CN109946507A - 一种半导体测试机的电源电压实时监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体测试机的电源电压实时监测系统，其技术方案要点是包括电压采集接口，电压采集卡，工业主机和安装在工业主机上的电压采集监控预警软件(人机交换界面),电压采集接口连接至半导体测试机各电源输出端，采集到的电压经采集卡采样处理后实时送至工业主机，软件系统在分析数据后在人机界面显示各电源电压，异常指示，波形监测等，能够实现自动化电压采集并实施监控，有效监测设备电源状况并减少资源浪费。

Description

一种半导体测试机的电源电压实时监测系统
技术领域
本发明涉及一种电压采集分析监控系统，更具体地说，它涉及一种半导体测试机的电源电压实时监测系统。
背景技术
随着自动化测试设备性能的提高以及集成系统化运用，为测试设备提供高稳定性能的稳压电源成为关键部件。这些电源为测试设备其它功能模块提供工作电源，长时间工作在大电流的状况下。当这些稳压电源出现功能衰减、损坏时极易影响整个系统的稳定工作，出现停机或者测试错误的状况。如图1的一种半导体测试设备需要近40个不同的稳压电源，并且对稳压电源稳定度的要求基本都在正负0.05V以内。
根据实际运行测定，此半导体测试设备在电源偏差出设定范围时，设备会不定时出现相关模块工作不稳定，自检程序无法通过。在电源电压偏差0.2V时则会直接关闭设备动力电源进行保护性停机。因此，该设备厂商要求使用者每天检查测量每个电源状况，发现衰减时及时维护维修。
目前对电源的测量检查通过使用测量仪表逐个测量，工作耗时耗力。测量时设备处于停止工作又保持开机的状态中，人员必须接受专业的技能培训后才能执行测量行为。任何不当动作都会有影响到设备的正常工作的可能，人员且有暴露在危险电压区域中的过程。定时点对点测量也无法获知电源在设备运行过程中出现的电压波动异常。此类大型测试设备购置费用一般都在千万元以上，任何停机行为对人员以及设备均造成危害、浪费。因此，采用自动化电压采集并实施监控可以有效监测设备电源状况并减少资源浪费。
发明内容
本发明提供一种半导体测试机的电源电压实时监测系统，能够实现自动化电压采集并实施监控，有效监测设备电源状况并减少资源浪费。
一种半导体测试机的电源电压实时监测系统,包括电压采集接口，电压采集卡，工业主机和安装在工业主机上的电压采集监控预警软件(人机交换界面)。
所述电压采集接口连接至半导体测试机各电源输出端，采集到的电压经采集卡采样处理后实时送至工业主机，软件系统在分析数据后在人机交换界面显示各电源电压，异常指示，波形监测等。
所述的电压采集卡中设置有主电路和副电路，其中主电路包括前端输入采样电路，ADC模/数转换电路，FPGA微控制器电路和通讯输出电路；副电路包括给主电路提供电源的交/直流转换适配器，正负12V直流直流转换模块，多路线性稳压输出LDO电路。
所述的交/直流适配器选用交流220V转9V的稳压电源模块，将市电转换成供采集卡使用的直流电压。
所述的正负12V直流直流转换模块使用直流9-18V宽电压输入，经模块转换后输出正负12V直流输入到LDO电路。为系统工作提供高可靠性，低噪声的电源解决方案。
所述的多路线性稳压输出LDO电路是为了给整个采集取样放大以及ADC提供稳定精准供电电压的电路，从前端正负12V模块输入的电压经各个转换电路转换后，得到正10V，负10V，正5V电压。由TI公司生产的TPS7A470和TPS7A300系列低压降线性稳压器芯片能提供低至4μVRMS超低噪声。作为后置DC/DC转换固有输入电源纹波，使系统性能得到最大化应用。各电压采用独立转换电路保证稳定与独立性。3.3V、2.5V和1.2V则由多层次的直直电压转换得到。
所述的前端采样输入电路，采用1/2(超过20V电压采用1/11)电阻分压电路进行采样。采样后的电压输入由高精度运放ADA4610组成的正向电压跟随器既以高输入电阻减少对前级的影响，又以低输出电阻、瞬间大输出电流、高压摆率、快速建立时间满足ADC内部采样保持电路快速准确采样的需求。
所述的ADC模/数转换电路由16位8通道ADC芯片AD7606以及外部基准组成，每片16通道采集卡需要使用两颗芯片。AD7606所有通道均能以200kSPS速率进行同步采样工作，使用ADR421提供的外部基准参考电压将从ADA4610输出的采集电压转换成数字信号送至FPGA微控制器。
所述的输出通讯接口采用RS485接口格式，选用ADM2587芯片，该芯片内置信号隔离和电源隔离功能，使采集卡与上位机通讯稳定，快速。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、半导体测试机的电源电压实时监测系统能够将电压信号采集后经系统软件记录经系统软件并分析，出现异常时告警提醒使用者。
2、通过电压采集卡得到电压数据，不再需要人工测量记录。
3、通过监控软件无需设备停机实时记录监控电压状况，提供异常电压告警；实时提供电压波形，可根据波形数据跟踪电源衰减，提前做好维护维修方案。
4、设备异常停机后可以根据异常数据迅速聚焦问题电源，快速维修恢复。
5、自自动化程度高，完全可以代替人工量测动作，测量数据准确，告警信号明确，采集数据记录追踪正常。
附图说明
图1为半导体测试设备电源系统的参数图；
图2为半导体测试机的电源电压实时监测系统的结构示意图；
图3为采集卡控制结构框图；
图4为采集卡电源电路图；
图5为采集卡前端信号处理电路图；
图6为采集卡采样数据系统电路图；
图7为采集卡线性电源电路图；
图8为采集卡通讯电路图；
图9为PCB电路三维图；
图10为采集软件界面视图；
图11为采集电压监控窗口视图；
图12为波形监控窗口视图；
图13为LabVIEW电压设定部分框图之一；
图14为LabVIEW电压设定部分框图之二；
图15为LabVIEW电压采集判断设定框图；
图16为软件选用配置表单。
图中：1、9-18V宽电压输入接口；2、RS485通讯接口；3、双12V直流直流电源；4、微控制芯片；5、ADC采样系统；6、采样前端处理电路；7、电压监控接口；8、低压降线性供电电路；21、设备通讯端口；22、数据存储空间；23、采样间隔时间设置；24、采集卡连接指示；25、功能开关；26、监控项目选择菜单；27、监测数据显示区；28、状态指示；29、Log与版本。
具体实施方式
实施例1：
如图2所示，一种半导体测试机的电源电压实时监测系统,包括电压采集接口，电压采集卡，工业主机和安装在工业主机上的电压采集监控预警软件(人机交换界面)。电压采集接口连接至测试设备各电源输出端，采集到的电压经采集卡采样处理后实时送至工业主机，软件系统在分析数据后在人机界面显示各电源电压，异常指示，波形监测等。
如图3、图4和图5所示，所述的电压采集卡中设置有主电路和副电路，其中主电路包括前端输入采样电路，ADC模/数转换电路，FPGA微控制器电路和通讯输出电路；副电路包括给主电路提供电源的交/直流转换适配器，正负12V直流直流转换模块，多路线性稳压输出LDO电路。
电源部分有12V直流提供后，使用明纬DKA15A-12 DC-DC电源给整个采集板供电，为系统工作提供高可靠性，低噪声的电源解决方案。前端处理电路将不同采样电压经ADA4610-2高精度运放处理后，转换成到可供ADC输入的电压范围。
如图6所示，采用16位8通道同步采样模数数据采集系统AD7606，并且所有通道均能以200kSPS速率进行采样工作。其中ADR421为ADC芯片提供了稳定的基准电压。
如图7所示，为了给整个采集取样放大以及ADC提供稳定精准供电电压，本发明设计如图7所示的一整套电源LDO电源电路。由TI公司生产的TPS7A470和TPS7A300系列低压降线性稳压器芯片能提供低至4μVRMS超低噪声。作为后置DC/DC转换固有输入电源纹波，使系统性能得到最大化应用。
如图8所示，输出通讯接口采用RS485接口格式。选用ADM2587芯片，该芯片内置信号隔离和电源隔离功能，使采集卡与上位机通讯稳定，快速。
如图9所示，半导体测试机的电源电压实时监测系统中设置有9-18V宽电压输入接口(1)、RS485通讯接口(2)、双12V直流直流电源(3、微控制芯片(4)、ADC采样系统(5)、采样前端处理电路(6)、电压监控接口(7)、和低压降线性供电电路(8)。
针对如图1所述的监测40通道的半导体测试设备，根据实际模块区域进行规划需要4片16通道采集卡(VM1-VM4)，具体采集软件界面如下图10所示，显示的内容包括设备通讯端口(21)、数据存储空间(22)、采样间隔时间设置(23)、采集卡连接指示(24)、功能开关(25)、监控项目选择菜单(26)、监测数据显示区(27)、状态指示(28)、Log与版本(29)。图11为采集电压监控窗口，图12为波形监控窗口。图13和图14为部分LabVIEW电压设定，软件采用LabVIEW设计。图15为LabVIEW电压采集判断设定。
为了方便使用者定义各个规范，软件选用配置表单。客户在配置完配置单后，软件可以直接调用。配置表单中包含偏差值调整，使监测结果更加精准，样式如图16所示。

Claims (10)

1.一种半导体测试机的电源电压实时监测系统，其特征在于：包括电压采集接口、电压采集卡、工业主机和安装在工业主机上的电压采集监控预警软件。
2.根据权利要求1所述的半导体测试机的电源电压实时监测系统，其特征在于：所述电压采集接口连接至半导体测试机各电源输出端，采集到的电压经采集卡采样处理后实时送至工业主机，软件系统在分析数据后在人机交换界面显示各电源电压、异常指示和波形监测。
3.根据权利要求2所述的半导体测试机的电源电压实时监测系统，其特征在于：所述的电压采集卡中设置有主电路和副电路，其中主电路包括前端输入采样电路，ADC模/数转换电路，FPGA微控制器电路和通讯输出电路；副电路包括给主电路提供电源的交/直流转换适配器，正负12V直流直流转换模块，多路线性稳压输出LDO电路。
4.根据权利要求3所述的半导体测试机的电源电压实时监测系统，其特征在于：所述的交/直流适配器选用交流220V转9V的稳压电源模块，将市电转换成供采集卡使用的直流电压。
5.根据权利要求4所述的半导体测试机的电源电压实时监测系统，其特征在于：所述的正负12V直流直流转换模块使用直流9-18V宽电压输入，经模块转换后输出正负12V直流输入到LDO电路。
6.根据权利要求5所述的半导体测试机的电源电压实时监测系统，其特征在于：所述的多路线性稳压输出LDO电路是为了给整个采集取样放大以及ADC提供稳定精准供电电压的电路，从前端正负12V模块输入的电压经各个转换电路转换后，得到正10V，负10V，正5V电压。
7.根据权利要求6所述的半导体测试机的电源电压实时监测系统，其特征在于：所述的前端采样输入电路，采用1/2(超过20V电压采用1/11)电阻分压电路进行采样。
8.根据权利要求7所述的半导体测试机的电源电压实时监测系统，其特征在于：所述的ADC模/数转换电路由16位8通道ADC芯片AD7606以及外部基准组成，每片16通道采集卡需要使用两颗芯片。
9.根据权利要求8所述的半导体测试机的电源电压实时监测系统，其特征在于：所述AD7606所有通道均能以200kSPS速率进行同步采样工作，使用ADR421提供的外部基准参考电压将从ADA4610输出的采集电压转换成数字信号送至FPGA微控制器。
10.根据权利要求9所述的半导体测试机的电源电压实时监测系统，其特征在于：所述的输出通讯接口采用RS485接口格式，选用ADM2587芯片。
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