大功率模擬集成電路測試儀器的研究與實(shí)現

為了實(shí)現電路中阻值的匹配，圖4中取R7=R9，R10=R12，R11=R13，電路的輸入輸出關(guān)系為：

由上述表達式可見(jiàn)，通過(guò)選擇不同的阻值，可調整電壓檢測放大器的放大倍數。PVC中選用的DAC的電壓輸出范圍為±10 V。為了提高電壓的測量精度且與DAC的輸出范圍相匹配，本系統設置的四個(gè)電壓檔位為：4V、8V、16V、32V，所以，通過(guò)程控四個(gè)電壓檔位的電壓放大系數可分別對應2．5、1．25、0．625、0．3125。
恒流源的實(shí)現原理與恒壓源的實(shí)現原理一樣，只是在電流檢測時(shí)，應將施加的電流值采樣后轉化為電壓值，然后再經(jīng)過(guò)電壓檢測放大器A3構成反饋環(huán)。為了與DAC輸出電壓范圍相同，電流檢測的取樣電壓Vs的范圍設定為±1 V，電流檢測放大器的放大倍數固定為+10，這樣，通過(guò)選取不同的采樣電阻，就可以實(shí)現不同電流檔位的選擇。如，選擇采樣電阻Rs=1Ω，由I=Vs／Rs可得，其選取的電流量程為1 A，其他電流范圍的選取原理與之相同。
3．2 電壓電流鉗位環(huán)
電壓電流鉗位電路主要是為了防止意外情況導致環(huán)路中電壓或電流值的突然增加。通過(guò)選用高精度的雙運放可將用戶(hù)設定的上限值和下限值與反饋信號進(jìn)行比較，若反饋量在限定值內，則鉗位電路不工作，反之，鉗位電路中其中一個(gè)通道的二極管導通，此時(shí)A2輸入端電壓為鉗位運放的輸出端電壓，而A1輸出端與A2輸入端之間的電壓，則被電阻R1所消耗，故施加環(huán)路被抑制，鉗位環(huán)路工作。
3．3 其它細節設計
為了實(shí)現電路不施加而能直接測量DUT引腳的電壓或者電流值，應通過(guò)控制環(huán)路中某些電路的通斷來(lái)實(shí)現。測電壓時(shí)，先斷開(kāi)施加引線(xiàn)，再將電壓測量電路與負載并聯(lián)連接，即可測出負載電壓；測電流時(shí)，先斷開(kāi)K1，讓運放A1與功率緩沖器構成一個(gè)輸出為0V的反饋環(huán)，再將電流檢測電路串聯(lián)接入負載電路，這樣即可測量流過(guò)負載的電流值。
在對DUT進(jìn)行施加和測量時(shí)，采用達爾文接線(xiàn)方式進(jìn)行連接，如PVC結構圖中的FORCE線(xiàn)就是對DUT施加，而SENSE線(xiàn)為測試線(xiàn)。施加和測量引線(xiàn)的分開(kāi)接線(xiàn)可提高系統的測試精度。
選擇繼電器時(shí)，由于系統長(cháng)工作于大功率狀態(tài)下，因此除了考慮繼電器的動(dòng)作時(shí)間，還要考慮繼電器的觸點(diǎn)負荷，選用機械繼電器時(shí)，還要考慮繼電器的開(kāi)關(guān)次數等細節。
電路環(huán)路中不同電流檔位切換時(shí)，如果負載斷開(kāi)，則環(huán)路中相當于接入了無(wú)窮大阻值的負載，這會(huì )造成電路再次接入負載后的環(huán)路穩定建立時(shí)間過(guò)長(cháng)，通過(guò)在環(huán)路斷開(kāi)負載時(shí)接入一個(gè)預設負載，可用再次接入負載時(shí)斷開(kāi)預設負載的方法來(lái)減少環(huán)路穩定的建立時(shí)間。

4 測試結果分析
在電路測試中，可選用精度為0．1％的低溫漂電阻作為電流取樣電阻進(jìn)行測試，以完成所有電流檔位測試。通過(guò)實(shí)測電流源的電流輸出值與理論值計算值可得到其施加精度在0．05％左右，而通過(guò)對電流取樣并經(jīng)過(guò)DAC的轉化值與理論值的對比(由于本系統具有多個(gè)檔位、數據龐大，在此就不完全列出做分析)，其得出的絕對誤差值分布具有很好的線(xiàn)性關(guān)系，利用軟件并通過(guò)最小二乘法校正后的電流測試精度小于0．5％，用同樣的校正方法也可得出電壓的測試精度(小于0．3％)，可以滿(mǎn)足廠(chǎng)方提出的要求。
通過(guò)大量的實(shí)驗和測試可知，本文所介紹的系統測試精度主要受閉環(huán)系統的不穩定、工頻干擾與高頻干擾、環(huán)路中元件性能不良等因素影響。在本電路中，若出現環(huán)路不穩定等情況，可通過(guò)控制程控補償電路和在取樣電路上并聯(lián)補償電容來(lái)調整。

5 結束語(yǔ)
實(shí)際的電路測試結果表明，該系統具有大功率負載驅動(dòng)能力，能夠提供精確且寬范圍的激勵值，可以靈活地對被測件施加電壓源激勵或者電流源激勵，而且系統運行穩定可靠，測試精度高，可以滿(mǎn)足工廠(chǎng)對于測試速度和精度的要求。因此，此電路方案可以極大地降低此類(lèi)測試儀的開(kāi)發(fā)成本。