跟着电子技能的敏捷发展，数字集成电路得到了广泛的使用，数字芯片现已渗透到各个出产、日子的范畴。与之相对应的，各个范畴对数字芯片的功用、稳定性、可靠性也有了更高的要求。数字测验仪作为测验芯片功用最首要的技能正是在这样的环境下敏捷发展起来。
整个数字测验仪一般包含了五大部件：电源模块、通讯模块、参数丈量单元、数字丈量单元和主操控模块。其间，参数丈量单元和数字丈量单元是整个数字丈量仪的核心部件，参数丈量单元直接决议着整个体系测验仪的模仿参数丈量精度和使用规模。因此，规划出具有高精度、高速度的参数丈量单元的数字测验仪具有很高挑战性。
本文提出了一种高速度高精度的参数丈量单元。该单元使用于数字测验仪,具有16通道选通测验才能和可编程指令集，一起自带的PID循环验证和Kelvin四线衔接技能能够有用进步整个模仿参数丈量精度，使丈量仪在低于50Ω的负载情况下仍能坚持不超越千分之一的测验差错。
数字测验仪结构
数字测验仪结构如图1所示，选用Cyclone系列的FPGA作为主操控芯片。该芯片能够有用操控各种高速并行D/A、A/D进行测验；一起对许多的通道选通继电器、存储器阵列、数字信号收集芯片等进行精确操控。由图1能够看出，测验仪的模块许多，但需求指出的是模仿参数单元占到了整个面积和本钱的三分之一以上，这也显现了参数丈量单元的重要性。
图1 数字测验仪架构图
参数测验单元硬件规划
1 测验单元全体架构
参数测验单元如图2所示，一共包含了三大部分，榜首部分参数测验通道首要由各种功用的通道组成，包含了16个参数丈量通道用来测验芯片的16个引脚；以及多个辅佐引脚，这些辅佐引脚能够辅佐Kelvin衔接评价传输线阻抗和模仿总线交互功用。
图2 参数测验单元架构
这些测验通道由丈量单元的第二部分：继电器阵列组操控。继电器除了对测验通道进行开关操控外，还能够操控该单元的功用操作和时序操作，对测验精度有很大的影响。一起,这些继电器具有可编程功用,能够依据用户需求当令更改。进步了整个测验体系的灵敏性，有助于体系今后的晋级。
终究是信号处理部分，这部分电路首要由高速16位DAC、ADC以及各种运算放大器、仪器放大器以及存储器构成,首要进行各种参数测验、存储和反应。
2 高精度信号丈量模块的完成
要完成高精度信号丈量模块，有必要具有高精度的DAC和ADC转化芯片，这儿选用了TI公司的DAC702和ADI公司的AD976来进行16位精度的信号输出和回采。丈量模块原理如图3所示，测验单元搭配了5个千分之一精度的精细电阻：50Ω、500Ω、50kΩ、500kΩ和5MΩ来区分不同的测验规模。为了确保满足的测验精度，本丈量单元还专门区分JDQF和JDQS，使得整个测验体系具有Kelvin衔接要素，能够分别向DUT（待测单元）供给FORCE线、SENCE线、LOW FORCE和LOW SENCE线，具有了当负载为小电阻情况下进行精确丈量的才能。
参数测验单元软件规划
1 通讯协议
与传统测验仪不同，该测验仪选用了Altera系列的FPGA芯片作为主操控芯片，这意味着该测验体系无法凭借MCU核本身的指令体系来简化整个体系的指令体系。本测验仪的内部指令，悉数选用了自界说的指令体系，能够完好的对体系测验时的各个动作进行操作和切换,一起能够灵敏地依据客户需求进行各种规划和改善，不会因为受限于MCU内核而呈现体系瓶颈，在整个规划中具有了十分强的自主知识产权。
图3 丈量模块原理图
整个测验仪是依据PLX9054芯片进行的32位数据的PCI通讯。为了协同整个测验体系操控，参数测验单元的操控设备选用了32位PCI数据中的24位作为内部总线来操控各种测验动作，完成操控状况的转化。整个数据流如图4所示，每个数据包包含了24位数据，其间高8位界说为地址码，用来解说整个体系的各种操作，包含了数字和模仿参数测验的各个动作。低16位为测验数据位，用来传输测验有必要的各种数据。
其间，参数丈量的指令包含了FVPMU加电压丈量指令，该指令包含了5个指令地址：0011_1100、0011_1101、0011_1110、0011_1111、0100_0000顺次表明丈量中选取采样电阻指令、加压指令、电流维护指令、上限电流和下限电流维护指令。此外参数丈量指令还有相似的FIPMU加电流丈量指令等各种丈量指令。
图4 数据流格局
之前说到过为了进步参数丈量的精度，选用了两套精度校正计划分别从代码校正和硬件操控两个方面对丈量进程进行监控和校正。代码校正是依据实践的测验经历来进步测验精度。硬件操控则详细分为两个器材手册阐明，在测验流程中参加校准参数进程进行，榜首个进程是输出进程中参加以比对为根底的PID算法，将ADC回采的实践输出电压值和依据输入数据得到的理论输出值进行比较，然后进行相应的补偿，以确保输出精确。第二个进程是选用Kelvin四线桥接技能，首要操控参数丈量单元评价从测验仪输出端到DUT的传输线阻抗，再在后级测验中进行屏蔽，然后进步整个体系的测验精度。详细的测验操控流程如图5所示。
图5 参数测验流程
2 测验流程
流程阐明：丈量单元进入丈量形式，一起检测是否得到FIPMU或许FVPMU指令，当检测到指令时，输出对应信号，一起依据PMUSETFILTER指令中的检测次数，校验输出信号。通过规则次数下的校验无误后，敞开相关测验通道进行后级测验。后级测验依据Kelvin原理，对测验通道的传输阻抗先进行预估。依据得到的预估值Z，校正测验电压并终究得到在该测验通道下的精确模仿参数V1。然后依据相同的原理，对其他要求的通道进行预估，得到相应的阻抗预估值Zn，然后终究得到各个丈量通道的精确丈量参数。需求阐明的一点是因为测验是一个接连的进程，因此每个丈量通道阻抗的预估在一整套多芯片的丈量中只需求一次。而不用对每个芯片引脚的测验通道重复预估，这样能够节省测验时刻和本钱。
实验剖析
为了验证参数丈量单元在负载为小电阻情况下的工作情况，笔者在常温环境下针对不同阻抗的待测单元，分别用无校准%&&&&&%参数测验单元和校准后的参数测验单元进行测验比对，测验成果如表1所示：校准后的丈量单元凭借Kelvin技能在小电阻丈量的优势,能够在低于50Ω的负载丈量中，坚持至少进步一个数量级的丈量精度优势。而当电阻进步越多，精度优势就越不明显。
依据Kelvin技能的理论能够知道其优势首要在于能够有用评价传输线阻抗带来的丈量差错。而当传输线阻抗必定，负载增大时，传输线阻抗形成的压降占总测验电压的份额下降，测验精度的进步程度也会随之下降。
结束语
针对数字测验中面对的参数测验要求，本文提出了依据FPGA操控，32位PCI通讯一起具有高精度输出和采样芯片的参数丈量单元，并对完成进程中的详细问题进行了剖析。
