基于微型计算机的高压交流参数自动测试系统

陈 洋，谢立利

（无锡中微爱芯电子有限公司，江苏 无锡　214072）



基于微型计算机的高压交流参数自动测试系统

陈 洋，谢立利

（无锡中微爱芯电子有限公司，江苏 无锡214072）

摘 要：长期以来，数字高压集成电路的交流参数测试是一项比较难实现的工作，传统ATE设备往往不能实现60 V以上的交流参数的测试。讨论了基于微型计算机的高压交流参数自动测试系统的开发，通过软硬件的设计，提供了一种高压交流参数的生产测试方案，详细阐述了软件和硬件的设计思路和方法。目前该测试系统已大量用于高压集成电路的测试，系统采用直接明了的图形化编程方式，具有较强扩展性，成本低廉、实用性强。

关键词：微机；自动测试；图形化编程

1　引言

长期以来，数字高压集成电路的交流参数测试是一项比较难实现的工作，常规的数字ATE设备往往测试电压有限，不能满足60 V或以上数字电路的传输延迟时间、上升下降沿时间等交流参数的自动测试。在这种背景下，开发通用型高压交流参数的自动测试系统具有良好的应用前景。我们组织人员进行大量的技术研究，开发了一套基于微型计算机的软硬件系统，弥补了数字高压集成电路测试能力的不足，为今后该类产品稳定可靠的生产提供了保障。

2　硬件平台的选择

硬件平台的选择上，我们以微型计算机为基础，配套使用安捷伦的示波器、信号源和高低压直流电源等设备。

微型计算机结构简单、系统设计灵活、适应性强、可靠性高。微型计算机应用软件配置丰富，基于其上的开发套件多样化，功能支持强大，开发工作相对简单，微型计算机拥有完善的标准支持和极佳的系统扩展能力，使得技术人员可以方便地构建基于其上的应用系统。

针对高压交流参数的测试，我们选择安捷伦的示波器，能够实现600 V以内的传输延迟时间、上升下降沿时间、频率、相位差等交流参数，以及输出电压、脉冲宽度、占空比等其他参数。

3　硬件方案设计

该自动测试系统由主计算机、外部信号发生与数据采集系统、计算机与外部硬件的控制与数据传输接口、开关矩阵等组成。

3.1设备选型

信号源采用美国Agilent Technologies公司的33220A信号发生器，该信号发生器能提供IC测试所需的各种单一、复合波形，精度高，在此小型系统中传输损耗小，与各种开发工具结合较好，便于第三方软件控制与开发。

数据采集部分采用美国Agilent Technologies公司的MSO系列示波器，该系列示波器型号多，功能全，可靠性高，使用于该系统中灵活度高。

可控电源采用美国Agilent Technologies公司的6613C直流电源，提供被测IC的低压电源，可监控被测IC的低压电源电流， 可提供最大50 V/1 A的电压电流能力。

高压电源采用国产0～1000 V线性电源，最大电流0.5 A，基本覆盖所有高压类集成电路的供电要求。

开关矩阵设计选用51单片机做主控，使用继电器对输入、输出、电源等信号进行控制，与被测IC无任何电气连接。

3.2设计方案

本设计主要用于高压集成电路的交流参数测试，因此硬件设计主要考虑高压电源的控制、高压信号的采集、芯片输入信号的控制等。

3.2.1硬件系统整体框架

硬件系统整体框架图见图1。

3.2.2硬件资源的配置

一般的高压集成电路有如下端口：低压电源、高压电源、逻辑输入口若干、高压逻辑输出口若干。如图2所示。

图1　系统总体框图

图2　范例芯片管脚说明

为满足通用性要求，系统硬件设计资源见表1。

表1　硬件资源

以上资源通过矩阵板的控制，可以方便地连接到芯片管脚。

3.2.3矩阵板的设计

为了方便地切换各电源、信号源、示波器连接到芯片，矩阵板的设计是本系统硬件设计的核心。

按照表1的规划，开关矩阵板通过继电器矩阵的切换，可以任意地将各资源切换到资源接口上。

在PCB板布局和继电器选择上需要注意的是，高压电源的切换设计需考虑安全性和继电器耐压问题。

矩阵板框图如图3所示。

图3　矩阵板框图

上位机通过串口发送继电器控制指令时，MCU能够单独对任意继电器进行控制，切换时间在5 ms左右。

4　软件方案设计

4.1设计思路

测试系统软件以可二次开发为目的进行设计，将所有硬件资源模块化封装，做到测试程序的图形化开发，不再需要工程师对示波器、信号源等设备进行编程，仅需图形化和填表式编程即能完成整个测试程序的开发，大大降低程序开发的难度，有效提高开发效率。在测试系统软件开发过程中，就软件的流程、时序等进行了充分的探讨，确保其具有高度可靠性。

在实用性方面，提供了常规的测试数据格式输出、友好的程序界面等。

在通用性方面，能够完全兼容Agilent Technologies公司大部分的通用测试设备，为使用者提供了更多的设备选择。

软件对测试硬件的控制采用计算机的通用串行总线接口（USB），USB接口最大的优点是支持设备的即插即用，硬件连接非常简单，标准统一，控制方式非常成熟。

4.2软件系统架构

测试软件基于Microsoft Visual C++ 6.0开发。运行于Microsoft Windows XP 中文（英文）版操作系统。

软件架构如图4所示。

（1）文件操作部分负责对测试程序进行解析，形成测试流程。

（2）程序编辑部分采用MFC对象拖放方式，将各所需要的测试模块和控制指令添加到测试程序流程中，方便生成所需要的测试程序。

图4　软件构架

对象拖放是在操作系统的帮助下完成的。 要开始一次拖动，首先需要指定或生成被拖动的对象，然后指定整个拖放操作过程所使用的数据格式，并按指定的数据格式提供数据，最后启动对象拖放操作；当对象在某一窗口内落下时，拖放过程结束，接收拖放对象的窗口按指定的数据格式提取有关数据，并根据提取的数据生成对象。

（3）datalog处理负责将流程处理的结果存放到datalog文件中。

4.3软件执行流程简介

测试系统软件界面见图5。

图5　测试系统软件界面

测试程序开发和使用流程见图6。

上位机通过USB和串口与下位机和外部设备建立连接，并调用测试程序。上位机根据测试程序，发送控制指令给矩阵板，控制所需硬件资源接到DUT，然后通过USB控制信号源对DUT施加信号、控制示波器对所需管脚进行测量，并将测试结果读取到上位机，存入DATALOG。当所有的测试流程均执行完成时，上位机判断DUT是否失效，并给出最终测试结果。datalog范例见图7。

图6　测试程序开发和使用流程

图7　datalog范例

图7显示了某产品测试结果的datalog， datalog中显示了测试的项目名称、测试门限和测试结果，最后显示了该DUT是否测试合格。

5　测试系统主要应用实例

XX高压逻辑电路为100 V、5 V双电源供电，基本功能是3路输入TTL信号，3路同向输出为0～100 V。重点参数有负载为5000 pF时的输入输出延迟、输出上升和下降时间等。

指标要求如表2所示。

传统的ATE测试机在测试该产品时受限于测试机的资源，经常是高压测试机无法测试交流参数，而能够测试交流的测试机通常无法测试过高的电压。因此使用ATE测试机不能对该产品进行全面的测试。

表2　XX高压逻辑电路技术指标

利用该自主开发系统设计的测试方案能够很好地弥补以上不足，对要求比较高的交流参数进行了自动测试。

该产品测试结果如图8所示。

图8　XX高压逻辑电路测试结果

可以看到，测试系统对每一个通道的4个交流参数都进行了自动化测试，测试的结果和精度都能满足需要。

基于灵活的硬件设计与专业的模块化软件设计，XX高压逻辑电路的测试得到完美解决，该测试程序的投入使用，及时缓解了此类电路测试能力不足的情况，保证了用户订单的及时完成，为今后该电路的供货提供了强有力的测试保障。

6　结束语

基于微型计算机的高压电路测试系统的开发，基本满足了通用类ATE测试机的特性，不但有利于降低高压集成电路测试的开发周期和成本，而且可以及时扩大产量，满足市场需求。作为现有测试系统的有益补充，该类通用性测试系统具有一定发展价值，在保持成本低廉、可靠性强等优点的前提下，进一步扩展其功能及测试精度，此类系统将可以在今后的工作中发挥更大的作用。

参考文献：

[1] 高成，张栋，王香芬. 最新集成电路测试技术[M]. 北京：国防工业出版社，2009. 2.

陈 洋（1979—），男，江苏无锡人，2002年毕业于华中科技大学应用电子技术专业，本科，主要从事集成电路测试工作。

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

作者简介：

收稿日期：2015-8-12

中图分类号：TN407

文献标识码:A

文章编号：1681-1070（2016）02-0044-05