一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路及方法與流程

2023-07-11 16:45:41

本發明屬於領域，具體涉及一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路及方法。
背景技術：
：現今IC製造業採用越來越小的電晶體生產工藝已經成為主流，隨著晶片封裝尺寸的減小，晶片管腳間距也越來越小，在焊接過程中比較容易發生連焊、虛焊問題。產品在投運過程中因受外部環境影響(如氧化、腐蝕、汙染等)也會出現晶片管腳連焊、虛焊問題。在電力系統二次保護裝置中ADC採樣是裝置數據的一個重要來源，它影響到整裝置的動作行為，一旦ADC採樣數據異常且無法及時發現將可能導致嚴重的電力事故。但現有市場上常用的多通道同步ADC晶片採樣數據輸出不包含校驗功能，因此無法發現因焊接問題導致的採樣迴路故障帶來的異常採樣數據。傳統的焊接質量檢測方法有用肉眼觀察後再藉助萬用表對可疑地方進行檢測、藉助X-Ray設備檢測、用飛針測試儀等專用測試設備檢測等手段。然而這些手段只能應用於生產測試中，在產品實際投運過程中就無能為力了。在電力系統二次保護裝置中通常採用多通道同步ADC採樣，這是因為電力系統二次保護裝置需要採集的電壓、電流信號較多，且必須保證同步相位關係。然而目前市場上主流的多通道同步ADC晶片，如TI公司的ADS8555、ADS8556，ADI公司的AD7656、AD7606，無論採用並行數據傳輸還是串行數據傳輸都沒有校驗功能，因此當焊接問題而導致的採樣數據異常是無法發現的，而這將可能導致保護裝置誤動作，造成嚴重的電力事故。肉眼觀察加萬用表進行焊接質量檢測，由於觀察點較多，而且小而密集，不易觀察。如果是BGA或QFN封裝的晶片，肉眼是觀察不到焊接點的，做不到檢測的目的。X-Ray觀察適合連焊檢查，但虛焊或缺焊不容易檢查出來，而且X-Ray設備還對人體還有一定傷害。飛針測試儀檢測需要編寫測試程序及測試文件，複雜度高，設備成本高。這些檢測方案只適用於生產測試中。然而在產品整個生命周期中因受外部環境影響(如氧化、腐蝕、汙染等)也會出現晶片管腳焊接問題，導致信號迴路出現短路或斷路。尤其是對電力系統二次保護裝置的ADC採樣迴路的影響更大，它直接影響到了保護裝置的動作行為，可能導致保護誤動作或拒動作。技術實現要素：針對上述問題，本發明提出一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路及方法，它通過外部自檢回饋的方式巧妙的配合ADC晶片採樣時序來檢查ADC晶片是否存在焊接問題，從而判斷ADC採樣數據迴路是否連接正常。該方法用於生產過程中可快速定位ADC採樣數據迴路的連焊、虛焊問題，立即進行返修以提高產品的成品率，在產品投運過程中因氧化、腐蝕等造成的管腳焊接問題一經發現後可採取相應的報警措施，降低因設備異常而導致的惡劣影響和經濟損失。實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路，包括至少一個三態緩衝器、多路復用器和ADC晶片；所述各三態緩衝器選通輸入端分別與多路復用器的控制信號輸入端相連後連接到微處理器，其輸入端分別與ADC晶片的SCK引腳相連，其輸出端分別與ADC晶片的各數據輸出引腳DOUT相連；所述多路復用器的兩個輸入端分別與ADC晶片的BUSY引腳和CS引腳相連，其輸出端作為迴路自檢電路的數據輸出端；所述ADC晶片的RESET引腳、CS引腳、CONVST引腳和SCK引腳均與微處理器連接。所述用於ADC採樣數據的迴路自檢電路中，微處理器晶片通過輸出控制信號給ADC晶片、三態緩衝器選通輸入端和多路復用器的控制信號輸入端以構成不同迴路，微處理器晶片輸出自檢信號或者時鐘信號通過ADC晶片的SCK引腳接入到不同迴路中，在各迴路的輸出端，配合ADC晶片的採樣時序，比較輸入的自檢信號和輸出的自檢信號或者比較ADC晶片的BUSY引腳的輸出信號與CS引腳上的信號是否一致，檢查ADC晶片是否有損壞。所述ADC晶片的CS引腳、CONVST引腳、SCK引腳及數據輸出引腳DOUT的引腳焊盤為主-副焊盤的結構，主-副焊盤通過晶片引腳橋接到一起，只有當晶片引腳與主-副焊盤可靠焊接後迴路才能導通。一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路的自檢方法，包括以下步驟：步驟1、對ADC晶片進行上電復位；步驟2、微處理器晶片通過輸出控制信號給ADC晶片、三態緩衝器選通輸入端與多路復用器的控制信號輸入端以構成不同迴路，微處理器晶片輸出自檢信號或者時鐘信號通過SCK引腳接入到不同迴路中；步驟3、在各迴路的輸出端，配合ADC晶片的採樣時序，比較輸入的自檢信號和輸出的自檢信號或者比較ADC晶片的BUSY引腳的輸出信號與CS引腳上的信號是否一致，檢查ADC晶片是否有損壞。一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路的自檢方法，當ADC晶片處於數據採樣轉換狀態時，所述步驟2和步驟3具體為：微處理器晶片分別輸出高電平信號給ADC晶片的CONVST引腳、CS引腳和多路復用器的控制信號輸入端和三態緩衝器選通輸入端構成第一迴路，BUSY引腳被選通，BUSY引腳輸出的BUSY_ADC信號為高電平；同時，三態緩衝器被使能，微處理器晶片輸出一組自檢信號通過ADC晶片的SCK引腳接入到第一迴路中，此時ADC晶片的數據輸出引腳DOUT中的DOUT_ADC為高阻態，ADC晶片的數據輸出引腳DOUT中DOUT_OUTPUT信號呈現SCK引腳上的脈衝自檢信號；當微處理器晶片能夠在BUSY引腳上成功捕獲BUSY_ADC脈衝信號，並且ADC晶片的數據輸出引腳DOUT上的DOUT_OUTPUT信號與SCK引腳上輸入自檢信號一致，表明ADC晶片的CONVST引腳、SCK引腳、BUSY引腳、數據輸出引腳DOUT沒有斷焊或短路的情況發生。一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路的自檢方法，當ADC晶片處於數據採樣轉換狀態向讀取ADC採樣數據狀態過渡時，所述步驟2和步驟3具體為：微處理器晶片分別輸出低電平信號給CONVST引腳、多路復用器的控制信號輸入端和三態緩衝器選通輸入端以構成第二迴路，CS引腳被選通，BUSY引腳中的BUSY_OUTPUT信號呈現CS信號，此時輸出為高電平，三態緩衝器被禁止，輸出高阻態，CS仍維持在高電平，ADC晶片的數據輸出引腳DOUT中的DOUT_ADC信號為高阻態，DOUT_OUTPUT也呈現高阻態，當微處理器晶片能夠在BUSY引腳上成功獲得CS高低變化的信號，表明ADC的CS管腳沒有斷路或短路的情況發生。一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路的自檢方法，當ADC晶片處於讀取ADC採樣數據狀態時，所述步驟2和步驟3具體為：微處理器晶片分別輸出低電平信號給CONVST引腳、CS引腳、多路復用器的控制信號輸入端和和三態緩衝器選通輸入端以構成第三迴路，CS引腳被選通，ADC晶片的BUSY引腳的BUSY_OUTPUT信號為低電平的CS信號，微處理器晶片輸出時鐘信號通過ADC晶片的SCK引腳接入到第二迴路中，ADC晶片依據輸入的時鐘信號的節拍輸出採樣數據，三態緩衝器被禁止，輸出高阻態，ADC晶片的數據輸出引腳DOUT上的DOUT_OUTPUT信號為ADC晶片的數據輸出引腳DOUT上的DOUT_ADC信號；當微處理器晶片能夠在BUSY引腳上成功獲得CS高低變化的信號，表明ADC晶片的CS管腳沒有斷路或短路的情況發生。本發明的有益效果：本發明的一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路及方法，它通過外部自檢回饋的方式巧妙的配合ADC晶片採樣時序來檢查ADC晶片是否存在焊接問題，從而判斷ADC採樣數據迴路是否連接正常。該方法用於生產過程中可快速定位ADC採樣數據迴路的連焊、虛焊問題，立即進行返修以提高產品的成品率並縮短生產調試周期，較傳統的測試手段，本發明方案具有成本低，查錯率高，操作簡單等優點。在產品投運過程中因氧化、腐蝕等造成的管腳焊接問題一經發現後可採取相應的報警和防誤措施，實時性高，可有效降低因設備異常而導致的惡劣影響和經濟損失。附圖說明圖1為本發明的一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路的原理示意圖。圖2為本發明的ADC晶片的管腳焊盤結構示意圖。圖3為本發明的ADC晶片採樣數據迴路自檢時序圖。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。下面結合附圖對本發明的應用原理作詳細的描述。一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路，包括至少一個三態緩衝器、多路復用器和ADC晶片；所述各三態緩衝器選通輸入端分別與多路復用器的控制信號輸入端相連後連接到微處理器，其輸入端分別與ADC晶片的SCK引腳相連，其輸出端分別與ADC晶片的各數據輸出引腳DOUT相連；所述多路復用器的兩個輸入端分別與ADC晶片的BUSY引腳和CS引腳相連，其輸出端作為迴路自檢電路的數據輸出端；所述ADC晶片的RESET引腳、CS引腳、CONVST引腳和SCK引腳均與微處理器連接。如圖1所示，在本發明的一種實施例中，ADC晶片為AD7606串行數據傳輸晶片，包括2個三態緩衝器，在本發明的其他實施例中，還可以包括3個或者更多的三態緩衝器，三態緩衝器的個數小於或者等於ADC晶片上的數據輸出引腳DOUT。所述用於ADC採樣數據的迴路自檢電路中，微處理器晶片通過輸出控制信號給ADC晶片、三態緩衝器選通輸入端和多路復用器的控制信號輸入端以構成不同迴路，微處理器晶片輸出自檢信號或者時鐘信號通過ADC晶片的SCK引腳接入到不同迴路中，在各迴路的輸出端，配合ADC晶片的採樣時序，比較輸入的自檢信號和輸出的自檢信號或者比較ADC晶片的BUSY引腳的輸出信號與CS引腳上的信號是否一致，檢查ADC晶片是否有損壞。在本發明的一種實施例中，三態緩衝器的真值表如表1所示，多路復用器的真值表如表2所示；表1表2SELO0I01I1如圖2所示，所述ADC晶片的CS引腳、CONVST引腳、SCK引腳及數據輸出引腳DOUT的引腳焊盤為主-副焊盤的結構，主-副焊盤通過晶片引腳橋接到一起，只有當晶片引腳與主-副焊盤可靠焊接後迴路才能導通，由此可通過迴路是否導通判斷晶片焊接是否可靠，防止虛焊。一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路的自檢方法，包括以下步驟：步驟1、對ADC晶片進行上電復位；步驟2、微處理器晶片通過輸出控制信號給ADC晶片、三態緩衝器選通輸入端與多路復用器的控制信號輸入端以構成不同迴路，微處理器晶片輸出自檢信號或者時鐘信號通過SCK引腳接入到不同迴路中；步驟3、在各迴路的輸出端，配合ADC晶片的採樣時序，比較輸入的自檢信號和輸出的自檢信號或者比較ADC晶片的BUSY引腳的輸出信號與CS引腳上的信號是否一致，檢查ADC晶片是否有損壞。在本發明的圖3中，RESET#、CONVST、BUSY_ADC、CS#、SCK和DOUTA(B)_ADC表示ADC晶片管腳上的信號，BUSY_OUTPUT、DOUTA(B)_OUTPUT為連接到微處理器晶片上的信號。圖3中上半部表示原始ADC晶片採樣時序圖，圖3中下半部表示帶自檢功能的ADC晶片採樣時序圖。RESET#：ADC復位信號，由微處理器晶片輸出低電平復位ADC晶片，通常只在上電後復位一次即可。CONVST：ADC啟動採樣信號，由微處理器晶片輸出高電平通知ADC晶片對其輸入的模擬量信號進行採樣轉換。BUSY_ADC：ADC忙信號，其為ADC晶片的輸出信號，表示當前ADC正在對模擬量信號進行採樣轉換中。CS#：ADC片選信號，低電平有效。由微處理器晶片輸出低電平選通該ADC晶片，從而可進行數據讀取操作。SCK：ADC串行數據接口時鐘信號，由微處理器晶片輸出周期信號進行數據讀取操作。DOUTA(B)_ADC：ADC串行數據接口數據信號，可配置為單線或多線模式，由ADC晶片在SCK時鐘邊沿觸發下輸出採樣數據。當CS#片選為高電平時輸出為高阻態，當CS#片選為低電平時輸出數據。DOUTA(B)_OUTPUT：ADC串行數據接口管腳與三態緩衝器管腳共同連接到微處理器晶片的同一線網信號。它反應的是ADC串行數據接口DOUTA(B)_ADC輸出和三態緩衝器輸出的公共信號。BUSY_OUTPUT：多路復用器連接到微處理器晶片的線網信號，不同的時刻可以表徵ADC晶片的BUSY信號和CS#信號。一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路的自檢方法，當ADC晶片處於數據採樣轉換狀態時(即一個採樣周期的A階段)，所述步驟2和步驟3具體為：微處理器晶片分別輸出高電平信號給ADC晶片的CONVST引腳、CS引腳和多路復用器的控制信號輸入端和三態緩衝器選通輸入端構成第一迴路，多路復用器的SEL管腳為高電平，I1被選中，BUSY引腳被選通，BUSY引腳輸出的BUSY_OUTPUT為BUSY_ADC信號，為高電平；同時，三態緩衝器被使能，微處理器晶片輸出一組自檢信號通過ADC晶片的SCK引腳接入到第一迴路中，此時ADC晶片的數據輸出引腳DOUT中的DOUTA(B)_ADC為高阻態，ADC晶片的數據輸出引腳DOUT中DOUTA(B)_OUTPUT信號呈現SCK引腳上的脈衝自檢信號；當微處理器晶片能夠在BUSY引腳上成功捕獲BUSY_ADC脈衝信號，並且ADC晶片的數據輸出引腳DOUT上的DOUTA(B)_OUTPUT信號與SCK引腳上輸入自檢信號一致，表明ADC晶片的CONVST引腳、SCK引腳、BUSY引腳、數據輸出引腳DOUT沒有斷焊或短路的情況發生。一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路的自檢方法，當ADC晶片處於數據採樣轉換狀態向讀取ADC採樣數據狀態過渡時，所述步驟2和步驟3具體為：微處理器晶片分別輸出低電平信號給CONVST引腳、多路復用器的控制信號輸入端和三態緩衝器選通輸入端以構成第二迴路，CS引腳被選通，BUSY引腳中的BUSY_OUTPUT信號呈現CS信號，此時輸出為高電平，三態緩衝器被禁止，輸出高阻態，CS仍維持在高電平，ADC晶片的數據輸出引腳DOUT中的DOUTA(B)_ADC信號為高阻態，DOUTA(B)_OUTPUT也呈現高阻態，當微處理器晶片能夠在BUSY引腳上成功獲得CS高低變化的信號，表明ADC的CS管腳沒有斷路或短路的情況發生。一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路的自檢方法，當ADC晶片處於讀取ADC採樣數據狀態時，所述步驟2和步驟3具體為：微處理器晶片分別輸出低電平信號給CONVST引腳、CS引腳、多路復用器的控制信號輸入端和和三態緩衝器選通輸入端以構成第三迴路，CS引腳被選通，ADC晶片的BUSY引腳的BUSY_OUTPUT信號為低電平的CS信號，微處理器晶片輸出時鐘信號通過ADC晶片的SCK引腳接入到第二迴路中，ADC晶片依據輸入的時鐘信號的節拍輸出採樣數據，三態緩衝器被禁止，輸出高阻態，ADC晶片的數據輸出引腳DOUT上的DOUTA(B)_OUTPUT信號為ADC晶片的數據輸出引腳DOUT上的DOUTA(B)_ADC信號；當微處理器晶片能夠在BUSY引腳上成功獲得CS高低變化的信號，表明ADC晶片的CS管腳沒有斷路或短路的情況發生。綜上：本發明的一種用於ADC採樣數據的迴路自檢電路及方法，它通過外部自檢回饋的方式巧妙的配合ADC晶片採樣時序來檢查ADC晶片是否存在焊接問題，從而判斷ADC採樣數據迴路是否連接正常。該方法用於生產過程中可快速定位ADC採樣數據迴路的連焊、虛焊問題，立即進行返修以提高產品的成品率並縮短生產調試周期，較傳統的測試手段，本發明方案具有成本低，查錯率高，操作簡單等優點。在產品投運過程中因氧化、腐蝕等造成的管腳焊接問題一經發現後可採取相應的報警和防誤措施，實時性高，可有效降低因設備異常而導致的惡劣影響和經濟損失。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp