专利名称：电子元件测试仪的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及一种电子元件测试仪。
背景技术：
当电子产品部分或完全出现故障时，技术人员和工程师经常使用数字万用表和示波器来测试和检验电子产品的电子元件。电子产品的例子包括例如无线电接收装置和电视机等标准电子仪器。
检验出故障的产品通常需要技术人员确定是产品组成元件中的哪一个出了问题。此项工作即使对一个受过训练的技术人员也具有挑战性并需要耗费时间。为了合理地解释测试结果，技术人员首先要识别和了解正被测试的特定元件，因为对于不同的元件有不同的失效测试标准。
并不只限于专门训练过的技术人员和工程师要检验和测试电子元件。对于汽车中的电子元件，因为不仅对汽车修理师进行专门的电子技术培训是不值得的，为此雇用一个全职的电子技术人员也是不值得的，所以检验电子元件的功能好坏的任务就落到了汽车修理师的身上。这类问题总会出现在缺乏专门的电子技术领域知识的人却需要一定的电子技术知识能够对电子元件进行检验的情况。因此对于缺少专门训练的人来讲，在测试和检验电子元件的时候会面临很复杂的情况，结果可能不仅会导致花费的时间较长，而且可能导致将好的元件误鉴别成失效元件。
现有的万用表具有很大的局限性使得它们的实际应用性很差。大多数万用表的每个功能只能检验一两个元件，例如NPN和PNP型晶体管。但是事实上有很多种不同的电子元件，这样的万用表对非技术人员来讲用处不大。
当使用万用表进行正确的测试时，用户必须了解和识别电子元件的每个引脚的功能。当用户借助于“试错法”确定是否正确连接了万用表的探针时，非常耗费时间。
当前的万用表不能测量电子元件的最大工作频率。这种测试可以用于检验电子元件是否按照制造商的说明书进行工作。这种测试很重要，因为该电子元件可能在特定的操作频率范围工作，而超出了该特定频率范围就不能正常工作。
万用表不能测量一组彼此连接的元件，因为万用表不能对电流、电压和阻抗之间的差别进行判断，所以将多个元件连接到一个节点上，使得用万用表测量毫无意义。
所以，使用当前万用表复杂而困难，不仅因为上述原因，而且为了正确测试某个元件要求用户了解它的各种使用模式和功能。
此外，万用表显示的信息不能直接表明测量的元件的功能性，更准确的说不能直接表明该装置能否工作。而是需对显示的信息作出解释和需要应用用户通常欠缺的技术知识来确定电子元件是否良好。因此不熟练的用户可能会对测试的元件的功能性做出错误的结论。
因此，需要提供一种能够快速而准确地鉴别所有电子元件的功能性的、使用方便的测试工具。
发明内容
本发明的目的在于克服或部分克服现有技术的至少一个缺点。特别地，本发明的目的在于提供一种用户友好的测试仪，能够通过指定电子元件本身的特征信息来对电子元件进行鉴别和检验。
第一方面，本发明提供了一种电子元件测试仪，用于产生相应于电子元件的特征信息，该测试仪具有连接电子元件引脚的探针、显示字符的显示器和时钟。该测试仪包括一个测试程序产生器，其接收一个时钟信号，并产生测试信号的测试程序；探针驱动器，用于接收该测试信号并给该探针施加电流和电压；数据处理单元，用于接收来自每个探针的相应于反馈电流和电压的数据，该数据处理单元对数据进行处理以产生一个代码，并将该代码提供给该显示器。在本方案的另一个实施例中，时钟信号的频率是可变的。
在本方面的另一个实施例中，测试仪包括用于显示相应于代码的附加文本的查询表，和探针驱动器，其中每个驱动器都包括一反相器电路。在此外的实施例中，每个探针驱动器都包括至少并联的两个三态反相器或D/A转换器来给反相器电路提供可变电流。
在本方面的另外一个实施例中，数据包括相应于反馈电流和电压的逻辑信号，一个检测电路接收反馈电压和电流来产生逻辑信号，检测电路接收从参考电压产生器产生的参考电压。在本方面的另外一个实施例中，检测电路包括比较器或带有采样保持电路的A/D转换器。
在本方面的另外一个实施例中，测试程序产生器包括用于提供测试信号的计数器电路，数据处理单元包括用于比较逻辑信号和测试信号的逻辑电路以及用于在测试程序中计算逻辑信号和测试信号不同的次数的探针计数器。然后，探针计数器然后提供相应于探针计数器值的代码。在本方面的另外一个实施例中，逻辑电路包括用于确定该不同的异或逻辑。
第二方面，本发明提供的电子元件测试仪，用于产生相应于电子元件的特征信息，其中测试仪包括至少一个连接电子元件引脚的探针和显示相应于至少一个探针字符的显示器。测试仪包括用于产生输出逻辑信号的计数器，用于接收该输出逻辑信号和根据该输出逻辑信号的状态驱动该至少一个探针的探针驱动器，用于接收从该至少一个探针反馈的电压和产生输入逻辑信号的检测电路，用于比较该输出逻辑信号和该输入逻辑信号的逻辑电路，以及具有当输出逻辑信号与输入逻辑信号不同时，探针计数器值递增的探针计数器。显示器显示相应于递增了的探针计数器值的字符。
在本方面的另一个实施例中，至少一个探针驱动器包括一反相器电路，该检测电路包括一个比较器和参考电压电路，以及该逻辑电路包括异或逻辑。
第三方面，本发明提供了一种为电子元件产生特征信息的方法。该方法包括的步骤包括在测试程序的每次循环中驱动连接到电子元件的探针，在每次循环中采集探针反馈数据，计算相应于反馈数据的代码，以及显示相应于代码的特性信息。
在本方面的另一个实施例中，驱动步骤包括以不同的电压和电流驱动探针，而采集步骤包括将反馈数据转换成逻辑电平。在本方面此外的实施例中，计算步骤包括在测试程序的每次循环中比较探针驱动的逻辑电平和反馈数据的逻辑电平，并计算探针驱动的逻辑电平和反馈数据的逻辑电平的不同的次数。
在本方面的另外一个实施例中，以第一波形驱动探针，测试程序的所有循环的反馈数据的集合构成第二波形，计算步骤包括计算波形的绝对表面面积(S)，计算波形的绝对表面面积的长度(L)，以及计算波形的绝对表面面积的分布(D)，其中该代码相应于S、L和D的值。
第四方面，本发明提供了一种为工作中的电子系统产生特征信息的方法。其中包括的步骤有电子系统的波形取样，计算波形的绝对表面面积(S)，计算波形的绝对表面面积的长度(L)，以及计算波形的绝对表面面积的分布(D)，并显示相应于S、L和D值的特征信息。
第五方面，本发明提供了一种电子元件测试仪的探针。该探针包括输入节点、串联于该节点的非线性电路，以及串联于非线性电路的输出节点。
在本方面的另一个实施例中，该非线性电路包括多个串连在一起的、由电阻和二极管构成的并联对。其中每个电阻值各不相同。
结合附图和具体实施方式
中本发明的实施例，本领域的技术人员可以很明显地看出本发明的其他方面和特征。
现结合
本发明的实施例，其中图1是根据本发明的一个实施例的电子元件测量系统；图2是图1的电子元件测量系统的方块图；图3是根据本发明的一个实施例为电子元件产生特征信息的方法的流程图；图4是根据本发明的一个实施例为电子元件数字的产生特征信息的方法的流程图；图5是根据本发明的一个实施例的电子元件测试仪的电路原理图；图6是图5中使用的探针驱动器的电路原理图；图7是数字三态探针驱动器的电路原理图；图8是模拟探针驱动器的电路原理图；图9是元件的波形反应示意图；
图10是参数S(t)的示意图；图11是参数S、L、D到特征信息的映射示意图；图12是根据本发明的一个实施例为电子元件模拟的产生特征信息的方法的流程图；图13是图1的探针示意图；图14是图13的探针的电路原理图；和图15是图14中的电路的电压—电流特征图。
具体实施例方式
本发明提供一种方法和系统，用于产生一个与已知特征信息进行比较的电子元件的独特的信息来鉴别和检验电子元件。元件的特征信息显示于字母数字显示器上给用户查看，或可以用作查询表中的指针用来显示该特征信息的相应文本。在数字的产生方法中，执行测试程序，将预定的逻辑电平的组合施加到元件的引脚上。之后将施加到每个引脚的逻辑电平与它们各自的反馈逻辑电平进行比较。在测试程序的结尾，施加的逻辑电平与反馈逻辑电平的所有的差的总和用于产生一个特征信息。在模拟的产生方法中，作为元件的波形反应函数的计算值用于产生用于元件的特征信息。
通常，在预定的测试中，响应施加到元件管脚上的信号产生基于元件的电子特性的元件特征信息。产生相应于引脚特性的代码，然后被转换成文本，并且代码和文本都能显示给用户查看。
在本发明的优选实施例中，产生元件特征信息的方法和系统可以与现有的万用表集成来补充万用表现有的功能，或可以制造成便携式测试仪来产生元件特征信息。该测试仪可以在计算机的辅助下执行附加的测试来产生附加的元件特征信息。
图1是根据本发明的一个实施例的电子元件测量系统。图1中所示的测量系统的优点是便携、简单并易于使用。图1的测量系统包括一个测试仪30和四个连接到该测试仪30上的探针32。测试仪30包括四个LED显示器38和一个文本显示器36，它们共同形成例如标准LCD的字母数字显示器。虽然例子中显示的是七段LED显示器38，任何一个LED显示器都可以使用。虽然没有显示，该领域的技术人员可以看出测试仪30可以由外部的电源或内部电池驱动。为了测试电子元件34，首先将四个探针32连接到电子元件34的四个引脚上。然后，用户只要简单地启动开关(未显示)来启动测试。在1毫秒之内，LED显示器38就能显示电子元件34的数字特征信息。在本发明的实施例中，每个探针32连接到一个LED显示器38上。例如，如果元件34是桥式整流器，那么显示特征信息为<6331>。
如果用户知道元件34是一种有效元件，例如一种新的元件，那么可将该特征信息记录下来作为参考来测试相同制造商，或甚至不同的制造商的类似元件。为了测试可能失效的桥式整流器，用户只要简单地连接探针和启动测试。如果显示的特征信息为<6331>，那么该装置工作正常。然而，如果显示的特征信息为<5331>，那么该桥式整流器工作就不正常。在本发明的另一个实施例中，显示的特征信息可以提示文本显示器36显示该桥式整流器存在的具体问题。
请注意如果将探针连接到同一个装置的不同的引脚上，就会显示不同的特征信息。例如<3316>和<3613>都可以是一个有效的桥式整流器的特征信息。只要在接下来测试的元件中出现该相同的数字，很明显该装置就是正常的桥式整流器。此外，如果元件的引脚数量小于四，那么不必要将所有的探针都连接到元件上。例如，如果只使用了两个探针，那么提供两位数的特征信息。
因为特征信息的顺序不重要，所以测试仪30可以包括一个带有预测试元件34库的查询表，这样在产生特征信息时，控制器搜索查询表来找出所显示的数字组合并在文本显示器36上显示相应的文本。例如，如果出现特征信息<3316>或<3613>，那么文本显示器36会为此两个特征信息显示字符串“桥式整流器”。
测试仪30还可以确定元件的最大工作频率。测试仪30可以包括频率发生器、显示当前工作频率的显示器、或可接收外部频率发生器的输入端。一旦探针32连接到了元件34的引脚上，用户只需要增加工作频率和启动测试直到显示的元件特征信息发生变化。这样，元件特征信息改变时的频率值就是该装置的最大工作频率。或者，最大工作频率值可以通过观察元件输出的稳定时间来确定。可以将预定的稳定时间设置成阈值，以当元件工作在特定频率之外时，判定该元件失效。该方法最好在计算机的辅助下进行。
图2是图1的电子元件测试仪30的方块图。然而，该领域的技术人员可以看出，图2的方块图可以与万用表系统集成。测试仪30包括几个在图1中采用相同标号的元件，即文本显示器36和LED显示器38。测试仪30还包括内部时钟50，其用于给N分分频器模块52提供固定的振荡信号。机电选择开关54通过N分分频器模块52选择内部时钟，或选择外部时钟，供测试程序产生器56使用。测试程序产生器56通过通道i控制探针驱动器模块58，这也被数据处理模块60接收。由测试程序产生器56提供的信号是至少包括一位信息的测试信号。探针驱动器的输出模块58驱动探针i(探针i)，通过检测电路62接收探针i的反馈信号探针iFB。检测电路62将输出提供给数据处理模块60进行处理。控制器64控制数据处理模块60、测试程序产生器56、N分分频器模块52和查询表68。控制器64还提示和接收用户界面模块66的输入，并接收预编程测试模块70的输入。数据处理模块60将内部代码同时发送给LED显示器38和查询表68。查询表68驱动文本显示器36并给预编程的测试模块70发送指令。为了简化模块图，只显示了通道i和相应的探针i，探针i反馈信号(探针iFB)，通道i代码和LED显示器38。在本发明的另一个实施例中，变量“i”可以是任何一个整数。
下面将详细介绍测试仪30的每个模块的功能。时钟电路包括内部时钟50、N分分频器模块52和开关54。内部时钟50可以包括一个标准的振荡器集成电路(IC)。N分分频器模块52包括标准时钟分频电路，并允许测试程序产生器在用户通过用户界面66和控制器64设置的频率下工作。在此实施例中，默认的工作频率是1kHz。可选择地，用户可以连接外部时钟发生器使开关54将测试程序产生器连接到外部时钟输入来执行上述的最大工作频率测试。
测试程序产生器56负责相应于不同时间的不同电压和不同电流，给探针驱动器58提供信号。取决于具体的测试程序，通道i可能只是在不同的时间控制探针驱动器58的开和关。或者，通道i也可能控制探针驱动器使其在某个时间施加不同的电压和电流。总之，测试程序产生器56执行测试算法，该算法可以通过微控制器来执行。
输出/输入数据路径包括探针驱动器58和检测电路62。探针驱动器58负责通过探针i驱动引脚的电压和电流。探针驱动器58的实施例将结合图6至图8在后面进行介绍。检测电路62将来自探针i的反馈电流和电压信号转换成逻辑电平，并包括例如A/D转换器和比较器等电路。检测电路还可以包括参考电压源(reference voltage source)。
数据处理模块60负责为测试元件产生代表特征信息的原始数据形式的内部代码。一旦产生了内部代码，就把它以字母或数字的形式输入到LED显示器38给用户查看。如上所述，特征信息可以通过数字产生方法或模拟产生方法来提供。因此，数据处理模块60可以包括数字处理算法和模拟处理算法，而不需要修改测试仪30的其他组件。数字处理算法和模拟处理算法将在后面详细介绍。图2显示的本发明的测试仪30的实施例是用于数字处理配置的，但是测试仪30可以包括一个允许用户在数字测试和模拟测试模式之间切换的开关。对于图2的测试仪30明显的设计修改是加入开关，这使其可以提供数字和模拟测试双重功能。
控制器64通常协调和控制测试仪30的其它模块，并可以包括例如微控制器等。用户界面66可以包括多种模式的开关和按钮，例如包括一个启动测试的按钮。该领域的技术人员可以看出可以使用多种不同的用户界面允许用户使用测试仪30的不同的特征和选项。
测试仪30的用户显示部分包括查询表68、LED显示器38和文本显示器36。如上所述，当来自数据处理模块60的代码与保存在表中的代码匹配时，查询表68通过文本显示器36输出的预定义文本。在本实施例中，查询表68可以包括按内容寻址的存储器及其他用于存储代码和相应的文本的存储器。本发明的另一个实施例中，代码和相应的文本可以通过用户界面66进行预设定或用户自定义。
为了获得元件的第二个特征信息，预编程测试模块70可以提示用户对初始测试得到的鉴别的元件启动第二个测试。这可以是在第二个测试中增加探针传递给元件引脚的电压和电流。
现结合图2和图3介绍图2的系统为元件产生特征信息的一般方法。
图3是根据本发明的一个实施例的为电子元件产生特征信息的一般方法流程图。该方法开始于步骤200，并在步骤202，用户将探针连接到一个电子元件的引脚上。一旦探针连接好，测试程序产生器56执行预先编制的程序或预置测试程序，在步骤206，在不同的时间以固定的或变化的电压和电流驱动探针。通过检测电路62接收探针的反馈电压和电流，在步骤208，数据处理模块60接收检测电路62的结果。在步骤210，数据处理模块60执行数字或模拟产生过程来产生一个代码。最后，将该代码发送到LED显示器38使该特征信息显示给用户，该方法在步骤214结束。
用户通过该特征信息能够从已知正常元件列表中鉴别元件，并快速确定测试的元件是好是坏。
如上所述，元件特征信息可以根据数字产生过程产生。在数字产生过程中，特征信息根据元件的逻辑功能产生。该算法确定探针驱动的逻辑状态是否发生了变化。由图2中的测试程序产生器56执行的测试，包括连续地通过每个探针对元件的引脚施加不同的逻辑状态，并检查由元件的逻辑功能导致的探针的逻辑状态的变化。通过比较每个探针的输出与其反馈输入的例如逻辑“1”或“0”的逻辑状态来执行此任务，并将探针逻辑状态的改变的次数累加起来。累加值即为该探针上的特征信息。该方法对测试继电器、二极管、SCR、电缆和连接器均很理想。
图4是根据本发明的一个实施例的为电子元件数字的产生特征信息的方法的流程图。图4中表示的流程是图3中表示的方法的详细解释。该方法开始于步骤230，并在步骤232启动预置的测试程序之前复位计数器。在步骤234，根据当前循环的测试模式驱动每个探针至一逻辑状态。在步骤236，接收探针的反馈电压并转换至有代表性的逻辑状态。在步骤238，将探针驱动的逻辑状态与探针反馈逻辑状态进行比较。如果不相同，那么在步骤240递增计数器并进行到步骤242。如果相同，那么跳过步骤240进行步骤242。在步骤242，如果完成了测试程序，那么探针的最终特征信息就是当前的计数器值。否则没有完成测试程序，则执行步骤246进行测试程序的下一轮循环，回到步骤234再次驱动探针。该过程连续进行直至执行完测试程序的所有循环。
图5是根据本发明的一个实施例的电子元件测试仪系统的详细电路原理图。图6中的许多的组件模块与图1和图2中的相同标号的组件相应。具体地，图6中的测试仪包括一测试程序产生器56、探针驱动器58、数据处理模块60、检测电路62以及LED显示器38。请注意图6中省略了一些器件，因为它们是用于增强测试仪性能的标准器件。在此实施例中，测试仪具有四个用于连接元件引脚的探针，标号为探针1至探针4。现就图6的每个组件模块进行详细的介绍。
测试程序产生器56包括一个标准的计数器芯片80，例如NET电子公司(NET Electronics Inc.)的NTE74LS393，其带有两个四位计数器。连接到一个计数器的是输出1QA、1QB、1QC和1QD和时钟输入CLOCK1。连接到另一个计数器的是输出2QA、2QB、2QC和2QD和时钟输入CLOCK2。因为计数器在本技术领域众所周知，所以在这里没有必要详细介绍计数器的操作。测试信号的每个输出1QC、1QD、2QA、2QB都连接到驱动器模块58的探针驱动器的输入上。然后，探针驱动器模块58的每个探针驱动器都给各自的探针施加电压和电流。后面将结合附图6对探针驱动器的电路进行详细的介绍。与非门86接收计数器80的输出1QA、1QB，并驱动与非门92的输入端。与非门92只是简单地将与非门86的输出的逻辑状态翻转来驱动每个与门114、116、118和120的第一输入端。与非门92的输出使得与门114、116、118和120允许它们各自的第二输入端的逻辑状态通过。设置成反相器的与非门88将计数器80的输出2QC翻转来驱动信号EROJ1，该信号是一个外部可读数字输出插孔。与非门90的输出连接到计数器80的输入端CLOCK1，并具有连接到开关91的第一输入和连接到开关54的第二输入。开关91与前面介绍过的图2中的开关54的类型相同。开关91可以将与非门90的输入连接到信号EROJ1或信号ERIJ2上，该信号ERIJ2是外部可读数字控制输入插孔。信号EROJ1和ERIJ2用于以链式连接多个测试仪。例如，如果同时使用两个测试仪，第一个测试仪的输出EROJ1连接到第二个测试仪的ERIJ2上。此配置保证第二个测试仪在第一个测试仪结束测试程序之前完成其测试程序。
检测电路62包括四个例如NET电子公司(NET Electronics Inc.)的NTE834的比较器94、96、98、100，并且负载电路102连接到每个比较器的输出上。探针反馈信号探针1FB、探针2FB、探针3FB、探针4FB分别连接到比较器94、96、98、100的第一输入端，每个比较器的第二输入端接收参考电压产生器104产生的参考电压。因为比较器94、96、98、100的输出为开路的集极端(open-collector terminals)，所以需要负载电路。参考电压产生器提供大约等于逻辑“1”的电平的一半的参考电压。在另一个实施例中，参考电压产生器104可以根据被测试元件的技术特征提供几种不同的参考电压。例如，用户可以改变由锗和砷化镓制造的元件的参考电压。通过改变比较器94、96、98、100使用的参考电压，同一个元件可以产生不同的特征信息，以便使每个元件具有一组特征信息来使其进一步区别于其他元件。这样根据比较结果，每个比较器将输出代表探针反馈信号相对于参考电压的状态的逻辑电平。此外，通过执行不同参考电压的测试，其中一些会与元件性能更相关，测试仪会显示出例如微小泄漏等更详细的情况，并增强测试仪鉴别在其P-N结上具有不同压降的多个元件的能力。实际应用包括检查高阻抗元件的微小泄漏、区分短路和齐纳二极管的基极阻抗。因为产生参考电压和在不同参考电压之间切换的方法在本技术领域众所周知，所以这里就不进一步讨论了。
数据处理模块60包括四个异或门106、108、110、112，每个异或门的一个输入端都连接到各个比较器的输出上。异或门106、108、110、112的另外一个输入端分别连接到输出信号2QB、2QA、1QD和1QC上。每个异或门的输出分别连接到与门114、116、118、120的第二个输入端上。如上所述，当与门114、116、118、120的第一个输入端为高电平时，它们用来通过每个异或门的输出。数据处理模块60还包括两个与计数器芯片80相同的计数器芯片82和84。计数器芯片82接收与门114的输出作为CLOCK1输入并接收与门116的输出作为CLOCK2输入。计数器芯片84接收与门118的输出作为CLOCK1的输入并接收与门1 20的输出作为CLOCK2的输入。计数器芯片82的输出1QD、1QC、1QB、1QA和2QD、2QC、2QB、2QA都分别连接到显示器和驱动器模块38。每个显示器和驱动器模块38包括一个LED驱动器124，其A、B、C输入端分别连接到计数器芯片82的输出端1QA、1QB、1QC，LED驱动器124的D输入端未使用并接地。计数器芯片82的输出1QD直接连接到LED显示器122的“小数点”段，并且LED驱动器124的输出连接到显示器122的各自的LED显示段上。通常，每个异或门将相应于一个探针的输出信号与该探针相关的比较器的输出进行比较，如果逻辑电平不同，那么异或门输出逻辑电平“1”通过时钟输入递增与该探针相关的计数器的值。该领域的技术人员可以看出显示的异或门代表的是逻辑电路，可以有各种不同的设置来实现异或功能。
可以使用各种已知方法来将计数器的值映射到显示器。下表1中说明了四个探针测试系统的计数器至显示器上用户可以识别的字符的可能映射。
表1
图6显示了图5中的探针驱动器模块58的单个探针电路。因为所有探针驱动器模块58的电路都相同所以不必要显示其他的探针驱动器电路。探针驱动器模块包括一个接收图5中的计数器芯片80的输出信号1QA和1QB的或门130。或门130的输出连接到与非门132的第一个输入，以及探针驱动器模块58中的其他探针的与非门上。与非门132的第二个输入端连接到计数器芯片80的2QB输出上，与非门132的输出连接到电阻分压电路上，其包括串联电阻R，P沟道晶体管134和N沟道晶体管136形成互补对而构成反相电路，每个晶体管的栅极都连接道电阻分压电路上，用于驱动探针1。电阻R的值可以相同或不同，这取决于想要施加于探针上的电流。或者，因为调节晶体管134和136的大小可以获得不同的电流，所以可以不采用电阻分压电路。该领域的技术人员可以看出控制探针驱动器电路的电流可以有多种不同的配置。
图6只显示了用于测试仪系统中，可为探针产生唯一电流和电压的探针驱动电路的一种类型。根据本发明的另一个实施例，探针驱动器可以为探针产生不同的电流和电压。
图7是用于单个探针的驱动器的电路原理图。图7中的电路包括两个三态反相器，每个都耦接到其本身的电阻分压电路上。第一个三态反相器包括一P沟道晶体管134和N沟道晶体管136的互补对来驱动探针i，第一个三态反相器的电阻分压电路包括具有预定值的电阻R1，这样当测试信号IN1*和IN1分别处于逻辑电平低和高时，第一个三态反相器就以第一电流驱动探针i。第二个三态反相器与第一个三态反相器的配置相同，并包括一P沟道晶体管138和N沟道晶体管140的互补对来驱动探针i。响应测试信号IN2*和IN2分别处于逻辑电平低和高，因为电阻R2的值不同，第二个三态反相器产生与第一个三态反相器不同的电流。在本发明的另一个实施例中，测试信号IN1*、IN1、IN2*和IN2由微控制器产生。该领域的技术人员可以看出IN1*和IN1为互补信号，IN2*和IN2也一样，并且可以将几个这样的驱动器并联起来。
图8显示了图5中的探针驱动器模块58的另一个实施例，用来为单个探针产生不同的电流。该电路包括D/A转换器142和互补晶体管对144和146，该互补晶体管对连接到具有电阻为R1的电阻分压电路。D/A转换器142接收8位字形式测试信号，BIT1至BIT8，并相应于该字产生从IOUT输出的电流。晶体管144和146的配置和其电阻分压电路与图6中的一样。因此，可以为该探针产生多种不同的电流。在本发明的另一个实施例中，信号BIT1至BIT8可以通过微控制器产生。请注意虽然未在图7和图8中显示或门130和与非门132，该领域的技术人员可以看出图7和图8中的电路可以配有或门130和与非门132来提供图6显示的相同的使能功能。
这样，通过改变施加于探针上的电流和电压，可以为任何电子元件产生更多的独特的特征信息。在一个测试仪的应用中，用户可以启动标准测试程序来检验元件，然后为该元件启动具体的测试，其中以施加探针上较高的电流来再次运行标准测试程序。此外，可以将测试程序设置成在测试程序的每个循环中探针的电压和电流都发生改变。
在图5的实施例中，测试程序产生器只是扫描所有可能的探针逻辑状态的组合。下表2中列举了图5的测试仪在不同的1QA、1QB、1QC输出组合下的操作。“X”代表参数的逻辑状态可以为“0”或“1”。
表2
表2的前四行在测试的每次循环中出现，或对于每个1QC、1QD、2QA、2QB的不同逻辑状态组合出现。请注意测试的每次循环中，表2中的第二行或第三行只有其中的一行出现。图6中的或门130允许表2中的第二行和第三行的任意一种情况来使能探针驱动器电路。在下一个循环之前放电探针能够保证去除残余电荷和探针的电流来获得精确的测试。
为了进一步示意图5中的测试仪的操作，现结合表3以2输入端的与门测试为例进行介绍。在此例子中，探针1和探针2连接到与门的两个输入端，探针3连接到与门的输出端，探针4不连接处于高阻抗状态。表3表示每个探针被驱动时的逻辑状态、电压和电流，和每个探针的反馈电压和电流以及基于反馈电压的探针的反馈结果逻辑状态。在第一次循环中，探针1、探针2和探针3分别被驱动为“0”“1”“0”的逻辑电平。因为探针的逻辑电平和与门的逻辑功能相匹配，探针的电压和电流没有显著的变化。因此，连接到每个探针的计数器值都不增加。在第二次循环中，施加到探针上的逻辑状态发生了变化，探针1和探针2的逻辑状态被驱动为逻辑“1”的状态，而探针3的逻辑状态被驱动为“0”。与门的输出因此为逻辑“1”的状态，这样探针3的反馈电压和电流发生了变化。接下来，与探针3连接的计数器值增加并且显示器将显示为<，，1，>。
表3
如上所述，元件的特征信息可以通过模拟的方法来产生。在该方法中，特征信息基于元件的波形反应产生。将特定的参数作为每个输出的波形的函数来计算，以捕捉该波形特性或将其特征化。然后将每个计算的参数映射成用户能够识别的字符。得到的字符集即为该元件的特征信息。该测试可以用于测量诸如电容、电阻、二极管和齐纳二极管等元件的寿命，并可用于鉴别两点之间的等效电路模型。
下面是用于量化波形反应的可能的参数，也称作脉冲脉冲的持续时间脉冲的频率脉冲的电压的持续时间的绝对值之和脉冲表面比率作为时间函数，该时间是同步的两点中心和相应于脉冲总面积的一半的信号表面所处的位置之间的时间。该位置称作脉冲表面的平衡点。
脉冲的重心或表面惯量点脉冲的非对称脉冲持续时间的最大和最小百分比，其值用于标准化信号的振幅以120度的相移拆分脉冲至三个矢量确定脉冲的特征多项式脉冲的压缩和数字化处理(slang function)
标准化脉冲的傅立叶变换的相对总和计算以T/2，T/3，T/4等滤波后的脉冲表面虽然上述参数都可以使用，但是恰当地衡量正确测量每个参数的重要性需要考虑一定因素，例如依据现有的装置表征波形和脉冲的出错概率应最小化提取信号的瞬时维数的容易程度计算速度应最大化对不同应用的测量精度应最大化特征信息每个部分的总体重要性应该为高理想特征信息的长度最常见信号的特征信息，例如正弦信号，其特征信息也彼此不同将用户输入的信息量最小化从参数分析和理想的准则出发，选定了三个参数来计算元件的特征信息值。第一个是脉冲的绝对表面面积(S)，第二个是脉冲绝对表面面积的函数的长度(L)，第三个是脉冲的绝对表面面积的分布(D)。因此，如果脉冲定义为由两个连续的同步点限定的部分，那么将获得在第一个同步点Ta和第二个同步点Tb之间的探针测量电压V(t)。图9显示了一个脉冲的例子。图10是图9的脉冲绝对表面面积的分布图。
从等式1可以计算出S的值。
等式1S=FN×∫TaTbV(τ)dτ]]>从等式2可以计算出L的值。
等式2L=∫TaTb((ds/dτ)2+1)dτ]]>从等式3可以计算出D的值。
等式3D=∫TaTbS(τ)dτ]]>
其中，S(τ)=FnS×∫TatV(t)dt]]>和Fn=1Vmax×(Tb-Ta),]]>其中Fn是标准化系数。
一旦计算出S、L和D的值，就可以将它们映射给用户提供可读字符。图11表示了S、L和D的一个映射函数的例子。图11的映射函数是非线性的，以确保大多数常见信号，数字的、正弦的、方波信号能够彼此区分，通过“A”周围的扁平的分布代表数字信号；“O”代表正弦信号；“Z”代表方波信号。如果例如计算出来的值S＝0.656，L＝1.470，D＝0.623，那么显示给用户的字符为(SPS)。当然也可以不用S、L、D参数选用其他的参数组合来表征被测试元件的波形反应。
图12根据本发明一个实施例的为电子元件模拟的产生特征信息的方法的流程图。该方法开始于步骤250，并在步骤252启动测试程序。最好是测试程序包括对装置引脚施加已知的测试波形。然后在步骤254以预设的电压和电流驱动探针。在步骤256，采样探针的反馈信号并存储在内存中。在步骤258，确定是否完成了测试程序。如果测试程序没有结束，那么执行步骤260，进行测试程序的下一步循环。否则，执行步骤262计算S、L、D的值。在步骤264根据图11的映射函数分别映射S、L、D的值来为显示器提供相应的字符。
优选地，在步骤262之前执行一可选的排序步骤来增加特征信息的精度以进一步区分元件。排序步骤避免了在几次测试中，由于探针和引脚的连接顺序改变后，将不同的特征信息分配给同一个元件的可能性。在排序步骤中，根据确保探针和元件的引脚的不同连接能够得到同样的参数并因此产生同样特征信息的原则，对输出样本进行排序。下面结合表4、表5和表6讨论排序步骤的例子。
下表4列举了在测试程序的每个循环的通道1至4施加的逻辑状态。
表4测试程序
下表5列举了每次循环中的每个通道的采样号。每个采样号可以代表被采样的电压或电流值。
表5输出采样
下表6列举了根据本发明的排序方法排序后的采样号。
表6排序输出样本
例如，在表4中的第五次循环中，分别将逻辑状态(0，1，0，1)施加于通道4至通道1。在第五次循环中，对探针的反应取样，如表5中所示。结果输出采样为(C44，C34，C24，C14)。一旦执行完了所有的循环，采样数字在各自的通道中重新排序，并在通道中分组，并最终在它们的组中以降序排列，如表6所示。在表6中，同一组的样本标记为具有相同数目的星号。例如，如果通道3的采样号C314、C313、C37的样本值分别为13、18、6，它们的排序后的顺序为18、13、6。
在本发明的另一个实施例中，可以提供关于测试元件的附加元件特征信息。可以认为代表S、L、D值的显示的特征信息代表了具有相同的S、L、D的范围的元件族。因此，为了进一步获得某个元件的详细信息，用户可以进行切换来查看S、L、D的实际计算值。
根据本发明的另一个实施例，探针可以在电路运行时连接到电路的节点上来产生一个特征信息，而代替测试仪来产生参考波形。因此该模式不使用测试程序产生器56和探针驱动器58。该测试在标定具有可变元件的系统例如分压计中很有用。在此测试中，首先获得系统的特征信息，之后调节可变元件直到显示的特征信息变化成需要的特征信息，例如正常运行系统的特征信息。此外，通过取样元件的工作波形，测试仪可以根据其振幅、周期等表征波形。为了取样电路的波形，可以修改图2中的元件测试仪，使其包括同步电路以触发到波形上，或修改成可接收外部触发。图2的模块图中，控制器62可以提供同步功能。当然，表征波形的适当的功能应当集成到测试仪的数据处理模块中。也就是说，测试仪可以执行像示波器的相同的功能并给用户提供相同的信息而代替信号跟踪。例如，测试仪可以告知用户信号是一个未变形的正弦波，波峰为AC电压117伏特，频率为60Hz。如果信号的波形变形了，测试仪可以量化变形量。
图1中的测试系统的探针可以改进以增加本发明另一个实施例的测试仪的功能。例如，在数字的产生方法中，通过使用具有非线性特征的探针可以增加测试工具的精确性。
图13显示了非线性特征的探针32的原理。此探针具体是具有CMOS-TTL开关来确定探针的工作模式。
图14表示了图13中的探针32的电路原理图。探针输入IN连接到齐纳二极管154的输入端、二极管166和开关152。开关152与图13中的开关150耦接来设定探针工作在CMOS或TTL的模式下。开关152的另外一端连接到齐纳二极管156的输入端。齐纳二极管154的输出端连接到电阻R1的第一端，R1的第二端连接到齐纳二极管156的输出端。R1的第二端还连接到二极管158的输入端和二极管164的输出端。二极管158与二极管160，162，164串联，其中电阻R2、R3和R4分别与二极管158、160、和162并联。二极管158、160、162和电阻R2、R3、R4形成非线性电路。二极管162的输出端连接到探针输出OUT和二极管166的输出端。返回的反馈路径FB连接到探针的输出OUT。当开关152闭合将探针设置在TTL模式时，有效地绕过电阻R1，并选择电阻R2、R3、R4的电阻值使得R4＞R3＞R2。图15显示了图14的探针电路的V-I特征曲线。
对于测试高电压元件的情况，将测试仪的探针驱动器固定在高电压是不实际的，因为大多数要测试的电子元件具有非常低的最大输入电压值，如果使用高电压会造成元件的损坏。因此测试仪以相当低的电压驱动探针以防止大多数低电压电子元件的损坏。因此，为了测试高电压元件，探针可以设计成内装放大器和电源来正确测试该元件。
在不改变测试仪本身的情况下可以设计不同的探针用于对例如温度、光信号、声音信号、电场或磁场以及气压等进行测试和波形量化。为不同的应用设置不同的探针，能够降低测试仪的成本。
可以实现本发明不同的应用和实施例。例如，当以小于最大探针数使用测试仪时，测试仪可以自动检查。然后，测试仪可以关闭未使用的探针驱动器，这样能够降低能量损耗并可以降低测试仪的进行测试时间。图2中显示的探针驱动器可以与探针集成来降低测试仪的成本。也可以将图5的逻辑电路设置为当测试信号的逻辑电平和比较器的输出相同时增加探针计数器。可以将多个测试仪串联使用来测量具有大量引脚的元件。此外，用户也可以将几个测试仪并联来一次测量多个元件。
本发明的实施例能够使用户不需要懂得电子元件的专门知识和如何执行测试的情况下，鉴别和测量电子元件。因此能够快速、准确而且用户友好地确定电子元件的状态。由于根据本发明的实施例的测试仪为元件产生自己的特征信息，当用将来的技术制造出新的电子元件也可以在不修改测试仪的情况下进行鉴别和测量。该测试仪可以包括现有的元件的预编程的特征信息，并且其存储器允许用户为新的元件输入特征信息。
根据本发明的实施例的测试仪可以使用廉价的普通的电子元件制造，这可以降低总的测试仪的成本。如上所述，测试仪可以与现有的测试仪例如万用表等集成，测试仪的电路可以制造并集成到单个的芯片中来降低测试仪的外形因数。该测试仪能够使用户快速省力地测量电子元件或系统是否正常工作。
本发明的实施例可以用于修理店、技术学校、大学、科研中心、医院、电子电气商店等。
如上所述的本发明的实施例只为举例说明而已。在不脱离本发明的范围的情况下，技术人员都能够变更、修改和变化具体的实施例，所以本发明的权利范围应以下述的权利要求书为准。
权利要求
1.一种电子元件测试仪，用于产生相应于电子元件的特征信息，该测试仪具有用于连接到电子元件引脚的探针、显示字符的显示器和时钟，其包括一个测试程序产生器，其接收时钟信号，并生成测试信号的测试程序；探针驱动器，用于接收该测试信号并给该探针施加电流和电压；数据处理单元，用于接收来自每个探针的相应于反馈电流和电压的数据，该数据处理单元对该数据进行处理以产生一个代码，并将该代码提供给该显示器。
2.如权利要求1所述的电子元件测试仪，其中时钟信号的频率是可变的。
3.如权利要求1所述的电子元件测试仪，其中该数据包括相应于反馈电流和电压的逻辑信号。
4.如权利要求3所述的电子元件测试仪，其中一个检测电路接收该反馈电压和电流并产生该逻辑信号。
5.如权利要求4所述的电子元件测试仪，其中该检测电路接收从一参考电压产生器产生的参考电压。
6.如权利要求4所述的电子元件测试仪，其中该检测电路包括比较器。
7.如权利要求4所述的电子元件测试仪，其中该检测电路包括一个A/D转换器和一个采样保持电路。
8.如权利要求3所述的电子元件测试仪，其中该测试程序产生器包括用于提供测试信号的计数器电路。
9.如权利要求8所述的电子元件测试仪，其中该数据处理单元包括用于比较该逻辑信号和该测试信号的逻辑电路，和探针计数器，用于在测试程序中计算该逻辑信号和该测试信号不同的次数，该探针计数器提供相应于探针计数器值的该代码。
10.如权利要求9所述的电子元件测试仪，其中该逻辑电路包括用于确定不同的的异或逻辑。
11.如权利要求1所述的电子元件测试仪，其中一个查询表显示了相应于该代码的附加文本。
12.如权利要求1所述的电子元件测试仪，其中每个探针驱动器都包括一个反相器电路。
13.如权利要求1所述的电子元件测试仪，其中每个探针驱动器都包括至少并联的两个三态反相器电路。
14.如权利要求1所述的电子元件测试仪，其中每个探针驱动器都包括一个D/A转换器来给一个反相器电路提供可变电流。
15.一种电子元件测试仪，用于产生相应于电子元件的特征信息，该测试仪包括至少一个连接到电子元件引脚的探针和用于显示相应于该至少一个探针的字符的显示器，包括计数器，用于产生一个输出逻辑信号；探针驱动器，用于接收该输出逻辑信号并根据该输出逻辑信号的状态驱动该至少一个探针；检测电路，用于从该至少一个探针接收反馈电压和产生一个输入逻辑信号；逻辑电路，用于比较该输出逻辑信号和该输入逻辑信号；和探针计数器，具有当该输出逻辑信号与该输入逻辑信号不同时，可递增的探针计数器值，该显示器显示相应于该递增了的探针计数器值的字符。
16.如权利要求15所述的电子元件测试仪，其中该至少一个探针驱动器包括一个反相器电路。
17.如权利要求15所述的电子元件测试仪，其中该检测电路包括一个比较器和一个参考电压电路。
18.如权利要求15所述的电子元件测试仪，其中该逻辑电路包括异或逻辑。
19.一种为电子元件产生特征信息的方法，包括a)在测试程序的每次循环中驱动连接到电子元件的探针；b)在每次循环中采集探针的反馈数据；c)计算相应于反馈数据的一个代码，和d)显示相应于该代码的特征信息。
20.如权利要求19所述的方法，其中驱动的步骤包括以不同的电压和电流驱动探针。
21.如权利要求19所述的方法，其中采集的步骤包括将反馈数据转换成逻辑电平。
22.如权利要求19所述的方法，其中计算的步骤包括在测试程序的每次循环中比较探针驱动的逻辑电平和反馈数据的逻辑电平，和计算探针驱动的逻辑电平和反馈数据的逻辑电平的不同的次数。
23.如权利要求19所述的方法，以一第一波形驱动探针，从测试程序的所有循环中采集到的反馈数据构成一第二波形。
24.如权利要求23所述的方法，其中计算步骤包括计算波形的绝对表面面积(S)；计算波形的绝对表面面积的长度(L)；和计算波形的绝对表面面积的分布(D)，该代码相应于S、L和D的值。
25.一种为工作中的电子系统产生特征信息的方法，包括a)采样电子系统的波形；b)计算波形的绝对表面面积(S)；c)计算波形的绝对表面面积的长度(L)；d)计算波形的绝对表面面积的分布(D)；e)显示相应于S、L和D的值的特征信息。
26.一种用于电子元件测试仪的探针，包括输入节点；串联于该节点的非线性电路；和串联于该非线性电路的输出节点。
27.如权利要求26所述的探针，其中该非线性电路包括多个串连在一起的、由电阻和二极管构成的并联对。
28.如权利要求27所述的探针，其中每个电阻值各不相同。
全文摘要
本发明提供一种方法和系统，用于产生电子元件的区别特征信息，该特征信息与已知特征信息进行比较来鉴别和检验电子元件。该元件的特征信息显示于字母数字显示器(38)上给用户查看，或可以作为查询表(68)中的指针，来显示该特征信息的相应文本(36)。在数字产生方法中，执行测试程序(56)，将预定的逻辑电平的组合施加到元件的引脚上。之后将施加到每个引脚的逻辑电平与它们各自的反馈逻辑电平进行比较。在测试程序的结尾，施加的逻辑电平与它们各自的反馈逻辑电平的不同之和用于产生特征信息。在模拟产生方法中，作为元件波形反应的函数计算出来的数值用于产生元件的特征信息。
文档编号G01R31/00GK1511264SQ02810439
公开日2004年7月7日 申请日期2002年5月21日 优先权日2001年5月22日
发明者马塞尔·布莱, 马塞尔 布莱 申请人:马塞尔·布莱, 马塞尔 布莱