專利名稱：用于印刷電路板的無源元件測試電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于印刷電路板(PCB)的無源元件測試電路，特別涉及用于PCB的改進(jìn)型無源元件測試電路，為了使無源元件測試電路適用于內(nèi)電路測試儀(ICT)，它能用新相位差測試法測試來自無源元件的實(shí)際信號值。
通常，為測試安裝在PCB上的無源元件，必須精確測試來自無源元件的實(shí)際信號值。
但是，無源元件不是單獨(dú)安裝在PCB上。也就是說，無源元件與其它元件成串聯(lián)或并聯(lián)連接。因而，不可能用電阻計(jì)，電感計(jì)和電容量計(jì)(RLC)單獨(dú)測試來自無源元件的實(shí)際信號值。此時(shí)，由于無源元件是批量生產(chǎn)的，即使用極短的時(shí)間來測試大量無源元件來的信號值，也需要極長時(shí)間，因而，降低了無源元件的生產(chǎn)效率。
因而，為了用短時(shí)間自動(dòng)測試PCB上的大量不同元件來的信號值，而將內(nèi)電路測試儀(ZCT)引入了工業(yè)生產(chǎn)。
為了分開測試來自諸如R(電阻)，L(電感)，C(電容)等不同無源元件的信號值，要求用復(fù)雜的技術(shù)檢測關(guān)于PCB的輸入與輸出信號的相位差。也就是說，提供精確的相位差檢測電路來提高ICT的性能極其重要。
圖1是常規(guī)相位差檢測電路方框圖。如圖所示，按常規(guī)相位差檢測電路。設(shè)置有頻率選擇器20。用于選擇預(yù)定的信號頻率；正弦波發(fā)生器21，用于按頻率選擇器20選擇的頻率產(chǎn)生正弦波；放大器22。用于放大正弦波發(fā)生器21的輸出信號；電流/電壓轉(zhuǎn)換器24。用于將由PCB23輸出并延遲的電流轉(zhuǎn)換成電壓；乘法器25，用于使乘法器22的輸出乘電流/電壓轉(zhuǎn)換器24的輸出；低通濾波器26，用于濾除乘法器25的輸出信號中的交流分量，均方根(RMS)計(jì)算單元27，用于測試放大器22和電流/電壓轉(zhuǎn)換器24的輸出的最大值，并計(jì)算阻抗；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器28，用于將RMS計(jì)算單元27和低通濾波器26的輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。和個(gè)人計(jì)算機(jī)29，用于以A/D轉(zhuǎn)換器28的輸出為基礎(chǔ)計(jì)算出安裝在PCB23上的R.L.C元件的值。
以下參考


常規(guī)相位差檢測電路的運(yùn)行。
通常，測試安裝在PCB23上的無源元件時(shí)，由于不能用直流，而用交流電流(AC)產(chǎn)生的相位差測試無源元件。因此，通常用頻率選擇器20和作為交流電流信號發(fā)生源的正弦波發(fā)生器21。
當(dāng)用戶從頻率選擇器20選擇預(yù)定的信號頻率時(shí)，正弦波發(fā)生器21產(chǎn)生有預(yù)定頻率和幅度的正弦波信號。放大器22將該正弦波信號放大到預(yù)定電平并將信號輸?shù)絇CB23。
假設(shè)放大器22的輸出電壓信號V(t)為′Vs*Sinewt”，因?yàn)殡妷篤(t)被PCB23上的RLC電路延遲了相位角θ，因此以PCB23輸出的電流是“I(t)＝Sin(ωt+θ)”。
用電流/電壓轉(zhuǎn)換器24將電流“I(t)＝Sin(ωt+θ)”轉(zhuǎn)換成電壓“V′(t)＝-Rf*ImSin(wt+θ)”，式中Rf表示電流-電壓轉(zhuǎn)換的阻值。乘法器25將放大器22的輸出電壓V(t)與電流/電壓轉(zhuǎn)換器24的輸出電壓V′(t)相乘，并輸出相乘后的輸出電壓。
也就是說，可用下式表示乘法器25的輸出信號v(t)*v′(t)＝Vs*sir wt-Rf*Im sin(wt+θ)＝-1/2*{(Rf*Vs*Im cosθ)+(Rf*Vs*Im cos(2wt+o))}用低通濾波器26濾除乘法器25的輸出信號中的交流電流分量，因此，只通過電流分量，“|v(t)*v’(t)|＝1/2*Rf*Vs*Im cosθ″。
因而，可檢測出由下式表示的相位差θθ=cos-|V(t)*V′(t)|0.5*Rf*Vs*Im]]>檢測到的相位差θ由A/D轉(zhuǎn)換器28轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并輸出到PC29。
RMS計(jì)算單元27分別測試放大器22的輸出信號V(t)的最大值和電流/電壓轉(zhuǎn)換器24的輸出信號V′(t)，并由此計(jì)算出Vs和Im值。由“Vs＝|Z|”算出阻抗值|Z|，并通過A/D轉(zhuǎn)換器28輸出到PC29。
因而，PC29根據(jù)上述值近似地計(jì)算出電阻值(R)，電感值(L)和電容量(C)。
但是，由于乘法器引起的誤差，和低通濾波器引起的時(shí)間延遲。因此，使常規(guī)相位差檢測方法基本上不能消除交流電流分量，因而，誤差加大。此外，在有R.L和C組合的范圍基數(shù)的近似表達(dá)式基礎(chǔ)上測試無源元件的值。因此，不可能檢測到邊界區(qū)的測試值。
而且，隨著測試數(shù)量的增大，由于存在上述問題，計(jì)算值更不精確。
因而，本發(fā)明的目的是，提供一種克服了用于測試PCB的常規(guī)無源元件測試電路缺陷的用于測試PCB的無源元件測試電路。
本發(fā)明的另一目的是，提供一種用于PCB的無源元件測試電路，它能檢測供給PCB的輸入信號和來自PCB的響應(yīng)信號的最值大，能用與預(yù)定時(shí)間同步的取樣時(shí)鐘信號檢測供給PCB的輸入信號和自PCB來的響應(yīng)信號的電壓值，并能用檢測值計(jì)算相位差。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種用于PCB的無源元件測試電路，它包括信號輸入單元，用于產(chǎn)生有預(yù)定頻率和幅度的正弦波信號，并將該正弦波信號加到印刷電路板，并在預(yù)定時(shí)刻與正弦波信號同步輸出取樣/保持時(shí)鐘信號；響應(yīng)信號處理單元，用于測試相對于給PCB的輸入信號和來自PCB的響應(yīng)信號的峰值電壓，并檢測在預(yù)定時(shí)刻與信號輸入單元輸出的取樣/保持時(shí)鐘信號同步的給PCB的輸入信號電壓值和來自PCB的響應(yīng)信號電壓值，和控制邏輯單元，用于數(shù)字轉(zhuǎn)換峰值電壓和自響應(yīng)信號處理單元輸出的電壓值，并將電壓和電壓值供給個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)。
通過以下說明將更清楚地理解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)，目的和特征。
從以下的詳細(xì)說明和附圖將更充分地理解本發(fā)明，附圖僅用來說明本發(fā)明，因此本發(fā)明不受此限制。
圖1是常規(guī)相位差檢測電路方框圖；圖2是按本發(fā)明的用于PCB的無源元件測試電路的方框圖；圖3是來自PCB在公共點(diǎn)的輸入和響應(yīng)信號波形和在預(yù)定點(diǎn)來自PCB的輸入和響應(yīng)信號的波形圖。
圖2是按本發(fā)明的用于PCB的無源元件測試電路的方框圖。
在本發(fā)明的無源元件測試電路中，信號輸入單元100與印刷電路板(PCB)200連接，用于按用戶選擇的信號頻率供給PCB200有預(yù)定頻率和幅度的正弦波信號，并按產(chǎn)生的正弦波信號在預(yù)定時(shí)刻輸出取樣/保持時(shí)鐘信號CLKsh。連接響應(yīng)信號處理單元300，用于測試給PCB200的輸入信號Vin的最大值Vin-max，和來自PCB200的響應(yīng)信號Vout的最大值Vout-max，并用于按自信號輸入單元100輸出的取樣/保持時(shí)鐘信號CLKsh檢測預(yù)定時(shí)刻的輸入信號Vin的電壓值Vin(T)和響應(yīng)信號Vout的電壓值Vout(T)。連接控制邏輯單元400用于數(shù)字轉(zhuǎn)換給響應(yīng)信號處理單元300的輸入峰值電壓Vin-max和自響應(yīng)信號處理單元300輸出的峰值電壓Vout-max，和在預(yù)定時(shí)刻檢測到的電壓值Vout(T)，并將電壓供給個(gè)人計(jì)算機(jī)(未畫出)。
信號輸入單元100包括用于選擇預(yù)定頻率的頻率選擇器10，用于按頻率選擇器10選擇的頻率產(chǎn)生有預(yù)定頻率和幅度的正弦波信號的正弦波發(fā)生器11，和用于接收來自正弦波發(fā)生器11的正弦波信號并在預(yù)定時(shí)刻與正弦波信號同步輸出方波信號的時(shí)鐘同步單元12，用于調(diào)節(jié)由時(shí)鐘同步單元12輸出的方波信號的寬度和持續(xù)時(shí)間并輸出取樣/保持時(shí)鐘信號CLKsh的取樣/保持控制器13，和用于放大自正弦波發(fā)生器11輸出的正弦波信號并將放大信號Vs輸出到PCB200和響應(yīng)信號處理單元300的放大器14。
響應(yīng)信號處理單元300包括將自PCB200輸出的并延遲的響應(yīng)信號(I)轉(zhuǎn)換成電壓(V)的電流/電壓轉(zhuǎn)換器30，用于將來自電流/電壓轉(zhuǎn)換器30的電壓(V)放大到預(yù)定電平并輸出響應(yīng)信號Vuot的響應(yīng)信號放大器31，用于放大來自放大器14并將輸給PCB200的輸出信號Vs和輸出一輸入信號Vin的輸入信號放大器32，用于接收分別來自響應(yīng)信號放大器31和輸入信號放大器32的輸出信號Vin和Vout的峰值檢測器33，并用于測試峰值電壓Vin-max和Vout-max，和取樣/保持單元34，用于計(jì)算與自取樣/保持時(shí)鐘控制器13輸出的取樣/保持時(shí)鐘信號CLKsh同步的在預(yù)定時(shí)刻來自響應(yīng)信號放大器31和輸入信號放大器32的電壓值
和
控制邏輯單元400包括A/D轉(zhuǎn)換器40，用于分別接收自峰值檢測器33輸出的峰值電壓Vin-max和Vout-max，和自取樣/保持單元34輸出的電壓值Vi’n(T)，并用于數(shù)字轉(zhuǎn)換電壓和電壓值，PC接口單元41，用于將來自A/D轉(zhuǎn)換器40的輸出供給PC(未畫出)，并輸出控制信號；數(shù)據(jù)控制器42，用于按PC接口單元41的控制信號將A/D轉(zhuǎn)換起始信號和結(jié)束狀態(tài)信號輸給A/D轉(zhuǎn)換器40；和按接口單元41的控制信號控制各種模擬轉(zhuǎn)換和中繼用的命令控制器43。
現(xiàn)在結(jié)合

本發(fā)明的無源元件測試電路的運(yùn)作。
首先，當(dāng)用戶從頻率選擇器10選擇頻率時(shí)，正弦波發(fā)生器11產(chǎn)生有預(yù)定頻率和幅度的正弦波信號，放大器14將正弦波信號放大到預(yù)定電平，并分別給PCB200和響應(yīng)信號處理器300輸出輸入信號Vs。
時(shí)鐘同步單元12接收自正弦波發(fā)生器11輸出的正弦波信號并與正弦波信號同步輸出-方波信號。取樣/保持時(shí)鐘控制器13調(diào)節(jié)方波信號寬度和持續(xù)時(shí)間，并將取樣/保持時(shí)鐘信號CLKsh輸給取樣/保持單元34。
這里，由放大器14輸出的輸入信號Vs可表示成“Vs＝VsmSin wt”，PCB200上的RLC電路的輸出阻抗(Z)可表示成“Z＝|Z|＜θ”，式中θ是相位差，|Z|是阻抗絕對值。
因而，對于輸入信號Vs，PCB200上的元件響應(yīng)特性可表示成
這里為了給Vsm的幅度提供要求的電平，用低于0.2v的電壓，以防止PCB200上的二極管轉(zhuǎn)到導(dǎo)通。
此外，由PCB200輸出的電流“I＝ImSin(ωt＋θ)”由響應(yīng)信號處理單元300的電流/電壓轉(zhuǎn)換器30轉(zhuǎn)換成電壓(V)，并表示如下V＝-Rf*Im sin(wt+θ) --------------- (1)式中Rf是電流-電壓轉(zhuǎn)換阻值。
響應(yīng)信號放大器31將由電流/電壓轉(zhuǎn)換器30轉(zhuǎn)換的電壓(V)放大M倍，將響應(yīng)信號Vout分別輸給峰值檢測器33和取樣/保持單元34，輸入信號放大器32將自放大器14輸出的輸入信號Vs放大m倍。并將輸入信號Vin分別輸出給峰值檢測器33和取樣/保持單元34。響應(yīng)信號Vout和輸入信號Vin表示如下Vout＝M*Rf*Im sin(wt+θ)--------------(2)Vin＝m*Vsm sin wt---------------------(3)因而，峰值檢測器33接收由響應(yīng)信號放大器31和輸入信號放大器32輸出的信號，并檢測輸入信號Vin的峰值Vin-max和響應(yīng)信號Vout的峰值Vout-max。
若在上述等式(2)和(3)中，用峰值Vin-max代替M*Rf*Im，用峰值Vout-max代替m*Vsm，則獲得圖3所示波形并表示如下Vin(t)＝Y(jié)in－max*sinwt-------------------(4)Vout(t)＝Vout－max*sin(wt+θ)-----------(5)當(dāng)按由取樣/保持時(shí)鐘控制器13輸出的取樣/保持時(shí)鐘信號CLKsh在規(guī)定時(shí)刻(t＝T)取樣/保持式(4)和(5)中的Vin(t)和Vout(t)時(shí)，輸入電壓Vin(T)和響應(yīng)電壓Vou(T)計(jì)算如下Vin′ (T)＝Y(jié)in－max sin wt---------------(6)Vout′(T)＝Vout－max sin(wT+θ)---------(7)取樣/保持運(yùn)作時(shí)刻由下式確定。wT=sin-1Win′(T)Vin-max-----(8)]]>此外，等式(7)可表示如下wT+θ=sin-1=Vout(T)Vout-max]]>因此，θ=sin-1Vout′(T)Vout-max-wT----(9)]]>將等式(8)代入等式(9)獲得相位差如下θ=sin-1Vout′(T)Vout-max-sin-1vin′(T)Vout-max---(10)]]>由此能獲得有關(guān)PCB200的輸入信號Vin的響應(yīng)信號Vout的相位差θ。
由于由放大器14輸出的輸入信號(Vs)可以表示成“Vs＝VsmSinwt＝Z*ImSin(wt+θ)”，就能從表達(dá)式“Vsm＝|Z|*Im”計(jì)算出阻抗的大小|Z|。
這里Vsm和Im是在以下表達(dá)式的基礎(chǔ)上決定的。Vsm=Vin-maxm,Im=Vout-maxMRf]]>因而，由于在來自PCB200的輸入信號Vin的最大值Vin-max和響應(yīng)信號Vout的最大值Vout-max、和在預(yù)定時(shí)刻(t＝T)來自PCB200的輸入信號Vin的電壓值
和響應(yīng)信號Vout的電壓值
的基礎(chǔ)上能表示出阻抗|Z|的大小和相位差θ，所以，就能檢測PCB200上設(shè)置的R.L.C串聯(lián)或并聯(lián)電路中每個(gè)元件的實(shí)際值。例如R=Zcosθ]]>C=sinθ2πf(Z)]]>如上所述，按本發(fā)明的用于印刷電路板的無源元件測試電路能用在預(yù)定時(shí)刻同步的取樣時(shí)鐘信號直接檢測加給PCB的輸入信號最大值和來自PCB的響應(yīng)信號最大值，檢測輸入PCB的輸入信號電壓值和來自PCB的響應(yīng)信號的電壓值，并用上述值計(jì)算相位差，由此更迅速地檢測無源元件的實(shí)際值。
盡管為便于說明而公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)懂得還會有各種改型，增添和替換。但這些均不脫離本發(fā)明的精神和權(quán)利要求書要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于印刷電路板的無源元件測試電路，包括信號輸入單元，用于產(chǎn)生有預(yù)定頻率和幅度的正弦波信號，并將正弦波信號供給印刷電路板，在預(yù)定時(shí)刻輸出與正弦波信號同步的取樣/保持時(shí)鐘信號；響應(yīng)信號處理單元，用于測試輸給PCB的輸入信號的峰值電壓和由PCB輸出的響應(yīng)信號的峰值電壓，并檢測在預(yù)定時(shí)刻與由信號輸出單元輸出的取樣/保持時(shí)鐘信號同步的輸給PCB的輸入信號的電壓值和自PCB輸出的響應(yīng)信號的電壓值；和控制邏輯單元，用于數(shù)字轉(zhuǎn)換峰值電壓和由響應(yīng)信號處理單元輸出的電壓值，并將電壓和電壓值供給個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)。
2.按權(quán)利要求1的電路，其中，所述信號輸入單元包括頻率選擇器，用于選擇預(yù)定頻率；正弦波發(fā)生器，用于按頻率選擇器選擇的信號頻率產(chǎn)生有預(yù)定幅度和頻率的正弦波信號；時(shí)鐘同步單元，用于接收來自正弦波發(fā)生器的正弦波信號，并在預(yù)定時(shí)刻與正弦波信號同步輸出-方波信號；取樣/保持控制器，用于調(diào)節(jié)自時(shí)鐘同步單元輸出的方波信號的寬度和持續(xù)時(shí)間和用于輸出取樣/保持信號；和放大器，用于放大自正弦波發(fā)生器輸出的正弦波信號。
3.按權(quán)利要求1的電路，其中，所述響應(yīng)信號處理單元包括電流/電壓轉(zhuǎn)換器，用于將自PCB輸出并延遲的響應(yīng)信號轉(zhuǎn)換成電壓；響應(yīng)信號放大器，用于放大自電流/電壓轉(zhuǎn)換器來的電壓，并輸出響應(yīng)信號；輸入信號放大器，用于放大自信號輸入單元輸出的正弦波信號。峰值檢測器，用于分別接收自響應(yīng)信號放大器和輸入信號放大器輸出的信號并測量其峰值電壓；和取樣/保持單元，用于按在預(yù)定時(shí)刻與取樣/保持時(shí)鐘控制器輸出的取樣/保持時(shí)鐘信號同步的由響應(yīng)信號放大器和輸入信號放大器的輸出計(jì)算電壓值。
4.按權(quán)利要求1的電路，其中，所述控制邏輯單元包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于數(shù)字轉(zhuǎn)換自響應(yīng)信號單元輸出的峰值電壓和電壓值；個(gè)人計(jì)算機(jī)接口，用于將模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出供給個(gè)人計(jì)算機(jī)，并輸出控制信號；數(shù)據(jù)控制器，用于按來自個(gè)人計(jì)算機(jī)接口單元的控制信號給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器供給模/數(shù)轉(zhuǎn)換信號和結(jié)束狀態(tài)信號；和命令控制器，用于按個(gè)人計(jì)算機(jī)接口單元的控制信號控制各種模擬轉(zhuǎn)換和中繼。
全文摘要
用于PCB無源元件測試電路，包括信號輸入單元，用于產(chǎn)生有預(yù)定頻率和幅度的正弦波，將正弦波信號供給PCB在預(yù)定時(shí)刻與正弦波信號同步輸出取樣/保持時(shí)鐘信號；響應(yīng)信號處理單元，用于測試給PCB的輸入信號的峰值電壓和來自PCB的響應(yīng)信號的峰值電壓，并檢測與信號輸入單元輸出的與取樣/保持時(shí)鐘信號同步的在預(yù)定時(shí)刻給PCB的輸入信號的電壓值和自PCB輸出的電壓值；控制邏輯單元，用于數(shù)字轉(zhuǎn)換來自響應(yīng)信號處理單元的峰值電壓和輸出電壓值，將電壓和電壓值供給個(gè)人計(jì)算機(jī)。
文檔編號G01R31/28GK1155082SQ9612271
公開日1997年7月23日 申請日期1996年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月27日
發(fā)明者宣鐘局 申請人:Lg產(chǎn)電株式會社