高精度模拟测量电路、高精度数字化仪和自动化测试设备的制作方法

1.本实用新型涉及自动化测试设备的技术领域，尤其是涉及一种高精度模拟测量电路、高精度数字化仪和自动化测试设备。


背景技术：

2.自动化测试设备(automation test equipment，ate)是半导体封装测试的关键装备，数字化仪(digitizer，dig)为自动化测试设备中的一个硬件组成部分。
3.目前，传统的dig的测量档位为
±
10v，对应的精度为
±
(400uv 0.001％rdg)。上述测量档位的精度较低，在对小的被测信号进行测量时，无法实现高精度测量。
4.所以，如何实现对小的被测信号的高精度测量成为目前亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种高精度模拟测量电路、高精度数字化仪和自动化测试设备，以缓解现有的dig的测量电路无法对小的被测信号进行高精度测量的技术问题。
6.第一方面，本实用新型实施例提供了一种高精度模拟测量电路，包括：依次连接的信号处理单元、增益放大电路和输出电路；
7.所述信号处理单元，用于对被测信号进行处理，得到处理后的被测信号；
8.所述增益放大电路，用于进行测量档位量程的选择，并根据选择的测量档位量程对所述处理后的被测信号进行放大，得到放大后的被测信号，其中，所述测量档位量程的数量为多个，且多个所述测量档位量程中小测量档位量程的精度高；
9.所述输出电路，用于对所述放大后的被测信号进行输出测量，得到所述被测信号的测量值。
10.进一步的，所述信号处理单元包括：依次连接的信号衰减电路和仪表放大器；
11.所述信号衰减电路，用于衰减大于预设电压的被测信号；
12.所述仪表放大器，用于差分处理所述信号衰减电路输出的被测信号，得到所述处理后的被测信号。
13.进一步的，所述增益放大电路包括：反向比例运算放大器、增益放大比例电阻和模拟开关选择比例电阻；
14.所述反向比例运算放大器的正相输入端接地，所述反向比例运算放大器的反相输入端与所述增益放大比例电阻的一端连接，所述反向比例运算放大器的输出端与所述模拟开关选择比例电阻连接，所述增益放大比例电阻的另一端与所述模拟开关选择比例电阻连接。
15.进一步的，所述增益放大比例电阻包括：
16.与所述反向比例运算放大器的反相输入端连接的多个阻值不同的电阻；
17.所述模拟开关选择比例电阻包括：
18.与所述多个阻值不同的电阻分别对应连接的多个线路端，以及，
19.用于联通线路端、所述反向比例运算放大器以及所述输出电路的模拟开关。
20.进一步的，还包括：可编程基准源；
21.所述可编程基准源与所述信号处理单元并联后与所述增益放大电路中的反向比例运算放大器的反相输入端连接；
22.其中，所述可编程基准源输出第一预设基准电压，所述第一预设基准电压与所述被测信号加和后的电压输入所述反向比例运算放大器的反相输入端，进而实现小测量档位测量，得到初始测量值。
23.进一步的，所述可编程基准源包括：依次连接的数模转换电路和数模转换驱动电路。
24.进一步的，所述数模转换驱动电路为运算放大器。
25.进一步的，所述输出电路包括依次连接的滤波器、模数转换驱动电路和模数转换电路。
26.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种高精度数字化仪，包括：上述第一方面任一项所述的高精度模拟测量电路，还包括：控制器；
27.所述控制器与所述高精度模拟测量电路中的模拟开关连接，用于控制所述高精度模拟测量电路中的增益放大电路中的模拟开关进行测量档位量程的选择；
28.所述控制器还与所述高精度模拟测量电路中的模数转换电路连接，还用于基于所述高精度模拟测量电路得到的初始测量值进行被测信号的实际的测量值计算，进而得到所述被测信号的实际的测量值。
29.第三方面，本实用新型实施例还提供了一种自动化测试设备，包括：上述第二方面所述的高精度数字化仪，还包括：校准线路；
30.其中，所述校准线路，用于在与所述高精度数字化仪中的可编程基准源连接后，对所述可编程基准源进行校准。
31.在本实用新型实施例中，提供了一种高精度模拟测量电路，包括：依次连接的信号处理单元、增益放大电路和输出电路；信号处理单元，用于对被测信号进行处理，得到处理后的被测信号；增益放大电路，用于进行测量档位量程的选择，并根据选择的测量档位量程对处理后的被测信号进行放大，得到放大后的被测信号，其中，测量档位量程的数量为多个，且多个测量档位量程中小测量档位量程的精度高；输出电路，用于对放大后的被测信号进行输出测量，得到被测信号的测量值。通过上述描述可知，本实用新型的高精度模拟测量电路中，增益放大电路中包含有多个测量档位量程，且其中的小测量档位量程的精度高，能够实现对小的被测信号的高精度测量，缓解了现有的dig的测量电路无法对小的被测信号进行高精度测量的技术问题。
32.本实用新型还提供了一种高精度数字化仪，包括：上述任一项的高精度模拟测量电路，还包括：控制器；控制器与高精度模拟测量电路中的模拟开关连接，用于控制高精度模拟测量电路中的增益放大电路中的模拟开关进行测量档位量程的选择；进而实现高精度测量；控制器还与高精度模拟测量电路中的模数转换电路连接，还用于基于高精度模拟测量电路得到的初始测量值进行被测信号的实际的测量值计算，进而得到被测信号的实际的测量值。
33.本实用新型还提供了一种自动化测试设备，包括：上述高精度数字化仪，还包括：校准线路；校准线路，用于在与高精度数字化仪中的可编程基准源连接后，对可编程基准源进行校准，进一步提高被测信号测试精确度。
附图说明
34.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本实用新型实施例提供的一种高精度模拟测量电路的结构示意图；
36.图2为本实用新型实施例提供的另一种高精度模拟测量电路的结构示意图；
37.图3为本实用新型实施例提供的再一种高精度模拟测量电路的结构示意图；
38.图4为本实用新型实施例提供的又一种高精度模拟测量电路的结构示意图。
39.图标：11-信号处理单元；12-增益放大电路；13-输出电路；14-可编程基准源；111-信号衰减电路；112-仪表放大器；121-反向比例运算放大器；122-增益放大比例电阻；123-模拟开关选择比例电阻；131-滤波器；132-模数转换驱动电路；133-模数转换电路；141-数模转换电路；142-数模转换驱动电路。
具体实施方式
40.下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.传统的dig的测量电路无法对小的被测信号进行高精度的测量。
42.基于此，本实用新型的高精度模拟测量电路中，增益放大电路中包含有多个测量档位量程，且其中的小测量档位量程的精度高，能够实现对小的被测信号的高精度测量。
43.为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种高精度模拟测量电路进行详细介绍。
44.图1是根据本实用新型实施例的一种高精度模拟测量电路的结构示意图，如图1所示，包括：依次连接的信号处理单元11、增益放大电路12和输出电路13；
45.信号处理单元11，用于对被测信号进行处理，得到处理后的被测信号；
46.增益放大电路12，用于进行测量档位量程的选择，并根据选择的测量档位量程对处理后的被测信号进行放大，得到放大后的被测信号，其中，测量档位量程的数量为多个，且多个测量档位量程中小测量档位量程的精度高；
47.输出电路13，用于对放大后的被测信号进行输出测量，得到被测信号的测量值。
48.传统方案中，增益放大电路12中包含的测量档位量程为
±
10v，对应的精度为
±
(400uv 0.001％rdg)，只有本实用新型实施例中图1所示的1个测量档位量程。本实用新型的上述增益放大电路12中包含的测量档位量程和精度主要包括以下几种：测量档位量程为
±
0.1v，对应的精度为
±
(10uv 0.001％rdg)；测量档位量程为
±
0.2v，对应的精度为
±
(20uv 0.001％rdg)；测量档位量程为
±
0.5v，对应的精度为
±
(50uv 0.001％rdg)；测量档位量程为
±
1v，对应的精度为
±
(100uv 0.001％rdg)；测量档位量程为
±
2v，对应的精度为
±
(200uv 0.001％rdg)；测量档位量程为
±
5v，对应的精度为
±
(300uv 0.001％rdg)；测量档位量程为
±
10v，对应的精度为
±
(400uv 0.001％rdg)，本实用新型实施例对上述测量档位量程和精度不进行具体限制，还可以包含其它测量档位量程和精度(图1中只示出了部分的测量档位量程)。
49.需要说明的是，上述模拟测量电路中，测量档位量程的选择可通过控制器控制模拟开关的开关实现，通过模拟开关选通预设的量程，滤波器131等。
50.在本实用新型实施例中，提供了一种高精度模拟测量电路，包括：依次连接的信号处理单元11、增益放大电路12和输出电路13；信号处理单元11，用于对被测信号进行处理，得到处理后的被测信号；增益放大电路12，用于进行测量档位量程的选择，并根据选择的测量档位量程对处理后的被测信号进行放大，得到放大后的被测信号，其中，测量档位量程的数量为多个，且多个测量档位量程中小测量档位量程的精度高；输出电路13，用于对放大后的被测信号进行输出测量，得到被测信号的测量值。通过上述描述可知，本实用新型的高精度模拟测量电路中，增益放大电路12中包含有多个测量档位量程，且其中的小测量档位量程的精度高，能够实现对小的被测信号的高精度测量，缓解了现有的dig的测量电路无法对小的被测信号进行高精度测量的技术问题。
51.下面对高精度模拟测量电路的结构进行具体说明：
52.在本实用新型的一个可选实施例中，参考图2，信号处理单元11包括：依次连接的信号衰减电路111和仪表放大器112；
53.信号衰减电路111输入端与待测芯片连接，用于衰减大于预设电压的被测信号；
54.仪表放大器112，用于差分处理信号衰减电路111输出的被测信号，得到处理后的被测信号。
55.在上述模拟测量电路中，上述预设电压可以为10v电压，本实用新型实施例对上述预设电压不进行具体限制。
56.在本实施例中，如图2所示，信号衰减电路111包括两个电调衰减网络(att)，仪表放大器112可为差分放大器，其中，一个电调衰减网络与仪表放大器112的同相输入端连接，另一个电调衰减网络与仪表放大器112的反相输入端连接，仪表放大器112的输出端可以连接一个电阻后连接增益放大电路12的反向比例运算放大器121的反相输入端。
57.在本实用新型的一个可选实施例中，参考图1和图2，增益放大电路12包括：反向比例运算放大器121、增益放大比例电阻122和模拟开关选择比例电阻123；
58.反向比例运算放大器121的正相输入端接地，反向比例运算放大器121的反相输入端与增益放大比例电阻122的一端连接，反向比例运算放大器121的输出端与模拟开关选择比例电阻123连接，增益放大比例电阻122的另一端与模拟开关选择比例电阻123连接。
59.其中，增益放大比例电阻122包括：与反向比例运算放大器121的反相输入端连接的多个阻值不同的电阻；
60.模拟开关选择比例电阻123包括：与多个阻值不同的电阻分别对应连接的多个线路端，以及，
61.用于联通线路端、反向比例运算放大器121以及输出电路13的模拟开关。
62.在本实施例中，多个阻值不同的电阻与多个线路端中的每个线路端一一对应，每条线路端的两侧分别有待接触连接的触点，反向比例运算放大器121的输出端与第一模拟开关的不动端连接，第一模拟开关的动端与其中一条线路端的一侧触点选择连接，第二模拟开关的动端连接该线路端的另一侧的触点，第二模拟开关的不动端与输出电路13连接，如此，能够实现多个线路端中的一个线路端、反向比例运算放大器121以及输出电路13的联通。
63.另外，当模拟开关选择比例电阻123的一条线路端通过其两侧的模拟开关接入电路中后，与线路端连接的对应阻值的电阻也便接入了电路中，即完成了测量档位量程的选择。反向比例运算放大器的输出端的电压：vo＝-(r2/r1)
×
vi，其中，vo表示反向比例运算放大器的输出端的电压，r2表示通过模拟开关接入电路中的电阻(接入电路中的增益放大比例电阻122中的电阻)，r1表示差分放大器与反向比例运算放大器之间的电阻，vi表示反向比例运算放大器的反向输入端的电压，可见，通过调节接入电路中的r2的阻值，就能实现测量档位量程的选择。
64.增益放大电路12与输出电路13连接，输出电路13对放大后的被测信号进行输出测量，得到被测信号的测量值。
65.在本实用新型的一个可选实施例中，参考图3，还包括：可编程基准源14；
66.如图3所示，可编程基准源14与信号处理单元11并联后与增益放大电路12中的反向比例运算放大器121的反相输入端连接；增益放大电路12连接输出电路13。
67.其中，可编程基准源14输出第一预设基准电压，第一预设基准电压与信号处理单元11输出的被测信号加和后的电压输入反向比例运算放大器121的反相输入端，进而实现小测量档位测量，得到初始测量值。
68.本领域技术人员可知，模拟测量电路中的大测量档位量程的精度不如小测量档位量程的精度(例如，
±
5v测量档位量程的精度不如
±
0.5v测量档位量程的精度)，在现有条件下，再提升大测量档位量程的精度比较困难；在测量一些电源管理芯片的电压调整率和负载调整率时，被测信号的变化往往很小，可能仅为数十uv，直接用大测量档位量程对大的被测信号进行测量时，无法保证分辨率和精度。故此可编程基准源14输出第一预设基准电压与信号处理单元11输出的被测信号加和后的电压输入设计，进一步实现小测量档位测量，有效提高被测信号的分辨率和精度。
69.在本实用新型的一个可选实施例中，参考图3至图4，可编程基准源14包括：依次连接的数模转换电路141和数模转换驱动电路142。具体的，控制可编程基准源14中的数模转换电路141输出第一预设基准电压，数模转换驱动电路142为运算放大器。
70.在本实用新型的一个可选实施例中，参考图4，输出电路13包括依次连接的滤波器131、模数转换驱动电路132和模数转换电路133。
71.具体的，上述滤波器131可以为抗混叠低通滤波器131，上述滤波器131用于对放大后的被测信号(或放大后的加和后的电压信号)和模数采样带来的镜像混叠信号进行噪声压制处理，得到噪声压制后的被测信号(或噪声压制后的加和后的电压信号)，最后，噪声压制后的被测信号(噪声压制后的加和后的电压信号)经过模数转换驱动电路132进入模数转换电路133进行模拟数字转换，最终得到被测信号的测量值(或初始测量值)。
72.本实用新型的高精度模拟测量电路可将可编程基准源14直接集成在ate的资源板
内，简化被测芯片的产品dut板的设计；并且，ate的资源板本身就有校准线路，本实用新型的可编程基准源14可通过继电器方便的连接到校准线路(带有高精度万用表)上，利用ate自带的软件和校准线路，方便的对可编程基准源14进行校准，保证了可编程基准源14的精度和可靠性。当然不限于可编程基准源14直接集成在ate的资源板内，只要能够实现第一预设基准电压稳定输出即可。
73.本实用新型实施例还提供了一种高精度数字化仪，包括：上述任一实施例中的高精度模拟测量电路，还包括：控制器；
74.控制器与高精度模拟测量电路中的模拟开关连接，用于控制高精度模拟测量电路中的增益放大电路中的模拟开关进行测量档位量程的选择；
75.控制器还与高精度模拟测量电路中的模数转换电路连接，还用于基于高精度模拟测量电路得到的初始测量值进行被测信号的实际的测量值计算，进而得到被测信号的实际的测量值。
76.具体的，若高精度模拟测量电路中不包含可编程基准源14时，信号处理单元11输出的处理后的被测信号输入至增益放大电路12的反向比例运算放大器121的反相输入端，控制器控制高精度模拟测量电路中的增益放大电路12中的模拟开关进行测量档位量程的选择，在选择了合适的测量档位量程后，被测信号经过合适的测量档位量程的反向比例运算放大器121的放大后，进入滤波器131，进而滤波器131对放大后的被测信号和模数采样带来的镜像混叠信号进行噪声压制处理，得到噪声压制后的被测信号，最后，噪声压制后的被测信号经过模数转换驱动电路132进入模数转换电路133进行模拟数字转换，最终得到被测信号的测量值；若高精度模拟测量电路中包含可编程基准源14时，对可编程基准源14进行校准后，可编程基准源14输出第一预设基准电压，第一预设基准电压和信号处理单元11输出的被测信号加和后的电压输入至增益放大电路12的反向比例运算放大器121的反相输入端，控制器控制高精度模拟测量电路中的增益放大电路12中的模拟开关进行测量档位量程的选择；即控制增益放大电路12选择小测量档位量程，从而实现第一预设基准电压和被测信号加和后的电压在小测量档位进行测量，得到初始测量值(具体的，第一预设基准电压和被测信号加和后的电压经过小测量档位量程的反向比例运算放大器121的放大后，进入滤波器131，进而滤波器131放大后的加和后的电压信号和模数采样带来的镜像混叠信号进行噪声压制处理，得到噪声压制后的加和后的电压信号，最后，噪声压制后的加和后的电压信号经过模数转换驱动电路132进入模数转换电路133进行模拟数字转换，最终得到初始测量值)，进而，输出电路13将初始测量值发送给控制器，再由控制器将初始测量值与第二预设基准电压进行加和，最终得到被测信号的实际的测量值，第一预设基准电压与第二预设基准电压的大小相等，符号相反。
77.通过小测量档位实现的初始测量值的测量，测得的初始测量值的精度高，再将测量得到的高精度的初始测量值与第二预设基准电压进行加和，进而得到的被测信号的实际的测量值精度高。
78.本实用新型实施例还提供了一种自动化测试设备，包括：上述高精度数字化仪，还包括：校准线路；
79.其中，校准线路，用于在与高精度数字化仪中的可编程基准源连接后，对可编程基准源进行校准。
80.上述任一实施例的模拟测量电路设置于自动化测试设备的资源板上，进一步提高基准源的精度的可靠性，最终提高测得的被测信号的测试精度。当然不限于设置于资源板上，只要能够实现被测信号的精度测试即可，例如可以在自动化测试设备的资源板外的产品测试转接板(device under test，dut)上搭建精密基准源和外围放大电路，以提高大的被测信号的测量分辨率和精度。相比于在dut板上搭建的精密基准源，模拟测量电路设置于自动化测试设备的资源板上测试精度更高。
81.为了便于对本实用新型的上述结构有更深的理解，下面以一具体的实例对本实用新型的上述高精度模拟测量电路、高精度数字化仪、自动化测试设备进行介绍(这里仅以存在可编程基准源14为例进行说明)：
82.在进行大的被测信号的测量前，可以通过校准线路对可编程基准源14进行校准(具体可以采用软件校准算法对可编程基准源14进行校准)，保证可编程基准源14达到指标精度，在实际测量时，控制可编程基准源14输出第一预设基准电压(与第二预设基准电压的大小相等，符号相反)，实现第一预设基准电压和被测信号相加，控制器控制增益放大电路12选择小测量档位量程(即控制模拟开关选通小测量档位量程增益放大比例电阻122)，实现第一预设基准电压和被测信号加和后的电压在小测量档位进行测量。例如，被测信号是 4.8v左右的电压信号，在传统的模拟测量电路中，需要控制增益放大电路12选择
±
5v的测量档位量程，而本实用新型的模拟测量电路中，为了提高测量精度，可以控制可编程基准源14输出-4.4v的第一预设基准电压，被测信号 4.8v和第一预设基准电压-4.4v加和后，得到 0.4v的电压信号，所以，控制增益放大电路12选择
±
0.5v的测量档位量程，测量得到初始测量值，进而将初始测量值与第二预设基准电压 4.4v的加和作为被测信号的实际的测量值(即在控制器中，将初始测量值加上第二预设基准电压 4.4v，即为被测信号的实际的测量值)。由于上述过程采用的是
±
0.5v的测量档位量程对被测信号实现的测量，所以，相较于
±
5v的测量档位量程对被测信号实现的测量，该过程提高了测量精度。
83.通过上述描述可知，本实用新型的自动化测试设备，在进行小的被测信号的测量时，可以控制高精度模拟测量电路的可编程基准源14不输出电压信号，即控制高精度模拟测量电路中不接入可编程基准源14，然后，通过高精度数字化仪的控制器选择小测量档位，通过高精度模拟测量电路在小测量档位对小的被测信号进行高精度测量；而在进行大的被测信号的测量时，先通过自动化测试设备的校准线路对高精度模拟测量电路的可编程基准源14进行校准，并控制可编程基准源14输出第一预设基准电压，之后通过高精度数字化仪的控制器选择小测量档位，通过高精度模拟测量电路在小测量档位对第一预设基准电压和被测信号加和后的电压进行测量，得到初始测量值，由于是在小测量档位实现的初始测量值的测量，所以，测得的初始测量值的精度高，然后，高精度数字化仪的控制器再将高精度模拟测量电路测量得到的高精度的初始测量值与第二预设基准电压进行加和，得到的被测信号的实际的测量值的精度也高，也就是本实用新型的自动化测试设备既能够对小的被测信号进行高精度测量，也能够对大的被测信号进行高精度测量。
84.另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语
在本实用新型中的具体含义。
85.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
86.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。