專利名稱：用于電壓信號(hào)的測(cè)量與轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路測(cè)試測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于電壓信號(hào)的測(cè)量與轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
在集成電路自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備(ATE設(shè)備)中，特別是針對(duì)集成電路的最終測(cè)試時(shí)， 由于機(jī)械手(Handler)與ATE各自尺寸和外形的關(guān)系，無(wú)法將被測(cè)器件(DUT)與ATE中板 卡上的源/表進(jìn)行直接對(duì)接，所以必須用一段較長(zhǎng)的引線將DUT與ATE相連，引線的長(zhǎng)度短 則l-2米，長(zhǎng)的會(huì)達(dá)到5米。由于長(zhǎng)引線的引入，不可避免地帶來(lái)了引線誤差以及加劇了外 界電磁場(chǎng)對(duì)被測(cè)試信號(hào)的干擾。雖然ATE中采用的開(kāi)爾文接線和電磁屏蔽的方法在一定程 序上可以減小了測(cè)量誤差，但是在有些情況下，仍然無(wú)法滿足測(cè)試要求，如測(cè)量精度要求 在1毫伏或1毫伏以下；被測(cè)試信號(hào)的輸出比較大、阻抗很大，為弱電勢(shì)。
如果不計(jì)長(zhǎng)引線帶來(lái)的誤差，模擬ATE的測(cè)量精度基本可以達(dá)到毫伏，而數(shù)字ATE 的測(cè)試精度要在十幾毫伏以上。因此即使沒(méi)有長(zhǎng)引線的引入，以上兩種情況在測(cè)試中也無(wú) 法滿足微伏級(jí)精度的測(cè)量要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于電壓信號(hào)的測(cè)量與轉(zhuǎn)換裝置，以實(shí)現(xiàn)集成電路電壓 信號(hào)的精確測(cè)量與轉(zhuǎn)換，使得ATE設(shè)備在有長(zhǎng)引線影響的情況下能準(zhǔn)確地測(cè)試微伏級(jí)精度 的信號(hào)。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種用于電壓信號(hào)的測(cè)量與轉(zhuǎn)換裝置，包括差分
PGA，差分PGA分別與輸入信號(hào)緩沖器和比較電壓發(fā)生器連接，比較電壓發(fā)生器與微控制器
連接，差分PGA的一個(gè)輸出端通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器與微控制器連接，輸入信號(hào)緩沖器、比較電壓
發(fā)生器、微控制器、差分PGA、數(shù)模轉(zhuǎn)換器分別由電源模塊供電，差分PGA的另一個(gè)輸出端與
ATE設(shè)備連接，微控制器通過(guò)數(shù)字總線與ATE設(shè)備連接，所述的比較電壓發(fā)生器由相連接的
模數(shù)轉(zhuǎn)換器和電壓跟隨器組成。 本發(fā)明的測(cè)量與轉(zhuǎn)換裝置，其特征還在于 所述差分PGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是，由多路模擬開(kāi)關(guān)I和多路模擬開(kāi)關(guān)II、差分運(yùn)算放大
器組成，差分運(yùn)算放大器內(nèi)部包括一級(jí)放大器和二級(jí)放大器順序連接而成，多路模擬開(kāi)關(guān)
II和多路模擬開(kāi)關(guān)I順序連接，多路模擬開(kāi)關(guān)II的負(fù)極與一級(jí)放大器的+1N極連接，多路
模擬開(kāi)關(guān)II的輸出端分別與多路模擬開(kāi)關(guān)I的負(fù)極以及二級(jí)放大器的+lN極相連接，多路
模擬開(kāi)關(guān)I的輸出端與二級(jí)放大器的輸出端相連接構(gòu)成差分PGA的輸出端。 所述微控制器的通用輸入輸出口分別與撥碼開(kāi)關(guān)1、撥碼開(kāi)關(guān)11、撥碼開(kāi)關(guān)III連接。 本發(fā)明裝置的有益效果是，在幾乎不增加ATE設(shè)備的前提下，通過(guò)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使 ATE設(shè)備的電壓測(cè)量精度提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，實(shí)現(xiàn)毫伏級(jí)及毫伏以下信號(hào)的精確測(cè)量。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本發(fā)明裝置中的比較電壓發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明裝置中的差分PGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明裝置中的微控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明裝置的工作流程示意圖。 圖中，1.ATE設(shè)備，2.輸入信號(hào)緩沖器，3.比較電壓發(fā)生器，4.微控制器，5.差分 PGA，6.數(shù)模轉(zhuǎn)換器，8.撥碼開(kāi)關(guān)I，9.撥碼開(kāi)關(guān)II，IO.撥碼開(kāi)關(guān)III，ll.模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 12.電壓跟隨器，13.多路模擬開(kāi)關(guān)I，14.差分運(yùn)算放大器，15.多路模擬開(kāi)關(guān)I1，16. —級(jí) 放大器，17. 二級(jí)放大器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)框圖，包括差分PGA5，差分PGA5分別與輸入信號(hào)緩沖器 2和比較電壓發(fā)生器3相連接，比較電壓發(fā)生器3與微控制器4連接，差分PGA5的一個(gè)輸 出端通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器6與微控制器4連接，輸入信號(hào)緩沖器2、比較電壓發(fā)生器3、微控制器 4、差分PGA5、數(shù)模轉(zhuǎn)換器6分別由電源模塊供電，差分PGA5的另一個(gè)輸出端與ATE設(shè)備1 連接，微控制器4通過(guò)數(shù)字總線與ATE設(shè)備1連接。 電源模塊從外部得到±15V電源后，分別轉(zhuǎn)換成士12V、 +5V、3. 3V電壓，用于給輸 入信號(hào)緩沖器2、比較電壓發(fā)生器3、微控制器4、差分PGA5、數(shù)模轉(zhuǎn)換器6各個(gè)子模塊提供 相應(yīng)的電壓。被測(cè)試的輸入信號(hào)經(jīng)輸入信號(hào)緩沖器2緩沖調(diào)理后與比較電壓發(fā)生器3的輸 出電壓共同輸入至差分PGA5，比較電壓發(fā)生器3的輸出電壓是根據(jù)預(yù)期的測(cè)量電壓來(lái)設(shè)置 的，比如要測(cè)試的電壓在5V左右，則將比較電壓發(fā)生器的輸出電壓設(shè)置為5V。差分PGA5將 這兩個(gè)電壓作差并且根據(jù)設(shè)定的放大倍數(shù)進(jìn)行放大后一路作為模擬輸出的信號(hào)，供ATE設(shè) 備1進(jìn)行測(cè)量；一路進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換器6并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供微控制器4讀取。微控制器4 將讀取到的數(shù)字量再通過(guò)數(shù)字總線傳送至ATE設(shè)備1。由此可以看出，被測(cè)試信號(hào)在被處理 后有兩條途徑送至ATE設(shè)備1， 一條是通過(guò)差分PGA5的輸出直接給ATE設(shè)備1，這一通道是 針對(duì)模擬ATE，因?yàn)槟MATE的電壓測(cè)量精度比較高，可以直接讀取這一電壓值；另一條是 通過(guò)微控制器4的數(shù)字總線送至ATE設(shè)備l，這一通路是針對(duì)數(shù)字ATE，數(shù)字ATE的電壓測(cè) 量精度比較差，但是通過(guò)這一通路可以讀取到經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，經(jīng)換算后得到被測(cè)信號(hào) 的電壓值，從而保證了測(cè)試精度。 圖2是本發(fā)明裝置中的比較電壓發(fā)生器3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，比較電壓發(fā)生器3由高 精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器11與電壓跟隨器12依次連接而成。預(yù)期的測(cè)量值的數(shù)字量由微控制器 4寫(xiě)入到高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器11中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器11輸出的模擬量經(jīng)電壓跟隨器12后作為 后級(jí)電路的輸入。 圖3是本發(fā)明裝置中的差分PGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，由多路模擬開(kāi)關(guān)I 13、多路模擬 開(kāi)關(guān)1115和高精度的差分運(yùn)算放大器14組成，差分運(yùn)算放大器14內(nèi)部包括兩個(gè)放大器 (一級(jí)放大器16和二級(jí)放大器17)順序連接而成，完成差分運(yùn)算放大的工作，多路模擬開(kāi)關(guān)II 15和多路模擬開(kāi)關(guān)I13順序連接，多路模擬開(kāi)關(guān)I1 15的負(fù)極與一級(jí)放大器16的+1N 極連接，多路模擬開(kāi)關(guān)II 15的輸出端與多路模擬開(kāi)關(guān)I 13的負(fù)極以及二級(jí)放大器17的 +，極，三者相連接，多路模擬開(kāi)關(guān)I 13的輸出端與二級(jí)放大器17的輸出端相連接構(gòu)成差 分PGA5的輸出端。多路模擬開(kāi)關(guān)I13和多路模擬開(kāi)關(guān)I1 15受微控制器4的控制，以選擇 適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)對(duì)輸入至差分運(yùn)算放大器14的兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行差分放大。差分PGA的輸出 可以直接供模擬ATE進(jìn)行讀取。 圖4是本發(fā)明裝置中的微控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，微控制器4的通用輸入輸出口同 時(shí)與撥碼開(kāi)關(guān)I 8、撥碼開(kāi)關(guān)I1 9、撥碼開(kāi)關(guān)III10分別連接，微控制器4實(shí)時(shí)采集三個(gè)撥
碼開(kāi)關(guān)(撥碼開(kāi)關(guān)i s、撥碼開(kāi)關(guān)n 9、撥碼開(kāi)關(guān)ini0)的狀態(tài)，根據(jù)設(shè)定狀態(tài)發(fā)出控制信
號(hào)，分別控制比較電壓發(fā)生器3和差分PGA5。其中撥碼開(kāi)關(guān)I 8用于設(shè)置裝置的工作模式， 選擇是工作在與ATE設(shè)備1的數(shù)字ATE接口還是與模擬ATE接口 ，當(dāng)選擇為與模擬ATE接 口時(shí)，撥碼開(kāi)關(guān)II 9用于設(shè)置預(yù)期測(cè)量電壓值，撥碼開(kāi)關(guān)I1 9用于設(shè)置差分PGA的放大倍 數(shù)。當(dāng)撥碼開(kāi)關(guān)I 8選擇為與數(shù)字ATE接口時(shí)，所有的設(shè)置是通過(guò)裝置的fC通信口與ATE 的Logic通道的通信進(jìn)行設(shè)置，所以在這種模式下，撥碼開(kāi)關(guān)II 9和撥碼開(kāi)關(guān)III10沒(méi)有
參與工作。
實(shí)施例 假如要測(cè)試的芯片的輸出基準(zhǔn)電壓預(yù)期值為5.0V±0. 1%，也就是良品的輸出 應(yīng)在4. 995V-5. 005V，只有士5mV的范圍，如果用測(cè)試機(jī)直接測(cè)試，測(cè)試機(jī)的測(cè)試精度在 士lmV，這樣就會(huì)存在很大的誤殺和誤放的可能性。如果再考慮長(zhǎng)引線的影響，情況將會(huì)更嚴(yán)重。 參照?qǐng)D5，使用本裝置進(jìn)行測(cè)試前，先將撥碼開(kāi)關(guān)I 8選擇為與ATE設(shè)備1的數(shù)字 ATE接口 ，即數(shù)字ATE模式，裝置上電后，微控制器4首先檢查撥碼開(kāi)關(guān)I 8所設(shè)置的接口方 式(本例為數(shù)字ATE模式)。在測(cè)試時(shí)，ATE通過(guò)裝置的I2C通信口比較電壓為5. OV、放大 倍數(shù)設(shè)為1000倍兩個(gè)參數(shù)下發(fā)，裝置收到設(shè)置命令后，微控制器4將比較電壓發(fā)生器3的 輸出電壓設(shè)為5. 0V，并通過(guò)控制多路模擬開(kāi)關(guān)113和多路模擬開(kāi)關(guān)II 15將差分PGA5的放 大倍數(shù)設(shè)為1000倍。等待環(huán)路穩(wěn)定后(約2毫秒)，ATE設(shè)備1便可下發(fā)讀取命令，裝置收 到讀取命令后，將裝置測(cè)量到的電壓值通過(guò)I2C通信口回送至ATE。
ATE的讀值=(基準(zhǔn)電壓值_比較電壓值)*放大倍數(shù)
基準(zhǔn)電壓值=ATE的讀值/放大倍數(shù)+比較電壓值 由公式可以看出ATE設(shè)備1的讀值除上了一個(gè)放大倍數(shù)1000，也就是將誤差縮小 了 IOOO倍，從而達(dá)到了提高測(cè)試精度的目的。 本發(fā)明的電壓信號(hào)測(cè)量與轉(zhuǎn)換裝置，針對(duì)集成電路測(cè)試中被測(cè)量電壓值集中在某 一預(yù)期值附近的特點(diǎn)，在測(cè)試板上利用可編程的差分放大器將實(shí)際值與預(yù)期值進(jìn)行差分放 大后再將結(jié)果返給ATE設(shè)備，使得集成電路ATE系統(tǒng)在長(zhǎng)引線情況下可以精確測(cè)量微伏級(jí) 信號(hào)，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作，成本低。
權(quán)利要求
一種用于電壓信號(hào)的測(cè)量與轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于包括差分PGA(5)，差分PGA(5)分別與輸入信號(hào)緩沖器(2)和比較電壓發(fā)生器(3)連接，比較電壓發(fā)生器(3)與微控制器(4)連接，差分PGA(5)的一個(gè)輸出端通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(6)與微控制器(4)連接，輸入信號(hào)緩沖器(2)、比較電壓發(fā)生器(3)、微控制器(4)、差分PGA(5)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(6)分別由電源模塊供電，差分PGA(5)的另一個(gè)輸出端與ATE設(shè)備(1)連接，微控制器(4)通過(guò)數(shù)字總線與ATE設(shè)備(1)連接，所述的比較電壓發(fā)生器(3)由相連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(11)和電壓跟隨器(12)組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量與轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述差分PGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是， 由多路模擬開(kāi)關(guān)I(13)和多路模擬開(kāi)關(guān)II(15)、差分運(yùn)算放大器(14)組成，差分運(yùn)算放大 器(14)內(nèi)部包括一級(jí)放大器(16)和二級(jí)放大器(17)順序連接而成，多路模擬開(kāi)關(guān)I1(15) 和多路模擬開(kāi)關(guān)I(13)順序連接，多路模擬開(kāi)關(guān)I1(15)的負(fù)極與一級(jí)放大器(16)的+lN 極連接，多路模擬開(kāi)關(guān)I1(15)的輸出端分別與多路模擬開(kāi)關(guān)I(13)的負(fù)極以及二級(jí)放大器 (17)的+lN極相連接，多路模擬開(kāi)關(guān)I(13)的輸出端與二級(jí)放大器(17)的輸出端相連接構(gòu) 成差分PGA(5)的輸出端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)量與轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述微控制器(4)的通用輸 入輸出口分別與撥碼開(kāi)關(guān)I (8)、撥碼開(kāi)關(guān)II (9)、撥碼開(kāi)關(guān)III (10)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于電壓信號(hào)的測(cè)量與轉(zhuǎn)換裝置，包括差分PGA，差分PGA分別與輸入信號(hào)緩沖器和比較電壓發(fā)生器連接，比較電壓發(fā)生器與微控制器連接，差分PGA的一個(gè)輸出端通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器與微控制器連接，輸入信號(hào)緩沖器、比較電壓發(fā)生器、微控制器、差分PGA、數(shù)模轉(zhuǎn)換器分別由電源模塊供電，差分PGA的另一個(gè)輸出端與ATE設(shè)備連接，微控制器通過(guò)數(shù)字總線與ATE設(shè)備連接，所述的比較電壓發(fā)生器由相連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和電壓跟隨器組成。本發(fā)明的裝置，能使得集成電路ATE系統(tǒng)在長(zhǎng)引線情況下精確測(cè)量微伏級(jí)信號(hào)。
文檔編號(hào)G01R31/28GK101726657SQ200910312250
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者劉義芳 申請(qǐng)人:西安明泰半導(dǎo)體測(cè)試有限公司