CN108375725A - 精密测量板卡 - Google Patents

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李凯
黄志发
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Abstract

本发明公开了一种精密测量板卡，包括集成在一块板卡上的高速高精度精密测量模块、高精度时间测量模块、数字信号处理模块、精密电压源输出模块、通讯电路和FPGA，高速高精度精密测量模块与FPGA连接，用于精密测量被测电路的电压参数，高精度时间测量模块与FPGA连接、用于对电子器件的时间参数进行精密测量，高精度时间测量模块包括信号调理电路、波形整形电路和TDC时间测量芯片，精密电压源输出模块与FPGA连接、用于为被测电路提供电压输出，通讯电路与FPGA连接。实施本发明的精密测量板卡，具有以下有益效果：在精密测量的基础上提供精密电压输出、能节省测试电路的构造空间、避免多余线路对测试的干扰、能降低测试成本。

Description

精密测量板卡
技术领域
本发明涉及半导体器件自动测试仪器领域，特别涉及一种精密测量板卡。
背景技术
随着科学技术的发展与进步，电子器件的功能也越加强大，越加复杂化。以微电子元器件中的集成电路为例，由于集成度和复杂度的大幅度提高，单个芯片上的引脚可达上百个之多，这些无疑都增大了测试难度，同时对测试的可靠性和测试精度的要求也越来越高。
现有的高精度测量的同类产品中一般只具有测量功能，不能同时提供精密电源输出，导致芯片测试时还需要另外外接供电电源和测量需要的激励源，测量电路构建难度增加，浪费空间，同时也增大了测试成本。且在时间测量中大多使用模拟测量方法，即利用电容的充放电电压与充放电时间函数的关系进行时间测量，由于电容量受温度影响非常大，所以该测量方法对测量***的温度特性要求苛刻，对测试***的散热要求较高；由于电容充放电过程中，充放电时间之间的关系不是绝对线性的，存在非线性现象，其大小大致为测量范围的万分之一，这就限制了测量范围，或者说随着测量范围的增加，精度会降低，且由于恒流源的稳定性，电容漏电，隔离放大器的性能以及充放电开关延迟等影响，测量误差的绝对精度会稍弱一些。另外，非常稳定的恒流源也是很难做到的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种在精密测量的基础上提供精密电压输出、能节省测试电路的构造空间、避免多余线路对测试的干扰、能降低测试成本的精密测量板卡。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种精密测量板卡，包括集成在一块板卡上的高速高精度精密测量模块、高精度时间测量模块、数字信号处理模块、精密电压源输出模块、通讯电路和FPGA，所述高速高精度精密测量模块与所述FPGA连接、用于精密测量被测电路的电压参数，所述高精度时间测量模块与所述FPGA连接、用于对电子器件的时间参数进行精密测量，所述高精度时间测量模块包括信号调理电路、波形整形电路和TDC时间测量芯片，所述信号调理电路的输入端连接所述被测电路的被测量端、用于接收所述被测电路传入的波形触发信号，所述波形整形电路的输入端与所述信号调理电路的输出端连接、用于将所述波形触发信号整形形成脉冲沿，所述TDC时间测量芯片的输入端与所述波形整形电路的输出端连接、用于采用TDC数字测量方法对电子器件的时间参数进行精密测量，所述TDC时间测量芯片的输出端与所述FPGA连接，所述数字信号处理模块与所述FPGA连接，所述精密电压源输出模块与所述FPGA连接、用于为所述被测电路提供电压输出，所述通讯电路与所述FPGA连接。
在本发明所述的精密测量板卡中，对于微秒级时间间隔的测量，所述TDC时间测量芯片采用数字***法的延迟***法进行测量，所述TDC时间测量芯片内置锁相环和门电路。
在本发明所述的精密测量板卡中，所述门电路为反相器。
在本发明所述的精密测量板卡中，对于毫秒级时间间隔的测量，所述TDC时间测量芯片采用数字脉冲计数法对所述电子器件的时间参数进行测量。
在本发明所述的精密测量板卡中，所述精密电压源输出模块包括高精度DAC、第一档位切换电路和驱动电路，所述高精度DAC的输入端与所述FPGA连接，所述第一档位切换电路的输入端与所述高精度DAC连接、用于进行电压激励档位的切换，所述驱动电路的输入端与所述第一档位切换电路的输出端连接、用于提供电压输出。
在本发明所述的精密测量板卡中，所述高速高精度精密测量模块包括信号输入电路、第二档位切换电路和高精度ADC，所述信号输入电路的输入端与所述被测电路的被测量端连接、用于输入信号，所述第二档位切换电路的输入端与所述信号输入电路的输出端连接、用于进行测量档位的切换，所述高精度ADC的输入端与所述第二档位切换电路的输出端连接、用于精密测量所述被测电路的电压参数，所述高精度ADC的输出端与所述FPGA连接。
实施本发明的精密测量板卡，具有以下有益效果：由于高速高精度精密测量模块、高精度时间测量模块、数字信号处理模块、精密电压源输出模块、通讯电路和FPGA集成在一块板卡上，高精度时间测量模块用于对电子器件的时间参数进行精密测量，高精度时间测量模块包括信号调理电路、波形整形电路和TDC时间测量芯片，精密电压源输出模块用于为被测电路提供电压输出，因此在精密测量的基础上提供精密电压输出、能节省测试电路的构造空间、避免多余线路对测试的干扰、能降低测试成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明精密测量板卡一个实施例中的结构示意图；
图2为所述实施例中高精度时间测量模块的工作原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明精密测量板卡实施例中，该精密测量板卡的结构示意图如图1所示。图1中，该精密测量板卡PMS包括集成在一块板卡上的高速高精度精密测量模块PMU、高精度时间测量模块PTMU、数字信号处理模块DSP、精密电压源输出模块PPSU、通讯电路4和FPGA5，其中，高速高精度精密测量模块PMU与FPGA5连接、用于精密测量被测电路的电压参数，高精度时间测量模块PTMU与FPGA5连接、用于对电子器件的时间参数进行精密测量，高精度时间测量模块PTMU包括信号调理电路21、波形整形电路22和TDC时间测量芯片23，信号调理电路21的输入端连接被测电路(模拟电路)的被测量端、用于接收被测电路传入的波形触发信号，波形整形电路22的输入端与信号调理电路21的输出端连接、用于将波形触发信号整形形成脉冲沿，TDC时间测量芯片23的输入端与波形整形电路22的输出端连接、用于采用TDC数字测量方法对电子器件的时间参数进行精密测量，TDC时间测量芯片23的输出端与FPGA5连接，该高精度时间测量模块PTMU的工作原理图如图2所示。数字信号处理模块DSP与FPGA5连接，精密电压源输出模块PPSU与FPGA5连接、用于为被测电路提供电压输出，通讯电路4与FPGA5连接。
本发明的精密测量板卡PMS相对于传统技术中的其他精密测量板卡，将精密测量、精密时间测量、精密电源输出以及数字信号处理功能集成到了一块板卡上，可以在精密测量被测电路的直流参数和交流参数的同时，为被测电路提供电压输出，不再需要接入额外的供电资源；还可以进行任意波形的电压输出，用于被测电路的电压激励源；另外精密电压源输出模块PPSU可以输出稳定的高精度的直流电压，所以精密测量时还可为部分要求较高的被测电路提供参考电压。
本发明在精密测量的基础上提供了精密电压输出，可以作为被测电路的供电电压、参考电压以及电压激励源等。能节省测试电路的构造空间，避免多余线路对测试的干扰，同时也能有效降低测试成本。本发明使用TDC数字测量方法测试电子器件的时间参数，抗干扰能力较强，精较高，绝对误差较小，对于微秒级的小量程时间间隔测试，分辨率可到达到50ps。表1中给出了测量的分辨率和精度：
表1
本实施例中，对于小量程时间间隔，即微秒级时间间隔的测量，TDC时间测量芯片23采用数字***法的延迟***法进行测量。TDC集成芯片23内置锁相环和门电路(图中未示出)，TDC集成芯片23内部通过锁相环来提高计数频率，并采用门电路延迟技术来达到高精度测量，上述门电路为反相器。TDC集成芯片23的基本原理是采用逻辑门延时阵列，利用信号通过反相器的绝对时间延迟来精确量化时间间隔的，即在一定的时间间隔内计数有多少个反相器通过的数字测量方法。该测量方法精度较高，且与测量范围无关，可在整个测量范围保持线性，分辨率为50pS。
本实施例中，对于大的时间测量范围，即毫秒级时间间隔的测量，TDC时间测量芯片23采用数字脉冲计数法对电子器件的时间参数进行测量。采用100MHz的时钟脉冲，这样就能使测量方法具有测量范围大、线性好与测量精度高的优点，因为采用的是数字脉冲计数法，可以在整个测量范围内保持相同的误差精度。
本实施例中，精密电压源输出模块PPSU包括高精度DAC31、第一档位切换电路32和驱动电路33，其中，高精度DAC31的输入端与FPGA5连接，第一档位切换电路32的输入端与高精度DAC31连接、用于进行电压激励档位的切换，驱动电路33的输入端与第一档位切换电路32的输出端连接、用于提供电压输出。
本实施例中，高速高精度精密测量模块PMU包括信号输入电路11、第二档位切换电路12和高精度ADC13，其中，信号输入电路11的输入端与被测电路的被测量端连接、用于输入信号，第二档位切换电路12的输入端与信号输入电路11的输出端连接、用于进行测量档位的切换，高精度ADC13的输入端与第二档位切换电路12的输出端连接、用于精密测量被测电路的电压参数，高精度ADC13的输出端与FPGA5连接。
总之，本实施例中，本发明使用TDC技术的数字测量方法代替了传统的模拟测量方法进行时间参数的测量。目前TDC技术广泛应用于航空航天，卫星导航，雷达定位和激光测距等领域，这些先进水平的领域对时间间隔测量的精度要求很高，所以将这种高精度的TDC即时间数字转换技术应用到自动测试设备即测试机的高精度时间测量领域，可以有效的提高电子器件时间测量的精度。本发明还集成了精密电源输出的功能，可以为被测电路提供供电电压或精度要求较高的参考电压以及激励电压。
本发明将具有高精度的时间数字转换技术TDC应用到电子器件的高精度时间测量领域，并与高速度高精度测量技术、数字信号处理技术以及精密电源输出技术相结合，实现被测电路的直流参数和交流参数的高精度测量。
本发明的精密测量板卡PMS应用于被测电路的直流参数和交流参数的高精度测量，相对于同类产品，该精密测量板卡PMS则是在高速高精密测量的基础上又增加了精密电压源输出模块PPSU，用于提供电压源或电压激励源。同时本发明在时间测量部分融入了新技术，即采用TDC技术对电子器件进行时间参数的测量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种精密测量板卡，其特征在于，包括集成在一块板卡上的高速高精度精密测量模块、高精度时间测量模块、数字信号处理模块、精密电压源输出模块、通讯电路和FPGA，所述高速高精度精密测量模块与所述FPGA连接、用于精密测量被测电路的电压参数，所述高精度时间测量模块与所述FPGA连接、用于对电子器件的时间参数进行精密测量，所述高精度时间测量模块包括信号调理电路、波形整形电路和TDC时间测量芯片，所述信号调理电路的输入端连接所述被测电路的被测量端、用于接收所述被测电路传入的波形触发信号，所述波形整形电路的输入端与所述信号调理电路的输出端连接、用于将所述波形触发信号整形形成脉冲沿，所述TDC时间测量芯片的输入端与所述波形整形电路的输出端连接、用于采用TDC数字测量方法对电子器件的时间参数进行精密测量，所述TDC时间测量芯片的输出端与所述FPGA连接，所述数字信号处理模块与所述FPGA连接，所述精密电压源输出模块与所述FPGA连接、用于为所述被测电路提供电压输出，所述通讯电路与所述FPGA连接。
2.根据权利要求1所述的精密测量板卡，其特征在于，对于微秒级时间间隔的测量，所述TDC时间测量芯片采用数字***法的延迟***法进行测量，所述TDC时间测量芯片内置锁相环和门电路。
3.根据权利要求2所述的精密测量板卡，其特征在于，所述门电路为反相器。
4.根据权利要求1所述的精密测量板卡，其特征在于，对于毫秒级时间间隔的测量，所述TDC时间测量芯片采用数字脉冲计数法对所述电子器件的时间参数进行测量。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的精密测量板卡，其特征在于，所述精密电压源输出模块包括高精度DAC、第一档位切换电路和驱动电路，所述高精度DAC的输入端与所述FPGA连接，所述第一档位切换电路的输入端与所述高精度DAC连接、用于进行电压激励档位的切换，所述驱动电路的输入端与所述第一档位切换电路的输出端连接、用于提供电压输出。
6.根据权利要求1至4任意一项所述的精密测量板卡，其特征在于，所述高速高精度精密测量模块包括信号输入电路、第二档位切换电路和高精度ADC，所述信号输入电路的输入端与所述被测电路的被测量端连接、用于输入信号，所述第二档位切换电路的输入端与所述信号输入电路的输出端连接、用于进行测量档位的切换，所述高精度ADC的输入端与所述第二档位切换电路的输出端连接、用于精密测量所述被测电路的电压参数，所述高精度ADC的输出端与所述FPGA连接。
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