基于微型計算機的高壓交流參數(shù)自動測試系統(tǒng)

陳 洋，謝立利

（無錫中微愛芯電子有限公司，江蘇 無錫　214072）

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基于微型計算機的高壓交流參數(shù)自動測試系統(tǒng)

陳 洋，謝立利

（無錫中微愛芯電子有限公司，江蘇 無錫214072）

摘 要：長期以來，數(shù)字高壓集成電路的交流參數(shù)測試是一項比較難實現(xiàn)的工作，傳統(tǒng)ATE設(shè)備往往不能實現(xiàn)60 V以上的交流參數(shù)的測試。討論了基于微型計算機的高壓交流參數(shù)自動測試系統(tǒng)的開發(fā)，通過軟硬件的設(shè)計，提供了一種高壓交流參數(shù)的生產(chǎn)測試方案，詳細(xì)闡述了軟件和硬件的設(shè)計思路和方法。目前該測試系統(tǒng)已大量用于高壓集成電路的測試，系統(tǒng)采用直接明了的圖形化編程方式，具有較強擴展性，成本低廉、實用性強。

關(guān)鍵詞：微機；自動測試；圖形化編程

1　引言

長期以來，數(shù)字高壓集成電路的交流參數(shù)測試是一項比較難實現(xiàn)的工作，常規(guī)的數(shù)字ATE設(shè)備往往測試電壓有限，不能滿足60 V或以上數(shù)字電路的傳輸延遲時間、上升下降沿時間等交流參數(shù)的自動測試。在這種背景下，開發(fā)通用型高壓交流參數(shù)的自動測試系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。我們組織人員進行大量的技術(shù)研究，開發(fā)了一套基于微型計算機的軟硬件系統(tǒng)，彌補了數(shù)字高壓集成電路測試能力的不足，為今后該類產(chǎn)品穩(wěn)定可靠的生產(chǎn)提供了保障。

2　硬件平臺的選擇

硬件平臺的選擇上，我們以微型計算機為基礎(chǔ)，配套使用安捷倫的示波器、信號源和高低壓直流電源等設(shè)備。

微型計算機結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)設(shè)計靈活、適應(yīng)性強、可靠性高。微型計算機應(yīng)用軟件配置豐富，基于其上的開發(fā)套件多樣化，功能支持強大，開發(fā)工作相對簡單，微型計算機擁有完善的標(biāo)準(zhǔn)支持和極佳的系統(tǒng)擴展能力，使得技術(shù)人員可以方便地構(gòu)建基于其上的應(yīng)用系統(tǒng)。

針對高壓交流參數(shù)的測試，我們選擇安捷倫的示波器，能夠?qū)崿F(xiàn)600 V以內(nèi)的傳輸延遲時間、上升下降沿時間、頻率、相位差等交流參數(shù)，以及輸出電壓、脈沖寬度、占空比等其他參數(shù)。

3　硬件方案設(shè)計

該自動測試系統(tǒng)由主計算機、外部信號發(fā)生與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機與外部硬件的控制與數(shù)據(jù)傳輸接口、開關(guān)矩陣等組成。

3.1設(shè)備選型

信號源采用美國Agilent Technologies公司的33220A信號發(fā)生器，該信號發(fā)生器能提供IC測試所需的各種單一、復(fù)合波形，精度高，在此小型系統(tǒng)中傳輸損耗小，與各種開發(fā)工具結(jié)合較好，便于第三方軟件控制與開發(fā)。

數(shù)據(jù)采集部分采用美國Agilent Technologies公司的MSO系列示波器，該系列示波器型號多，功能全，可靠性高，使用于該系統(tǒng)中靈活度高。

可控電源采用美國Agilent Technologies公司的6613C直流電源，提供被測IC的低壓電源，可監(jiān)控被測IC的低壓電源電流， 可提供最大50 V/1 A的電壓電流能力。

高壓電源采用國產(chǎn)0～1000 V線性電源，最大電流0.5 A，基本覆蓋所有高壓類集成電路的供電要求。

開關(guān)矩陣設(shè)計選用51單片機做主控，使用繼電器對輸入、輸出、電源等信號進行控制，與被測IC無任何電氣連接。

3.2設(shè)計方案

本設(shè)計主要用于高壓集成電路的交流參數(shù)測試，因此硬件設(shè)計主要考慮高壓電源的控制、高壓信號的采集、芯片輸入信號的控制等。

3.2.1硬件系統(tǒng)整體框架

硬件系統(tǒng)整體框架圖見圖1。

3.2.2硬件資源的配置

一般的高壓集成電路有如下端口：低壓電源、高壓電源、邏輯輸入口若干、高壓邏輯輸出口若干。如圖2所示。

圖1　系統(tǒng)總體框圖

圖2　范例芯片管腳說明

為滿足通用性要求，系統(tǒng)硬件設(shè)計資源見表1。

表1　硬件資源

以上資源通過矩陣板的控制，可以方便地連接到芯片管腳。

3.2.3矩陣板的設(shè)計

為了方便地切換各電源、信號源、示波器連接到芯片，矩陣板的設(shè)計是本系統(tǒng)硬件設(shè)計的核心。

按照表1的規(guī)劃，開關(guān)矩陣板通過繼電器矩陣的切換，可以任意地將各資源切換到資源接口上。

在PCB板布局和繼電器選擇上需要注意的是，高壓電源的切換設(shè)計需考慮安全性和繼電器耐壓問題。

矩陣板框圖如圖3所示。

圖3　矩陣板框圖

上位機通過串口發(fā)送繼電器控制指令時，MCU能夠單獨對任意繼電器進行控制，切換時間在5 ms左右。

4　軟件方案設(shè)計

4.1設(shè)計思路

測試系統(tǒng)軟件以可二次開發(fā)為目的進行設(shè)計，將所有硬件資源模塊化封裝，做到測試程序的圖形化開發(fā)，不再需要工程師對示波器、信號源等設(shè)備進行編程，僅需圖形化和填表式編程即能完成整個測試程序的開發(fā)，大大降低程序開發(fā)的難度，有效提高開發(fā)效率。在測試系統(tǒng)軟件開發(fā)過程中，就軟件的流程、時序等進行了充分的探討，確保其具有高度可靠性。

在實用性方面，提供了常規(guī)的測試數(shù)據(jù)格式輸出、友好的程序界面等。

在通用性方面，能夠完全兼容Agilent Technologies公司大部分的通用測試設(shè)備，為使用者提供了更多的設(shè)備選擇。

軟件對測試硬件的控制采用計算機的通用串行總線接口（USB），USB接口最大的優(yōu)點是支持設(shè)備的即插即用，硬件連接非常簡單，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，控制方式非常成熟。

4.2軟件系統(tǒng)架構(gòu)

測試軟件基于Microsoft Visual C++ 6.0開發(fā)。運行于Microsoft Windows XP 中文（英文）版操作系統(tǒng)。

軟件架構(gòu)如圖4所示。

（1）文件操作部分負(fù)責(zé)對測試程序進行解析，形成測試流程。

（2）程序編輯部分采用MFC對象拖放方式，將各所需要的測試模塊和控制指令添加到測試程序流程中，方便生成所需要的測試程序。

圖4　軟件構(gòu)架

對象拖放是在操作系統(tǒng)的幫助下完成的。 要開始一次拖動，首先需要指定或生成被拖動的對象，然后指定整個拖放操作過程所使用的數(shù)據(jù)格式，并按指定的數(shù)據(jù)格式提供數(shù)據(jù)，最后啟動對象拖放操作；當(dāng)對象在某一窗口內(nèi)落下時，拖放過程結(jié)束，接收拖放對象的窗口按指定的數(shù)據(jù)格式提取有關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)提取的數(shù)據(jù)生成對象。

（3）datalog處理負(fù)責(zé)將流程處理的結(jié)果存放到datalog文件中。

4.3軟件執(zhí)行流程簡介

測試系統(tǒng)軟件界面見圖5。

圖5　測試系統(tǒng)軟件界面

測試程序開發(fā)和使用流程見圖6。

上位機通過USB和串口與下位機和外部設(shè)備建立連接，并調(diào)用測試程序。上位機根據(jù)測試程序，發(fā)送控制指令給矩陣板，控制所需硬件資源接到DUT，然后通過USB控制信號源對DUT施加信號、控制示波器對所需管腳進行測量，并將測試結(jié)果讀取到上位機，存入DATALOG。當(dāng)所有的測試流程均執(zhí)行完成時，上位機判斷DUT是否失效，并給出最終測試結(jié)果。datalog范例見圖7。

圖6　測試程序開發(fā)和使用流程

圖7　datalog范例

圖7顯示了某產(chǎn)品測試結(jié)果的datalog， datalog中顯示了測試的項目名稱、測試門限和測試結(jié)果，最后顯示了該DUT是否測試合格。

5　測試系統(tǒng)主要應(yīng)用實例

XX高壓邏輯電路為100 V、5 V雙電源供電，基本功能是3路輸入TTL信號，3路同向輸出為0～100 V。重點參數(shù)有負(fù)載為5000 pF時的輸入輸出延遲、輸出上升和下降時間等。

指標(biāo)要求如表2所示。

傳統(tǒng)的ATE測試機在測試該產(chǎn)品時受限于測試機的資源，經(jīng)常是高壓測試機無法測試交流參數(shù)，而能夠測試交流的測試機通常無法測試過高的電壓。因此使用ATE測試機不能對該產(chǎn)品進行全面的測試。

表2　XX高壓邏輯電路技術(shù)指標(biāo)

利用該自主開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計的測試方案能夠很好地彌補以上不足，對要求比較高的交流參數(shù)進行了自動測試。

該產(chǎn)品測試結(jié)果如圖8所示。

圖8　XX高壓邏輯電路測試結(jié)果

可以看到，測試系統(tǒng)對每一個通道的4個交流參數(shù)都進行了自動化測試，測試的結(jié)果和精度都能滿足需要。

基于靈活的硬件設(shè)計與專業(yè)的模塊化軟件設(shè)計，XX高壓邏輯電路的測試得到完美解決，該測試程序的投入使用，及時緩解了此類電路測試能力不足的情況，保證了用戶訂單的及時完成，為今后該電路的供貨提供了強有力的測試保障。

6　結(jié)束語

基于微型計算機的高壓電路測試系統(tǒng)的開發(fā)，基本滿足了通用類ATE測試機的特性，不但有利于降低高壓集成電路測試的開發(fā)周期和成本，而且可以及時擴大產(chǎn)量，滿足市場需求。作為現(xiàn)有測試系統(tǒng)的有益補充，該類通用性測試系統(tǒng)具有一定發(fā)展價值，在保持成本低廉、可靠性強等優(yōu)點的前提下，進一步擴展其功能及測試精度，此類系統(tǒng)將可以在今后的工作中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻：

[1] 高成，張棟，王香芬. 最新集成電路測試技術(shù)[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2009. 2.

陳 洋（1979—），男，江蘇無錫人，2002年畢業(yè)于華中科技大學(xué)應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)，本科，主要從事集成電路測試工作。

Research on Automatic Test System of High Voltage AC Parameters Based on Microcomputer

CHEN Yang, XIE Lili
（Wuxi i-CORE Electronics Co., Ltd, Wuxi 214072, China）

Abstract:For a long time, the digital communication parameters of high voltage integrated circuit test is a relatively difficult to achieve work, traditional ATE equipment often cannot achieve more than 60 V AC parameters of testing.The article discussed about ATE system based on PC. Through the design of the hardware and software, provide a kind of high voltage ac parameters of production test plan, expounds the ideas and methods of software and hardware design. At present the test system has been used in high voltage integrated circuit and test. The test system adopts the straightforward way of graphical programming, has strong expansibility, low cost, strong practicability.

Keywords:micro-computer; ATE system; graphical programming

作者簡介：

收稿日期：2015-8-12

中圖分類號：TN407

文獻標(biāo)識碼:A

文章編號：1681-1070（2016）02-0044-05