用於印刷電路板的無源元件測試電路的製作方法

2023-09-18 09:53:00 1

專利名稱：用於印刷電路板的無源元件測試電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於印刷電路板(PCB)的無源元件測試電路，特別涉及用於PCB的改進型無源元件測試電路，為了使無源元件測試電路適用於內電路測試儀(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際信號值。
但是，無源元件不是單獨安裝在PCB上。也就是說，無源元件與其它元件成串聯或並聯連接。因而，不可能用電阻計，電感計和電容量計(RLC)單獨測試來自無源元件的實際信號值。此時，由於無源元件是批量生產的，即使用極短的時間來測試大量無源元件來的信號值，也需要極長時間，因而，降低了無源元件的生產效率。
因而，為了用短時間自動測試PCB上的大量不同元件來的信號值，而將內電路測試儀(ZCT)引入了工業生產。
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，要求用複雜的技術檢測關於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是常規相位差檢測電路方框圖。如圖所示，按常規相位差檢測電路。設置有頻率選擇器20。用於選擇預定的信號頻率；正弦波發生器21，用於按頻率選擇器20選擇的頻率產生正弦波；放大器22。用於放大正弦波發生器21的輸出信號；電流/電壓轉換器24。用於將由PCB23輸出並延遲的電流轉換成電壓；乘法器25，用於使乘法器22的輸出乘電流/電壓轉換器24的輸出；低通濾波器26，用於濾除乘法器25的輸出信號中的交流分量，均方根(RMS)計算單元27，用於測試放大器22和電流/電壓轉換器24的輸出的最大值，並計算阻抗；模/數轉換器28，用於將RMS計算單元27和低通濾波器26的輸出轉換成數位訊號。和個人計算機29，用於以A/D轉換器28的輸出為基礎計算出安裝在PCB23上的R.L.C元件的值。
以下參考


常規相位差檢測電路的運行。
通常，測試安裝在PCB23上的無源元件時，由於不能用直流，而用交流電流(AC)產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生源的正弦波發生器21。
當用戶從頻率選擇器20選擇預定的信號頻率時，正弦波發生器21產生有預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定電平並將信號輸到PCB23。
假設放大器22的輸出電壓信號V(t)為′Vs*Sinewt」，因為電壓V(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/電壓轉換器24將電流「I(t)＝Sin(ωt+θ)」轉換成電壓「V′(t)＝-Rf*ImSin(wt+θ)」，式中Rf表示電流-電壓轉換的阻值。乘法器25將放大器22的輸出電壓V(t)與電流/電壓轉換器24的輸出電壓V′(t)相乘，並輸出相乘後的輸出電壓。
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θ=cos-|V(t)*V(t)|0.5*Rf*Vs*Im]]>檢測到的相位差θ由A/D轉換器28轉換成數位訊號，並輸出到PC29。
RMS計算單元27分別測試放大器22的輸出信號V(t)的最大值和電流/電壓轉換器24的輸出信號V′(t)，並由此計算出Vs和Im值。由「Vs＝|Z|」算出阻抗值|Z|，並通過A/D轉換器28輸出到PC29。
因而，PC29根據上述值近似地計算出電阻值(R)，電感值(L)和電容量(C)。
但是，由於乘法器引起的誤差，和低通濾波器引起的時間延遲。因此，使常規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組合的範圍基數的近似表達式基礎上測試無源元件的值。因此，不可能檢測到邊界區的測試值。
而且，隨著測試數量的增大，由於存在上述問題，計算值更不精確。
因而，本發明的目的是，提供一種克服了用於測試PCB的常規無源元件測試電路缺陷的用於測試PCB的無源元件測試電路。
本發明的另一目的是，提供一種用於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的響應信號的最值大，能用與預定時間同步的取樣時鐘信號檢測供給PCB的輸入信號和自PCB來的響應信號的電壓值，並能用檢測值計算相位差。
為實現上述目的，提供一種用於PCB的無源元件測試電路，它包括信號輸入單元，用於產生有預定頻率和幅度的正弦波信號，並將該正弦波信號加到印刷電路板，並在預定時刻與正弦波信號同步輸出取樣/保持時鐘信號；響應信號處理單元，用於測試相對於給PCB的輸入信號和來自PCB的響應信號的峰值電壓，並檢測在預定時刻與信號輸入單元輸出的取樣/保持時鐘信號同步的給PCB的輸入信號電壓值和來自PCB的響應信號電壓值，和控制邏輯單元，用於數字轉換峰值電壓和自響應信號處理單元輸出的電壓值，並將電壓和電壓值供給個人計算機(PC)。
通過以下說明將更清楚地理解本發明的其它優點，目的和特徵。
從以下的詳細說明和附圖將更充分地理解本發明，附圖僅用來說明本發明，因此本發明不受此限制。
圖1是常規相位差檢測電路方框圖；圖2是按本發明的用於PCB的無源元件測試電路的方框圖；圖3是來自PCB在公共點的輸入和響應信號波形和在預定點來自PCB的輸入和響應信號的波形圖。
圖2是按本發明的用於PCB的無源元件測試電路的方框圖。
在本發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，用於按用戶選擇的信號頻率供給PCB200有預定頻率和幅度的正弦波信號，並按產生的正弦波信號在預定時刻輸出取樣/保持時鐘信號CLKsh。連接響應信號處理單元300，用於測試給PCB200的輸入信號Vin的最大值Vin-max，和來自PCB200的響應信號Vout的最大值Vout-max，並用於按自信號輸入單元100輸出的取樣/保持時鐘信號CLKsh檢測預定時刻的輸入信號Vin的電壓值Vin(T)和響應信號Vout的電壓值Vout(T)。連接控制邏輯單元400用於數字轉換給響應信號處理單元300的輸入峰值電壓Vin-max和自響應信號處理單元300輸出的峰值電壓Vout-max，和在預定時刻檢測到的電壓值Vout(T)，並將電壓供給個人計算機(未畫出)。
信號輸入單元100包括用於選擇預定頻率的頻率選擇器10，用於按頻率選擇器10選擇的頻率產生有預定頻率和幅度的正弦波信號的正弦波發生器11，和用於接收來自正弦波發生器11的正弦波信號並在預定時刻與正弦波信號同步輸出方波信號的時鐘同步單元12，用於調節由時鐘同步單元12輸出的方波信號的寬度和持續時間並輸出取樣/保持時鐘信號CLKsh的取樣/保持控制器13，和用於放大自正弦波發生器11輸出的正弦波信號並將放大信號Vs輸出到PCB200和響應信號處理單元300的放大器14。
響應信號處理單元300包括將自PCB200輸出的並延遲的響應信號(I)轉換成電壓(V)的電流/電壓轉換器30，用於將來自電流/電壓轉換器30的電壓(V)放大到預定電平並輸出響應信號Vuot的響應信號放大器31，用於放大來自放大器14並將輸給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，用於接收分別來自響應信號放大器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，並用於測試峰值電壓Vin-max和Vout-max，和取樣/保持單元34，用於計算與自取樣/保持時鐘控制器13輸出的取樣/保持時鐘信號CLKsh同步的在預定時刻來自響應信號放大器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轉換器40，用於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)，並用於數字轉換電壓和電壓值，PC接口單元41，用於將來自A/D轉換器40的輸出供給PC(未畫出)，並輸出控制信號；數據控制器42，用於按PC接口單元41的控制信號將A/D轉換起始信號和結束狀態信號輸給A/D轉換器40；和按接口單元41的控制信號控制各種模擬轉換和中繼用的命令控制器43。
現在結合

本發明的無源元件測試電路的運作。
首先，當用戶從頻率選擇器10選擇頻率時，正弦波發生器11產生有預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定電平，並分別給PCB200和響應信號處理器300輸出輸入信號Vs。
時鐘同步單元12接收自正弦波發生器11輸出的正弦波信號並與正弦波信號同步輸出-方波信號。取樣/保持時鐘控制器13調節方波信號寬度和持續時間，並將取樣/保持時鐘信號CLKsh輸給取樣/保持單元34。
這裡，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，對於輸入信號Vs，PCB200上的元件響應特性可表示成
這裡為了給Vsm的幅度提供要求的電平，用低於0.2v的電壓，以防止PCB200上的二極體轉到導通。
此外，由PCB200輸出的電流「I＝ImSin(ωt＋θ)」由響應信號處理單元300的電流/電壓轉換器30轉換成電壓(V)，並表示如下V＝-Rf*Im sin(wt+θ) --------------- (1)式中Rf是電流-電壓轉換阻值。
響應信號放大器31將由電流/電壓轉換器30轉換的電壓(V)放大M倍，將響應信號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。並將輸入信號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接收由響應信號放大器31和輸入信號放大器32輸出的信號，並檢測輸入信號Vin的峰值Vin-max和響應信號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所示波形並表示如下Vin(t)＝Yin－max*sinwt-------------------(4)Vout(t)＝Vout－max*sin(wt+θ)-----------(5)當按由取樣/保持時鐘控制器13輸出的取樣/保持時鐘信號CLKsh在規定時刻(t＝T)取樣/保持式(4)和(5)中的Vin(t)和Vout(t)時，輸入電壓Vin(T)和響應電壓Vou(T)計算如下Vin′ (T)＝Yin－max sin wt---------------(6)Vout′(T)＝Vout－max sin(wT+θ)---------(7)取樣/保持運作時刻由下式確定。wT=sin-1Win(T)Vin-max-----(8)]]>此外，等式(7)可表示如下wT+=sin-1=Vout(T)Vout-max]]>因此，=sin-1Vout(T)Vout-max-wT----(9)]]>將等式(8)代入等式(9)獲得相位差如下=sin-1Vout(T)Vout-max-sin-1vin(T)Vout-max---(10)]]>由此能獲得有關PCB200的輸入信號Vin的響應信號Vout的相位差θ。
由於由放大器14輸出的輸入信號(Vs)可以表示成「Vs＝VsmSinwt＝Z*ImSin(wt+θ)」，就能從表達式「Vsm＝|Z|*Im」計算出阻抗的大小|Z|。
這裡Vsm和Im是在以下表達式的基礎上決定的。Vsm=Vin-maxm,Im=Vout-maxMRf]]>因而，由於在來自PCB200的輸入信號Vin的最大值Vin-max和響應信號Vout的最大值Vout-max、和在預定時刻(t＝T)來自PCB200的輸入信號Vin的電壓值
和響應信號Vout的電壓值
的基礎上能表示出阻抗|Z|的大小和相位差θ，所以，就能檢測PCB200上設置的R.L.C串聯或並聯電路中每個元件的實際值。例如R=Zcos]]>C=sin2f(Z)]]>如上所述，按本發明的用於印刷電路板的無源元件測試電路能用在預定時刻同步的取樣時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的響應信號的電壓值，並用上述值計算相位差，由此更迅速地檢測無源元件的實際值。
儘管為便於說明而公開了本發明的優選實施例，但本領域的技術人員應懂得還會有各種改型，增添和替換。但這些均不脫離本發明的精神和權利要求書要求保護的範圍。
權利要求
1.一種用於印刷電路板的無源元件測試電路，包括信號輸入單元，用於產生有預定頻率和幅度的正弦波信號，並將正弦波信號供給印刷電路板，在預定時刻輸出與正弦波信號同步的取樣/保持時鐘信號；響應信號處理單元，用於測試輸給PCB的輸入信號的峰值電壓和由PCB輸出的響應信號的峰值電壓，並檢測在預定時刻與由信號輸出單元輸出的取樣/保持時鐘信號同步的輸給PCB的輸入信號的電壓值和自PCB輸出的響應信號的電壓值；和控制邏輯單元，用於數字轉換峰值電壓和由響應信號處理單元輸出的電壓值，並將電壓和電壓值供給個人計算機(PC)。
2.按權利要求1的電路，其中，所述信號輸入單元包括頻率選擇器，用於選擇預定頻率；正弦波發生器，用於按頻率選擇器選擇的信號頻率產生有預定幅度和頻率的正弦波信號；時鐘同步單元，用於接收來自正弦波發生器的正弦波信號，並在預定時刻與正弦波信號同步輸出-方波信號；取樣/保持控制器，用於調節自時鐘同步單元輸出的方波信號的寬度和持續時間和用於輸出取樣/保持信號；和放大器，用於放大自正弦波發生器輸出的正弦波信號。
3.按權利要求1的電路，其中，所述響應信號處理單元包括電流/電壓轉換器，用於將自PCB輸出並延遲的響應信號轉換成電壓；響應信號放大器，用於放大自電流/電壓轉換器來的電壓，並輸出響應信號；輸入信號放大器，用於放大自信號輸入單元輸出的正弦波信號。峰值檢測器，用於分別接收自響應信號放大器和輸入信號放大器輸出的信號並測量其峰值電壓；和取樣/保持單元，用於按在預定時刻與取樣/保持時鐘控制器輸出的取樣/保持時鐘信號同步的由響應信號放大器和輸入信號放大器的輸出計算電壓值。
4.按權利要求1的電路，其中，所述控制邏輯單元包括模/數轉換器，用於數字轉換自響應信號單元輸出的峰值電壓和電壓值；個人計算機接口，用於將模/數轉換器的輸出供給個人計算機，並輸出控制信號；數據控制器，用於按來自個人計算機接口單元的控制信號給模/數轉換器供給模/數轉換信號和結束狀態信號；和命令控制器，用於按個人計算機接口單元的控制信號控制各種模擬轉換和中繼。
全文摘要
用於PCB無源元件測試電路，包括信號輸入單元，用於產生有預定頻率和幅度的正弦波，將正弦波信號供給PCB在預定時刻與正弦波信號同步輸出取樣/保持時鐘信號；響應信號處理單元，用於測試給PCB的輸入信號的峰值電壓和來自PCB的響應信號的峰值電壓，並檢測與信號輸入單元輸出的與取樣/保持時鐘信號同步的在預定時刻給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，用於數字轉換來自響應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人計算機。
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 優先權日1995年9月27日
發明者宣鍾局 申請人:Lg產電株式會社