第 1 章 绪论
1.1 混合信号电路测试及研究现状
1.1.1 混合信号电路概述
随着当代社会科学技术的高速发展，电子产品应用越来越广泛。其中电子技术特别是微电子技术更是迅猛发展，集成电路芯片复杂程度大幅度提高，单个电路板所能包含的电路越来越多。为了减小设计难度降低电路成本，更多的设计人员倾向于将数字电路（Digital circuits）和模拟电路（Analog circuits）集成为混合信号电路（Mixed-signal integrated circuit）。数模混合信号电路随着工业的发展和微芯片的使用有着巨大而广泛的应用空间[1]。一般混合信号电路在整个电路系统中作为功能模块发挥着特定功能。经典的应用例子是无线通信网络或多媒体数据处理的过程控制，例如手机或 DVD。显而易见的是，伴随着电子信息技术的飞速发展，混合信号电路的应用将更加广泛。图 1.1 为其代表性的图片。
1.1.2 混合信号电路测试方法发展
根据最近的统计，设计及测试电路系统的时间，70%都用在了混合信号电路的部分[2]。因此为了提高产品的可靠性，并出于成本角度考虑，现在急需研究行之有效的混合信号电路测试方案。由于混合信号电路中模拟电路和数字电路的测试方法不同，使得混合信号电路测试（Mixed circuit test）面对如下一些很难绕过的问题[3]。1）模拟电路的难测量性：这是由模拟电路本身的性质所决定的。模拟电路需要测量的参数多并且对精确性要求高。但是由于模拟电路一般为非线性并且对于故障模型的模拟尚未完全成熟，还缺乏一种有效的测试生成以及模拟故障机理工具；2）模拟电路部分和数字电路部分的接口部分是混合信号电路中重要的一部分，然而接口部分的测量一直未完全解决；3）有些电路由于客观原因所限，模拟和数字部分融合在一起而难以分块。
随着技术的发展，现在已经有一些方法和技术可以进行混合信号电路测试。现列举如下：
（1）基于 DSP 的测试：DSP（Digital signal processor），翻译为数字信号处理。其原理为将一个信号（例如余弦信号）按照如下步骤进行处理：1) 将信号数字化，通过数字计算机完成；2）将数字信号转换成模拟信号，通过 D/A 模块进行；3）将模拟信号加载到电路中作为激励源；4）测试电路的响应结果转换为数字信号，通过 A/D 转换模块完成；5）转换后的数据通过计算机进行处理。DSP芯片的优点是大规模集成性、良好的稳定性以及可编程和可嵌入性等，可以相对容易的与模拟仪器进行结合。由于前述 DSP 的处理过程，也可以得出 DSP 的缺点，就是需要 A/D 和 D/A 两次转换、成本较高且功率消耗大等，而且符合要求的 DSP 并不是总可以得到的。
（2）基于 IDDQ 技术的测试：IDDQ（Integrated circuit quiescent current），一般译为集成电路静止电流或静态电源电流，是在 CMOS 集成电路静态功耗电流参数测试的基础之上发展而来的一种应用广泛的测试技术[4]。其原理是是CMOS 电路在无故障和故障条件下漏电流差异很大。在无故障时 CMOS 电路漏电流极小，有故障时 CMOS 电路漏电流特别大。这样就可以根据具体条件设定一个阈值，从而作为电路有无故障的方便判据。IDDQ 的很明显的优点是功耗低、成本低廉、方法有效，对固定的故障诊断方法起到补充作用。IDDQ 通过电源电流直接观察，不必通过故障传输，具有较强的可观察性。但是其测试有效性受电路特征影响，电路特征值变低时，测试的有效性会变差。并且 IDDQ 专门针对CMOS（complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体）电
第 2 章 边界扫描技术与 IEEE1149 标准
电子技术的发展日新月异，这使得集成芯片的集成度增加而且电路板组装密度增大，导致集成电路板越来越复杂。传统的针床或探针方法难以适应新的电路板测试要求。电子测试界与电子设计界为此共同提出了可测性（DFT：Design fortestability）设计的新设计方法，即在设计系统和芯片时就考虑他们的可测性。随着可测性设计技术理论的发展出现了许多新的测试设计技术，其中边界扫描技术受到人们越来越多的关注。
第 3 章 VIIS-EM 系统简介与本文总体设计方案 ............15
3.1 VIIS-EM 系统简介.................................. 15
3.2 混合信号电路测试仪需求分析 ....................... 16
3.3 混合信号电路测试仪性能指标 ....................... 17
3.4 本文总体设计方案 ................................. 17
第 4 章 混合信号电路自动测试仪的硬件设计...............19
4.1 硬件系统结构 ..................................... 19
4.2 硬件模块化设计 ................................... 20
第 5 章 混合信号电路测试仪的软件设计...................35
5.1 LabVIEW 图形化编程语言............................ 36
5.2 LabVIEW 与仪器总线的通信程序设计.................. 36
5.3 设备驱动程序 ..................................... 39
5.4 仪器运行程序 ..................................... 39
5.5 仪器界面设计 ..................................... 43
总结
吉林大学自主研发的虚拟仪器电子测量系统 VIIS-EM，立足于智能仪器发展的潮头，着眼于国内虚拟仪器市场的大量需求，集产学研于一体，将智力转换为产品，进而转化为社会生产力的一部分，有效的填补了国内虚拟仪器设备市场需求的不足。为高等教育设备提供了优秀的仪器系统。本设计为这套系统填砖加瓦，增加系统的测试功能，同时也为研究混合信号电路测试提供了参考设计方法。研究成果及总结如下：
（1）认真学习研究了吉林大学虚拟仪器研究室自主研发的 VIIS-EM 系统。深入研究虚拟仪器技术、边界扫描技术，IEEE1149 标准，在此基础上，提出了混合信号电路自动测试系统的设计方案。
（2）根据 VIIS-EM 系统的硬件规范、总线规范、驱动结构和模块化硬件思想设计了硬件电路板卡，支持边界扫描标准，完全兼容已有平台，并具有可重构可升级性。
（3）硬件电路板卡的制作综合应用了模块化模拟电路技术、单片机技术和FPGA 技术。使用单片机与 FPGA 结合的设计，很大程度上简化了传统模拟电路设计，并节约了成本。
（4）采用 CLF 节点调用 DLL 动态链接库技术解决了应用软件层与系统传输信号之间的通讯问题，也增强了应用软件层实时测量、处理大规模数据的能力。
（5）采用 LabVIEW 语言完成人机交互界面设计。
（6）给出了混合信号电路测试的具体实施方法以及系统应用。
参考文献：
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