1、第27卷第6期增刊 2006年6月儀器儀表學(xué)報(bào)Chinese Journal of Scientific Instrument基于虛擬儀器的集成電路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)*馬憲民任鋒 (西安科技大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院 西安 710054摘要設(shè)計(jì)了一種集成電路的電特性參數(shù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),可測(cè)試24種專用集成電路。本系統(tǒng)充分利用GPIB總線技術(shù),實(shí) 現(xiàn)了測(cè)試儀器的遠(yuǎn)程控制。軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用LabWindows/CVI,可自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的采集、傳遞與處理。研究表明系統(tǒng)具有 快速的記錄儲(chǔ)存和計(jì)算分析產(chǎn)品質(zhì)量信息的特點(diǎn)。Design of the auto-test system for asic based o

2、n Vi technologyMa Xianmin Ren Feng (School of Electrical and Control Engineering,Xi"an University of Science&Technology,Xi'an 710054,ChinaAbstract A novel kind of Autotest system for ASIC is developed,it can test 24kinds of ASIC.The adoption of GPIB makes it possible tO control the inst

3、ruments remotely.The application software is developed in LabWindows/ CVI environment.This system can acquire,transport and calculate the data automatically,and generate the test reports.Experiment results show the proposed system has the feature of fast recording,displaying and analysis of the prod

4、uct quality information.Key words ASIC testing virtual instrument(VI GPIB LabWindows/CVI精確的、大量的獲取產(chǎn)品的質(zhì)量信息,快速的記錄、儲(chǔ) 1引 言 存、計(jì)算、分析質(zhì)量信息,最大限度地減少人為因素的 影響,為產(chǎn)品質(zhì)量分析者進(jìn)行科學(xué)決策提供真實(shí)、客觀 本測(cè)試系統(tǒng)可完成24種不同集成電路的多項(xiàng)電 的依據(jù)。特性參數(shù)測(cè)試,包括:靜態(tài)工作電流、放大倍數(shù)、低通截至頻率、輸出電壓、載波抑制比、跨導(dǎo)、工作頻率、噪聲 2系統(tǒng)總體方案系數(shù)、傳輸系數(shù)、帶寬、增益、隔離度等。由于目前這些集成電路模塊的測(cè)試方法主要依靠手工的方式完成,

5、 系統(tǒng)由工控計(jì)算機(jī)、主控制板、適配器(含被測(cè)器 檢測(cè)結(jié)果容易受到人的因素影響和限制。同時(shí),人工 件外圍電路等、通用儀器及連接電纜等構(gòu)成。使用過(guò) 的測(cè)試方法,檢測(cè)速度也較慢,不能適應(yīng)大批量快速檢 程中通用儀器全部接到主控制板上,測(cè)試不同集成電 測(cè)的要求。針對(duì)這種情況,本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了這套集成 路模塊時(shí),模塊通過(guò)相應(yīng)的適配器連接到主控制板,即 電路自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng),可完成整套集成電路模塊的自 可進(jìn)行測(cè)試。動(dòng)測(cè)試,大大提高了檢測(cè)的精度和效率。 考慮到被測(cè)24種集成電路的特性及測(cè)試系統(tǒng)的 系統(tǒng)以多種先進(jìn)的檢測(cè)儀器以及虛擬儀器技術(shù)為 復(fù)雜性,將24種集成電路分為3組,設(shè)計(jì)了3塊主控 基礎(chǔ),同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合

6、,在軟件支持下,自動(dòng)地完 制板,每塊主控制板對(duì)應(yīng)一組集成電路的測(cè)試。成數(shù)據(jù)的采集、傳遞與處理,物理特征提取與識(shí)別,以 所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體方案框圖如圖1所示。及多種分析與計(jì)算,它能夠不知疲勞的、客觀無(wú)誤的、*基金項(xiàng)目:陜西省教育廳產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目(05JCl9第6期增刊 基于虛擬儀器的集成電路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1783圖1系統(tǒng)總體方案框圖3硬件電路設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)的中央控制單元,選用研華牌工控機(jī)。 工控機(jī)通過(guò)GPIB總線控制儀器的輸出信號(hào)類型、量 程轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)讀出等功能;通過(guò)PCI數(shù)據(jù)采集卡控制主 控板上的測(cè)量通道選擇和切換。工控機(jī)通過(guò)軟件完成 測(cè)量數(shù)據(jù)的處理、分析、存儲(chǔ)和邏輯判斷等任務(wù)。內(nèi)含有測(cè)試所需的測(cè)

7、量切換電路。主要完成通用 儀器組的綜合接人、適配器的連接、測(cè)量通道選擇和切 換功能,特點(diǎn)如下:(1全部通用儀器的輸入輸出通道都直接與主控 板上的儀器連接端子相連,這里采用BNC接頭。測(cè)量 通道由儀器連接端子經(jīng)過(guò)主控板,到適配器的連接端 子,再通過(guò)適配器連接到被測(cè)模塊。主控板上只有一 個(gè)適配器連接端子,采用一個(gè)37芯接口。因?yàn)槊總€(gè)適 配器都具有一個(gè)固定的ID號(hào),所以插接哪個(gè)適配器, 工控機(jī)可自動(dòng)識(shí)別。(2測(cè)量通道切換采用信號(hào)繼電器陣列實(shí)現(xiàn):用程 序控制PCI-DIO卡輸出一組開(kāi)關(guān)量,經(jīng)過(guò)鎖存器來(lái)驅(qū) 動(dòng)信號(hào)繼電器陣列,實(shí)現(xiàn)通用儀器組接口與適配器接 口的通斷,從而打開(kāi)和關(guān)閉不同的測(cè)量通道。硬件設(shè) 計(jì)

8、上不考慮與具體芯片的連接,軟件根據(jù)所識(shí)別的芯 片來(lái)控制測(cè)量通道的選通。(3在主控板上,PCIDIO卡連接端子為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 的DB37接口,和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的DIP40接口,通過(guò)線纜連 接安裝在工控機(jī)PCI擴(kuò)展槽中的PCIDIO卡,提供主 控制板與工控機(jī)連接的數(shù)字I/0通道。用于工控機(jī)與主控板的連接,完成工控機(jī)對(duì)測(cè)試 通道的控制切換。它是測(cè)試軟件與測(cè)試電路進(jìn)行信息 交流的紐帶,安裝在微機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)PCI擴(kuò)展槽中,并配有 相應(yīng)的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,接口設(shè)備通過(guò)37芯總線電 纜與主控板連接。利用采集卡的4路數(shù)據(jù)輸入完成對(duì) 適配器ID的識(shí)別,利用32路數(shù)據(jù)輸出控制信號(hào)繼電 器陣列,實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試通道的切換控制。本系統(tǒng)采

9、用凌 華的PCI一7200采集卡。每個(gè)被測(cè)集成電路模塊都配有一個(gè)專門的適配 器。適配器內(nèi)含有測(cè)試所需的外圍電路,有一個(gè)與主 控制板連接的37芯接口,還裝有安裝集成電路的針 床。每個(gè)適配器都分配有一個(gè)ID號(hào),用于被工控機(jī) 識(shí)別。根據(jù)被測(cè)集成電路模塊,選擇能夠滿足測(cè)試要求 的儀器,構(gòu)成通用儀器組。作為測(cè)試激勵(lì)或測(cè)試響應(yīng) 的儀器,均應(yīng)考慮既定的程控對(duì)象,大多述測(cè)試儀器的 程控對(duì)象有:量程、頻段或頻率設(shè)置、輸出電平、調(diào)制方 式、取樣或讀數(shù)速率等。因此,本系統(tǒng)使用到的儀器 有:數(shù)字萬(wàn)用表34401A,直流穩(wěn)壓電源3631A、3649A, 任意波形發(fā)生器33220A、33250A,示波器TDS7054、

10、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀35670A,網(wǎng)絡(luò)頻譜阻抗分析儀 4395A、噪聲系數(shù)分析儀N8973A等。作為程控儀器,應(yīng)能通過(guò)GBIP總線接收和識(shí)別 計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的指令,完成其相應(yīng)的遠(yuǎn)程控制和操作,以 虛擬儀器面版的方式進(jìn)行程控,實(shí)現(xiàn)既定的儀器功能, 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工面版操作方式,排除人為因素造成的 測(cè)量、測(cè)試誤差。本系統(tǒng)由于采用預(yù)先編制好的測(cè)試 程序,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試,大大提高了系統(tǒng)測(cè)試的可靠性和 效率。本系統(tǒng)采用研華的1670GPIB卡。GPIB接口卡 直接插在工控機(jī)的I/0擴(kuò)展槽上,工控機(jī)利用GPIB 接口卡,通過(guò)GPIB總線電纜與儀器組相連,在軟件的 支持下完成工控機(jī)對(duì)通用儀器組的控制以及測(cè)試數(shù)據(jù) 的傳輸。

11、4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)LabWindows/CVI是美國(guó)NI公司推出的一套面 向測(cè)控領(lǐng)域的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái),主要適用于各種測(cè)試、控 制、故障分析及信息處理軟件的開(kāi)發(fā),尤其是大型、復(fù) 雜的測(cè)試軟件,使用LabWindows/CVI開(kāi)發(fā)可以獲得1784儀器儀表學(xué)報(bào)第27卷測(cè)試系統(tǒng)軟件主要模塊包括系統(tǒng)自檢測(cè)模塊、通 用儀器組遠(yuǎn)程控制模塊、測(cè)試電路切換控制模塊、數(shù)據(jù) 處理模塊、適配器識(shí)別模塊、報(bào)表生成打印模塊等,如 圖2所示。廠甄藏訂自 檢 測(cè) 模 塊儀 器 控 制 模 塊測(cè) 試 電 路 切 換數(shù) 據(jù) 處 理 模 塊適 配 囂 識(shí) 別報(bào) 表 生 成 打印圖2程序結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)了被測(cè)模塊所需參數(shù),測(cè)試時(shí)只要

12、將模塊插到適配器上,在菜單中選中要測(cè)試的模塊型 號(hào),按下測(cè)試鍵,計(jì)算機(jī)屏幕上即可顯示出測(cè)試結(jié)果, 如圖3所示。程如下;使用ibdev函數(shù)找到并打開(kāi)GPIB連接;使用ibwrt函數(shù)向指定的設(shè)備發(fā)送命令和數(shù) 據(jù)塊;系統(tǒng)選用的凌華PCI一7200采集卡具有32路數(shù)據(jù) 輸出通道,直接可編程I/O控制,輸出一組32位的開(kāi) 關(guān)量,控制繼電器組的閉合。所用到的幾個(gè)主要函數(shù)如下:DO_7200一Config初始化;DO_WriteLine、DO-WritePort向板卡發(fā)送命令和 數(shù)據(jù)信息;Release_Card使用完后釋放內(nèi)存。5測(cè)試結(jié)果與結(jié)論一個(gè)濾波限幅放大器的測(cè)試記錄如表1所示。表1濾波限幅放大器測(cè)試

13、記錄 從表中可以看出,待測(cè)集成電路的測(cè)試結(jié)果符合 指標(biāo)要求,說(shuō)明產(chǎn)品合格。綜上所述,所開(kāi)發(fā)的專用集成電路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)24種專用集成電路模塊在常溫條件下的 技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試,以保證集成電路模塊的性能、 質(zhì)量和可靠性。本方案硬軟件均采用模塊化設(shè)計(jì),不但具有一定的設(shè)備通用性和可擴(kuò)充性,而且具有高可4。GPlB總線控制孽鑒. 磊性磊維護(hù)葚,i姜際工作;取籍。了夏菇的聶藁_庫(kù)對(duì)GPIB總線、GPIB板和GPIB儀器進(jìn)行控制。參考文獻(xiàn)GPIB/GPIB 4882函數(shù)庫(kù)提供了一組高層的通信控制函數(shù),不需要了解訪問(wèn)GPIB儀器、控制GPIB總線的 實(shí)現(xiàn)J.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2004,25(10

14、:底層協(xié)議,直接調(diào)用這些控制函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)GPIB 、,M,思線攔唰。利用GPIB函數(shù)庫(kù)進(jìn)行GPIB總線儀器控制的過(guò)京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001. 基于虛擬儀器的集成電路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者:馬憲民 , 任鋒 , Ma Xianmin, Ren Feng作者單位:西安科技大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院,西安,710054刊名:儀器儀表學(xué)報(bào) 英文刊名:CHINESE JOURNAL OF SCIENTIFIC INSTRUMENT年,卷(期:2006,27(z3被引用次數(shù):2次參考文獻(xiàn)(2條1. 曹菲 一種通用數(shù)字集成電路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 期刊論文-計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì) 2004(102.

15、張鳳均 LabWindows/CVI開(kāi)發(fā)入門和進(jìn)階 2001相似文獻(xiàn)(1條1.學(xué)位論文 任鋒 基于GPIB的專用集成電路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2007本課題來(lái)自于某軍工單位的專用集成電路入廠檢測(cè)項(xiàng)目,所檢測(cè)的五種專用集成電路是某型號(hào)導(dǎo)彈中的重要部件,為了保證質(zhì)量,在裝配前必須對(duì) 其主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試。傳統(tǒng)的手工操作測(cè)試方法,操作過(guò)程復(fù)雜,測(cè)試過(guò)程中容易引入人為誤差,不能滿足高速度、高精度、多功能的測(cè)試 要求,所以開(kāi)發(fā)一套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)勢(shì)在必行。本論文應(yīng)用測(cè)控領(lǐng)域先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)了一套專用集成電路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了測(cè)試通路自動(dòng)切換、自動(dòng)量程選擇、數(shù)據(jù)讀取、 記錄和處理、誤差修

16、正、自檢自校等功能。論文首先表述了課題的需求分析,介紹專用集成電路測(cè)試的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),本文研究的主要內(nèi)容及意義,然后闡述了課題相關(guān)的理論背景。接著 是測(cè)試系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)部分,詳細(xì)介紹了測(cè)試系統(tǒng)硬件的構(gòu)成,在熟悉待測(cè)件測(cè)試流程的基礎(chǔ)上,選用合理的檢測(cè)方法,選擇了適合的測(cè)量?jī)x器及板卡 ;設(shè)計(jì)了主控制電路板和適配器;根據(jù)GPIB總線結(jié)構(gòu)建立了檢測(cè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)。然后是軟件設(shè)計(jì),把測(cè)試系統(tǒng)軟件劃分為幾個(gè)功能模塊,闡述各模塊的 作用及實(shí)現(xiàn)思路;對(duì)選用的測(cè)量?jī)x器選擇適合的程控指令,設(shè)計(jì)自動(dòng)測(cè)試流程,以LabwindowsCVI為平臺(tái),編寫(xiě)測(cè)試設(shè)備的專用軟件。系統(tǒng)由于采用了 抗干擾技術(shù),從而提高了抗干擾能力,減小了系統(tǒng)誤差。經(jīng)過(guò)硬件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào),證明該系統(tǒng)測(cè)試準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、自動(dòng)化程度高、抗干擾能力較強(qiáng),它改變了原來(lái)測(cè)試系統(tǒng)中各臺(tái)儀器獨(dú)立使用、手 動(dòng)操作、人工記錄數(shù)據(jù)、自動(dòng)化程度較低的狀態(tài),縮短了測(cè)試時(shí)間,提高了測(cè)試效率,使