数转换器，是一种硅栅非自对准CMOS工艺加工的单片集成电路，内部包含8路相同且独立工作的8位ADC。将其安装在芯片座上，便于保护和拆卸；

进一步的，所述夹具转接板，是一个双层PCB板，上面水平放置了两个 DIP-28锁紧夹具，将夹具的每个引脚分别连接至转接口位置，方便焊接屏蔽线。整个夹具转接板放置于强化试验箱内，用于给2只SAD0808RH电路施加可靠性强化试验应力；

本发明的一种八选一输入模拟转换器性能参数实时测试方法，包括以下步骤：

S1、控制端通过IO卡向测试单元发出模拟输入信号，测试单元根据模拟输入信号切换继电器切换板上各个继电器的开闭，将夹具转接板上的第一个模数转换器接入测试系统；

S2、控制端中的测试软件控制外接仪器，按照测试需求给第一个模数转换器发送不同的信号，依次切换第一个模数转换器内部的8路ADC，对其进行全参数的测试；所述外接仪器采集在不同状态下模数转换器输出端的值，并将采集到的数据返回给测试软件；

S3、测试软件将接收到的数据进行处理，得到第一个模数转换器的各项参数，并记录进数据库；

S4、按照步骤S1到步骤S3，将夹具转接板上的第二个模数转换器接入测试系统，从而获得第二个模数转换器的各项参数，并记录进数据库；

S5、间隔一定时间后，重复步骤S1～步骤S4，完成下一个周期的测试；

S6、重复S1～S5项动作，在收到停止信号前，持续进行模数转换器参数的实时测试。

本发明的有益效果：

本发明为一种八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统，它的优点是使用控制端的测试软件VB程序能灵活地控制电磁继电器的闭合断开，测试电路切换方便，能过实现在线数据的测试和采集。夹具转接板上放置的两个DIP-28 锁紧夹具可以实现对两只被测电路SAD0808RH切换测试，可以将可靠性强化试验的效率提高一倍。此外，利用同轴屏蔽线连接放置于可靠性强化试验箱内的夹具转接板和安装在测试单元上的继电器切换板，可以有效屏蔽外部干扰，提高实时测试结果的准确度与测试单元的可靠性。

本发明能够满足将进行可靠性强化试验状态下的SAD0808RH的不同性能参数实时测试并记录的需求。目前该系统以及应用于模数转换器多应力强化试验技术研究中，测试结果准确、运行稳定、效果显著。

附图说明

图1为本发明的实时测试系统原理框图；

图2为本发明采用的SAD0808RH引脚分布图；

图3为本发明采用的电源产生部分电路图；

图4为本发明采用的输入高低电平选择继电器控制电路图；

图5为本发明采用的输入控制端电平转换电路图；

图6为本发明采用的模拟输入配置原理图；

图7为本发明采用的模拟输入继电器控制电路图；

图8为本发明采用的输出端口继电器控制电路图；

图9为本发明采用的逻辑输入继电器控制电路图；

图10为本发明采用的基准电压输入控制电路图；

图11为本发明采用的电源、GND端口继电器控制图；

图12为本发明采用的IO卡配置原理图；

图13为本发明采用的夹具转接板图；

图14为本发明采用的继电器切换板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

本发明为一种八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统，所述系统包括被测电路箱、继电器切换板、测试单元、直流稳压电源、外接仪器以及控制端；所述被测电路箱包括箱体，所述箱体内放置有夹具转接板，所述夹具转接板上有两个模数转换器；所述夹具转接板与继电器切换板之间用同轴屏蔽线连接；所述继电器切换板与测试单元之间通过锁紧夹具连接；所述直流稳压电源为测试单元供电；所述测试单元通过50针排线与控制端的IO卡连接；所述控制端根据其输出的时序信号，控制所述继电器切换板上各个继电器的开闭，通过外接仪器采集在不同被测电路状态下模数转换器输出端的值，所述外接仪器将输出端的值发送到控制端。控制端进行数据处理，并将其显示。

所述测试单元包括现场可编程门阵列FPGA、转换电路芯片、精确电压电路芯片、电压产生芯片、切换电路芯片、驱动电路芯片；所述FPGA用于对接收被测电路箱中模数转换器的输出码并对其进行分析计算；所述转换电路芯片用于将FPGA输出的各路工作时序信号转换为所需高低电平的时序信号；所述精确电压电路芯片用于接收IO卡发送的码字，输出被测电路所需的精确电压；所述电压产生芯片用于产生被测电路的电源电压和基准电压；所述切换电路芯片用于切换被测电路的各个输入及输出端；所述驱动电路芯片用于接收IO卡的控制信号，驱动继电器的开闭。

所述直流稳压电源，是输入电压220VAC转换为±15VDC、5VDC输出，带载能力大于1A的电源设备，用于给测试单元及继电器切换板上的继电器供电；

所述模数转换器，采用SAD0808RH模数转换器，是一种硅栅非自对准 CMOS工艺加工的单片集成电路，内部包含8路相同且独立工作的8位ADC。将其安装在芯片座上，便于保护和拆卸；

所述夹具转接板，是一个双层PCB板，上面水平放置了两个DIP-28锁紧夹具，将夹具的每个引脚分别连接至转接口位置，方便焊接屏蔽线。整个夹具转接板放置于强化试验箱内，用于给2只SAD0808RH电路施加可靠性强化试验应力；

所述继电器切换板，是一个双层PCB板，上面依次放置了14个双组单刀双掷的电磁继电器。由屏蔽线引入的2×28根信号线按照来源所属的锁紧夹具分别命名为1A\1B、2A\2B…依次类推至28A\28B。将信号线1A与电磁继电器1 的常闭脚#3相连、信号线1B与电磁继电器1的常开脚#2相连、电磁继电器1 的公共脚#1与转接插座标示的1脚相连；信号线2A与电磁继电器1的常闭脚 #6相连、信号线2B与电磁继电器1的常闭脚#5相连、电磁继电器1的公共脚 #4与转接插座标示的2脚相连…依次类推至信号线28A与电磁继电器14的常闭脚#6相连、信号线28B与电磁继电器14的常闭脚#5相连、电磁继电器14的公共脚#4与转接插座标示的28脚相连。这14个电磁继电器均用同一个信号控制，实现同步动作。

作为一种可实施方式，控制端可由电脑PC端以及测试软件构成，所述测试软件VB程序，是Visual Basic(简称“VB”)软件编写的程序。它主要包括系统设置界面和参数显示界面。该程序主要用于实时测试单元的控制和数据的实时监控，通过控制不同继电器的闭合，结合控制外接示波器与万用表，实现对不同参数的实时测试。测量得到的数据被传回VB测试程序，程序处理数据时先按照各个参数与采集数据之间的计算公式得出对应的参数并存入数据库，然后更新程序界面上的显示数据。

实施例2

本实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。见图1，本发明为一种八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统，它是由直流稳压电源、SAD0808RH模数转换器、测试单元、夹具转接板、继电器切换板、和控制端测试软件组成。它们相互之间的连接关系是：直流稳压电源为测试单元供电；夹具转接板与继电器切换板之间用同轴屏蔽线连接；继电器切换板与测试单元之间用DIP-28锁紧夹具连接；测试单元通过50针排线与计算机上的IO卡连接，为测试单元提供信号并控制继电器动作，并通过编写的VB测试程序进行实时测试单元的控制和数据的实时监控。VB测试程序通过控制输出时序信号，控制各个继电器的断开闭合，控制外部测试仪器在电路不同状态下采集输出端测量值，实现对该模数转换器的测试。测量得到的数据被传回到测试程序进行数据处理并更新PC端测试程序界面上的显示值。

所述直流稳压电源，是输入电压220VAC转换为±15VDC、5VDC输出，带载能力大于1A的电源设备，用于给测试单元及继电器切换板上的继电器供电；

所述SAD0808RH模数转换器，是一种硅栅非自对准CMOS工艺加工的单片集成电路，内部包含8路相同且独立工作的8位ADC。将其安装在芯片座上，便于保护和拆卸，其引脚分布见图2；

所述测试单元，基于外接示波器、万用表，通过积木式方式实现系统设计。系统所使用的核心元器件包括Xilinx Spartan3(XC3S50AN-5TQG144C)FPGA、 EL7457、AD5360BSTZ、OPA544-T、ADG406BNZ、ULN2003。FPGA的主要作用是接收被测件SAD0808RH的输出码并分析计算；EL7457主要作用是将 FPGA输给EL7457的各路工作时序信号转换为所需高低电平的时序信号； AD5360BSTZ的主要作用是接收IO卡发送的码字，输出测试需要的精确电压； OPA544-T的主要作用是产生被测电路的电源电压和基准电压；ADG406BNZ的主要作用是用于切换被测电路的各个输入及输出端；ULN2003的主要作用是接收IO卡的控制信号，驱动测试电路的电磁继电器来实现对多个参数的测量。具体设计细节如下。

电源部分：测试单元外接2组电源±15V，内部需要的+5V通过LM317实现，+3.5V、+1.5V通过OPA544-T实现，+3.3V通过AMS1117-3.3实现，如图3 所示。

输入信号电平控制部分：测试单元采用采用系统产生的+15V电平通过 LM317产生+5V，并通过电阻分压产生参考输入高电平High_Lev和参考输入低电平Low_Lev。High_Lev和Low_Lev电平分别通过OPA544-T后得到系统需要的输入电平VIH和VIL。实际测试过程中，通过继电器S1控制选择VIH和VIL 或者+5V和GND，作为电路EL7457的参考电平，将FPGA输给EL7457的各路工作时序信号转换为所需高低电平的时序信号，如图4和图5所示。

测试输入信号产生：测试单元模拟输入信号通过IO卡发码，控制 AD5360BSTZ输出测试需要的电压，通过OPA544-T后产生需要的被测电路的电源电压和基准电压，如图6所示。

继电器控制部分：电路实际测试通过模拟开关和继电器进行切换，选择合适的测试条件和负载，满足规范附录的测试需求，实际测试部分主要分为“模拟输入继电器控制”、“电源、GND端口继电器控制”、“输出端口继电器控制”、“逻辑输入继电器控制”以及“基准电压输入控制”等5个部分，如图7～图11 所示。

IO卡接口配置部分：IO卡第1-6端口用于控制DA5360；第7-20,43-48端口用于控制继电器；21-28端口控制模拟开关，第30-32、41、42用作DUT时序控制；33-40端口用于对DUT输出数据采码，如图12所示。

所述夹具转接板，是一个双层PCB板，上面水平放置了两个DIP-28锁紧夹具，将夹具的每个引脚分别连接至转接口位置，方便焊接屏蔽线。整个夹具转接板放置于强化试验箱内，用于给2只SAD0808RH电路提供可靠性强化试验应力如图13所示。

所述继电器切换板，是一个双层PCB板，上面依次放置了14个双组单刀双掷的电磁继电器。由屏蔽线引入的2×28根信号线按照来源所属的锁紧夹具分别命名为1A\1B、2A\2B…依次类推至28A\28B。将信号线1A与电磁继电器1 的常闭脚#3相连、信号线1B与电磁继电器1的常开脚#2相连、电磁继电器1 的公共脚#1与转接插座标示的1脚相连；信号线2A与电磁继电器1的常闭脚 #6相连、信号线2B与电磁继电器1的常闭脚#5相连、电磁继电器1的公共脚 #4与转接插座标示的2脚相连…依次类推至信号线28A与电磁继电器14的常闭脚#6相连、信号线28B与电磁继电器14的常闭脚#5相连、电磁继电器14的公共脚#4与转接插座标示的28脚相连。这14个电磁继电器均用同一个信号控制，实现同步动作，如图14所示。

所述控制端的测试软件，是Visual Basic(简称“VB”)软件编写的程序。它主要包括系统设置界面和参数显示界面。该程序主要用于实时测试单元的控制和数据的实时监控，通过控制不同继电器的闭合，结合控制外接示波器与万用表，实现对不同参数的实时测试。测量得到的数据被传回VB测试程序，程序处理数据时先按照各个参数与采集数据之间的计算公式得出对应的参数并存入数据库，然后更新程序界面上的显示数据。工作时，PC端测试程序将按照设定的时序逐次逐个通道测试全部被测器件的电参数，并将输出测试的数据保存至 PC端数据库，故每采集一次数据是可以导出的，且可以全部查看和导出所有采集数据，因此无需手动记录。

实施例3

本发明的一种八选一输入模拟转换器性能参数实时测试方法，包括以下步骤：

S1、控制端通过IO卡向测试单元发出模拟输入信号，测试单元根据模拟输入信号切换继电器切换板上各个继电器的开闭，将夹具转接板上的第一个模数转换器接入测试系统；

S2、控制端中的测试软件控制外接仪器，按照测试需求给第一个模数转换器发送不同的信号，依次切换第一个模数转换器内部的8路ADC，对其进行全参数的测试；所述外接仪器采集在不同状态下模数转换器输出端的值，并将采集到的数据返回给测试软件；

S3、测试软件将接收到的数据进行处理，得到第一个模数转换器的各项参数，并记录进数据库；

S4、按照步骤S1到步骤S3，将夹具转接板上的第二个模数转换器接入测试系统，从而获得第二个模数转换器的各项参数，并记录进数据库；

S5、间隔一定时间后，重复步骤S1～步骤S4，完成下一个周期的测试；

S6、重复S1～S5项动作，在收到停止信号前，持续进行模数转换器参数的实时测试。

为避免赘述，以上方法、系统实施例之间的相应特征可以相互引用。

虽然已经参照附图和具体实施例详细地描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，本发明并不限于上述实施方式和实施例，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以进行各种更改、替换，本发明的范围如在所附权利要求中限定。

Claims (5)

1.一种八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统，其特征在于，所述系统包括被测电路箱和位于被测电路箱外的继电器切换板、测试单元、直流稳压电源、外接仪器以及控制端；所述被测电路箱包括箱体，所述箱体内放置有夹具转接板，所述夹具转接板是一个双层PCB板，所述双层PCB板上水平放置了两个DIP-28锁紧夹具，所述夹具转接板上的两个DIP-28锁紧夹具连接有两个模数转换器；所述夹具转接板与继电器切换板之间用同轴屏蔽线连接；所述继电器切换板是一个双层PCB板，所述双层PCB板上面依次放置了14个双组单刀双掷的电磁继电器，所述继电器切换板与测试单元之间通过锁紧夹具连接；所述直流稳压电源为测试单元供电；所述测试单元通过50针排线与控制端的IO卡连接；所述控制端根据其输出的时序信号，控制所述继电器切换板上各个继电器的开闭，通过外接仪器采集在不同被测电路状态下模数转换器输出端的值，所述外接仪器将输出端的值发送到控制端。

2.根据权利要求1所述的一种八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统，其特征在于，所述测试单元包括现场可编程门阵列FPGA、转换电路芯片、精确电压电路芯片、电压产生芯片、切换电路芯片、驱动电路芯片；所述FPGA用于对接收被测电路箱中模数转换器的输出码并对其进行分析计算；所述转换电路芯片用于将FPGA输出的各路工作时序信号转换为所需高低电平的时序信号；所述精确电压电路芯片用于接收IO卡发送的码字，输出被测电路所需的精确电压；所述电压产生芯片用于产生被测电路的电源电压和基准电压；所述切换电路芯片用于切换被测电路的各个输入及输出端；所述驱动电路芯片用于接收IO卡的控制信号，驱动继电器的开闭。

3.根据权利要求1所述的一种八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统，其特征在于，所述模数转换器为一种硅栅非自对准CMOS工艺加工的单片集成电路，内部包含8路相同且独立工作的8位ADC。

4.根据权利要求1所述的一种八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统，其特征在于，所述直流稳压电源包括输入电压220VAC转换为±15VDC、5VDC输出，带载能力大于1A的电源设备。

5.一种八选一输入模数转换器性能参数实时测试方法，应用于如权利要求1~4任一所述的一种八选一输入模数转换器性能参数实时测试系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、控制端通过IO卡向测试单元发出模拟输入信号，测试单元根据模拟输入信号切换继电器切换板上各个继电器的开闭，将夹具转接板上的第一个模数转换器接入测试系统；

S2、控制端中的测试软件控制外接仪器，按照测试需求给第一个模数转换器发送不同的信号，依次切换第一个模数转换器内部的8路ADC，对其进行全参数的测试；所述外接仪器采集在不同状态下模数转换器输出端的值，并将采集到的数据返回给测试软件；

S3、测试软件将接收到的数据进行处理，得到第一个模数转换器的各项参数，并记录进数据库；

S4、按照步骤S1到步骤S3，将夹具转接板上的第二个模数转换器接入测试系统，从而获得第二个模数转换器的各项参数，并记录进数据库；

S5、间隔一定时间后，重复步骤S1~步骤S4，完成下一个周期的测试；

S6、重复步骤S1~步骤S5，在收到停止信号前，持续进行模数转换器参数的实时测试。