KR0157943B1

KR0157943B1 - 피씨비내의 수동소자 분리 측정회로

Info

Publication number: KR0157943B1
Application number: KR1019950032106A
Authority: KR
Inventors: 선종국
Original assignee: 이희종; 엘지산전주식회사
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 1999-03-20
Also published as: KR970016592A; JPH09166631A; JP2962244B2; CN1155082A; CN1105920C

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판에 실장된 수동소자의 임피던스를 분류 측정하는 기술에 관한 것으로, 종래의 수동소자 분리 측정회로에 있어서는 곱셈기에서 발생되는 오차와 저역필터를 통한 위상지연 및 진폭감쇄 등으로 인하여 오차폭이 커지게 되고, 또한, R,L,C의 조합에 따른 근사치의 근사식들이 만들어지므로 범위에 따라 근사 방정식을 산출하는데 어려움이 있으며, 그에 따른 오차 경계 부분에서 오차 증대로 인하여 정확하게 측정값이 검출되지 않게 되는 결함이 있었는 바, 본 발명은 이를 해결하기 위하여, 피측정 피씨비(106)에 직접 공급되는 신호와 응답된 신호를 대상으로 하여 피크치전압(V_in＿max),(V_out＿max)과 임의의 시점에서의 입,출력전압{V_in(T)}, {V_out(T)}만을 측정하여 이를 피씨측으로 공급하고, 단일 이론적 방정식으로 위상차를 계산하여 R,L,C 직렬 및 병렬회로를 분리 측정할 수 있도록 하였다.

Description

피씨비내의 수동소자 분리 측정회로

제1도는 일반적인 위상차 검출회로에 대한 블록도.

제2도는 본 발명 피씨비내의 수동소자 분리 측정회로에 대한 블록도.

제3도는 본 발명에 의해 검출되는 입출력신호의 최대치 및 임의의 시점에서의 입출력전압을 보인 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100A : 신호 입력부 100B : 응답신호 처리부

100C : 콘트롤 로직부 101 : 주파수 선택부

102 : 사인파 발생기 103 : 클럭 동기부

104 : 샘플/홀드클럭 제어부 105 : 증폭부

106 : 피측정 피씨비 107 : 입력신호 증폭부

108 : 전류/전압변환기 109 : 응답신호 증폭부

110 : 피크치 검출기 111 : 샘플/홀드부

112 : A/D변환기 113 : 피씨인터페이스부

114 : 명령 제어기 115 : 데이타 제어기

본 발명은 인쇄회로기판(PCB)에 실장된 수동소자의 임피던스를 분류 측정하는 기술에 관한 것으로, 특히 새로운 위상차 측정기법을 이용하여 저항, 코일 및 콘덴서와 같은 수동소자들의 실제값을 분류 검출함으로써 고기능 테스터(ICT:In-Circuit Tester)에 적용할 수 있도록한 피씨비내의 수동소자 분리 측정회로에 관한 것이다.

피씨비내 수동소자들의 양,불량을 판정하기 위해서는 실장된 소자들의 실제 값을 측정하여야 하나, 피씨비내의 수동소자들은 독립적으로 존재하지 않고 다른 부품들과 직렬 또는 병렬로 연결되어 있어 RLC미터등의 계측장비로 측정이 불가능할 뿐더러 양적, 시간적인 면을 감안할 때 대량 생산되는 피씨비의 이상 유무를 판정하기 위하여 실제값을 측정한다는 것이 거의 불가능하다.

이와 같은 점을 감안하여 피씨비내에 실장된 많은 소자들을 자동으로 측정하고 검사하는 ICT장비가 제안되었는 바, 여기서, RLC등의 수동소자를 분리측정 하기 위해서는 피씨비의 입력신호와 출력신호의 위상차를 검출하는 고도의 기술이 요구되며, 정확한 위상차 검출회로의 구현이 곧 ICT장비의 성능을 좌우하게 된다.

제1도는 일반적인 위상차 검출회로에 대한 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 사용자에 의해 주파수 선택부(10)상에서 선택되는 주파수의 사인파를 생성하는 사인파 발생기(11)와, 상기 사인파 발생기(11)의 출력신호를 처리하는데 적당한 수준으로 증폭하여 측정대상인 피측정 피씨비(13)에 공급하는 증폭부(12)와, 상기 피측정 피씨비(13)에서 지연출력되는 전류신호를 전압신호로 변환하는 전류/전압 변환기(14)와, 상기 전류/전압 변환기(14)의 출력신호와 입력신호를 곱하는 곱셈기(15)와, 상기 곱셈기(15)의 출력신호 중에서 교류성분을 제거하는 저역필터(16)와, 상기 증폭부(12)에서 출력되는 입력선호와 전류/전압 변환기(14)에서 출력되는 신호의 최대값을 측정하여 임피던스를 계산하는 알엠에스 계산부(17)와, 상기 저역필터(16) 및 알엠에스 계산부(17)에서 각기 출력되는 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D변환기(18)와, 상기 A/D변환기(18)의 출력신호를 근거로 하여 상기 피측정 피씨비(13)에 장착된 RLC의 값을 계산하는 피씨(19)로 구성된 것으로, 이의 작용을 설명하면 다음과 같다.

사용자가 주파수 선택부(10)를 통해 원하는 주파수와 출력의 크기를 선택하면 사인파 발생기(11)로부터 그에 상응되는 주파수가 출력되고, 이는 증폭부(1)를 통해 적정 수준으로 증폭된 후 피측정 피씨비(13)의 입력신호로 공급된다.

상기 피측정 피씨비(13)를 통과한 전류신호는 전류/전압 변환기(14)를 통해 상응되는 전압으로 변환된 후 곱셈기(15)에서 상기 증폭부(12)의 출력전압과 곱해진다.

그런데, 상기 증폭부(12)에서 출력되는 입력신호를 V(t)=Vs·sin wt라고 할 때, 이는 상기 피측정 피씨비(13)를 통해 θ만큼 지연되므로 상기 전류/전압 변환기(14)에서 V(t)=Vs·sin(wt+θ)의 신호가 출력되므로 상기 곱셈기(15)의 출력신호를 식으로 표현하면 하기와 같다.

상기 곱셈기(15)에서 출력되는 신호는 저역필터(16)를 통하면서 두 번째 상의 교류성분이 제거되므로 결국, 이로부터의 직류 성분만이 아날로그(A)/디지탈(D) 변환기(18)를 통해 디지탈 신호로 변환되어 피씨(19)측으로 공급된다.

또한, 알엠에스(RMS:Root Mean Squar) 계산부(17)는 상기 증폭부(12)에서 출력되는 입력신호와 전류/전압 변환기(14)에서 출력되는 신호의 최대값을 측정하여 임피던스를 계산하게 되고, 그 결과치가 상기 A/D변환기(18)를 통해 피씨(19)측으로 공급된다.

따라서, 상기 피씨(19)는 상기의 과정을 통해 입력되는 응답신호의 위상에 상응한 직류신호 데이터를 기준으로 근사식을 만들어 저항(R), 코일(L), 콘덴서(C)의 값을 계산하게 된다.

그러나, 이와 같은 수동소자 분리 측정회로에 있어서는 곱셈기에서 발생되는 오차와 저역필터를 통산 위상지연 및 진폭감쇄 등으로 오차폭이 커지게 되고, 또한, R,L,C의 조합에 따른 범위(Range) 단위의 측정 데이터를 기준으로 범위별로 근사식들이 만들어 지므로 범위들 사이의 근사식들 경계 부분에서 정확하게 측정값이 검출되지 않게 되고, 이로 인하여 측정 횟수의 증가 및 근사식 산출의 부정확성 등으로 오차가 더욱 증가되는 결함이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 입력신호를 변형시키지 않은 직접적인 전압의 피크치나 샘플링값을 근거로 하여 위상차를 계산하는 수동소자 분리 측정회로를 제공하고, 이론적인 단일 산출 방정식을 제공함에 있다.

제2도는 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 피씨비내의 수동소자 분리 측정회로에 대한 일실시 예시 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 사용자의 요구에 따라 피측정 피씨비(106)의 수동소자를 측정하는데 적당한 주파수 및 크기의 사인파를 발생하고, 그 사인파를 이용하여 임의의 시점에서 샘플/홀드 클럭신호를 공급하는 신호 입력부(100A)와, 상기 신호 입력부(100A)에서 피측정 피씨비(106)에 직접 공급되는 신호와 응답된 신호를 대상으로 하여 피크치전압(V_in＿max),(V_out＿max)과 임의의 시점에서의 입,출력전압{V_in(T)}, {V_out(T)}을 계산하는 응답신호 처리부(100B)와, 피씨에서 피측정 피씨비(106)에 배치된 수동소자들의 실제값을 분리 검출할 수 있도록 상기 응답신호 처리부(100B)에서 출력되는 전압(V_in＿max),(V_out＿max),{V_in(T)}, {V_out(T)}을 디지탈 값으로 변환하고, 선택적으로 공급하는 콘트롤 로직부(100C)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 제3도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

측정 대상 피씨비 즉, 피측정 피씨비(106)에 배치된 수동소자들의 양,불량을 판정하는데 직류신호는 사용이 불가능하고, 통상적으로 적당한 주파수의 사인파가 사용되는데, 이를 위해 사용자는 주파수 선택부(101)를 통해 적당한 주파수를 선택하게 되고, 이에 의해 사인파 발생기(102)에서 해당 주파수의 사인파가 발생되며, 이는 증폭부(105)를 통해 진폭의 크기가 결정된다.

또한, 상기 사인파 발생기(102)의 타측으로 출력되는 사인파가 클럭동기부(103)에 공급되어 이로부터 임의의 시점에서 입력사인파에 동기된 구형파신호가 출력되고, 이 구형파는 다시 샘플/홀드 클럭제어부(104)에서 폭이 조정되어 샘플/홀드부(111)의 클럭신호(CLK_S/H)로 공급된다.

상기 증폭부(105)에서 출력되는 일정 주파수와 진폭을 갖는 신호V_s=V_smsinwt는 피측정 피씨비(106)내의 R,L,C회로에 공급되는데, 이때, 그 R,L,C회로의 출력은 위상차 θ와 임피던스의 크기 │Z│로 표현 된다. 즉, Z=│Z│∠θ로 표현되며, 입력신호(V_s)에 대한 피측정 피씨비(106)의 응답특성을 식으로 표현하면 하기와 같다.

단, 진폭(V_sm)의 크기는 그 피측정 피씨비(106)내의 다른 다이오드가 턴온되는 것을 방지하기 위하여 0.2V이하의 전압을 사용한다.

상기에서와 같이 피측정 피씨비(106)에서 응답된 전류신호 I_msin(wt+θ)가 전류/전압 변환기(108)를 통해 하기의 (식1)과 같은 전압신호로 변환된다.

그런데, 상기 전류/전압 변환기(108)의 출력신호는 처리하는데 미약하므로 응답신호 증폭부(109)를 통해 M배로 증폭되어 하기의 (식2)과 같은 전압신호로 변환된다.

이와 함께 상기 피측정 피씨비(106)에서 응답된 전압신호 V_s=V_smsinwt의 최대값과 임의의 시점에서의 값을 검출하기 위하여 입력신호 증폭부(107)를 통해 m배로 증폭되어 하기의 (식3)과 같이 변환된다.

그런데, 상기 (식2)의 M·Rf·Im=V_out＿max로, (식3)의 m·Vsm=V_in＿max로 각각 치환하면 하기의 (식4), (식5)로 각기 표현되며, 여기서 입,출력 전압의 피크치전압(V_in＿max),(V_out＿max)은 피크치 검출기(110)에서 검출된다.

또한, 상기 (식4), (식5)를 임의의 시간(T=t)에서 샘플/홀드하면 각각 하기의 (식6), (식7)과 같이 표현되며, 여기서, 입,출력전압 V_in(T)와 V_out(T)는 샘플/홀드부(111)에서 계산된다.

상기 (식6)에서 샘플/홀드한 시점을 하기의 (식8)을 통해 알 수 있다.

또한, 상기 (식7)은 하기의 (식9)로 표현된다.

따라서, 하기의 (식10), (식11)이 구해지고, 이를 통해 피측정 피씨비(106)의 위상차를 구할 수 있게 된다.

로 결정된다.

결국, 피씨는 상기 입,출력신호의 최대값 V_in＿max,V_out＿max와 임의의 시점에서 피측정 피씨비(106)에 입출력되는 두 신호의 샘플링 값 V_in(T), V_out(T)을 근거로 위상차 θ와 임피던스의 크기 │Z│를 계산할 수 있으므로 피측정 피씨비(106)에 내장된 R,L,C 직렬회로나 병렬회로에서 각 소자의 실제값을 분리하여 검출할 수 있게 된다.

예로써,

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 피크치 검출회로를 이용하여 변형되지 않은 입력신호와 응답신호의 최대값을 측정하고, 임의의 시점에서 동기시킨 샘플링 클럭신호로 변형되지 않은 입력신호와 응답신호의 전압값을 검출하고, 이들을 근거로 위상차를 계산함으로써 종래와 같은 레인지별 근사식의 오차가 발생되지 않고 측정시간이 단축되는 효과가 있다.

Claims

사용자의 요구에 따라 피측정 피씨비(106)의 수동소자를 측정하는데 적당한 주파수 및 크기의 사인파를 발생하고, 그 사인파를 이용하여 임의의 시점에서 샘플/홀드 클럭신호를 공급하는 신호 입력부(100A)와, 상기 신호 입력부(100A)에서 피측정 피씨비(106)에 직접 공급되는 신호와 응답된 신호를 대상으로 하여 피크치전압(V_in＿max),(V_out＿max)과 임의의 시점에서 입,출력전압{V_in(T)}, {V_out(T)}을 계산하는 응답신호 처리부(100B)와, 피씨에서 피측정 피씨비(106)에 배치된 수동소자들의 실제값을 분리 검출할 수 있도록 상기 응답신호 처리부(100B)에서 출력되는 전압(V_in＿max),(V_out＿max),{V_in(T)}, {V_out(T)}을 디지탈 값으로 변환하고, 선택적으로 공급하는 콘트롤 로직부(100C)로 구성한 것을 특징으로 하는 피씨비내의 수동소자 분리 측정회로.
제1항에 있어서, 신호 입력부(100A)는 사용자에 의해 주파수 선택부(101)상에서 선택되는 주파수의 사인파를 생성하는 사인파 발생기(102)와, 임의의 시점에서 상기 입력사인파에 동기된 구형파신호가 출력하는 클럭동기부(103)와, 상기 클럭동기부(103)에서 출력되는 구형파의 폭을 조정하여 샘플/홀드부(111)의 클럭신호(CLK_S/H)로 공급하는 샘플/홀드 클럭제어부(104)와, 상기 사인파 발생기(102)에서 출력되는 사인파를 적당한 레벨로 증폭하여 피측정용 피씨비(106)에 공급하는 증폭부(105)로 구성한 것을 특징으로 하는 피씨비내의 수동소자 분리 측정회로.
제1항에 있어서, 응답신호 처리부(100B)는 상기 증폭부(105)의 출력신호를 대상으로 최대값과 임의의 시점에서의 값을 검출하기 위하여 m배로 증폭하는 입력신호 증폭부(107)와, 피측정 피씨비(106)에서 응답된 전류신호를 전압신호로 변환하는 전류/전압 변환기(108)와, 응답된 신호의 피크값과 샘플/홀드값을 구하기 위해 상기 전류/전압 변환기(108)의 출력신호를 적절한 크기의 신호로 증폭하는 응답신호 증폭부(109)와, 상기증폭부(107),(109)의 출력신호를 공급받아 피크치전압(V_in＿max),(V_out＿max)를 검출하는 피크치 검출기(110) 및 임의의 시점에서의 입,출력전압{V_in(T)}, {V_out(T)}을 샘플/홀드하는 샘플/홀드부(111)로 구성한 것을 특징으로 하는 피씨비내의 수동소자 분리 측정회로.
제1항에 있어서, 콘트롤 로직부(100C)는 명령 제어기(114)의 제어를 받아 상기 피크치전압(V_in＿max),(V_out＿max)과 임의의 시점에서의 입,출력전압{V_in(T)}, {V_out(T)}을 디지탈 신호로 변환하는 A/D변환기(112), 데이터 제어기(115)의 제어를 받아 상기 A/D변환기(112)의 출력 데이터를 선택적으로 받아들여 피씨측으로 전달하는 피씨 인터페이스부(113)로 구성한 것을 특징으로 하는 피씨비내의 수동소자 분리 측정회로.