杜元勛

（中國電子科技集團公司第58研究所，江蘇無錫214035）

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基于測試系統(tǒng)控制示波器實現(xiàn)模擬信號測試方法

杜元勛

（中國電子科技集團公司第58研究所，江蘇無錫214035）

摘要：現(xiàn)在的集成電路測試系統(tǒng)雖然具備較高的技術(shù)指標，但仍然有一些數(shù)字、模擬和數(shù)?；旌想娐返膮?shù)指標超出其測試能力范圍。在新品驗證階段要實現(xiàn)功能與參數(shù)的全覆蓋測試，難度大而且成本高。通過測試系統(tǒng)與儀器儀表相結(jié)合的方式來實現(xiàn)功能與參數(shù)的測試驗證是一種比較好的解決方法。主要介紹如何使用TR6800測試系統(tǒng)通過GPIB接口控制示波器來實現(xiàn)VCO器件參數(shù)測試的方法。

關(guān)鍵詞：測試系統(tǒng)；示波器；GPIB接口

1　引言

集成電路測試[1]在IC行業(yè)中具有舉足輕重的地位，隨著集成電路規(guī)模的不斷發(fā)展，其相應(yīng)的技術(shù)指標也在進行不斷的升級。隨著系統(tǒng)時鐘頻率的不斷提高，測試系統(tǒng)所提供的驅(qū)動信號無法達到較高的幅度。目前國內(nèi)的高端主流測試設(shè)備有美國Teradyne公司生產(chǎn)的UltraFlex系列，德國Advantest公司生產(chǎn)的93K系列，但這些公司生產(chǎn)的測試系統(tǒng)主要面向高速大規(guī)模數(shù)字集成電路，以及高速、高精度的ADC/DAC系列數(shù)模混合電路，其相應(yīng)的價格一般比較昂貴。對于小規(guī)模的測試公司而言，一般都無力購買。而一般的國產(chǎn)測試系統(tǒng)在面向低端集成電路測試方面存在較大的成本優(yōu)勢，同時也存在一定的局限性，如臺灣德律公司生產(chǎn)的TR6800系列測試系統(tǒng)，對測量三角波的頻率、模擬信號的峰-峰值等方面就存在弊端。而對于類似VCO類型的電路，具有較寬正負工作電源電壓范圍、輸出信號幅度較大、測試精度要求高等技術(shù)指標特點，要實現(xiàn)參數(shù)的精確測試有一定的難度，如果采用TR6800測試系統(tǒng)通過GPIB接口控制示波器就可實現(xiàn)對上述指標的測試，實現(xiàn)起來較為容易，且成本低，既適用于產(chǎn)品驗證分析，也適用于生產(chǎn)測試。本文主要以一款VCO集成電路為例來介紹其實現(xiàn)方法。

2　工作原理

本例所選取的這款VCO器件的測試原理圖如圖1所示。該款器件具有正負工作電源，既可以采用單電源工作模式，也可以采用雙電源工作模式。無論采用哪種工作模式，都只是對輸出的方波和三角波進行測試。采用本文所介紹的測試方法均可以實現(xiàn)正確的測試，本文主要以雙電源工作模式進行介紹。

圖1　測試原理圖

器件的正常工作電壓范圍為±4 V～±13 V，當器件的正、負電源正常上電以后，在輸入管腳A和管腳B施加一定的電壓值，并通過R1、R2、R3、R4管腳選取不同的電阻后，在SWO管腳可以觀測到峰-峰值在7～26 V之間、頻率在0.01 Hz～1 MHz之間的方波信號，信號波形如圖2所示。在TWO管腳輸出峰-峰值在3～13 V之間，頻率與方波一致的三角波信號，信號波形如圖3所示。下面主要介紹如何實現(xiàn)該方波信號和三角波信號的頻率和峰-峰值的測試方法。

圖2　輸出方波

圖3　輸出三角波

3　測試原理

該類型器件的工作原理比較簡單，只要提供一定的電源工作電壓和輸入管腳的控制電平，就可以讓器件處于正常工作狀態(tài)。TR6800測試系統(tǒng)所配備的PVC和OVC資源就可以輕松實現(xiàn)，而重點所要關(guān)注的是將示波器顯示的波形數(shù)據(jù)通過GPIB接口線進行采集，然后通過測試系統(tǒng)處理后進行輸出顯示，再進行判斷，從而實現(xiàn)自動測試的目的。其測試連接示意圖如圖4所示。

圖4　測試連接圖

4　實現(xiàn)測試的方法

4.1硬件和軟件資源配備

TR6800測試系統(tǒng)要實現(xiàn)對示波器的自動控制，必須具備GPIB接口卡。本文采用的是NI公司生產(chǎn)的PCI GPIB接口卡，與其相對應(yīng)的是NI GPIB-488.2 V1. 70驅(qū)動軟件，當然還要配備一臺具有GPIB接口的TDS1012型示波器。

4.2通信連接確認

具備4.1所描述的硬件和軟件資源后，測試系統(tǒng)與示波器之間的通信只需要一根GPIB的連接線就能實現(xiàn)。為了確認兩者之間能夠正常通信，保證后續(xù)的正常調(diào)試，所以需要先進行測試系統(tǒng)主機與外圍儀器通信連接狀態(tài)確認。這只需要簡單的3個步驟即可，分別如下所示。

步驟一：打開Measurement & Automation軟件，選擇設(shè)備和接口；

步驟二：點擊左上角綠色的設(shè)備和接口中的GPIB （PCI-GPIB）；

步驟三：在下面的屬性框中會顯示與測試系統(tǒng)主機已連接的儀器名稱，表示所用到的儀器可以與測試系統(tǒng)主機進行正常通信。如果測試系統(tǒng)主機與儀器之間的通信連接斷開，在屬性框中則沒有顯示內(nèi)容。

4.3測試軟件編寫

對于在測試系統(tǒng)軟件中一些能夠讓器件正常工作的資源分配、電壓設(shè)置等語句在這就不作介紹，只要按照集成電路測試方法，首先對GPIB控制示波器的地址以及一些變量等進行如下定義：

int iN5767 = 0;

int iTDS1012 = 0;

int iReadCount = 0;

int iN5767Addr= 5;

int iTDS1012Addr= 9;

char ReadMsg[256];

對示波器的控制語句進行如下編寫：

iN5767 = Gpib_Init(iN5767Addr);

Gpib_Write(iN5767, "*IDN?");

Gpib_Read(iN5767, ReadMsg, 255, &iReadCount);

DebugOut(ReadMsg);

Delay(0.1);

iTDS1012 = Gpib_Init(iTDS1012Addr);

Gpib_Write(iTDS1012, "*IDN?");

Gpib_Read (iTDS1012, ReadMsg, 255, &iRead Count);

DebugOut(ReadMsg);

對示波器進行復(fù)位和狀態(tài)開啟等語句需要進行如下編寫：

Delay( 0.01);

Gpib_Write(iN5767, "*RST");

Delay( 0.01);

Gpib_Write (iN5767, "SOUR:CURR:IMM:AMPL 5.0");

Delay(0.02);

Gpib_Write(iN5767, "VOLT:IMM:AMPL 12.0");

Delay( 0.05);

Gpib_Write(iN5767, "OUTP:STAT ON");

Delay( 0.1);

Gpib_Write(iTDS1012, ":ACQ:STATE ON");

Delay( 0.01);

Gpib_Write(iTDS1012, "*CLR;"); Delay( 0.01);

Gpib_Write(iTDS1012, "*CLS;"); Delay( 0.01);

Gpib_Write(iTDS1012, "*OPC"); Delay( 0.01);

對于所要關(guān)心的輸出信號進行采樣，需要對其連接到示波器的通道號進行如下選擇：

Gpib_Write(iTDS1012, ":SELECT:CH1 ON");

Delay( 0.01);

Gpib_Write(iTDS1012, ":MEASU:IMM:SOU CH1; ");

Delay( 0.01);

根據(jù)信號輸出的幅度大小設(shè)置示波器電壓顯示的scale；

Gpib_Write (iTDS1012, "CH1:PROBE 1;POS 0; VOLTS 2.0;COUPLING DC;BANDWIDTH ON" );

Delay( 0.01);

根據(jù)信號輸出的頻率設(shè)置示波器周期顯示的scale；

Gpib_Write (iTDS1012, "HOR:MAIN:SCALE 50e-6" );

Delay( 0.01);

Gpib_Write (iTDS1012, "TRIG:MAIN:MODE AUTO;" );

Delay( 0.01);

設(shè)置所要采集的信號數(shù)據(jù)類型進行如下設(shè)置，其中PK2PK為選擇采集信號的峰-峰值，并將其賦給ReadVpp變量；

Gpib_Write (iTDS1012, ":MEASU:IMM:TYP PK2PK;");

Delay( 0.01);

Gpib_Write (iTDS1012, ":MEASU:IMM:VAL?; UNI?;");

Delay( 0.5);

Gpib_Read (iTDS1012, ReadVpp, 255, &iReadCount);

實現(xiàn)對輸出信號的頻率進行采集需要進行下面的語句設(shè)置，并將其賦給ReadFreq變量；

Delay( 0.01);

Gpib_Write (iTDS1012, ":MEASU:IMM:TYP FREQ;");

Delay( 0.01);

Gpib_Write (iTDS1012, ":MEASU:IMM:VAL?; UNI?;");

Delay( 0.2);

Gpib_Read (iTDS1012, ReadFreq, 255, &iReadCount);

DebugOut(ReadFreq);

在數(shù)據(jù)采集完成后，為了不影響后續(xù)的其他控制操作，需要將示波器的開啟狀態(tài)進行關(guān)斷；

Delay( 0.01);

Gpib_Write(iN5767, "OUTP:STAT OFF");

Gpib_Write(iTDS1012, ":SELECT:CH1 OFF");

從GPIB接口采集來的數(shù)據(jù)一般是字符型的，需要對其進行轉(zhuǎn)換，如下面的語句分別將轉(zhuǎn)換后的數(shù)值賦給相應(yīng)的電壓和頻率變量，以供測試系統(tǒng)軟件進行處理，以達到對數(shù)據(jù)結(jié)果進行比較判斷、從而實現(xiàn)自動測試的目的。

VPP=atof(ReadVpp);

FOSC=atof(ReadFreq)

4.4注意事項

通過GPIB接口對示波器進行控制，需要給予一定的響應(yīng)時間，以免出現(xiàn)不能正確控制示波器的現(xiàn)象，或采集數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的情況。

為了從示波器中獲取更穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，可以在程序中增加耦合方式、偏置、帶寬等條件設(shè)置。大部分的模擬或數(shù)模混合器件，需要測試的參數(shù)類型多樣，為了既要達到測試的穩(wěn)定性，又可以縮短測試時間，提高測試效率，將相同類型的控制操作放在一起，盡量減少對示波器配置的重復(fù)操作。

5　結(jié)束語

通過測試系統(tǒng)控制示波器的方式，可以實現(xiàn)多種類型器件的測試。單一的測試系統(tǒng)需要配備足夠多的資源才能實現(xiàn)，而大多數(shù)國產(chǎn)測試設(shè)備，甚至國外的一些測試系統(tǒng)即使配有相應(yīng)的資源，由于存在諸多條件限制，根本無法實現(xiàn)或達到理想的測試結(jié)果。

采用本文介紹的測試方法，除了可以實現(xiàn)簡單的模擬信號測試外，如果外加其他的儀器儀表，如頻譜儀、信號源或更高端的示波器等，可以實現(xiàn)更復(fù)雜器件的測試。除了所介紹的峰-峰值、頻率測試之外，其他較為常見的參數(shù)項，如上升/下降時間、脈寬、偏置、延遲等都可以實現(xiàn)測試，且只需在測量類型中進行更換即可，方便直觀，遠比一些高端的模擬測試系統(tǒng)使用更為靈活便捷。

參考文獻：

[1]雷紹充，邵志標，梁峰，編著.大規(guī)模集成電路測試[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2] Williams T W. VLSI Testing[M]. Elsevier Science Publishers B.V.1986.

杜元勛（1978—），男，江蘇新沂人，工程師，現(xiàn)在中國電子科技集團公司第58研究所從事集成電路測試工作。

Test Method of Analog Signals Based on TR6800 Controls OSC

DU Yuanxun
（China Electronics Technology Group Corporation No.58 Research Institute, Wuxi 214035,China）

Abstract：This days, most of test systems have highly performance, but many specs of the digital or analog IC beyond the ability of the test systems. It's very difficult and expensive to get fully tests for functions and parameters during the stage of a new production. A better method by using instruments connect with the test systems can solve the problems. The paper is mainly to introduce how to use the TR6800 test system controls the OSC with the GPIB interface to achieve testing parameters of VCO.

Keywords:test system; oscilloscope; GPIB interface

作者簡介：

收稿日期：2015-12-15

中圖分類號：TN 407

文獻標識碼：A

文章編號：1681-1070（2016）04-0009-04