CN114035024A - 一种实时时钟芯片的测试***及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实时时钟芯片的测试***及其方法，包括电路测试板、频率计、高低温测试箱；所述电路测试板包括微控制器与时钟芯片测试位；所述微控制器用于读取待测时钟芯片内置温度传感器的温度值并控制待测时钟芯片调整内置晶体负载电容值，控制待测时钟芯片输出频率信号，并读取高精度频率计的频率值，对每一片待测时钟芯片进行温度特性测量，并计算出晶体负载电容温度特性曲线的顶点温度值和对应待测时钟芯片在恒定频率值下晶体负载电容的温度特性曲线的补偿数据；所述时钟芯片测试位用于放置多片待测时钟芯片；所述频率计用于测量待测时钟芯片输出频率值；所述高低温测试箱用于提供不同温度的测试环境。

Description

一种实时时钟芯片的测试***及其方法
技术领域
本发明涉及时钟芯片测试领域，具体为一种实时时钟芯片的测试***及其方法。
背景技术
时钟芯片计时精度误差源于晶体振荡电路的频率误差，而晶体振荡频率都会受到环境温度影响，如果不做补偿或纠偏处理，在极端温度范围内计时精度误差会很大，在-40℃时会达到-140PPM的精度误差.虽然目前已有精度补偿的方法，但是这些方法的补偿效果不佳，在宽温范围内的误差始终不能批量达到±5PPM以内。其原因之一是因为不同的时钟芯片使用了同一组补偿数据，然而不同时钟芯片内置晶体不同，不同的晶体的精度温度特性曲线是有差异的，包含了一次、二次、三次与四次温度系数的差异，导致不同晶体在两个相邻温度点的精度变化不同，特别是靠近高低温两端温度范围特性曲线斜率大，这种差异累计起来使得两个不同的晶体精度差值在环境温度-40℃或85℃时最大有40PPM左右；另外不同的晶体的顶点温度的也是具有差异的，最大能够达到±5℃，而极端温度范围1℃的变化会产生精度4PPM的改变，使得在环境温度-40℃或85℃时最大会达到20PPM的精度误差。原因之二是因为不同时钟芯片的内置温度传感器会有测量偏差，偏差可达到±3℃，这会导致时钟芯片在调用补偿数据时有较大的偏差，在极端温度范围最大会达到10PPM左右的误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种批量实现在宽温范围内高精度计时的实时时钟芯片的测试***及其方法。
本发明提供了一种实时时钟芯片的测试***，包括电路测试板、频率计、高低温测试箱；所述电路测试板包括微控制器与时钟芯片测试位；所述微控制器用于读取待测时钟芯片内置温度传感器的温度值，并控制待测时钟芯片调整内置晶体负载电容值，控制待测时钟芯片输出频率信号，并读取高精度频率计的频率值，对每一片待测时钟芯片进行温度特性测量，并计算出晶体负载电容温度特性曲线的顶点温度值和对应待测时钟芯片在恒定频率值下晶体负载电容的温度特性曲线的补偿数据；所述时钟芯片测试位用于放置多片待测时钟芯片；所述频率计用于测量待测时钟芯片输出频率值；所述高低温测试箱用于提供不同温度的测试环境。
优选地，所述不同温度的测试环境包括晶体厂家标称顶点温度、-40℃、-20℃、65℃、85℃的温度测试环境。
优选地，所述微控制器还包括用于计算当前频率值的精度误差是否在预设的阀值内，如果在预设的阀值内，微控制器存储当前环境温度下待测时钟芯片内置温度传感器的温度值与内置晶体负载电容值。
优选地，所述频率计为高精度频率计。
优选地，所述电路测试板还包括频率输出端口、电路测试板测试数据接口；所述频率输出端口用于连接频率计测试输入端口；所述电路测试板测试数据接口用于连接频率计的测试数据接口。
优选地，所述频率计放置在高低温测试箱外侧，高低温测试箱内放置所述电路测试板，以及与电路测试板电连接的多片待测时钟芯片。
本发明还提供一种实时时钟芯片的测试方法，包括如下步骤:
S1、将多片待测时钟芯片放置于电路测试板的时钟芯片测试位，放入高低温测试箱中，将频率计放置在高低温测试箱旁边并与电路测试板连接；
S2、对高低温测试箱加温或降温并稳定在多个设定的待测温度环境内；
S3、在每一个待测温度环境内由电路测试板的微控制器读取待测时钟芯片内置温度传感器的温度值，设置待测时钟芯片内置晶体负载电容值；
S4、根据设置的晶体负载电容值控制待测时钟芯片输出频率信号，并传输至频率计，由频率计将测量出的频率值传输至电路测试板的微控制器；
S5、电路测试板的微控制器根据频率计将测量出的频率值计算当前频率值的精度误差是否在预设的阀值内，是则执行步骤S6，否则执行步骤S7；
S6、当前频率值的精度误差在预设的阀值内，微控制器存储当前环境温度下待测时钟芯片内置温度传感器的温度值与内置晶体负载电容值，多片待测时钟芯片测试未完成则返回执行步骤S3，反之测试完成；
S7、当前频率值的精度误差不在预设的阀值内，则由电路测试板的微控制器计算出一个产生更小精度误差的内置晶体负载电容值并设置当前测试时钟芯片，并返回执行步骤S4。
优选地，所述步骤S1的将频率计放置在高低温测试箱旁边并与电路测试板连接包括：将电路测试板的频率输出端口与频率计测试输入端口连接，电路测试板的测试数据接口与频率计的测试数据接口连接。
本发明对每一片内置晶体负载电容的待测时钟芯片都进行了温度特性测量，并计算出该晶体负载电容温度特性曲线的顶点温度值和该待测时钟芯片在恒定频率情况下晶体负载电容的温度特性曲线的补偿数据，这样每一片时钟芯片内置的晶体都有自己的实际的温度特性曲线，不会因为晶体个体温度特性曲线上温度系数的差异带来精度补偿误差，进而批量实现在宽温范围内高精度计时的实时时钟芯片，其精度可达到±5PPM(常温范围达到±2.5PPM)，良品率在98％以上。
在进一步的优选方案中还能获得更多的优点：例如，测试***在测试每一片待测时钟芯片时，使用该待测时钟芯片内置的温度传感器的温度值作为该时钟芯片的环境温度值并用做芯片精度补偿数据的读写的地址偏移量，这样测试***在测试每一片待测时钟芯片时，即便它的内置温度传感器有测量偏差，但在计算补偿数据时也会有同样的温度偏差，最终待测时钟芯片在调用补偿数据时会因为它的内置温度传感器的同样的偏差，而正好去调用正确的补偿数据，这样就可以避免因为温度传感器的测量偏差带来精度补偿的较大误差。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种实时时钟芯片的测试***的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的实时时钟芯片的测试方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是根据本发明实施例提供的一种实时时钟芯片的测试***的结构示意图，该测试***包括电路测试板、频率计、高低温测试箱；所述电路测试板包括微控制器与时钟芯片测试位；所述微控制器用于读取待测时钟芯片内置温度传感器的温度值并控制待测时钟芯片调整内置晶体负载电容值，控制待测时钟芯片输出频率信号，并读取高精度频率计的频率值，对每一片待测时钟芯片进行温度特性测量，并计算出晶体负载电容温度特性曲线的顶点温度值和对应待测时钟芯片在恒定频率值下晶体负载电容的温度特性曲线的补偿数据；所述时钟芯片测试位用于连接多片待测时钟芯片；所述频率计用于测量待测时钟芯片输出频率值；所述高低温测试箱用于提供不同温度的测试环境。
频率计为高精度频率计，高精度频率计的测量误差远远小于时钟芯片的计时精度误差。待测时钟芯片内置有晶体振荡电路，晶体振荡电路包括大小可调的晶体负载电容值，且待测时钟芯片还包括可掉电保存晶体负载电容值的补偿数据存储区，以及输出晶体振荡电路的频率或分频的芯片引脚，例如实时时钟芯片SD3178。将高精度频率计放置在高低温测试箱外侧，电路测试板，以及与电路测试板放置的多片待测时钟芯片放置在高低温测试箱内，频率输出端口连接高精度频率计测试输入端口，电路测试板测试数据接口连接高精度频率计的测试数据接口，待测时钟芯片内置的温度传感器用于测量待测时钟芯片的环境温度并传输至所述微控制器内，由微控制器读取待测时钟芯片的温度传感器的温度值并控制待测时钟芯片调整内置晶体负载电容值，测试***在测试每一片待测时钟芯片时，使用该待测时钟芯片内置的温度传感器的温度值作为该待测时钟芯片的环境温度值并用做芯片精度补偿数据的读写的地址偏移量。
图2是根据本发明实施例提供的一种实时时钟芯片的测试方法流程示意图，该方法包括如下步骤:
S1、将多片待测时钟芯片放置于电路测试板的时钟芯片测试位，放入高低温测试箱中，将频率计放置在高低温测试箱旁边并与电路测试板连接；
S2、对高低温测试箱加温或降温并稳定在多个设定的待测温度环境内；
S3、在每一个待测温度环境内由电路测试板的微控制器读取待测时钟芯片内置温度传感器的温度值，设置时钟芯片内置的晶体负载电容值；
S4、根据设置的晶体负载电容值控制待测时钟芯片输出频率信号，并传输至频率计，由频率计将测量出的频率值传输至电路测试板的微控制器；
S5、电路测试板的微控制器根据频率计将测量出的频率值计算当前频率值的精度误差是否在预设的阀值内，是则执行步骤S6，否则执行步骤S7；
S6、当前频率值的精度误差在预设的阀值内，微控制器存储当前环境温度下待测时钟芯片内置温度传感器的温度值与内置晶体负载电容值，多片待测时钟芯片测试未完成则返回执行步骤S3，反之测试完成；
S7、当前频率值的精度误差不在预设的阀值内，则由电路测试板的微控制器计算出一个产生更小精度误差的内置晶体负载电容值并设置当前测试时钟芯片，并返回执行步骤S4。
所述步骤S1的将频率计放置在高低温测试箱旁边并与电路测试板连接包括：将电路测试板的频率输出端口与频率计测试输入端口连接，电路测试板的测试数据接口与频率计的测试数据接口连接。
通过上述测试***和方法分别测量每一片待测时钟芯片五组内置温度传感器温度值与内置晶体负载电容值，其高低温箱设置的环境温度分别为晶体厂家标称顶点温度、-40℃、-20℃、65℃、85℃，分别记温度值为t′0、t′1、t′2、t′3、t′4，记待测时钟芯片内置温度传感器温度值为t0、t1、t2、t3、t4，记内置晶体负载电容值为c0、c1、c2、c3、t4。
待测时钟芯片温度特性曲线的顶点温度可以通过其二次特性函数y＝ax2+bx+c求得，抛物线的顶点即是晶体负载电容的顶点温度。将(t1，c1)，(t3，c3)，(t4，t4)分别代入方程y＝ax2+bx+c中得到三元一次方程组，解出a、b的值；求出抛物线的对称轴-2a/b的大小并替换原有的t0值，得到当前待测时钟芯片温度特性曲线实际顶点温度大小t0，当待测时钟芯片内部晶体振荡频率值恒定时，晶体负载电容的温度特性曲线是一个四次的类似开口朝下的抛物曲线，可以通过四次函数求得晶体负载电容的特性曲线，取(t1，c1)、(t2，c2)、(t3，c3)、(t4，t4)，分别代入方程y＝a(x-t0)4+b(x-t0)3+c(x-t0)2+d(x-t0)+e中，在顶点温度很小的领域范围内，晶体负载电容几乎是不变的，故可以将(t0，c0)作为方程的解，代入方程可求得e＝c0，此时得到四元一次方程组。求解四元一次方程组，可解得方程a、b、c、d的系数大小，得到一个四次函数f(x)＝a(x-t0)4+b(x-t0)3+c(x-t0)2+d(x-t0)+e。
将-40℃～85℃内各温度值分别代入上述的一元四次函数中求函数值，此时求得的是为-40℃～85℃温度范围内的各温度对应的内置晶体负载电容值。根据补偿数据与电容大小的关系将电容值转换为补偿数据，并将补偿数据烧写到待测时钟芯片的补偿存储区当中。并重复上述步骤，可求出每一片待测时钟芯片的宽温范围内的晶体负载电容值的补偿数据，并烧写到待测时钟芯片的补偿存储区当中；通过以上步骤消除了晶体个体温度特性曲线的差异与环境温度测量偏差的影响，每一片待测时钟芯片都能实现高精度计时，因此可以批量实现在宽温范围内高精度计时的实时时钟芯片，其精度可达到±5PPM(常温范围达到±2.5PPM)，良品率在98％以上。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种实时时钟芯片的测试***，其特征在于，包括电路测试板、频率计、高低温测试箱；所述电路测试板包括微控制器与时钟芯片测试位；所述微控制器用于读取待测时钟芯片内置温度传感器的温度值，并控制待测时钟芯片调整内置晶体负载电容值，控制待测时钟芯片输出频率信号，并读取高精度频率计的频率值，对每一片待测时钟芯片进行温度特性测量，并计算出晶体负载电容温度特性曲线的顶点温度值和对应待测时钟芯片在恒定频率值下晶体负载电容的温度特性曲线的补偿数据；所述时钟芯片测试位用于放置多片待测时钟芯片；所述频率计用于测量待测时钟芯片输出频率值；所述高低温测试箱用于提供不同温度的测试环境。
2.根据权利要求1所述的实时时钟芯片的测试***，其特征在于，所述不同温度的测试环境包括晶体厂家标称顶点温度、-40℃、-20℃、65℃、85℃的温度测试环境。
3.根据权利要求1所述的实时时钟芯片的测试***，其特征在于，所述微控制器还包括用于计算当前频率值的精度误差是否在预设的阀值内，如果在预设的阀值内，微控制器存储当前环境温度下待测时钟芯片内置温度传感器的温度值与内置晶体负载电容值。
4.根据权利要求1所述的实时时钟芯片的测试***，其特征在于，所述频率计为高精度频率计。
5.根据权利要求1-4任一项所述的实时时钟芯片的测试***，其特征在于，所述电路测试板还包括频率输出端口、电路测试板测试数据接口；所述频率输出端口用于连接频率计测试输入端口；所述电路测试板测试数据接口用于连接频率计的测试数据接口。
6.根据权利要求1-4任一项所述的实时时钟芯片的测试***，其特征在于，所述频率计放置在高低温测试箱外侧，高低温测试箱内放置所述电路测试板，以及与电路测试板电连接的多片待测时钟芯片。
7.一种实时时钟芯片的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将多片待测时钟芯片放置于电路测试板的时钟芯片测试位，放入高低温测试箱中，将频率计放置在高低温测试箱旁边并与电路测试板连接；
S2、对高低温测试箱加温或降温并稳定在多个设定的待测温度环境内；
S3、在每一个待测温度环境内由电路测试板的微控制器读取待测时钟芯片内置温度传感器的温度值，设置待测时钟芯片内置晶体负载电容值；
S4、根据设置的晶体负载电容值控制待测时钟芯片输出频率信号，并传输至频率计，由频率计将测量出的频率值传输至电路测试板的微控制器；
S5、电路测试板的微控制器根据频率计将测量出的频率值计算当前频率值的精度误差是否在预设的阀值内，是则执行步骤S6，否则执行步骤S7；
S6、当前频率值的精度误差在预设的阀值内，微控制器存储当前环境温度下待测时钟芯片内置温度传感器的温度值与内置晶体负载电容值，多片待测时钟芯片测试未完成则返回执行步骤S3，反之测试完成；
S7、当前频率值的精度误差不在预设的阀值内，则由电路测试板的微控制器计算出一个产生更小精度误差的内置晶体负载电容值并设置当前测试时钟芯片，并返回执行步骤S4。
8.根据权利要求7所述的实时时钟芯片的测试方法，其特征在于，所述步骤S1的将频率计放置在高低温测试箱旁边并与电路测试板连接包括：将电路测试板的频率输出端口与频率计测试输入端口连接，电路测试板的测试数据接口与频率计的测试数据接口连接。
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