中规模集成电路功能测试仪设计方案详解
集成电路的测试技术随着集成电路开发应用的飞速发展而发展。集成电路测试仪也从最初测试小规模集成电路发展到测试中规模、大规模和超大规模集成电路。集成电路测试仪按测试门类可分为：数字集成电路测试仪、存储器测试仪、模拟与混合信号电路测试仪、在线测试系统和验证系统等。目前市场上的测试仪产品功能较单一，价格非常昂贵，给电路的测试、维护带来不便。因此，研究开发简单快捷、具有一定智能化的集成电路测试仪有很高的实用价值。
在高等学校的电子实验教学中，经常要用到如模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、555集成定时电路、3524开关电源控制器等中规模集成电路。由于学生通常是初次接触使用芯片，经常会由于操作不当造成电路芯片的损伤或损坏，而表面上却无法作出正确的判断。在这种情况下，非常需要有适当的集成电路的测试仪，用于测试、判断芯片的好坏。而市面上又没有合适的测试仪可供选购。因此，本文设计制作了可用于一些特定的中规模电路的测试仪。根据具体的需要选取了ADC0809、DAC0832、LM555、WC3524等几种芯片作为测试对象，并设计了相应的专门测试仪。
测试仪的结构示意框图如图1所示。该测试仪器的控制器采用了Atmel公司的八位单片机89C55，用于完成界面管理和自动检测控制功能[3].其中采用了Maxim公司的MAX197高精度的A/D转换器来完成模拟信号的测试[4].下面分别介绍各类器件的测试原理和方法。
图1 测试仪结构框图
1测试原理和测试电路
测试一个器件的功能或特性参数，通常采取该器件的典型应用电路，把功能体现出来，把参数值直接或间接地反映出来。
1.1模数转换器ADC0809的测试
模数转换器ADC0809的测试电路图如图2所示。根据测试电路，ADC0809的8个通道输入同样的模拟量，该模拟量同样也输送给MAX197.控制器选择ADC0809的1个模拟通道，并发出启动转换信号，使ADC0809开始转换，然后控制MAX197也开始转换。等待转换结束，分别读取两者的转换结果，并进行数值比较，根据误差限确定器件功能是否正常。改变通道继续测试，直到8个通道测试完毕，显示其结果。
图2 ADC0809的测试电路图
1.2 DAC0832的测试
D/A转换器DAC0832是8位二进制数模转换器，8个数字量输入端分别为DI7~DI0，其中DI7为MSB，DI0为LSB.它的模拟量输出端为电流输出IOUT1和IOUT2，当输入的数字量最大时，IOUT1端输出的电流最大;当输入的数字量为零时，输出电流最小。IOUT2端的电流输出情况正好相反。这两个端子可以和外部的运算放大器相接实现电流/电压的变换。此芯片内部还有1个反馈电阻，可以作为外部运算放大器的反馈电阻，DAC0832测试原理图如图3所示。芯片内有两级输入寄存器，使之具备双缓冲、单缓冲和直通3种输入方式，以适于各种电路的需要，例如要求多路D/A异步输入、同步转换等。
图3 ADC0832测试电路
由单片机输送1个8位的二进制数字量给DAC0832，使两级缓冲的写控制和片选控制都有效时，开始D/A转换，转换速度为微秒级。经过数模转换后，输出的电流再经过运放转换成电压，该电压经过MAX197转换成数字量读回到单片机中，然后和原输出的数字量相比较，以判断被测芯片正常与否。
1.3 LM555定时电路的测试
集成定时电路LM555的应用非常广，其测试电路如图4所示。这是一个典型的定时电路接法，用于测试内部的2个比较器和RS触发器是否正常，同时可以测试控制电压是否正常。
图4 LM555测试电路
单片机输出1个负脉冲到LM555芯片的第2引脚，触发定时电路。单片机读取定时电路的输出端信号，确定是否出现相应的上升沿和下降沿，从而可以判断芯片的功能正常与否。
1.4 SG3524的测试
SG3524内部方框图如图5所示。输入直流电源UIN从15脚进入后分2路：一路作为放大器、比较器、振荡器以及逻辑电路和控制电路的电源;另一路作为基准电压源，产生+5 V基准电压输出到16引脚，作为外部电压基准。在振荡器部分的引脚7和引脚6上外接定时电容CT和定时电阻RT，得到所需的振荡频率。SG3524测试原理图如图6所示，连接成一个典型的降压型开关电源电路，利用误差放大器构成电压负反馈。通过改变取样比例系数就可以改变输出电压，单片机通过测取引脚3上的脉冲频率，通过MAX197测取输出端的电压，即可判断SG3524芯片的好坏。测试中暂时没有考虑过流保护功能的测试。
图5 SG3524内部方框图
2操作和软件结构
测试仪的基本工作流程是：接通电源后，电源指示灯亮，表明电源工作正常，显示器显示等待测试信息，表明可以开始测试操作。由按键1选择所要测试的芯片，显示光标停留的芯片型号表示是当前待测芯片。每按1次选择键，光标指向下一个型号，不断地按键可以循环选择。当光标移到所要测试的芯片时，按下确定键2，接下来由单片机控制，开始自动测试该芯片，此时对应该芯片的指示灯亮;然后由外部电路或单片机给待测芯片一定的模拟或数字输入量，经过每个芯片的测试电路后，通过MAX197进行处理(或直接送到单片机)，与单片机中预存的标准值进行比较。如果测试值在标准值附近的一定范围内，则芯片正常，测试指示灯常亮，液晶显示器显示OK;否则，芯片出错，测试指示灯闪烁，液晶显示器显示BAD.此芯片测试完毕，按下复位键3，即回到初始状态，可以进行下一轮测试。软件流程图如图7所示。
图6 SG3524测试原理图
图7 软件流程图