模拟集成电路测试仪的设计

谢义建，陈跃东

模拟集成电路测试仪的设计

*谢义建，陈跃东

（安徽工程大学安徽省电气传动与控制重点实验室，安徽 芜湖 241000）

针对学校的集成电路教学实验，设计了一款模拟集成电路的测试仪。以单片机为控制核心，对几种常用测试电路进行处理、比较，并输出判断结果。使用按键进行测试数据的输入，并通过液晶显示器显示输出结果。同时辅以发光二极管对测试仪的状态进行显示。介绍了测试仪的硬件设计和软件流程，实验证明，设计方案合理有效。

模拟集成电路;芯片测试;单片机;液晶显示器

0 引言

在信息化时代，以集成电路技术支撑的电子信息系统已成为电子信息化发展的根基和关键技术。随着数字电路的发展，其在现代信息技术中的优势得到了充分体现，应用越来越广。关于数字电路的测试技术也随其应用得到充分发展，并且由于数字电路模型相对简单，因此，数字电路测试仪是比较常见的[1]。由于模拟电路的输入和输出都是连续的变化量，而且电路中元件的参数是连续量，同时各元件具有容差，这使得故障模型模糊化、复杂化，难以进行简单的量化。最后，电流是模拟电路中的一个重要参数，但在实际测量中，除了输入和输出端口外，其他的节点电流并不可测，这也使得用于故障诊断的有关信息量减少，文献[2]提出了直流测试法和交流测试法，很好的解决了故障诊断问题，并能判断电路的功能是否正常。

现有的集成电路检测仪大多数都是数字电路检测仪，模拟电路检测仪比较少，针对学生实验经常用到的0809，0832，2114，3524，LM324和LM347等几种芯片的专门检测仪更是基本没有，因此开发一种针对这几种常用芯片的测试仪是很有必要的。本文介绍了一种模拟集成电路测试仪可用于检测这六种芯片的正常与否[3]。

1 测试仪硬件设计

图1 测试仪结构框图

模拟集成电路测试仪结构框图如图1所示，该测试仪包括：单片机、按键电路、液晶显示电路、指示灯电路和6种芯片测试电路。测试该芯片的电路是从各芯片的功能入手，给每个芯片都搭接了一个能够实现其功能的电路，然后给电路输入一定的数字量或模拟量，再把输出量经过检测设备处理后送回单片机，与单片机中预设的正确值进行比较，如果结果一致或者接近，则证明芯片功能正常，否则芯片出错。该单片机中预先存放了6种芯片在给定输入量并且正常工作时的输出值，在接受到检测设备输入的被测芯片数据量时，会将2组数据进行比较。如果2组数据结果一直或者基本接近，则控制液晶显示电路显示出OK。如果2组数据不一致或者差别很大，则控制液晶显示电路显示出NO。

1.1 CPU的选择

采用Atmel公司的8位单片机89C55作为主CPU[4]，单片机输入输出接口图如图2所示，液晶显示电路连接于单片机的P0输出端，用于显示单片机的检测结果（OK或者NO）。按键电路包括选择芯片按钮、确认按钮和复位按钮，分别接于单片机P1.0、P1.1和P1.2口，用于选择测试芯片、确认测试芯片和复位测试电路。指示灯电路为6个发光二极管，分别接于单片机P2.0~P2.5口，当选中某个测试芯片时，该芯片对应的指示灯亮起。

图2 单片机的输入输出接口图

1.2 模数转换器MAX197

MAX197 无需外接元器件就可独立完成A/D转换功能。它可分为内部采样模式和外部采样模式，采样模式由芯片的控制寄存器D5位决定。MAX197在本测试仪中的连接如图3所示。

图3 MAX 197管脚图

1.3 基准源电路

在高精度高速的数模转换器中，一个精确的高电源抑制与温度抑制的基准电压的设计是至关重要的，其基准电压源的精度直接影响到模数转换器的精度。本测试仪中模数转换器的基准源电压为5 V，由以MAX875为核心的基准电路提供，电路图如图4所示。

MAX875是一种能提供精准5 V基准电压的模拟芯片，线性度好，功耗低，并且输入电压范围非常广，可以是4.5 V～18 V的任意值。本测试仪中MAX875的输出电压被用作MAX197、0809和0832的参考电压，为A/D、D/A转换提供了高精度的基准，保证了测试的准确性。

1.4 地址译码器和地址锁存器

地址译码器选用的是74LS138，另外配合一些或非门、或门一起构成控制端，如图5所示。

图 4 基准源MAX875

图5 138控制图

图中A10、A11和A12接单片机的三个端口，由单片机编程选择某一个芯片的控制端置低。/CS1和/CS2为显示器控制端，/CS3为MAX197控制端，/CS4为0832控制端，/CS5和74LS32

构成2114的读写控制端口，/CS8和74LS02构成0809的控制端口，控制0809的启动转换口START和使能端OE。地址锁存器选用74HC373，如图6所示。

图6 373引脚图

1.5 电源部分

测试仪中所需电源（除基准源外）共有三种，分别是＋24 V，±12 V和＋5 V，其中＋24 V为3524测试电路的输入电压，±12 V为运放的工作电压，＋5 V为芯片的工作电压。＋24 V电压是由一个AC/DC电压转换器得到的，经过转换器把日常生活用的220 V交流电转换成＋24 V直流电。±12 V电压是由一个DC/DC电源模块提供的，它把＋24 V电压转换成±12 V。＋5 V电压是由一个以LM2576为核心的转换电路转换得到的，它把24 V转换成＋5 V。＋24 V转±12 V和＋24 V转＋5 V的电路图分别如图7和图8所示。在一定输入电压和输出负载条件下，保证输出电压的±4%误差，以及振荡器频率的±10%误差。

Fig. 7 24 to ±12 circuit diagram

图 8 24转5电路图

2 芯片检测电路

2.1 3254测试电路

3524内部方框图如图9所示。

图9 3524内部方框图

输入直流电压U1从15脚进入分两路：一路加到或非门；另一路送到基准电源稳压器的输入端，产生稳定的＋5 V基准电压。＋5 V再送到电路其他部分作为电源，＋5 V也可从16脚引出作为其他用途。在振荡器部分的7脚上外接电容C，6脚外接电阻R，通过调节C和R的数值即可得到所需的振荡频率。振荡器的输出分为两路：一路以时钟脉冲的形式送到双稳态触发器及或非门；另一路以三角电压的形式送到比较器的一个输入端。误差放大器实际上是一个差分放大器，它有两个输入端：1脚为反相输入端；2脚为正相输入端，这两个输入端根据开关电路的具体情况，一端连到电源输出电压的取样电路上（取样电压约为2.5 V），另一端连到16脚的分压电路上（取得约为2.5 V），误差放大器的9脚可外接电容及电阻进行频率补偿。误差放大器的输出送到比较器的一个输入端，与比较器的另一个输入端的三角波电压比较，从而在比较器的输出端出现一个随误差放大器的输出电压高低而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的另一个输入端。最后在输出晶体管1和2上分别出现二串宽度变化相同但相位相隔180°的脉冲。

3524测试原理图如图10所示。

图10 3524测量原理图

3524的测试主要是根据它的芯片原理搭接以上电路图，通过测量输出端电压值，来判定芯片的正常与否。

2.2 0809的测试电路

0809的管脚功能表如表1所示。

表1 ADC0809功能表

模拟输入通道与地址对照表如表2所示。

表2 模拟输入通道与地址码对照表

0809测试电路图如图11所示。

图11 0809测试原理图

给0809的八个模拟量输入端输入一个相同的电压值，经过单片机送控制信号，使A、B、C三个端口从000变化到111，即依次选通八个模拟量输入口，分别进行转换，并转换后的值送回单片机。该值与单片机中预存的标准值进行比较。如果返回值和标准值的差值在0809转换的误差之内，则芯片正常，否则出错。

3 测试仪软件设计

图12 软件流程图

测试软件流程图如图12所示。以LM324测试为例具体说明。如图13所示为LM324测试电路，通过改变可变电阻器的阻值调节输入LM324的电压值的大小。芯片中四个放大器通过电阻和导线相连成一个整体的放大器，输入电压通过此放大器处理后，输出一定电压值。图中R11至R14，R17至R20都设成10 K，即每个运放都变成一个跟随器，如果芯片正常，最后芯片输出电压值应与输入值相等。14管脚的输出值通过模数转化器MAX197转换后，变成数字量送入单片机，与单片机中预存的正确值相比较，如果一致则芯片正常；否则，芯片出错。其余5种芯片也均有一个能够实现其功能的电路，通过在单片机中对接收到的数据进行验证比较测试出芯片的正常与否[5]。

图13 模拟集成电路测试仪中的LM324测试电路

4 实验结果

本文设计的模拟电路测试仪能对几款常用芯片的功能进行测试，并通过指示灯判断芯片的正常与否。在常温（26 ℃）状态下，使用UT55万用表对ADC0809、SG3524两款芯片进行了测量，测试结果如表3所示。

表3 实验测试结果

测量数据表明，当用万用表检测ADC0809模数转换后的电压值时，理想的电压值为5 V，误差范围为±0.3，因此ADC0809中的第一组数据在误差范围之内，芯片能正常工作；第二组数据超出误差范围，不能正常工作。同理可得，使用SG3524来产生稳定的5 V基准电压，误差范围为±0.1，第一组所测数据4.96 V满足要求，芯片正常；第二组数据误差太大，芯片已损坏。

5 结束语

设计了一款针对实验室常用的模拟芯片检测仪，绘制了硬件电路的原理图和PCB，编写了软件程序，对3524、0809、LM324等几款芯片进行了测试。测试结果表明，设计正确合理，基本能满足实验室的常用需求，同时给教学实验的进一步研究提供了一个基础平台。

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DESIGN OF THE TEST INSTRUMENT FOR ANALOG INTEGRATED CIRCUIT

*XIE Yi-jian，CHEN Yue-dong

(Anhui Polytechnic University，Anhui Key Laboratory of Electric Drive and Control，Wuhu , Anhui 241000, China)

In view of the teaching experiment in school, an analog integrated circuit tester is designed. Using the micro controller unit as the core, several kinds of commonly used test circuit are dealt with, compared, with the output displaying. Using keys for test data input, and through the LCD display shows the output. At the same time, led is complementary to display the tester’s status. Hardware design and software flow of test instrument are introduced, the experiment proves that the design scheme is reasonable and effective.

analog integrated circuit; chip test; micro controller unit (MCU); LCD.

G 642. 423

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2014.06.015

1674-8085(2014)06-0070-07

2014-03-28；

2014-07-18

安徽高校省级自然科学研究重点项目（KJ2013A041）；安徽省大学生创新创业训练计划项目(AH201310363005).

*谢义建(1990-)，男，安徽安庆人，硕士生，主要从事运动控制系统的分析与设计研究(E-mail: xieyijian123@163.com);

陈跃东(1956-)，男，湖北宜昌人,教授，硕士生导师, 主要从事电力拖动控制系统与检测技术研究(E-mail: ydchen@ahpu.edu.cn).