基于LabVIEW的集成电路测试系统的设计与实现

吕景辉 周 隽

（1.中国人民解放军92557部队， 广州 510000；2.海军工程大学 导航工程系， 武汉 430030）

1 引言

随着电路集成化的快速发展，舰艇装备的集成电路复杂程度已越来越高，这就要求测试系统具备更强的数据吞吐能力及并行测试功能[1]。同时，舰艇导航设备集成电路数量大，离线测试时所需要的激励种类繁多，这就要求测试系统能够灵活地产生多样的模拟及数字信号[2]。特别是，舰艇装备的工作环境比较特殊，除电子特性以外，温度特性也是特别需要关注的因素。

传统测控仪器由于技术更新周期长、系统封闭等缺点，不能满足日益复杂的测控需求。而以计算机为核心的虚拟仪器[3]，技术更新快，功能可由用户自定义，软件开发维护费用低，且具有灵活性、开放性和重配置等优点[4,5]。利用LabVIEW开发出来的该测试系统，满足了对舰艇导航设备集成电路的温度及电子特性测试，使测试精度、可靠性、高效性得到了充分保障。

2 总体设计

2.1 硬件总体设计

测试系统主要由以下几个主要部分组成：工控机、显示器、温度测控单元、信号分配单元、信号产生及采集单元。工控机是测试系统的中枢，它控制所有仪器的工作状态与时序，同时仪器采集的数据最终都在工控机上得到分析及显示；温度测控单元由加温箱和温度传感器组成[6]；信号分配单元的主要组成部分是 PCI-6509模块和继电器阵列板；信号产生及采集单元主要是PCI-6251模块。

当模拟舰艇导航设备工作环境对设备集成电路进行测试时，工控机通过PCI-6509和继电器控制加温设备的开关，从而改变 DUT的温度，同时测试温度通过温度传感器反馈至工控机，通过此反馈，达到控制测试温度的目的[7,8]；PCI-6509模块的数字IO端子控制继电器阵列时序，调整测试信号流程；PCI-6251模块产生测试需要的模拟数字信号，同时也采集信号。测试系统组成如图1所示。

图1 测试系统组成图

测试系统硬件信号流程如图2所示：

图2 测试系统硬件信号流程图

2.2 软件总体设计

该测试系统软件可以实现的功能如下：初始化参数读取保存[9]、信号生成采集和数据分析管理。该系统软件由主程序、参数初始化子程序、信号产生与采集子程序、报表生成子程序组成。软件设计过程中，考虑到集成电路温度特性测试需要，分别设计了温度动态特性测试及温度静态特性测试两个分支。

软件设计流程如图3所示。

图3 软件流程图

3 系统程序设计

3.1 参数配置子程序

集成电路的测试参数配置包括：集成电路型号选择、测试项选择、激励信号选择和继电器时序选择。当测试一种新的集成电路，就需要在参数配置面板上对以上各参数进行设置，配置完毕后，通过LabSQL函数库中的SQL Execute.vi把对应各集成电路测试项配置参数保存到 Access数据库中，以便下次进行相同测试时直接调用；反之，如果是测试之前已测试过的集成电路，可以通过Fletcher Data From Access.vi把参数配置信息直接从数据库中调出使用。

3.2 温度测控子程序

假设测试集成电路的静态温度特性，即在某温度下测试集成电路的工作情况。首先，通过DAQmx Write (Digital 1D Bool 1Chan 1Sample).vi控制继电器接通温度箱工作电源，继而加热喷头使集成电路温度慢慢升高；同时，温度传感器把集成电路的温度转换成电信号经 DAQmx Read(Analog DBL 1Chan 1Samp).vi读取后实时传输给工控机。经程序判断，如果温度达到了设定条件，通过继电器关闭温度箱电源，开始测试。

3.3 信号产生与采集子程序

模拟及数字信号的产生与采集由 PCI-6251完成，端子配置为 Differential（差分），模式为Continuous Samples（连续样本），采样率为1000000。当采集及产生单路信号分别使用DAQmx Read(Analog DBL 1Chan 1Samp).vi和DAQmx Write(Analog DBL 1Chan 1Samp).vi两个VI；当产生多路激励信号时，使用 DAQmx Write(Analog 1D Wfm NChan NSamp).vi，多路信号同时采集时，使用 DAQmx Read(Analog 1D Wfm NChan NSamp).vi。

3.4 报表生成子程序

测试完毕后，为了便于分析，把测试的配置、条件、人员、时间和数据以报表的形式输出，简单直观[10]。先由New Report.vi新建一个word文档，Word Easy Title.vi输入文档标题，Word Easy Text.vi用来生成测试配置、条件、人员以及时间信息，最后测试数据通过Word Easy Table.vi写入文档，为了更加直观的观察测试结果，使用Word Easy Graph.vi把测试数据通过曲线图的形式显示在生成报表中。

4 测试结果与结论

某型舰船回声测深仪中，步进电机驱动功率放大器的电子特性测试记录如表1所示。

表1 步进电机驱动功率放大器测试记录

对弱信号放大板进行测试，当输入信号为直流0.005 V时，其动态温度特性如图4所示。

图4 放大板动态温度特性示意图

从上述实验可以看出，所开发的导航设备集成电路自动测试系统相比传统测试方法效率高、精度好，且能对设备进行温度特性测试。

5 系统的扩展

该测试系统偏重于集成电路弱电特性测试，如果在测试中需要稍大的电压激励，可以在系统中增加一个可编程自动增益放大单元，通过PCI-6509开关量调节增益量，可适当放大PCI-6251产生的激励信号。舰艇导航设备中还包括无线电单元，其中有罗兰 C接收机以及 GPS接收机，如果有射频集成电路的测试需求，要求测试系统能产生射频信号作为激励，可以在系统中扩展NI PXI设备，如PXI-5441可以模拟产生罗兰C信号，PXI-5671可以产生GPS信号[11]。

基于虚拟仪器的测试灵活性较强，可以根据具体测试需要更换子模块，因此该测试系统还有多种扩展的可能性。

6 结束语

设计实现了基于 LabVIEW 的舰艇导航设备集成电路温度及电子特性测试平台，解决了集成电路测试系统功能单一、灵活性和扩展性差的明显缺点，模拟装备运行环境，实现了集成电路温度及电子特性的自动化测试，提高了参数测试的自动化程度及测量精度。该系统具有测试环境真实、操作简单、扩展性好等优点，既满足了实际测试需要，也节约了后续系统扩展经费投入。

[1] 蔡锷.集成电路测试工艺优化方法[J].信息技术，2009 (8)： 162—164.

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