基于测试系统控制示波器实现模拟信号测试方法

杜元勋

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡214035）



基于测试系统控制示波器实现模拟信号测试方法

杜元勋

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡214035）

摘要：现在的集成电路测试系统虽然具备较高的技术指标，但仍然有一些数字、模拟和数模混合电路的参数指标超出其测试能力范围。在新品验证阶段要实现功能与参数的全覆盖测试，难度大而且成本高。通过测试系统与仪器仪表相结合的方式来实现功能与参数的测试验证是一种比较好的解决方法。主要介绍如何使用TR6800测试系统通过GPIB接口控制示波器来实现VCO器件参数测试的方法。

关键词：测试系统；示波器；GPIB接口

1　引言

集成电路测试[1]在IC行业中具有举足轻重的地位，随着集成电路规模的不断发展，其相应的技术指标也在进行不断的升级。随着系统时钟频率的不断提高，测试系统所提供的驱动信号无法达到较高的幅度。目前国内的高端主流测试设备有美国Teradyne公司生产的UltraFlex系列，德国Advantest公司生产的93K系列，但这些公司生产的测试系统主要面向高速大规模数字集成电路，以及高速、高精度的ADC/DAC系列数模混合电路，其相应的价格一般比较昂贵。对于小规模的测试公司而言，一般都无力购买。而一般的国产测试系统在面向低端集成电路测试方面存在较大的成本优势，同时也存在一定的局限性，如台湾德律公司生产的TR6800系列测试系统，对测量三角波的频率、模拟信号的峰-峰值等方面就存在弊端。而对于类似VCO类型的电路，具有较宽正负工作电源电压范围、输出信号幅度较大、测试精度要求高等技术指标特点，要实现参数的精确测试有一定的难度，如果采用TR6800测试系统通过GPIB接口控制示波器就可实现对上述指标的测试，实现起来较为容易，且成本低，既适用于产品验证分析，也适用于生产测试。本文主要以一款VCO集成电路为例来介绍其实现方法。

2　工作原理

本例所选取的这款VCO器件的测试原理图如图1所示。该款器件具有正负工作电源，既可以采用单电源工作模式，也可以采用双电源工作模式。无论采用哪种工作模式，都只是对输出的方波和三角波进行测试。采用本文所介绍的测试方法均可以实现正确的测试，本文主要以双电源工作模式进行介绍。

图1　测试原理图

器件的正常工作电压范围为±4 V～±13 V，当器件的正、负电源正常上电以后，在输入管脚A和管脚B施加一定的电压值，并通过R1、R2、R3、R4管脚选取不同的电阻后，在SWO管脚可以观测到峰-峰值在7～26 V之间、频率在0.01 Hz～1 MHz之间的方波信号，信号波形如图2所示。在TWO管脚输出峰-峰值在3～13 V之间，频率与方波一致的三角波信号，信号波形如图3所示。下面主要介绍如何实现该方波信号和三角波信号的频率和峰-峰值的测试方法。

图2　输出方波

图3　输出三角波

3　测试原理

该类型器件的工作原理比较简单，只要提供一定的电源工作电压和输入管脚的控制电平，就可以让器件处于正常工作状态。TR6800测试系统所配备的PVC和OVC资源就可以轻松实现，而重点所要关注的是将示波器显示的波形数据通过GPIB接口线进行采集，然后通过测试系统处理后进行输出显示，再进行判断，从而实现自动测试的目的。其测试连接示意图如图4所示。

图4　测试连接图

4　实现测试的方法

4.1硬件和软件资源配备

TR6800测试系统要实现对示波器的自动控制，必须具备GPIB接口卡。本文采用的是NI公司生产的PCI GPIB接口卡，与其相对应的是NI GPIB-488.2 V1. 70驱动软件，当然还要配备一台具有GPIB接口的TDS1012型示波器。

4.2通信连接确认

具备4.1所描述的硬件和软件资源后，测试系统与示波器之间的通信只需要一根GPIB的连接线就能实现。为了确认两者之间能够正常通信，保证后续的正常调试，所以需要先进行测试系统主机与外围仪器通信连接状态确认。这只需要简单的3个步骤即可，分别如下所示。

步骤一：打开Measurement & Automation软件，选择设备和接口；

步骤二：点击左上角绿色的设备和接口中的GPIB （PCI-GPIB）；

步骤三：在下面的属性框中会显示与测试系统主机已连接的仪器名称，表示所用到的仪器可以与测试系统主机进行正常通信。如果测试系统主机与仪器之间的通信连接断开，在属性框中则没有显示内容。

4.3测试软件编写

对于在测试系统软件中一些能够让器件正常工作的资源分配、电压设置等语句在这就不作介绍，只要按照集成电路测试方法，首先对GPIB控制示波器的地址以及一些变量等进行如下定义：

int iN5767 = 0;

int iTDS1012 = 0;

int iReadCount = 0;

int iN5767Addr= 5;

int iTDS1012Addr= 9;

char ReadMsg[256];

对示波器的控制语句进行如下编写：

iN5767 = Gpib_Init(iN5767Addr);

Gpib_Write(iN5767, "*IDN?");

Gpib_Read(iN5767, ReadMsg, 255, &iReadCount);

DebugOut(ReadMsg);

Delay(0.1);

iTDS1012 = Gpib_Init(iTDS1012Addr);

Gpib_Write(iTDS1012, "*IDN?");

Gpib_Read (iTDS1012, ReadMsg, 255, &iRead Count);

DebugOut(ReadMsg);

对示波器进行复位和状态开启等语句需要进行如下编写：

Delay( 0.01);

Gpib_Write(iN5767, "*RST");

Delay( 0.01);

Gpib_Write (iN5767, "SOUR:CURR:IMM:AMPL 5.0");

Delay(0.02);

Gpib_Write(iN5767, "VOLT:IMM:AMPL 12.0");

Delay( 0.05);

Gpib_Write(iN5767, "OUTP:STAT ON");

Delay( 0.1);

Gpib_Write(iTDS1012, ":ACQ:STATE ON");

Delay( 0.01);

Gpib_Write(iTDS1012, "*CLR;"); Delay( 0.01);

Gpib_Write(iTDS1012, "*CLS;"); Delay( 0.01);

Gpib_Write(iTDS1012, "*OPC"); Delay( 0.01);

对于所要关心的输出信号进行采样，需要对其连接到示波器的通道号进行如下选择：

Gpib_Write(iTDS1012, ":SELECT:CH1 ON");

Delay( 0.01);

Gpib_Write(iTDS1012, ":MEASU:IMM:SOU CH1; ");

Delay( 0.01);

根据信号输出的幅度大小设置示波器电压显示的scale；

Gpib_Write (iTDS1012, "CH1:PROBE 1;POS 0; VOLTS 2.0;COUPLING DC;BANDWIDTH ON" );

Delay( 0.01);

根据信号输出的频率设置示波器周期显示的scale；

Gpib_Write (iTDS1012, "HOR:MAIN:SCALE 50e-6" );

Delay( 0.01);

Gpib_Write (iTDS1012, "TRIG:MAIN:MODE AUTO;" );

Delay( 0.01);

设置所要采集的信号数据类型进行如下设置，其中PK2PK为选择采集信号的峰-峰值，并将其赋给ReadVpp变量；

Gpib_Write (iTDS1012, ":MEASU:IMM:TYP PK2PK;");

Delay( 0.01);

Gpib_Write (iTDS1012, ":MEASU:IMM:VAL?; UNI?;");

Delay( 0.5);

Gpib_Read (iTDS1012, ReadVpp, 255, &iReadCount);

实现对输出信号的频率进行采集需要进行下面的语句设置，并将其赋给ReadFreq变量；

Delay( 0.01);

Gpib_Write (iTDS1012, ":MEASU:IMM:TYP FREQ;");

Delay( 0.01);

Gpib_Write (iTDS1012, ":MEASU:IMM:VAL?; UNI?;");

Delay( 0.2);

Gpib_Read (iTDS1012, ReadFreq, 255, &iReadCount);

DebugOut(ReadFreq);

在数据采集完成后，为了不影响后续的其他控制操作，需要将示波器的开启状态进行关断；

Delay( 0.01);

Gpib_Write(iN5767, "OUTP:STAT OFF");

Gpib_Write(iTDS1012, ":SELECT:CH1 OFF");

从GPIB接口采集来的数据一般是字符型的，需要对其进行转换，如下面的语句分别将转换后的数值赋给相应的电压和频率变量，以供测试系统软件进行处理，以达到对数据结果进行比较判断、从而实现自动测试的目的。

VPP=atof(ReadVpp);

FOSC=atof(ReadFreq)

4.4注意事项

通过GPIB接口对示波器进行控制，需要给予一定的响应时间，以免出现不能正确控制示波器的现象，或采集数据不稳定的情况。

为了从示波器中获取更稳定的数据，可以在程序中增加耦合方式、偏置、带宽等条件设置。大部分的模拟或数模混合器件，需要测试的参数类型多样，为了既要达到测试的稳定性，又可以缩短测试时间，提高测试效率，将相同类型的控制操作放在一起，尽量减少对示波器配置的重复操作。

5　结束语

通过测试系统控制示波器的方式，可以实现多种类型器件的测试。单一的测试系统需要配备足够多的资源才能实现，而大多数国产测试设备，甚至国外的一些测试系统即使配有相应的资源，由于存在诸多条件限制，根本无法实现或达到理想的测试结果。

采用本文介绍的测试方法，除了可以实现简单的模拟信号测试外，如果外加其他的仪器仪表，如频谱仪、信号源或更高端的示波器等，可以实现更复杂器件的测试。除了所介绍的峰-峰值、频率测试之外，其他较为常见的参数项，如上升/下降时间、脉宽、偏置、延迟等都可以实现测试，且只需在测量类型中进行更换即可，方便直观，远比一些高端的模拟测试系统使用更为灵活便捷。

参考文献：

[1]雷绍充，邵志标，梁峰，编著.大规模集成电路测试[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2] Williams T W. VLSI Testing[M]. Elsevier Science Publishers B.V.1986.

杜元勋（1978—），男，江苏新沂人，工程师，现在中国电子科技集团公司第58研究所从事集成电路测试工作。

Test Method of Analog Signals Based on TR6800 Controls OSC

DU Yuanxun
（China Electronics Technology Group Corporation No.58 Research Institute, Wuxi 214035,China）

Abstract：This days, most of test systems have highly performance, but many specs of the digital or analog IC beyond the ability of the test systems. It's very difficult and expensive to get fully tests for functions and parameters during the stage of a new production. A better method by using instruments connect with the test systems can solve the problems. The paper is mainly to introduce how to use the TR6800 test system controls the OSC with the GPIB interface to achieve testing parameters of VCO.

Keywords:test system; oscilloscope; GPIB interface

作者简介：

收稿日期：2015-12-15

中图分类号：TN 407

文献标识码：A

文章编号：1681-1070（2016）04-0009-04