圖1 模擬IC自動(dòng)測試系統框圖

1. 1 PC模塊

PC是整個(gè)模擬IC自動(dòng)測試系統的主控制中心，類(lèi)似于人類(lèi)的“大腦”，主要負責向各個(gè)功能板發(fā)送功能指令使其實(shí)現相應的功能，并接收、處理測量得到的數據結果。

1.2 PCI通信板模塊

PCI通信板主要負責對PC發(fā)送的功能指令進(jìn)行譯碼，然后轉換成測試數據總線(xiàn)傳遞給模擬IC自動(dòng)測試系統，類(lèi)似于PC與自動(dòng)測試系統之間的“橋梁”。

1.3控制板模塊

控制板主要是將PCI傳遞的測試數據總線(xiàn)進(jìn)行相應的數據處理，完成PCI和各功能板之間的通信。

1. 4母板模塊

母板類(lèi)似于控制板和各功能板之間的“橋梁”，主要實(shí)現測試數據總線(xiàn)的傳遞。

1.5功能板模塊

TMU（Time Measure Unit），時(shí)間測量單元，主要功能是測量信號的頻率、周期、上升沿時(shí)間、高脈沖時(shí)間等時(shí)間參數；AWG（Arbitrary Waveform Generator），任意波形發(fā)生器，主要功能是可以產(chǎn)生任意的波形；DIG是數據采集卡，主要對波形的數據進(jìn)行采集、處理、存儲和傳輸；OVC（Octal Voltage/Current），直流參數測試單元，主要功能對直流參數進(jìn)行測試。

2直流參數測試單元

模擬IC自動(dòng)測試系統中直流參數測試單元的主要功能是為芯片提供穩定的電壓值或者電流值，然后測量其電流或者電壓，從而判斷芯片是否符合規范要求。本設計中的直流參數設計單元（OVC）可提供4個(gè)獨立的PMU（Precision Measure Unit，精密測量單元），最大輸出電壓可達到+20 V，誤差為0.5%，最大輸出電流可達到±0.5 A，誤差為0.1%，OVC的硬件結構如圖2所示。

圖2 OVC硬件電路結構

2.1直流參數測試單元原理

OVC系統采用16位DAC7744、16位ADC974以及開(kāi)爾文連接法來(lái)提高系統的精度。PMU可以實(shí)現兩種功能：FVMI（加電壓測電流）功能和FIMV（加電流測電壓）功能。兩種功能的原理框圖如圖3所示。

圖3 PMU功能原理圖

從PC端發(fā)送功能指令FV/FI，FPGA對功能指令進(jìn)行解碼，從而控制DAC、繼電器開(kāi)關(guān)和ADC，最終將測量結果MI/MV上傳到PC端。本設計中DAC采用16位的DAC7744，ADC采用16位的ADC974，它們都擁有4個(gè)獨立的通道，可提供4個(gè)獨立的PMU通道，分辨率為305μV，能夠滿(mǎn)足系統高精度的要求。2.2加電壓測電流（FVMI）功能原理

加電壓測電流功能主要是為待測器件施加一個(gè)穩定的電壓值，然后測量流經(jīng)待測器件的電流。將圖3中的開(kāi)關(guān)S2、S3打到FV端，整個(gè)電路就可以實(shí)現加電壓測電流（FVMI）的功能。

首先，為了提高系統的精度，圖3中的Force端和Sense端采用開(kāi)爾文連接法，最終連接到待測器件的同一端。

其次，FPGA接收到PC的功能指令，當前系統實(shí)現加壓測流的功能，FPGA控制DAC輸出所施加的電壓值，由于DAC7744輸出電壓范圍在-10～+10 V之間，如果所施加的電壓值在-10～+10 V之間，那么開(kāi)關(guān)S1直接打到FV/FI端，如果所施加的電壓值在+10～+20 V或者-20～-10 V之間，那么開(kāi)關(guān)S1需要打到-2F V端，將DAC的輸出電壓經(jīng)過(guò)OPA1反相放大2倍后輸出所要施加的電壓值。

然后，DAC輸出的電壓值到達功率放大器OPA2，此時(shí)選擇合適采樣電阻Rs，并將與其相連的繼電器閉合。那么，OPA2、采樣電阻、待測器件就形成了一個(gè)回路，如圖4所示。

圖4 FVM1功能原理圖

由圖4可知，流經(jīng)待測器件load的電流與流經(jīng)采樣電阻Rs的電流相等，而儀表放大器OPA3的輸出電壓VD是采樣電阻Rs兩端的壓差，那么VD除以采樣電阻阻值Rs得到的電流值I即為流經(jīng)采樣電阻Rs的電流值，也就是流經(jīng)待測器件load的電流值。VD經(jīng)過(guò)ADC轉換成16位數字信號，上傳到PC，PC端將數據進(jìn)行處理，最終得到電流值MI.

2.3加電流測電壓（FIMV）功能原理

加電流測電壓功能主要是為待測器件施加一個(gè)穩定的電流值，然后測量待測器件的電壓值。將圖3中的開(kāi)關(guān)S2、S3打到FI端，整個(gè)電路就可以實(shí)現加電流測電壓（FIMV）的功能。

首先，為了提高系統的精度，圖3中的Force端和Sense端采用開(kāi)爾文連接法，最終連接到待測器件的同一端。

其次，FPGA接收到PC的功能指令，當前系統實(shí)現加流測壓的功能，此時(shí)需要選擇合適的采樣電阻值Rs，由FPGA控制DAC輸出一定的電壓值，電壓值等于所施加的電流值FI乘以采樣電阻阻值Rs.

然后，DAC輸出的電壓值到達功率放大器OPA2，此時(shí)與采樣電阻Rs相連的繼電器閉合。那么，OPA2、采樣電阻、OPA3和待測器件就形成了一個(gè)回路，如圖5所示。

圖5 FIMV功能原理圖

由圖5可知，流經(jīng)采樣電阻Rs的電流與流經(jīng)待測器件load的電流相等，即PC所施加的電流值，那么此時(shí)待測器件load的電壓值就是Sense端的電壓值VT，VT經(jīng)過(guò)電壓跟隨器OPA4、緩沖器OPA5，最終由ADC轉換成16位數字信號，上傳到PC，PC端將數據進(jìn)行處理，最終得到電壓值MV.

2.4測量結果

本設計直流參數測試單元（OVC）包括4個(gè)獨立的PMU，以其中一個(gè)PMU為例，選用精密電阻作為待測器件，表1是FVMI功能和FIMV功能的測試數據。

3結論

根據文中的測試數據可以分析得到：直流參數測試單元可以作為穩定的、精確的電壓源或電流源。目前，OVC已進(jìn)入硬件電路的老化性測試階段，在不久的將來(lái)，將投入模擬IC的測試應用。