CN202693754U

CN202693754U - 一种用于测试模拟集成电路与器件的装置

Info

Publication number: CN202693754U
Application number: CN 201220353097
Authority: CN
Inventors: 潘中良; 陈翎
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2022-07-19

Abstract

本实用新型公开了一种用于测试模拟集成电路与器件的装置，主要是对印制电路板PCB上的模拟电路与元器件进行电气隔离，通过对被测模拟器件施加相应的测试激励信号，并对器件的输出信号进行精确采样，来获得模拟器件的参数值；之后把这种参数值与模拟器件的标准参数值进行比较，进行故障诊断，并保存和输出测试结果。该装置包括依次连接形成循环回路的控制单元模块、激励信号源模块、测试电路模块和A/D采样模块。利用本实用新型，可以检测PCB上被测模拟电路与元器件是否存在故障，因此能够发现有故障的器件。此外，该装置具有体积小、成本较低、便携式等特点。

Description

一种用于测试模拟集成电路与器件的装置

技术领域

本实用新型属于集成电路测试的范围，特别涉及一种用于测试模拟集成电路与器件的装置。

背景技术

随着集成电路设计技术与制造工艺的不断发展，使得在一个印制电路板（PCB）上可以容纳上百万、上千万以及更多的电子元器件。在PCB上元器件数量的增多导致了PCB制造工艺复杂度的增加，为了保证PCB的功能正确性与可靠性，必须对整个PCB的互连线以及其上的元器件进行充分的测试。

对印制电路板的传统测试方法是测试人员利用示波器和万用表对PCB上的每一个器件进行检测，该方法要求测试人员熟悉PCB的结构与电路原理，具备丰富的检测与故障诊断等方面的经验。测试人员的经验与水平不同，所得到的测试结果也可能不同；而且具有较强的主观性，误判的情况较多，过程缓慢，周期较长，成本较高。

为了提高PCB的测试效率并降低测试费用，人们研制成功了一些自动化程度较高的测试设备，例如PCB在线测试仪、四线式PCB测试机等，这些设备的主要特点是：能够进行PCB上的开路故障、短路故障、焊接质量、元器件的功能等多方面的测试，测试速度较高；但缺点是体积大，价格高，中等性能的这种设备的价格一般在几十万元左右。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有PCB测试设备的不足，例如体积大、价格高等，利用FPGA等电路设计技术，提供一种用于测试模拟集成电路与元器件的装置。本实用新型主要是对PCB上的模拟器件进行电气隔离，通过设计针对不同被测模拟器件类型的多种测试电路，为被测模拟器件施加相应的测试激励信号；通过对被测模拟器件的相应输出信号进行精确采样，来获得器件的参数值；然后通过对被测模拟器件的测试过程中所得到的测试数据进行分析与处理，来判定器件的功能参数是否正确，从而进行故障诊断，保存和输出测试结果。例如，对一个被测模拟器件，当该器件的功能正常时，则在装置的LCD上显示输出“测试通过”的信息，否则输出关于器件有故障的信息如“测试不通过”。

本实用新型是通过下述技术方案实现：一种用于测试模拟集成电路与器件的装置，包括依次连接形成循环回路的控制单元模块、激励信号源模块、测试电路模块和A/D采样模块；

所述的控制单元模块包括信号处理器、存储器模块、键盘电路模块、显示模块；信号处理器分别与存储器模块、键盘电路模块和显示模块连接；

所述的信号处理器主要用于控制激励信号源模块对激励信号的产生，以及用于控制对被测器件的相应输出信号的采样过程；其中，信号处理器接收来自键盘电路模块的输入信号，并判断需要产生和使用的是直流源还是交流源；生成有关信号源方面的控制信息，并传送给激励信号源模块；接收来自A/D采样模块的数据，进行处理，分析结果输出至显示模块显示；所述的信号处理器优选为Altera公司生产的Cyclone II系列EP2C8Q208芯片；

所述的存储器模块主要用于对控制单元模块和整个装置中的相关程序和数据进行存储；该模块由Flash存储器和SDRAM存储器两部分组成，前者用于存放一些在系统掉电后需要保存的数据，后者用于存储一些应用程序和测试数据；所述的Flash存储器优选为AMD公司的AM29LV320D芯片；所述的SDRAM存储器优选为Hynix公司的HY57V641620芯片；

所述的键盘电路模块主要用于输入测试数据和测试控制命令，以使整个装置进行具体的各种测试操作。

所述的显示模块优选为LCD，更优选为5.7英寸彩色CSTN液晶显示器；

所述的控制单元模块还包括用于与外接设备连接的USB通信接口，USB通信接口与所述的信号处理器连接；外接设备包括计算机、存储器、键盘、显示器、打印机等设备；

所述的USB通信接口优选为Cypress公司的USB收发芯片CY7C68013A；

所述的激励信号源模块主要用于为测试电路模块生成激励信号，包含用于产生直流激励信号的器件和用于产生交流激励信号的器件；该模块受控于控制单元模块，在接收到控制单元模块给出的控制数据（例如激励信号的类型与参数）之后，该模块生成并输出相应类型的激励信号；所输出的激励信号被加载到测试电路模块；之后，通过连接于测试电路的多个探针把激励信号施加到PCB上被测器件的输入端；

所述的用于产生直流激励信号的器件优选为Maxim公司的MAX531芯片；

所述的用于产生交流激励信号的器件优选为Analog Devices公司的DDS芯片AD9850；

所述的测试电路模块包括电气隔离电路和测试电路；电气隔离电路能够将被测器件从PCB上进行隔离，以便在对被测器件进行测试时不受其他器件的电气方面的影响；所述的测试电路是为测试PCB上的元器件而专门设计的一些电路，其中包含晶体管测试电路、电阻测试电路、电容测试电路和电感测试电路等；测试电路模块的输入端与激励信号源相连，激励信号经过测试电路模块的一部分电路之后，加载到被测器件的输入端；被测器件的输出端被连接于测试电路模块的另一部分电路；

所述的A/D采样模块是在接收到测试电路的输出信号之后，进行16位模数转换，并将转换结果送入到控制单元模块的内部存储器中；优选为Maxim公司的MAX1132芯片。

本实用新型相对于现有技术具有如下的效果及优点：本实用新型提供的用于测试模拟集成电路与元器件的装置，采用FPGA等电路设计技术，来进行模拟集成电路的测试仪的设计，能够完成对模拟集成电路与元器件的电压与电流测试、元器件的功能测试等多种类型的测试。本实用新型能够方便地检测PCB上被测模拟器件的参数值，进而判定被测模拟器件的功能是否正确，以及是否存在故障；本实用新型提供的一种用于测试模拟集成电路与器件的装置，具有体积小、成本较低、便携式等特点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中控制单元的结构示意图。

图3是本实用新型的运行流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种用于测试模拟集成电路与器件的装置，包括依次连接形成循环回路的控制单元模块、激励信号源模块、测试电路模块和A/D采样模块。如图2所示，控制单元模块包括信号处理器、存储器模块、键盘电路模块、显示模块和USB通信接口；信号处理器分别与存储器模块、键盘电路模块、显示模块和USB通信接口连接。

控制单元模块中的信号处理器是整个装置的核心，它对装置的其他模块进行管理与控制，例如，控制激励信号的产生和对元器件输出信号的采样。对该信号处理器，本实用新型采用Altera公司生产的Cyclone II系列EP2C8Q208芯片，该芯片具有36个M4K RAM，并且在FPGA内部设计了一个16位宽度、4KB深度的FIFO，因此具有较好的开发与设计的灵活性。

存储器模块主要是用于对控制单元模块和整个装置中的相关程序和数据进行存储，该模块由Flash存储器和SDRAM存储器等两部分组成。在本实用新型的实施中，Flash存储器采用AMD公司的AM29LV320D芯片，该芯片工作电压为2.7V~3.6V，存储容量为32MB；SDRAM存储器采用Hynix公司的HY57V641620芯片，该芯片工作电压为3.3V，存储容量为64MB。

显示模块为5.7英寸彩色CSTN液晶显示器。

整个装置可以通过USB通信接口与外接设备相连，外接设备包括计算机，存储器、键盘、显示器、打印机等设备，从而使得该装置易于使用。对该USB通信接口，本实用新型采用Cypress公司的USB收发芯片CY7C68013A来实现，该芯片内含8051内核、16KB的RAM、4KB的FIFO。CY7C68013A与控制单元模块采用GPIF接口方式进行通信，能够进行单字节读写、FIFO读写等。

激励信号源模块主要是用于为测试电路模块生成激励信号，包含直流激励信号和交流激励信号，其中直流激励信号用于测试电阻，二极管和三极管等，交流激励信号主要用于测试电容和电感等。对激励信号源模块，在本实用新型的实施中，直流信号源采用Maxim公司的12位串行数模转换芯片MAX531。该芯片采用5V供电，数据通过DIN端口串行输入，然后经过D/A转换和内部运算放大器后，从Vout端口输出可调的电压。此外，直流信号经调幅之后，连接一个用于进行电流增强的电路，目的是使激励信号的驱动能力得到增强；对此的具体实现方法是，采用一个运算放大器和两个功率放大管，来组成一个互补的输出级电流增强电路。

MAX531与控制单元模块按如下方式进行连接：将MAX531的串行数据输入端（DIN）、清除信号端

串行输入时钟端（SCLK）和片选信号端分别连接至控制单元模块的EP2C8Q208芯片对应的端口DA_DIN，DA_CLR，DA_SCLK和DA_CS。数模转换芯片MAX531的工作流程为：首先，控制单元模块的EP2C8Q208置MAX531的

端为0来选通芯片，然后在SCLK的上升沿将16位数据锁入到D/A内部的12位寄存器中（其中高四位为无效位），最后D/A会在

的上升沿将12位数据送入转换寄存器中并进行转换。

交流信号源采用Analog Devices公司的DDS芯片AD9850，该芯片是采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数转换器和高速比较器等三部分构成，能够实现全数字编程控制；AD9850有40位控制字，其中32位用于频率控制，5位用于相位控制，1位用于电源休眠控制，2位用于工作方式选择。在本实用新型的实施中，将AD9850以串行接入方式与控制单元模块相连，并通过控制单元模块来实现对AD9850的相位和频率控制字的加载。

测试电路模块主要是为测试PCB上的模拟器件而专门设计的一些电路，包括晶体管测试电路、电阻测试电路、电容测试电路和电感测试电路等。测试电路模块采用电气隔离，在电气特性上将PCB上的被测器件与其它相连的器件进行隔离，继而逐一检测PCB板上的每个元器件。在本实用新型的实施中，对电气隔离主要是采用Maxim公司的集成运算放大器MAX410来设计与实现，MAX410的开环增益为115dB，失调电压为250μV，能够满足对元器件测试的需要。

对PCB上的模拟器件进行测试时的输出信号，需要经过A/D采样模块之后，再进行后续的数据分析与处理。在本实用新型的实施中，A/D采样模块的实现采用Maxim公司的MAX1132芯片。MAX1132芯片是16位单/双极性转换的串行逐次逼近型A/D，工作电压为5V，其内部具有跟踪/保持和校准电路，最高采样速率可达200ksps，具有串行SPI接口。

本实用新型的软件部分主要有系统自诊断模块、测试程序与数据编辑模块、测试信息显示模块等。系统自诊断模块是在整个装置开始工作时对系统各个部分的连接情况以及每一部分的功能等进行检测与诊断，例如，检测控制单元模块、激励信号源模块、测试电路模块等之间的通路连接是否正确。测试程序与数据编辑模块的功能是：通过使用该模块，测试人员将一些与测试有关的信息输入到整个装置中，包括选择被测模拟器件的类型、输入用于测试结果比较的器件参数的标准值等。测试信息输出模块是用于输出被测模拟器件的一些测试数据与相关信息，例如，经过测试所得到的模拟器件的电气参数、模拟器件是否存在故障等。软件部分所实现的功能是：控制整个装置对模拟器件的测试流程、对测试过程中所得到的数据进行分析和处理、判定被测模拟器件的参数是否正确、进行故障诊断、保存和输出测试结果等。

实施例2

如图3所示，实施例1得到的用于测试模拟集成电路与器件的装置，对PCB上的模拟器件进行测试的主要步骤如下：

步骤（1）：系统初始化。打开装置的电源；启动装置，进行系统的自检测、运行自诊断程序。

步骤（2）：对PCB上的一个被测模拟器件，通过软件界面输入该器件的类型，例如，电阻、电容、电感、晶体管、一般结构模拟电路等；输入用于测试结果比较的器件参数的标准值。

步骤（3）：选取测试电路与测试通道。控制单元模块根据被测器件的类型，首先选取对应的测试电路，以便对被测器件在进行测试时使用；其次在测试电阻和晶体管等器件时，对测试电路选择与直流信号源相连，在测试电容和电感等器件时，对测试电路选择与交流信号源相连。

步骤（4）：产生激励信号。根据被测器件的类型，由控制单元模块来控制激励信号源模块，并产生相应的激励信号。

步骤（5）：对激励信号进行调幅或调频。根据预先获得的被测器件的标准参数值，在测试该器件时，把激励信号的幅度或频率调节到适当的范围。

步骤（6）：通过连接于测试电路的多个探针把激励信号施加到PCB上被测器件的输入端，并通过连接于测试电路的其他探针把被测器件的输出端信号传送到A/D采样电路模块进行A/D采样。

步骤（7）：把经过A/D采样之后得到的被测器件的参数值传送到控制单元模块；把这种参数值与被测器件的标准参数值进行比较，进行故障诊断，并使用存储器模块保存测试结果，并在装置的LCD上对测试结果进行输出显示，例如，对一个被测器件，当该器件的功能正常时，则在装置的LCD上显示输出“测试通过”的信息，否则输出关于器件有故障的信息例如“测试不通过”。

步骤（8）：对PCB上的另一个被测器件，重复进行步骤（2）至步骤（7）；直至对整个PCB上的所有器件都进行了测试为止。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种用于测试模拟集成电路与器件的装置，其特征在于：包括依次连接形成循环回路的控制单元模块、激励信号源模块、测试电路模块和A/D采样模块。

2.根据权利要求1所述的用于测试模拟集成电路与器件的装置，其特征在于：所述的控制单元模块包括信号处理器、存储器模块、键盘电路模块、显示模块；信号处理器分别与存储器模块、键盘电路模块和显示模块连接。

3.根据权利要求2所述的用于测试模拟集成电路与器件的装置，其特征在于：所述的信号处理器为Altera公司生产的Cyclone II系列EP2C8Q208芯片。

4.根据权利要求2所述的用于测试模拟集成电路与器件的装置，其特征在于：所述的存储器模块由Flash存储器和SDRAM存储器两部分组成。

5.根据权利要求4所述的用于测试模拟集成电路与器件的装置，其特征在于：所述的Flash存储器为AMD公司的AM29LV320D芯片；所述的SDRAM存储器为Hynix公司的HY57V641620芯片。

6.根据权利要求1所述的用于测试模拟集成电路与器件的装置，其特征在于：所述的激励信号源模块包含用于产生直流激励信号的器件和用于产生交流激励信号的器件。

7.根据权利要求6所述的用于测试模拟集成电路与器件的装置，其特征在于：所述的用于产生直流激励信号的器件为Maxim公司的MAX531芯片；所述的用于产生交流激励信号的器件为Analog Devices公司的DDS芯片AD9850。

8.根据权利要求1所述的用于测试模拟集成电路与器件的装置，其特征在于：所述的测试电路模块包括电气隔离电路和测试电路；

所述的测试电路包含晶体管测试电路、电阻测试电路、电容测试电路和电感测试电路。

9.根据权利要求1所述的用于测试模拟集成电路与器件的装置，其特征在于：所述的A/D采样模块为Maxim公司的MAX1132芯片。

10.根据权利要求1～9任一项所述的用于测试模拟集成电路与器件的装置，其特征在于：所述的控制单元模块还包括USB通信接口，USB通信接口与信号处理器连接。