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        自動(dòng)測試設(shè)備系統(tǒng)中的組件電源設(shè)計(jì)

        作者: 時(shí)間:2024-08-13 來源:CTIMES 收藏

        (DPS)IC能夠彈性加載電壓、加載電流,為(ATE)提供動(dòng)態(tài)測試能力。當(dāng)負(fù)載電流在兩個(gè)可編程電流限值之間時(shí),DPS IC為電壓源,并且在達(dá)到設(shè)定的電流限值時(shí)平穩(wěn)轉(zhuǎn)換為精密電流源/灌電流。
        圖一為新一代IC MAX32010的簡化框圖。開關(guān)FIMODE、FVMODE和FISLAVE MODE選擇不同的工作模式,例如:加載電壓(FV)、加載電流(FI)和FI Slave模式;開關(guān)HIZF和HIZM分別選擇MV (電壓測量)和MI (電流測量)模式。RANGE MUX與外部檢流電阻相結(jié)合,支持不同的電流量程:RA (1.2A)、RB (20mA)、RC (2mA)和RD (200μA)。
        透過改變檢流電阻值,可靠自定義電流量程,計(jì)算公式為: RSENSE = 1V/IOUT。CLEN開關(guān)和ICLMP、VCLMP DAC允許用戶設(shè)定可編程電壓和電流箝位。

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        圖一 : MAX32010方框圖

        本文將首先介紹在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)DPS IC電路的兩個(gè)重要主要事項(xiàng):量程變化時(shí)產(chǎn)生的突刺問題,以及供電效率問題。之后詳細(xì)介紹建構(gòu)滿足具體應(yīng)用需求的DPS系統(tǒng)時(shí)的相關(guān)事項(xiàng)。

        突刺問題
        我們首先討論第一個(gè)注意事項(xiàng),即量程變化時(shí)產(chǎn)生的尖峰電壓或突刺。ATE在執(zhí)行被測件(DUT)測試時(shí),系統(tǒng)可能需要針對不同的測試要求更改電流量程。
        對于IDDQ或靜態(tài)電流的測量,通常要求置于最小電流量程,以測量較小的電流值。切換到最小電流量程時(shí),所產(chǎn)生的電壓脈沖或突刺不但會(huì)影響測量精度,而且可能損壞DUT。無擾動(dòng)(突刺)量程切換能夠有效保護(hù)DUT,并確保測試的有效性。

        本文引用地址:http://www.antipu.com.cn/article/202408/461956.htm

        當(dāng)負(fù)載電容為270pF時(shí),的DPS能夠非常平穩(wěn)進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換,不會(huì)產(chǎn)生任何尖峰脈沖或突刺,如圖二所示。沒有負(fù)載電容(0pF)時(shí),量程轉(zhuǎn)換時(shí)間為20μs,緩變率為25mV/20μs。此種切換方案所產(chǎn)生的突刺遠(yuǎn)低于競爭方案,同類競爭產(chǎn)品DPS所產(chǎn)生的尖峰脈沖會(huì)達(dá)到159mV,持續(xù)時(shí)間長達(dá)幾個(gè)微秒。由此可見,切換量程時(shí),采用的DPS可以獲得最佳性能,突刺降低536%,不會(huì)對DUT造成任何損壞。

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        圖二 : 量程切換時(shí),ADI DPS和某競爭組件的尖峰脈沖比較。

        效率
        組件電源的效率直接影響到系統(tǒng)的成本和可靠性,這也是選擇DPS IC時(shí)第二個(gè)需要關(guān)注的問題。效率越高越有助于降低成本、提高系統(tǒng)的可靠性,并且延長系統(tǒng)的壽命。DPS的效率越低,產(chǎn)生的熱量就越大;發(fā)熱越多表示系統(tǒng)部件磨損越大、故障率越高。組件電源效率可依照下式計(jì)算:
        效率 = 輸入功率/輸出功率

        如表一所示,ADI DPS提供的電流(1.2A)高于競爭組件 (1A),且具有更高效率(58.33%)。MAX32010 DPS的效率比「競品2」DPS IC的效率提高11%,比「競品1」提高155%。

        表一:競爭產(chǎn)品分析:組件電源效率

        IC

        電源 I/P

        電源 O/P

        效率

        MAX32010

        12V, 1.2A

        7V, 1.2A

        58.33%

        競品 1

        16.25V, 1.2A

        3.7V, 1.2A

        22.76%

        競品 2

        14.75V, 1A

        7.75V, 1A

        52.54%


        以下,我們討論如何建構(gòu)滿足具體應(yīng)用要求的DPS系統(tǒng)。
        如何實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流客制化
        ATE系統(tǒng)都會(huì)針對每個(gè)被測件(DUT)制定負(fù)載電流要求 (圖三)。MAX32010設(shè)計(jì)中,只需更改一個(gè)檢流電阻值即可實(shí)現(xiàn)針對具體測試零件的量程選擇。MAX32010中的RANGE MUX允許選擇以下電流量程之一:RA (1.2A)、RB (20mA)、RC (2mA)或RD (200μA)。檢流電阻值的計(jì)算公式為: RSENSE = 1V/IOUT例如,如果負(fù)載電流要求為5mA;5mA定制負(fù)載電流處于量程B范圍內(nèi)。選擇正確的 RSENSE: RSSENSE= RB = 1V/5mA = 200Ω。

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        圖三 : 利用感流電阻實(shí)現(xiàn)客制化負(fù)載電流選擇

        如何增大輸出電流
        多數(shù)情況下,DUT要求的電流可能高于DPS能夠提供的電流。透過將多個(gè)DPS組件并聯(lián),可以獲得1.2A以上的電流,如圖四所示。兩片組件均配置在FI模式,可將輸出電流翻倍。例如:將兩片7V、1.2A的組件并聯(lián)在一起,可實(shí)現(xiàn)高達(dá)7V、2.4A的輸出電流。

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        圖四 : 兩片DPS并聯(lián)實(shí)現(xiàn)較高的輸出電流

        提高DPS輸出驅(qū)動(dòng)電流能力的另一途徑是采用脈沖輸出。如果大電流輸出僅限于較短的持續(xù)時(shí)間,脈沖式測量將是切實(shí)可行的選項(xiàng),如圖五所示。如此測試的一個(gè)例子是DUT的I-V特征分析。透過更改FI導(dǎo)通時(shí)間的工作周期實(shí)現(xiàn)脈沖式測量。
        在該測試中,DPS模式在50%的時(shí)間設(shè)定為FI模式,另外50%的時(shí)間設(shè)定為「高阻」模式。可根據(jù)DUT電流的要求更改工作周期。對于MAX32010 IC進(jìn)行了該項(xiàng)試驗(yàn),結(jié)果如下:
        最大輸出電流 = 1.436A (工作周期為50%)

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        圖五 : 采用50%工作周期時(shí),MAX32010的脈沖式測量輸出

        為DPS系統(tǒng)選擇正確的散熱片
        為了保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,選擇正確的散熱片必不可少。以下將逐步介紹如何為MAX32010選擇正確的散熱片。
        【第1步】確定封裝的相關(guān)尺寸。對封裝進(jìn)行熱分析有助于選擇正確的散熱片。充分利用外露焊墊散熱區(qū)域非常重要。
        【第2步】根據(jù)PCB熱特性計(jì)算熱阻值(θJA)的邊界條件。計(jì)算功率損耗,并將所有散熱介質(zhì)(傳導(dǎo)、對流和輻射)納入考慮。
        【第3步】計(jì)算封裝的溫度分布時(shí),散熱器面積和散熱風(fēng)扇的氣流是兩個(gè)非常重要的變量(圖六)。切記IC的結(jié)溫應(yīng)保持低于熱關(guān)斷溫度。我們在靜止空氣環(huán)境下的測試分析顯示,為了保證結(jié)溫低于140°C,MAX32010需要采用面積為30.48mm x 30.48mm、厚度為5mm、鰭片長度為15mm的散熱片。

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        圖六 : MAX32010封裝溫度分布(具有散熱片)

        【第四步】為確保IC結(jié)溫低于140°C,氣流和散熱片材料也非常重要。我們的分析顯示,為銅散熱器增加1m/s的氣流,能夠明顯改善熱性能(圖七)。

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        圖七 : MAX32010熱分析

        總結(jié)
        本文為(ATE)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供組件電源(DPS) IC的選型指南。文中討論的注意事項(xiàng)可協(xié)助客戶針對其具體的ATE系統(tǒng)需求合理選擇DPS IC。文中同時(shí)介紹能夠滿足ATE系統(tǒng)輸出電流、熱要求的最佳系統(tǒng)級架構(gòu)。
        (本文作者M(jìn)adhura Tapse為ADI公司應(yīng)用高階技術(shù)人員)



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