CN110221194A - 一种模拟mems陀螺仪芯片的免焊接测试系统 - Google Patents

一种模拟mems陀螺仪芯片的免焊接测试系统 Download PDF

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程友信
周奂斌
王超
周辉
姜清秀
王亚飞
李德炎
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/316—Testing of analog circuits

Abstract

本发明公开了一种模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，包括测试座和数据采集电路板；测试座的底座上设有用于容纳模拟MEMS陀螺仪芯片的凹槽，芯片插入凹槽内并通过该凹槽下方的探针与数据采集电路板进行电气连接；数据采集电路板包括DSP处理器和模数转换器；DSP处理器接收外部输入的数据采集指令并根据数据采集指令控制模数转换器采集模拟MEMS陀螺仪芯片输出的模拟数据并将其转为数字数据；DSP处理器读取该数字数据并进行解码处理，实现模拟MEMS陀螺仪芯片的数据采集；本发明能够有效筛选出有缺陷的不合格芯片，且模拟MEMS陀螺仪芯片无需与印制电路板焊接，可避免浪费物料和生产进度，降低产品的生产成本。

Description

一种模拟MEMS陀螺仪芯片的免焊接测试系统
技术领域
本发明属于芯片测试技术领域，更具体地，涉及一种模拟MEMS陀螺仪芯片的免焊接测试系统，用于对模拟MEMS陀螺仪芯片在焊接使用前进行测试，剔除芯片中的不合格品和零位漂移较大的MEMS陀螺仪芯片。
背景技术
在汽车制造、工业及航空航天等诸多领域，存在较多平台稳定性控制的应用，微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)陀螺仪是必不可少的。由于传统的陀螺仪体积较大，早期的稳定跟踪平台在实际应用中常存在体积庞大、质量较重、可靠性差、价格昂贵、故障率高、难以保养维护等缺点。伴随技术成熟和工艺制造水平的进步，国内外平台稳定系统朝着质量更轻、体积更小、稳定精度更高、价格更低、可靠性更好、维护更简单等方向发展。MEMS陀螺仪具有重量轻、体积小、低价格、低功耗及高可靠性等优点，被广泛应用于军事装备和民用设施中。
但由于MEMS陀螺仪其加工材料的特殊性，以及目前现有MEMS加工工艺水平仍然较低，其小型化的尺寸和微米量级的构造对工作场合环境因素的变化非常敏感。其中，环境温度变化是导致模拟MEMS陀螺仪输出特性变化的重要因素之一，随着模拟MEMS陀螺仪工作环境温度的变化，其零位漂移等性能指标都将发生相应的改变，甚至其静态零位会存在一个固定的零位漂移，而且静态测试过程角速率输出曲线上还会存在突变的随机跳点，上述存在缺陷的模拟MEMS陀螺仪芯片显然是不能应用在产品上。
目前，一般采用将模拟MEMS陀螺仪芯片焊接在印制电路板上组成陀螺仪，通过检测陀螺仪是否具备正常的功能，来判断印制电路板是否能正常工作，如不能正常工作，则断开模拟MEMS陀螺仪芯片与印制电路板的电气连接，再检测MEMS陀螺仪芯片是否合格；该测试方法为事后检测，会导致模拟MEMS陀螺仪芯片和印制电路板的浪费，且操作步骤繁杂、检测效率低，不利于生产效率的提高，浪费人力物力；因此，在焊接使用前应对模拟MEMS陀螺仪芯片进行免焊接测试，筛选出有缺陷的不合格芯片，以免浪费更多的物料和生产进度，有效降低产品的生产成本。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种模拟MEMS陀螺仪芯片的免焊接测试系统，其目的在于解决现有的模拟MEMS陀螺仪测试方法存在的操作步骤繁杂、检测效率低，浪费物料、成本高的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，包括测试座和数据采集电路板；
所述测试座的底座上设有用于容纳模拟MEMS陀螺仪芯片的凹槽，待测的模拟MEMS陀螺仪芯片插入所述凹槽内并通过该凹槽下方的探针与数据采集电路板进行电气连接；
所述数据采集电路板包括DSP处理器和模数转换器；
所述DSP处理器用于接收外部输入的数据采集指令并根据所述数据采集指令控制模数转换器采集模拟MEMS陀螺仪芯片输出的模拟数据；该模拟数据包括角速率和温度数据；所述模数转换器还用于将采集的模拟数据转为数字数据；DSP处理器读取该数字数据并进行解码处理，实现模拟MEMS陀螺仪芯片的角速率和温度数据的采集。
优选的，上述模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，还包括上位机以及用于实现所述上位机与DSP处理器之间的相互通信的CAN收发器；
该上位机用于生成数据采集指令并将其发送至DSP处理器，接收DSP处理器发送的模拟MEMS陀螺仪芯片的角速率和温度数据，分别根据角速率、温度数据生成对应的数据曲线并进行显示。
优选的，上述模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，还包括缓冲电路；
所述缓冲电路的输入端与模拟MEMS陀螺仪芯片的数据输出端相连，输出端与模数转换器相连，用于对模拟MEMS陀螺仪芯片输出的角速率和温度数据进行信号调理与阻抗匹配。
优选的，上述模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，其上位机还用于对模数转换器的采样频率以及CAN收发器的通信波特率进行配置。
优选的，上述模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，其测试座还包括盖板；所述盖板的一端与底座活动连接，另一端与底座的边缘通过卡扣结构实现固定连接，以将放置于底座凹槽内部的模拟MEMS陀螺仪芯片压紧。
优选的，上述模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，还包括电源电路；所述电源电路用于为CAN收发器、DSP处理器、模数转换器和缓冲电路提供6.5V电压。
优选的，上述模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，其DSP处理器通过SPI接口与模数转换器相连。
优选的，上述模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，其DSP处理器采用TI公司生产的TMS320F28335处理器；模数转换器选用ADI公司的同步采样芯片AD7655。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，通过测试座实现待测的模拟MEMS陀螺仪芯片与数据采集电路板的电气连接；数据采集电路板中的DSP处理器根据上位机发送的数据采集指令采集模拟MEMS陀螺仪芯片输出的电压数据并进行处理，处理后的数据由上位机进行显示，便于测试人员监控MEMS陀螺仪芯片输出的异常情况；本发明能够有效筛选出有缺陷的不合格芯片，且模拟MEMS陀螺仪芯片无需与印制电路板焊接，可避免浪费更多的物料和生产进度，同时也降低产品的生产成本，特别适用于产品的批量生产，具有较好的应用价值和推广前景。
(2)本发明提供的模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，上位机测试软件可用C++语言编码，可移植性强，用户界面友好易于操作。
附图说明
图1是本发明实施例提供的测试座的剖视图；图中，1-底座；2-凹槽；3-探针；4-盖板；5-卡扣结构；
图2是本发明实施例提供的数据采集电路板的逻辑框图。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本实施例所提供的一种模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，包括测试座、数据采集电路板和上位机；
测试座的底座1上设有用于容纳模拟MEMS陀螺仪芯片的凹槽2，待测的模拟MEMS陀螺仪芯片插入凹槽2内并通过该凹槽2下方的探针3与数据采集电路板进行电气连接；该测试座还包括盖板4，盖板4的一端与底座1活动连接，另一端与底座的边缘通过卡扣结构5实现固定连接，以将放置于底座1的凹槽2内部的模拟MEMS陀螺仪芯片压紧。
图1是本实施例提供的测试座的剖视图，该测试座是根据待测的模拟MEMS陀螺仪芯片的封装定制而成的，对于不同封装的模拟MEMS陀螺仪芯片，需要采用不同结构或大小的测试座，图1所示仅是其中一个示例；对模拟MEMS陀螺仪芯片进行测试时，首先将模拟MEMS陀螺仪芯片放置于底座1的凹槽2内，然后盖上盖板4并通过卡扣结构5固定以将模拟MEMS陀螺仪芯片压紧，确保模拟MEMS陀螺仪芯片可通过探针3与数据采集电路板上的封装电连接。
图2是本发明实施例提供的数据采集电路板的逻辑框图；上位机主要用于生成数据采集指令并将其发送至DSP处理器；数据采集电路板包括DSP处理器、CAN收发器、模数转换器和模拟MEMS陀螺仪芯片外围配置电路；DSP处理器通过SPI接口与模数转换器相连；CAN收发器用于实现上位机与DSP处理器之间的相互通信，将上位机发送的数据采集指令传送至DSP处理器；
DSP处理器接收该数据采集指令后，根据该数据采集指令控制模数转换器采集模拟MEMS陀螺仪芯片输出的模拟数据；该模拟数据包括角速率和温度数据；模数转换器还用于将采集的模拟数据转为数字数据；DSP处理器读取该数字数据并进行解码处理，实现模拟MEMS陀螺仪芯片的角速率和温度数据的采集。
上位机获取DSP处理器处理后的的角速率和温度数据并保存到相应文件夹内，分别根据角速率、温度数据生成对应的数据曲线并通过界面进行实时显示，便于测试人员监控模拟MEMS陀螺仪芯片输出的异常情况；完成一次MEMS数据采集后，在上位机中备份好保存的数据信息，以便于后续数据处理及比对。
作为本实施例的一个优选，数据采集电路板上还包括缓冲电路；该缓冲电路的输入端与模拟MEMS陀螺仪芯片的数据输出端相连，输出端与模数转换器相连，用于对模拟MEMS陀螺仪芯片输出的角速率和温度数据进行信号调理与阻抗匹配，并实现模拟MEMS陀螺仪芯片与模数转换器之间的前后端隔离。
另外，在测试之前，上位机还用于对模数转换器的采样频率以及CAN收发器的通信波特率进行配置；模数转换器根据配置的采样频率采集模拟MEMS陀螺仪芯片输出的模拟数据。
作为本实施例的一个优选，该模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统还包括电源电路；所述电源电路用于为CAN收发器、DSP处理器、模数转换器和缓冲电路提供6.5V电压。
由于模拟MEMS陀螺芯片输出的角速率和温度数据是模拟电压量，因此需要采用高精度同步采样芯片同步采集模拟MEMS陀螺仪芯片的输出电压，本实施例选用ADI公司的同步采样芯片AD7655，其可以同步采样两通道输出电压，具有高达1MSPS的采样率，与处理器间通过串/并行接口，本发明采用SPI接口。考虑到成本以及通用性等因素，选用TI公司生产的DSP处理器TMS320F28335，该处理器是一款高性能32为位中央处理器，最高主频可达150MHz，具有3路串行外围设备SPI接口，33个可单独编程的多路复用通用输入输出(GPIO)引脚，以及3个32位CPU定时器。
该模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统在测试过程中，首先通过上位机根据测试需求来设置CAN通信波特率；然后通过CAN通信发送数据采集指令，DSP处理器收到该指令后，通过SPI通信控制模数转换器采集模拟MEMS陀螺仪芯片的电压数据，数据最终通过CAN通信传输至上位机。根据实际需要，上位机将接收到的陀螺仪数据进行处理，实时显示模拟MEMS陀螺仪芯片的角度和温度数据曲线，便于监控数据是否存在短时跳点等异常情况。本实施例还提供了一种模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试方法，包括如下步骤：
步骤1：在上位机界面打开模拟MEMS陀螺仪芯片测试软件并连接CAN通信；
步骤2：在上位机测试软件界面中，根据需求设置模拟MEMS陀螺仪芯片数据的采样频率等相关参数；
步骤3：通过CAN通信向模数转换器发送配置指令，完成模数转换器的采样率及相关参数配置；
步骤4：完成所有相关参数配置后，在上位机测试软件中发送数据采集指令，开始模拟MEMS陀螺仪芯片的数据采集，同时上位机测试软件通过CAN通信接收DSP处理器发送过来的MEMS陀螺仪输出的角速率和温度数据；
步骤5：上位机将实时接收的角速率和温度数据保存到相应文件夹内并通过界面实时显示，便于测试人员监控MEMS陀螺仪输出的异常情况；完成一次MEMS数据采集后，在上位机中备份好保存的数据信息，以便于后续数据处理及比对；
步骤6：接收完MEMS陀螺仪数据信息后，停止接收数据，关闭上位机测试软件，根据需要测试下一只模拟MEMS陀螺仪芯片。
相比于现有的陀螺仪测试方法，本发明提供的模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，通过测试座实现待测的模拟MEMS陀螺仪芯片与数据采集电路板的电气连接；数据采集电路板中的DSP处理器根据上位机发送的数据采集指令采集模拟MEMS陀螺仪芯片输出的电压数据并进行处理，处理后的数据由上位机进行显示，便于测试人员监控模拟MEMS陀螺仪芯片输出的异常情况；本发明能够有效筛选出有缺陷的不合格芯片，且模拟MEMS陀螺仪芯片无需与印制电路板焊接，可避免浪费更多的物料和生产进度，同时也降低产品的生产成本，特别适用于产品的批量生产，具有较好的应用价值和推广前景。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，其特征在于，包括测试座和数据采集电路板；
所述测试座的底座上设有用于容纳模拟MEMS陀螺仪芯片的凹槽，待测的模拟MEMS陀螺仪芯片插入所述凹槽内并通过该凹槽下方的探针与数据采集电路板进行电气连接；
所述数据采集电路板包括DSP处理器和模数转换器；
所述DSP处理器用于接收外部输入的数据采集指令并根据所述数据采集指令控制模数转换器采集模拟MEMS陀螺仪芯片输出的模拟数据；该模拟数据包括角速率和温度数据；所述模数转换器还用于将采集的模拟数据转为数字数据；DSP处理器读取该数字数据并进行解码处理，实现模拟MEMS陀螺仪芯片的角速率和温度数据的采集。
2.如权利要求1所述的模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，其特征在于，还包括上位机以及用于实现所述上位机与DSP处理器之间的相互通信的CAN收发器；
该上位机用于生成数据采集指令并将其发送至DSP处理器，接收DSP处理器发送的模拟MEMS陀螺仪芯片的角速率和温度数据，分别根据角速率、温度数据生成对应的数据曲线并进行显示。
3.如权利要求1或2所述的模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，其特征在于，还包括缓冲电路；
所述缓冲电路的输入端与模拟MEMS陀螺仪芯片的数据输出端相连，输出端与模数转换器相连，用于对模拟MEMS陀螺仪芯片输出的角速率和温度数据进行信号调理与阻抗匹配。
4.如权利要求3所述的模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，其特征在于，所述上位机还用于对模数转换器的采样频率以及CAN收发器的通信波特率进行配置。
5.如权利要求1或4所述的模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，其特征在于，所述测试座还包括盖板；所述盖板的一端与底座活动连接，另一端与底座的边缘通过卡扣结构实现固定连接，以将放置于底座凹槽内部的模拟MEMS陀螺仪芯片压紧。
6.如权利要求4所述的模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，其特征在于，还包括电源电路；所述电源电路用于为CAN收发器、DSP处理器、模数转换器和缓冲电路提供6.5V电压。
7.如权利要求5所述的模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，其特征在于，所述DSP处理器通过SPI接口与模数转换器相连。
8.如权利要求7所述的模拟MEMS陀螺仪芯片免焊接测试系统，其特征在于，所述DSP处理器采用TI公司生产的TMS320F28335处理器；所述模数转换器选用ADI公司的同步采样芯片AD7655。
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