CN204008878U - 多功能可编程信号发生参数测试系统 - Google Patents

Abstract

一种多功能可编程信号发生参数测试系统，在同一个片上系统基片上或同一块系统级封装的电路基片上设置有中央处理器、存储器、时钟发生器及可编程控制信号发生源系统、数据采集系统、数字信号处理器和功能电路实时选控模块。可编程控制信号发生源系统，按照存储器内的控制指令生成设定的波形电压激励信号，功能电路实时选控模块按照中央处理器的选控指令控制其内的信号发生器模块输出激励外接被测物体的测试信号；数据采集系统，实时采集功能电路实时选控模块内的模块式组合多功能参数测试模块采集外接被测物体的应激反应模拟电信号并转换为应激反应数字信号；数字信号处理器实时快速处理数据采集系统产生的应激反应数字信号；功能电路实时选控模块实时选控组合多功能参数测试模块。本实用新型增强了测试系统在高频高速测试条件的可靠性，提高抗电磁干扰效果，实现多功能高度协同测试测量，降低成本及占地空间。

Description

多功能可编程信号发生参数测试系统

技术领域

本实用新型涉及电学测量技术领域，具体涉及一种多功能可编程信号发生参数测试系统。

背景技术

电学测量是利用电子技术来进行测量的方法,其基本信号分析主要为时域分析及频域分析。时域测量是指研究被测参量与变量时间t关系的测量，其可进一步分为时域稳态测量和时域瞬态测量，具体为重复性信号触发后被测系统对信号的时间上的反应测量和单个信号触发后被测系统对信号的单次时间上的响应。频域测量则是研究被测参量与变量频率f关系的测量，在频域测量中基本不考虑时间因素，测量过程中系统处于稳定状态，故又称为稳态测量或测量稳定响应；频域测量可通过两种方法实现：其一是对信号进行时域的采集，然后对其进行傅立叶变换，将其转换成频域信号，此法主要用在低频信号分析；其二是靠电路硬件直接接收的超外差接收直接扫描调谐分析进行频域测量。在具体的元件、材料和器件测量应用方面，现有的电子测量仪器主要为信号发生器、数字示波器、以及基于数字示波器的各类参数测试仪。特别是数字示波器，它可以用来研究信号瞬时幅度随时间的变化关系，也可以用来测量脉冲的幅值、上升时间等过渡特性，通过傅立叶变换可实现频谱特性测量。借助于各种转换器，它还可以用来观测各种非电量，如温度、压力、流量、生物信号、磁学信号等变化过程。根据其测量参量、测量项目、量程、精确度、频率范围、功能、显示方式、通用与专用、单项与综合测试等性能的不同，电子测量仪器已分成门类庞杂，品种繁多的各类电子测量仪器。由于元件、材料和器件电子测量仪器种类繁多且大多功能单一，但是现代电子器件研究趋向于多参量、系统性测量，因此一般研究机构或电子产品开发单位通常都会配置各种信号发生器、数字示波器、时域类参数测试仪和频域类参数测试仪等设备。但由于各设备自身功能限制，研究人员难于使这些设备实现高度协同测试测量，同时多设备配置也增加了机构单位购买设备的经费负担及占用实验室宝贵的储存空间。

目前，随着各种电学应用系统速度的提高，进行精确测量和可重复测量

的难度正在逐渐增大。事实上，每条导线都有电容效应、电感效应、以及与频率相关的电阻效应。在低频低速情况时，这些效应可以忽略，并互连建模为集总电容或简单的延迟线；但在高频高速情况时，它们都是不可忽略的，这时的导线不仅仅是导线，而且是一个有延迟和瞬时阻抗的分布式寄生元件，它会与周围所有器件耦合的一个元件，这些器件包括电源、接地装置和其他导线等。这时信号并非完全存在于导线中，而是与导线周围的所有局部电磁场混合在一起的，导致一个互连通路上的信号与另一个互连通路上的信号相互影响。另外，在高频高速场合中，同一互连通路的不同部分（如封装、连接器、过孔和转角）之间也会发生复杂的相互作用。所有这些高速效应往往会产生畸变以及失真的波形。因此在现代高速电路设计中，即要考虑芯片参数和分布式系统对集成电路的影响，还要考虑系统集成后系统印刷电路版图（PCB）的电磁兼容特性等影响，这些都极大增加了传统板级高频高速电路设计困难。

对于现在高度集成的芯片，这种传统的分布功能综合技术趋向于逐渐被片上系统（SOC，system on chip）集成技术或系统级封装（SIP，system in package）集成技术所取代。片上系统是指在单芯片上集成电子产品所需的全部功能系统；而系统级封装是指将不同功能的裸片以平铺或者重叠方式，表面安装或者埋入基板，同时将尽可能多的无源元件埋入基板，使基板功能化，表面只安装不能埋入的有源元件和无源元件。以上两者的高度整合可减少印刷电路板尺寸及层数，降低整体材料成本，有效减少终端产品的制造和运行成本，提高了生产效率。并且片上系统及系统级封装都具有良好的电磁干扰抑制效果。

因此，如果把通用的各种电学测量设备采用片上系统或系统级封装方式高度集成在一起，不仅能大大增强测试系统在高频高速测试条件的可靠性，提高抗电磁干扰效果，实现多功能高度协同测试测量，降低成本及占地空间，具有巨大的科研和经济效益，然而，由于各种技术限制至今市场上尚无一种此类多功能信号参数测试系统面世。

实用新型内容

本实用新型的任务是要解决目前元件、材料和器件电子测量仪器种类繁

多，大多功能单一，成本高，占地空间大，难于在高频高速测试条件高可靠性精确重复测量，难于多功能高度协同测试测量等弊端，提供一种多功能可编程信号发生参数测试系统。

本实用新型的基本技术方案是：

一种多功能可编程信号发生参数测试系统，包括中央处理器、存储器和时钟发生器，其特征在于：在同一个片上系统基片上或同一块系统级封装的电路基片上以平铺或层叠方式设置有：

所述中央处理器、所述存储器、所述时钟发生器及可编程控制信号发生源系统、数据采集系统、数字信号处理器和功能电路实时选控模块；

存储器内嵌置有用于生成设定的波形电压激励信号的控制指令及数据信息的电子电路；

中央处理器实时控制测试系统的数据处理及时序操作；

时钟发生器，实时向系统提供控制时钟；

可编程控制信号发生源系统，用于生成设定的波形电压激励信号，功能电路实时选控模块控制其内的信号发生器模块输出激励外接被测物体的测试信号；

数据采集系统，实时采集功能电路实时选控模块内的模块式组合多功能参数测试模块采集外接被测物体的应激反应模拟电信号并转换为应激反应数字信号；

数字信号处理器，实时快速处理数据采集系统产生的应激反应数字信号；

功能电路实时选控模块，实时选控模块式组合多功能参数测试模块。

进一步来说，还可以做以下优化：

所述片上系统基片为单芯片的半导体集成电路芯片。

所述系统级封装基片为系统级封装的多芯片半导体集成电路封装基板，各芯片采用水平式、基于基板的内部互连堆叠式、片间直接连接式、埋入式的一种或几种封装形式包封在一个封装基板内。

与所述中央处理器相连有一计算机。

所述模块式组合多功能参数测试模块包括：

信号发生器模块；

时域参数测试模块，用于测量与变量时间相关的参数信息，并将其转换为电学参数信息；

频域参数测试模块，用于测量与频率相关的参数信息并将其转换为电学参数信息；

和/或

数字示波器模块，用于显示所述外接被测物体的被测电学参数信息。

所述的可编程控制信号发生源系统为波形信号发生源、脉冲信号发生源、函数信号发生源、扫频信号发生源中的一个或多个。

所述可编程控制信号发生源系统、所述数据采集系统的个数为一个或多个。

所述时域参数测试模块、所述频域参数测试模块为参数分析仪、器件分析仪、阻抗测试仪、频率特性测量仪、频谱分析仪、铁电测试分析仪、磁学测试系统中的一个或多个。

所述数字信号处理器内设有傅立叶变换转变模块，所述时域参数测试模块所测的时域信号通过傅立叶变换转变模块转换为频域信号。

所述频域参数测试模块是一种扫描调谐分析电路；所述功能电路实时选控模块同时或顺序控制模块式组合多功能参数测试模块中的一个或多个模块。

本实用新型的优点：

利用本实用新型多功能可编程信号发生参数测试系统可以有效克服目前元件、材料和器件电子测量仪器种类繁多，大多功能单一，成本高，占地空间大，难于在高频高速测试条件高可靠性精确重复测量，难于多功能高度协同测试测量等弊端，增强测试系统在高频高速测试条件的可靠性，提高抗电磁干扰效果，实现多功能高度协同测试测量，降低成本及占地空间。

附图说明

图1是本实用新型多功能可编程信号发生参数测试系统的总体结构框图；

图2为图1的频域参数测试工作过程图；

图3为图1的时域参数测试工作过程图；

图4为图1的信号发生器工作过程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

如图1所示，是本实用新型多功能可编程信号发生参数测试系统的总体结构框图。

该多功能可编程信号发生参数测试系统，包括中央处理器101，存储器102，时钟发生器104，可编程控制信号发生源系统103，数据采集系统105，数字信号处理器106和功能电路实时选控模块107，可分别模块化选控完成信号发生器、时域参数测试、频域参数测试和数字示波器多种功能。存储器内嵌置有用于生成设定的波形电压激励信号的控制指令及数据信息的电子电路。

可编程控制信号发生源系统103为波形信号发生源、脉冲信号发生源、函数信号发生源、扫频信号发生源中的一个或多个。可编程控制信号发生源系统103是具有扫频设置功能的任意波形发生源，可产生包括正弦波、三角波、锯齿波、矩形波和脉冲波在内的多种基本波形，以及用户自编的复杂任意波形。可编程控制信号发生源系统103和数据采集系统105的个数为一个或多个。

片上系统基片为单芯片的半导体集成电路芯片。系统级封装基片为系统级封装的多芯片半导体集成电路封装基板，各芯片采用水平式、基于基板的内部互连堆叠式、片间直接连接式、埋入式的一种或几种封装形式包封在一个封装基板内。

实施例一：

结合图1-3，本实施例的时域参数测试模块120表现为铁电测试仪模块，频域参数测试模块130表现为扫频式频谱仪模块。

时域参数测试模块120、频域参数测试模块130为参数分析仪、器件分析仪、阻抗测试仪、频率特性测量仪、频谱分析仪、铁电测试分析仪、磁学测试系统中的一个或多个。

频域参数测试模块130是一种扫描调谐分析电路；功能电路实时选控模块107同时或顺序控制模块式组合多功能参数测试模块中的一个或多个模块。

计算机001，其用于系统软件操作，可通过串口或并口与中央处理器101连接；中央处理器101，其按照存储器102内嵌置的程序控制指令实时控制测试系统的数据处理及时序操作（换句话说其可根据用户的程序设置控制测试系统的数据处理及时序操作）。存储器102与中央处理器101连接，其内存储有用户嵌置于其内的用于生成设定的波形电压激励信号的程序控制指令及数据信息；可编程控制信号发生源系统103，按照存储器102内嵌置的程序控制指令生成设定的波形电压激励信号，功能电路实时选控模块107按照中央处理器101的选控指令控制其内的信号发生器模块110输出激励外接被测物体的测试信号；时钟发生器104，实时向系统提供精确稳定的控制时钟，以便精确控制信号发生、读取、数据存储、传输等功能。

数据采集系统105，实时采集功能电路实时选控模块107内的模块式组合多功能参数测试模块采集外接被测物体的应激反应模拟电信号并转换为应激反应数字信号；数字信号处理器106用于按照程序设定的算法时序实时快速处理数字信号，特别是数字信号处理器106内设有傅立叶变换转变模块，时域参数测试模块120所测的时域信号通过采用傅立叶变换运算方法的傅立叶变换转变模块转换为频域信号，从而实现频谱测试功能。

功能电路实时选控模块107，按照存储器102内嵌置的程序控制指令实时选控模块式组合多功能参数测试模块。模块式组合多功能参数测试模块包括：

信号发生器模块110；

表现为铁电测试仪的时域参数测试模块120，用于测量与变量时间相关的参数信息，并将其转换为电学参数信息；

表现为扫频式频谱仪的频域参数测试模块130，用于测量与频率相关的参数信息并将其转换为电学参数信息；

和/或

数字示波器模块140，用于显示所述外接被测物体的被测电学参数信息。

此功能电路实时选控模块107即可选通上述四个模块式组合多功能参数测试模块中的一个单独执行任务，或同时选通控制多个模块共同执行或顺序执行任务。

实施例二：

结合图1或3，该实施例揭示了表现为铁电测试仪模块的时域参数测试模块的工作过程框图。

首先，通过中央处理器101控制可编程控制信号发生源系统103生成用户编辑好的波形电压激励信号，波形电压激励信号输入到表现为铁电测试仪的时域参数测试模块120，中央处理器101控制时域参数测试模块120通过信号输出121输出波形电压激励信号。中央处理器101控制时域参数测试模块120同步通过信号输入122接收被测响应信号，之后数据采集系统105进行模拟信号采集并转化为数字信号；中央处理器101根据用户设置直接接收数据采集系统105的数字信号信息或通过数字信号处理器106根据用户存储在存储器102内的（嵌置）算法程序实时快速处理数据采集系统105产生的应激反应数字信号；最后计算机001显示并保存信号信息，即实现铁电测试仪功能。

实施例三：

结合图1或4，该实施例揭示了信号发生器模块110的工作过程框图。

首先，通过中央处理器101控制可编程控制信号发生源系统103生成用户编辑好的波形电压激励信号，可编程控制信号发生源系统103把生成的波形电压激励信号输入到信号发生器模块110，中央处理器101控制信号发生器模块110通过信号输出112输出波形电压激励信号，选择性通过触发输出111同步输出触发输出信号，即实现信号发生器功能。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种多功能可编程信号发生参数测试系统，包括中央处理器、存储器和时钟发生器，其特征在于：在同一个片上系统基片上或同一块系统级封装的电路基片上以平铺或层叠方式设置有：

所述中央处理器、所述存储器、所述时钟发生器及可编程控制信号发生源系统、数据采集系统、数字信号处理器和功能电路实时选控模块；

存储器内嵌置有用于生成设定的波形电压激励信号的控制指令及数据信息的电子电路；

中央处理器实时控制测试系统的数据处理及时序操作；

时钟发生器，实时向系统提供控制时钟；

可编程控制信号发生源系统，用于生成设定的波形电压激励信号，功能电路实时选控模块控制其内的信号发生器模块输出激励外接被测物体的测试信号；

数据采集系统，实时采集功能电路实时选控模块内的模块式组合多功能参数测试模块采集外接被测物体的应激反应模拟电信号并转换为应激反应数字信号；

数字信号处理器，实时快速处理数据采集系统产生的应激反应数字信号；

功能电路实时选控模块，实时选控模块式组合多功能参数测试模块。

2.根据权利要求1所述的多功能可编程信号发生参数测试系统，其特征在于：所述片上系统基片为单芯片的半导体集成电路芯片。

3.根据权利要求1所述的多功能可编程信号发生参数测试系统，其特征在于：所述系统级封装基片为系统级封装的多芯片半导体集成电路封装基板，各芯片采用水平式、基于基板的内部互连堆叠式、片间直接连接式、埋入式的一种或几种封装形式包封在一个封装基板内。

4.根据权利要求1所述的多功能可编程信号发生参数测试系统，其特征在于：与所述中央处理器相连有一计算机。

5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的多功能可编程信号发生参数测试系统，其特征在于：所述模块式组合多功能参数测试模块包括：

所述信号发生器模块；

时域参数测试模块，用于测量与变量时间相关的参数信息，并将其转换为电学参数信息；

频域参数测试模块，用于测量与频率相关的参数信息并将其转换为电学参数信息；

和/或

数字示波器模块，用于显示所述外接被测物体的被测电学参数信息。

6.根据权利要求5所述的多功能可编程信号发生参数测试系统，其特征在于：所述的可编程控制信号发生源系统为波形信号发生源、脉冲信号发生源、函数信号发生源、扫频信号发生源中的一个或多个。

7.根据权利要求6所述的多功能可编程信号发生参数测试系统，其特征在于：所述可编程控制信号发生源系统、所述数据采集系统的个数为一个或多个。

8.根据权利要求5所述的多功能可编程信号发生参数测试系统，其特征在于：所述时域参数测试模块、所述频域参数测试模块为参数分析仪、器件分析仪、阻抗测试仪、频率特性测量仪、频谱分析仪、铁电测试分析仪、磁学测试系统中的一个或多个。

9.根据权利要求5所述的多功能可编程信号发生参数测试系统，其特征在于：所述数字信号处理器内设有傅立叶变换转变模块，所述时域参数测试模块所测的时域信号通过傅立叶变换转变模块转换为频域信号。

10.根据权利要求5所述的多功能可编程信号发生参数测试系统，其特征在于：所述频域参数测试模块是一种扫描调谐分析电路；所述功能电路实时选控模块同时或顺序控制模块式组合多功能参数测试模块中的一个或多个模块。