CN204556709U - 一种氮氧传感器芯片泵电流的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氮氧传感器芯片泵电流的测试装置，包括芯片夹具、主控模块、温控模块、测试电压控制模块和电流检测模块；芯片夹具具有多个触点，用于将待测氮氧传感器芯片的各电极与所述测试装置稳定连接，以保证测试效果；待测氮氧传感器芯片被夹到芯片夹具上后，待测氮氧传感器芯片的电极分别与芯片夹具的触点稳定接触；测试装置上用于连接待测芯片的各端子分别对应与芯片夹具的触点稳定连接；通过向待测氮氧传感器芯片施加加热电压，使得芯片的功能区域保持在一定的测试温度；向待测氮氧传感器芯片的功能电极施加测试电压，改变待测氮氧传感器芯片的工作状态，测试芯片各功能电极上的泵电流；本实用新型提供的测试装置实现了氮氧传感器泵电流自动化检测，可有效提高检测效率。

Description

一种氮氧传感器芯片泵电流的测试装置

技术领域

本实用新型属于芯片测试技术领域，更具体地，涉及一种氮氧传感器芯片泵电流的测试装置。

背景技术

氮氧传感器芯片制造工艺极其复杂，氮氧传感器芯片制造完成后，需要对其泵电流进行严格的检测以判定其是否合格。由于氮氧传感器芯片属于新兴产品且传感器芯片的测试方法比较特殊，目前已有的一些测试方法是针对测试氮氧传感器芯片的外观形貌进行测试；或者是针对氮氧传感器芯片的电极是否导通进行测试；在氮氧传感器芯片泵电流方面的测试方法和测试装置尚属空白，而氮氧传感器芯片能否正常工作取决于芯片的泵电流是否达到要求，因此，对用于氮氧传感器芯片泵电流测试的装置有迫切的实际需求。

实用新型内容

针对氮氧传感器芯片现有测试技术的缺陷和对氮氧传感器芯片泵电流测试的需求，本实用新型提供了一种氮氧传感器芯片泵电流的测试装置，其目的在于通过将待测氮氧传感器芯片加热到工作温度，模拟实际工况下芯片工作状态的变化来测试氮氧传感器芯片反馈的电信号，以测试氮氧传感器芯片的泵电流。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种氮氧传感器芯片泵电流的测试装置，包括主控模块、温控模块、测试电压控制模块和电流检测模块；

其中，温控模块的第一输入端连接主控模块的第一输出端，温控模块的第二输入端作为测温端，用于连接待测氮氧传感器芯片，温控模块的第一输出端作为加热电压输出端，用于连接待测氮氧传感器芯片，第二输出端连接主控模块的第一输入端；

测试电压控制模块的第一输入端连接主控模块的第二输出端；测试电压控制模块的第一输出端作为测试电压输出端，用于连接待测氮氧传感器芯片；测试电压控制模块的第二输出端连接主控模块的第二输入端；

电流检测模块的第一输入端连接主控模块的第三输出端，电流检测模块的第二输入端作为测试电流输入端，用于连接待测氮氧传感器芯片，电流检测模块的输出端连接主控模块的第三输入端；

其中，主控模块具有一个与外部工控机通讯的接口，用于设置参数；温控模块在主控模块的控制下为待测氮氧传感器芯片的加热电极提供加热电压，并将待测氮氧传感器芯片的温度反馈到主控模块；待测氮氧传感器芯片的加热电极在加热电压的作用下，使得待测芯片的功能区域保持在测试温度；

测试电压控制模块在主控模块的控制下为待测氮氧传感器芯片的功能电极施加可调的测试电压，改变待测氮氧传感器芯片的工作状态；在施压过程中，通过电流检测模块检测功能电极上的泵电流，并将泵电流数据反馈到主控模块；以判定待测芯片各电极的通断情况，并获取待测芯片各电极上泵电流与泵电压之间的关系。

优选的，氮氧传感器芯片泵电流的测试装置还包括用于固定待测芯片的芯片夹具，芯片夹具具有N个触点，触点的一端连接所述测温端、加热电压输出端、测试电压输出端或测试电流输入端，另一端连接待测芯片的电极，经由芯片夹具实现测试装置的端子与待测芯片的电极之间的稳定连接；其中，N为不小于3的正整数。

优选的，芯片夹具的触点数N为8，测试电压控制模块具有五个测试电压输出端，电流检测模块具有五个测试电流输入端，温控模块具有测温端、加热电压正端和加热电压负端；

芯片夹具的第一触点一端连接主电极，另一端连接第一测试电压输出端和第一测试电流输入端；第二触点一端连接定氧电极，另一端连接第二测试电压输出端和第二测试电流输入端；第三触点一端连接比较电极，另一端连接第三测试电压输出端和第三测试电流输入端；第四触点一端连接测量电极，另一端连接第四测试电压输出端和第四测试电流输入端；第五触点一端连接参考电极，另一端连接第五测试电压输出端和第五测试电流输入端；第六触点连接一端连接测温电极，另一端连接温控模块的测温端；第七触点一端连接加热正极，另一端连接加热电压正端；第八触点一端连接加热负极，另一端连接加热电压负端；经由芯片夹具实现了待测芯片电极与测试装置的各端子之间的稳定连接。

优选的，氮氧传感器芯片泵电流的测试装置还包括测试完成指示灯，工作指示灯和电源指示灯；

测试完成指示灯与主控模块的第四输出端连接，工作指示灯与主控模块的第五输出端连接，电源指示灯与主控模块的电源开关连接；

测试完成指示灯在芯片测试结束后点亮；工作指示灯在启动测试后点亮，电源指示灯在所述测试装置上电后点亮。

采用本发明提供的氮氧传感器芯片的泵电流测试装置对氮氧传感器芯片进行泵电流测试的步骤具体如下：

(1)将待测氮氧传感器芯片的加热电极阻值R_t作为目标阻值，不断调节加热电压使得加热电极阻值增加，直到待测氮氧传感器芯片温度达到测试温度，并将其温度维持在测试温度；

(2)当待测氮氧传感器芯片的温度达到测试温度后，在主电极、定氧电极、比较电极、参考电极和测量电极上均施加测试电压，并以相同的步长均匀增加测试电压，使得加载在所述各电极上的测试电压从0V升高到目标电压；一般将测试电压的调整步长设为0.1V，调整间隔设为100ms，目标电压设为2.5V；

本步骤中，通过缓慢均匀增加加热电压的方式控制待测氮氧传感器芯片的加热温度，可以有效在避免氮氧传感器芯片泵电流测试过程中因加热电极阻值误差所导致的芯片加热温度不准确的问题，在准确测试芯片泵电流的同时避免芯片损伤；

在施加测试电压的过程中，获取主电极、定氧电极、比较电极、参考电极和测量电极上的泵电流，获取所述各电极上泵电流与泵电压之间的关系；同时，根据各电极上的电流，还可以判定各电极的通断情况。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本实用新型提供的氮氧传感器芯片泵电流的测试装置，采用芯片夹具固定待测氮氧传感器芯片，在使待测芯片的各个电极与芯片夹具的触点稳定接触的同时，起到保护待测氮氧传感器芯片电极的作用，减少对待测氮氧传感器芯片电极的磨损；

(2)采用本实用新型提供的氮氧传感器芯片泵电流的装置，进行氮氧传感器芯片的泵电流测试，无需手动调节加热温度，也无需手动调整测试电压；因此，采用本实用新型提供的装置和方法，可实现氮氧传感器芯片泵电流批量化检测，具有检测速度快、检测方便的特点，同时具有可重复性；

(3)采用本实用新型提供的氮氧传感器芯片泵电流的装置，可通过测试温度获取目标阻值，并通过调节加热电压来达到该目标阻值，进而达到将芯片温度准确加热到测试温度的目的；充分考虑了各芯片个体在加热电极电阻上的差异，与现有技术中经验式的对每个芯片都施加相同加热电压相比，可以适应所有的氮氧传感器芯片的自动加热控制，并且使得实际芯片温度与测试温度保持一致。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的系统示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1是主控模块，2是温控模块，3是测试电压控制模块，4是电流检测模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型提供的一种氮氧传感器芯片泵电流的测试装置，包括芯片夹具、主控模块、温控模块、测试电压控制模块和电流检测模块；

应用于氮氧传感器芯片的泵电流测试时，将待测氮氧传感器芯片置于芯片夹具内，待测芯片的各个电极与芯片夹具的各触点稳定接触；测试装置的加热端、测温端、测试电压输出端与测试电流输入端与待测芯片电极之间经由芯片夹具通过导线连接；向待测氮氧传感器芯片的主电极、定氧电极、比较电极、参考电极和测量电极等5个功能电极施加测试电压，以测试待测氮氧传感器芯片定氧电极、比较电极、参考电极和测量电极在测试电压下的泵电流。

本实用新型提供的氮氧传感器芯片泵电流的测试方法及装置，用于测试氮氧传感器芯片这种敏感芯片的泵电流性能，尤其是在650℃下，测试氮氧传感器芯片电极的泵电流。

以下结合实施例1以及图1，具体阐述本实用新型提供的一种氮氧传感器芯片泵电流的测试装置：

在实施例1里，氮氧传感器泵电流的测试装置的主控模块1采用51单片机，单片机应具有至少8K的系统可编程Flash存储器、256字节数据存储空间和32位的读写接口；本实施例采用STC89C52单片机实现；

温控模块2的控制信号输入端连接主控模块1的第一输出端，第二输入端连接待测氮氧传感器芯片的测温电极；温控模块2的输出端连接待测氮氧传感器芯片的加热电极；温控模块2的温度反馈端连接主控模块第一输入端；温控模块采用TLC5618芯片，该芯片具有两路0～5V模拟量输出，其中A路输出为测试电压控制模块提供输出电压，其输出满足测试电压控制模块最大电压2.5V的要求，可直接使用；B路输出为温控模块输出端提供加热电压，加热电压须达到15V，通过在这一路输出电路上增加放大电路来提供足够的加热电压；

测试电压控制模块3的控制信号输入端连接主控模块的第二输出端，测试电压控制模块的输出端连接待测氮氧传感器芯片的功能电极，该输出端使用上述的TLC5618的A路输出来提供0～2.5V的泵电压，在不同功能电极之间通过继电器切换实现为不同电极分别施加泵电压；测试电压控制模块的反馈端连接主控模块第二输入端；

电流检测模块4的控制信号输入端连接主控模块的第三输出端，电流检测模块的输入端连接待测氮氧传感器芯片的功能电极，电流检测模块的电流反馈端连接主控模块的第三输入端；电流检测模块采用TCL2543芯片实现；以定氧电极电流检测为例具体阐述：定氧电极引线之后串联一个200Ω的电阻，TLC2543芯片的测量引脚分别连接在该200Ω电阻两端，当有电流流过定氧电极即可在200Ω电阻上测到一个电势差，通过I＝U/R即可获取到定氧电极的泵电流；

该测试装置一方面为待测氮氧传感器芯片提供加热电压，使得待测芯片的功能区域保持在650℃左右的测试温度；另一方面，向待测氮氧传感器芯片的主电极、定氧电极、比较电极和测量电极施加测量电压，并在测试过程中缓慢均匀调整测量电压。

以下结合实施例1具体阐述采用本实用新型提供的氮氧传感器芯片的泵电流装置进行泵电流测试的过程；实施例1以氮氧传感器陶瓷芯片为测试对象：

(1)采用芯片夹具固定夹持待测氮氧传感器陶瓷芯片，使得芯片夹具的八个触点与待测氮氧传感器陶瓷芯片的八个电极稳定接触；

(2)测试装置提供的加热电压信号加载在待测氮氧传感器陶瓷芯片的加热电极上，将待测芯片加热到650℃的测试温度，并保持在该温度；

(3)通过测试电压控制模块3提供0～2.5V的泵电压信号，分别加载在待测氮氧传感器陶瓷芯片的主电极、定氧电极、比较电极、参考电极和测量电极上；具体是从0V开始，每间隔100ms将泵电压提高0.1V，直到2.5V；检测上述各功能电极在不同测试电压下的泵电流；

(4)将测试数据上传到外部工控机，由外部工控机显示并保存测试数据；

该测试装置还设有3个状态指示灯，通过指示灯的状态，指示测试装置的通电状态、工作状态以及检测完成状态。

上述将待测芯片加热到650℃的测试温度的过程具体如下：

(1)在待测氮氧传感器陶瓷芯片的加热电极上加载3V的加热电压，测得加热电极回路上的电流为0.731A；根据该电流与加热电压，获取在当前工况温度T_A下待测氮氧传感器陶瓷芯片的加热电极的阻值R_A为4.1Ω；

(2)引入一个零度电阻阻值为100Ω的铂电阻，根据铂电阻温度与阻值对应关系R_Pt100＝R₀(1+αT)获取当前工况温度T_A；其中，α＝0.00392；R_Pt100为铂电阻当前电阻值；铂电阻的零度电阻阻值指的是铂电阻在0℃下的电阻值；本步骤具体如下：

(2.1)在步骤(1)所述工况下，在一个零度电阻阻值已知为100Ω的铂电阻上加载5V电压，测得铂电阻上的电流为0.026A；根据R＝U/I,获取在当前工况温度下所述铂电阻的阻值R_Pt100为109.2Ω；

(2.2)根据铂电阻温度与阻值对应关系R_Pt100＝R₀(1+αT)，结合铂电阻零度电阻阻值以及步骤(2.1)中获取的R Pt100值，获取当前工况温度TA为23.4℃。

(3)根据R_A＝R₀(1+αT)，结合R_A＝4.1Ω与T_A＝23.4℃，获取待测氮氧传感器陶瓷芯片的加热电极在0℃下的电阻R为3.75Ω；

(4)根据Rt＝R(1+αT)，结合步骤(3)已获取的R的值，获取待测氮氧传感器陶瓷芯片在650℃的测试温度下的加热电阻阻值Rt为13.3Ω；

(5)将步骤(4)获取到的待测氮氧传感器陶瓷芯片在测试温度下的加热电阻阻值13.3Ω作为目标阻值，按照每秒0.2V的速度匀速增加加热电压以使芯片发热；随着待测氮氧传感器陶瓷芯片发热，其加热电极的阻值增加，当加热电极阻值达到13.3Ω的时候，芯片温度精确达到650℃，维持该加热电压。

在测试温度已知的情况下，通过测试温度获取目标阻值，并通过调节加热电压来达到该目标阻值，进而达到将芯片温度准确加热到测试温度的目的；考虑了各待测氮氧传感器芯片个体在加热电阻上的差异，使得实际芯片加热温度与测试温度保持高度一致，以保证氮氧传感器芯片的泵电流测试的准确性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种氮氧传感器芯片泵电流的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括主控模块(1)、温控模块(2)、测试电压控制模块(3)和电流检测模块(4)；

所述温控模块(2)的第一输入端连接主控模块(1)的第一输出端，温控模块(2)的第二输入端作为测温端，用于连接待测氮氧传感器芯片，温控模块(2)的第一输出端作为加热电压输出端，用于连接待测氮氧传感器芯片，第二输出端连接主控模块(1)的第一输入端；

所述测试电压控制模块(3)的第一输入端连接主控模块(1)的第二输出端；测试电压控制模块(2)的第一输出端作为测试电压输出端，用于连接待测氮氧传感器芯片；测试电压控制模块(2)的第二输出端连接主控模块(1)的第二输入端；

所述电流检测模块(4)的第一输入端连接主控模块的第三输出端，电流检测模块(4)的第二输入端作为测试电流输入端，用于连接待测氮氧传感器芯片，电流检测模块(4)的输出端连接主控模块(1)的第三输入端；

所述主控模块(1)具有一个与外部工控机通讯的接口，用于设置参数；所述温控模块(2)在主控模块(1)的控制下为待测氮氧传感器芯片的加热电极提供加热电压，并将待测氮氧传感器芯片的温度反馈到主控模块(1)；所述测试电压控制模块(2)在主控模块(1)的控制下为待测氮氧传感器芯片的功能电极施加可调的测试电压，改变待测氮氧传感器芯片的工作状态；电流检测模块(4)用于检测所述功能电极在施加测试电压后的泵电流，并将泵电流数据反馈到主控模块(1)。

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括芯片夹具，所述芯片夹具具有N个触点，触点的一端连接所述测温端、加热电压输出端、测试电压输出端或测试电流输入端，另一端连接待测芯片的电极；其中，N为不小于3的正整数。

3.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述芯片夹具的触点数N为8，所述测试电压控制模块(3)具有五个测试电压输出端，所述电流检测模块(4)具有五个测试电流输入端，所述温控模块(2)具有测温端、加热电压正端和加热电压负端；

所述芯片夹具的第一触点一端连接主电极，另一端连接所述第一测试电压输出端和第一测试电流输入端；第二触点一端连接定氧电极，另一端连接所述第二测试电压输出端和第二测试电流输入端；第三触点一端连接比较电极，另一端连接所述第三测试电压输出端和第三测试电流输入端；第四触点一端连接测量电极，另一端连接所述第四测试电压输出端和第四测试电流输入端；第五触点一端连接参考电极，另一端连接所述第五测试电压输出端和第五测试电流输入端；第六触点连接一端连接测温电极，另一端连接所述测温端；第七触点一端连接加热正极，另一端连接所述加热电压正端；第八触点一端连接加热负极，另一端连接所述加热电压负端。

4.如权利要求1至3任一项所述的测试装置，其特征在于，所述装置还包括测试完成指示灯，工作指示灯和电源指示灯；

所述测试完成指示灯与主控模块的第四输出端连接，工作指示灯与主控模块的第五输出端连接，电源指示灯与主控模块的电源开关连接。