一种数字集成电路标准样片技术领域
本发明涉及微电子计量技术领域，具体涉及一种用于集成电路测试系统在线校准
的数字集成电路标准样片。
背景技术
微电子量值溯源、传递的方法和途径一直是阻碍微电子计量检定、校准和比对工
作开展的关键所在。而标准样片是实现量值溯源和传递的良好途径，具有方便携带、校准过
程简单、可以现场校准等诸多优点。目前微电子计量领域使用的标准样片主要有两种。一种
是通过一系列筛选及其周期性检验来考察标准样片的重复性和稳定性，并从现有集成电路
中挑选量值满足一定的不确定度要求的集成电路对其进行定值。另一种是通过采用精密电
阻模拟集成电路参量的量值，采用集成电路测试系统和高准确度独立仪表相结合的方式对
其进行定值。这两种标准样片在使用前均需先对其进行定值，而定值要花费较长的周期，且
没有定值的参数范围的不能用于校准，缺乏灵活性，因此在用于测试系统的全量程校准时
具有一定的局限性。同时，由于在标准样片进行定值时的回路和用于测试系统校准时的回
路并不完全一致，会导致校准的时候产生一定误差。此外目前也缺乏用于数字集成电路测
试系统在线校准的标准样片，因而研制此类标准样片是非常必要的。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种用于集成电路测试系统在线校准且能保证校准结果准
确性的数字集成电路标准样片。
一种数字集成电路标准样片，包括信号转换电路、模数转换电路、MCU、电源模块；
信号转化电路的输入端与外部的集成电路测试系统的电压或电流信号端连接，信号转换电
路的输出端与模数转换电路的输入端连接，模数转换电路的输出端与MCU的输入端，MCU的
输入端还与集成电路测试系统的输出端、外部的溯源模块的输出端连接，MCU的输出端与信
号转换电路的控制输入端连接；溯源模块的输入端与所述电压或电流信号端连接；电源模
块分别与信号转换电路、模数转换电路、MCU连接；
其中，MCU根据集成电路测试系统输入的模式控制信号控制所述标准样片的运行
模式和测量模式类型；运行模式包括测量模式和校准模式；测量模式类型包括加电压测电
压模式、加电压测电流模式、加电流测电流模式、加电流测电压模式；
MCU还用于在校准模式时比较所述标准样片检测的电压或电流与溯源模块检测到
的电压或电流，并将电压或电流的误差存储；同时在测量模式时根据所述误差对所述标准
样片检测的电压或电流进行修正。
本发明的数字集成电路标准样片，能直接用于集成电路测试系统的加电压测电
压、加电压测电流、加电流测电流、加电流测电压的在线测量和校准，并实时显示测量结果。
同时具有溯源功能，能保证校准结果的准确性。此外，该标准样片集成度高、性能优异，体积
小、便于携带，可溯源，能很好的满足当前数字集成电路参数现场校准的需求。
附图说明
图1为本发明数字集成电路标准样片的结构框图；
图2为本发明数字集成电路标准样片的具体结构框图；
图3为信号转换电路的具体电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。
本发明提供的一种数字集成电路标准样片，其结构框图如图1所示，包括信号转换
电路、模数转换电路、MCU、电源模块。信号转化电路的输入端与外部的集成电路测试系统的
电压或电流信号端连接，信号转换电路的输出端与模数转换电路的输入端连接。模数转换
电路的输出端与MCU的输入端。MCU的输入端还与集成电路测试系统的输出端、外部的溯源
模块的输出端连接，MCU的输出端与信号转换电路的控制输入端连接。溯源模块的输入端与
所述电压或电流信号端连接。电源模块分别与信号转换电路、模数转换电路、MCU连接。
其中，MCU根据集成电路测试系统输入的模式控制信号控制所述标准样片的运行
模式和测量模式类型。运行模式包括测量模式和校准模式。测量模式类型包括加电压测电
压模式、加电压测电流模式、加电流测电流模式、加电流测电压模式。
MCU还用于在校准模式时比较所述标准样片检测的电压或电流与溯源模块检测到
的电压或电流，并将电压或电流的误差存储。同时MCU在测量模式时根据所述误差对所述标
准样片检测的电压或电流进行修正。
具体的，数字集成电路标准样片的电路原理图如图2所示，信号转换电路包括第一
匹配电阻网络模块、运算放大器、第二匹配电阻网络模块。第一匹配电阻网络的输入端与所
述电压或电流信号端连接，第一匹配电阻网络的输出端与运算放大器的同相输入端连接。
运算放大器的输出端与第二匹配电阻网络的输入端、模数转换电路的输入端连接。第二匹
配电阻网络的输出端与运算放大器的反相输入端连接。MCU的输出端与第一匹配电阻网络
模块的控制输入端、第二匹配电阻网络模块的控制输入端连接。其中，MCU还用于控制第一
匹配电阻网络模块测电压或电流的量程切换和控制第二匹配电阻网络模块的测电压的量
程切换。
其中，第一匹配电阻网络模块包括电阻Rx、若干条由电阻和开关串联构成的支路。
优选的但不限于，如图3所示，电阻和开关的数目均为4个，分别记为电阻R1-R4、开关S1-S4。
电阻R1与开关S1串联构成第一支路。电阻R2与开关S2串联构成第二支路。电阻R3与开关S3
串联构成第三支路。电阻R4与开关S4串联构成第四支路。第一支路、第二支路、第三支路、第
四支路并联。并联后的电路一端接地，并联后的电路另一端通过电阻Rx与所述电压或电流
信号端连接，所述并联后的电路另一端还与运算放大器的同相输入端连接。开关S1-S4的控
制端均与MCU的输出端连接。
第二匹配电阻网络模块包括电阻R0、多路复用器、若干个电阻Rn。其中，电阻Rn的
数目不大于多路复用器输出端数目。示例性的，如图3所示，若干个电阻Rn分别为电阻R5-
R8、多路复用器的输入端与运算放大器的输出端连接，多路复用器的控制端与MCU的输出端
连接，电阻R5-R8分别与多路复用器的四个输出端串联，串联后的电路与运算放大器的反相
输入端连接，同时串联后的电路经电阻R0接地。
进一步的，数字集成电路标准样片还包括与MCU的输出端连接的显示模块。显示模
块用于显示修正后的电压或电流。可选的，开关S1-S4替换为多路复用器，多路复用器的四
个输出端分别与电阻R1-R4串联，多路复用器的控制端与MCU输出端连接。
在使用时，集成电路测试系统输出校准模式控制信号至MCU，MCU控制标准样片采
集集成电路测试系统的电压或电流，并传输至MCU。同时外接溯源模块，溯源模块为精度高
的溯源仪表。溯源模块采集集成电路测试系统输入的电压或电流，并传输至MCU。MCU将该标
准样片采集到的电压或电流与溯源模块采集到的电压或电流进行比较，获得电压或电流误
差并存储，以用于测量模式时对标准样片检测到的电压或电流进行修正。当集成电路测试
系统输出测量模式控制信号时，MCU控制标准样片采集集成电路测试系统输入的电压或电
流，MCU根据集成电路测试系统输出的测量模式类型控制信号转换电路对电压或电流进行
转换，转换后的电压或电流经模数转换电路转换成数字信号，传输至MCU。MCU根据存储的电
压或电流对标准样片实际检测的电压或电流进行修正，并将修正后的电压或电流在显示模
块上显示。
当测量模式类型为加电压测电压模式时，MCU控制开关S1-S4断开，不连入电阻R1-
R4。电压测量分成4个档位，电压范围分别为：0～10mV、10mV～100mV、100mV～1V、1V～10V。
与电压范围依次对应的切换连入电路的电阻分别为R5、R6、R7、R8；同时依次对应的，运算放
大器的放大倍数分别为1000、100、10、1。在加电压测电流模式、加电流测电流模式、加电流
测电压模式时，标准样片通过切换连入不同的电阻R1、R2、R3、R4，计算流过连入电路的电阻
的电压或电流。其中，电流测量分成4个档位，电流范围分别为：0～0.2mA、0.2mA～2mA、2A～
20mA、20mA～200mA。与电流范围依次对应的切换连入电路的电阻值分别为R1＝25kΩ、R2＝
2500Ω、R3＝250Ω、R4＝25Ω，运算放大器的放大倍数均为1。
当本发明的数字集成电路标准样片采用相应电子元件和芯片按照上述电路封装
后，其与外部元件连接的引脚说明详细见表1。比如，MCU的型号为C8051F340，其引脚P3.0-
P3.7中的四个引脚可以作为标准样片的控制引脚C1、控制引脚C2、模式引脚、BUSY引脚，与
集成电路测试系统连接；另外四个引脚中的两个引脚可以作为标准样片的RXD引脚、TXD引
脚，与溯源模块连接。
表1数字集成电路标准样片封装后的引脚
使用本发明的数字集成电路标准样片进行集成电路测试系统校准时，将标准样片
放置在集成电路测试系统测试夹具上。集成电路测试系统电源引脚与标准样片电源引脚连
接，集成电路测试系统数字通道与标准样片各控制引脚连接，被校准的数字通道与标准样
片测量信号输入引脚连接。首先给标准样片上电，根据所选择的校准对象，通过集成电路测
试系统施加控制信号使得标准样片工作于加电压测电压、加电压测电流、加电流测电流、加
电流测电压这四种测量模式类型的中的一种。然后集成电路测试系统开始测量，并给出电
压或电流测量值，同时标准样片执行相应的电压或电流测量并实时显示测量值。将标准样
片测量值与集成电路测试系统测量值进行比较，从而得到集成电路测试系统的测量误差。
本发明的数字集成电路标准样片，能直接用于集成电路测试系统的加电压测电
压、加电压测电流、加电流测电流、加电流测电压的在线测量和校准，并实时显示测量结果。
同时具有溯源功能，能保证校准结果的准确性。此外，该标准样片集成度高、性能优异，体积
小、便于携带，可溯源，能很好的满足当前数字集成电路参数现场校准的需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和
原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。