您的当前位置:首页正文

模拟集成电路测试仪的设计

来源:好兔宠物网
第35卷第6期 Vo1.35 No.6 井冈山大学学报(自然科学版) 2014年11月 Nov.2014 Journal of Jinggangshan University(Natural Science) 70 文章编号:1674-8085(2014)06—0070:07 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) 摘要: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。 关键词:模拟集成电路;芯片测试;单片机;液晶显示器 中圈分类号:G 642.423 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1674.8085.2014.06.015 DESIGN oF THE TEST INSTRUMENT FoR ANALoG INTEGR ED CIRCUIT ’XIE Yi-jian,CHEN Yue dong r(nnhui Polytechnic University,Anhui Key Laboratory ofElectric Drive and Control,Wuhu,Anhui 241000,China) Abstract:In view of the teaching experiment in school,an analog integrated circuit tester is designed.Using the micro controllre 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. Key words:analog integrated circuit;chip test;micro controller unit(MCU);LCD. 一个重要参数,但在实际测量中,除了输入和输出 引言 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 在信息化时代,以集成电路技术支撑的电子信 试法和交流测试法,很好的解决了故障诊断问题, 息系统已成为电子信息化发展的根基和关键技术。 并能判断电路的功能是否正常。 随着数字电路的发展,其在现代信息技术中的优势 现有的集成电路检测仪大多数都是数字电路 得到了充分体现,应用越来越广。关于数字电路的 检测仪,模拟电路检测仪比较少,针对学生实验经 测试技术也随其应用得到充分发展,并且由于数字 常用到的O809,0832,2114,3524,LM324和LM347 电路模型相对简单,因此,数字电路测试仪是比较 等几种芯片的专门检测仪更是基本没有,因此开发 常见的【l】。由于模拟电路的输入和输出都是连续的 一种针对这几种常用芯片的测试仪是很有必要的。 变化量,而且电路中元件的参数是连续量,同时各 本文介绍了一种模拟集成电路测试仪可用于检测 元件具有容差,这使得故障模型模糊化、复杂化, 这六种芯片的正常与否【3】。 难以进行简单的量化。最后,电流是模拟电路中的 收稿日期:2014-03-28;修改日期:2014-07—18 基金项目: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I ̄1(AH201310363005). 作者简介l・谢义建099o-),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). 井冈山大学学报(自然科学版) 7l 1测试仪硬件设计 2114测试电 路 II数字量L0832 ̄!试电 l 输入卜 _ 路 ..............._一J 。。 。。模拟量 ‘L。‘ ‘。M。。‘‘。。3。。。‘2。‘。。。。4。’。。’ ̄。’,i。 J’—— 输入 LM347钡Ⅱ试 MAX197模数 按键 转换器 89C55 液晶显示器 模拟量 3524测试电 单片机 输入 路 模拟量 o8o9 ̄Y试电 输入 路 图1测试仪结构框图 Fig.1 Structure diagram oftester 模拟集成电路测试仪结构框图如图1所示,该 测试芯片和复位测试电路。指示灯电路为6个发光 测试仪包括:单片机、按键电路、液晶显示电路、 二极管,分别接于单片机P2.0 ̄P2.5口,当选中某 指示灯电路和6种芯片测试电路。测试该芯片的电 个测试芯片时,该芯片对应的指示灯亮起。 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。 函2单片机的输入输出接口图 1.1 CPU的选择 Fig.2 MCUinput/outputintcrfac ̄ 采用Atmel公司的8位单片机89C55作为主 CPU[41,单片机输入输出接口图如图2所示,液晶 1.2模数转换器MAX197 显示电路连接于单片机的P0输出端,用于显示单 MAX197无需外接元器件就可独立完成A/D 片机的检测结果(OK或者NO)。按键电路包括选 转换功能。它可分为内部采样模式和外部采样模 择芯片按钮、确认按钮和复位按钮,分别接于单片 式,采样模式由芯片的控制寄存器D5位决定。 机P1.0、P1.1和P1.2口,用于选择测试芯片、确认 MAX197在本测试仪中的连接如图3所示。 72 井冈山大学学报(自然科学版) 28 ●一 刀R RD CS 丑 T DoND AaND REFADJ l ●一 25 +5V CLlc D? 袋皇F SliDN HB丑f D6 D5 D4 Cl疗 CI 5 D暑 )ll D2,D工O e舅【5 ClI幡 一一一~一一~一~ 盟』2』呈J 寸oIlf J 22J暑;一丝。J r” Dl D9 DO D8 VDD Clj3 Cl重2 Clll Cl帕 五匹岛Ⅺ97ACNI 图3 MAX 197管脚图 Fig.3 MAX197 pin drawing 1.3基准源电路 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~l8 V的任意值。本测试仪中 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5V,由以MAX875为核心的基准电路提供,电 路图如图4所示。 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 MAX875是一种能提供精准5 v基准电压的模 或非门、或门一起构成控制端,如图5所示。 UlOA ●LSj 图4基准源MAX875 Fig.4 MAX875 reference SOllrces 图5 138控制图 Fig.5 138 control chart 图中A10、All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, 构成2ll4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。 /CS4为0832控制端,/CS5和74LS32 74 井冈山大学学报(自然科学版) 输入直流电压U1从l5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 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 其他部分作为电源,+5 V也可从l6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 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 脉冲的形式送到双稳态触发器及或非门;另一路以 而改变宽度的方波脉冲,再将此方波脉冲送到或非 三角电压的形式送到比较器的一个输入端。误差放 门的另一个输入端。最后在输出晶体管1和2上分 大器实际上是一个差分放大器,它有两个输入端: 别出现二串宽度变化相同但相位相隔180。的脉冲。 1脚为反相输入端;2脚为正相输入端,这两个输 3524测试原理图如图l0所示。 p 眦 图10 3524测量原理图 Fig.10 3524 measuring principle diagram 3524的测试主要是根据它的芯片原理搭接以 模拟输入通道与地址对照表如表2所示。 上电路图,通过测量输出端电压值,来判定芯片的 表2模拟输入通道与地址码对照表 正常与否。 Table 2 Analog input channel and address table 2.2 0809的测试电路 模拟量输入通道 地址码CBA 0809的管脚功能表如表1所示。 INO 000 表1 ADC0809功能表 INl O01 lble 1 Pinfunctiontable 管脚号 符号 功能 IN2 Ol0 26,27 ̄28,1,2,3,4,5 IN0.IN7 8个模拟量输端 IN3 Ol1 6 START 启动AD转换 IN4 1OO 7 E0C 转换结束信号 9 OE 片选端 . IN5 . 101 1O CLOCK 外部时钟脉冲输入端 IN6 110 12。16 V ̄F(+)VRER(-) 电源 13 GND 接地端 IN7 , ll1 17,14,15,8,18,19,20,21 D0—D7 数据输入端 22 ALE 地址锁存信号 23,24,25 C,B,A 地址输入端 井冈山大学学报(自然科学版) 75 0809测试电路图如图11所示。 +5V U6 +_5V . LE 10 r_ 日Dl= UL置 CLK 1r-■■■■■■■■■■●■■■■■■■■■■一 ADC0E9 gT蛆T 0E 26 27 工N0 D0 28 】 1 D1 卫 2 】 l48 1 D2 卫H3 D3 1oK 2 3 卫N|4 D4 4 】 5 D5 5 卫H_6 D6 卫H7 D? 7 p25 U D pL EoC DD B 卫 ._ 12 自f  U D C 16 虬E R卫 r- 二] 13 a1.1钔D .:吾=_ 筮一矗DCO8091q" 图1l 0809测试原理图 Fig.1 1 0809 testing schematic diagram 给0809的八个模拟量输入端输入一个相同的电 的差值在0809转换的误差之内,则芯片正常,否则 压值,经过单片机送控制信号,使A、B、C三个端 出错。 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 3测试仪软件设计 片机中预存的标准值进行比较。如果返回值和标准值 要 图12软件流程图 Fig.12 The flow chart ofsoftware 测试软件流程图如图l2所示。以LM324测试 如果芯片正常,最后芯片输出电压值应与输入值相 为例具体说明。如图13所示为LM324测试电路, 等。l4管脚的输出值通过模数转化器MAX197转 通过改变可变电阻器的阻值调节输入LM324的电 换后,变成数字量送入单片机,与单片机中预存的 压值的大小。芯片中四个放大器通过电阻和导线相 正确值相比较,如果一致则芯片正常;否则,芯片 连成一个整体的放大器,输入电压通过此放大器处 出错。其余5种芯片也均有一个能够实现其功能的 理后,输出一定电压值。图中R11至R14,R17至 电路,通过在单片机中对接收到的数据进行验证比 R20都设成10 K,即每个运放都变成一个跟随器, 较测试出芯片的正常与否【5】。 76 R11 井冈山大学学报(自然科学版) R14 图l3模拟集成电路测试仪中的LM324测试电路 Fig.13 LM324 testing circuit in analog integrated circuit tester 4 实验兰占果 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 Table 3 The experimentaltesting result 测试芯片. ADC0809 测试组数 第一组 第二组 第一组 预期电压值 5V 5V 5V 5V 实际电压值 4.89V 市场模拟测试仪 4.81V 4.75V 4.87V 实验测试结果 oK(正常) NO(不正常1 4.65V 4.96V 2.81V OK(正常) NO(不正常) SG3524 第二组 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 数字工程.2004。32(5):57.60. Rajsuman R.Can IC test learn from how a tester is tested[C].Pro—ceedings Intenatrional Test Conference. 2002:l1 86.1 190. 差范围之内,芯片能正常工作;第二组数据超出误 单片机原理及接口技术[M].3版.北京:北京航 [4】 李朝青.差范围,不能正常工作。同理可得,使用SG3524 来产生稳定的5V基准电压,误差范围为±0.1,第 一空航天大学出版社,2005:80.90. M】.4版.北京:高 [5】 华成英,童诗白.模拟电子技术基础[等教育出版社,2006:107—134. actices in mixed.signal [6] AbdennadherS。Shaikh S A.Prand RF I(2 tesitng[J】.IEEE Desin&Tesgt ofComputers, 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。 2007.24:332.339. 5 结束语 设计了一款针对实验室常用的模拟芯片检测 StopjakovaV, ManhaeveH, SidiropulosM. On—chip transient current monitor for testing of low-voltage CMOS Ic[c].Proceedings on Desin,Autgomation and Test in Europe Conference and Exhibition1999.1999: 538.542. 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 Rajsuman R.Can IC test learn from how a tester is tesaed[C】.Proceedings International Test Conference. 2002:l l86.1 190. 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。 柯璇,肖运红,张绪宽.试析新型IC智能测试仪的原理、 结构及其使用方法[J].高等函授学报:自然科学版,2003, 16(4):43-45. 邝继顺.数字集成电路电流测试技术研究[D】.长沙:湖南 大学,2004. 统一混沌系统的电路设计[J].井冈山大学学报 [11】 刘明华.自然科学版,2012,33(4):57.60. 参考文献: [1]Abdennadher S,Shaikh S A.Practices in mixed-signal and RF IC testng[iJ].IEEE Desin&Tesgt fComputoers. 2007,24:332-339. [1 o] [2】 余强.模拟电路测试方法的研究与实现[J】_计算机与 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容