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一、引言
軟件設(shè)計測試方法有各種技術(shù)。實踐表明，使用每種方法均可設(shè)計出一組有用的測試方案，但沒有一種方法足以產(chǎn)生一組完善的測試方案。對每種方法而言，均有自身特長，因而用一種方法設(shè)計出的測試方案對某些類型的錯誤可能容易發(fā)現(xiàn)，但對另一些類型的錯誤不一定容易發(fā)現(xiàn)。所以，在實際工作中，總是把它們結(jié)合起來使用，形成綜合的測試策略，以滿足不同測試階段和不同程序的需要。不過，軟件測試過程必須分步驟進(jìn)行，每個步驟在邏輯上是前一個步驟的繼續(xù)。大型軟件系統(tǒng)通常由若干個子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)又由許多模塊組成。大型軟件系統(tǒng)的測試步驟基本由以下四個步驟組成：單元測試、集成測試（組裝測試）、確認(rèn)測試和系統(tǒng)測試。
二、測試策略中的集成測試設(shè)計
集成測試也稱組裝測試，綜合測試或聯(lián)合測試。集成測試是按設(shè)計要求把通過單元測試的各個模塊組裝在一起之后進(jìn)行測試，以便發(fā)現(xiàn)與接口有關(guān)的各種錯誤。在進(jìn)行集成測試時，常需考慮的有關(guān)問題有：數(shù)據(jù)經(jīng)過接口是否會丟失；一個模塊對另一模塊是否造成不應(yīng)有的影響；幾個子功能組合起來能否實現(xiàn)主功能；誤差不斷積累是否達(dá)到不可接受的程度；全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是否有問題。集成測試分為非漸增式測試和漸增式測試。
（一）非漸增式測試
非漸增式測試方法是先分別測試每個模塊，再把所有模塊按設(shè)計要求放在一起，結(jié)合成所要的程序再進(jìn)行測試。
（二）漸增式測試
漸增式測試是把下一個要測試的模塊同已經(jīng)測試好的那些模塊結(jié)合起來進(jìn)行測試，測試完以后再把下下一個應(yīng)該測試的模塊結(jié)合進(jìn)來測試，這種測試每次增加一個模塊。這種方法實際上同時完成單元測試和集成測試。
1.自頂向下結(jié)合
自頂向下結(jié)合是一種遞增的裝配軟件結(jié)構(gòu)的方法。這種方法被日益廣泛地采用，它需要連接程序，但不需要驅(qū)動程序。它是從主控制模塊（“主程序”）開始，沿著軟件的控制層次向下移動，從而逐漸把各個模塊結(jié)合起來。把主控模塊所屬的那些模塊都裝配到結(jié)構(gòu)中去時，有兩種方法可供選擇。
（1）深度優(yōu)先策略
參看圖1，深度優(yōu)先策略先組裝在軟件結(jié)構(gòu)的一條主控制通路上的所有模塊。主控路徑的選擇決定于軟件的應(yīng)用特性。如，選取最左邊的路徑，先結(jié)合模塊M1、M2和M5，接著是M8，如果M2的某個功能需要，可結(jié)合M6，然后再構(gòu)造中央和右側(cè)的控制通路。
圖1 圖2
（2）寬度優(yōu)先策略
寬度優(yōu)先策略是沿軟件結(jié)構(gòu)水平地移動，把處于同一個控制層次上的所有模塊組裝起來。對于圖2來說，先結(jié)合模塊M2、M3和M4（代替存根程序S4），接著是M5、M6和M7（代替存根程序S7）這一層，如此繼續(xù)進(jìn)行下去，直到所有模塊都被結(jié)合進(jìn)來為止。
（3）自頂向下綜合測試可歸納為以下五個步驟
A .用主控制模塊做測試驅(qū)動程序，用連接程序代替所有直接附屬于主控制模塊的模塊。
B.依據(jù)所選集成策略（深度優(yōu)先或?qū)挾葍?yōu)先），每次只用一個實際模塊替換一個樁模塊。
C.每集成一個模塊立即測試一遍。
D.只有每組測試完成后，才用實際模塊替換下一個樁模塊。
E.為避免引入新錯誤，須不斷進(jìn)行回歸測試（即全部或部分地重復(fù)已做過的測試）。
這一過程從第二步開始就不斷進(jìn)行，直到整個程序結(jié)構(gòu)構(gòu)造完畢。在圖1中，實線表示已部分完成的結(jié)構(gòu)，若采用深度優(yōu)先策略，下一步就要用M7來替代樁模塊S7。S7本身可能又帶樁模塊，隨后將被對應(yīng)的實際模塊一一替代。
（4）自頂向下集成局限性的解決方法
自頂向下集成的優(yōu)點在于能盡早地對程序的主要控制和決策機(jī)制進(jìn)行檢驗，因而能較早發(fā)現(xiàn)錯誤。其缺點在于測試較高層模塊時，低層處理采用樁模塊替代，這并不能夠反映實際情況，重要數(shù)據(jù)不能及時回送到上層模塊，因而測試并不充分和完善。所以這種方法有它的局限性，若遇到此類問題，測試人員可選擇以下幾種方法解決之：
A.把某些測試推遲到用真實模塊替代樁模塊之后進(jìn)行。這將使我們對一些特定的測試和特定模塊的裝配之間的對應(yīng)關(guān)系失去某些控制，在確定錯誤原因時會比較困難。
B.開發(fā)能模擬真實模塊的樁模塊。此法無疑要大大增加開銷。
C.從層次結(jié)構(gòu)的底部向上裝配軟件。此種方法較切實可行，下面專門介紹。
2.自底向上結(jié)合
自底向上測試是從軟件結(jié)構(gòu)最低層的模塊開始組裝和測試，當(dāng)測試到較高層模塊時，所需的下層模塊均已具備，因而不再需要樁模塊。
自底向上綜合測試可歸納為以下四個步驟：
（1） 把低層模塊組合成實現(xiàn)一個特定軟件子功能的族，見圖2中模塊族1、2、3。
（2） 為每個族設(shè)計一個驅(qū)動軟件，作為測試的控制程序，以協(xié)調(diào)測試用例的輸入和輸出。圖3中，虛線接的框D1、D2、D3是各個族的驅(qū)動程序。
（3） 對模塊族進(jìn)行測試。
（4） 按結(jié)構(gòu)向上次序，用實際模塊替換驅(qū)動程序，將模塊族結(jié)合起來組裝成新的模塊族，再進(jìn)行測試，直至全部完成。例如，在圖3中，族1、族2上屬于Ma，因而去掉D1和D2將這兩個族直接與Ma接口；同樣族3與Mb接口前將D3去掉；Ma與Mb最后與Mc接口。
采用自底向上方法，越向上層分別測試，所需驅(qū)動程序越少。而且，若軟件結(jié)構(gòu)的最上兩層用自頂向下結(jié)合的方法進(jìn)行裝配，則將大大減少驅(qū)動程序的數(shù)目，同時族的組裝也會大大簡化。
自頂向下方法不需驅(qū)動模塊的設(shè)計，可在程序測試的早期實現(xiàn)并驗證系統(tǒng)的主要功能，及早發(fā)現(xiàn)上層模塊的接口錯誤。但自頂向下方法必須設(shè)計存根模塊，使低層關(guān)鍵模塊中錯誤發(fā)現(xiàn)較晚，并且不能在早期很快且充分地展開測試的人力。自底向上方法與自頂向下方法相比較，它的優(yōu)缺點與自頂向下方法恰恰相反。一般在實際應(yīng)用中，采用兩種方法相結(jié)合的混合法，即對軟件結(jié)構(gòu)的較上層使用自頂向下的結(jié)合方法，對下層使用自底向上的結(jié)合方法，以充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點，盡量避免其缺點。
三、結(jié)論
集成測試是按設(shè)計要求把通過單元測試的各個模塊組裝在一起之后進(jìn)行測試，以便發(fā)現(xiàn)與接口有關(guān)的各種錯誤。相對單元測試，集成測試注重宏觀組織。
軟件測試中集成測試尤為重要，但這是不夠的，還必須設(shè)計形成綜合的測試策略，一般的做法是，用黑盒法設(shè)計基本的測試方案，再利用白盒法補(bǔ)充一些必要的測試方案。具體地說，可用以下策略結(jié)合各種方法：
（1） 在任何情況下都應(yīng)該使用邊界值分析的方法。
（2） 必要時用等價劃分法補(bǔ)充測試方案。
報告屬性
【報告名稱】中國集成電路測試產(chǎn)業(yè)投資咨詢報告
【報告性質(zhì)】專項調(diào)研：需方可根據(jù)需求對報告目錄修改，經(jīng)雙方確認(rèn)后簽訂正式協(xié)議。
【關(guān)鍵詞】集成電路測試產(chǎn)業(yè)投資咨詢
【制作機(jī)關(guān)】中國市場調(diào)查研究中心
【交付方式】電子郵件特快專遞
【報告價格】協(xié)商定價（紙介版、電子版）
【定購電話】010-68452508010-88430838
報告目錄
一、集成電路測試概述
(一)集成電路測試產(chǎn)業(yè)定義、基本概念
(二)集成電路測試基本特點
(三)集成電路測試產(chǎn)品分類
二、集成電路測試產(chǎn)業(yè)分析
(一)國際集成電路測試產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體概況
1、本產(chǎn)業(yè)國際現(xiàn)狀分析
2、本產(chǎn)業(yè)主要國家和地區(qū)情況
3、本產(chǎn)業(yè)國際發(fā)展趨勢分析
4、2007國際集成電路測試發(fā)展概況
(二)我國集成電路測試產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r
1、我國集成電路測試產(chǎn)業(yè)發(fā)展基本情況
2、集成電路測試產(chǎn)業(yè)的總體現(xiàn)狀
3、集成電路測試行業(yè)發(fā)展中存在的問題
4、2007我國集成電路測試行業(yè)發(fā)展回顧
三、2007年中國集成電路測試市場分析
(一)我國集成電路測試整體市場規(guī)模
1、總量規(guī)模
2、增長速度
3、各季度市場情況
(二)我國集成電路測試市場發(fā)展現(xiàn)狀分析
(三)原材料市場分析
(四)集成電路測試區(qū)域市場分析
(五)集成電路測試市場結(jié)構(gòu)分析
1、產(chǎn)品市場結(jié)構(gòu)
2、品牌市場結(jié)構(gòu)
3、區(qū)域市場結(jié)構(gòu)
4、渠道市場結(jié)構(gòu)
四、2007年中國集成電路測試市場供需監(jiān)測分析
(一)需求分析
1、產(chǎn)品需求
2、價格需求
3、渠道需求
4、購買需求
(二)供給分析
1、產(chǎn)品供給
2、價格供給
3、渠道供給
4、促銷供給
(三)市場特征分析
1、產(chǎn)品特征
2、價格特征
3、渠道特征
4、購買特征
五、2007年中國集成電路測試市場競爭格局與廠商市場競爭力評價
(一)競爭格局分析
(二)主力廠商市場競爭力評價
1、產(chǎn)品競爭力
2、價格競爭力
3、渠道競爭力
4、銷售競爭力
5、服務(wù)競爭力
6、品牌競爭力
六、影響2007-2010年中國集成電路測試市場發(fā)展因素
(一)有利因素
(二)不利因素
(三)政策因素
七、2007-2010年中國集成電路測試市場趨勢預(yù)測
(一)產(chǎn)品發(fā)展趨勢
(二)價格變化趨勢
(三)渠道發(fā)展趨勢
(四)用戶需求趨勢
(五)服務(wù)發(fā)展趨勢
八、2008年集成電路測試市場發(fā)展前景預(yù)測
(一)國際集成電路測試市場發(fā)展前景預(yù)測
1、國際集成電路測試產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景
2、2010年國際集成電路測試市場的發(fā)展預(yù)測
3、世界范圍集成電路測試市場的發(fā)展展望
(二)中國集成電路測試市場的發(fā)展前景
1、市場規(guī)模預(yù)測分析
2、市場結(jié)構(gòu)預(yù)測分析
(三)我國集成電路測試資源配置的前景
(四)集成電路測試中長期預(yù)測
1、2007－2010年經(jīng)濟(jì)增長與集成電路測試需求預(yù)測
2、2007－2010年集成電路測試行業(yè)總產(chǎn)量預(yù)測
3、我國中長期集成電路測試市場發(fā)展策略預(yù)測
九、中國主要集成電路測試生產(chǎn)企業(yè)(列舉)
十、國內(nèi)集成電路測試主要生產(chǎn)企業(yè)盈利能力比較分析
(一)2003-2007年集成電路測試行業(yè)利潤總額分析
1、2003-2007年行業(yè)利潤總額分析
2、不同規(guī)模企業(yè)利潤總額比較分析
3、不同所有制企業(yè)利潤總額比較分析
(二)2003-2007年集成電路測試行業(yè)銷售毛利率分析
(三)2003-2007年集成電路測試行業(yè)銷售利潤率分析
(四)2003-2007年集成電路測試行業(yè)總資產(chǎn)利潤率分析
(五)2003-2007年集成電路測試行業(yè)凈資產(chǎn)利潤率分析
(六)2003-2007年集成電路測試行業(yè)產(chǎn)值利稅率分析
十一.2008中國集成電路測試產(chǎn)業(yè)投資分析
(一)投資環(huán)境
1、資源環(huán)境分析
2、市場競爭分析
3、稅收政策分析
(二)投資機(jī)會
(三)集成電路測試產(chǎn)業(yè)政策優(yōu)勢
(四)投資風(fēng)險及對策分析
(五)投資發(fā)展前景
1、集成電路測試市場供需發(fā)展趨勢
2、集成電路測試未來發(fā)展展望
十二、集成電路測試產(chǎn)業(yè)投資策略
(一)產(chǎn)品定位策略
1、市場細(xì)分策略
2、目標(biāo)市場的選擇
(二)產(chǎn)品開發(fā)策略
1、追求產(chǎn)品質(zhì)量
2、促進(jìn)產(chǎn)品多元化發(fā)展
(三)渠道銷售策略
1、銷售模式分類
2、市場投資建議
(四)品牌經(jīng)營策略
1、不同品牌經(jīng)營模式
2、如何切入開拓品牌
(五)服務(wù)策略
十三、投資建議
(一)集成電路測試產(chǎn)業(yè)市場投資總體評價
(二)集成電路測試產(chǎn)業(yè)投資指導(dǎo)建議
十四、報告附件
(一)規(guī)模以上集成電路測試行業(yè)經(jīng)營企業(yè)通訊信息庫(excel格式)
主要內(nèi)容為：法人單位代碼、法人單位名稱、法定代表人(負(fù)責(zé)人)、行政區(qū)劃代碼、通信地址、區(qū)號、電話號碼、傳真號碼、郵政編碼、電子郵箱、網(wǎng)址、工商登記注冊號、編制登記注冊號、登記注冊類型、機(jī)構(gòu)類型……
(二)規(guī)模以上集成電路測試經(jīng)營數(shù)據(jù)庫(excel格式)
主要內(nèi)容為：主要業(yè)務(wù)活動(或主要產(chǎn)品)、行業(yè)代碼、年末從業(yè)人員合計、全年營業(yè)收入合計、資產(chǎn)總計、工業(yè)總產(chǎn)值、工業(yè)銷售產(chǎn)值、工業(yè)增加值、流動資產(chǎn)合計、固定資產(chǎn)合計、主營業(yè)務(wù)收入、主營業(yè)務(wù)成本、主營業(yè)務(wù)稅金及附加、其他業(yè)務(wù)收入、其他業(yè)務(wù)利潤、財務(wù)費用、營業(yè)利潤、投資收益、營業(yè)外收入、利潤總額、虧損總額、利稅總額、應(yīng)交所得稅、廣告費、研究開發(fā)費、經(jīng)營活動產(chǎn)生的現(xiàn)金流入、經(jīng)營活動產(chǎn)生的現(xiàn)金流出、投資活動產(chǎn)生的現(xiàn)金流入、投資活動產(chǎn)生的現(xiàn)金流出、籌資活動產(chǎn)生的現(xiàn)金流入、籌資活動產(chǎn)生的現(xiàn)金流出……
十五、報告說明
(一)報告目的
(二)研究范圍
(三)研究區(qū)域
(四)數(shù)據(jù)來源
(五)研究方法
(六)一般定義
(七)市場定義
(八)市場競爭力指標(biāo)體系
首先，持續(xù)集成和集成測試還是有很大區(qū)別，持續(xù)集成強(qiáng)調(diào)的是自動化的編譯構(gòu)建，部署，自動化的冒煙測試，保證開發(fā)過程的產(chǎn)出隨時都可以構(gòu)建一個冒煙測試通過的可用版本。而集成測試則涉及到嚴(yán)格的測試策略，測試方案，集成測試順序，各個集成功能點的覆蓋，詳細(xì)的功能性測試等。集成測試不僅僅是接口測試，更重要的是以接口質(zhì)量為前提的跨組件功能性測試。
1.為什么要集成測試
集成測試，也叫組裝測試或聯(lián)合測試。在單元測試的基礎(chǔ)上，將所有模塊按照設(shè)計要求組裝成為子系統(tǒng)或系統(tǒng)，進(jìn)行集成測試。實踐表明，一些模塊雖然能夠單獨地工作，但并不能保證連接起來也能正常的工作。程序在某些局部反映不出來的問題，在全局上很可能暴露出來，影響功能的實現(xiàn)。
理論上凡是兩個單元（如函數(shù)單元）的組合測試都可以叫做集成測試。實際操作中，通常集成測試的對象為模塊級的集成和子系統(tǒng)間的集成，其中子系統(tǒng)集成測試稱為組件測試。
在單元測試和系統(tǒng)測試間起到承上啟下的作用，既能發(fā)現(xiàn)大量單元測試階段不易發(fā)現(xiàn)的接口類錯誤，又可以保證在進(jìn)入系統(tǒng)測試前及早發(fā)現(xiàn)錯誤，減少損失。
對系統(tǒng)而言，接口錯誤是最常見的錯誤，單元測試通常是單人執(zhí)行，而集成測試通常是多人執(zhí)行或第三方執(zhí)行。集成測試通過模塊間的交互作用和不同人的理解和交流，更容易發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)上、理解上的不一致和差錯。
2.集成測試什么時候開始
在開始體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候開始；
在進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計之前完成集成測試方案；
在進(jìn)入系統(tǒng)測試之前結(jié)束集成測試。
3.集成測試原則
集成測試是產(chǎn)品研發(fā)中的重要工作，需要為其分配足夠的資源和時間。
集成測試需要經(jīng)過嚴(yán)密的計劃，并嚴(yán)格按計劃執(zhí)行。
應(yīng)采取增量式的分步集成方式，逐步進(jìn)行軟件部件的集成和測試。
應(yīng)重視測試自動化技術(shù)的引入與應(yīng)用，不斷提高集成測試效率。
應(yīng)該注意測試用例的積累和管理，方便進(jìn)行回歸并進(jìn)行測試用例補(bǔ)充。
4.集成測試需要關(guān)注以下問題：
4.1 集成測試的可迭代性
在整個軟件開發(fā)都可迭代的模式下，要意識到集成測試過程本身也是可以迭代的。大型產(chǎn)品集成不應(yīng)該等待到真正各個子系統(tǒng)或業(yè)務(wù)模塊都開發(fā)好才開始集成測試。功能開發(fā)的迭代直接驅(qū)動集成測試過程也是迭代，同時在每個集成測試周期中最好又分為幾個關(guān)鍵點，首先是服務(wù)模擬器，其次是替換掉模擬器聯(lián)調(diào)通組件接口，再次測試接口服務(wù)中詳細(xì)實現(xiàn)。
4.2 集成測試的順序問題
我一直認(rèn)為這是集成測試中非常關(guān)鍵的一個內(nèi)容，集成順序的確定涉及到前期大量的組件間依賴關(guān)系分析，業(yè)務(wù)功能點和接口對應(yīng)關(guān)系分析等。特別是發(fā)展到現(xiàn)在，我們發(fā)現(xiàn)很多時候組件間不再是以前單純的單向依賴關(guān)系，由于接口服務(wù)注冊在總線上，導(dǎo)致多個組件間可以相互依賴，所以前面簡單的組件依賴分析已經(jīng)不適用，替代的方法是基于跨組件的流程協(xié)同分析，以核心流程驅(qū)動組件間的組裝順序。
同時，對于傳統(tǒng)的自頂向下集成和自底向上集成方法往往都不能完全覆蓋。很多時候采用的都會是混合集成的策略。一個是為了及早的看到集成的效果我們期望從頂向下，但是卻需要大量的模擬器和stub樁模塊。另外一個是為了減少模擬器，我們從最底層向上集成，但是往往卻將風(fēng)險延遲到最后發(fā)現(xiàn)。
4.3 測試全流程的問題
在每個組件或模塊的單元測試階段更加容易實現(xiàn)每日構(gòu)建和持續(xù)集成，持續(xù)集成完后應(yīng)該對每個獨立模塊進(jìn)行詳細(xì)測試，但是測試需要依賴一定的模擬器。在集成測試環(huán)境則進(jìn)入到集成流水線，集成流水線的準(zhǔn)入應(yīng)該是每個組件在單元測試環(huán)境都完全測試通過，集成流水線根據(jù)組件的集成需求來規(guī)劃具體的測試計劃和測試方案。集成測試過程仍然應(yīng)該首先是冒煙測試進(jìn)行準(zhǔn)入驗證，然后是接口測試，然后是詳細(xì)功能測試，最終交付到驗收。
5.集成測試方法
5.1 非遞增式集成測試
所有軟件模塊完后單元測試后一次集成。
優(yōu)點：測試過程中基本不需要設(shè)計開發(fā)測試工具。
不足：對于復(fù)雜系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)問題時故障定位困難，和系統(tǒng)測試接近，難以體現(xiàn)和發(fā)揮集成測試的優(yōu)勢。
5.2 遞增式集成測試
逐漸集成，由小到大，邊集成邊測試，測完一部分，再連接一部分。
在復(fù)雜系統(tǒng)中，劃分的軟件單元較多，通常是不會一次集成的。
軟件集成的精細(xì)度取決于集成策略。通常的做法是先模塊間的集成，再部件間的集成。
優(yōu)點：測試層次清晰，出現(xiàn)問題能夠快速定位。
缺點：需要開發(fā)測試驅(qū)動和樁。
5.3 集成測試實現(xiàn)
集成測試在實現(xiàn)方式上和單元測試是一樣的，需要根據(jù)測試需求設(shè)計實現(xiàn)相應(yīng)的測試驅(qū)動和測試樁，同時也可以借助一些工具進(jìn)行輔助測試。
對我們的系統(tǒng)而言，相對于單元測試，適用的商用集成測試選擇面更窄。
實際工作中，各項目開發(fā)的模擬工具即屬于集成測試工具，但在系統(tǒng)化、靈活性、通用性上尚欠缺，缺乏系統(tǒng)全面的設(shè)計。
現(xiàn)有的模擬工具在測試自動化上也需改進(jìn)，如實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的自動生成、測試用例的自動運(yùn)行、測試結(jié)果的自動保存和比較等。
所有的軟件項目都不能擺脫系統(tǒng)集成這個階段。不管采用什么開發(fā)模式，具體的開發(fā)工作總得從一個一個的軟件單元做起，軟件單元只有經(jīng)過集成才能形成一個有機(jī)的整體。具體的集成過程可能是顯性的也可能是隱性的。只要有集成，總是會出現(xiàn)一些常見問題，工程實踐中集成測試，幾乎不存在軟件單元組裝過程中不出任何問題的情況。
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[2]謝謙，高林，楊建軍.國產(chǎn)基礎(chǔ)軟件標(biāo)準(zhǔn)化與研發(fā)、測試、應(yīng)用[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2008（06）.
【關(guān)鍵詞】集成電路 溫度測試 感應(yīng)器 控制電路
在科技飛速發(fā)展的今天，半導(dǎo)體電子產(chǎn)品的集成度也在飛速提高，產(chǎn)品復(fù)雜程度與之前有較大的增加，所以對整個產(chǎn)品的設(shè)計制造和后期的封裝測試都提出了更高的要求，其中就包括了溫度測試的部分。
溫度對于電子產(chǎn)品的性能的影響是巨大的，根據(jù)費米能級的公式就可以看出，對于特定材料的電子半導(dǎo)體產(chǎn)品，溫度是唯一影響其器件性能的因素，所以新一代電子產(chǎn)品的溫度測試系統(tǒng)也需要改進(jìn)，以滿足其測試精度的要求，從而對整個自動化溫度系統(tǒng)進(jìn)行高精度的溫度控制，下面就將研究提出一些新的溫度測試系統(tǒng)及其具體的實現(xiàn)方案。
1 研究
對于VLSI電路來說，其電路上的芯片在工作的時候它的各部位的發(fā)熱是不均勻的，同時它的各部分對于溫度控制的要求也是不一樣的。我們在測試溫度的時候就會遇到這樣的問題，測試溫度需要在電子器件表面去分布一些熱電阻二極管來進(jìn)行溫度采樣，但是前面提到由于產(chǎn)品的復(fù)雜性，不管在產(chǎn)品的哪個點去分布測試溫度的二極管，測出來的溫度都是不準(zhǔn)確的，因為溫度測試的點是單一的，但是在進(jìn)行溫度控制時，加熱冷卻的頭卻是一種面接觸的方式，所以需要采用新的溫度測試的方案來解決這一問題。
我們之前所用的熱阻二極管是將二極管的兩端接到芯片的邊緣來進(jìn)行溫度的測試，這樣一來問題就出現(xiàn)了，首先如我們之前所提到的那樣，這樣一種方式采集溫度的方法有點單一，其次這樣附在芯片表面，所測量到的溫度本身就有很大的誤差，這邊提出兩種測試方案，首先，對于那些較為復(fù)雜的集成電路，或者本身就結(jié)構(gòu)復(fù)雜及晶體管數(shù)目龐大的集成芯片來說，能不能在芯片中設(shè)置一個內(nèi)建的溫度感應(yīng)器，通過這個內(nèi)建的溫度感應(yīng)器來感應(yīng)溫度，并反饋到服務(wù)器，然后進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)控制。對于這個模塊的要求是必須是獨立完整的，并且溫度測試感應(yīng)的過程必須是簡單的，也就是說就用一個較為簡化的模塊就夠了，還有非常重要的一點就是這個內(nèi)建模塊占用的位置必須足夠的小，不能影響到芯片原有的性能，并且最好不要有多余的pin腳引出。
那針對這兩個想法下面進(jìn)行兩個實驗，首先用原先的溫度測試二極管來進(jìn)行測試，本文研究的溫度測試系統(tǒng)是針對高集成度，高復(fù)雜度的的器件，所以這邊所選用的芯片是一個普通的處理器芯片，用一臺ATE（Automatic Test Equipment，自動檢測設(shè)備）機(jī)器進(jìn)行測試并監(jiān)控溫度。根據(jù)之前的構(gòu)想，選擇3個點來進(jìn)行溫度檢測，第一：溫控控制頭的溫度，這個溫度是機(jī)器對電路進(jìn)行溫度控制時的標(biāo)準(zhǔn)溫度；第二：芯片表面的熱阻二極管的溫度，這個溫度反應(yīng)的是測試得到的實時的芯片溫度；第三：處理器中的二極管的溫度，這個溫度是由于芯片中二極管特性變化，通過計算得到的處理器內(nèi)部的二極管溫度。實驗的過程也很簡單，對芯片通電，增加電壓，使得溫度上升，檢測打開測試槽（DUT）監(jiān)控界面，對以上3個溫度進(jìn)行實時監(jiān)控。從而得到測試結(jié)果如圖1所示。
從實驗結(jié)果可以清楚的看到兩點，第一：之前用來感應(yīng)溫度的熱阻二極管的溫度值與機(jī)器的熱接觸頭的值不相符，存在明顯的誤差。第二：處理器內(nèi)部的溫度和熱接觸頭的溫度誤差較小。
上面的實驗中給出了2點啟發(fā)：（1）芯片內(nèi)部的溫度，比附在芯片邊緣的熱阻二極管的溫度來的可靠的多。（2）如果單純的在芯片中加入內(nèi)建的溫度感應(yīng)器，依然存在一定的誤差，這就需要一些特別的設(shè)計。這邊提出一個想法，既然一個內(nèi)建溫度感應(yīng)器不夠，那就多設(shè)計幾個溫度感應(yīng)器，在電路的幾個核心的部位，這樣多點采集，再進(jìn)行比較，取得溫度值最高的那個，反饋到控制系統(tǒng)，這樣就準(zhǔn)確許多。圖2所示的是處理器芯片內(nèi)部的溫度感應(yīng)器的分布示意圖，在芯片內(nèi)部各個重要模塊中都有設(shè)置。
這邊同樣一個很明顯的問題就是，當(dāng)我的這些感應(yīng)器得到相應(yīng)的各點的溫度時，怎樣對得到的每個溫度信號進(jìn)行計算校準(zhǔn)，這就需要設(shè)計一個溫度計算控制電路。
這個溫度計算電路的結(jié)構(gòu)相對是比較簡單的，符合之前提出的盡量簡化系統(tǒng)的要求。各個模塊上的感應(yīng)器得到溫度，經(jīng)過邏輯控制中心轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號然后通過一個比較器得到最大值，將信號傳輸?shù)綔囟瓤刂浦行倪M(jìn)行控制。將整個系統(tǒng)實施到溫度測試系統(tǒng)當(dāng)中之后，再對測試溫度，溫度控制頭的溫度以及得到的芯片內(nèi)部二極管溫度值進(jìn)行測試觀察得到如圖4所示的曲線圖：
從圖中可以清楚的看到，除了在測試的開始和結(jié)束有少許的溫度波動，整個測試過程中，感應(yīng)器得到的溫度和機(jī)器的溫度控制頭的溫度是比較吻合的，所以整個設(shè)計構(gòu)想也得到了驗證。
2 總結(jié)
本篇文章主要針對現(xiàn)在的復(fù)雜電路和器件中溫度測試較為不穩(wěn)定的問題，提出了新的測試元件，測試電路的設(shè)計，結(jié)構(gòu)也表明了新的方案的是有效的，但是問題依然存在，整個系統(tǒng)相對于之前的單一的溫度測試元件的測試方法，它的可靠性問題依然存在，后面的研究中需要針對可靠性的問題需要進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。
參考文獻(xiàn)
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中圖分類號：O348文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
Abstract：Smoke detector is one of the most common fire detection device in building fire protection facilities. According to the fire protection regulations maintenance units must be detector function test every year, and the third party inspection, a lot of work consumed in the smoke detector test. The author puts forward the idea about the smoke fire detector test function integration, in order to solve the problem of high cost and the detector alarm performance can not be quantified.
Key Words：smoke detectortestintegration
一、前言
隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的提高，國家及民眾對于消防安全日益重視，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)作為最為常用的早期火災(zāi)預(yù)警裝置日益普及，從最新實施的《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50116-2013就可以看出，國家對住宅建筑火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)置提出了明確的要求。感煙火災(zāi)探測器作為火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中最為常用的報警裝置，其功能好壞直接關(guān)系到是否能夠早報警早處置，正是基于此，《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范》GB50166-2007明確要求每年需對所有探測器進(jìn)行功能測試，另外《消防法》規(guī)定需對建筑消防設(shè)施每年至少進(jìn)行一次全面檢測，即第三方消防檢測機(jī)構(gòu)年檢。
二、傳統(tǒng)測試方式的弊端
為了檢驗感煙探測器報警功能的好壞，主要的測試方法是使用感煙探測器測試工具（俗稱煙槍）對其進(jìn)行流動加煙試驗。由于感煙探測器點多面散，操作人員需要扛槍流動作業(yè)，再加上點香及煙霧加注過多后的善后處理等，消耗了維保和檢測單位的大量時間和人力、物力投入。
在傳統(tǒng)的加煙測試過程中，煙霧的濃度很難控制，煙霧進(jìn)入探測器內(nèi)部的數(shù)量更是不得而知，這就造成了有些靈敏度高的探測器幾秒鐘內(nèi)就立刻報警，而有些靈敏度差的探測器就需要注煙幾分鐘后才報警，雖然都有報警功能但是顯然兩者都存在著一定的問題，前者容易受環(huán)境影響產(chǎn)生誤報警，而后者又不能做到火災(zāi)的早期預(yù)警，關(guān)鍵因素是煙量無法準(zhǔn)確控制，現(xiàn)場加煙與實驗室的標(biāo)準(zhǔn)煙室存在著很大的差別，這也是感煙探測器的報警功能參數(shù)未納入計量認(rèn)證的原因之一。
另外在一些特殊場所，如中庭、高架倉庫等，點型感煙探測器安裝高度能夠達(dá)到極限高度12米，線型光束感煙探測器安裝高度可以達(dá)到20米，煙槍無法觸及，需登高作業(yè)方可進(jìn)行測試，十分不便；再如一些危險場所，如變壓器室、高壓開關(guān)室等，平時人員無法進(jìn)入，只能在停機(jī)的情況下才能進(jìn)行測試。還有一些禁煙場所，如煤氣等易燃易爆區(qū)域、高檔賓館酒店等，傳統(tǒng)的加煙測試方式局限性很大。
三、感煙探測器測試功能集成化
造成目前這種現(xiàn)狀的主要原因是探測器生產(chǎn)廠家設(shè)計探測器的初衷只是為了探測火災(zāi)，而沒有考慮到日后測試及維護(hù)的方便快捷。隨著人們對消防安全的日益重視，以及勞動力成本的不斷提升，亟需一種既能夠準(zhǔn)確判斷感煙探測器報警性能又便于測試的手段。
點型感煙火災(zāi)探測器是消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中使用最為廣泛的探測裝置，雖然歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，但其探測原理沒有發(fā)生實質(zhì)性的改變，它是通過探測區(qū)域煙霧濃度變化影響到光線的變化，當(dāng)煙霧造成的光線減弱到一定的數(shù)值后，再轉(zhuǎn)化為電信號實現(xiàn)報警目的的一種器件。光電探測器的響應(yīng)閾值，即用減光系數(shù)m值(單位為dB/m)表示的探測器報警時刻的煙濃度，需采用實驗室方法測量確定，即在光學(xué)密度計利用光束受煙粒子作用后，光輻射能按指數(shù)規(guī)律衰減的原理測量煙濃度。減光系數(shù)用下式表示：
m=（10/d)lg(P0/P)，式中：
m―減光系數(shù)，dB/m；
d―試驗煙的光學(xué)測量長度，m；
P0―無煙時接收的輻射功率，W；
P―有煙時接收的輻射功率，W。
如果在其內(nèi)部集成物理減光測試裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在測試時使減光裝置動作，遮擋光源，同樣能夠啟到模擬煙霧的效果，達(dá)到測試報警功能的目的。在現(xiàn)場使用了一段時間后，如果在減光裝置動作后不能及時報警即可以判定該探測器的報警閾值已經(jīng)達(dá)不到出廠時的最低要求，可以通過廠家提升靈敏度，或者進(jìn)行清洗或更換，徹底解決了傳統(tǒng)的通過加煙進(jìn)行探測器測試方法中的煙量無法準(zhǔn)確控制，判斷報警時間是否及時的關(guān)鍵問題。由于目前感煙探測器在生產(chǎn)過程中可以設(shè)定不同的靈敏度，所以在減光裝置的選擇上應(yīng)該與探測器最低靈敏度時的響應(yīng)閾值相匹配，以準(zhǔn)確判斷在最不利的情況下探測器報警功能的好壞。
對于線型光束感煙探測器以及管路采樣式吸氣感煙火災(zāi)探測器測試裝置的集成同樣可以采用以上思路。前者可根據(jù)《建筑消防設(shè)施檢測技術(shù)規(guī)程》GA503-2004的測試方法，在發(fā)射器及接收器處的光路上分別安裝減光值為1.0dB和10dB的減光裝置，分別啟到測試報警及報故障的功能。而后者如果安裝高度較高不便測試的話，可以在最不利的采樣孔處安裝一根空心伴隨管便于將測試煙霧送入采用孔中。
集成電路測試貫穿在集成電路設(shè)計、芯片生產(chǎn)、封裝以及集成電路應(yīng)用的全過程，因此，測試在集成電路生產(chǎn)成本中占有很大比例。而在測試過程中，測試向量的生成又是最主要和最復(fù)雜的部分，且對測試效率的要求也越來越高，這就要求有性能良好的測試系統(tǒng)和高效的測試算法。
一、數(shù)字集成電路測試的基本概念
根據(jù)有關(guān)數(shù)字電路的測試技術(shù)，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)取決于數(shù)字邏輯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)字電路的模型，因此測試輸入信號和觀察設(shè)備必須根據(jù)被測試系統(tǒng)來決定。我們將數(shù)字電路的可測性定義如下：對于數(shù)字電路系統(tǒng)，如果每一個輸出的完備信號都具有邏輯結(jié)構(gòu)唯一的代表性，輸出完備信號集合具有邏輯結(jié)構(gòu)覆蓋性，則說系統(tǒng)具有可測性。
二、數(shù)字集成電路測試的特點
（一）數(shù)字電路測試的可控性 系統(tǒng)的可靠性需要每一個完備輸入信號，都會有一個完備輸出信號相對性。也就是說，只要給定一個完備信號作為輸入，就可以預(yù)知系統(tǒng)在此信號激勵下的響應(yīng)。換句話說，對于可控性數(shù)字電路，系統(tǒng)的行為完全可以通過輸入進(jìn)行控制。從數(shù)字邏輯系統(tǒng)的分析理論可以看出，具有可控性的數(shù)字電路，由于輸入與輸出完備信號之間存在一一映射關(guān)系，因此可以根據(jù)完備信號的對應(yīng)關(guān)系得到相應(yīng)的邏輯。
（二）數(shù)字電路測試的可測性 數(shù)字電路的設(shè)計，是要實現(xiàn)相應(yīng)數(shù)字邏輯系統(tǒng)的邏輯行為功能，為了證明數(shù)字電路的邏輯要求，就必須對數(shù)字電路進(jìn)行相應(yīng)的測試，通過測試結(jié)果來證明設(shè)計結(jié)果的正確性。如果一個系統(tǒng)在設(shè)計上屬于優(yōu)秀，從理論上完成了對應(yīng)數(shù)字邏輯系統(tǒng)的實現(xiàn)，但卻無法用實驗結(jié)果證明證實，則這個設(shè)計是失敗的。因此，測試對于系統(tǒng)設(shè)計來說是十分重要的。從另一個角度來說，測試就是指數(shù)字系統(tǒng)的狀態(tài)和邏輯行為能否被觀察到，同時，所有的測試結(jié)果必須能與數(shù)字電路的邏輯結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。也就是說，測試的結(jié)果必須具有邏輯結(jié)構(gòu)代表性和邏輯結(jié)構(gòu)覆蓋性。
三、數(shù)字電路測驗的作用
與其它任何產(chǎn)品一樣，數(shù)字電路產(chǎn)出來以后要進(jìn)行測試，以便確認(rèn)數(shù)字電路是否滿足要求。數(shù)字電路測試至少有以下三個方面的作用：
（一）設(shè)計驗證 今天數(shù)字電路的規(guī)模已經(jīng)很大，無論是從經(jīng)濟(jì)的角度，還是從時間的角度，都不允許我們在一個芯片制造出來之后，才用現(xiàn)場試驗的方法對這個“樣機(jī)”進(jìn)行測試，而必須是在計算機(jī)上用測試的方法對設(shè)計進(jìn)行驗證，這樣既省錢，又省力。
（二）產(chǎn)品檢驗 數(shù)字電路生產(chǎn)中的每一個環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)錯誤，最終導(dǎo)致數(shù)字電路不合格。因此，在數(shù)字電路生產(chǎn)的全過程中均需要測試。產(chǎn)品只有經(jīng)過嚴(yán)格的測試后才能出廠。組裝廠家對于買進(jìn)來的各種數(shù)字電路或其它元件，在它們被裝入系統(tǒng)之前也經(jīng)常進(jìn)行測試。
（三）運(yùn)行維護(hù) 為了保證運(yùn)行中的系統(tǒng)能可靠地工作，必須定期或不定期地進(jìn)行維護(hù)。而維護(hù)之前首先要進(jìn)行測試，看看是否存在故障。如果系統(tǒng)存在故障，則還需要進(jìn)行故障定位，至少需要知道故障出現(xiàn)在那一塊電路板上，以便進(jìn)行維修或更換。
由此可以看出，數(shù)字電路測試貫穿在數(shù)字電路設(shè)計、制造及應(yīng)用的全過程，被認(rèn)為是數(shù)字電路產(chǎn)業(yè)中一個重要的組成部分。有人預(yù)計，到2016年，IC測試所需的費用將在設(shè)計、制造、封裝和測試總費用中占80%-90%的比例。
四、數(shù)字電路測試方法概述
（一）驗證測試 當(dāng)一款新的芯片第一次被設(shè)計并生產(chǎn)出來時，首先要接受驗證測試。在這一階段，將會進(jìn)行全面的功能測試和交流（AC）及直流（DC）參數(shù)測試。通過驗證測試，可以診斷和修改設(shè)計錯誤，測量出芯片的各種電氣參數(shù)，并開發(fā)出將在生產(chǎn)中使用的測試流程。
（二）生產(chǎn)測試 當(dāng)數(shù)字電路的設(shè)計方案通過了驗證測試，進(jìn)入量產(chǎn)階段之后，將利用前一階段調(diào)試好的流程進(jìn)行生產(chǎn)測試。生產(chǎn)測試的目的就是要明確地做出被測數(shù)字電路是否通過測試的決定。因為每塊數(shù)字電路都要進(jìn)行生產(chǎn)測試，所以降低測試成本是這一階段的首要問題。因此，生產(chǎn)測試所使用的測試輸入數(shù)（測試集）要盡可能的小，同時還必須有足夠高的故障覆蓋率。
（三）老化測試 每一塊通過了生產(chǎn)測試的數(shù)字電路并不完全相同，其中有一些可能還有這樣或那樣的問題，只是我們暫時還沒有發(fā)現(xiàn)，最典型的情況就是同一型號數(shù)字電路的使用壽命大不相同。老化測試為了保證產(chǎn)品的可靠性，通過調(diào)高供電電壓、延長測試時間、提高運(yùn)行環(huán)境溫度等方式，將不合格的數(shù)字電路篩選出來。
（四）接受測試 當(dāng)數(shù)字電路送到用戶手中后，用戶將進(jìn)行再一次的測試。如系統(tǒng)集成商在組裝系統(tǒng)之前，會對買回來的數(shù)字電路和其它各個部件進(jìn)行測試。只有確認(rèn)無誤后，才能把它們裝入系統(tǒng)。
五、數(shù)字電路測試的設(shè)計
集成電路芯片的封裝技術(shù)已歷經(jīng)了好幾代的變遷，技術(shù)指標(biāo)一代比一代先進(jìn)，如芯片面積與封裝面積越來越接近，適用頻率越來越高，耐溫性能越來越好，引腳數(shù)增多，引腳節(jié)距減小，可靠性提高，更加方便等等。芯片封裝形式很多，但就其與PCB的安裝方式來看主要有以下兩類封裝：通孔式封裝和表面貼裝式封裝。
通孔式封裝，是Ic的引腳通過穿孔電路板，在板的背后焊接。主要包括雙列直插式封裝(DIP)和針柵陣列封裝(PGA)。較受歡迎的表面貼裝式封裝，是將芯片載體(封裝)直接焊接在PCB上的封裝。包括：小外形封裝SOP：四方扁平封裝QFP；塑料引線芯片載體封裝PLCC：無引線陶瓷芯片載體封裝LCC：球柵陣列封裝BGA、芯片級封裝CSP等。
老化測試插座的結(jié)構(gòu)
無論是通孔式封裝還是表面貼裝式封裝，生產(chǎn)制造過程中的老化測試都是一個重要環(huán)節(jié)，所以老化測試插座是隨著集成電路的發(fā)展而發(fā)展的。老化測試插座的結(jié)構(gòu)是根據(jù)集成電路封裝結(jié)構(gòu)的不同而設(shè)計的。其命名與集成電路封裝形式一致。因此，為了順應(yīng)集成電路的飛速發(fā)展，一般而言，有什么樣的封裝形式就有什么樣的老化測試插座。并且由于集成電路封裝節(jié)距小、密度大，所以給老化測試插座的設(shè)計與制造帶來了很大的難度。下面對老化測試插座的結(jié)構(gòu)作簡單介紹。
通孔式封裝老化測試插座
單、雙列直插式封裝老化測試插座
單、雙列直插式封裝的I／O接腳是從封裝的對邊伸延出來的，然后彎曲(見圖1)。雙列直插式封裝有塑料PDIP和陶瓷CDIP兩種，中心距為2.54mm或1.778mm，一般是8～64接腳，而塑料封裝DIP的接腳數(shù)目通?？梢远嘀?8。因為壓模和引線框的關(guān)系，令制造尺寸更大的DIP有困難，導(dǎo)致接腳數(shù)目局限在68以內(nèi)。由于DIP接腳數(shù)目比較少，最多為68，所以DIP老化測試插座一般采用低插拔力片簧式結(jié)構(gòu)(見圖2)，此結(jié)構(gòu)由接觸件和絕緣安裝板組成。接觸件采用片簧式結(jié)構(gòu)使封裝引線，與片簧式接觸件雙面接觸、耐磨損，并易于插拔。
雖然國內(nèi)外大多數(shù)Ic生產(chǎn)廠家在對DIP進(jìn)行老化測試時采用上述的片簧式結(jié)構(gòu)，也有少數(shù)的Ic生產(chǎn)廠家采用手柄式老化測試插座，這種插座是零插拔力結(jié)構(gòu)，設(shè)計制造難度比較大，價格也比較高，所以也有少數(shù)Ic生產(chǎn)廠家使用圓孔式結(jié)構(gòu)(見圖3)，即裝機(jī)用DIP插座，因裝機(jī)用DIP插座插拔力小，接觸可靠，并且價格很便宜。
針柵陣列封裝(PGA)封裝老化測試插座
PGA是通孔封裝中的一種流行封裝，它是一個多層的芯片載體封裝，外形通常是正方形的，這類封裝底部焊有接腳，通常用在接腳數(shù)目超過68的超大規(guī)模IC(VLSI)上。當(dāng)需要高接腳數(shù)目或低熱阻時，PGA是DIP的最佳取代封裝方式。PGA封裝的外形見圖4。
PPGA為塑料針柵陣列封裝，CPGA為陶瓷針柵陣列封裝其節(jié)距為2.54mm。而FPGA為窄節(jié)距PGA，目前接腳節(jié)距為0.80mm、0.65mm的FPGA為主流。目前國內(nèi)常用的PGA封裝接腳數(shù)目從100(10×10)到441(21×21)或更多。
對于接腳數(shù)目少于100線的PGA封裝進(jìn)行老化測試時，國內(nèi)有一小部分生產(chǎn)廠家采用性價比較好、插拔力較小的圓孔插入式插座(見圖5)。而對于超過接腳數(shù)目100的，則要使用零插拔力老化測試插座。
PGA零插拔力老化測試插座的結(jié)構(gòu)形式(見圖6)。使用時把這種插座的手柄輕輕抬起，PGA就可以很容易、輕松地插入插座中，然后將手柄水平放置到原處，利用插座本身的特殊結(jié)構(gòu)生成的擠壓力，將PGA的接腳與插座牢牢地接觸，絕對不存在接觸不良的問題，而拆卸PGA芯片只需將插座的手柄輕輕抬起、則壓力解除，PGA芯片既可輕松取出。由于PGA零插拔力插座使用方便，接觸可靠，也常用于裝機(jī)。例如，計算機(jī)主機(jī)中的CPU就使用的是PGA零插拔力插座。
表面貼裝式封裝老化測試插座
表面貼裝式封裝形式
QFP四方扁平封裝適用于高頻和多接腳器件，四邊都有細(xì)小的
“L”字引線(見圖7)。小外形封裝(SOP)的引線與QFP方式基本相同。唯一區(qū)別是QPP一般為正方形、四邊都有引線,而SOP則是兩對邊有引線，見圖8。
QFP在電路板的占位比DIP節(jié)省一倍。外形可以是正方形或長方形，引線節(jié)距為1，27mm、lmm、0.8mm、0.65mm和0.5mm，引線數(shù)目由20-240。而SOP的引線節(jié)距最大為1.27 mm，最小為0.5mm，比DIP要小很多。到了20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)的內(nèi)存第二代封裝技術(shù)以TSOP為代表，它很快為業(yè)界所普遍采用，到目前為止還保持著內(nèi)存封裝的主流地位。
LCC系列封裝是無引線封裝，其引線是采用特殊的工藝手段附著在陶瓷底板上的鍍金片，節(jié)距為1.27 mm，常見芯數(shù)為18、20、24、28、68等。封裝形式見圖9。
塑料有引線芯片載體(PLCC／JLCC)是TI于1980年代初期開發(fā)的，是代替無引線芯片載體的一個低成本封裝方式。PLCC是T形彎曲
(T―bend)的，那是說這封裝的接腳向內(nèi)彎曲成“I”的形狀，所以有些廠家也NqJLCC或QYJ.(見圖10)。PLCC的優(yōu)點是占的安裝位置更小，而且接腳受封裝保護(hù)。PLCC通常是，正方形或長方形，四邊都有接腳，節(jié)距為1.27 mm或0.65mm。引線數(shù)常見的有18、20、22、28、32、44、52、68、84。
J形引線小外形封裝(sOJ)的對邊伸延出來的，然后彎曲成“T”形(見圖11)，引線形狀與PLCC相同，不過PLCC的引線分布在四邊，其引線節(jié)距為1.27mm，常用芯數(shù)為16、20、24、26、28、32、34、40、44(節(jié)距為0.80)。
隨著集成運(yùn)算放大器參數(shù)測試儀(以下簡稱運(yùn)放測試儀)在國防軍工和民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其質(zhì)量問題顯得尤為重要。傳統(tǒng)的運(yùn)放測試儀校準(zhǔn)方案已不能滿足國防軍工的要求，運(yùn)放測試儀的校準(zhǔn)問題面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，如何規(guī)范和提高運(yùn)放測試儀的測試精度，保證軍用運(yùn)放器件的準(zhǔn)確性是目前應(yīng)該解決的關(guān)鍵問題。
目前，國內(nèi)外運(yùn)放測試儀(或者模擬器件測試系統(tǒng))主要存在以下幾種校準(zhǔn)方案：校準(zhǔn)板法、標(biāo)準(zhǔn)樣片法和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)模擬法。各校準(zhǔn)方案校準(zhǔn)項目、優(yōu)缺點和相關(guān)情況的比較如表1所示。
比較以上三種方案可知，前兩種方法只是校準(zhǔn)儀器內(nèi)部使用的PMU單元、電流源、電壓源等，并不涉及到儀器本身閉環(huán)測試電路部分，局限性很大，很難保證運(yùn)放測試儀的集成運(yùn)放器件參數(shù)測試精度。而標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)模擬法直接面向測試夾具，其校準(zhǔn)方法具有一定可行性，只是在校準(zhǔn)精度、通用性、測試自動化程度等方面需要進(jìn)一步的研究。因此，通過對標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)模擬法加以改進(jìn)，對運(yùn)放測試儀進(jìn)行校準(zhǔn)，開發(fā)出集成運(yùn)放參數(shù)測試儀校準(zhǔn)裝置，在參數(shù)精度和校準(zhǔn)范圍上，能滿足國內(nèi)大多數(shù)運(yùn)放測試儀，在通用性上，能夠校準(zhǔn)使用“閉環(huán)測試原理”的儀器。
系統(tǒng)性能要求
本課題的主要任務(wù)是通過研究國內(nèi)外運(yùn)放測試儀的校準(zhǔn)方法，改進(jìn)實用性較強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)模擬法，用指標(biāo)更高的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)來校準(zhǔn)運(yùn)放測試儀，實現(xiàn)運(yùn)放測試儀的自動化校準(zhǔn)以及校準(zhǔn)原始記錄、校準(zhǔn)證書的自動生成等。
表2為本課題中研制的集成運(yùn)放參數(shù)測試儀校準(zhǔn)裝置與市場上典型運(yùn)放測試儀的技術(shù)指標(biāo)比較情況。從表2可以看出，校準(zhǔn)裝置技術(shù)指標(biāo)可以校準(zhǔn)市場上的典型運(yùn)放測試儀。
校準(zhǔn)裝置的硬件設(shè)計方案
校準(zhǔn)方案覆蓋了市場上運(yùn)放測試儀給出的大部分參數(shù)，其中包括輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流等10個參數(shù)。通過研究集成運(yùn)放參數(shù)“閉環(huán)測試原理”可知：有的參數(shù)校準(zhǔn)要用到“閉環(huán)測試回路”，有的直接接上相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行測量即可實現(xiàn)對儀器的校準(zhǔn)。對于用到“閉環(huán)測試回路”的幾個參數(shù)而言，主要通過補(bǔ)償電源裝置和模擬電源裝置來校準(zhǔn)。運(yùn)放測試儀總體校準(zhǔn)方案如圖1所示。
1 校準(zhǔn)電路設(shè)計
輸入失調(diào)電壓V的定義為使輸出電壓為零(或者規(guī)定值)時，兩輸入端所加的直流補(bǔ)償電壓。集成運(yùn)放可模擬等效為輸入端有一電壓存在的理想集成運(yùn)算放大器，校準(zhǔn)原理如圖2所示。通過調(diào)節(jié)補(bǔ)償電源裝置給輸入一個與V。電壓等量相反的電壓V輸入就可等效為V=V1+V=0，則被測集成運(yùn)放與接口電路等效為一輸入失調(diào)電壓為零的理想運(yùn)算放大器。然后，調(diào)節(jié)模擬電源裝置，給定模擬標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放輸入失調(diào)電壓參數(shù)值。通過數(shù)字多用表讀數(shù)與被校運(yùn)放測試儀測試值比較，計算出誤差值，完成V參數(shù)校準(zhǔn)。
2 單片機(jī)控制電路設(shè)計
單片機(jī)采用AT89S51，這是一個低功耗、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含可反復(fù)擦寫1000次的4KB ISP(In-system programmable)Flash ROM。其采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-5 1指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元。
本設(shè)計中，采用單片機(jī)控制信號繼電器來實現(xiàn)電路測試狀態(tài)轉(zhuǎn)換，信號繼電器選用的是HKE公司的HRS2H-S-DC5V，能夠快速完成測試狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，只需單片機(jī)5V供電電源即可，便于完成參數(shù)的校準(zhǔn)。此外，繼電器跳變由PNP三極管$8550來驅(qū)動完成。
3 液晶顯示電路設(shè)計
智能彩色液晶顯示器VK56B是上海廣電集團(tuán)北京分公司的產(chǎn)品，具有體積小、功耗低、無輔射、壽命長、超薄、防振及防爆等特點。該LCD采用工業(yè)級的CPU，機(jī)內(nèi)配置有二級字庫，可通過串口或三態(tài)數(shù)據(jù)總線并口接收控制命令數(shù)據(jù)，并自行對接收的命令和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以實時顯示用戶所要顯示的各種曲線、圖形和中西文字體。AT89S5 1與智能化液晶VK56B的接口電路如圖3所示。單片機(jī)與LED采用并行通信設(shè)計，LCD自身具有一個三態(tài)數(shù)據(jù)總線并口(并口為CMOS電平)，可以同主機(jī)進(jìn)行通信。它外部有12條線同單片機(jī)相連，即DO-D7、WRCS、BUSY、INT和GND。其中，WRCS為片選信號和寫信號的邏輯或非，上升沿有效，BUSY信號為高(CMOS電平)表示忙，INT為中斷申請信號，低電平有效。
集成運(yùn)放參數(shù)測試儀校準(zhǔn)裝置軟件設(shè)計
軟件部分包括上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件設(shè)計。上位機(jī)軟件完成PC與單片機(jī)的通信以及校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理等工作；下位機(jī)軟件即單片機(jī)源程序。本設(shè)計使用Keil C完成測試狀態(tài)的轉(zhuǎn)換、與上位機(jī)串行通信以及測試參數(shù)的實時顯示等。
1 上位機(jī)軟件設(shè)計
上位機(jī)軟件主要分為三部分：參數(shù)設(shè)置部分主要完成被校運(yùn)放測試儀信息錄入，校準(zhǔn)部分完成各參數(shù)的校準(zhǔn)，數(shù)據(jù)處理部分完成校準(zhǔn)證書及原始記錄的自動化報表。上位機(jī)軟件主對話框如圖4所示?！皡?shù)設(shè)置”部分主要完成被校運(yùn)放測試儀的資料錄入；“校準(zhǔn)”部分主要通過下位機(jī)配合完成輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流等10個參數(shù)的校準(zhǔn)過程；“生成校準(zhǔn)證書”、“生成原始記錄”、“預(yù)覽校準(zhǔn)證書”、“預(yù)覽原始記錄”主要實現(xiàn)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的自動化處理。
2 下位機(jī)軟件設(shè)計
下位機(jī)軟件主要通過Keil C進(jìn)行編寫，通過下位機(jī)軟件完成校準(zhǔn)參數(shù)的動態(tài)顯示以及測試狀態(tài)的轉(zhuǎn)換等。其包括兩個部分，一部分是ST7920液晶驅(qū)動程序，另外一部分是單片機(jī)串口通信程序。這里簡要介紹一下VK56B液晶驅(qū)動程序的編寫。圖5是LCD的時序圖。其中，TW為WRCS信號的脈沖寬度，TSU為數(shù)據(jù)建立時間，TH為數(shù)據(jù)保持時間。這些參數(shù)的具體要求為：TW不小于16ns，TSU不小于12ns，T大于0ns，TH不小于5ns，TI不小于2us。
校準(zhǔn)裝開發(fā)過程中需要注意的一些問題
接口電路的器件由高分辨率、高穩(wěn)定、低紋波系數(shù)電源供電，接口電路的器件偏置電源采用電池供電。
校準(zhǔn)接口電路單元中的標(biāo)準(zhǔn)電阻采用溫度系數(shù)小且準(zhǔn)確度優(yōu)于0.02％的標(biāo)準(zhǔn)電阻，然后再經(jīng)加電老化進(jìn)行篩選。
校準(zhǔn)接口電路單元的輔助電路和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的制作關(guān)鍵是不能引入會對被校儀器產(chǎn)生噪聲，自激振蕩等的影響量。在電路板制作中，注意布線、元件排序、良好接地以及箱體的電磁屏蔽。
為保證標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，將購置國外不同型號符合要求的器件進(jìn)行嚴(yán)格篩選作為驗證用標(biāo)準(zhǔn)樣片，并利用標(biāo)準(zhǔn)樣片與國內(nèi)性能和穩(wěn)定性好的進(jìn)口、國產(chǎn)測量(器具)系統(tǒng)進(jìn)行比對驗證。
測試用輔助樣管，一定要滿足表的指標(biāo)規(guī)定(選用表3中輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流等參數(shù)允許值的輔助樣片校準(zhǔn)被檢運(yùn)放測試儀)，否則將造成測量結(jié)果的不準(zhǔn)確。
中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
文章編號：1671-489X（2015）01-0024-02
1 輔助裝備集成工具車項目的目的和意義
在比賽過程中，選手常常會遇到一些問題，比如：1）輪胎等很重的物品無法快速搬運(yùn)，用老的笨重的方法，無法實現(xiàn)快速更換;2）工具多且較重，常常丟失找不到;3）賽場上，隊員之間聯(lián)系困難，需要保持隨時溝通聯(lián)絡(luò);4）多種用電設(shè)備，保證供電也是個問題。
基于此，北京理工大學(xué)學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新實踐中心有了做一個集成工具車的構(gòu)想，其應(yīng)具備以下功能：無線電聯(lián)絡(luò)（team radio），設(shè)置小功率發(fā)射基站，實現(xiàn)單工集群通訊，構(gòu)建指揮和通訊平臺;快速卸胎，參考國外類似工具，實現(xiàn)同時卸除多個螺母的功能;應(yīng)急供電平臺，多個電瓶組成電瓶組，以提升輸出功率，通過高效正弦波逆變器提供穩(wěn)定的220伏電壓，并通過電壓轉(zhuǎn)換模塊提供多組USB 5伏輸出，必要時可以改為連續(xù)可調(diào)輸出;設(shè)置車載工具箱，隨時提供必備應(yīng)急工具。
機(jī)械創(chuàng)新實踐中心內(nèi)現(xiàn)常駐三個創(chuàng)新團(tuán)體，分別是方程式賽車工作室、智能車俱樂部和節(jié)能車俱樂部，目的是通過實踐和參加汽車類創(chuàng)新比賽，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。他們在各種國內(nèi)外比賽中取得優(yōu)異成績。
北京理工大學(xué)方程式賽車工作室，是其中成績最優(yōu)秀的。在汽車類科技創(chuàng)新比賽中，先后在第一屆、第二屆中國大學(xué)生方程式大賽中獲得冠軍;其后分別赴日本、德國參加比賽，并取得優(yōu)秀成績，創(chuàng)造出中國高校參賽同級別比賽的最好記錄。2012年汽油機(jī)賽車排名位列世界600余所高校的88名，是唯一進(jìn)入世界前100名的中國車隊。
北京理工大學(xué)智能車隊參與了全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽歷次比賽，在前八屆比賽中，多次獲得各組別的華北賽獎項和全國賽獎項，競賽水平位居全國高校前列?；谲囕v比賽及測試的輔助裝備集成工具項目的實現(xiàn)，將會幫助北京理工大學(xué)方程式賽車工作室創(chuàng)下更加優(yōu)異的成績。
2 輔助裝備集成工具車項目的特色與創(chuàng)新點
其最大特點就是，將比賽過程中常用維修維護(hù)功能集成起來在一起，以提升工作效率。其實用性，在于集成多種功能，這需要進(jìn)行多次反復(fù)的實驗，進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。其新穎性，在于以最優(yōu)化的組合和最人性化的設(shè)計，專門針對方程式賽車的研究和維修，可以是獨一無二的。工具車造型現(xiàn)代，集成車隊技術(shù)工作、工作指揮平臺、儲存零部件和運(yùn)送大型裝備等功能，節(jié)省人力物力，并且占用空間少，是一個很實用的產(chǎn)品。而且在汽車類創(chuàng)新比賽中，北京理工大學(xué)是較早開始研發(fā)多功能工具車的。
3 輔助裝備集成工具車研究內(nèi)容、進(jìn)度計劃和研究方法
輔助裝備集成工具車的研究內(nèi)容
車輛基體原理：底盤部分采用五輪結(jié)構(gòu)：四個萬向輪;車底部中間安裝第五個輪，為主動輪，負(fù)責(zé)輔助動力傳輸。制動為自行車碟剎動力傳動采用帶減速器的同步電機(jī)，具有可調(diào)速功能。
無線通訊原理：以中功率對講機(jī)為基礎(chǔ)，安裝小型對講基站，選擇相同頻段，給賽車和隊員都配備發(fā)射接收裝置，實現(xiàn)車隊內(nèi)部無縫溝通。
電動與電路設(shè)計：通過電瓶提供能源，用逆變器調(diào)節(jié)電壓，通過傳動裝置實現(xiàn)車體運(yùn)動，使用同步電機(jī)來限定轉(zhuǎn)速。逆變器能提供220伏輸出，供給電腦燈設(shè)備工作，也可給其他設(shè)備充電。
快速卸胎裝置：參考國外類似工具的原理，計算扭矩，運(yùn)用輪系設(shè)計改裝電鉆，使其達(dá)到同時卸除多個螺母的目的。
工具儲存：在滿足上述要求后，優(yōu)化小車結(jié)構(gòu)設(shè)計，充分利用空間，使隨賽車的工具盒標(biāo)準(zhǔn)件能在工具車上有更人性化的儲存空間和相應(yīng)歸類。
輔助裝備集成工具車的研究計劃
第一階段：2012年9月―2013年11月，對工具車車身、結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，對方案進(jìn)行修改，每周二下午組內(nèi)成員進(jìn)行討論以及分工進(jìn)行三維建模。
第二階段：2012年11月―2013年1月，布置學(xué)生通過走訪五金市場、網(wǎng)上搜索、組內(nèi)頭腦風(fēng)暴等，對設(shè)計進(jìn)行創(chuàng)意分析，并得出調(diào)研報告和修改紙質(zhì)方案;布局構(gòu)建，將多功能所需工具或部件合理設(shè)計并分布到三維模型上。
第三階段：2013年1―4月，設(shè)計傳動系統(tǒng)，研究“換胎槍”和無線通訊設(shè)備的原理以及對電機(jī)電瓶的有關(guān)知識的掌握，并對計劃進(jìn)行一定調(diào)整;對設(shè)計進(jìn)行一定程度的修改。根據(jù)各學(xué)生特點，對他們做了分工：陳智舟負(fù)責(zé)無線電設(shè)備原理的研究，葉劍輝負(fù)責(zé)“換胎槍”的設(shè)計，李益民負(fù)責(zé)傳動系統(tǒng)設(shè)計，許堯負(fù)責(zé)電機(jī)，李詩音負(fù)責(zé)電瓶。最后得出設(shè)計或研究報告。同時，建議他們進(jìn)行深入調(diào)研，走訪宜家、朝龍五金等大型市場，對布局和多功能整合性、加工難易程度進(jìn)行調(diào)研，通過及時的調(diào)研結(jié)論，修改、整合設(shè)計，得出最終設(shè)計方案。
第四階段：2013年5―6月，將車的整體加工組裝，分為車架加工、車身加工、結(jié)構(gòu)部件填充和最終組裝四大部分;同時對一些細(xì)小的地方進(jìn)行小修改;車的整體加工完成。
第五階段：2013年6月―2014年6月中旬，對科創(chuàng)項目進(jìn)行實驗，分析并解決存在問題，進(jìn)行總結(jié)。
車架的三維模型如圖1所示。
輔助裝備集成工具車的研究方法
首先，要求對現(xiàn)有工具車調(diào)研后，通過SolidWorks建立模型進(jìn)行車體的大致鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計，對ANSYS車體進(jìn)行力學(xué)結(jié)構(gòu)分析，選取材料，使其承載極限達(dá)到100 kg，同時保證車體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在一些緊急情況下，可以運(yùn)載輪胎等重物。整車布局如圖2所示。
第二，通過前期網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)意收集和反復(fù)研討，修改鋼架設(shè)計，使其兼具加工簡易性、經(jīng)濟(jì)性，并符合美學(xué)原理。
第三，重新建立三維模型，將多功能的各部分分部先置于車上，并根據(jù)使用情況調(diào)整結(jié)構(gòu)布局。
第四，經(jīng)過對家居市場調(diào)研，通過整合設(shè)計，修改部件和布局，讓車輛的結(jié)構(gòu)設(shè)置兼?zhèn)涿缹W(xué)與簡易多功能的特點。工具車最終模型如圖3所示。
4 輔助裝備集成工具車的最終成果及驗收指標(biāo)
通過一系列實驗研究和改進(jìn)，最終實現(xiàn)：
1）制作出一臺多功能工具車，可以實現(xiàn)快速換胎、具有組成團(tuán)體內(nèi)的移動小型通訊功能、對移動設(shè)備進(jìn)行充電、提供交流直流電源、實現(xiàn)常用工具的儲存;
2）培養(yǎng)三名學(xué)生，使之能夠熟練使用SolidWorks和ANSYS進(jìn)行三維機(jī)械設(shè)計，將所學(xué)的知識應(yīng)用于實踐，培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考和熟練的實際操作能力。
中圖分類號:TN431文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-2374(2009)20-0035-02
在數(shù)字電路實驗室,集成塊是常見的,由于它的體積較小,性能的好壞很難判斷。因此,這里提出運(yùn)用了單片機(jī)原理、C語言、通信原理、低頻電路、數(shù)字電路等基本知識,設(shè)計了一臺基于PC機(jī)的數(shù)字集成電路通用測試儀。這里主要探討硬件電路構(gòu)思與設(shè)計。
該測試儀主要是運(yùn)用單片機(jī)的接口與顯示程序和C語言的串行通訊程序來測試14管腳、16管腳的74Ls系列的集成塊好壞。主要用到單片機(jī)CPU集成塊89C51、驅(qū)動器集成塊164、通信集成塊232。該測試儀運(yùn)用發(fā)光二極管實測燈與標(biāo)準(zhǔn)燈的發(fā)光情況相比較,來判斷其好壞。該方法簡單方便,是實驗室不可缺少的工具之一。
一、想法的來源
一塊小小的集成塊,如何才能判斷它的好壞呢?當(dāng)然,有一些集成塊在工作時是可以用萬用表測量其管腳電壓來判斷它的好壞,但是比較麻煩。
“數(shù)字集成電路通用測試儀”,目的是能夠簡單而且方便地測試集成塊的好壞。它主要是運(yùn)用單片機(jī)的匯編語言和C語言來編程,還要用到通信原理、數(shù)字電路等知識。
該測試儀可以單拍測試,也可以連續(xù)測試,通過串行通訊送過來的數(shù)據(jù),用發(fā)光二極管的發(fā)光情況來判斷。用實測燈(綠色二極管)與標(biāo)準(zhǔn)燈(紅色二極管)的亮暗來比較,如果兩者發(fā)光情況一致,則表示通過,說明集成塊是好的;如果不一致,則表示通不過,說明有管腳壞了。
有了這種測試儀,我們可以很方便地判斷集成塊的好壞,減少了實驗室人員的工作量,具有很強(qiáng)的實用性。
二、總體設(shè)計
(一)技術(shù)指標(biāo)
1.測試管腳數(shù)≤16PIN;
2.測試速度
3.測試品種可任意更換。
(二)技術(shù)要求
1.能對各種數(shù)字集成電路進(jìn)行功能測試。
2.可連續(xù)測試,連續(xù)測試時,每按一次按鈕,可全部測完,發(fā)光二極管上給出合格(失敗)判斷,并將測試結(jié)果在PC機(jī)上顯示。
3.也可單拍測試,單拍測試時,每按一次按鈕,進(jìn)行一個節(jié)拍的測試并在顯示器顯示節(jié)拍號。
4.通過鍵盤操作,可將盤上的品種程序調(diào)入測試儀,測試結(jié)果通過串口回送PC機(jī),PC機(jī)在屏幕上能顯示合格管腳圖形及實測管腳圖形。
(三)硬件設(shè)計
對于生活在現(xiàn)代科技發(fā)達(dá)的社會技術(shù)人員來說,軟件已經(jīng)成為一種時尚,有了軟件,提高了現(xiàn)代人生存的速度,但是,有些軟件的應(yīng)用必須在硬件的基礎(chǔ)上才能夠使用。對硬件電路的設(shè)計不但要熟練掌握低頻電路原理、高頻電路原理、數(shù)字電路原理、還得熟練掌握電子設(shè)計自動化(EDA)的技術(shù)。
(四)軟件設(shè)計
軟件設(shè)計和硬件設(shè)計必須結(jié)合進(jìn)行。在本次課題設(shè)計中,主要是運(yùn)用LCAW軟件和C語言進(jìn)行編程,用PROTEL軟件畫原理圖。
基于PC機(jī)的數(shù)字集成電路通用測試儀設(shè)計時所用到的元件比較多,設(shè)計時必須根據(jù)原理圖仔細(xì)安裝,熟練掌握有關(guān)軟件的使用,并且特別要注意軟、硬件的結(jié)合使用。
三、硬件電路的設(shè)計
如一般的計算機(jī)系統(tǒng)一樣,單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件所組成。硬件由單片機(jī)、擴(kuò)展的存儲器、輸入/輸出設(shè)備等硬部件組成的機(jī)器,軟件是各種工作程序的總稱。硬件和軟件只有緊密結(jié)合、協(xié)調(diào)一致,才能組成高性能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在系統(tǒng)的研制過程中,軟硬件的功能總是不斷地調(diào)整,以便于相互適應(yīng)。硬件設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計要求,在所選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上,具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件,設(shè)計出系統(tǒng)的電路原理圖,必要時做一些部件實驗,以驗證電路圖的正確性,以及工藝加工的設(shè)計加工、印制板的制作、樣機(jī)的組裝。
(一)硬件設(shè)計要點
一個設(shè)計確定后,經(jīng)過詳細(xì)調(diào)研,可能產(chǎn)生多種設(shè)計方案,在眾多的設(shè)計方案中怎樣選擇?為使硬件設(shè)計盡可能合理,應(yīng)重點考慮以下幾點:
1.盡可能選擇功能強(qiáng)的芯片,以簡化電路。
2.留有余地。在設(shè)計硬件電路時,要考慮到將來修改、擴(kuò)展的方便。ROM空間、RAM空間、I/O端口,在樣機(jī)研制出來后進(jìn)行現(xiàn)場試用時,往往會發(fā)現(xiàn)一些被忽略的問題,而這些問題是不能單靠軟件措施來解決的。如有些新的信號需要采集,就必須增加輸入檢測端,有些物理量需要控制,就必須增加輸出端。如果在硬件設(shè)計之初就多設(shè)計出一些I/O端口,這個問題就會迎刃而解;A/D和D/A通道和I/O端口同樣的原因留出一些A/D和D/A通道,將來可能會解決大問題。
3.以軟代硬。單片機(jī)和數(shù)字電路本質(zhì)的區(qū)別就是它具有軟件系統(tǒng)。很多硬件電路能做到的,軟件也能做到。原則上,只要軟件能做到的就不用硬件。硬件多了不但增加成本,而且系統(tǒng)故障率也提高了。以軟代硬的實質(zhì)是以時間代空間,軟件執(zhí)行過程需要消耗時間,因此,這種代替帶來的不足就是實時性下降,在實時性不高的場合,以軟代硬是很合算的。
4.工藝設(shè)計。包括機(jī)箱、面板、配線、接插件等。必須考慮到安裝、調(diào)試、維修的方便。另外,硬件抗干擾措施也必須在硬件設(shè)計時一并考慮進(jìn)去。
(二)所用芯片介紹
硬件設(shè)計的步驟中的第一步就是查找可能涉及的芯片的資料。這是一步非常重要的步驟。它是硬件電路設(shè)計正確性和可靠性的基礎(chǔ)。
1.89C51芯片的簡介。AT89C51是一種低功耗、高性能內(nèi)含4K字節(jié)閃電存儲(Flash memory)的8位CMOS微控制器。片內(nèi)閃電存儲器的程序代碼或數(shù)據(jù)可在線寫入,亦可通過常規(guī)的編程器編程。AT89C51芯片內(nèi)部具有下列硬件資源:4K字節(jié)閃電存儲器,128字節(jié)RAM ,32條I/O線,兩個16位定時/計數(shù)器,五源兩級中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口,片內(nèi)震蕩器及時鐘電路等。AT89C51片內(nèi)含三個封鎖位,若封鎖位LB1已被編程,則EA引腳上的邏輯電平在芯片復(fù)位時被采樣并鎖存。但如果該器件上電時無復(fù)位,那么相應(yīng)鎖存器便被初始化為隨機(jī)值,此值將保持到復(fù)位時止。片內(nèi)閃電存儲器的編程,AT89C51片內(nèi)存儲器售后通常處于擦除狀態(tài),即每一地址單元內(nèi)容均為FFH,人們隨時可對其編程,編程電壓有高壓12V的,也有低壓5V的低壓編程方式為在用戶系統(tǒng)內(nèi)對AT89C51進(jìn)行編程提供了方便;而高壓編程方式則與常規(guī)的閃電存儲器或EPROM編程器相兼容。
2.RS-232芯片的簡介。RS-232是美國電氣工業(yè)協(xié)會推廣使用的一種串行通信總線標(biāo)準(zhǔn),是DCE(數(shù)據(jù)通信設(shè)備,如微機(jī))和DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備,如CRT)間傳輸串行數(shù)據(jù)的總線。TC232內(nèi)部有兩個發(fā)送器和兩個接受器,還有一個電源變換器,是一種廉價RS232電平轉(zhuǎn)換器, RS232C雖共有25根信號線,但在近程通信不需要調(diào)制解調(diào)器的情況下,一般只用少量信號線。若采用直接通信,則通常只用TXD和RXD及地信號線。
3.164芯片的簡介。方式0是外接移位寄存器的工作方式,用以擴(kuò)展I/O接口。輸出時將發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器中的內(nèi)容串行地址到外部的移位寄存器,輸入時將外部移位寄存器內(nèi)容移入內(nèi)部的移位寄存器,然后寫入內(nèi)部的接受數(shù)據(jù)緩沖器。在以方式0工作時,數(shù)據(jù)由RXD串行地輸入/輸出,TXD輸出移位脈沖,使外部的移位寄存器移位。方式0輸出時,串行口上外接74LS164串行輸入并行輸出移位寄存器的接口。TXD端輸出的移位脈沖將RXD端輸出的數(shù)據(jù)移入74LS164。CPU發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器SPUF寫入一個數(shù)據(jù),就啟動串行口發(fā)送,對SBUF的寫信號在S6P2時把1寫入輸出移位寄存器的第9位,并使發(fā)送控制電路開始發(fā)送。內(nèi)部的定時邏輯在對SBUF寫和SEND被激活(高電平)之間有一個完整的機(jī)器周期。在SEND有效時,輸出移位寄存器中輸出位內(nèi)容送RXD端輸出,移位脈沖由TXD端輸出,它使RXD端的輸出數(shù)據(jù)移入到外部的移位寄存器。
(三)硬件電路的設(shè)計
硬件電路的設(shè)計如下圖所示:
參考文獻(xiàn)
[1]張友德,趙志英,涂時亮.單片微型機(jī)原理/應(yīng)用與實驗[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,1996.
中圖分類號： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）06?0122?03
Analysis of IC test principle and vector generation method
集成電路測試（IC測試）主要的目的是將合格的芯片與不合格的芯片區(qū)分開，保證產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性。隨著集成電路的飛速發(fā)展，其規(guī)模越來越大，對電路的質(zhì)量與可靠性要求進(jìn)一步提高，集成電路的測試方法也變得越來越困難。因此，研究和發(fā)展IC測試，有著重要的意義。而測試向量作為IC測試中的重要部分，研究其生成方法也日漸重要。
1 IC測試
1.1 IC測試原理
IC測試是指依據(jù)被測器件（DUT）特點和功能，給DUT提供測試激勵（X），通過測量DUT輸出響應(yīng)（Y）與期望輸出做比較，從而判斷DUT是否符合格。圖1所示為IC測試的基本原理模型。
根據(jù)器件類型，IC測試可以分為數(shù)字電路測試、模擬電路測試和混合電路測試。數(shù)字電路測試是IC測試的基礎(chǔ)，除少數(shù)純模擬IC如運(yùn)算放大器、電壓比較器、模擬開關(guān)等之外，現(xiàn)代電子系統(tǒng)中使用的大部分IC都包含有數(shù)字信號。
數(shù)字IC測試一般有直流測試、交流測試和功能測試。
1.2 功能測試
功能測試用于驗證IC是否能完成設(shè)計所預(yù)期的工作或功能。功能測試是數(shù)字電路測試的根本，它模擬IC的實際工作狀態(tài)，輸入一系列有序或隨機(jī)組合的測試圖形，以電路規(guī)定的速率作用于被測器件，再在電路輸出端檢測輸出信號是否與預(yù)期圖形數(shù)據(jù)相符，以此判別電路功能是否正常。其關(guān)注的重點是圖形產(chǎn)生的速率、邊沿定時控制、輸入/輸出控制及屏蔽選擇等[1]。
功能測試分靜態(tài)功能測試和動態(tài)功能測試。靜態(tài)功能測試一般是按真值表的方法，發(fā)現(xiàn)固定型（Stuck?at）故障[2]。動態(tài)功能測試則以接近電路工作頻率的速度進(jìn)行測試，其目的是在接近或高于器件實際工作頻率的情況下，驗證器件的功能和性能。
功能測試一般在ATE（Automatic Test Equipment）上進(jìn)行，ATE測試可以根據(jù)器件在設(shè)計階段的模擬仿真波形，提供具有復(fù)雜時序的測試激勵，并對器件的輸出進(jìn)行實時的采樣、比較和判斷。
1.3 交流參數(shù)測試
交流（AC）參數(shù)測試是以時間為單位驗證與時間相關(guān)的參數(shù)，實際上是對電路工作時的時間關(guān)系進(jìn)行測量，測量諸如工作頻率、輸入信號輸出信號隨時間的變化關(guān)系等。常見的測量參數(shù)有上升和下降時間、傳輸延遲、建立和保持時間以及存儲時間等。交流參數(shù)最關(guān)注的是最大測試速率和重復(fù)性能，然后為準(zhǔn)確度。
1.4 直流參數(shù)測試
直流測試是基于歐姆定律的，用來確定器件參數(shù)的穩(wěn)態(tài)測試方法。它是以電壓或電流的形式驗證電氣參數(shù)。直流參數(shù)測試包括：接觸測試、漏電流測試、轉(zhuǎn)換電平測試、輸出電平測試、電源消耗測試等。
直流測試常用的測試方法有加壓測流（FVMI）和加流測壓（FIMV）[3]，測試時主要考慮測試準(zhǔn)確度和測試效率。通過直流測試可以判明電路的質(zhì)量。如通過接觸測試判別IC引腳的開路/短路情況、通過漏電測試可以從某方面反映電路的工藝質(zhì)量、通過轉(zhuǎn)換電平測試驗證電路的驅(qū)動能力和抗噪聲能力。
直流測試是IC測試的基礎(chǔ)，是檢測電路性能和可靠性的基本判別手段。
1.5 ATE測試平臺
ATE（Automatic Test Equipment）是自動測試設(shè)備，它是一個集成電路測試系統(tǒng)，用來進(jìn)行IC測試。一般包括計算機(jī)和軟件系統(tǒng)、系統(tǒng)總線控制系統(tǒng)、圖形存儲器、圖形控制器、定時發(fā)生器、精密測量單元（PMU）、可編程電源和測試臺等。
系統(tǒng)控制總線提供測試系統(tǒng)與計算機(jī)接口卡的連接。圖形控制器用來控制測試圖形的順序流向，是數(shù)字測試系統(tǒng)的CPU。它可以提供DUT所需電源、圖形、周期和時序、驅(qū)動電平等信息。
2 測試向量及其生成
測試向量（Test Vector）的一個基本定義是：測試向量是每個時鐘周期應(yīng)用于器件管腳的用于測試或者操作的邏輯1和邏輯0數(shù)據(jù)。這一定義聽起來似乎很簡單，但在真實應(yīng)用中則復(fù)雜得多。因為邏輯1和邏輯0是由帶定時特性和電平特性的波形代表的，與波形形狀、脈沖寬度、脈沖邊緣或斜率以及上升沿和下降沿的位置都有關(guān)系。
2.1 ATE測試向量
在ATE語言中，其測試向量包含了輸入激勵和預(yù)期存儲響應(yīng)，通過把兩者結(jié)合形成ATE的測試圖形。這些圖形在ATE中是通過系統(tǒng)時鐘上升和下降沿、器件管腳對建立時間和保持時間的要求和一定的格式化方式來表示的。格式化方式一般有RZ（歸零）、RO（歸1）、NRZ（非歸零）和NRZI（非歸零反）等[4]。
圖2為RZ和R1格式化波形，圖3為NRZ和NRZI格式化波形。
RZ數(shù)據(jù)格式，在系統(tǒng)時鐘的起始時間T0，RZ測試波形保持為“0”，如果在該時鐘周期圖形存儲器輸出圖形數(shù)據(jù)為“1”，則在該周期的時鐘周期期間，RZ測試波形由“0”變換到“1”，時鐘結(jié)束時，RZ測試波形回到“0”。若該時鐘周期圖形存儲器輸出圖形數(shù)據(jù)為“0”，則RZ測試波形一直保持為“0”，在時鐘信號周期內(nèi)不再發(fā)生變化。歸“1”格式（R1）與RZ相反。
非歸“0”（NRZ）數(shù)據(jù)格式，在系統(tǒng)時鐘起始時間T0，NRZ測試波形保持T0前的波形，根據(jù)本時鐘周期圖形文件存儲的圖形數(shù)據(jù)在時鐘的信號沿變化。即若圖形文件存儲數(shù)據(jù)為“1”，那么在相應(yīng)時鐘邊沿，波形則變化為“1”。NRZI波形是NRZ波形的反相。
在ATE中，通過測試程序?qū)r鐘周期、時鐘前沿、時鐘后沿和采樣時間的定義，結(jié)合圖形文件中存儲的數(shù)據(jù)，形成實際測試時所需的測試向量。
ATE測試向量與EDA設(shè)計仿真向量不同，而且不同的ATE，其向量格式也不盡相同。以JC?3165型ATE為例，其向量格式如圖4所示。
ATE向量信息以一定格式的文件保存，JC?3165向量文件為 *.MDC文件。在ATE測試中，需將*.MDC文件通過圖形文件編譯器，編譯成測試程序可識別的*.MPD文件。在測試程序中，通過裝載圖形命令裝載到程序中。
圖4 ATE測試向量格式
2.2 ATE測試向量的生成
對簡單的集成電路，如門電路，其ATE測試向量一般可以按照ATE向量格式手工完成。而對于一些集成度高，功能復(fù)雜的IC，其向量數(shù)據(jù)龐大，一般不可能依據(jù)其邏輯關(guān)系直接寫出所需測試向量，因此，有必要探尋一種方便可行的方法，完成ATE向量的生成。
在IC設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)中，設(shè)計、驗證和仿真是不可分離的。其ATE測試向量生成的一種方法是，從基于EDA工具的仿真向量（包含輸入信號和期望的輸出），經(jīng)過優(yōu)化和轉(zhuǎn)換，形成ATE格式的測試向量。
依此，可以建立一種向量生成方法。利用EDA工具建立器件模型，通過建立一個Test bench仿真驗證平臺，對其提供測試激勵，進(jìn)行仿真，驗證仿真結(jié)果，將輸入激勵和輸出響應(yīng)存儲，按照ATE向量格式，生成ATE向量文件。其原理如圖5所示。
2.3 測試平臺的建立
（1） DUT模型的建立
① 164245模型：在Modelsim工具下用Verilog HDL語言[5]，建立164245模型。164245是一個雙8位雙向電平轉(zhuǎn)換器，有4個輸入控制端：1DIR，1OE，2DIR，2OE；4組8位雙向端口：② 緩沖器模型：建立一個8位緩沖器模型，用來做Test bench與164245之間的數(shù)據(jù)緩沖，通過在Test bench總調(diào)用緩沖器模塊，解決Test bench與164245模型之間的數(shù)據(jù)輸入問題。
（2） Test bench的建立
依據(jù)器件功能，建立Test bench平臺，用來輸入仿真向量。
通過Test bench 提供測試激勵，經(jīng)過緩沖區(qū)接口送入DUT，觀察DUT輸出響應(yīng)，如果滿足器件功能要求，則存儲數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理按照ATE圖形文件格式產(chǎn)生*.MDC文件；若輸出響應(yīng)有誤，則返回Test bench 和DUT模型進(jìn)行修正。其原理框圖可表示如圖6所示。
（3） 仿真和驗證
通過Test bench 給予相應(yīng)的測試激勵進(jìn)行仿真，得到預(yù)期的結(jié)果，實現(xiàn)了器件功能仿真，并獲得了測試圖形。圖7和圖8為部分仿真結(jié)果。
在JC?3165的*.MDC圖形文件中，對輸入引腳，用“1”和“0”表示高低電平；對輸出引腳，用“H”和“L”表示高低電平；“X”則表示不關(guān)心狀態(tài)。由于在仿真時，輸出也是“0”和“1”，因此在驗證結(jié)果正確后，對輸出結(jié)果進(jìn)行了處理，分別將“0”和“1”轉(zhuǎn)換為“L”和“H”，然后放到存儲其中，最后生成*.MDC圖形文件。
3 結(jié) 論
本文在Modelsim環(huán)境下，通過Verilog HDL語言建立一個器件模型，搭建一個驗證仿真平臺，對164245進(jìn)行了仿真，驗證了164245的功能，同時得到了ATE所需的圖形文件，實現(xiàn)了預(yù)期所要完成的任務(wù)。
隨著集成電路的發(fā)展，芯片設(shè)計水平的不斷提高，功能越來越復(fù)雜，測試圖形文件也將相當(dāng)復(fù)雜且巨大，編寫出全面、有效，且基本覆蓋芯片大多數(shù)功能的測試圖形文件逐漸成為一種挑戰(zhàn)，在ATE上實現(xiàn)測試圖形自動生成已不可能。因此，有必要尋找一種能在EDA工具和ATE測試平臺之間的一種靈活通訊的方法。
目前常用的一種方法是，通過提取EDA工具產(chǎn)生的VCD仿真文件中的信息，轉(zhuǎn)換為ATE測試平臺所需的測試圖形文件[6]，這需要對VCD文件有一定的了解，也是進(jìn)一步的工作。
參考文獻(xiàn)
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