中規(guī)模集成電路功能測試儀設(shè)計方案詳解

　　集成電路的測試技術(shù)隨著集成電路開發(fā)應用的飛速發(fā)展而發(fā)展。集成電路測試儀也從最初測試小規(guī)模集成電路發(fā)展到測試中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。集成電路測試儀按測試門類可分為：數(shù)字集成電路測試儀、存儲器測試儀、模擬與混合信號電路測試儀、在線測試系統(tǒng)和驗證系統(tǒng)等。目前市場上的測試儀產(chǎn)品功能較單一，價格非常昂貴，給電路的測試、維護帶來不便。因此，研究開發(fā)簡單快捷、具有一定智能化的集成電路測試儀有很高的實用價值。

　　在高等學校的電子實驗教學中，經(jīng)常要用到如模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、555集成定時電路、3524開關(guān)電源控制器等中規(guī)模集成電路。由于學生通常是初次接觸使用芯片，經(jīng)常會由于操作不當造成電路芯片的損傷或損壞，而表面上卻無法作出正確的判斷。在這種情況下，非常需要有適當?shù)募呻娐返臏y試儀，用于測試、判斷芯片的好壞。而市面上又沒有合適的測試儀可供選購。因此，本文設(shè)計制作了可用于一些特定的中規(guī)模電路的測試儀。根據(jù)具體的需要選取了ADC0809、DAC0832、LM555、WC3524等幾種芯片作為測試對象，并設(shè)計了相應的專門測試儀。

　　測試儀的結(jié)構(gòu)示意框圖如圖1所示。該測試儀器的控制器采用了Atmel公司的八位單片機89C55，用于完成界面管理和自動檢測控制功能[3].其中采用了Maxim公司的MAX197高精度的A/D轉(zhuǎn)換器來完成模擬信號的測試[4].下面分別介紹各類器件的測試原理和方法。

　　圖1 測試儀結(jié)構(gòu)框圖

　　1測試原理和測試電路

　　測試一個器件的功能或特性參數(shù)，通常采取該器件的典型應用電路，把功能體現(xiàn)出來，把參數(shù)值直接或間接地反映出來。

　　1.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的測試

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的測試電路圖如圖2所示。根據(jù)測試電路，ADC0809的8個通道輸入同樣的模擬量，該模擬量同樣也輸送給MAX197.控制器選擇ADC0809的1個模擬通道，并發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換信號，使ADC0809開始轉(zhuǎn)換，然后控制MAX197也開始轉(zhuǎn)換。等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，分別讀取兩者的轉(zhuǎn)換結(jié)果，并進行數(shù)值比較，根據(jù)誤差限確定器件功能是否正常。改變通道繼續(xù)測試，直到8個通道測試完畢，顯示其結(jié)果。

　　圖2 ADC0809的測試電路圖

　　1.2 DAC0832的測試

　　D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832是8位二進制數(shù)模轉(zhuǎn)換器，8個數(shù)字量輸入端分別為DI7~DI0，其中DI7為MSB，DI0為LSB.它的模擬量輸出端為電流輸出IOUT1和IOUT2，當輸入的數(shù)字量最大時，IOUT1端輸出的電流最大;當輸入的數(shù)字量為零時，輸出電流最小。IOUT2端的電流輸出情況正好相反。這兩個端子可以和外部的運算放大器相接實現(xiàn)電流/電壓的變換。此芯片內(nèi)部還有1個反饋電阻，可以作為外部運算放大器的反饋電阻，DAC0832測試原理圖如圖3所示。芯片內(nèi)有兩級輸入寄存器，使之具備雙緩沖、單緩沖和直通3種輸入方式，以適于各種電路的需要，例如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等。

　　圖3 ADC0832測試電路

　　由單片機輸送1個8位的二進制數(shù)字量給DAC0832，使兩級緩沖的寫控制和片選控制都有效時，開始D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度為微秒級。經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后，輸出的電流再經(jīng)過運放轉(zhuǎn)換成電壓，該電壓經(jīng)過MAX197轉(zhuǎn)換成數(shù)字量讀回到單片機中，然后和原輸出的數(shù)字量相比較，以判斷被測芯片正常與否。

　　1.3 LM555定時電路的測試

　　集成定時電路LM555的應用非常廣，其測試電路如圖4所示。這是一個典型的定時電路接法，用于測試內(nèi)部的2個比較器和RS觸發(fā)器是否正常，同時可以測試控制電壓是否正常。

　　圖4 LM555測試電路

　　單片機輸出1個負脈沖到LM555芯片的第2引腳，觸發(fā)定時電路。單片機讀取定時電路的輸出端信號，確定是否出現(xiàn)相應的上升沿和下降沿，從而可以判斷芯片的功能正常與否。

　　1.4 SG3524的測試

　　SG3524內(nèi)部方框圖如圖5所示。輸入直流電源UIN從15腳進入后分2路：一路作為放大器、比較器、振蕩器以及邏輯電路和控制電路的電源;另一路作為基準電壓源，產(chǎn)生+5 V基準電壓輸出到16引腳，作為外部電壓基準。在振蕩器部分的引腳7和引腳6上外接定時電容CT和定時電阻RT，得到所需的振蕩頻率。SG3524測試原理圖如圖6所示，連接成一個典型的降壓型開關(guān)電源電路，利用誤差放大器構(gòu)成電壓負反饋。通過改變?nèi)颖壤禂?shù)就可以改變輸出電壓，單片機通過測取引腳3上的脈沖頻率，通過MAX197測取輸出端的電壓，即可判斷SG3524芯片的好壞。測試中暫時沒有考慮過流保護功能的測試。

　　圖5 SG3524內(nèi)部方框圖

　　2操作和軟件結(jié)構(gòu)

　　測試儀的基本工作流程是：接通電源后，電源指示燈亮，表明電源工作正常，顯示器顯示等待測試信息，表明可以開始測試操作。由按鍵1選擇所要測試的芯片，顯示光標停留的芯片型號表示是當前待測芯片。每按1次選擇鍵，光標指向下一個型號，不斷地按鍵可以循環(huán)選擇。當光標移到所要測試的芯片時，按下確定鍵2，接下來由單片機控制，開始自動測試該芯片，此時對應該芯片的指示燈亮;然后由外部電路或單片機給待測芯片一定的模擬或數(shù)字輸入量，經(jīng)過每個芯片的測試電路后，通過MAX197進行處理(或直接送到單片機)，與單片機中預存的標準值進行比較。如果測試值在標準值附近的一定范圍內(nèi)，則芯片正常，測試指示燈常亮，液晶顯示器顯示OK;否則，芯片出錯，測試指示燈閃爍，液晶顯示器顯示BAD.此芯片測試完畢，按下復位鍵3，即回到初始狀態(tài)，可以進行下一輪測試。軟件流程圖如圖7所示。

　　圖6 SG3524測試原理圖

　　圖7 軟件流程圖