CN1296719C - 用于在线测试中开路检测的探头的信息存储 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种存储探头特有信息的新型电探头。根据本发明实现的探头包括处理器、存储器和通信接口。诸如探头标识符和/或影响测量真实值的校准参数之类的探头特有信息存储在探头存储器中。处理器可以经由通信接口，从探头存储器中检索探头特有信息。

Description

用于在线测试中开路检测的探头的信息存储

技术领域

本发明一般地涉及电测量技术，更具体地说，本发明涉及存储探头特有信息的新型测量探头。

背景技术

从电设备得到电测量值需要对设备节点进行至少某种物理探测。如本技术领域所知，所有的电探头都引入由探头自身的固有电阻、电容和电感引起的测量误差。因此，在对由探头进行的测量的真实测量值的计算中，必须知道探头的测量误差值。影响探头测量误差的因素(例如探头放大器增益和探头电阻/电容/电感值)可能随探头的不同而不同，因此即使设计上相同的探头，彼此间也有一些微小的差别。

因此，希望有用于得到给定探头特有的测量误差值的技术。还希望这样的探头特有测量误差值稳定并且容易取得。在更广泛的意义上，还希望将探头特有信息存储在探头自身上。

因此，本发明的目的是提供一种探头，以及用于在其上存储和检索探头特有信息的新技术。

发明内容

本发明是一种新型电探头和新技术，用于在探头自身内的存储器中存储和检索探头特有信息。根据本发明实现的电探头在其自身内包括处理器、存储器和通信接口。

根据本发明的一个优选实施例，探头特有信息包括校准参数(calibration parameter)，该校准参数在制造时确定，并存储在探头上的存储器中。在测量设备在测量应用中使用校准参数之前，测量设备从探头中下载校准参数，用于计算使用该探头进行的测量的真实测量值。

根据本发明的另一个优选实施例，探头特有信息包括诸如序列号之类的探头标识符，该探头标识符在制造时唯一地指定给探头，并存储在探头上的存储器中。在测量设备在测量应用中使用探头标识符之前，从探头中下载探头标识符，并用于与存储在探头外的探头特有的校准参数的关联。然后，测量设备使用通过探头标识符而与探头相关联的校准参数，用于计算使用该探头进行的测量的真实测量值。

根据本发明的说明性实施例，测量探头以电容耦合探头的形式实施。该探头包括处理器，该处理器具有用于存储具体探头特有的校准参数的存储器，以及通信接口，该通信接口用于允许测量设备检索存储在探头自身内的存储器中的探头特有信息。

附图说明

结合附图，参考以下详细描述，对本发明更完整的评价及其附带的许多优点会容易地变得清楚，在附图中，相似的标号表示相同或类似的元件，其中：

图1A是根据本发明实现的测量探头的上层方框图；

图1B是图示探头处理器所执行的一种方法的示例性实施例的操作流程图；

图1C是图示本发明的用于与探头通信的方法的示例性实施例的操作流程图；

图2是根据本发明实现的探头的方框图；

图3是根据本发明实现的采用电容耦合测试探头的在线测试器的方框图；

图4A示出了根据本发明实现的电容耦合探头的优选实施例的前上方透视图；

图4B示出了图4A的电容耦合探头的侧剖面图；

图5A是一种集成电路元件的上剖面视图；

图5B是图5A的集成电路元件及本发明的电容耦合探头的侧剖面图；

图6示出了图5A和5B的电容耦合探头的有效实现的总体示意图；

图7是根据本发明实现的探头印刷电路板的优选实施例的示意图；

图8是可与本发明的探头200相连接的接口电路500的示意图。

具体实施方式

在下文中，详细描述了将探头特有信息存储在其上的新型电探头。虽然本发明是根据特定的说明性实施例进行描述的，但是应该理解到，在此描述的实施例只作为例子，并非要由其来限制本发明的范围。

现在转到本发明，图1A是根据本发明实现的测量探头10的上层方框图。如图所示，测量探头10包括探头感应接口14、测量线路15、处理器18、存储器20和通信接口24。测量线路15接收出现在被测节点12上的信号，执行具体探头类型特定的任何测量功能，并通过测量信道26将测量信号发送给测量设备30。例如，如果探头是感应被测节点12的电容11的电容耦合探头，则通信接口24可以包括有源缓冲/放大器电路16，该电路将探头感应接口，具体地说是传送感应出的信号的传导部件屏蔽，避免杂散系统电容的影响。

根据本发明，测量探头10包括用于存储探头特有信息22的存储器20和用于读写探头特有信息22的微处理器18。通信接口24至少为允许测量设备至少从存储器20检索探头特有信息22的目的，允许探头10和外部设备32(例如在线(in-circuit)测试器)之间通过通信信道28进行通信。

在图1A的说明性实施例中，探头10经由探头感应接口14，对诸如印刷电路板之类的电设备的被测节点12上的模拟或数字信号进行电容感应。测量线路15内配备的缓冲/放大器电路16(在下文中简称“放大器”16)适于接收并放大电容感应出的信号。

在用于测量之前，将探头10校准。为清楚起见，术语“校准”在此指的是确定影响所测量信号真实值的探头自身的特征变量(或“参数”)的过程。术语“校准参数”指的是探头自身特有的特征变量。

为进行校准，使用探头10对具有已知元件值的已知好元件进行测量。基于测量值和已知的元件值来确定探头的校准参数(例如，特征电容、电感和电阻，误差增益和偏置，和/或在一个或多个给定频率下的误差幅值和相位)。探头的特征电容、电感和电阻包括探头电路、探头感应接口的输入电容、电感和电阻，以及在探头感应接口和电路之间引入的任何分布或寄生电容、电感和电阻。特征电容、电感和电阻可以单独存储，或者可以以探头的响应增益或响应误差的形式结合在单一的校准参数中。还可以存储影响感应出的信号真实值的其它校准参数。可以将校准参数25a作为探头特有信息22存储在探头10的存储器20中。或者将诸如探头序列号之类的其它探头特有信息存储在存储器20中，用于查找存储在探头外的与探头相关联的校准参数25b。测量值计算器34在测量值计算中使用校准参数25a、25b。

图1B图示了探头10的涉及设置和检索探头特有信息22的操作。如图所示，在步骤52中，探头10通过通信信道28，从测量设备接收输入信号。在步骤54中，通信接口24进行任何必要的处理(例如放大、A/D转换、采样保持操作、串并行信号转换、误差校正、数字分组形成等)以从输入信号中抽取指令。处理器18将指令解码。如果在步骤56中确定指令是SET PSI指令，则在步骤58中，从指令中抽取与指令相关联的数据，并且在步骤60中，处理器18将该数据作为指定的探头特有信息的值22存储在存储器20中。如果在步骤62中确定处理器指令代替为GET PSI指令，则在步骤64中，处理器18从存储器20中检索指定的探头特有信息22，并将其发送到通信接口24，以在步骤66中将其通过通信信道28传送到测量设备。在步骤68中，处理器对SET PSI和GET PSI之外的指令进行处理，并且将任何指令响应发送到通信接口24，以在步骤70中将其通过通信信道28传送到测量设备。

图1C图示了外部设备从探头10得到探头特有信息22的操作。如图所示，在最简单的情况下，在步骤84中，外部设备从探头接收探头特有信息22。这可以作为自动操作而发生(例如在探头上电时)，或者可以如可选步骤82中所示，要求外部设备将诸如GET PSI之类的指令发送给探头。可以是接收了在步骤84中所得到的探头特有信息22就完成了操作(例如当探头特有信息22包括校准参数25a时)，或者，然后再在探头外使用探头特有信息22来查找存储在探头外的附加的探头特有信息(例如，当探头特有信息22包括用于查找存储在探头外的探头校准参数25b的探头标识信息26时)。

图2图示了根据本发明实现的通用探头100。如图所示，探头100包括位于探头100的主体102内的探头电路板110，其上配备测量线路115(包括放大器116)、处理器118、存储器120(包括探头特有信息122)和通信接口124。探头感应接口114包括内部导体106，该内部导体与放大器116的输入端相连接，并由屏蔽部件108屏蔽。探头感应接口114的电容是内部导体106与屏蔽部件108之间的电容。通过将放大器116安装得离探头感应接口114尽可能地近，可以降低分布电容(例如来自相互连接的导线、电缆、迹线或管脚的分布电容)。为实现这一点，如图2所示，将放大器116安装在探头100的主体内。可以将测量线路115、处理器118、存储器120和通信接口124制造成IC、混合微电路或小型PCB，以方便在探头100的主体102内安装。

在操作中，可以使用探头100对关心的节点(未示出)上的信号进行感应。在优选实施例中，在用于目的应用的感应之前，先将探头100校准。校准可以由制造商在制造时进行，或以后由测试技术人员在使用探头在被测电设备上进行测量之前进行。一种校准方法涉及使用探头100在具有已知的真实测量值的电设备的一个或多个节点上进行测量。可以基于实际测量值与真实测量值来计算校准参数122。校准参数122一旦确定，它们就与探头相关联。可以根据一种技术来实现与探头100的关联，该技术将校准参数122直接存储在探头100的存储器120内，从而需要的时候可以将它们经由通信接口124下载。另一种用于将校准参数122与探头相关联的技术是将探头标识符存储在探头的存储器120内，该探头标识符可以用来查找存储在探头外的探头关联校准参数。

在优选实施例中，在进行目的应用的测量之前，检索校准参数122。如果校准参数122存储在探头100的存储器120中，则经由通信接口124，通过通信信道132将适当的指令发送到处理器118来检索它们。一收到指令，处理器118就从存储器120访问校准参数122，并在通信接口124的帮助下，通过通信信道132将它们返回。

或者，如果校准参数122存储在探头外，则经由通信接口124，从探头的存储器120中检索探头标识符，并使用其来查找存储在探头外的探头关联校准参数。

当用于进行测量时，将探头100的内部导体106放置为与关心的节点电连接，并且测量线路115通过信号信道130将测量信号返回给测量电路路(未示出)。

现在转为考虑在大规模生产的印刷电路板(PCB)的装配和测试中使用测量探头的用户，已知在装配过程中，PCB会有许多不同类型的缺陷。因此，有各种测试和检查技术来对这些缺陷进行定位。现在有三种一般的测试方法用于发现PCB缺陷：电测试、光学(或视觉)检查和X射线检查。其中，电测试，具体地说是被称为“在线测试”的技术，是最成熟和最普遍使用的技术。

PCB装配中一个常见的缺陷是由虚焊、迹线不完整和/或设备缺失引起的连接开路，缺失的设备要么是从未装到板上，要么是在装配过程中脱落。一种用于在装配过程的电测试阶段检测被测PCB上的连接开路的方法称为在线测试，具体地说是电容测量在线测试。

在线测试利用在线测试器。在线测试器包括具有许多测试器接口针的针床(bed-of-nails)测试头。具有许多探头的夹具这样安装在测试器的针床上方，使得夹具探头对准并接触测试器接口针。被测印刷电路板这样安装在夹具中，使得夹具探头与被测PCB上的各个关心的节点电接触。模拟在线测试通过这样的方式检测PCB上的缺失设备：探测被测元件应该连接的正确节点，并以适当的单位(例如电阻、电容等)测量被测元件的值。如果测得的值在期望值的预定界限内，测试就推断被测元件确实存在。

现在转到图3，其示出了在线测试系统600的一部分，该测试系统只为非限制性的说明目的而采用了根据本发明实现的几个电容耦合探头620a、620b、620c。如图所示，在线测试系统600包括测试器630和用于放置被测PCB 602的夹具640。由于测试器接口针之间及被测PCB的节点之间间隔近，而且被测元件尺寸小，所以为图示简单起见，只示出了测试器/夹具/被测PCB组合边缘的一小部分。

测试器630包括多个测试器接口针631，它们沿测试器630的上侧布置成阵列(或“针床”)。测试器630包括测试器硬件635，该测试器硬件在控制器636控制下工作。控制器636以由测试器软件637控制，该测试器软件可以在测试器630自身内执行，或经由标准通信接口远程执行。控制器636的一个功能是对硬件635进行配置，以在测试器内的测量线路638与测试接口针631中的每个针之间建立或不建立电连接。为此，测试接口针631中的每个针可以通过继电器634与测试器硬件之间连接或隔离。测试资源与各个测试接口针631之间的电接触可以通过闭合其对应的继电器634来建立；相反，可以通过断开其对应的继电器634来将针631与测试硬件隔离。

测试夹具640安装在测试器630之上、针床测试器接口针631上方。测试夹具640可以将测试器接口针631与夹具探头648直接对接，或者如图所示，可以通过测试转接650(以双面PCB板的形式示出，称为“无线测试转接器”)将测试器接口针631与夹具探头648间接对接。夹具640这样安装在测试器630的测试器接口针631上方，使得其双端弹簧探头648的下尖端与对应的测试器630的测试器接口针631的上尖端进行电接触，要么直接接触，要么如图所示，通过测试转接器650间接接触。双端弹簧探头648的上尖端与被测PCB 602下侧的关心的导电垫片603a、603b、603c、603d、603e对准并进行电接触。

夹具640包括夹具顶642和夹具底644。夹具底644包括插入并穿过夹具底644中精确对准的孔的多个双端弹簧探头648。为图示方便和本发明清楚起见，只示出了五个这样的双端弹簧探头648；但是，本领域的技术人员应该意识到，传统的在线测试器一般具有几千个这样的探头。

夹具640配置了许多电容耦合探头620a、620b、620c。为图示方便和本发明清楚起见，只示出了三个这样的电容耦合探头620a、620b、620c；但是，本领域的技术人员应该意识到，传统的在线测试器可以具有几百个这样的探头。根据被测PCB 602的配置，可以将探头安装在夹具顶642和夹具底644的一个或全部中。在说明性实施例中，探头620a、620b这样安装在夹具顶642中，使得当PCB 602正确地安装在夹具640中时，装置620a、620b中每个装置的电容板610a、610b精确地对准其对应的被测元件606a、606b的上方。

在说明性实施例中，PCB 602包括安装在板的两侧的被测元件606a、606b、606c。因此，必须对电容耦合探头620进行调整以适应板602的两侧。基于这样的考虑，夹具底644也可以配置许多电容耦合探头620c，其中每个探头对应于被测PCB 602下侧605的被测元件606c中的每个元件。将电容耦合探头620c这样安装在夹具底644上，使得当PCB 602正确地安装在夹具640中时，每个装置620c的电容板610c精确地对准其对应的被测元件606c的下方。

在优选实施例中，夹具640可以对于印刷电路板602上的每个集成电路、电容、电阻或其它关心的元件都包括一个电容耦合探头620。因此，可能需要大量的电容耦合探头620。因此，可能希望对从测试器630到电容耦合探头620中每个探头的控制信号638进行多路复用，以减少测试器630和夹具640间控制线的数量。在说明性实施例中，可以使用单片8位多路复用卡646a、646b对多达256个不同的电容耦合探头620进行寻址。多路复用卡646a、646b还可以配置为对于可寻址的电容耦合探头620中的每个探头都包括数字驱动器和接收器(如下文图8中的接口电路500所示)。

当然，应该意识到，电容耦合探头620中每个探头的驱动器和接收器可以不使用多路复用卡646a、646b、646c或其它控制线减少方案，而是与测试器630一一对应接线。而在另一个代替性的实施例中，如652所示，电容耦合探头可以与夹具上的节点相连接，这些节点可以用测试器接口针631来探测。在这个代替性配置652中，电容耦合探头可以通过测试器接口针631由测试器资源635来驱动。

电容耦合探头用来进行在线电容测量测试。电容测量测试，例如安捷伦科技有限公司的TestJetTM探头和技术(在以下专利文献中进行了详细描述：授权给克鲁克等的美国专利5,254,953、授权给克鲁克等的美国专利5,274,336、授权给克施纳等的美国专利5,498,564、授权给克鲁克等的美国专利5,557,209、授权给基恩等的美国专利5,696,451，为其中每篇所公开的全部内容，以参考的形式包含在此)，检测设备管脚何时未与其PCB上的迹线正确连接。该技术使用具有外部平板(如图3的610a、610b、610c所示)的探头(如图3的620a、620b、620c所示)，所述外部平板悬挂在被测设备的上方，并通过设备外壳的塑料或陶瓷材料与引脚框隔离。引脚框和外部平板组成了一个小电容，该电容可以通过用AC电源激励来测量。当设备管脚未与迹线电连接时，就产生与TestJet^TM电容串联的附加电容。这个附加电容是由管脚和迹线间微小的空气隙产生的。这是个非常小的电容，比TestJet^TM电容小得多，因此TestJet^TM和这个附加管脚电容的串联组合小于任何一个电容。可以对每个被测设备的每个管脚设置阈值，以区分存在和不存在的设备。

图4A示出了根据本发明实现的电容耦合探头200的优选实施例的前上方透视图，而图4B示出了其侧剖面图。如图所示，电容耦合探头200包括电容板202、隔离板204、放大器电路208、隔离电极弹簧针210和信号电极弹簧针212。探头200中的电容板202和隔离板204优选地由铜制成，但也可以由任何导电金属制成。电容板202和隔离板204由电介质205分隔，例如以玻璃填充的塑料或其它任何绝缘材料。电介质大约0.04英寸厚。应该理解到，如果电介质205太薄，则电容读数会因失真而偏大，而如果电介质205太厚，则会降低隔离板204的屏蔽作用，并会检测到杂散系统电容。测试探头200的电容板202与放大器电路208电连接，该放大器电路位于电介质205的上表面，并被隔离板204所包围。电容板202与放大器电路208在位置203相连接。邻近接收信号处的电容板202的放大器电路208对信号的放大有助于信噪比的显著优化，从而降低系统噪声和杂散电容的影响。但是，这也可以用其它方式实现，例如通过包围弹簧针210和212的同轴电缆或导电泡沫进行屏蔽。另外，在得知不需要的信号和噪声是什么之后，通过在制造时或用于测试之前的校准，可以将这个值作为探头特有信息222存储在存储器220中。然后在测试时，就可以经由通信接口224从探头200下载探头特有信息222，并且测试器中的外部测量电路可以利用这些所下载的值作为测量校正因子。

在制造期间，电介质205沉积在电容板202上，然后隔离板204沉积在电介质205上。接着，对隔离板进行蚀刻直到电介质205，以形成放大器电路208、处理器218、存储器220和通信接口224的迹线。环绕探头电路区域一路蚀刻出沟槽226，以将探头电路和隔离板电绝缘。在制造期间，利用板上芯片(chip on board)工艺将放大器电路208、处理器218、存储器220和通信接口224安装在由隔离板形成的迹线上。放大器电路208通过插座连接器228中的插针与标准信号电极弹簧针212相连接，该信号电极弹簧针充当测量设备的电连接装置。隔离板204经由连接器230与隔离电极弹簧针210电连接，该隔离电极弹簧针将隔离板与系统的地或受控电压源电连接。

弹簧针210和212可以是标准现用弹簧针，例如美国新罕布什尔州汉普顿的QA技术公司制造的100PR4070。弹簧针210和212使测试探头可以沿z轴移动，这样不管被测集成电路元件的高度如何，都可以与该元件紧密耦合。另外，当本发明用于测试诸如图3中PCB 602之类的整个电路板时，弹簧针沿z轴的移动允许全部电容耦合探头620a、620b、620c与对应的元件606a、606b、606c紧密接触，即使这些元件的高度并不一致。沿z轴的移动可以通过其它装置，例如具有沿z轴移动功能的液压针来实现。此外，只要测试探头距离被测元件是预定距离，沿z轴移动就不是必要的。

图5A示出了集成电路元件300及图4A和4B的电容耦合探头的上剖面图，而图5B示出了其侧剖面图。图5A和5B图示了电容耦合探头200与集成电路300的引脚306间的电容耦合是如何发生的。如图所示，集成电路封装300包含集成电路模302。集成电路模302包含连接点；但是，必须将这些连接点制造在集成电路封装300的外部。因此，引脚306与内部导体304相连接，该内部导体将引脚306与紧邻集成电路302的位置相连接。在那里，小导线(焊接导线)308跨接在导体304与集成电路302上的连接点位置之间。对集成电路封装300的其它所有引脚都进行类似的连接。

如图5B所示，导体304形成导电板，充当电容器的一个板。电容耦合探头200的电容板形成电容器的另一个板。虽然用这种方式创造的电容器很小，但是它足以在引脚306与电容耦合探头200之间传导信号，这里，电容耦合探头200由虚线示出，表示测试探头200置于集成电路封装300上部的上方。

图6示出了电容耦合探头200的有效实现的总体示意图。如图所示，一种使用电容耦合探头200的实现的系统使用信号源310，该信号源提供信号，一般在200毫伏(200mV)时是8千赫兹(8kHz)。信号源310的输出端与印刷电路板迹线314相连接，该迹线在316与被测集成电路引脚306相连接。在优选实施例中，信号源310与迹线314间的连接一般通过针床连接针来进行。

电容耦合探头200放置在集成电路封装300的顶端。电容耦合探头200与诸如电流表、电压表或计算有效电容值的计算装置之类的测量设备312相连接。当测量值落在预定范围之外时，确定被测引脚有连接开路。

在进行测试时，激活信号源310，并将其应用于印刷电路板上的迹线314，该迹线应该在位置316与被测引脚306相连接。然后信号应该传送到元件300的引脚306。通过电容耦合，将信号传送到电容耦合探头200，然后传送到测量设备312。如果测得的参数落在预定界限之内，那么引脚306在位置316与迹线314相连接。如果引脚306未在位置316相连接，或迹线314断开，就会将一个更小的信号传导到电容耦合探头200，并且测量值不会满足测量设备312的阈值电平，表示存在开路故障。

因为被测量的信号非常小，所以必须尽可能地减小噪音、系统电容和串音的影响。一种在测试集成电路时降低不想要的电容的技术是，对所有不直接涉及集成电路测量的地、电源和其它设备引脚进行隔离。将不使用的引脚接地称为“隔离技术”(guarding)，该技术目前被认为是降低噪声的最好模式。隔离技术防止了集成电路元件上的被测引脚和其它引脚间的串音，从而降低引脚间所耦合的任何杂散电容，并更好地表示何时引脚未连接。这种技术特别有效，因为这通常将印刷电路板接地层接地，该接地层还与很多其它集成电路的引脚相连接，从而降低不需要的电容水平。

作为例子，实验数据示出了对于间距0.65mm的四边扁平封装，元件引脚306与测试探头200间的电容约为40毫微微法。如果一个管脚的电容变化小于30毫微微法，则焊点开路。用户可以增大或减小这个值，以增加测试的诊断精度。

图7是根据本发明实现的探头印刷电路板400的优选实施例的示意图。印刷电路板400包括有源放大器电路410、通信接口430、处理器440和存储器442，该存储器存储探头特有信息444。现在参考有源放大器电路410，电路410是用于放大在203从电容板202(图4B)接收到的信号的标准放大器电路，从而增加信噪比，并降低杂散电容的影响。可以有多种代替的电路来实现这个放大作用，这对本领域的技术人员来说是非常清楚的。放大器404是标准运算放大器，例如美国德克萨斯州达拉斯的德州仪器公司生产的TL072。二极管406和408是标准小信号硅二极管，而二极管402是7.5V齐纳二极管。电阻412和414是100K欧姆电阻，而电阻416和418分别是1M欧姆和464欧姆电阻。电路输出端422与信号弹簧针212电连接，并且电路的地420通过隔离弹簧针210与系统的地电连接。本发明中利用有源放大器电路410，通过放大信号来降低杂散电容的影响，从而使杂散电容比较不重要。使用这种电路是因为其成本效益好，并且容易实现。但是，也可以使用其它屏蔽装置来代替有源放大器电路，例如环绕弹簧针212并连接到或代替测试探头200的隔离板204的同轴电缆。

如上文所述，印刷电路板400还包括通信接口430、处理器440和存储器442。应该理解到，处理器440可以由以下一种或几种来实现：微处理器、微控制器、ASIC、FPGA、数字状态机和/或其它数字电路。还应该理解到，通信接口430可以根据许多不同的著名通信技术中的任何一种来实现，包括(只作为说明而非限制)串行或并行、有线或无线、通过专用或多路复用信道等。在优选实施例中，处理器440是定制的FPGA，而通信接口430是有线串行接口，一般包括放大电路、采样保持电路、帧检测电路和串并行转换器。根据通信协议，通信接口430还可以包括误差检测/校正电路和指令包抽取电路。

在所示的具体实施例中，从测量设备(例如图3中的测试器630)发送到处理器440的数字信号与信号弹簧针212上所携带的探头输入信号进行调制，因此必须将其解调并解码成处理器440所要求的形式。在优选实施例中，输入信号的幅度是6V，并且数字信号调制在输入信号上。在调制后的信号V_{IN_MOD}中，在调制后的信号V_MOD中大约6V的电压电平代表调制后的数字信号DATA 552(图8)的高电平，而在调制后的信号V_MOD中大约4.5V的电压电平代表调制后的数字信号DATA 552(图8)的低电平。低电平至少高于放大器电路的高信号电平阈值。因此，在输入信号上携带数字信号，并且数字信号在高于放大器电路的高信号电平阈值(一般3-4V)的4.5V到6V之间振荡。从而，由调制引起的信号弹簧针212上的信号变化不会对放大器电路产生不利影响。

在优选实施例中，为了从调制后的信号V_{IN_MOD}中恢复所传输的信号，通信接口430包括比较器432，该比较器在一个输入端接收出现在信号弹簧针212上的调制后的输入信号V_MOD，而在另一个输入端接收参考电压V_REF。优选地将参考电压设置为5V。比较器432将调制后的信号V_MOD的电压电平与参考电压V_REF相比较，并且如果调制后的信号V_MOD高于参考电压V_REF，则在线433上输出高电压电平，并且如果调制后的信号V_MOD低于参考电压V_REF，则在线433上输出低电压电平。因此，比较器432的输出是脉冲流。解码器436在其输入端与比较器432的输出线433电连接。解码器436将来自脉冲流的串行位流转换成并行指令，在线438上将这些并行指令输出。虽然未示出，但是解码器436可以包括放大电路、用于从脉冲流中恢复每一位的采样保持电路、用于检测每个包的开始和结束的同步(帧检测)电路、用于验证信号的正确传输的差错校正电路、串并行转换器、以及根据具体的传输应用，从模拟输入信号中恢复并行数据信号所需要的其它标准功能。

处理器440在线438上接收并行指令位，并执行指令所表示的操作。

有些指令，例如读取内存指令，会要求处理器440通过与电路地420电连接的隔离弹簧针210返回信息。因此，在说明性实施例中，将数字输出信号从并行信号转换成处理器440内部的串行位流，并输出到处理器的串行输出管脚439上。电阻435连接在串行输出管脚439和电路地420之间，而电路地420又与隔离弹簧针210电连接。因此，将管脚439上输出的串行位流与电路地信号进行调制，同时电阻435工作以减弱脉冲流，使得线420上的电路地信号GND_MOD的电压电平在大约0V和2V之间变化，其中大约0V代表脉冲流的低电平，而大约2V或者至少低于放大器电路的高信号电平阈值代表脉冲流的高电平。因此，其地上的信号调制不会对放大器电路410产生不利影响。

图8是可与本发明的探头200相连接的接口电路500的示意图。接口电路输出端512与信号弹簧针212电连接，并且电路地510通过隔离弹簧针210与系统地电连接。现在参考图8，在所示的具体实施例中，比较器502接收探头200的隔离弹簧针210上的调制后的地信号GND_MOD和信号弹簧针212上的调制后的输入信号V_MOD。可以根据比较器502的输出电压，基于以下等式来计算代表探头电容板202与被测集成电路管脚之间电容值的电流I_X：V＝I_X*(R₁/R₂)*R₃。测量值计算模块540接收比较器502的输出，并计算电容探头板与被测管脚之间的电容值。

在进行测量之前，测量值计算模块540与探头200进行通信，以得到测试器计算从探头得到的测量值所需要的校准参数442。为此，测试处理器530产生指令534，编码模块550将该指令编码，以产生串行位流DATA 552。数字调制器560将串行位流DATA 552与原始输入信号V_{IN_RAW} 562进行调制，以在线512上产生调制后的输入信号V_MOD，而线512又与信号弹簧针212电连接。在优选实施例中，原始输入信号V_{IN_RAW}562具有6V的幅度。在调制后的信号V_MOD中大约6V的电压电平代表调制后的数字信号的高电平，而在调制后的信号V_MOD中大约4.5V的电压电平代表调制后的数字信号的低电平，低电平至少高于放大器电路的高信号电平阈值。因此，在输入信号上携带数字信号DATA 552，并且该数字信号在高于放大器电路的高信号电平阈值(一般3-4V)的4.5V到6V之间振荡。从而，由调制引起的信号弹簧针212上的信号变化不会对放大器电路410(图7)产生不利影响。

为了从探头200接收指令响应，例如所请求的校准参数442，必须将调制后的地信号解调并解码。为此，接口电路500包括比较器512，该比较器在一个输入端接收调制后的地信号GND_MOD，而在另一个输入端接收低电平信号阈值V_{REF_LOW} 514。优选地将参考电压设置为1.5V。比较器512将调制后的地信号GND_MOD的电压电平与低电平信号阈值V_{REF_LOW} 514相比较，并且如果调制后的地信号GND_MOD高于低电平信号阈值V_{REF_LOW}514，则在线516上输出高电压电平，而如果调制后的地信号GND_MOD低于低电平信号阈值V_{REF_LOW} 514，则在线516上输出低电压电平。因此，比较器512的输出是脉冲流。解码器520在其输入端与比较器512的输出线516电连接。解码器520将来自脉冲流的串行位流转换成并行指令响应，在线522上将这些并行指令响应输出。虽然未示出，但是解码器520可以包括同步电路、用于从脉冲流中恢复每一位的采样保持电路、用于验证信号的正确传输的差错校正电路和根据具体的传输实现从模拟输入信号中恢复并行数字信号所需要的其它标准功能。处理器550从线522接收并行指令响应。

现在转回图3，使用电容耦合探头620a、620b、620c来进行在线电容测量测试。只要是必要或适当的时候(例如在执行在线测试之前)，测试器软件637就产生探头处理器指令，用于从探头620a、620b、620c中的每个探头检索探头特有信息(例如包含探头特有的校准参数的信息)。将这些指令发送到测试器硬件635和/或控制器636以进行格式化并传输到各个探头620a、620b、620c。测试器硬件635和/或控制器636将格式化后的指令传输到适当的多路复用卡646a、646b，在这些多路复用卡上驻有与各个探头620a、620b、620c相对接的探头接口电路(例如图8所示)。在图7和图8中每张图的说明性实施例中，将指令与探头信号通过探头信号信道进行调制，而将响应通过探头地信道接收、解调并返回到测试器硬件635和/或控制器636。测试器硬件635和/或控制器636抽取检索到的探头特有信息，并将其发送到测试器软件637。

在优选实施例中，探头特有信息要么存储探头特有的校准参数，要么存储标识信息，可以根据该标识信息在探头外存储器中查找校准参数。

当要执行在线电容测量测试时，测试器软件637指示控制器636和/或测试器硬件635启动并驱动测量信号，通过各个电容耦合探头620a、620b、620c的信道，到被测集成电路306a、306b、306c的关心的管脚上。同时，根据图6的电路图，测试器硬件635打开(关闭)对应于测试器接口针631的继电器，该测试器接口针与夹具探头648相连接，该夹具探头最终形成与各个关心的管脚和各个要接地的管脚间的电连接。测试器硬件635将一个信号(例如图3中的310)加在被测设备606a、606b、606c中每个设备的关心的管脚上，并将被测设备606a、606b、606c中每个设备上要接地的管脚与地相连接。探头620a、620b、620c中每个探头的测量信号与各个测量电路(例如图6中的312)相连接，以得到与各个关心的管脚相关联的测量信号。测试器硬件635和/或测试器软件637使用各个关心的管脚的测量信号，以及与得到测量值的各个测量探头相关联的校准参数，并计算管脚上电容值的真实值。测试器530将计算出的管脚电容值与预定的阈值限进行比较，该阈值限确定管脚与印刷电路板迹线相连接还是在管脚和迹线之间存在开路。被测元件存在或不存在。

虽然为说明目的而公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员应该意识到，在不脱离如本发明权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、增加和替换。当前公开的发明的其它效益或用途也可能会在一段时间之后变得清楚。

Claims (21)

1.一种可以与测量设备相连接的电探头，包括：

探头感应接口，它可以用来在至少一个被测节点上感应至少一个信号；

信号信道，用于发送所述感应到的至少一个信号；

存储器，用于存储探头特有信息；

处理器，它与所述存储器有效连接，用于检索所述探头特有信息；和

通信接口，它可以用来利用所述信号通道上的信号对所述探头特有信息进行调制，生成包括了所述信号和所述探头特有信息的调制信号，并经所述信号信道将所述调制信号发送给所述测量设备。

2.如权利要求1所述的电探头，其中：

所述探头感应接口包括电容板。

3.如权利要求2所述的电探头，包括：

有源放大器电路，它连接在所述电容板与所述信号信道之间。

4.如权利要求1所述的电探头，其中：

所述探头特有信息包括至少一个与所述探头相关联的校准参数。

5.如权利要求4所述的电探头，其中：

所述探头感应接口包括电容板。

6.如权利要求5所述的电探头，包括：

有源放大器电路，它连接在所述电容板与所述信号信道之间。

7.如权利要求1所述的电探头，其中：

所述探头特有信息包括探头标识信息。

8.如权利要求7所述的电探头，其中：

所述探头标识信息用于查找至少一个存储在探头外的与所述探头相关联的校准参数。

9.如权利要求7所述的电探头，其中：

所述探头感应接口包括电容板。

10.如权利要求9所述的电探头，包括：

有源放大器电路，它连接在所述电容板与所述信号信道之间。

11.一种电容耦合探头，包括：

信号信道，包括一对线路，功率通过所述一对线路供应给所述探头；

电容板，它与所述信号信道相连接；

存储器，用于存储探头特有信息；

处理器，它与所述存储器有效连接，用于检索所述探头特有信息；和

通信接口，它可以用来利用所述信号通道上的信号对所述探头特有信息进行调制，生成包括了所述信号和所述探头特有信息的调制信号，并将所述调制信号经过所述信号通道的所述一对线路发送给测量设备。

12.如权利要求11所述的电容耦合探头，包括：

有源放大器电路，它连接在所述电容板与所述信号信道之间。

13.如权利要求11所述的电容耦合探头，其中：

所述探头特有信息包括至少一个与所述探头相关联的校准参数。

14.如权利要求11所述的电容耦合探头，其中：

所述探头特有信息包括探头标识信息。

15.如权利要求14所述的电容耦合探头，其中：

所述探头标识信息用于查找至少一个存储在探头外的与所述探头相关联的校准参数。

16.如权利要求1所述的电探头，其中：

所述通信接口用所述信号信道上的至少一个信号调制所述检索的探头特有信息。

17.如权利要求4所述的电探头，其中：

所述通信接口用所述信号信道上的至少一个信号调制所述检索的探头特有信息。

18.如权利要求7所述的电探头，其中：

所述通信接口用所述信号信道上的至少一个信号调制所述检索的探头特有信息。

19.如权利要求11所述的电探头，其中：

所述通信接口用所述信号信道上的至少一个信号调制所述检索的探头特有信息。

20.如权利要求13所述的电探头，其中：

所述通信接口用所述信号信道上的至少一个信号调制所述检索的探头特有信息。

21.如权利要求14所述的电探头，其中：

所述通信接口用所述信号信道上的至少一个信号调制所述检索的探头特有信息。

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