CN117074904A - 一种具有电压电流自检功能的pcb基板及测试系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种具有电压电流自检功能的PCB基板，包括电压输出模块；检流模块，包括电流检测放大器和分压电阻，所述检流模块输入端连接至所述电压输出模块输出端，通过检流模块对所述电压输出模块的输出电压或电流进行检测，通过分压电阻保证所述PCB基板输出电压满足测试电压需求；模拟开关，包括至少一个模拟开关单元，所述模拟开关输入通道数量至少为8；模数转换模块，包括至少一个ADC芯片；控制模块，包括至少一个微控制器或至少一个CPU；所述控制模块通过GPIO信号端口连接模拟开关，可控制模拟开关通道的开闭；所述电压输出模块具有多个电压输出通道，所述多个电压输出通道的输出电压不同，其中所述至少两个PMIC芯片包括一个正电压输出通道和一个负电压输出通道。
Description
技术领域
本发明涉及电压电流检测领域，尤其设计电路板的电压电流自检设计，应用于半导体芯片测试及电路板测试等领域，尤其应用于PCB测试基板的电路模块设计。
背景技术
当前，通信行业及消费电子行业发展迅速，市场对产品相关性能提出了更高的要求，极大推动了半导体器件小型化，集成化的发展进程，PCB在批量生产中也开始需要加入测试环节，工厂生产的大量PCB会存在各种各样的工艺问题和器件的功能失效问题，需要在PCB贴片了芯片后，对PCB进行功能测试，快速的检查PCB的电压电流是否有问题，PCB上的芯片功能是否正常。
随着半导体生产扩产，PCB需要及时进行检测和更换，现阶段测试信号复杂程度越来越高，测试信号的精度变化越来越大，在半导体芯片检测的时候，会经常使用测试机，成本较高，现有的测试基板可以一定程度上作为低成本的测试方案，但是电源精度和稳定性有时达不到测试需求，所测数据可能存在误差，同时当电源输出的电压或电流出现异常时，可能会导致被测负载的损坏，而现有PCB测试基板没有电压电流的自检功能，在量产阶段，设备里面的PCB坏了之后，无法快速进行检测和更换。一方面，现有PCB基板是否存在故障需要别的测试设备进行检测，测试不通过则无法给DUT上电，另一方面，一些PCB基板集成于自动化测试设备内部，调试阶段每次拆装都比较费时费力，PCB都会有保护板，想要用万用表测试电压，非常费力。
因此，亟需一种可以对PCB测试基板的电源进行电压电流自检的测试板，从总体上降低测试环节的成本，利用电压电流自检功能，结合上位机对PCB基板进行远程测试调节。
发明内容
基于此，本发明设计一种具有电压电流自检功能的PCB基板。
为了达成上述目的，本说明书实施例提供以下技术方案：
本发明在第一方面提供一种具有电压电流自检功能的PCB基板，包括：电压输出模块，包括至少两块PMIC芯片，所述两块PMIC芯片的电压输出范围为-16V至16V；检流模块，包括电流检测放大器和分压电阻，所述检流模块输入端连接至所述电压输出模块输出端，通过检流模块对所述电压输出模块的输出电压或电流进行检测，通过分压电阻保证所述PCB基板输出电压满足测试电压需求；模拟开关，包括至少一个模拟开关单元，所述模拟开关输入通道数量至少为8；模数转换模块，包括至少一个ADC芯片；控制模块，包括至少一个微控制器或至少一个CPU；所述控制模块通过GPIO信号端口连接模拟开关，可控制模拟开关通道的开闭；所述电压输出模块具有多个电压输出通道，所述多个电压输出通道的输出电压不同，其中所述至少两个PMIC芯片包括一个正电压输出通道和一个负电压输出通道。
进一步的，所述电流检测放大器具有负电压监测功能，可在负电压下工作。
进一步的，所述电流检测放大器的数量与所述电压输出模块的电压输出通道数量相同。
进一步的，所述模拟开关具有至少两个输出通道，所述ADC芯片的数量与所述模拟开关的输出通道数量相同，所述控制模块的GPIO信号端口可分别控制所述模拟开关的输出通道选通对象。
进一步的，所述电压输出模块还包括基准电压输出通道，所述基准电压输出通道连接至所述模数转换模块，给所述模数转换模块提供基准电压，所述基准电压为5V。
进一步的，所述模拟开关为MOS管阵列，所述控制模块通过GPIO信号端口连接至所述MOS管阵列，通过GPIO信号端口的高低电平控制所述MOS管阵列中MOS管的截止或导通。
进一步的，所述电流检测放大器应用LT6105I芯片。
更进一步的，上述具有电压电流自检功能的PCB基板，还包括滤波模块，所述滤波模块输出端连接于所述电压转换模块输入端，可以滤除输入电源中的高频分量，给所述电压转换模块提供稳定的低频电压。
本发明在第二方面提供一种具有电压电流自检功能的PCB测试系统，包括如第一方面所述的任一种具有电压电流自检功能的PCB基板、电源和上位机，所述上位机与所述PCB基板中的控制模块通讯连接，可通过上位机接收PCB基板的自检数据，所述电源的输出端连接于所述PCB基板的滤波模块输入端，通过电压转换模块实现单电源-多通道的基板结构。
基于上述设计，本发明的有益效果是：
第一，通过电压转换模块，应用多块PMIC芯片，可以实现单一电源的多通道输出功能，且输出通道的电压可以根据测试需要自行设置。
第二，通过设置控制模块和模拟开关，以及通过GPIO信号端口控制模拟开关，可以实现电压源于待测负载之间的隔离，防止异常的电压源直接输入待测负载造成损坏。
第三，通过使用电压转换模块，可以实现负电压输出，满足待测负载的负压工作场景下的测试需求。
第四，通过应用具有负压工作范围的电流检测放大器，展宽了PCB基板的检测范围。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本申请中的电压电流自检电路模块框图；
图2是本申请中的LT6105I芯片的简略示意图；
图3是本申请中的器件连接示意图；
图4是本申请中的扩展通道数量的PCB基板电路示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图示中仅显示与本申请中有关的元件而非按照实际实施时的元件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各元件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其元件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践。
在测试半导体芯片或电路板时，为测试待测负载的工作电压和工作电流，需要将电源接入PCB测试板输入端，再将待测负载接入PCB测试板的输出端，通过PCB测试板收集待测负载的工作电压或工作电流数据，当电源出现异常或波动时，PCB测试板收集的数据可能存在误差，基于此，发明人结合电流检测放大器、模拟开关和控制器，设计一种可以检测电源的电压电流数据的PCB测试板，电源输入PCB基板时，电流检测放大器检测PCB基板工作电压或电流，通过模数转换器和控制器，将PCB基板输出的电压或电流数据传输给上位机，以此确保电源的输入没有问题。
基于此，本说明书提供一种具有电压电流自检功能的PCB基板，包括：电压输出模块，包括至少两块PMIC芯片，所述两块PMIC芯片的电压输出范围为-16V至16V；检流模块，包括电流检测放大器和分压电阻，所述检流模块输入端连接至所述电压输出模块输出端，通过检流模块对所述电压输出模块的输出电压或电流进行检测，通过分压电阻保证所述PCB基板输出电压满足测试电压需求；模拟开关，包括至少一个模拟开关单元，所述模拟开关输入通道数量至少为8；模数转换模块，包括至少一个ADC芯片；控制模块，包括至少一个微控制器或至少一个CPU；所述控制模块通过GPIO信号端口连接模拟开关，可控制模拟开关通道的开闭；所述电压输出模块具有多个电压输出通道，所述多个电压输出通道的输出电压不同，其中所述至少两个PMIC芯片包括一个正电压输出通道和一个负电压输出通道。
图1所示为电压电流自检电路模块框图，其中电压输出模块输出端连接至检流模块输入端，检流模块输出端连接至模拟开关输入端，模拟开关输出端连接至模数转换模块输入端，控制模块通过GPIO信号端口连接至模拟开关；所述模拟开关可选用多路复用选通器，所述GPIO信号端口通过高电平信号控制多路复用选通器的输入通道与输出通道的连接，实现模拟开关的功能；可选的，所述模拟开关还可通过MOS管阵列实现，所述GPIO端口通过高电平或低电平信号控制MOS的截止或导通，实现模拟开关功能。
图2所示为检流模块应用LT6105I芯片的简略示意图，所述检流模块应用多块LT6105I，以单个LT6105I形成一个检流检压通道，图中以1.8V电压输出通道为例，所述1.8V电压输出通道连接于LT6105I的电压输入端，IN+接入1.8V，IN-接入待测负载，根据运算放大器的虚短工作原理，所述IN-输出与IN+基本相同，实现所述电压输出通道为待测负载供电的功能；LT6105I工作电压接入3.3V，所述3.3V也可通过电压转换模块的电压输出通道提供，输出电压为R1压降的R2/RIN1倍，所述输出电压通过VOUT接入测试端口，即上述实施例中所述模拟开关输入通道，再通过ADC进行模数转换，通过转换后的电压数字信号计算得出电流数据，所述ADC可进行负电压模数转换，其中RIN1与RIN1均为100Ω，本领域技术人员可依据实际测试需求调整图示R1与R2阻值，所述电压输出通道也可依据实际测试需求调整；LT6105I电压输入范围为2.85V至36V。
进一步的，图3所示为上述实施例的器件连接示意图，所述具有电压电流自检功能的PCB基板中，电压转换模块应用PIMC1、PMIC2、PMIC3和n个LDO芯片形成多个不同的电压输出通道，其中PMIC1输出电压为16V，PMIC2输出电压为-16V，可分别给PMU设备提供正电压和负电压(未示出)，PMIC3输出电压为5V，可为ADC芯片提供基准电压(未示出)，所述n个LDO芯片可输出n个不同的电压，满足不同的待测负载的工作电压的需求；应理解的是，本领域技术人员可依据实际测试负载的要求采用不同的具有电压转换功能的芯片形成本实施例中电压转换模块的电压输出通道；以图中PMIC1的电压输出为例说明，所示R11与R12串联，两段分别连接所述PMIC1的输出端与地，R11与R12之间分出支路连接至所示多路复用选通器的S1输入端，其余所述电压输出通道不作赘述；所述电压输出通道还通过电流检测放大器的输入端分别连接所述PMIC和LDO芯片的输出端，结合图2所示LT6105I芯片的简略示意图，所述检流模块通过多块LT6105I芯片，可分别对所述电压转换模块的输出电压进行检测，所述电压转换模块应用的PMIC芯片和LDO芯片将电压输出连接至LT6105I芯片的IN+端，IN-端接入待测负载或空载；所述LT6105I芯片的输出端连接至多路复用选通器，所述选通器的输入通道为S1-S8，输出端为D，信号控制端为C1、C2、C3，所述信号控制端连接至MCU的GPIO端口，图中所示连接方式为为C1-GPIO1、C2-GPIO2、C3-GPIO3，所述MCU通过GPIO1-GPIO3的高低电平组合，选通S1-S8中的对应通道至输出端D，所述输出端D连接至ADC，所述ADC对选通的通道数据进行模数转换，所述ADC输出端连接至所述MCU，将数字信号传输给MCU，一般传输协议为SPI，通过欧姆定律计算得出所述对应通道的电流，实现电压电流自检。
当检测电流时，所述MCU选通与所述电压转换模块的待测电压通道对应的多路复用选通器的输入通道，所述待测电压经过电流检测放大器，即本实施例中的LT6105I的IN-与IN+端口后，放大后的电压数据通过模拟开关的输出端D，经ADC模数转换后，以数字信号的形式传输给MCU，MCU可通过计算得出待检电流数据，MCU再传输给上位机(未示出)，或上位机进行计算。
当检测电压时，以图3所示PMIC1对应的通道为例说明，所述电压经过电阻分压后连接至模拟开关的输入，MCU通过GPIO1-GPIO3设置对应电平，控制模拟开关选通S1至D，所述分压后的电压即可传输至ADC进行模数转换。
进一步的，在上述实施例的基础上，图4为扩展通道数量的PCB基板电路示意图，所示模拟开关n可为与上述实施例相同的多路复用选通器；所述ADCn表示该实施例中ADC芯片数量与所述模拟开关输出通道数量相同；所述MCU的GPIO端口分别连接至所有模拟开关的信号控制端。
上述实施例所述的PCB基板相关图中均未示出待测负载，本说明书实施例所述PCB基板的作用为对图3、图4所示电源提供的电压或电流进行检测，以确保所述电压输出通道无异常，满足后续待测负载的测试工作所需，或可定位所述电压输出通道的异常位置，及时排除PCB测试板的电源故障。
本说明书中，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的实施例而言，描述比较简单，相关之处参见前述实施例的部分说明即可。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种具有电压电流自检功能的PCB基板，其特征在于，包括：
电压输出模块，包括至少两块PMIC芯片，所述两块PMIC芯片的电压输出范围为-16V至16V；
检流模块，包括电流检测放大器和分压电阻，所述检流模块输入端连接至所述电压输出模块输出端，通过检流模块对所述电压输出模块的输出电压或电流进行检测，通过分压电阻保证所述PCB基板输出电压满足测试电压需求；
模拟开关，包括至少一个模拟开关单元，所述模拟开关输入通道数量至少为8；
模数转换模块，包括至少一个ADC芯片；
控制模块，包括至少一个微控制器或至少一个CPU；
所述控制模块通过GPIO信号端口连接模拟开关，可控制模拟开关通道的开闭；所述电压输出模块具有多个电压输出通道，所述多个电压输出通道的输出电压不同，其中所述至少两个PMIC芯片包括一个正电压输出通道和一个负电压输出通道。
2.如权利要求1所述的具有电压电流自检功能的PCB基板，其特征在于，所述电流检测放大器具有负电压监测功能，可在负电压下工作。
3.如权利要求1所述的具有电压电流自检功能的PCB基板，其特征在于，所述电流检测放大器的数量与所述电压输出模块的电压输出通道数量相同。
4.如权利要求1所述的具有电压电流自检功能的PCB基板，其特征在于，所述模拟开关具有至少两个输出通道，所述ADC芯片的数量与所述模拟开关的输出通道数量相同，所述控制模块的GPIO信号端口可分别控制所述模拟开关的输出通道选通对象。
5.如权利要求1所述的具有电压电流自检功能的PCB基板，其特征在于，所述电压输出模块还包括基准电压输出通道，所述基准电压输出通道连接至所述模数转换模块，给所述模数转换模块提供基准电压，所述基准电压为5V。
6.如权利要求1所述的具有电压电流自检功能的PCB基板，其特征在于，所述模拟开关为MOS管阵列，所述控制模块通过GPIO信号端口连接至所述MOS管阵列，通过GPIO信号端口的高低电平控制所述MOS管阵列中MOS管的截止或导通。
7.如权利要求1所述的具有电压电流自检功能的PCB基板，其特征在于，所述电流检测放大器应用LT6105I芯片。
8.如权利要求1-7中任一项所述的具有电压电流自检功能的PCB基板，其特征在于，还包括滤波模块，所述滤波模块输出端连接于所述电压转换模块输入端，可以滤除输入电源中的高频分量，给所述电压转换模块提供稳定的低频电压。
9.一种具有电压电流自检功能的PCB测试系统，其特征在于，包括如权利要求8所述的具有电压电流自检功能的PCB基板、电源和上位机，所述上位机与所述PCB基板中的控制模块通讯连接，可通过上位机接收PCB基板的自检数据，所述电源的输出端连接于所述PCB基板的滤波模块输入端，通过电压转换模块实现单电源-多通道的基板结构。
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