电子测量技术的现状以及未来的发展趋势

电子测量技术的现状以及未来的发展趋势张亚新232121摘要:本文综合论述了电子测量技术的现状和总体发展趋势,分析了电子测量仪器的研究开发，阐述了我国电子测量技术与国际先进技术水平的差距，进而提出了发展电子测量仪器技术的对策。特别是由于测试技术的突破带来的电子测量仪器的革命性变化.同时,针对业界自动测试系统的发展历史和现状提出了作者的一些看法,并介绍了业界的最新进展和最新标准.近年来，以信息技术为代表的新技术促进了电子行业的飞速增长，也极大地推动了测试测量仪器和设备的快速发展。鉴于中国在全球制造链和设计链的重要地位，使得这里成为全球各大测量仪器厂商的大战场，同时，也带动了中国本土测试测量技术研发与测试技术应用的迅速发展。关键词:LXI、ATE、自动测试系统、智能化、虚拟技术、总线接口技术VXIAbstract:Thispaperdiscussesthecurrentsituationanddevelopmenttrendoftheoverallelectronicmeasurementtechnology,analyzestheresearchanddevelopmentofelectronicmeasuringinstruments,expoundedChina'selectronicmeasurementtechnologygapwiththeinternationaladvancedleveloftechnology,putsforwardthedevelopmentofelectronicmeasuringinstrumentstechnicalcountermeasures.Especiallyduetotherevolutionarychangesintechnologyhasbroughtabreakthroughtestelectronicmeasuringinstrument.Meanwhile,forthehistoryandcurrentstatusofthedevelopmentoftheindustry'sautomatedtestsystempresentedsomeoftheviewsoftheauthor,anddescribesthelatestdevelopmentsandthelateststandardfortheindustryinrecentyearswithinformationtechnologyastherepresentativeofthenewtechnologytopromotetherapidgrowthoftheelectronicsindustry,butalsogreatlypromotedtherapiddevelopmentoftestandmeasurementinstrumentsandequipment.GivenChina'simportantroleintheglobalmanufacturingchainanddesignchain,makingthisthebigbattleoftheworld'sleadingmanufacturerofmeasuringinstruments,butalsoledtotherapiddevelopmentofChina'sdomestictestandmeasurementtechnologydevelopmentandtestingtechnologyapplications.Keywords:LXI,ATE,automatedtestsystems,intelligence,virtualtechnology,businterfacetechnology一、晶体管特性图示仪的介绍1.1、简介晶体管特性图示仪是一种专用示波器，它能直接观察各种晶体管特性曲线及曲性簇。例如:晶体管共射、共基和共集三种接法的输入、输出特性及反馈特性；二极管的正向、反向特性；稳压管的稳压或齐纳特性；它可以测量晶体管的击穿电压、饱和电流、自或a参数等~~~1.2晶体管特性图示仪的用途晶体管特性图示仪可用来测定晶体管的共集电极、共基极、共发射极的输入特性、输出特性、转换特性、α、β参数特性；可测定各种反向饱和电流ICBO、ICEO、IEB0和各种击穿电压BUCBO、BUCEO、BUEBO等；还可以测定二极管、稳压管、可控硅、隧道二极管、场效应管及数字集成电路的特性，用途广泛。1.3晶体管特性图示仪的主要技术指标（l）Y轴编转因数：集电极电流范围：0.01～1000毫安/度，分十六档，误差≤±3%；集电极电流倍率：分×2、×1、×0.l三档，误差≤±3%；基极电压范围：0.01～0.5V/度，分六档，误差≤±3%；基极电流或基极源电压：0.05V/度，误差≤±3%；外接输入：0.1V/度，误差≤±3%；（2）X轴偏转因数：集电极电压范围：0.01～20V/度，分十一档，误差≤±3%；基极电压范围：0.01～0.5V/度，分六档，误差≤±3%；基极电流或基极源电压：0.5V/度，误差≤±3%；外接输入：0.1V/度，误差≤±3%。（3）基极阶梯信号：阶梯电流范围：0.001～200mA/度，分十七档；阶梯电压范围：0.01～0.2V/级，分五档；串联电阻：10Ω～22KΩ，分24档；每族级数：4～12连续可变；每秒级数：100或200，共3档；阶梯作用：重复、关、单族，共三档；极性：正、负两档；误差≤±5%．（4）集电极扫描信号：峰值电压：0～20V、0～200V两档，正、负连续可调；电流容量：0～20V时为10A（平均值），0～200V时为1A（平均值）；功耗限制电阻：0～100KΩ，分17档，误差≤±5%；（5）电源：交流220V±10%，50Hz±20Hz。功耗：260VA．环境温度：－10℃～+40℃相对湿度：≤80%1.4晶体管特性图示仪的构成晶体管特性图示仪主要由集电极扫描发生器,基极阶梯发生器,同步脉冲发生器,X轴电压放大器,Y轴电流放大器,示波管,电源及各种控制电路等组成.各组成的主要作用如下:(1)集电极扫描发生器的主要作用,是产生集电极扫描电压,其波形是正弦半波波形,幅值可以调节,用于形成水平扫描线.(2)基极阶梯发生器的主要作用,是产生基极阶梯电流信号,其阶梯的高度可以调节,用于形成多条曲线簇.(3)同步脉冲发生器的主要作用,是产生同步脉冲,使扫描发生器和阶梯发生器的信号严格保护同步.(4)X轴电压放大器和Y轴电流放大器的主要作轴电压放大器和Y用,是把从被测元件上取出的电压信号(或电流信号)进行放大,达到能驱动显示屏发光之所需,然后送至示波管的相应偏转板上,以在屏面上形成扫描曲线.(5)示波器的主要作用,是在荧屏面上显示测试的曲线图象.(6)电源和各种控制电路,电源是提供整机的能源供给,各种控制电路是便于测试转换和调节.1.5晶体管特性图示仪的原理下面以使用本仪器测试“晶体二极管伏安特性”和“晶体三极管输出特性”为例，介绍仪器的工作原理。1．二极管伏安特性的测试原理流过二极管的电流I和二极管两端电压U的函数关系称为“二极管伏安特性”。本仪器通过显示“伏安特性曲线”来定量显示被测二极管的“伏安特性”。由二极管伏安特性曲线（正向区）可知，当我们将二极管两端的电压U由0逐渐增大时，二极管中的电流I会按照“二极管方程”的规律逐渐增大。二极管方程式中：在环境温度为300K时，UT≈26mV。将这一过程重复进行称为“电压扫描”。根据特性曲线所在的象限，用本仪器“X轴作用”和“Y轴作用”的“移位”旋钮调整扫描的原点在示波器屏幕的左下角或右上角。当测量二极管正向特性曲线时，由于曲线位于第一象限，所以应将原点调整至屏幕左下角。（而反向特性曲线位于第三象限，应将原点调整至右上角，并将扫描电压极性选择为“－”。）二极管两端的电压U的值经“X轴放大器”放大后，控制示波器光点在X轴方向的运动。当电压由0逐渐增大时，光点从最左边的原点处向右水平移动，光迹的长度和电压值成正比。同时，用流过二极管的电流I的值（需变换成电压）经“Y轴放大器”放大后，来控制示波器光点在Y轴方向的运动。当电流由0逐渐增大时，光点由最下边的原点处向上垂直运动，光迹的长度和电流成正比。两者的共同作用就会使示波器的光点在在屏面上显示出二极管的伏安特性曲线，并可根据示波管上的刻度定量读出电压、电流的数据。测试二极管伏安特性曲线时，仪器工作原理如图1所示。（1）将“测试选择”开关扳向中间（“关”），被测二极管插入测试台左侧“E”和“C”插孔中，这时二极管没有加电；当其它选项调节好后，再将“测试选择”扳向“晶体管A”侧，进行加电测量。（2）测试二极管时，基极“阶梯信号”不起作用。加在被测二极管上的电压由“集电极扫描信号”单元提供。“集电极扫描信号”单元输出的是频率为100Hz的脉动直流电压，波形如的正电压或的负电压，由“极性”旋钮控制，可选“+”或“－”；电压的峰值由“峰值电压范围”选择，可选“0～20伏”或“0～200伏”，再由“峰值电压”旋钮细调，可产生上述范围之间的任意值。注意：测量半导体器件一般选择“0～20”，而“0～200”用来测试器件的反向击穿电压。“功耗限制电阻”串连在电路中起保护作用，避免过大电流流过被测管。测量二极管时，调节JT-1的“集电极扫描单元”的控制旋钮，使“极性”为“+”，“峰值电压范围”为“0～20V”，“峰值电压”先旋为“0”，正式测量时加大到所需值。“功耗限制电阻”在测量大电流二极管时可选几Ω或几十Ω，小电流管可选几十Ω至几KΩ。（3）“X轴作用”用来选择X轴放大器的测量对象和X轴放大器放大倍数，当扳至“集电极电压”0.1“伏二、测试技术现状及其存在的问题现在人们通过实践已越来越认识到测试技术的重要性，国内测试技术也已有了很大的发展，现在已基本上采用了标准化、模块化设计体制。已从CAMAC、PC总线、STD总线向VXI、PXI总线发展，从堆叠式测试系统向标准化、模块化测试系统发展，并先后研制出国产化VXI模件、VXI测试系统及PXI系统，使我国测试系统技术水平逐步进入国际先进行列。在航天器、武器系统的单元系统中也设计了自检测功能，但在实用的自动测试系统中，尤其在武器系统的测试中，缺少实用的人工智能测试技术，故障诊断水平低、实用性差、网络化水平低。从测试体制的变革方面，国内尚没有边缘扫描技术和完善的智能内装测试系统。因此，与国外存在比较大的差距，国外20世纪八十年代末，九十年代初即提出了内装测试系统和可测试性概念，随后研制出了设备，并制订出了相应标准。近年来中国测量技术的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，状况有了很大改观。测试技术行业目前已经越过低谷阶段，重新回到了快速发展的轨道，尤其最近几年，中国本土测量技术取得了长足的进步，特别是通用电子测量设备和汽车电子设备的研发方面，与国外先进产品的差距正在快速缩小，对国外电子仪器巨头的垄断造成了一定的冲击。随着模块化和虚拟技术的发展，为中国的测试测量仪器行业带来了新的契机，加上各级政府日益重视，以及中国自主应用标准研究的快速进展，都在为该产业提供前所未有的动力和机遇。从中国电子信息产业统计年鉴中可以看出，中国的测试测量仪器每年都以超过30%以上的速度在快速增长。在此快速增长的过程中，无疑催生出了许多测试行业新创企业，也催生出了一批批可靠性和稳定性较高的产品。拥有中国该领域唯一重点实验室的中国电子集团公司第41研究所，凭借着本土测试领域的龙头地位，通过属下的青岛兴仪电子设备有限责任公司，成功地实现了由技术到产品的转化，开发出了多款具有很高技术水平的产品。该所研制出的高纯微波合成信号发生器、微波噪声系数分析仪、便携式射频频谱分析仪、2.5Gb/sSDH/PDH数字传输分析仪、高性能的光通讯设备，包括光谱分析仪和高性能微型光时域反射计，还有高速数字示波器等，目前都已经形成比较完整的产品系列。其中AV1489型高纯微波合成信号发生器采用全正向设计方法，突破了高纯度微波频率合成等多项关键技术；