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为了实现对用户用电量的有效计量,电能表先从电力输电线上采集用户负载上的电流和电压信号,并将采集到的模拟信号转换为相应的数字信号,然后通过数字信号处理技术对这些信号进行一系列处理、运算后,得到代表平均功率大小,并且可以直接驱动计度器的脉冲信号输出。电能计量芯片就是实现这一过程的电能表核心器件。电能计量芯片具有作为数模混合信号设计的集成电路和电力计量产品的双重特征,这就令它的测试成本在芯片整体成本中占有很大比重,并且测试过程也更为复杂。因此,如何能在保证测试质量的前提下,降低测试成本,提高测试效率,成为众多电能计量芯片设计企业关注的重要课题。为解决这个问题,本文设计了用于电能计量芯片测试的测试平台,并系统研究了电能计量芯片的各阶段测试,对测试结果进行了合理的分析,为芯片的改进做出了有效的指引。
论文首先研究了电能计量芯片的工作原理及其系统算法构成,接着对电能计量芯片应用系统做了详尽的分析,在此基础上设计了电能计量芯片测试平台,并对芯片的各阶段产品进行了测试。测试平台包括测试装置和上位机软件两大部分。测试装置为直接获取芯片的各项测试数据的载体,并能实现部分数据运算功能;上位机软件通过PC的串口实现与测试装置的多机通讯,接收并记录来自测试装置的测试算据,并可设置不同的参数对所有的数据进行统计、分析,最后输出结果。在电能计量芯片的多项目晶圆(MPW)阶段,本文利用测试平台对电能计量芯片进行了完备的测试,并分析了得到的测试数据,从而对芯片的改进提出了合理的建议,根据这些建议对芯片改进后得到了满足预期指标的产品,最终在0.35μm CMOS工艺下实现了量产;在芯片的量产测试阶段,本文将测试平台得到的大量原始数据归档,并对这些数据进行了统计和数值分析,接着研究分析了量产芯片的各项技术指标的统计结果,实现了对芯片精度指标的分级。实际的结果证明,本论文设计的电能计量芯片测试平台可以有效地对芯片进行各项技术指标的测试,缩短了芯片的上市时间,并在很大程度上降低了芯片的测试成本。