一种基于ATE与可编程电流源的电流传感器全自动测试系统的制作方法

本发明涉及芯片自动化测试，具体是指一种基于ate与可编程电流源的电流传感器全自动测试系统。

背景技术：

1、众所周知，电流传感器是电力系统、工业自动化、新能源发电及电动汽车等领域中不可或缺的核心测量元件，其性能的可靠性直接影响整个系统的安全稳定运行。因此，在电流传感器投入实际应用前，必须对其各项性能指标进行全面、严格的测试，以验证其精度、线性度、温度稳定性及动态响应特性等关键参数。

2、目前，电流传感器的测试主要面临以下几方面的技术挑战：第一，测试效率低下且自动化程度不足。传统的电流传感器测试多采用人工操作方式，测试人员需要手动连接测试线路、调节电流源输出、记录测试数据并逐一判断测试结果。这种测试方式不仅耗时费力，而且容易引入人为误差，难以满足大规模生产测试的需求。虽然已有部分自动化测试设备（ate）应用于电子元器件的测试领域，但现有的ate系统大多针对半导体器件或电路板的功能测试设计，缺乏针对电流传感器特性测试的专业化解决方案。第二，激励电流源的精度和稳定性不足。电流传感器的测试精度直接取决于激励电流源的精度。现有测试设备常采用开环控制结构，其电流源在带载后由于元器件温漂、线路阻抗变化等因素，实际输出电流与设定值之间存在偏差，且缺乏有效的实时校准机制。这种精度损失会直接影响测试结果的准确性，可能导致对电流传感器性能的误判。第三，测试项目覆盖不全，缺乏系统化的测试流程。电流传感器的性能评估需要涵盖静态参数（如零点偏移、线性度、精度）和动态参数（如频率响应、阶跃响应、上升时间）等多个维度。然而，现有测试方案往往仅针对单一或少数几项参数进行测试，无法对电流传感器进行全面的性能评估。第四，测试数据的采集与处理能力有限。现有测试系统在数据采集方面存在通道数量少、采样率低、同步性差等问题，难以准确捕捉电流传感器在瞬态条件下的输出特性。同时，缺乏智能化的数据分析与判定能力，测试结果的可靠性难以保障。第五，缺乏自动化的分选与分类机制。在批量生产测试场景中，测试完成后需要根据测试结果对电流传感器进行分类（如合格品、不合格品、不同精度等级等）。现有系统大多依赖人工分选，效率低下且容易出错。

3、因此，亟需一种能够集成高精度可编程电流源、多通道同步数据采集、闭环实时校准以及自动分选功能于一体的全自动电流传感器测试系统，以解决上述现有技术中存在的测试效率低、精度不足、覆盖不全及缺乏自动分选等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有测试系统所存在的测试效率低、精度不足、覆盖不全及缺乏自动分选等问题，提供一种基于ate与可编程电流源的电流传感器全自动测试系统。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：一种基于ate与可编程电流源的电流传感器全自动测试系统，包括ate主控平台、可编程电流源模块、测试接口适配单元、信号采集与调理模块、多通道数据采集模块、闭环反馈校准模块及自动分选输出模块；所述ate主控平台分别与所述可编程电流源模块、多通道数据采集模块、闭环反馈校准模块及自动分选输出模块相连接；所述可编程电流源模块的输出端与测试接口适配单元的电流输入端通过大电流功率线缆连接；所述测试接口适配单元的信号输出端与信号采集与调理模块的输入端通过模拟信号传输线连接；所述信号采集与调理模块的输出端与多通道数据采集模块的输入端通过模拟信号传输线连接；所述闭环反馈校准模块的电流采样输入端串联接入可编程电流源模块与测试接口适配单元之间的主输出回路中，其数据输出端与ate主控平台的反馈信号输入端连接。

3、进一步地，所述ate主控平台包括：微处理器，其内部嵌入式安装有实时操作系统；

4、测试序列管理单元，其通过内部存储器总线与微处理器连接，用于存储和管理多种电流传感器测试序列；

5、通信接口单元，通过pcie总线与微处理器连接，并通过以太网、usb或rs-485通信接口与外部设备或上位机进行数据交互；

6、人机交互单元，通过lvds显示总线与通信接口单元连接，用于参数设置、测试监控与状态显示。

7、所述可编程电流源模块包括：多档位精密电流源阵列，其通过并行控制总线与微处理器相连接；

8、电流档位切换矩阵，其控制信号输入端通过gpio控制总线与ate主控平台连接，其电流输入端与多档位精密电流源阵列的各个档位输出端连接，其公共输出端通过大电流功率线缆与测试接口适配单元的电流输入端连接；

9、电流输出保护单元，其电流输入端与电流档位切换矩阵的公共输出端串联连接，其电流输出端通过大电流功率线缆与测试接口适配单元连接。

10、所述多档位精密电流源阵列的配置为：在第一模式下，输出恒定直流电流，用于待测电流传感器的静态参数测试，所述静态参数包括零点偏移、线性度和精度；在第二模式下，输出频率和幅值可编程的正弦交流电流，用于待测电流传感器的频率响应测试；在第三模式下，输出具有可编程上升沿和下降沿的脉冲电流波形，用于待测电流传感器的动态响应特性测试；在第四模式下，输出叠加了谐波分量的复合电流波形，用于待测电流传感器在非理想电网条件下的抗干扰能力测试。

11、所述测试接口适配单元包括：通用测试夹具，其电气输入端通过大电流功率线缆与所述可编程电流源模块的输出端连接，其电气输出端通过信号检测线缆与待测电流传感器的信号输出端连接，用于固定待测电流传感器并提供电气连接；

12、接口适配电路板，其输入端与所述通用测试夹具的检测信号输出端通过排线连接，其输出端通过模拟信号传输线与所述信号采集与调理模块连接；

13、自动对接装置，其驱动控制信号输入端通过工业控制总线与所述ate主控平台连接，其机械执行端与所述通用测试夹具的活动部件连接，在所述ate主控平台的控制下实现待测电流传感器与测试系统的自动电气对接与分离。

14、所述信号采集与调理模块包括：前置放大单元，其输入端通过模拟信号传输线与所述测试接口适配单元的信号输出端连接，其输出端通过模拟信号传输线与滤波单元的输入端连接，用于对待测电流传感器输出的微弱感应信号进行前置放大；

15、滤波单元，其输入端与所述前置放大单元的输出端连接，其输出端通过模拟信号传输线与程控增益放大单元（403）的输入端连接，用于滤除信号中的高频噪声和工频干扰；

16、程控增益放大单元，其控制信号输入端通过spi总线与所述ate主控平台连接，其信号输入端与所述滤波单元的输出端连接，其信号输出端通过模拟信号传输线与所述多通道数据采集模块的输入端连接，在所述ate主控平台的控制下根据信号幅值自动调节放大倍数。

17、所述多通道数据采集模块包括：同步采样模数转换器阵列，其模拟信号输入端与信号采集与调理模块的信号输出端连接，其同步时钟输入端通过同步时钟线缆与所述ate主控平台的时钟输出端连接，其数字信号输出端通过并行数据总线与高速数据缓冲单元的输入端连接；

18、高速数据缓冲单元其输入端与所述同步采样模数转换器阵列的数字信号输出端连接，其输出端通过高速串行通信总线与数据传输接口的输入端连接，用于暂存采样数据；

19、数据传输接口，其输入端与所述高速数据缓冲单元的输出端连接，其输出端通过高速串行通信总线与所述ate主控平台的数据输入端连接，通过高速串行总线将采样数据实时传送至所述ate主控平台。

20、所述闭环反馈校准模块包括：高精度电流采样单元，其电流输入端串联接入所述可编程电流源模块与所述测试接口适配单元之间的主输出回路中，其信号输出端通过模拟信号传输线与反馈模数转换器的模拟输入端连接，用于实时测量实际输出的激励电流值；

21、精密电压基准源，其电压输出端通过模拟信号线与所述反馈模数转换器的参考电压输入端连接，用于为所述高精度电流采样单元提供高稳定度的参考基准；

22、反馈模数转换器，其模拟信号输入端与所述高精度电流采样单元的信号输出端连接，其数字信号输出端通过高速spi总线与所述ate主控平台的反馈信号输入端连接，用于将采样的电流信号转换为数字量并送至所述ate主控平台；

23、所述ate主控平台内置数字pid控制器，根据所述反馈模数转换器的采样值与设定值的偏差，实时调整所述可编程电流源模块的dds芯片输出幅度寄存器值或数模转换器的输入码值。

24、所述自动分选输出模块包括：测试结果分析单元，其数据输入端通过内部数据总线与所述ate主控平台的测试结果输出端连接，其控制信号输出端通过工业控制总线分别与分选执行机构和标记单元连接，用于根据预设判定阈值对采集的测试数据进行分析和等级判定；

25、分选执行机构，其驱动信号输入端与所述测试结果分析单元的控制信号输出端连接，其机械传动端与多个分类料仓的入口连接，包括多个分类料仓和自动移载装置，用于根据判定结果将待测电流传感器移载至对应的分类料仓；

26、标记单元，其控制信号输入端与所述测试结果分析单元的控制信号输出端连接，其执行端设置于所述分选执行机构的分类路径上方，用于对判定不合格的电流传感器进行物理标记或电子标记。

27、作为优选方式，该系统还包括：温度环境控制模块，其控制信号输入端通过工业控制总线与所述ate主控平台连接，设置于所述测试接口适配单元的测试工位周围，用于在测试过程中控制测试环境的温度，以支持温度漂移测试和不同温度条件下的性能评估；

28、所述温度环境控制模块包括温度传感器、加热单元和制冷单元，所述温度传感器紧贴测试工位安装，所述加热单元和制冷单元环绕测试工位布置，在所述ate主控平台的控制下将测试环境温度稳定在设定温度点。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、（1）本发明通过ate主控平台集中控制可编程电流源模块、测试接口适配单元、多通道数据采集模块及自动分选输出模块，构建了从上料、自动对接、参数测试、结果判定到自动分选的完整自动化测试链路，无需人工干预，有效克服了传统人工测试方式效率低下的技术缺陷，大幅提升了批量生产测试效率。

31、（2）本发明将闭环反馈校准模块的高精度电流采样单元串联接入可编程电流源模块的主输出回路中，实时测量实际输出的激励电流值并反馈至ate主控平台，通过内置数字pid控制器动态调整输出参数，自动补偿因线路阻抗变化、功率器件温漂等因素导致的电流偏差，确保激励电流在全工况下均能高精度稳定在设定值，提高了测试结果的准确性和可靠性。

32、（3）本发明的可编程电流源模块支持恒定直流、可编程正弦交流、脉冲电流波形及叠加谐波分量的复合电流波形四种输出模式，配合多种内置测试序列及温度环境控制模块，单台设备即可完成静态参数、频率响应、动态响应、抗干扰能力及温度漂移等多维度测试，克服了传统测试方案项目单一、覆盖不全的技术局限性。

33、（4）本发明的多通道数据采集模块中各模数转换器通道在全局同步时钟下统一工作，确保对各通道传感器输出信号的严格同步采样，有效避免因各通道采样时刻不一致而引入的相位测量误差，为频率响应测试和动态响应测试提供了高保真的数据基础，显著提升了动态测试精度。