CN113625541A - 一种用于片上检测的控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及芯片测试技术领域，公开了一种用于片上检测的控制系统及控制方法，通过与待测芯片电连接的上位机设置待测芯片的目标温度；响应于上位机的控制指令，配置控制参数生成第一检测电压；根据所述第一检测电压生成检测信号；根据所述检测信号调整所述控制参数，控制所述第一检测电压的大小，使所述检测信号达到所述目标温度对应的电压设定值，其中，所述检测信号用以表征待测芯片的温度，所述控制指令包括检测所述待测芯片的温度，所述控制参数包括电源参数和/或负载参数。由此可解决传统测量方法以芯片周围温度代替芯片节温的问题，在保证温度控制动态响应的同时，增强系统减小稳态误差的能力。
Description
技术领域
本发明涉及芯片测试技术领域，具体涉及一种用于片上检测的控制系统及控制方法。
背景技术
现有技术在测量低压差线性稳压器(LDO，Low Drop-out Linear Regulator)类芯片的输入/输出特性主要依靠测试人员分别手动调节高低温设备、电源、电子负载和示波器来进行测试。存在操作复杂、测试用时长、高低温设备无法及时准确达到设定温度的问题，并且一旦出现误操作或芯片自身存在设计缺陷的情况，系统将无法及时准确检测到芯片出现何种故障，从而致使芯片及测试设备受到损害。
在测试LDO类芯片的输入/输出特性过程中现有的解决方案主要有：用高低温设备直接检测芯片周围空气温度并将该温度默认为芯片节温，但芯片周围空气温度常低于节温，故无法使芯片节温达到设定温度；操作人员必须同时对多个设备进行控制，而且在操作过程中必须注意上电和下电的顺序，但这样就使测试用时长且操作复杂；在传统的测量系统中因无法实时监测LDO类芯片电源输入端及使能端的电位差，一旦出现操作失误只能关闭相关的全部设备，这样就很容易使使能端电位高于输入电位，进而可能使被测芯片烧毁；当测芯片出现输入输出短路时，传统方法无法迅速检测到被测芯片何处出现故障，测试人员只能人为关闭相应测试设备，但无法做到及时有效的处理故障，从而因此致使相应设备受到损坏。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于片上检测的控制系统及控制方法，可以解决传统测量方法以芯片周围温度代替芯片节温的问题，在保证温度控制动态响应的同时，增强系统减小稳态误差的能力。
一方面本发明提供了一种用于片上检测的控制系统，其包括：
上位机，与待测芯片电连接；
电源模块，具有接收所述上位机控制指令的第一输入端口和传输数据的第一输出端口，电源模块受所述上位机控制，配置电源参数生成所述待测芯片的第一检测电压；
负载模块，具有接收所述上位机控制指令的第二输入端口和传输数据的第二输出端口，受所述上位机控制，配置负载参数选择接入所述控制系统的负载状态，
所述待测芯片根据所述第一检测电压生成检测信号，所述上位机在对所述待测芯片进行检测时，根据所述检测信号调整控制参数，控制所述第一检测电压的大小，使所述检测信号达到所述待测芯片的目标温度对应的电压设定值，
其中，所述检测信号用以表征待测芯片的温度，所述控制指令包括检测所述待测芯片的温度，所述控制参数包括所述电源参数和/或负载参数。
优选地，所述电源模块包括有使能模块，所述使能模块具有接收所述上位机控制指令的第三输入端口和传输数据的第三输出端口，受所述上位机控制，选择所述使能模块的通断状态，在所述使能模块连通状态配置使能参数生成第二检测电压。
优选地，所述上位机具有控制器，所述控制器包括：
示波器控制单元，响应于控制指令配置示波器参数和对输出数据的显示与存储；
电源控制单元，响应于控制指令配置电源控制参数和传输所述第一检测电压，所述电源参数包括所述电源控制参数；
负载控制单元，响应于控制指令配置所述负载参数；
使能控制单元，响应于控制指令配置使能参数和传输所述第二检测电压。
优选地，所述控制器还包括：
输入/输出电容控制单元，响应于控制指令配置接入所述控制系统的输入/输出电容参数。
优选地，所述控制参数还包括所述使能参数、所述输入/输出电容参数和所述示波器参数中的至少一种。
优选地，所述电源控制单元包括电源保护单元，所述电源保护单元响应于控制指令配置电源保护参数，根据所述电源保护参数检测所述第一检测电压，并在所述第一检测电压的参数超出设定的所述电源保护参数范围时，中断所述控制系统的检测过程，向所述控制系统上报故障异常，
其中，所述电源参数还包括所述电源保护参数。
优选地，所述电源保护参数为选自高压电压阈值、低压电压阈值、正电流阈值和负电流阈值中的至少一种。
优选地，所述控制系统还包括：
第一检测电路，连接所述待测芯片，所述第一检测电路的输入端连接于所述电源模块的第一输出端口，根据所述第一检测电压生成所述检测信号；
第二检测电路，具有接收所述第一检测电压的第四输入端口和接收所述第二检测电压的第五输入端口，并在所述第二检测电压大于所述第一检测电压时，生成恒定的所述第二检测电压。
优选地，所述第一检测电路包括：
第一检测芯片，连接所述待测芯片，具有输入引脚、输出引脚和接地引脚；
第一电容，连接于供电端与地之间；
第二电容，并联于所述第一电容两端；以及
串联于所述输出引脚与地之间的第一电阻和第三电容，
其中，所述第一检测芯片的输入引脚连接供电端，所述第一电阻和第三电容的连接节点作为所述第一检测电路的输出端，用以提供所述检测信号。
优选地，所述第二检测电路包括具有多个引脚的第二检测芯片，以及第二电阻、第三电阻、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容，其中，所述第二电阻连接于所述第四输入端口和所述第二检测芯片的第一输入引脚之间，所述第六电容连接于所述第二检测芯片的第一输出引脚和地之间，所述第三电阻连接于所述第五输入端口和所述第二检测芯片的第二输入引脚之间，所述第二检测芯片的第二输出引脚通过所述第七电容接地，所述第二检测芯片的电源引脚连接所述供电端，所述第四电容连接于所述第二检测芯片的电源引脚与地之间，所述第五电容并联于所述第四电容的两端。
优选地，所述第二检测电路还包括具有多个引脚的第三检测芯片，以及第四电阻、第五电阻、第六电阻和第八电容，
其中，所述第四电阻与第五电阻串联于所述第六电容两端，所述第四电阻与第五电阻的连接节点与所述第三检测芯片的第一类引脚连接，所述第三检测芯片具有多个第二类引脚和多个第三类引脚，所述多个第二类引脚共同连接到地，所述多个第三类引脚共同连接到所述第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端连接所述多个第二类引脚，且所述多个第三类引脚的连接节点通过所述第八电容连接所述第二检测电路的输出端。
优选地，所述第二检测电路还包括具有多个引脚的第四检测芯片，以及第七电阻、第八电阻、第九电阻和第九电容，
其中，所述第七电阻与第八电阻串联于所述第七电容两端，所述第七电阻与第八电阻的连接节点与所述第四检测芯片的第一类引脚连接，所述第四检测芯片具有多个第二类引脚和多个第三类引脚，所述多个第二类引脚共同连接到地，所述多个第三类引脚共同连接到所述第九电阻的第一端，所述第九电阻的第二端连接所述多个第二类引脚，且所述多个第三类引脚的连接节点通过所述第九电容连接所述第二检测电路的输出端。
优选地，所述第一检测芯片为互补金属氧化物半导体温度传感器芯片。
优选地，所述第二检测芯片为比较器电路。
优选地，所述上位机还包括：
显示单元，与所述控制器通信连接，用于所述输出数据的显示；
输入单元，与所述控制器通信连接，用于执行所述控制指令，完成所述控制参数的配置，
其中，所述输出数据包括所述待测芯片的检测数据和检测时对应的所述控制参数。
另一方面本发明还提供了一种用于片上检测的控制方法，所述控制方法应用于上述中所述的控制系统，其包括：
设置待测芯片的目标温度；
响应于上位机的控制指令，配置电源参数生成第一检测电压；
根据所述第一检测电压生成检测信号；
根据所述检测信号调整控制参数，控制所述第一检测电压的大小，使所述检测信号达到所述目标温度对应的电压设定值，
其中，所述检测信号用以表征待测芯片的温度，所述控制指令包括检测所述待测芯片的温度，所述控制参数包括电源参数和/或负载参数。
优选地，所述配置电源参数生成第一检测电压包括：
响应于控制指令配置接入所述控制系统的输入/输出电容参数；
配置电源控制参数生成所述第一检测电压；
配置负载参数选择接入所述控制系统的负载状态，
其中，所述电源参数包括所述电源控制参数。
优选地，所述配置电源参数生成所述第一检测电压后，还包括：
响应于控制指令配置示波器参数，和对输出数据的显示与存储；以及
配置使能参数生成第二检测电压，
其中，所述输出数据包括所述待测芯片的检测数据和检测时对应的所述控制参数。
优选地，所述控制参数还包括所述使能参数、所述输入/输出电容参数和所述示波器参数中的至少一种。
优选地，所述配置电源参数生成第一检测电压还包括：响应于控制指令配置电源保护参数，根据所述电源保护参数检测所述第一检测电压，并在所述第一检测电压的参数超出设定的所述电源保护参数范围时，中断所述控制系统的检测过程，向所述控制系统上报故障异常，其中，所述电源参数还包括所述电源保护参数。.
优选地，所述电源保护参数为选自高压电压阈值、低压电压阈值、正电流阈值和负电流阈值中的至少一种。
优选地，所述配置使能参数生成第二检测电压后包括：如果所述第二检测电压大于所述第一检测电压，生成恒定的所述第二检测电压。
优选地，在所述设置待测芯片的目标温度前，包括：初始化所述控制系统；以及存储所述控制参数的当前配置。
优选地，在根据所述检测信号调整控制参数，控制所述第一检测电压的大小，使所述检测信号达到所述目标温度对应的电压设定值后，还执行对所述控制系统进行故障检测过程，所述故障检测过程包括：
如果发现所述控制系统存在故障，中断对所述待测芯片的检测，按照优先级处理各故障；
如果发现所述控制系统不存在故障，则调取相应的控制参数的配置信息和所述待测芯片的检测数据进行存储，而后继续执行所述故障检测过程。
优选地，所述控制方法还包括：在所述控制系统首次对所述待测芯片进行检测时，采用软启动方式对所述待测芯片上电。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种用于片上检测的控制系统及控制方法，通过与待测芯片电连接的上位机设置待测芯片的目标温度；而后响应于上位机的控制指令，配置控制参数生成第一检测电压；再根据所述第一检测电压生成检测信号；以及根据所述检测信号调整所述控制参数，控制所述第一检测电压的大小，使所述检测信号达到所述目标温度对应的电压设定值，其中，所述检测信号用以表征待测芯片的温度，所述控制指令包括检测所述待测芯片的温度，所述控制参数包括电源参数和/或负载参数，以此实现了慢调节控制技术对芯片温度的外环控制；
其次，电源模块中的电源保护单元响应于控制指令配置电源保护参数，根据所述电源保护参数检测所述第一检测电压，并在所述第一检测电压的参数超出设定的所述电源保护参数范围时，中断所述控制系统的检测过程，向所述控制系统上报故障异常，以此实现了防饱和PI控制技术对芯片温度的内环控制；
并且，在检测芯片的输入/输出特性的过程中，利用比较器电路(或芯片)比较所述第二检测电压和所述第一检测电压的大小关系，实时监测待测芯片输入端与使能端的电位差，以防止待测芯片使能端电位高于输入端电位，进而烧毁芯片；同时在检测过程中一旦出现使能端电位高于输入端电位的情况，即所述第二检测电压大于所述第一检测电压时，系统就会采用肖特基二极管(第三检测芯片或第四检测芯片)及时对使能端的电压进行钳位，输出恒定的所述第二检测电压；
此外，在检测过程中，因待测芯片的问题导致系统出现多处故障报警时，采用中断优先级的方式发出控制指令及执行相应处理，以最大程度减少故障对控制系统的损害。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出本申请实施例提供的一种用于片上检测的控制系统结构示意图；
图2示出图1所示的控制系统中上位机的结构示意图；
图3a和图3b分别示出图2中所示控制器中各单元基于Labview的程序示意图；
图4示出图1所示实施例中的上位机基于Labview程序的示波器控制程序示意图；
图5示出图1所示实施例中上位机控制输入电源、使能电源及负载的程序示意图；
图6示出图1所示实施例中上位机控制输入/输出电容接入系统的控制程序示意图；
图7示出图1所示实施例中第一检测电路的结构示意图；
图8示出图1所示实施例中第二检测电路的结构示意图；
图9示出本申请实施例提供的一种用于片上检测的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
首先需要说明的是，虚拟仪器(virtual instrument)是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器(如含嵌入式系统的仪器)。另一种方式是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能，而虚拟仪器主要是指这种方式。
虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的labview。labview是一种程序开发环境，类似于C和BASIC开发环境，但是labview与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而labview使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。利用labview设计的数据采集系统，可模拟采集各种信号，同时labview能提供很多外观与传统仪器(如示波器、万用表)类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在labview中被称为前面板，使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。它主要的方便就是，在一个硬件的情况下，可以通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，可充分发挥计算机的能力，通过计算机强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器，使用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。
可知的，在控制系统中，PI控制的意思是指根据给定值与实际输出值构成的控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。有积分特性的控制器普遍存在积分饱和问题，就是说，这种控制器只要偏差没有消失，其输出就会按偏差的极性向两个极端位置(最大或最小)的方向变化。这样就会出现控制器或执行器损坏，并因克服反向扰动的速度降低而恶化系统的控制品质。
一般的，防积分饱和的方法有：采用比例控制器、采用限幅装置、对现有的PI控制器进行改进、采用PD控制器、采用串联PID控制器，其中，采用比例控制器是防积分饱和的最简单的方法，但会使系统产生静态误差；采用限幅装置是根据限幅装置的限幅范围，可使控制器的输出不超越控制器所限定的输出范围，但这种输出限幅并不是真正的防积分饱和，并不能改善克服反向扰动的控制品质；许多控制器的积分网络与控制器的输出是固定的内部联系，可采用外部接线通过设计饱和点信号添加外环控制对现有的PI控制器加以改进，达到防积分饱和的目的；采用PD控制器能减少超调(也叫最大偏差，overshoot)，与纯比例控制器相比，还能减少系统的静态误差，但不能消除静态误差；当负荷和设定值可能发生变化，而超调和静态误差又不允许存在时，解决积分饱和的最好办法是采用串联PID控制器。
PID控制，即比例-积分-微分控制，由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)，通过控制器PID参数整定，让控制器到达最佳控制效果。具体的，P是表示比例作用，只有控制器的比例度(即比例带)越大，控制器的放大倍数越小，被控参数的曲线才越平稳，相反的比例度越小，控制器的放大倍数越大，被控参数的曲线越波动；
I是表示积分作用，就是为了消除自控系统的静态误差而设置的。所谓积分，即当有偏差输入e存在时，积分控制器就要将偏差随时间不断累积起来，也就是积分累积的快慢与偏差e的大小和积分速度成正比，通常使用比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差；
D表示微分作用，在常规PID控制器中，微分作用的输出变化与微分时间和偏差变化的速度成比例，而与偏差的大小无关，偏差变化的速度越大，微分时间越长，则微分作用的输出变化越大，但如果微分作用过强，则可能由于变化太快而由其自身引起振荡，使控制器输出中产生明显的“尖峰”或“突跳”。为了避免这一扰动，在PID调节器和数据收集系统(DCS，Data Collection System)中可使用微分先行PID运算规律，即只对测量值(PV，process value)进行微分，当人工改变控制器的给定值(SP，set Point)时，不会造成控制器输出的突变，避免了改变SP的瞬间给控制系统带来的扰动。
对于不同温度下，对待测芯片的输入/输出特性测试时，因各种环境因素一般无法直接对待测芯片检测节温，本申请提出的控制系统采用温度检测芯片直接对待测芯片层节温进行测量，这样就可以解决传统测量方法以芯片周围温度代替芯片节温的问题，同时在控制待测芯片温度时本申请的控制系统采用双闭环的控制策略，这样就可以在保证温度控制动态响应的同时，增强系统减小稳态误差的能力。
下面，参照附图对本发明进行详细说明。
图1示出本申请实施例提供的一种用于片上检测的控制系统结构示意图，图2示出图1所示的控制系统中上位机的结构示意图。
参考图1和图2，本申请实施例提供了一种用于片上检测的控制系统100，其包括：待测芯片110、上位机120、负载模块130和电源模块140，其中，上位机120与待测芯片110电连接；电源模块140具有接收该上位机120发出的控制指令的第一输入端口和用于传输数据的第一输出端口，该电源模块140受该上位机120控制，配置电源参数生成用于该待测芯片110检测的第一检测电压；负载模块130具有接收该上位机120发出的控制指令的第二输入端口和用于传输数据的第二输出端口，该负载模块130受该上位机120控制，配置负载参数选择接入控制系统100的负载状态，该待测芯片110根据该第一检测电压生成检测信号，该上位机120在对待测芯片110进行检测时，根据该检测信号调整控制参数，控制该第一检测电压的大小，使该检测信号达到待测芯片110的目标温度对应的电压设定值，其中，该检测信号用以表征待测芯片110的温度，该控制指令包括检测待测芯片110的温度，该控制参数包括所述电源参数和/或负载参数。
在一优选地实施方案中，该电源模块包括有使能模块(图中未示出)，该使能模块具有接收上位机120发出的控制指令的第三输入端口和用于传输数据的第三输出端口，受该上位机120控制，选择该使能模块的通断状态，以及在该使能模块连通状态配置使能参数生成第二检测电压。
在一优选地实施方案中，该上位机120具有控制器1201，该控制器1201用于与待测芯片及与各模块之间的通信连接(如总线)，其包括但不限于：示波器控制单元121、电源控制单元122、负载控制单元123、使能控制单元124，以及输入/输出电容控制单元125，其中，示波器控制单元121响应于控制指令配置示波器参数和对输出数据的显示与存储；电源控制单元122响应于控制指令配置电源控制参数生成并传输所述第一检测电压；负载控制单元123响应于控制指令配置所述负载参数；使能控制单元124响应于控制指令配置使能参数和传输所述第二检测电压；以及输入/输出电容控制单元125响应于控制指令配置接入控制系统100的输入/输出电容参数，其中，所述电源参数包括所述电源控制参数。
在一优选地实施方案中，所述控制参数还包括所述使能参数、所述输入/输出电容参数和所述示波器参数中的至少一种。
图3a和图3b分别示出图2中所示控制器中各单元基于Labview的程序示意图，图4示出图1所示实施例中的上位机基于Labview程序的示波器控制程序示意图，图5示出图1所示实施例中上位机控制输入电源、使能电源及负载的程序示意图，图6示出图1所示实施例中上位机控制输入/输出电容接入系统的控制程序示意图。
在一优选地实施方案中，电源控制单元122包括电源保护单元1221，该电源保护单元1221响应于控制指令配置电源保护参数，根据所述电源保护参数检测所述第一检测电压，并在所述第一检测电压的参数超出所述电源保护参数的设定范围时，中断控制系统100的检测过程，向该控制系统100上报故障异常，其中，所述电源参数还包括所述电源保护参数。
在一优选地实施方案中，该电源保护参数为选自但不限于高压电压阈值、低压电压阈值、正电流阈值和负电流阈值中的至少一种，具体的，各参数对应的程序框图如图3a和图4所示，该电源保护参数的程序设置对应为：高压电压限制、低压电压限制、正电流限制、负电流限制。
在本实施例中，本申请提供的控制系统在温度闭环时采用防饱和PI控制技术对温度进行内环控制，在保证动态响应的基础上，增加了系统的稳态误差。这样就可以避免在温度控制的初期，由于设定温度与实际温度相差较大，致使PI调节中比例部分占总调节量的比重过大，积分环节比重过小，从而削弱系统减小稳态误差的能力，产生相对较大的过冲，使温度在设定值附近剧烈变化，难以迅速稳定的问题。
进一步的，该电源控制单元122的程序设置至少包括：电源保护、电源控制和电源开关，具体的，参考图3a，电源保护包括上述中电源保护参数的程序设置；电源控制的设置包括有：峰峰值、占空比1、频率1、直流偏置和相位；电源开关的设置包括有：直流电源开关和交流电源开关，以及
该示波器控制单元121的程序设置至少包括：调用配置和存储确认，具体的，该调用配置为示波器的参数配置和各显示波形对应的控制参数的配置，存储确认为确认系统不存在故障时的文件存储确认(存储位置确认及存储文件名称的确认，如图4所示)和图片存储确认(包括图5中所示OSC1、OSC2与OSC3的显示波形，以及图6中所示OSC4显示波形的图片存储确认)。
通过图4中的程序就可将存储有采集到的LDO类芯片的输入/输出特性数据的图片自动存储到用户的指定文件夹中并将测试温度LMT_OUT、电源参数、负载参数、(接入显示CIN/显示COUT的)输入/输出电容的连接容值等相关参数记录在存储的图片名称中。
进一步的，该负载控制单元123的程序设置包括有：负载开关、电压档位选择、电流档位选择、和负载参数，其中，负载开关的程序设置包括有：直流输出开关和交流输出开关，负载参数的设置程序包括有：高电流平、低电流平、频率2和占空比2，电压档位选择的程序设置在一种实施例中例如包括：150V档位和15V档位，电流档位选择的程序设置在一种实施例中例如包括：400mA档位、4A档位和40mA档位，如图5所示，通过该部分程序就可对电源模块输出的PWM波、负载、使能电源的相关参数进行设置。
图6是图3b中控制输入/输出电容接入该控制系统的控制程序图，该部分程序可根据用户的设置控制显示CIN中输入电容(输入电容1～4)/显示OUT中输出电容(输出电容5～12)的容值及个数。由此，用户可控制在上位机上实现的虚拟示波器的存储及调取该虚拟示波器的相应配置，以达到用户的测试要求。
基于上述，本申请提供的控制系统在采用防饱和PI控制技术对温度进行内环控制的基础上，可根据用户设置自动调节电源参数(如输入电压或输出电流PWM波的幅值和频率)，采用慢调节控制技术对温度进行外环控制，在实际温度接近设定温度时将闭环控制方式从防饱和控制PI控制技术转换为慢调节控制技术，进一步削弱动态响应并增强减小稳态误差的能力，使温度在很小的过冲情况下平缓准确的达到设定值。
在一优选地实施方案中，如图7所示，该控制系统100还包括：第一检测电路150和第二检测电路160，其中，该第一检测电路150连接待测芯片110，其输入端连接于该电源模块140的第一输出端口，接收来自电源模块140的第一检测电压。该第一检测电路150用于感应温度，并在输出端产生温度的检测信号LMT_OUT。
具体的，该第一检测电路150包括第一检测芯片U1，以及第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1和第三电容C3，其中，该第一检测芯片U1连接待测芯片110，具有输入引脚VDD、输出引脚OUT和接地引脚GND，第一电容C1连接于供电端与地之间，第二电容C2并联于第一电容C1两端，以及串联于输出引脚OUT与地之间的第一电阻R1和第三电容C3，该第一检测芯片U1的输入引脚VDD连接供电端，第一电阻R1和第三电容C3的连接节点作为该第一检测电路150的输出端，用以提供所述检测信号LMT_OUT。
在一优选地实施方案中，如图8所示，该控制系统100还包括第二检测电路160，其具有接收所述第一检测电压的第四输入端口和接收所述第二检测电压的第五输入端口，并在所述第二检测电压大于所述第一检测电压时，生成恒定的所述第二检测电压VIN。
具体的，该第二检测电路160包括具有多个引脚的第二检测芯片U2，以及第二电阻R2、第三电阻R3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C7，其中，该第二电阻R2连接于所述第四输入端口I/O02和该第二检测芯片U2的第一输入引脚INA之间，第六电容C6连接于第二检测芯片U2的第一输出引脚OUTA和地之间，第三电阻R3连接于第五输入端口I/O01和第二检测芯片U2的第二输入引脚INB之间，该第二检测芯片U2的第二输出引脚OUTB通过第七电容C7接地，该第二检测芯片U2的电源引脚VCC连接供电端，第四电容C4连接于第二检测芯片U2的电源引脚VCC与地之间，第五电容C5并联于该第四电容C4的两端。
进一步的，该第二检测电路160还包括具有多个引脚的第三检测芯片U3，以及第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第八电容CIN1，其中，第四电阻R4与第五电阻R5串联于第六电容C6的两端，第四电阻R4与第五电阻R5的连接节点与该第三检测芯片U3的第一类引脚G连接，该第三检测芯片U3具有多个第二类引脚S和多个第三类引脚D，该多个第二类引脚S共同连接到地，该多个第三类引脚D共同连接到第六电阻R6的第一端，该第六电阻R6的第二端连接该多个第二类引脚S，且该多个第三类引脚D的连接节点通过第八电容CIN1连接该第二检测电路160的输出端。
进一步的，该第二检测电路160还包括具有多个引脚的第四检测芯片U4，以及第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第九电容CIN2，其中，该第七电阻R7与第八电阻R8串联于第七电容C7的两端，且该第七电阻R7与第八电阻R8的连接节点与该第四检测芯片U4的第一类引脚G连接，该第四检测芯片U4具有多个第二类引脚S和多个第三类引脚D，该多个第二类引脚S共同连接到地，该多个第三类引脚D共同连接到第九电阻R9的第一端，该第九电阻R9的第二端连接该多个第二类引脚S，且该多个第三类引脚D的连接节点通过第九电容CIN2连接该第二检测电路160的输出端VIN。
在一优选地实施方案中，该第一检测芯片U1为互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary metal oxide semiconductor)温度传感器芯片，该第二检测芯片U2为比较器电路，该第三检测芯片U3和第四检测芯片U4均为肖基特二极管的电路芯片。
基于上述实施方案，本申请提供的控制系统在检测芯片过程中，利用比较器实时监测LDO输入端(接收所述第一检测电压的第四输入端口)与使能端(接收所述第二检测电压的第五输入端口)的电位差，一旦出现使能端电位高于输入端电位的情况，比较器的输出从低电平瞬间转化为高电平，该高电平将驱动相应的芯片(第三检测芯片U3或第四检测芯片U4)，将使能端和输入端之间接入肖特基二极管的电路芯片，从而钳位使能端电压，进而防止芯片使能端电位高于输入端电位烧毁芯片。
在一优选地实施方案中，该上位机还包括有显示单元1202和输入单元1203，其中，该显示单元1202与控制器1201通信连接，用于输出数据的显示，例如为液晶显示器；该输入单元1203与控制器1201通信连接，用于执行控制指令，完成所述控制参数的配置，具体的例如为与显示单元1202连接的键盘和鼠标，或者为显示单元内置的触控显示装置，其中，所述输出数据包括待测芯片110的检测数据和检测时对应的所述控制参数。
在一种优选的实施方案中，所述第一检测电路和/或第二检测电路采用双层电路板之间夹隔热材料的方式来进行保护。由于测试硬件必须工作在高低温环境下，硬件系统必须适应-60℃至160℃恶劣温度环境，而大部分测试电路中的芯片仅能工作在-40℃至125℃的环境下，这样就可以使检测电路中不耐温度变化的电器原件及芯片在正常工作的情况下，完成恶劣温度环境下对芯片输入/输出特性的检测。
综上所述，该控制系统通过上位机利用Labview软件对智能电源、待测芯片、智能负载、上位机实现的虚拟示波器进行控制，以达到在高低温情况下自动检测LDO类芯片的输入/输出特性。该系统具有智能对温，自动检测输入输出电压及电流波形并进行波形图片的存储，以及自动存取各控制参数的能力，并可根据用户设置自动调节输入电压及输出电流PWM波的幅值和频率。该系统摒弃了在高低温情况下检测LDO类芯片输入/输出特性特性时温度调节不准确、需要频繁调节示波器量程和触发位置、仪器操作复杂、测量用时长等传统方法的弊端。本系统具有智能化程度高、操作简单、温度控制精准、检测LDO类芯片输入/输出特性用时少、结果准确等优点。
此外，在检测过程中，因芯片问题使控制系统出现多个设备报警时，传统系统采用堆栈的方式，无法区分报警信息优先级，依次处理报警的设备，这样就容易致使芯片由于关闭的报警设备而导致烧毁。而本控制系统克服传统系统的该弊端，采用中断优先级的方式发出控制指令及做出相应处理，以最大程度减少芯片出现问题时对检测设备及对自身的损害。
图9示出本申请实施例提供的一种用于片上检测的控制方法的流程示意图。
另一方面本申请实施例还提供了一种用于片上检测的控制方法，所述控制方法应用于上述实施例中所述的控制系统100，其包括：
设置待测芯片的目标温度；
响应于上位机的控制指令，配置电源参数生成第一检测电压；
根据所述第一检测电压生成检测信号；
根据所述检测信号调整控制参数，控制所述第一检测电压的大小，使所述检测信号达到所述目标温度对应的电压设定值，
其中，所述检测信号用以表征待测芯片的温度，所述控制指令包括检测所述待测芯片的温度，所述控制参数包括电源参数和/或负载参数。
进一步的，所述配置电源参数生成第一检测电压包括：
响应于控制指令配置接入所述控制系统的输入/输出电容参数；
配置电源控制参数生成所述第一检测电压；
配置负载参数选择接入所述控制系统的负载状态，
其中，所述电源参数包括所述电源控制参数。
进一步的，所述配置电源参数生成第一检测电压后，还包括：响应于控制指令配置示波器参数，和对输出数据的显示与存储；以及配置使能参数生成第二检测电压，其中，所述输出数据包括所述待测芯片的检测数据和检测数据对应的所述控制参数。
进一步的，所述控制参数还包括所述使能参数、所述输入/输出电容参数和所述示波器参数中的至少一种。
进一步的，在根据所述检测信号调整控制参数，控制所述第一检测电压的大小，使所述检测信号达到所述目标温度对应的电压设定值后，还执行对所述控制系统进行故障检测过程，所述故障检测过程包括：
如果发现所述控制系统存在故障，中断对所述待测芯片的检测，按照优先级处理各故障；
如果发现所述控制系统不存在故障，则调取相应的控制参数的配置信息和所述待测芯片的检测数据进行存储，而后继续执行所述故障检测过程。
具体的，参考图9，该控制方法的执行步骤为：
步骤S2101：开始。
步骤S2102：系统初始化。
步骤S2103：存储示波器配置。
步骤S2104：温度设置。
步骤S2105：连接输入/输出电容。
步骤S2106：开启电源。
步骤S2107：开启负载。
步骤S2108：检测控制系统是否存在故障。
步骤S2109：处理故障。
步骤S2110：调取控制系统中各模块的参数配置。
步骤S2111：调整示波器存储图片。
参考上述步骤，该控制系统开始后首先初始化系统的电源参数、示波器参数和负载参数，然后利用Labview软件编写制作的程序存储需要调用的示波器相关配置。接下来系统执行主循环，进入主循环后，首先系统通过控制器发出控制指令，采用防饱和PI内环温度控制技术和慢调节温度外环控制技术对待测芯片的温度进行双闭环控制，让温度保证动态响应的同时平稳达到设定温度；其次系统按照用户设定参数依次接入相应的输入电容、开启智能电源和智能负载；最后进入故障检测循环，如发现系统存在故障，就不再进行相关检测，转而进入该循环中，采取中断的方式按照优先级处理各故障；如发现系统不存在故障，则调取相应的示波器配置进行图片存储，其中，存储的图片中包括示波器的参数配置和各显示波形及其对应的控制参数的配置。
进一步的，所述控制方法还包括：在所述控制系统首次对所述待测芯片进行检测时，采用软启动方式对所述待测芯片上电。
进一步的，所述配置电源参数生成第一检测电压还包括：响应于控制指令配置电源保护参数，根据所述电源保护参数检测所述第一检测电压，并在所述第一检测电压的参数超出设定的所述电源保护参数范围时，中断所述控制系统的检测过程，向所述控制系统上报故障异常，其中，所述电源参数还包括所述电源保护参数。
进一步的，所述电源保护参数为选自高压电压阈值、低压电压阈值、正电流阈值和负电流阈值中的至少一种。
进一步的，所述配置使能参数生成第二检测电压后包括：如果所述第二检测电压大于所述第一检测电压，生成恒定的所述第二检测电压。
进一步的，所述控制方法中在所述设置待测芯片的目标温度前，包括：初始化所述控制系统；以及存储所述控制参数的当前配置。
综上所述，本发明提供的用于片上检测的控制系统及控制方法，通过与待测芯片电连接的上位机设置待测芯片的目标温度；而后响应于上位机的控制指令，配置控制参数生成第一检测电压；再根据所述第一检测电压生成检测信号；以及根据所述检测信号调整所述控制参数，控制所述第一检测电压的大小，使所述检测信号达到所述目标温度对应的电压设定值，其中，所述检测信号用以表征待测芯片的温度，所述控制指令包括检测所述待测芯片的温度，所述控制参数包括电源参数和/或负载参数，以此实现了慢调节控制技术对芯片温度的外环控制；
其次，电源模块中的电源保护单元响应于控制指令配置电源保护参数，根据所述电源保护参数检测所述第一检测电压，并在所述第一检测电压的参数超出设定的所述电源保护参数范围时，中断所述控制系统的检测过程，向所述控制系统上报故障异常，以此实现了防饱和PI控制技术对芯片温度的内环控制；
并且，在检测芯片的输入/输出特性的过程中，利用比较器电路(或芯片)比较所述第二检测电压和所述第一检测电压的大小关系，实时监测待测芯片输入端与使能端的电位差，以防止待测芯片使能端电位高于输入端电位，进而烧毁芯片；同时在检测过程中一旦出现使能端电位高于输入端电位的情况，即所述第二检测电压大于所述第一检测电压时，系统就会采用肖特基二极管(第三检测芯片或第四检测芯片)及时对使能端的电压进行钳位，输出恒定的所述第二检测电压；
此外，在检测过程中，因待测芯片的问题导致系统出现多处故障报警时，采用中断优先级的方式发出控制指令及执行相应处理，以最大程度减少故障对控制系统的损害。
应当说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (25)
1.一种用于片上检测的控制系统，其特征在于，包括：
上位机，与待测芯片电连接；
电源模块，具有接收所述上位机控制指令的第一输入端口和传输数据的第一输出端口，电源模块受所述上位机控制，配置电源参数生成所述待测芯片的第一检测电压；
负载模块，具有接收所述上位机控制指令的第二输入端口和传输数据的第二输出端口，受所述上位机控制，配置负载参数选择接入所述控制系统的负载状态，
所述待测芯片根据所述第一检测电压生成检测信号，所述上位机在对所述待测芯片进行检测时，根据所述检测信号调整控制参数，控制所述第一检测电压的大小，使所述检测信号达到所述待测芯片的目标温度对应的电压设定值，
其中，所述检测信号用以表征待测芯片的温度，所述控制指令包括检测所述待测芯片的温度，所述控制参数包括所述电源参数和/或负载参数。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述电源模块包括有使能模块，所述使能模块具有接收所述上位机控制指令的第三输入端口和传输数据的第三输出端口，受所述上位机控制，选择所述使能模块的通断状态，在所述使能模块连通状态配置使能参数生成第二检测电压。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述上位机具有控制器，所述控制器包括：
示波器控制单元，响应于控制指令配置示波器参数和对输出数据的显示与存储；
电源控制单元，响应于控制指令配置电源控制参数和传输所述第一检测电压，所述电源参数包括所述电源控制参数；
负载控制单元，响应于控制指令配置所述负载参数；
使能控制单元，响应于控制指令配置使能参数和传输所述第二检测电压。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述控制器还包括：
输入/输出电容控制单元，响应于控制指令配置接入所述控制系统的输入/输出电容参数。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述控制参数还包括所述使能参数、所述输入/输出电容参数和所述示波器参数中的至少一种。
6.根据权利要求3中所述的控制系统，其特征在于，所述电源控制单元包括电源保护单元，所述电源保护单元响应于控制指令配置电源保护参数，根据所述电源保护参数检测所述第一检测电压，并在所述第一检测电压的参数超出设定的所述电源保护参数范围时，中断所述控制系统的检测过程，向所述控制系统上报故障异常，
其中，所述电源参数还包括所述电源保护参数。
7.根据权利要求6中所述的控制系统，其特征在于，所述电源保护参数为选自高压电压阈值、低压电压阈值、正电流阈值和负电流阈值中的至少一种。
8.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：
第一检测电路，连接所述待测芯片，所述第一检测电路的输入端连接于所述电源模块的第一输出端口，根据所述第一检测电压生成所述检测信号；
第二检测电路，具有接收所述第一检测电压的第四输入端口和接收所述第二检测电压的第五输入端口，并在所述第二检测电压大于所述第一检测电压时，生成恒定的所述第二检测电压。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述第一检测电路包括：
第一检测芯片，连接所述待测芯片，具有输入引脚、输出引脚和接地引脚；
第一电容，连接于供电端与地之间；
第二电容，并联于所述第一电容两端；以及
串联于所述输出引脚与地之间的第一电阻和第三电容，
其中，所述第一检测芯片的输入引脚连接供电端，所述第一电阻和第三电容的连接节点作为所述第一检测电路的输出端，用以提供所述检测信号。
10.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述第二检测电路包括具有多个引脚的第二检测芯片，以及第二电阻、第三电阻、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容，
其中，所述第二电阻连接于所述第四输入端口和所述第二检测芯片的第一输入引脚之间，所述第六电容连接于所述第二检测芯片的第一输出引脚和地之间，所述第三电阻连接于所述第五输入端口和所述第二检测芯片的第二输入引脚之间，所述第二检测芯片的第二输出引脚通过所述第七电容接地，所述第二检测芯片的电源引脚连接所述供电端，所述第四电容连接于所述第二检测芯片的电源引脚与地之间，所述第五电容并联于所述第四电容的两端。
11.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述第二检测电路还包括具有多个引脚的第三检测芯片，以及第四电阻、第五电阻、第六电阻和第八电容，
其中，所述第四电阻与第五电阻串联于所述第六电容两端，所述第四电阻与第五电阻的连接节点与所述第三检测芯片的第一类引脚连接，所述第三检测芯片具有多个第二类引脚和多个第三类引脚，所述多个第二类引脚共同连接到地，所述多个第三类引脚共同连接到所述第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端连接所述多个第二类引脚，且所述多个第三类引脚的连接节点通过所述第八电容连接所述第二检测电路的输出端。
12.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述第二检测电路还包括具有多个引脚的第四检测芯片，以及第七电阻、第八电阻、第九电阻和第九电容，
其中，所述第七电阻与第八电阻串联于所述第七电容两端，所述第七电阻与第八电阻的连接节点与所述第四检测芯片的第一类引脚连接，所述第四检测芯片具有多个第二类引脚和多个第三类引脚，所述多个第二类引脚共同连接到地，所述多个第三类引脚共同连接到所述第九电阻的第一端，所述第九电阻的第二端连接所述多个第二类引脚，且所述多个第三类引脚的连接节点通过所述第九电容连接所述第二检测电路的输出端。
13.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第一检测芯片为互补金属氧化物半导体温度传感器芯片。
14.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述第二检测芯片为比较器电路。
15.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述上位机还包括：
显示单元，与所述控制器通信连接，用于所述输出数据的显示；
输入单元，与所述控制器通信连接，用于执行所述控制指令，完成所述控制参数的配置，
其中，所述输出数据包括所述待测芯片的检测数据和检测时对应的所述控制参数。
16.一种用于片上检测的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于上述权利要求1～15中任一项所述的控制系统，包括：
设置待测芯片的目标温度；
响应于上位机的控制指令，配置电源参数生成第一检测电压；
根据所述第一检测电压生成检测信号；
根据所述检测信号调整控制参数，控制所述第一检测电压的大小，使所述检测信号达到所述目标温度对应的电压设定值，
其中，所述检测信号用以表征待测芯片的温度，所述控制指令包括检测所述待测芯片的温度，所述控制参数包括电源参数和/或负载参数。
17.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述配置电源参数生成第一检测电压包括：
响应于控制指令配置接入所述控制系统的输入/输出电容参数；
配置电源控制参数生成所述第一检测电压；
配置负载参数选择接入所述控制系统的负载状态，
其中，所述电源参数包括所述电源控制参数。
18.根据权利要求17所述的控制方法，其特征在于，所述配置电源参数生成所述第一检测电压后，还包括：
响应于控制指令配置示波器参数，和对输出数据的显示与存储；以及
配置使能参数生成第二检测电压，
其中，所述输出数据包括所述待测芯片的检测数据和检测时对应的所述控制参数。
19.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述控制参数还包括所述使能参数、所述输入/输出电容参数和所述示波器参数中的至少一种。
20.根据权利要求17所述的控制方法，其特征在于，所述配置电源参数生成第一检测电压还包括：
响应于控制指令配置电源保护参数，根据所述电源保护参数检测所述第一检测电压，并在所述第一检测电压的参数超出设定的所述电源保护参数范围时，中断所述控制系统的检测过程，向所述控制系统上报故障异常，
其中，所述电源参数还包括所述电源保护参数。
21.根据权利要求20所述的控制方法，其特征在于，所述电源保护参数为选自高压电压阈值、低压电压阈值、正电流阈值和负电流阈值中的至少一种。
22.根据权利要求17所述的控制方法，其特征在于，所述配置使能参数生成第二检测电压后包括：
如果所述第二检测电压大于所述第一检测电压，生成恒定的所述第二检测电压。
23.根据权利要求17所述的控制方法，其特征在于，在所述设置待测芯片的目标温度前，包括：
初始化所述控制系统；以及
存储所述控制参数的当前配置。
24.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于，在根据所述检测信号调整控制参数，控制所述第一检测电压的大小，使所述检测信号达到所述目标温度对应的电压设定值后，还执行对所述控制系统进行故障检测过程，所述故障检测过程包括：
如果发现所述控制系统存在故障，中断对所述待测芯片的检测，按照优先级处理各故障；
如果发现所述控制系统不存在故障，则调取相应的控制参数的配置信息和所述待测芯片的检测数据进行存储，而后继续执行所述故障检测过程。
25.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于，还包括：
在所述控制系统首次对所述待测芯片进行检测时，采用软启动方式对所述待测芯片上电。
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