TWI725592B - 測試電路 - Google Patents

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Abstract

一種測試電路，用以測試一微控制器的振盪能力，並獨立於微控制器之外，並包括一輸入端、一輸出端、一第一電容、一振盪器以及一電阻。輸入端用以接收微控制器產生的一驅動信號。輸出端用以輸出一回授信號予微控制器。第一電容耦接輸入端。振盪器耦接第一電容，並接收驅動信號。電阻具有固定阻值，並耦接於振盪器與一第二電容之間。第二電容提供回授信號。第一及第二電容的容值可調。

Description

測試電路
本發明係有關於一種測試電路，特別是有關於一種用以測試微控制電路的振盪能力的測試電路。
一般而言，微控制器在出廠前，需經過起盪測試，用以判斷微控制器是否能輸出正常的頻率。習知的測試方法，係在微控制器的頻率輸入端串聯一振盪器以及一可變電阻，再由測試人員以手動方式調整可變電阻的阻值。然而，人工手動調整花費許多測試時間，不適合應用在量產測試中。再者，可變電阻的初始動態阻值變化相當大。因此，習知的測試結果將受到可變電阻的品質的影響。
本發明提供一種測試電路，用以測試一微控制器的振盪能力，並獨立於微控制器之外。本發明之測試電路包括一輸入端、一輸出端、一第一電容、一振盪器以及一電阻。輸入端用以接收微控制器產生的一驅動信號。輸出端用以輸出一回授信號予微控制器。第一電容耦接輸入端。振盪器耦接第一電容，並接收驅動信號。電阻具有固定阻值，並耦接於振盪器與一第二電容之間。第二電容提供回授信號。第一及第二電容的容值可調。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出實施例，並配合所附圖式，做詳細之說明。本發明說明書提供不同的實施例來說明本發明不同實施方式的技術特徵。其中，實施例中的各元件之配置係為說明之用，並非用以限制本發明。另外，實施例中圖式標號之部分重覆，係為了簡化說明，並非意指不同實施例之間的關聯性。
第1圖為本發明之測試系統的示意圖。如圖所示，測試系統100包括一微控制器(microcontroller)110以及一測試電路120。微控制器110具有一邏輯電路111。在一正常模式下，邏輯電路111透過接腳OSC in接收並處理來自一外部振盪器(未顯示)所產生的一振盪頻率FI，用以產生一輸出頻率FO。微控制器110可能透過接腳OSC out或是CKO輸出一輸出頻率FO。在一可能實施例中，邏輯電路111可能增加或減少振盪頻率FI。因此，輸出頻率FO可能大於或小於振盪頻率FI。在正常模式下，微控制器110不需耦接測試電路120。
為了測試邏輯電路111的振盪迴路的能力，在一測試模式下，微控制器110耦接測試電路120。此時，邏輯電路111透過接腳OSC in輸出一驅動信號S D予測試電路120，並透過接腳OSC out接收測試電路120所產生的一回授信號S F。邏輯電路111可能根據回授信號S F，產生一測試頻率FT，並透過接腳CKO輸出測試頻率FT。在一可能實施例中，一外部儀器耦接接腳CKO，用以接收並分析測試頻率FT。在此例中，測試人員根據外部儀器的分析結果，判斷微控制器110的振盪能力是否正常。在一可能實施例中，測試人員更可根據測試頻率FT，得知邏輯電路111的振盪迴路的安全因子(safety factor)。
當微控制器110的振盪能力正常時，測試人員斷開微控制器110與測試電路120之間的連接，並將測試電路120與另一微控制器連接，再繼續測試另一微控制器裡的邏輯電路的振盪迴路的能力。因此，測試電路120係獨立於微控制器110之外。
在本實施例中，測試電路120包括一輸入端IN1、一輸出端OUT、電容121、122、一振盪器XTAL以及一電阻R FIX。輸入端IN1用以接收驅動信號S D。輸出端OUT用以輸出回授信號S F。本發明並不限定驅動信號S D與回授信號S F的種類。在一可能實施例中，驅動信號S D與回授信號S F均為電流信號，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，驅動信號S D的種類(如電壓信號)並不同於回授信號S F的種類(如電流信號)。
電容121耦接於輸入端IN1與一接地端GND之間。在本實施例中，電容121的容值可調。在一可能實施例中，電容121係根據一調整信號Ctr1，調整本身的容值。調整信號Ctr1可能係由邏輯電路111所產生。在此例中，邏輯電路111可能透過輸入輸出接腳IO1，輸出調整信號Ctr1。在其它實施例中，測試電路120更包括一輸入端IN2，用以接收調整信號Ctr1。本發明並不限定電容121的種類。在一可能實施例中，電容121係為一可變電容。在另一可能實施例中，電容121係為一電容電位計。
電容122耦接於輸出端OUT與接地端GND之間，並提供回授信號S F。在本實施例中，電容122的容值也是可調。在一可能實施例中，電容122係根據一調整信號Ctr2，調整本身的容值。調整信號Ctr2可能也是由邏輯電路111所產生。在此例中，邏輯電路111可能透過輸入輸出接腳IO2，輸出調整信號Ctr2。在其它實施例中，測試電路120更包括一輸入端IN3，用以接收調整信號Ctr2。調整信號Ctr2可能相同或不同於調整信號Ctr1。在一可能實施例中，邏輯電路111產生調整信號Ctr1至輸入端IN2及IN3。在此例中，經調整後，電容121的容值相同於電容122的容值，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，電容121的容值可能不同於電容122的容值。本發明並不限定電容122的種類。在一可能實施例中，電容122係為一可變電容。在另一可能實施例中，電容122係為一電容電位計。
振盪器XTAL耦接電容121，並接收驅動信號SD。在一可能實施例中，振盪器XTAL係為一無源晶體，如一石英晶體。電阻R FIX耦接於振盪器XTAL與電容122之間。在本實施例中，電阻R FIX的阻值固定不變，其具有穩定的初始動態阻抗，而不會影響測試結果。
舉例而言，在測量的初始期間，當電阻R FIX的初始動態阻抗不穩定時，測試電路120將提供錯誤的回授信號S F，使得邏輯電路111計算錯誤，而無法輸出正確的測試頻率FT。因此，測試人員誤以為微控制器110異常。
在本實施例中，振盪迴路的安全因子S F的計算方式如下：
Figure 02_image001
…………………………………(1)
其中，ESR為振盪器XTAL的特性參數(equivalent series resistance)，R FIX為電阻R FIX的阻值。
振盪器XTAL的特性參數ESR的計算方式如下：
Figure 02_image003
…………………………(2)
其中，Rm為振盪器XTAL的內阻，C 0為振盪器XTAL的等效容值，C L為振盪器XTAL的外部負載容值。Rm與C 0­都可以利用石英晶體測試器(如S&A 250B)量得。
振盪器XTAL的外部負載容值C L如下式所示：
Figure 02_image005
…………………………………(3)
其中，C 1為電容121的容值，C 2為電容122的容值，C S為測試電路120的雜散電容。在低頻測試電路中，可忽略不計C S。
在一可能實施例中，假設，電容121與122的最大容值為1000p。在此例中，邏輯電路111透過調整信號Ctr1及Ctr2逐漸減少電容121及122的容值，並接收回授信號S F。當邏輯電路111可根據回授信號S F產生測試頻率FT時，邏輯電路111停止產生調整信號Ctr1及Ctr2。此時，電容121與122的容值(如20p)作為公式(3)裡的C 1及C 2。計算出振盪器XTAL的外部負載容值C L後，代入公式(2)，便可求得振盪器XTAL的特性參數ESR，再將特性參數ESR代入公式(1)，便可求得振盪迴路的安全因子S F。在一可能實施例中，邏輯電路111可能繼續減少電容121與122的容值，用以增加安全因子S F。
第2圖為本發明之微控制器110與外部振盪器的連接示意圖。在正常模式下，微控制器110並未連接一測試電路(如120)。在此例中，當一外部振盪器200耦接於微控制器110的接腳OSC in與OSC out之間時，邏輯電路211接收來自外部振盪器200所產生的振盪頻率FI。在一可能實施例中，邏輯電路111將振盪頻率FI作為本身所需的操作頻率。在其它實施例中，邏輯電路111可能調整振盪頻率FI，用以產生一調整結果，並將調整結果作為一輸出頻率FO，再透過接腳CKO輸出輸出頻率FO供其它元件(未顯示)使用。在本實施例中，外部振盪器200係為一無源晶體(被動元件)。
為方便說明，第1及2圖僅顯示微控制器110的部份架構，而第1及2圖所呈現的架構係與本發明有關，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，微控制器110更具有複數記憶元件及複數微處理器。
第3圖為本發明之測試系統的另一示意圖。如圖所示，測試系統300包括一微控制器310以及一測試電路320。在正常模式下，微控制器310未耦接測試電路320。在此例中，當一外部振盪器(如第2圖的外部振盪器200)耦接微控制器310時，微控制器310裡的邏輯電路311便接收來自外部振盪器的振盪頻率FI，並根據振盪頻率FI產生輸出頻率FO。在一可能實施例，邏輯電路311可能透過接腳CKO，輸出輸出頻率FO。
然而，為了測試邏輯電路311的振盪迴路的能力，在一測試模式下，微控制器310耦接測試電路320。在本實施例中，邏輯電路311透過接腳OSC in輸出一驅動信號S D予測試電路320，並透過接腳OSC out接收測試電路320所產生的一回授信號S F。邏輯電路311根據回授信號S F，產生一測試頻率FT，並透過接腳CKO輸出測試頻率FT。在一可能實施例中，一外部儀器耦接接腳CKO，用以接收並分析測試頻率FT。在此例中，測試人員根據外部儀器的分析結果，判斷微控制器310的振盪能力是否正常。在一可能實施例中，測試人員更可根據測試頻率FT，得知邏輯電路311的振盪迴路的安全因子。
當微控制器310的振盪能力正常時，測試人員斷開微控制器310與測試電路320之間的連接，並將測試電路320與另一微控制器連接，再繼續測試另一微控制器裡的邏輯電路的振盪迴路的能力。因此，測試電路320係獨立於微控制器310之外。
在本實施例中，測試電路320包括一輸入端IN1、一輸出端OUT、電容321~324、一振盪器XTAL以及一電阻R FIX。輸入端IN1用以接收驅動信號S D。輸出端OUT用以輸出回授信號S F。本發明並不限定驅動信號S D與回授信號S F的種類。在一可能實施例中，驅動信號S D與回授信號S F均為電流信號，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，驅動信號S D的種類(如電壓信號)並不同於回授信號S F的種類(如電流信號)。
電容321耦接於輸入端IN1與節點ND1之間。在本實施例中，電容321的容值可調。在一可能實施例中，電容321係根據一調整信號Ctr1，調整本身的容值。調整信號Ctr1可能係由邏輯電路311所產生。在此例中，測試電路320更包括一輸入端IN2，用以接收調整信號Ctr1。本發明並不限定電容321的種類。在一可能實施例中，電容321係為一可變電容。在另一可能實施例中，電容321係為一電容電位計。
電容322耦接於輸出端OUT與節點ND2之間，並提供回授信號S F。在本實施例中，電容322的容值也是可調。在一可能實施例中，電容322係根據一調整信號Ctr2，調整本身的容值。調整信號Ctr2可能也是由邏輯電路311所產生。在此例中，測試電路320更包括一輸入端IN3，用以接收調整信號Ctr2。調整信號Ctr2可能相同或不同於調整信號Ctr1。在一可能實施例中，邏輯電路311產生調整信號Ctr1至輸入端IN2及IN3。在此例中，經調整後，電容321的容值相同於電容322的容值，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，電容321的容值可能不同於電容322的容值。本發明並不限定電容322的種類。在一可能實施例中，電容322係為一可變電容。在另一可能實施例中，電容322係為一電容電位計。
電容323耦接於節點ND1與接地端GND之間。電容324耦接於節點ND2與接地端GND之間。如圖所示，電容323串聯電容321，電容322串聯電容324。在本實施例中，電容323與324的容值固定不變。在一可能實施例中，電容323的容值相同於容值324的容值，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，電容323的容值可能不同於容值324的容值。
振盪器XTAL耦接節點ND1。在一可能實施例中，振盪器XTAL係為一無源晶體，如一石英晶體。電阻R FIX耦接節點ND2。在本實施例中，電阻R FIX的阻值固定不變。
在本實施例中，由於電容321串聯電容323並且電容322串聯電容324，故在計算安全因子SF時，振盪器XTAL的外部負載容值C L如下式所示：
Figure 02_image007
………………………(4)
其中，C 321係為電容321的容值，C 322係為電容322的容值，C 323係為電容323的容值，C 324係為電容324的容值。
將公式(4)代入公式(2)後，便可便可求得振盪器XTAL的特性參數ESR，再將特性參數ESR代入公式(1)，便可求得振盪迴路的安全因子SF。在一可能實施例中，邏輯電路311可能繼續減少電容321與322的容值，用以增加安全因子SF。
由於測試電路320裡的電容321及322的容值係由邏輯電路311所調整，故不需利用人工手動調整，利於量產測試。再者，由於電阻R FIX的阻值為一固定值，故在測試的初始期間，測試頻率FT並不會因電阻R FIX的初始動態阻抗的過大變化而被影響。
除非另作定義，在此所有詞彙(包含技術與科學詞彙)均屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者之一般理解。此外，除非明白表示，詞彙於一般字典中之定義應解釋為與其相關技術領域之文章中意義一致，而不應解釋為理想狀態或過分正式之語態。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。舉例來，本發明實施例所系統、裝置或是方法可以硬體、軟體或硬體以及軟體的組合的實體實施例加以實現。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、300:測試系統 110、310:微控制器 111、311:邏輯電路 120、320:測試電路 FI:振盪頻率 FO:輸出頻率 FT:測試頻率 OSC in、OSC out、CKO、IO1、IO2:接腳 S D:驅動信號 S F:回授信號 IN1~IN3:輸入端 OUT:輸出端 200:外部振盪器 121、122、321~324:電容 XTAL:振盪器 R FIX:電阻 GND:接地端 Ctr1、Ctr2:調整信號
第1圖為本發明之測試系統的示意圖。 第2圖為本發明之微控制器與外部振盪器的連接示意圖。 第3圖為本發明之測試系統的另一示意圖。
100:測試系統
110:微控制器
111:邏輯電路
120:測試電路
FI:振盪頻率
FO:輸出頻率
FT:測試頻率
SD:驅動信號
SF:回授信號
IN1~IN3:輸入端
OUT:輸出端
121、122:電容
XTAL:振盪器
RFIX:電阻
GND:接地端
Ctr1、Ctr2:調整信號
OSCin、OSCout、CKO、IO1、IO2:接腳

Claims (10)

  1. 一種測試電路，用以測試一微控制器的振盪能力，並獨立於該微控制器之外，並包括： 一輸入端，用以接收該微控制器產生的一驅動信號； 一輸出端，用以輸出一回授信號予該微控制器； 一第一電容，耦接該輸入端； 一振盪器，耦接該第一電容，並接收該驅動信號；以及 一電阻，具有固定阻值，並耦接於該振盪器與一第二電容之間，該第二電容提供該回授信號，其中該第一及第二電容的容值可調。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之測試電路，其中該第一電容耦接於該振盪器與一接地端之間，該第二電容耦接於該電阻與該接地端之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之測試電路，其中該第一電容係為一第一可變電容，該第二電容係為一第二可變電容。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之測試電路，其中該第一電容係為一第一電容電位計，該第二電容係為一第二電容電位計。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之測試電路，其中該第一電容電位計的容值係根據一第一調整信號而改變，該第二電容電位計的容值係根據一第二調整信號而改變，該第一及第二調整信號係由該微控制器所提供。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之測試電路，其中該第一調整信號相同於該第二調整信號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之測試電路，更包括： 一第三電容，耦接於該第一電容與一接地端之間，並具有固定容值；以及 一第四電容，耦接於該第二電容與該接地端之間，並具有固定容值， 其中該第一電容耦接於該輸入端與該第三電容之間，該第二電容耦接於該輸出端與該第四電容之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之測試電路，其中該第一電容係為一第一可變電容，該第二電容係為一第二可變電容。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之測試電路，其中該第一電容係為一第一電容電位計，該第二電容係為一第二電容電位計。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之測試電路，其中該第一電容電位計的容值係根據一第一調整信號而改變，該第二電容電位計的容值係根據一第二調整信號而改變，該第一及第二調整信號係由該微控制器所提供。
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