基于虛擬儀器技術(shù)的混合集成電路測試系統(tǒng)的設(shè)
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基于虛擬儀器技術(shù)的混合集成電路測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
設(shè)計了一種基于虛擬儀器技術(shù)的混合集成電路的性能參數(shù)自動測試系統(tǒng)。簡要介紹了測控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案和基本的硬件配置結(jié)構(gòu)，詳細(xì)介紹了此系統(tǒng)在LabWindows/CVI開發(fā)環(huán)境下的軟件設(shè)計方法和功能實現(xiàn)。本系統(tǒng)充分利用GPIB總線技術(shù)和RS232總線技術(shù)，具有很好的可控性和通用性。
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)
Key words: IC testing; virtual instrument; GPIB bus; test database
混合集成電路性能參數(shù)測試系統(tǒng)主要為檢測集成電路芯片是否符合出廠參數(shù)而設(shè)計。本測試系統(tǒng)可完成八種不同集成電路多項性能參數(shù)測試，包括：工作電流、工作電壓、載波抑制比、跨導(dǎo)、工作頻率、噪聲系數(shù)、傳輸系數(shù)、帶寬、增益、隔離度等。同時對測試參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計、分類及打印，并根據(jù)出廠參數(shù)對集成電路是否合格進(jìn)行自動判別。
測試儀器采用一臺示波器就可以滿足所有波形顯示要求，一臺網(wǎng)絡(luò)頻譜阻抗分析儀可以滿足所有帶寬、頻譜測試要求。同時，信號源應(yīng)具有良好的可控性、高精度、低噪聲和優(yōu)良的調(diào)整性能。?
測試儀器采用一臺示波器就可以滿足所有波形顯示要求，一臺網(wǎng)絡(luò)頻譜阻抗分析儀可以滿足所有帶寬、頻譜測試要求。同時，信號源應(yīng)具有良好的可控性、高精度、低噪聲和優(yōu)良的調(diào)整性能。?
在本系統(tǒng)中，測試信號源的電壓電流值在30V/50mA以下，頻率在300MHz以下，直流電源采用Agilent的E3631A，另一信號源采用Tektronix的任意波形發(fā)生器AWG2021。測試儀器采用Agilent的HP4395A網(wǎng)絡(luò)頻譜阻抗分析儀、HP34401A數(shù)字萬用表、N8973A噪聲系數(shù)分析儀［1］。這些儀器都具有GPIB通訊接口。同時，為了完成儀器的控制和不同集成電路的自動識別，分別采用GPIB總線技術(shù)和RS232總線技術(shù)。GPIB實現(xiàn)儀器控制、測試控制和測試數(shù)據(jù)的傳輸，RS232實現(xiàn)對集成電路的選擇。
硬件系統(tǒng)由工控計算機(jī)、信號源、測試設(shè)備、測試工作臺、集成電路適配器插座、連接電纜和控制總線組成，并設(shè)計統(tǒng)一的插座接口，基本硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
硬件系統(tǒng)由工控計算機(jī)、信號源、測試設(shè)備、測試工作臺、集成電路適配器插座、連接電纜和控制總線組成，并設(shè)計統(tǒng)一的插座接口，基本硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
(1)全部儀器通過GPIB總線接入到工控機(jī)，由工控機(jī)完成系統(tǒng)控制(儀器的初始化和參數(shù)設(shè)置等)和集成電路性能參數(shù)的測量；
(2)工控機(jī)的一路RS-232通信接口連接到測試臺，用于測試臺內(nèi)部的測試電路的切換；同時RS-232通信接口經(jīng)過測試臺連接到適配器插座上，用于控制適配器內(nèi)部電路的切換。
(3)適配器插座：每個被測集成電路都配備有一個專門的測試適配器，適配器上配備有測試插座。適配器內(nèi)含有測試所需的外圍電路和必要的測量切換電路，每個適配器都具有一個固定的ID號，即具有一個識別號，以便于RS-232總線控制和切換。?
(2)工控機(jī)的一路RS-232通信接口連接到測試臺，用于測試臺內(nèi)部的測試電路的切換；同時RS-232通信接口經(jīng)過測試臺連接到適配器插座上，用于控制適配器內(nèi)部電路的切換。
(3)適配器插座：每個被測集成電路都配備有一個專門的測試適配器，適配器上配備有測試插座。適配器內(nèi)含有測試所需的外圍電路和必要的測量切換電路，每個適配器都具有一個固定的ID號，即具有一個識別號，以便于RS-232總線控制和切換。?
2.1軟件開發(fā)平臺
LabWindows/CVI是National Instrument公司推出的交互式C語言開發(fā)平臺，是一種32位開放性開發(fā)系統(tǒng)，它可以直接兼容多種形式的C/C++代碼，提供系統(tǒng)開發(fā)的函數(shù)代碼框架，具有動態(tài)數(shù)據(jù)交換、對I/O的操作以及對C／C++代碼直接調(diào)用等功能［2］。
2.2軟件模塊及功能實現(xiàn)
在應(yīng)用LabWindows/CVI進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)過程中，通常在開發(fā)環(huán)境中設(shè)計一個用戶接口，實際就是在用戶計算機(jī)屏幕上定義一個函數(shù)面板(軟面板)。它由程序開發(fā)者所定義的控件(如旋鈕、菜單項、刻度盤、開關(guān)等)所組成，用戶選擇這些控件時就可以產(chǎn)生一系列用戶接口的消息，我們把這些消息稱為事件。例如，當(dāng)用戶單擊一個面板控件時即獲得發(fā)生事件的面板句柄和控件ID號，并傳遞給相應(yīng)的C++應(yīng)用子程序，從而實現(xiàn)相應(yīng)的用戶功能［3］。這其中主要應(yīng)用了Windows編程中的事件驅(qū)動機(jī)制。LabWindows／CVI中對事件的處理方法也有兩種，即回調(diào)函數(shù)法和事件循環(huán)處理。我們在該測控程序中主要采用回調(diào)函數(shù)法。回調(diào)函數(shù)法是開發(fā)者為“軟面板”上的控制項編寫的一個獨立函數(shù)，當(dāng)選中某一個控制項時，就調(diào)用相應(yīng)函數(shù)對此事件進(jìn)行處理。本測試軟件功能的實現(xiàn)主要通過主程序控制模塊調(diào)用相應(yīng)的子程序?qū)崿F(xiàn)，子程序主要包括信號源控制、測試數(shù)據(jù)采集及處理和結(jié)果分析等。具體的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
LabWindows/CVI是National Instrument公司推出的交互式C語言開發(fā)平臺，是一種32位開放性開發(fā)系統(tǒng)，它可以直接兼容多種形式的C/C++代碼，提供系統(tǒng)開發(fā)的函數(shù)代碼框架，具有動態(tài)數(shù)據(jù)交換、對I/O的操作以及對C／C++代碼直接調(diào)用等功能［2］。
2.2軟件模塊及功能實現(xiàn)
在應(yīng)用LabWindows/CVI進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)過程中，通常在開發(fā)環(huán)境中設(shè)計一個用戶接口，實際就是在用戶計算機(jī)屏幕上定義一個函數(shù)面板(軟面板)。它由程序開發(fā)者所定義的控件(如旋鈕、菜單項、刻度盤、開關(guān)等)所組成，用戶選擇這些控件時就可以產(chǎn)生一系列用戶接口的消息，我們把這些消息稱為事件。例如，當(dāng)用戶單擊一個面板控件時即獲得發(fā)生事件的面板句柄和控件ID號，并傳遞給相應(yīng)的C++應(yīng)用子程序，從而實現(xiàn)相應(yīng)的用戶功能［3］。這其中主要應(yīng)用了Windows編程中的事件驅(qū)動機(jī)制。LabWindows／CVI中對事件的處理方法也有兩種，即回調(diào)函數(shù)法和事件循環(huán)處理。我們在該測控程序中主要采用回調(diào)函數(shù)法。回調(diào)函數(shù)法是開發(fā)者為“軟面板”上的控制項編寫的一個獨立函數(shù)，當(dāng)選中某一個控制項時，就調(diào)用相應(yīng)函數(shù)對此事件進(jìn)行處理。本測試軟件功能的實現(xiàn)主要通過主程序控制模塊調(diào)用相應(yīng)的子程序?qū)崿F(xiàn)，子程序主要包括信號源控制、測試數(shù)據(jù)采集及處理和結(jié)果分析等。具體的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
? (1)GPIB總線控制模塊
LabWindows/CVI中的GPIB函數(shù)庫可以實現(xiàn)打開和關(guān)閉GPIB設(shè)備、總線配置、I/O讀寫、GPIB設(shè)備控制、總線控制等功能。GPIB函數(shù)庫既包含了上層函數(shù)又擁有底層函數(shù)。上層函數(shù)不需要訪問相應(yīng)的底層協(xié)議就可以實現(xiàn)總線控制，但其功能有限；而底層函數(shù)可以更為靈活的控制總線，但是需要了解相應(yīng)的底層協(xié)議。在本系統(tǒng)中，所采用的測控儀器都具有GPIB通訊接口，通過三個主要的函數(shù)來實現(xiàn)儀器間的通訊和控制：
(2)測試數(shù)據(jù)的存儲和處理模塊
測試數(shù)據(jù)的存儲和處理通過LabWindows/CVI SQL Toolkit來實現(xiàn)。LabWindows/CVI SQL Toolkit是一個用來訪問數(shù)據(jù)庫的軟件包，集成電路測試數(shù)據(jù)以二維表的形式存儲在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，與集成電路的出廠測試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較并自行判斷被測集成電路是否合格。
同時集成電路的出廠測試數(shù)據(jù)保存在記事本文件中，以便從軟件界面中很方便的打開供測試人員進(jìn)行初步的判斷：
LabWindows/CVI中的GPIB函數(shù)庫可以實現(xiàn)打開和關(guān)閉GPIB設(shè)備、總線配置、I/O讀寫、GPIB設(shè)備控制、總線控制等功能。GPIB函數(shù)庫既包含了上層函數(shù)又擁有底層函數(shù)。上層函數(shù)不需要訪問相應(yīng)的底層協(xié)議就可以實現(xiàn)總線控制，但其功能有限；而底層函數(shù)可以更為靈活的控制總線，但是需要了解相應(yīng)的底層協(xié)議。在本系統(tǒng)中，所采用的測控儀器都具有GPIB通訊接口，通過三個主要的函數(shù)來實現(xiàn)儀器間的通訊和控制：
(2)測試數(shù)據(jù)的存儲和處理模塊
測試數(shù)據(jù)的存儲和處理通過LabWindows/CVI SQL Toolkit來實現(xiàn)。LabWindows/CVI SQL Toolkit是一個用來訪問數(shù)據(jù)庫的軟件包，集成電路測試數(shù)據(jù)以二維表的形式存儲在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，與集成電路的出廠測試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較并自行判斷被測集成電路是否合格。
同時集成電路的出廠測試數(shù)據(jù)保存在記事本文件中，以便從軟件界面中很方便的打開供測試人員進(jìn)行初步的判斷：
綜上所述，所開發(fā)的混合集成電路測試系統(tǒng)可以實現(xiàn)集成電路性能參數(shù)的測試和判別，而且具有很好的可維護(hù)性、可理解性和可靠性。軟件設(shè)計中采用了數(shù)據(jù)庫和格式文本來描述被測設(shè)備的數(shù)學(xué)模型，從而實現(xiàn)了檢測設(shè)備與被測設(shè)備的分離，極大的提高了系統(tǒng)的通用性。
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