數(shù)字測(cè)試儀的各參數(shù)測(cè)試單元的設(shè)計(jì)

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字集成電路得到了廣泛的應(yīng)用，數(shù)字芯片已經(jīng)滲透到各個(gè)生產(chǎn)、生活的領(lǐng)域。與之相對(duì)應(yīng)的，各個(gè)領(lǐng)域?qū)?shù)字芯片的性能、穩(wěn)定性、可靠性也有了更高的要求。數(shù)字測(cè)試儀作為測(cè)試芯片性能最主要的技術(shù)正是在這樣的環(huán)境下迅速發(fā)展起來(lái)。

整個(gè)數(shù)字測(cè)試儀通常包含了五大部件：電源模塊、通信模塊、參數(shù)測(cè)量單元、數(shù)字測(cè)量單元和主控制模塊。其中，參數(shù)測(cè)量單元和數(shù)字測(cè)量單元是整個(gè)數(shù)字測(cè)量?jī)x的核心部件，參數(shù)測(cè)量單元直接決定著整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試儀的模擬參數(shù)測(cè)量精度和應(yīng)用范圍。因此，設(shè)計(jì)出具備高精度、高速度的參數(shù)測(cè)量單元的數(shù)字測(cè)試儀具有很高挑戰(zhàn)性。

本文提出了一種高速度高精度的參數(shù)測(cè)量單元。該單元應(yīng)用于數(shù)字測(cè)試儀,具備16通道選通測(cè)試能力和可編程指令集，同時(shí)自帶的PID循環(huán)驗(yàn)證和Kelvin四線連接技術(shù)可以有效提高整個(gè)模擬參數(shù)測(cè)量精度，使測(cè)量?jī)x在低于50Ω的負(fù)載情況下仍能維持不超過(guò)千分之一的測(cè)試誤差。

數(shù)字測(cè)試儀框架
數(shù)字測(cè)試儀框架如圖1所示，采用Cyclone系列的FPGA作為主控制芯片。該芯片能夠有效控制各種高速并行D/A、A/D進(jìn)行測(cè)試；同時(shí)對(duì)大量的通道選通繼電器、存儲(chǔ)器陣列、數(shù)字信號(hào)采集芯片等進(jìn)行準(zhǔn)確控制。由圖1可以看出，測(cè)試儀的模塊很多，但需要指出的是模擬參數(shù)單元占到了整個(gè)面積和成本的三分之一以上，這也顯示了參數(shù)測(cè)量單元的重要性。

圖1 數(shù)字測(cè)試儀架構(gòu)圖

參數(shù)測(cè)試單元硬件設(shè)計(jì)
1 測(cè)試單元整體架構(gòu)
參數(shù)測(cè)試單元如圖2所示，總共包括了三大部分，第一部分參數(shù)測(cè)試通道主要由各種功能的通道組成，包含了16個(gè)參數(shù)測(cè)量通道用來(lái)測(cè)試芯片的16個(gè)引腳；以及多個(gè)輔助引腳，這些輔助引腳可以輔助Kelvin連接評(píng)估傳輸線阻抗和模擬總線交互功能。

圖2 參數(shù)測(cè)試單元架構(gòu)

這些測(cè)試通道由測(cè)量單元的第二部分：繼電器陣列組控制。繼電器除了對(duì)測(cè)試通道進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制外，還能夠控制該單元的功能操作和時(shí)序操作，對(duì)測(cè)試精度有很大的影響。同時(shí),這些繼電器具備可編程功能,能夠根據(jù)用戶需求適時(shí)更改。提高了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的靈活性，有助于系統(tǒng)以后的升級(jí)。