大功率模擬集成電路測試儀器的研究與實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)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(dá)式可見，通過選擇不同的阻值，可調(diào)整電壓檢測放大器的放大倍數(shù)。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(tǒng)設(shè)置的四個(gè)電壓檔位為：4V、8V、16V、32V，所以，通過程控四個(gè)電壓檔位的電壓放大系數(shù)可分別對應(yīng)2．5、1．25、0．625、0．3125。
恒流源的實(shí)現(xiàn)原理與恒壓源的實(shí)現(xiàn)原理一樣，只是在電流檢測時(shí)，應(yīng)將施加的電流值采樣后轉(zhuǎn)化為電壓值，然后再經(jīng)過電壓檢測放大器A3構(gòu)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(shè)定為±1 V，電流檢測放大器的放大倍數(shù)固定為+10，這樣，通過選取不同的采樣電阻，就可以實(shí)現(xiàn)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(dǎo)致環(huán)路中電壓或電流值的突然增加。通過選用高精度的雙運(yùn)放可將用戶設(shè)定的上限值和下限值與反饋信號(hào)進(jìn)行比較，若反饋量在限定值內(nèi)，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(dǎo)通，此時(shí)A2輸入端電壓為鉗位運(yùn)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(xì)節(jié)設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)電路不施加而能直接測量DUT引腳的電壓或者電流值，應(yīng)通過控制環(huán)路中某些電路的通斷來實(shí)現(xiàn)。測電壓時(shí)，先斷開施加引線，再將電壓測量電路與負(fù)載并聯(lián)連接，即可測出負(fù)載電壓；測電流時(shí)，先斷開K1，讓運(yùn)放A1與功率緩沖器構(gòu)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(fù)載電路，這樣即可測量流過負(fù)載的電流值。
在對DUT進(jìn)行施加和測量時(shí)，采用達(dá)爾文接線方式進(jìn)行連接，如PVC結(jié)構(gòu)圖中的FORCE線就是對DUT施加，而SENSE線為測試線。施加和測量引線的分開接線可提高系統(tǒng)的測試精度。
選擇繼電器時(shí)，由于系統(tǒng)長工作于大功率狀態(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(fù)荷，選用機(jī)械繼電器時(shí)，還要考慮繼電器的開關(guān)次數(shù)等細(xì)節(jié)。
電路環(huán)路中不同電流檔位切換時(shí)，如果負(fù)載斷開，則環(huán)路中相當(dāng)于接入了無窮大阻值的負(fù)載，這會(huì)造成電路再次接入負(fù)載后的環(huán)路穩(wěn)定建立時(shí)間過長，通過在環(huán)路斷開負(fù)載時(shí)接入一個(gè)預(yù)設(shè)負(fù)載，可用再次接入負(fù)載時(shí)斷開預(yù)設(shè)負(fù)載的方法來減少環(huán)路穩(wěn)定的建立時(shí)間。

4 測試結(jié)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。通過實(shí)測電流源的電流輸出值與理論值計(jì)算值可得到其施加精度在0．05％左右，而通過對電流取樣并經(jīng)過DAC的轉(zhuǎn)化值與理論值的對比(由于本系統(tǒng)具有多個(gè)檔位、數(shù)據(jù)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性關(guān)系，利用軟件并通過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％)，可以滿足廠方提出的要求。
通過大量的實(shí)驗(yàn)和測試可知，本文所介紹的系統(tǒng)測試精度主要受閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)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(xiàn)環(huán)路不穩(wěn)定等情況，可通過控制程控補(bǔ)償電路和在取樣電路上并聯(lián)補(bǔ)償電容來調(diào)整。

5 結(jié)束語
實(shí)際的電路測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有大功率負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，能夠提供精確且寬范圍的激勵(lì)值，可以靈活地對被測件施加電壓源激勵(lì)或者電流源激勵(lì)，而且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，測試精度高，可以滿足工廠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測試儀的開發(fā)成本。