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基于虚拟仪器技术的混合集成电路测试系统的设计与实现
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摘 要：设计了一种基于虚拟仪器技术的混合集成电路的性能参数自动测试系统。简要介绍了测控系统的总体设计方案和基本的硬件配置结构，详细介绍了此系统在LabWindows/CVI开发环境下的软件设计方法和功能实现。本系统充分利用GPIB总线技术和RS232总线技术，具有很好的可控性和通用性。
关键词：集成电路测试；虚拟仪器；GPIB总线；测试数据库
Design of the Test System for Multi-ICs Based on VI Technology
XIE Guohong, WANG Lei, WU Jiduo
(Sino German College, Tongji University, Shanghai 200092, China)
Abstract: A kind of test system for multi-ICs based on VI technology was developed. The design scheme and the hardware configration of the testing system and the software design method in LabWindows/CVI were introduced in deteail. The adoption of GPIB and RS232 has greatly developed the controland universality of the test system.
Key words: IC testing; virtual instrument; GPIB bus; test database
混合集成电路性能参数测试系统主要为检测集成电路芯片是否符合出厂参数而设计。本测试系统可完成八种不同集成电路多项性能参数测试，包括：工作电流、工作电压、载波抑制比、跨导、工作频率、噪声系数、传输系数、带宽、增益、隔离度等。同时对测试参数进行统计、分类及打印，并根据出厂参数对集成电路是否合格进行自动判别。
测试仪器采用一台示波器就可以满足所有波形显示要求，一台网络频谱阻抗分析仪可以满足所有带宽、频谱测试要求。同时，信号源应具有良好的可控性、高精度、低噪声和优良的调整性能。
1测试系统的总体方案设计及基本的硬件配置
在本系统中，测试信号源的电压电流值在30V/50mA以下，频率在300MHz以下，直流电源采用Agilent的E3631A，另一信号源采用Tektronix的任意波形发生器AWG2021。测试仪器采用Agilent的HP4395A网络频谱阻抗分析仪、HP34401A数字万用表、N8973A噪声系数分析仪［1］。这些仪器都具有GPIB通讯接口。同时，为了完成仪器的控制和不同集成电路的自动识别，分别采用GPIB总线技术和RS232总线技术。GPIB实现仪器控制、测试控制和测试数据的传输，RS232实现对集成电路的选择。
硬件系统由工控计算机、信号源、测试设备、测试工作台、集成电路适配器插座、连接电缆和控制总线组成，并设计统一的插座接口，基本硬件结构如图1所示。
测试过程中，通用仪器全部连接到测试工作台上，测试不同的集成电路选用相应的适配器插座即可，具体功能实现如下：
(1)全部仪器通过GPIB总线接入到工控机，由工控机完成系统控制(仪器的初始化和参数设置等)和集成电路性能参数的测量；
(2)工控机的一路RS-232通信接口连接到测试台，用于测试台内部的测试电路的切换；同时RS-232通信接口经过测试台连接到适配器插座上，用于控制适配器内部电路的切换。
(3)适配器插座：每个被测集成电路都配备有一个专门的测试适配器，适配器上配备有测试插座。适配器内含有测试所需的外围电路和必要的测量切换电路，每个适配器都具有一个固定的ID号，即具有一个识别号，以便于RS-232总线控制和切换。
2测控系统的软件设计
2.1软件开发平台
LabWindows/CVI是National Instrument公司推出的交互式C语言开发平台，是一种32位开放性开发系统，它可以直接兼容多种形式的C/C++代码，提供系统开发的函数代码框架，具有动态数据交换、对I/O的操作以及对C／C++代码直接调用等功能［2］。
2.2软件模块及功能实现
在应用LabWindows/CVI进行应用程序的开发过程中，通常在开发环境中设计一个用户接口，实际就是在用户计算机屏幕上定义一个函数面板(软面板)。它由程序开发者所定义的控件(如旋钮、菜单项、刻度盘、开关等)所组成，用户选择这些控件时就可以产生一系列用户接口的消息，我们把这些消息称为事件。例如，当用户单击一个面板控件时即获得发生事件的面板句柄和控件ID号，并传递给相应的C++应用子程序，从而实现相应的用户功能［3］。这其中主要应用了Windows编程中的事件驱动机制。LabWindows／CVI中对事件的处理方法也有两种，即回调函数法和事件循环处理。我们在该测控程序中主要采用回调函数法。回调函数法是开发者为“软面板”上的控制项编写的一个独立函数，当选中某一个控制项时，就调用相应函数对此事件进行处理。本测试软件功能的实现主要通过主程序控制模块调用相应的子程序实现，子程序主要包括信号源控制、测试数据采集及处理和结果分析等。具体的软件结构如图2所示。
2.3软件采用的关键技术
(1)GPIB总线控制模块
LabWindows/CVI中的GPIB函数库可以实现打开和关闭GPIB设备、总线配置、I/O读写、GPIB设备控制、总线控制等功能。GPIB函数库既包含了上层函数又拥有底层函数。上层函数不需要访问相应的底层协议就可以实现总线控制，但其功能有限；而底层函数可以更为灵活的控制总线，但是需要了解相应的底层协议。在本系统中，所采用的测控仪器都具有GPIB通讯接口，通过三个主要的函数来实现仪器间的通讯和控制：
(2)测试数据的存储和处理模块
测试数据的存储和处理通过LabWindows/CVI SQL Toolkit来实现。LabWindows/CVI SQL Toolkit是一个用来访问数据库的软件包，集成电路测试数据以二维表的形式存储在数据库管理系统中，然后进行数据的分析和处理，与集成电路的出厂测试数据进行比较并自行判断被测集成电路是否合格。
同时集成电路的出厂测试数据保存在记事本文件中，以便从软件界面中很方便的打开供测试人员进行初步的判断：
3结束语
综上所述，所开发的混合集成电路测试系统可以实现集成电路性能参数的测试和判别，而且具有很好的可维护性、可理解性和可靠性。软件设计中采用了数据库和格式文本来描述被测设备的数学模型，从而实现了检测设备与被测设备的分离，极大的提高了系统的通用性。
参考文献
［1］the Measurement and Automation Catalog 2004［Z］.National Instruments,2004.
［2］张毅刚，乔立岩，等.虚拟仪器软件开发环境LabWindows/CVI6.0［M］.北京：机械工业出版社，2002.
［3］刘亚.虚拟仪器的构建技术［J］.计算机自动测量与控制，1997，7(3)：41-43.
作者：谢国鸿，王 磊，吴纪铎(同济大学中德学院，上海200092) 来源：仪表技术
关键词：集成电路测试；虚拟仪器；GPIB总线；测试数据库
Design of the Test System for Multi-ICs Based on VI Technology
XIE Guohong, WANG Lei, WU Jiduo
(Sino German College, Tongji University, Shanghai 200092, China)
Abstract: A kind of test system for multi-ICs based on VI technology was developed. The design scheme and the hardware configration of the testing system and the software design method in LabWindows/CVI were introduced in deteail. The adoption of GPIB and RS232 has greatly developed the controland universality of the test system.
Key words: IC testing; virtual instrument; GPIB bus; test database
混合集成电路性能参数测试系统主要为检测集成电路芯片是否符合出厂参数而设计。本测试系统可完成八种不同集成电路多项性能参数测试，包括：工作电流、工作电压、载波抑制比、跨导、工作频率、噪声系数、传输系数、带宽、增益、隔离度等。同时对测试参数进行统计、分类及打印，并根据出厂参数对集成电路是否合格进行自动判别。
测试仪器采用一台示波器就可以满足所有波形显示要求，一台网络频谱阻抗分析仪可以满足所有带宽、频谱测试要求。同时，信号源应具有良好的可控性、高精度、低噪声和优良的调整性能。
1测试系统的总体方案设计及基本的硬件配置
在本系统中，测试信号源的电压电流值在30V/50mA以下，频率在300MHz以下，直流电源采用Agilent的E3631A，另一信号源采用Tektronix的任意波形发生器AWG2021。测试仪器采用Agilent的HP4395A网络频谱阻抗分析仪、HP34401A数字万用表、N8973A噪声系数分析仪［1］。这些仪器都具有GPIB通讯接口。同时，为了完成仪器的控制和不同集成电路的自动识别，分别采用GPIB总线技术和RS232总线技术。GPIB实现仪器控制、测试控制和测试数据的传输，RS232实现对集成电路的选择。
硬件系统由工控计算机、信号源、测试设备、测试工作台、集成电路适配器插座、连接电缆和控制总线组成，并设计统一的插座接口，基本硬件结构如图1所示。
测试过程中，通用仪器全部连接到测试工作台上，测试不同的集成电路选用相应的适配器插座即可，具体功能实现如下：
(1)全部仪器通过GPIB总线接入到工控机，由工控机完成系统控制(仪器的初始化和参数设置等)和集成电路性能参数的测量；
(2)工控机的一路RS-232通信接口连接到测试台，用于测试台内部的测试电路的切换；同时RS-232通信接口经过测试台连接到适配器插座上，用于控制适配器内部电路的切换。
(3)适配器插座：每个被测集成电路都配备有一个专门的测试适配器，适配器上配备有测试插座。适配器内含有测试所需的外围电路和必要的测量切换电路，每个适配器都具有一个固定的ID号，即具有一个识别号，以便于RS-232总线控制和切换。
2测控系统的软件设计
2.1软件开发平台
LabWindows/CVI是National Instrument公司推出的交互式C语言开发平台，是一种32位开放性开发系统，它可以直接兼容多种形式的C/C++代码，提供系统开发的函数代码框架，具有动态数据交换、对I/O的操作以及对C／C++代码直接调用等功能［2］。
2.2软件模块及功能实现
在应用LabWindows/CVI进行应用程序的开发过程中，通常在开发环境中设计一个用户接口，实际就是在用户计算机屏幕上定义一个函数面板(软面板)。它由程序开发者所定义的控件(如旋钮、菜单项、刻度盘、开关等)所组成，用户选择这些控件时就可以产生一系列用户接口的消息，我们把这些消息称为事件。例如，当用户单击一个面板控件时即获得发生事件的面板句柄和控件ID号，并传递给相应的C++应用子程序，从而实现相应的用户功能［3］。这其中主要应用了Windows编程中的事件驱动机制。LabWindows／CVI中对事件的处理方法也有两种，即回调函数法和事件循环处理。我们在该测控程序中主要采用回调函数法。回调函数法是开发者为“软面板”上的控制项编写的一个独立函数，当选中某一个控制项时，就调用相应函数对此事件进行处理。本测试软件功能的实现主要通过主程序控制模块调用相应的子程序实现，子程序主要包括信号源控制、测试数据采集及处理和结果分析等。具体的软件结构如图2所示。
2.3软件采用的关键技术
(1)GPIB总线控制模块
LabWindows/CVI中的GPIB函数库可以实现打开和关闭GPIB设备、总线配置、I/O读写、GPIB设备控制、总线控制等功能。GPIB函数库既包含了上层函数又拥有底层函数。上层函数不需要访问相应的底层协议就可以实现总线控制，但其功能有限；而底层函数可以更为灵活的控制总线，但是需要了解相应的底层协议。在本系统中，所采用的测控仪器都具有GPIB通讯接口，通过三个主要的函数来实现仪器间的通讯和控制：
(2)测试数据的存储和处理模块
测试数据的存储和处理通过LabWindows/CVI SQL Toolkit来实现。LabWindows/CVI SQL Toolkit是一个用来访问数据库的软件包，集成电路测试数据以二维表的形式存储在数据库管理系统中，然后进行数据的分析和处理，与集成电路的出厂测试数据进行比较并自行判断被测集成电路是否合格。
同时集成电路的出厂测试数据保存在记事本文件中，以便从软件界面中很方便的打开供测试人员进行初步的判断：
3结束语
综上所述，所开发的混合集成电路测试系统可以实现集成电路性能参数的测试和判别，而且具有很好的可维护性、可理解性和可靠性。软件设计中采用了数据库和格式文本来描述被测设备的数学模型，从而实现了检测设备与被测设备的分离，极大的提高了系统的通用性。
参考文献
［1］the Measurement and Automation Catalog 2004［Z］.National Instruments,2004.
［2］张毅刚，乔立岩，等.虚拟仪器软件开发环境LabWindows/CVI6.0［M］.北京：机械工业出版社，2002.
［3］刘亚.虚拟仪器的构建技术［J］.计算机自动测量与控制，1997，7(3)：41-43.
作者：谢国鸿，王 磊，吴纪铎(同济大学中德学院，上海200092) 来源：仪表技术
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