一种用于模拟电路的测试平台

技术领域

本发明属于模拟电路测试技术领域，特别涉及一种用于模拟电路的测试平台。

背景技术

目前，针对通用模拟电路可靠性要求越来越高，进而对模拟电路测试参数覆盖性要求也同步提高；一般的，将可以通过自动测试设备ATE(Automatic Test Equipment)的编程实现参数自动测试、数据存储和处理的模拟电路参数称之为常规参数；而将现有模拟电路测试中部分无法通过ATE自动测试的模拟电路参数称之为“特殊参数”；“特殊参数”存在测试条件特殊，测试过程复杂，自动测试设备ATE的测试程序开发难度大及测试成本高等特点。

现有测筛生产线对模拟电路的“特殊参数”进行测试时，以自制测试线路板+手搭测试台+人工读数记录的方式为主，如图1所示，存在以下缺点：

(1)采用过多的分立仪器，例如包括：示波器、电源、信号源及万用表等；各个分立仪器之间连线繁琐，仪器接线错误极易损伤待测电路；

(2)测试过程需手动操作各分立仪器的输入条件，操作繁复；

(3)测试电路板不易维护，出现故障时不易排查，可靠性低；

(4)数据需人工记录，不利于整理分析和存储。

现有的测试方式难以满足高可靠模拟集成电路筛选对测试效率及测试可靠性的要求，面对大批量电路测试时，速度慢，记录数据不规范，整理耗时费力，难以保证任务按节点完成。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种用于模拟电路的测试平台，以解决现有技术对模拟电路测试过程，存在可靠性差及效率低的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种用于模拟电路的测试平台，包括主控计算机、分立仪器、测试资源母板及DUT测试子板；分立仪器通过测试资源母板及DUT测试子板连接至待测电路；主控计算机采用具有Labview开发平台的计算机，包括视图模块、控制器模块及测试模型模块；

视图模块用于采集测试条件，将测试条件编写为数据流传输至控制器模块，并对测试模型模块反馈的测试数据进行展示；

控制器模块用于将采集的测试条件数据流保存至预设路径，形成电路型号对应的测试程序；对测试程序进行编译，得到测试加载条件，并将测试加载条件上传至测试模型模块；

测试模型模块用于根据测试加载条件，控制分立仪器搭建测试环境，控制待测电路正常工作；控制分立仪器采集测试数据，对测试数据进行处理、分析及保存，并将测试数据传输至视图模块。

进一步的，分立仪器包括信号源、示波器及电源及继电器控制板；信号源用于对待测电路施加激励信号；示波器用于采集待测电路的输入输出数据；电源用于提供电源电压；继电器控制板用于控制测试资源母板上的继电器通断。

进一步的，主控计算机与信号源、示波器、电源及继电器控制板之间采用USB通信连接；信号源与测试资源母板之间采用同轴电缆连接，示波器与测试资源母板之间采用同轴电缆连接；电源与测试资源母板之间采用PCB布线连接，继电控制板与测试资源母板之间采用PCB布线连接。

进一步的，信号源采用双路信号源，示波器采用四路示波器；电源包括两个程控电源和一个程控正负电源。

进一步的，视图模块包括人机交互单元和显示屏幕；人机交互单元通过人机交互接口与控制器模块连接，显示屏幕与测试模型模块连接。

进一步的，测试资源母板及DUT测试子板均采用PCB测试板。

进一步的，待测电路与DUT测试子板之间采用欧式插座连接。

进一步的，还包括测试机柜；测试机柜包括上机柜、操作台及下机柜，上机柜设置在下机柜的上方，操作台设置在上机柜与下机柜之间，操作台外伸设置；主控计算机及电源均设置在下机柜中，信号源、示波器及继电器控制板均设置在上机柜中；其中，示波器设置在上机柜的正中部位，信号源设置在示波器的下方；测试资源母板设置在操作台上，DUT测试子板与测试资源母板连接。

进一步的，DUT测试子板采用双通道光耦器件OC5631适配器、四路驱动器JLQ-22适配器、PWM控制器UC1843适配器或四路比较器JF139适配器。

进一步的，控制器模块基于Labview状态机模型开发设计。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种用于模拟电路的测试平台，通过主控计算机对分立仪器测试资源进行整合，利用主控计算机控制测试激励施加和器件响应采集，取代了传动手动测试过程的繁杂步骤；测试过程仅需对根据待测电路安装匹配的DUT测试子板，选择合适的测试模型，即可实现自动测试；测试结果数据能够实现自动保存，测试平台通过简化测试步骤、固化测试方法及测试数据化，有效提高测试效率和测试可靠性。

进一步的，主控计算机采用具有Labview开发平台的计算机，通过基于测试模型模块-视图模块-控制模块分层架构设计，将功能模块、数据及界面显示分离的设计结构，将功能模块集成到主控计算机中，在改进和个性化定制界面及用户交互是，能够引用预设代码模块，无需重复编写代码，代码结构清晰，逻辑简洁，开发速度快，便于对测试程序进行修改维护和二次开发；同时能够根据用户需要新建测试模型，实现新的测试功能，显著提升系统软件开发效率，提高系统开放程度，保证程序运行的稳定性。

进一步的，主控计算机与分立仪器之间采用USB接口通信，便于仪器设备扩充；电源及继电器控制板与测试资源母板之间采用PCB布线连接，取代传统飞线连接，杜绝带电操作，有效提升了测试过程的安全性；同时避免了接线错误，保证测试质量；信号源及示波器与测试资源母板之间采用同轴电缆连接，保证施加激励信号及采集信号的的质量，降低测试误差，有效提高测试结果的精度。

进一步的，信号源通过采用双路信号源，能够施加信号带宽：施加信号频率≥30MHz；电源包括两个程控电源和一个程控正负电源，电源为继电器控制板及测试器件提供两个单向供电单元，最大输出36V/30A；1个正负供电单元最大输出±32V/3A，为测试过程提供有效保证。

进一步的，视图模块设置人机交互单元和显示屏幕，通过人机交互单元用于人机交互开发，通过显示屏幕实现对测试结果的显示，便于用户直接操作测试平台。

进一步的，设置测试机柜，将各分立仪器整合、固定，有效避免了因分立仪器移动带来的测试接触及误处问题，提高测试质量及安全性。

进一步的，DUT测试子板采用双通道光耦器件OC5631适配器、四路驱动器JLQ-22适配器、PWM控制器UC1843适配器或四路比较器JF139适配器，能够面向多种型号的模拟电路，为满足不同信号的电路测试，为不同型号电路设计了专用的测试适配器，测试人员只需正确安装测试适配器及可进行测试，有效降低了测试难度，提高了测试效率。

综上所述，本发明所述的一种用于模拟电路的测试平台，采用可控计算机对可编程分立仪器测试资源进行整合，使用主控计算机控制整个测试过程的手段，实现自动测试的目的；测试平台能够提供数据传输自检功能，利用主控计算机可直接排查数据交互功能；测试资源输出能够在资源测试母板的固定点位直接测量，继电器控制板各通道设计通断指示灯，大大降低了故障排查难度，提高故障排查效率；测试数据通过主控计算机自动采集，自动判断测试是否合并，并以电子表格的形式存储，避免了人为读数、抄写及判断测试结果的人为因素影响，有效提高测试数据的可靠性；

本发明所述的测试平台，能够满足对模拟集成电路的自动测试要求，具有通用性强、可靠性高、测试速度快、测试成本低及使用便捷的特点；将以往自制线路板+手搭测试台方式改进为自动测试方式，排除了接线设置测试条件等操作带来的安全隐患，提高了故障排查效率且提升了测试数据的可靠性；测试效率提升：经过对测试方法的改进，简化了测试流程，每只待测电路平均测试时间能够从现有的50秒/只次降低为5秒/每只次，效率提升10倍；数据处理效率提升：将以往纸质手写录入数据的方式改进为电脑自动存储的方式，数据处理效率提升，使数据更易保存、分析。

附图说明

图1为现有的模拟电路测试系统的整体结构示意图；

图2为实施例所述的测试平台的结构框图；

图3为实施例所述的测试平台中主控计算机的软件架构框图；

图4为实施例所述的测试平台中人机交互单元的人机交互界面入口图；

图5为实施例所述的测试平台中设备初始化界面图；

图6为实施例所述的测试平台中测试条件参数设置界面图；

图7为实施例所述的测试平台中人机交互单元的操作人员人机交互界面图；

图8为实施例所述的测试平台中的测试资源母板的结构示意图；

图9为实施例所述的测试平台中的测试资源母板的资源分配图；

图10为实施例所述的测试平台中的测试机柜正视图；

图11为实施例所述的测试平台中的测试机柜侧视图；

图12为实施例所述的测试平台的单通道测试模型原理示意图；

图13为实施例所述的测试平台的双通道测试模型原理示意图；

图14为实施例所述的测试平台的多电压测试模型原理示意图；

图15为实施例中测试试验1对OC5631型模拟电路的测试原理图；

图16为实施例中测试试验2对JLQ-22型模拟电路的测试原理图；

图17为实施例中测试试验3对UC1843型模拟电路的测试原理图；

图18为实施例中测试试验4对JF139型模拟电路的测试原理图。

其中，1主控计算机，2信号源，3示波器，4电源，5继电器控制板，6测试资源母板，7DUT测试子板，8测试机柜。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步解释说明，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

如附图2-11所示，本实施例提供了一种用于模拟电路的测试平台，包括主控计算机1、分立仪器、测试资源母板6及DUT测试子板7；分立仪器通过测试资源母板6及DUT测试子板7连接至待测电路；主控计算机1采用具有Labview开发平台的计算机，采用可视化图像编程语言，类比MVC分层架构进行整体设计，包括视图模块、控制器模块及测试模型模块；通过采用类比MVC分层架构设计，有效解决了硬件资源及测试数据的多次复用问题，将测试平台系统划分为多个功能模块研发，能有效提高开发速度，使代码结构清晰，逻辑简洁明了。

其中，视图模块用于采集测试条件，将测试条件编写为数据流传输至控制器模块，并对测试模型模块反馈的测试数据进行展示；控制器模块用于将采集的测试条件数据流保存至预设路径，形成电路型号对应的测试程序；对测试程序进行编译，得到测试加载条件，并将测试加载条件上传至测试模型模块；测试模型模块用于根据测试加载条件，控制分立仪器搭建测试环境，控制待测电路正常工作；并控制分立仪器采集测试数据，对测试数据进行处理、分析及保存，并将测试数据传输至视图模块。

分立仪器包括信号源2、示波器3、电源4、继电器控制板5及万用表；信号源2用于对待测电路施加激励信号；示波器3用于采集待测电路的输入输出数据；电源4用于提供电源电压；继电器控制板5用于控制测试资源母板6上的继电器通断。

主控计算机1与信号源2、示波器3、电源4及继电器控制板5之间采用USB通信连接；主控计算机1与分立仪器之间还设置有USB分线盒，主控计算机1与USB分线盒之间通过USB数据线连接，信号源2、示波器3、电源4及继电器控制板5分别与USB分线盒之间采用USB通信连接；信号源2与测试资源母板6之间采用同轴电缆连接，示波器3与测试资源母板6之间采用同轴电缆连接；电源4与测试资源母板6之间采用PCB布线连接，继电控制板5与测试资源母板6之间采用PCB布线连接；万用表用于对各分立仪器进行检测。

本实施例中，主控计算机以USB接口通信的方式连接并控制各分立仪器，各分立仪器利用同轴电缆或PCB布线方式将测试资源母板通过DUT测试子板连接至待测电路，提供测试环境并控制待测电路正常工作；其中，用于数据采集的示波器通过资源测试母板进行数据采集，并将测试结果传输至主控计算机进行处理、分析及存储。

测试资源母板与各分立仪器连接，并采用欧式插座与DUT测试子板连接，将各个测试资源整合引出至DUT测试子板；优选的，欧式插座采用96pin欧式插座；测试资源在测试母板上进行分配，分配原则为满足现有参数测试需求，便于DUT测试子板设计；DUT测试子板根据待测模拟电路进行封装，并定义管脚；优选的，DUT测试子板采用双通道光耦器件OC5631适配器、四路驱动器JLQ-22适配器、PWM控制器UC1843适配器和四路比较器JF139适配器中的一种。

本实施例中，视图模块为系统架构的顶层模块，用于人机交互开发，视图模块包括测试模型选择按钮、测试结果显示截面及测试程序调试保存截面，用于为用户直接操作测试平台设计；测试模型模块为系统架构的底层核心部分，测试模型模块能够根据测试加载条件，设置各分立仪器，控制各分立仪器的动作，例如上电、施加激励信号及触发采集波形等动作，判断测试结果及保存测试数据；控制模块为系统架构的枢纽部分，起到数据及控制信息交互的功能，用于选择对应测试模型、加载测试条件、视图界面之间的跳转及编译测试程序。

视图模块通过设计人机交互接口，利用人机交互单元实现从用户方采集测试所需要的各种测试条件，并将测试条件编写成数据流传输至控制器模块；同时，利用显示屏幕对测试模型模块反馈的测试数据进行简洁明了地展示，方便用于观察分析。

控制器模块连接视图模块与测试模型模块，将视图模块采集的测试条件数据流保存于预设的存储路径中，形成电路型号对应的测试程序；并在模拟电路测试前，对测试程序进行编译，得到测试加载条件，将测试加载条件上传至测试模型模块，形成待测电路所需的测试环境进行测试。

测试模型模型对测试过程进行建模，测试模型模块控制分立仪器搭建测试环境；其中，通过控制电源，提供电源电压；通过控制继电器控制板控制测试资源母板6上的继电器通断，实现分立仪器与待测电路通断；通过控制示波器对待测电路的输入输出数据进行采集；对测试数据的处理分析是对采集的测试数据与预设目标进行对比，得到测试结果的合格或不合格；最终将测试数据展示与视图模块并转化为Excel格式保存于上位机内设定好的路径里形成该批次电路的测试数据。

如附图4-7所示，本实施例中，控制器模块基于Labview状态机模型设计，能够用于测试模型选择、加载测试条件、视图界面间跳转、编译测试程序、设备初始化、测试程序保存及调用的功能；视图模块通过设置人机交互单元和显示屏幕，为方便操作人员调用程序、存储数据及技术人员在测试平台上的二次开发；优选的，本发明人机交互单元包括操作人员人机交互界面和技术人员人机交互界面两部分；其中，技术人员人机交互界面包括调试区、设备初始化界面及参数设置界面；调试区为技术人员入口，主要用于始化各个仪器仪表设备的设置信息、编辑及调试现有程序和开发新程序的功能；设备初始化界面用以清除仪器之前的状态并进行初始化操作；参数设置界面用于技术人员根据待测模拟电路的测试施加条件选择测试模型，并根据测试需求配置电源、信号源及示波器的参数，配置完成后可将配置好的程序保存，以备下次使用；操作人员人机交互界面包括测试程序调用路径、测试数据保存路径、显示测试结果及结果判定。

本实施例中，资源测试母板根据测试资源分配设计，对每种测试资源对应的参考地进行隔离，在设计资源测试母板时，根据需求将用到的参考地连接在一起；优选的，测试资源母板采用四层板设计；其中，顶层为信号施加单元和信号捕获单元走线，底层为继电器控制信号走线，中间二层参考地分割覆铜，中间三层为电源模块分割覆铜；测试资源母板上的测试资源分配表如附图8-9所示。

测试机柜8包括上机柜、操作台及下机柜，上机柜设置在下机柜的上方，操作台设置在上机柜与下机柜之间，操作台外伸设置；上位机1及电源4均设置在下机柜中，信号源2、示波器3、继电器控制板5及万用表均设置在上机柜中；其中，示波器3设置在上机柜的正中部位，信号源2设置在示波器3的下方，万用表设置在信号源2的侧边；测试资源母板6设置在操作台上，DUT测试子板7与测试资源母板6连接。

信号源采用33500B型双路信号源，设备能力：2通道-30V-30V输出；示波器采用3054A四路示波器，设备能力：4通道500MHz带宽，4Gsa/s采样率；程控电源包括两个PSW3036程控电源和一个程控正负电源，设备能力：2通道-30V-30V输出；继电器控制板采用Relay12型继电器控制板，其采用12通道控制；其中，上位机的的尺寸为宽×高×长＝170×360×395mm，程控电源的尺寸为宽×高×长＝225×155×380mm，程控正负电源的尺寸为宽×高×长＝245×150×380mm，示波器的尺寸为宽×高×长＝375×220×130mm，信号源的尺寸为宽×高×长＝255×110×300mm，继电器控制板的尺寸为宽×高×长＝150×30×100mm，测试资源母板的尺寸为220×160×60mm。

本实施例中，测试机柜8尺寸设计，按照各分立仪器的尺寸，合理设置各个分立仪器的摆放位置，方便操作人员进行测试即可；优选的，测试机柜的尺寸如下：a＝1330mm，b＝600mm，c＝600mm，d＝500mm，e＝600mm，f＝350mm，g＝100mm。

工作原理

本实施例所述的一种用于模拟电路的测试平台，使用时，包括以下步骤：

首先，检查并确认测试系统与主控计算机正常连接；检查并确认测试系统未加装自检模块及测试适配器上无器件；接通测试系统供电电源；开启计算机，进入WINDOWS系统；依次打开各分立仪器；按照被测器件特性选择、安装对应测试适配器；调用测试程序，输入测试数据保存路径；输入测试编号，安放待测电路，点击测试按钮，取下待测电路，重复至测试结束；如遇到被编号的测试器件，可在测试界面“序号”栏中，输入器件编号，此时，测试器件编号将显示为当前编号；否则，将顺序排列；测试结束后依次关闭测试程序，分立仪器设备，主控计算机。

本实施例所述的一种用于模拟电路的测试平台，以下将常用的测试方法分类整合形成三种测试模型，对本实施例所述的测试平台的工作原理进行说明，即单通道测试模型、双通道测试模型及多电压测试模型。

如附图12所示，本实施例所述的测试平台的单通道测试模型原理如下：

单通道测试模型为只需一个信号采集通能能够完成测试的参数，如输出信号的转换时间tr/tf、占空比duty及运放压摆率SR等参数；具体过程如下：

实现方法为获取用户预设的测试条件，主控计算机通过控制电源及信号源，使待测电路在规定的测试条件下工作，通过示波器对频率、占空比及峰-峰值进行采集，并上传采集数据至主控计算机；对输出波形上升和下降沿幅值取值点按照10％最高幅值Starttime点、90％最高幅值End time点识别，由End time点及Start time采集点计算获取上升和下降时间；将得到的测试数据与用户设置卡限进行比较得出合格失效结论，最后以Excel格式保存测试数据。

如附图13所示，本实施例所述的测试平台的双通道测试模型原理如下：

双通道测试模型为需要两个信号采集通道配合完成测试的模型，如输入输出信号的传输延迟参数tphl和tplh；具体过程如下：

获取用户预设的测试条件，计算机通过控制设备电源及信号源，使待测电路在规定测试条件下工作，通过控制示波器对同组输入和输出电平变换到50％时进行识别，并记录时间，计算差值得到测试结果，与电路规范比对得到判定结果，最后以Excel格式保存测试数据。

如附图14所示，本实施例所述的测试平台的多电压测试模型原理如下：

多电压测试模型为待测器件在不同电源电压条件下参数的测试，如测试PWM器件在不同电源电压下的振荡频率，通过程序控制电源，按详规要求修改施加条件，再控制单通道模式测试振荡频率，该模式也可配合双通道测试模型测试不同电压下的传输延迟参数。

测试试验1

如附图15所示，测试试验1中，利用本实施例所述的测试平台，对OC5631模拟电路进行测试时，其中DUT测试子板采用双通道光耦器件OC5631适配器，其测试过程具体如下：

(1)通过主控计算机预设测试仪器施加条件；

(2)闭合K_Power开关，接入电源；

(3)闭合K_SIG开关，接入激励信号；

(4)通过示波器采集器件第一路输入输出信号的延迟时间；

(5)闭合K_IN、K_OUT，采集器件第二路输入输出信号的延迟时间；

(6)依次打开K_IN、K_OUT、k_SIG、K_Power，关闭电源、信号源，测试结束。

按照上述步骤，对OC5631模拟电路进行反复80次测试，测试平台运行稳定，测试数据能够按照要求格式输出并保存，结果展示间接，采用Excel格式的输出便于汇总整理及分析。

对测试数据进行分析：

表1是对测试数据进行分析，其平均值与该电路实际测试结果相吻合，方差、标准很小，最大最小值与实际测试结果差距不大；测试数据一致性较好，测试结果稳定；测试结果准确可靠；其中，通道1传输延迟时间1：41.9nS；通道2传输延迟时间1：42.3nS；通道1传输延迟时间2：89.2nS；通道2传输延迟时间2：89.3nS。

表1 OC5631参数分析

测试试验2

如附图16所示，测试试验2中，利用本实施例所述的测试平台，对JLQ-22模拟电路进行测试时，其中DUT测试子板采用四路驱动器JLQ-22适配器，其测试过程具体如下：

(1)通过主控计算机预设测试仪器施加条件；

(2)闭合K_Power开关，接入电源；

(3)闭合K_SIG开关，接入激励信号；

(4)依次闭合和打开K1～K4，保证同时只有一个开关接通，通过示波器采集器件相应通道的输入输出信号的延迟时间；

(5)依次打开k_SIG、K_Power，关闭电源、信号源，测试结束。

测试试验3

如附图17所示，测试试验3中，利用本实施例所述的测试平台，对UC1843模拟电路进行测试时，其中DUT测试子板采用PWM控制器适配器，其测试过程具体如下：

(1)通过主控计算机预设测试仪器施加条件；

(2)闭合K_Power开关，接入电源；

(3)通过示波器测试器件占空比、振荡频率、上升下降时间等参数；

(4)根据规范要求改变器件供电电源，再次测试不同电源电压下的振荡频率；

(5)打开K_Power，关闭电源，测试结束。

测试试验4

如附图18所示，测试试验4中，利用本实施例所述的测试平台，对JF139模拟电路进行测试时，其中DUT测试子板采用四路比较器JF139适配器，其测试过程具体如下：

(1)通过主控计算机预设测试仪器施加条件；

(2)闭合K_Power开关，接入电源；

(3)闭合K_SIG开关，接入激励信号；

(4)依次闭合和打开K1～K4，保证同时只有一个开关接通，通过示波器采集器件相应通道的输入输出信号的延迟时间；

(5)依次打开k_SIG、K_Power，关闭电源、信号源，测试结束。

本发明所述的一种用于模拟电路的测试平台，通过对可编程分立仪器仪表测试资源，例如示波器、信号发生器、电源等进行整合，使用主控计算机控制测试激励施加及器件响应采集的手段，取代了传统手动测试过程中的调试仪器仪表、测试板连线、控制通道转换、测试条件施加、测试结果抄录及比对等步骤，实现了仅需正确安装测试适配器就能进行测试，同时测试数据以电子表格的形式自动保存。该测试平台通过简化测试步骤，固化测试方法及测试数据数字化等方法。达到提高测试效率和测试可靠性的目的。

以上所述仅表示本发明的优选实施方式，任何人在不脱离本发明的原理下而做出的结构变形、改进和润饰等，这些变形、改进和润饰等均视为在本发明的保护范围内。