基于LabVIEW的集成電路測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

呂景輝 周 雋

（1.中國人民解放軍92557部隊， 廣州 510000；2.海軍工程大學 導航工程系， 武漢 430030）

1 引言

隨著電路集成化的快速發(fā)展，艦艇裝備的集成電路復雜程度已越來越高，這就要求測試系統(tǒng)具備更強的數(shù)據(jù)吞吐能力及并行測試功能[1]。同時，艦艇導航設備集成電路數(shù)量大，離線測試時所需要的激勵種類繁多，這就要求測試系統(tǒng)能夠靈活地產(chǎn)生多樣的模擬及數(shù)字信號[2]。特別是，艦艇裝備的工作環(huán)境比較特殊，除電子特性以外，溫度特性也是特別需要關注的因素。

傳統(tǒng)測控儀器由于技術更新周期長、系統(tǒng)封閉等缺點，不能滿足日益復雜的測控需求。而以計算機為核心的虛擬儀器[3]，技術更新快，功能可由用戶自定義，軟件開發(fā)維護費用低，且具有靈活性、開放性和重配置等優(yōu)點[4,5]。利用LabVIEW開發(fā)出來的該測試系統(tǒng)，滿足了對艦艇導航設備集成電路的溫度及電子特性測試，使測試精度、可靠性、高效性得到了充分保障。

2 總體設計

2.1 硬件總體設計

測試系統(tǒng)主要由以下幾個主要部分組成：工控機、顯示器、溫度測控單元、信號分配單元、信號產(chǎn)生及采集單元。工控機是測試系統(tǒng)的中樞，它控制所有儀器的工作狀態(tài)與時序，同時儀器采集的數(shù)據(jù)最終都在工控機上得到分析及顯示；溫度測控單元由加溫箱和溫度傳感器組成[6]；信號分配單元的主要組成部分是 PCI-6509模塊和繼電器陣列板；信號產(chǎn)生及采集單元主要是PCI-6251模塊。

當模擬艦艇導航設備工作環(huán)境對設備集成電路進行測試時，工控機通過PCI-6509和繼電器控制加溫設備的開關，從而改變 DUT的溫度，同時測試溫度通過溫度傳感器反饋至工控機，通過此反饋，達到控制測試溫度的目的[7,8]；PCI-6509模塊的數(shù)字IO端子控制繼電器陣列時序，調(diào)整測試信號流程；PCI-6251模塊產(chǎn)生測試需要的模擬數(shù)字信號，同時也采集信號。測試系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 測試系統(tǒng)組成圖

測試系統(tǒng)硬件信號流程如圖2所示：

圖2 測試系統(tǒng)硬件信號流程圖

2.2 軟件總體設計

該測試系統(tǒng)軟件可以實現(xiàn)的功能如下：初始化參數(shù)讀取保存[9]、信號生成采集和數(shù)據(jù)分析管理。該系統(tǒng)軟件由主程序、參數(shù)初始化子程序、信號產(chǎn)生與采集子程序、報表生成子程序組成。軟件設計過程中，考慮到集成電路溫度特性測試需要，分別設計了溫度動態(tài)特性測試及溫度靜態(tài)特性測試兩個分支。

軟件設計流程如圖3所示。

圖3 軟件流程圖

3 系統(tǒng)程序設計

3.1 參數(shù)配置子程序

集成電路的測試參數(shù)配置包括：集成電路型號選擇、測試項選擇、激勵信號選擇和繼電器時序選擇。當測試一種新的集成電路，就需要在參數(shù)配置面板上對以上各參數(shù)進行設置，配置完畢后，通過LabSQL函數(shù)庫中的SQL Execute.vi把對應各集成電路測試項配置參數(shù)保存到 Access數(shù)據(jù)庫中，以便下次進行相同測試時直接調(diào)用；反之，如果是測試之前已測試過的集成電路，可以通過Fletcher Data From Access.vi把參數(shù)配置信息直接從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出使用。

3.2 溫度測控子程序

假設測試集成電路的靜態(tài)溫度特性，即在某溫度下測試集成電路的工作情況。首先，通過DAQmx Write (Digital 1D Bool 1Chan 1Sample).vi控制繼電器接通溫度箱工作電源，繼而加熱噴頭使集成電路溫度慢慢升高；同時，溫度傳感器把集成電路的溫度轉(zhuǎn)換成電信號經(jīng) DAQmx Read(Analog DBL 1Chan 1Samp).vi讀取后實時傳輸給工控機。經(jīng)程序判斷，如果溫度達到了設定條件，通過繼電器關閉溫度箱電源，開始測試。

3.3 信號產(chǎn)生與采集子程序

模擬及數(shù)字信號的產(chǎn)生與采集由 PCI-6251完成，端子配置為 Differential（差分），模式為Continuous Samples（連續(xù)樣本），采樣率為1000000。當采集及產(chǎn)生單路信號分別使用DAQmx Read(Analog DBL 1Chan 1Samp).vi和DAQmx Write(Analog DBL 1Chan 1Samp).vi兩個VI；當產(chǎn)生多路激勵信號時，使用 DAQmx Write(Analog 1D Wfm NChan NSamp).vi，多路信號同時采集時，使用 DAQmx Read(Analog 1D Wfm NChan NSamp).vi。

3.4 報表生成子程序

測試完畢后，為了便于分析，把測試的配置、條件、人員、時間和數(shù)據(jù)以報表的形式輸出，簡單直觀[10]。先由New Report.vi新建一個word文檔，Word Easy Title.vi輸入文檔標題，Word Easy Text.vi用來生成測試配置、條件、人員以及時間信息，最后測試數(shù)據(jù)通過Word Easy Table.vi寫入文檔，為了更加直觀的觀察測試結果，使用Word Easy Graph.vi把測試數(shù)據(jù)通過曲線圖的形式顯示在生成報表中。

4 測試結果與結論

某型艦船回聲測深儀中，步進電機驅(qū)動功率放大器的電子特性測試記錄如表1所示。

表1 步進電機驅(qū)動功率放大器測試記錄

對弱信號放大板進行測試，當輸入信號為直流0.005 V時，其動態(tài)溫度特性如圖4所示。

圖4 放大板動態(tài)溫度特性示意圖

從上述實驗可以看出，所開發(fā)的導航設備集成電路自動測試系統(tǒng)相比傳統(tǒng)測試方法效率高、精度好，且能對設備進行溫度特性測試。

5 系統(tǒng)的擴展

該測試系統(tǒng)偏重于集成電路弱電特性測試，如果在測試中需要稍大的電壓激勵，可以在系統(tǒng)中增加一個可編程自動增益放大單元，通過PCI-6509開關量調(diào)節(jié)增益量，可適當放大PCI-6251產(chǎn)生的激勵信號。艦艇導航設備中還包括無線電單元，其中有羅蘭 C接收機以及 GPS接收機，如果有射頻集成電路的測試需求，要求測試系統(tǒng)能產(chǎn)生射頻信號作為激勵，可以在系統(tǒng)中擴展NI PXI設備，如PXI-5441可以模擬產(chǎn)生羅蘭C信號，PXI-5671可以產(chǎn)生GPS信號[11]。

基于虛擬儀器的測試靈活性較強，可以根據(jù)具體測試需要更換子模塊，因此該測試系統(tǒng)還有多種擴展的可能性。

6 結束語

設計實現(xiàn)了基于 LabVIEW 的艦艇導航設備集成電路溫度及電子特性測試平臺，解決了集成電路測試系統(tǒng)功能單一、靈活性和擴展性差的明顯缺點，模擬裝備運行環(huán)境，實現(xiàn)了集成電路溫度及電子特性的自動化測試，提高了參數(shù)測試的自動化程度及測量精度。該系統(tǒng)具有測試環(huán)境真實、操作簡單、擴展性好等優(yōu)點，既滿足了實際測試需要，也節(jié)約了后續(xù)系統(tǒng)擴展經(jīng)費投入。

[1] 蔡鍔.集成電路測試工藝優(yōu)化方法[J].信息技術，2009 (8)： 162—164.

[2] R. Kondagunturi，E. Bradley，K. Maggard，C.Stroud.Benchmark Circuits for Analog and Mixed-Signal Testing[J]. Proceedings 20th International Conference on Microelectronics，pp.217-220，1999.

[3] P. Packebush.Selecting a Multifunction Data Acquisition Board for a Computer-based Measurement System[J].Proceedings of IEEE 20th Instrumentation and Measurement Technology Conference，vol.2，pp.935-939，2003.

[4] 熊楠，李世平，管京周，陳世偉.現(xiàn)代測試技術的發(fā)展方向——虛擬儀器的開發(fā)和利用[J].中國儀器儀表，2005(2)：30—34.

[5] 伍治海，吉順祥，王明方.基于虛擬儀器的測試儀器應用研究[J].儀表技術，2007 (10)：56—58.

[6] D.Baderna，A.Cabrini，G.Torelli.Thermal Regulator for IC Temperature Characterization Using a Microprobe Station[J].IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement， vol.55，pp.754-760，2006.

[7] 李亞，張振寰，李振亮，趙鴻漢.汽車空調(diào)溫度特性試驗臺控制系統(tǒng)設計[J].微計算機信息，2009(34)：22—23.

[8] 楊琪文，陳劍橋.基于LabVIEW的溫度參數(shù)測試系統(tǒng)設計[J].儀表技術與傳感器，2009(10)：67—69.

[9] 姜昊，張方，姜金輝.利用LabSQL實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問[J].電子測量技術，2008(12)：70—73.

[10] 王曉蘭，李建海，肖駿.基于LabVIEW的自動測試系統(tǒng)中動態(tài)報表的生成方法[J].測控技術，2008(9)：63—64，68.

[11] 張黎明，孫寧，于慧亮，尹增山.基于PXI的衛(wèi)星綜合測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2008(16)：27—29.