帶使能端固定電壓調(diào)整器測(cè)試原型的構(gòu)建

羅友哲，齊增亮，劉海紅，李鵬飛

（陜西省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)院 陜西 西安 710004）

電壓調(diào)整器目前以三端器件為主，但隨著使用的需要，出現(xiàn)了許多帶有使能端的電壓調(diào)整器，這樣如何對(duì)于現(xiàn)有的三端電壓調(diào)整器測(cè)試程序及適配進(jìn)行改造，來滿足新的測(cè)試的需要呢？本文通過對(duì)已有三端固定電壓調(diào)整器與帶使能端的電壓調(diào)整器比較分析，整理出快速設(shè)計(jì)開發(fā)出適合帶使能端的電壓調(diào)整器測(cè)試程序方案。

1 測(cè)試設(shè)備及工具介紹

1.1 電壓調(diào)整器

工作時(shí)負(fù)載電壓相對(duì)獨(dú)立于負(fù)載電流或輸入電壓波動(dòng)的集成電路[1]。

1.2 測(cè)試設(shè)備介紹

采用混合信號(hào)集成電路測(cè)試系統(tǒng)STS8105A，該系統(tǒng)包含多種硬件資源，且對(duì)用戶開放，可對(duì)模擬器件、混合器件進(jìn)行直流參數(shù)的測(cè)試。

它提供給用戶兩種編程方式：界面填表和C語言編程，這兩種方式互相依賴，填表界面以C語言編程輸出的DLL文件為依托，C語言編程需要通過填表界面來完成相應(yīng)的輸入輸出功能[2]。

1.3 工具介紹

Visual C++是一款I(lǐng)DE程序開發(fā)工具，提供編程、調(diào)試界面。選擇Visual C++，也是由于STS8105A所支持的C語言編程 環(huán) 境 決定 的[3－4]。

2 測(cè)試設(shè)計(jì)及硬件資源介紹

2.1 器件參數(shù)分析

帶使能端固定電壓調(diào)整器除有OUT（輸出端）、IN （輸入）、GND（地）外，一般包含使能端/EN、PG/RESET，有的器件還包括Sense端；根據(jù)器件資料要求，比三端固定電壓調(diào)整器額外需要對(duì)/EN、PG端進(jìn)行電流電壓的測(cè)試，而Sense端無測(cè)試參數(shù)要求，根據(jù)需要將其連接至OUT端。

對(duì)于三端固定電壓調(diào)整器需要測(cè)試的參數(shù)有：輸出電壓、線性調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、靜態(tài)電流、靜態(tài)電流變化、紋波抑制比、跌落電壓、短路電流等；而帶使能端的固定電壓調(diào)整器需要測(cè)試的參數(shù)有：輸出電壓、線性調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、靜態(tài)電流、跌落電壓、電流極限、待機(jī)電流、/EN端輸入電流、PG/RESET端的輸出電壓和漏電流、還有輸出的閾值電壓。這樣，從軟件方面，僅需要添加/EN端和PG/RESET端相關(guān)參數(shù)，并對(duì)已有的參數(shù)按器件要求做適當(dāng)改動(dòng)即可滿足測(cè)試；在硬件上需要給/EN端提供加壓測(cè)流源，給PG/RESET端提供加流測(cè)壓源和加壓測(cè)流源。

2.2 硬件資源分析

電壓調(diào)整器一般的輸出電壓范圍在1.5～15 V，電流＜10 A，其范圍在STS8105A系統(tǒng)測(cè)試能力范圍內(nèi)，該系統(tǒng)可提供的源有 PVI0～3，QVI4～7， 其中 PVI為四象限電源可提供±50 V電壓和10 A電流 ，QVI可提供精密四象限恒壓、恒流、測(cè)壓、測(cè)流通道，±40 V電壓和1 A電流，這些源均能進(jìn)行電流和電壓的施加和測(cè)量。

器件的輸出端OUT、輸入端IN、地端GND、使能端/EN、PG/RESET各需一路資源，根據(jù)三端固定電壓調(diào)整器使用的資源情況：OUT使用 PVI1；IN使用 PVI0；GND使用 QVI4；在可減少編程和硬件連接工序的情況下，/EN使用QVI5；PG/RESET使用PVI2，由于PG/RESET端需要上拉電阻來實(shí)現(xiàn)功能，所以QVI7提供上拉電阻電源，即可完成硬件的連接需求。

為了減少系統(tǒng)中程控電子負(fù)載到被測(cè)器件之間的電纜導(dǎo)線等系統(tǒng)附件電阻和接觸電阻，也根據(jù)國(guó)標(biāo)、軍標(biāo)規(guī)范，強(qiáng)調(diào)對(duì)穩(wěn)壓器的輸出端必須使用開爾文連接，而系統(tǒng)提供的這些源均滿足要求；按照芯片封裝有 8－Pin SOIC、5－Pin TO、8－Pin MSOP等，根據(jù)器件封裝應(yīng)選擇合適測(cè)試插座，且這些插座應(yīng)滿足開爾文連接的要求[5]。

對(duì)于高精度要求的電壓調(diào)整器，可以使用系統(tǒng)提供的外接資源接口，外接高精度測(cè)量工具AGILENT的34401A進(jìn)行電壓測(cè)量。

2.3 電路設(shè)計(jì)

根據(jù)器件及可用的硬件資源分析，在系統(tǒng)能滿足測(cè)試要求的條件下設(shè)計(jì)測(cè)試電路，原理性指示各引腳測(cè)試，實(shí)際引腳定義以器件為準(zhǔn)。在輸入和輸出端一定要連接與器件適應(yīng)的電容（可參考器件資料），來保證器件的穩(wěn)定，對(duì)于PG端的上拉電阻要求，根據(jù)實(shí)際的測(cè)試要求可接4.7～10 k左右，如果在實(shí)際應(yīng)用中可按照器件資料要求將其通過較大的上拉電阻連接到輸出端。

硬件連接原理如圖（系統(tǒng)資源如2.2分析）：

圖1 固定輸出電壓調(diào)整器測(cè)試原理圖Fig.1 Voltage regulator test circuit

注意：其中ADJ_F、ADJ_S為QVI4的force和sense線。

2.4 軟件設(shè)計(jì)

ST8105A編程界面需要使用DLL文件，所以DLL文件是軟件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的API接口，可以在Visual C++編程環(huán)境下，來完成DLL文件的生成。對(duì)于DLL文件，按照測(cè)試系統(tǒng)的要求，DLL文件應(yīng)包括測(cè)試系統(tǒng)的工位設(shè)置 （在多工位情況下）、測(cè)試前資源初始化、測(cè)試完成后資源的初始化、測(cè)試參數(shù)等幾部分，這里不再描述這些程序編寫，僅從軟件設(shè)計(jì)考慮因素和相關(guān)參數(shù)測(cè)試方面做以分析。

2.4.1 軟件設(shè)計(jì)考慮的因素

對(duì)于測(cè)試參數(shù)，不同的調(diào)整器有不同的范圍、測(cè)試施加條件，為了軟件的復(fù)用，就需要將這些因素考慮進(jìn)去。

1）輸入電壓的范圍：如果需要進(jìn)行多個(gè)電壓的測(cè)試，注意這些電壓是否可在同一量程下進(jìn)行；

2）提供負(fù)載的范圍：一般使用電流負(fù)載，所以注意電流檔位的選擇，選擇的檔位滿足負(fù)載的誤差要求，如果器件可適應(yīng)的負(fù)載范圍較寬，且需要同時(shí)考慮范圍的極值，就要考慮大的負(fù)載檔位的誤差是否能滿足小檔位負(fù)載的要求，是否需要將大檔位和小檔位的量程范圍分開；

3）測(cè)量延遲：在測(cè)試電路中，器件并非上電后就有輸出，并且由于搭接的測(cè)試電路也存在延遲，所以需要考慮測(cè)量延遲時(shí)間，來保證器件測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定；

4）系統(tǒng)提供的外圍電路：測(cè)試系統(tǒng)一般會(huì)提供測(cè)試電路的典型濾波電路，設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)測(cè)試元件的需求選擇，但是一般系統(tǒng)的濾波電路離器件較遠(yuǎn)，在保證穩(wěn)定性前提下，最好外接濾波電路；

5）采樣次數(shù)：為了保證測(cè)試數(shù)據(jù)平滑，需要盡可能多的采樣次數(shù)，但是在測(cè)量延遲、穩(wěn)定性等因素作用下，不能單純的追求過多的采樣次數(shù)；

6）使能端的電壓設(shè)定：只有在使能端設(shè)定正確后器件才能正常輸出，所以將使能端最為輸入可選項(xiàng)是必要的。

針對(duì)這些因素，可以對(duì)原有的程序進(jìn)行完善改造，來滿足通用測(cè)試需求，但是對(duì)于帶有使能端的固定輸出電壓調(diào)整器，需要在測(cè)試時(shí)加入對(duì)使能端的控制，來保證器件處于正常工作狀態(tài)。

2.4.2 參數(shù)測(cè)試設(shè)計(jì)

使能端/EN是輸入端，主要用于控制器件輸出使能，降低器件功耗，需要進(jìn)行電流測(cè)試，可以利用其所連接的測(cè)試源，利用加壓測(cè)流方法，測(cè)試該端在相應(yīng)的電平條件下的電流；

PG/RESET端是輸出端，主要用來指示電壓調(diào)整器當(dāng)前的狀態(tài)，需要測(cè)試指示狀態(tài)下的電壓和漏電流。電壓測(cè)試時(shí)需要將電壓調(diào)整器由使能端調(diào)整至相應(yīng)的狀態(tài)，測(cè)試該狀態(tài)下，PG/RESET端的輸出電壓；電流也需要器件在規(guī)定的狀態(tài)下，在PG/RESET端施加相應(yīng)的電壓，測(cè)試流入該端的電流；

線性調(diào)整率參數(shù)指IN端電壓變化引起的 Out端空載時(shí)的變化率，通過設(shè)定輸入端電壓，獲取輸出端電壓，按照相應(yīng)的計(jì)算公式計(jì)算獲?。?/p>

負(fù)載調(diào)整率參數(shù)指OUT端施加負(fù)載后，負(fù)載變化引起的Out變化率，利用電子負(fù)載，采用加流測(cè)壓方式，獲取不同電流下的輸出電壓，根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式獲??；

電源電流是電壓調(diào)整器工作時(shí)地端消耗的電流，帶有/EN使能端，需要對(duì)/EN控制下的地端電流進(jìn)行測(cè)試，通過設(shè)定/EN端的電壓為高，測(cè)試待機(jī)情況下的電流，設(shè)定/EN端電壓為低測(cè)試正常工作下的電流；

跌落電壓是在一定負(fù)載下，輸入端與輸出端的電壓差；極限電流是在輸出端短路情況下器件的輸出電流。

2.4.3 參數(shù)修改舉例

電壓輸出測(cè)量（主要部分），C++語言底層程序。

1）從編程界面中獲取用戶設(shè)定的參數(shù)數(shù)據(jù)

編程界面中應(yīng)有足夠的用戶設(shè)定信息，包括，電壓的輸入，輸入范圍的設(shè)定，輸入鉗位的設(shè)定，輸出電流的設(shè)定，輸出電壓范圍的設(shè)定，使能端控制的設(shè)定、延遲時(shí)間、采樣次數(shù)等量，相關(guān)程序可參考下面：

Vin=Vo－＞GetConditionCurSelDouble（"vin"）；

//注意下面是對(duì)輸入范圍相關(guān)電流、電壓設(shè)定的范圍

PVI0_VRNG = Vo －＞GetConditionValueSelOrder （"vin_vrng"）；

PVI0_IRNG = Vo －＞GetConditionValueSelOrder （"vin_irng"）；

//對(duì)輸入電流鉗位防止過應(yīng)力

pvi0_Iclampn = Vo －＞GetConditionCurSelDouble （"vin_iclamp1"）；

pvi0_Iclampp = Vo －＞GetConditionCurSelDouble （"vin_iclamp2"）；

……

2）相關(guān)測(cè)試電路的搭接

測(cè)試系統(tǒng)通過控制繼電器來完成相關(guān)測(cè)試通道的連接，所以根據(jù)使用資源的情況，將對(duì)應(yīng)的繼電器接通或斷開。

//根據(jù)硬件資源的使用情況，開關(guān)類別板上的繼電器，連接測(cè)試設(shè)備相關(guān)通道與資源

cbit.SetOn（K39， K40， K49， K54， K63， －1）；……

3）對(duì)用戶設(shè)定的參數(shù)的判斷

通過獲取用戶的有設(shè)定，判斷輸入的合法性，并將用戶的設(shè)定在測(cè)試中實(shí)際應(yīng)用到測(cè)試電路中

//輸入端電壓量程選擇

case 0:

PVI0VRNG=PVI_VRNG_50V；

break；

……

case 5:

PVI0VRNG=PVI_VRNG_1V；//對(duì)電流量程的選擇，注意對(duì)于大電流檔位選擇時(shí)，系統(tǒng)處于保護(hù)目的，對(duì)電流施加時(shí)間是有要求的，所以在這里必須加以限制，防止系統(tǒng)因過流自我保護(hù)而停機(jī)和過流造成器件損傷；采樣次數(shù)過多也會(huì)增加測(cè)試時(shí)間，所以一并進(jìn)行限制。

case 0:

PVI0IRNG=PVI_IRNG_10A；

if（（delay ＜ 200） ||（delay ＞ 5000））

{

::MessageBox（NULL， "…"，"Vo:delay error"，

MB_OK）；

return －1；

}

if（（sample ＜ 1） ||（sample ＞ 100））

{::MessageBox（NULL， "…"，"Vo:sample error"，

MB_OK）；

return －1；

}

break；

……

case 5:

PVI0IRNG=PVI_IRNG_100UA；

……

4）進(jìn)行測(cè)試

通過相應(yīng)的測(cè)試API（主要使用連接的源的加流測(cè)壓、加壓測(cè)流方法）將用戶設(shè)定的測(cè)試條件施加在測(cè)試回路中。

qvi5.SetModeFVMI （QVI_VRNG_10V， 0，QVI_IRNG_1MA， 1e－3， －1e－3）；

qvi5.Enable（）；

//上面程序是對(duì)使能腳進(jìn)行設(shè)置，用來使能器件，使能腳的電壓最好可有界面編程設(shè)定，這樣可以靈活設(shè)定范圍。

pvi0.SetModeFVMI （PVI0VRNG， 0， PVI0IRNG， fabs（pvi0_Iclampp）， －fabs（pvi0_Iclampn））；

pvi0.Enable（）；

pvi1.SetModeFIMV （PVI1IRNG， 0， PVI1VRNG， fabs（pvi1_Vclampp）， －fabs（pvi1_Vclampn））；

pvi1.Enable（）；

delay_us（200）；

//輸出端輸出電流，所以加流時(shí)一定要注意方向性

pvi1.SetModeFIMV （PVI1IRNG， －fabs（Io）， PVI1VRNG，fabs（pvi1_Vclampp）， －fabs（pvi1_Vclampn））；

pvi0.SetModeFVMI（PVI0VRNG， fabs（Vin）， PVI0IRNG，fabs（pvi0_Iclampp）， －fabs（pvi0_Iclampn））；

qvi5.SetModeFVMI （QVI_VRNG_10V， 0，QVI_IRNG_1MA， 1e－3， －1e－3）；

qvi5.Enable（）；

pvi0.Enable（）；

pvi1.Enable（）；

// delay_us（500）；

delay_us（delay）；

5）測(cè)量結(jié)果及輸出

pvi1.Measure（adresult）；//利用 PVI 進(jìn)行測(cè)量，如果需要高精度，則需要用外部表，或者PVM進(jìn)行交流測(cè)量

// pvm.Measure（adresult，sample）；

Vo－＞SetTestResult（0， 0， adresult[0]）；//將測(cè)量結(jié)果顯示在PGS界面中

6）資源釋放及下次測(cè)試準(zhǔn)備

//在大電流測(cè)試時(shí)，可在每個(gè)參數(shù)測(cè)試后，對(duì)資源進(jìn)行釋放，并重新初始化，防止參數(shù)之間干擾。

InitAfterTest（）；InitBeforeTest（）；

2.4.4 程序編寫及硬件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1）程序調(diào)試當(dāng)使用小電流，和適當(dāng)?shù)碾妷?，防止過電應(yīng)力造成器件損傷。

2）電壓調(diào)整器的輸入端與輸出端一定要加匹配的濾波電容，否則器件的輸出會(huì)不穩(wěn)定。

3）在每一個(gè)參數(shù)測(cè)試完成后應(yīng)當(dāng)對(duì)使用的資源進(jìn)行釋放，在參數(shù)測(cè)試之前應(yīng)對(duì)每一個(gè)參數(shù)進(jìn)行初始化。

4）在參數(shù)測(cè)試的軟件編寫時(shí)，一定需要加適當(dāng)?shù)难舆t3～5 ms，同時(shí)加大電流時(shí)，延遲時(shí)間不能超過系統(tǒng)和器件的承受范圍。

3 開發(fā)舉例

對(duì)TI公司生產(chǎn)的TPS76625D，帶有使能端/EN和Power Good端。按照原理性硬件連接思路，其適配器連接如圖2所示。

圖2 TPS76625D測(cè)試原理圖Fig.2 TPS76625D test circuit

1腳為懸空；

2腳為PG端接PVI2，并通過上拉電阻接QVI7；

3腳為地端，接QVI4，并可由繼電器控制其可與地連接；

4腳為/EN，接 QVI5；

5、6腳為IN，可連接到PVI0，并通過0.1μF的電容連接到地；

7、8腳為OUT，可連接到 PVI1，并通過4.7μF的電解電容連接100Ω電阻連接到地。

軟件參數(shù)舉例：

輸出電壓：其輸入范圍在3.5～10 V，輸入檔位可選5 V和20 V，輸入電流根據(jù)輸出電流需要可鉗位在10 mA檔和1 A檔，輸出電流可選擇10 mA檔和1 A檔，輸出電壓可以選擇5 V檔，電壓可鉗位在3 V，濾波電容直接接進(jìn)了測(cè)試電路，測(cè)試可設(shè)定3 ms穩(wěn)定時(shí)間、采樣次數(shù)可設(shè)定10次，使能端電壓設(shè)定為0 V，地端接地。軟件根據(jù)上述表述，在進(jìn)行底層編程時(shí)將這些因素考慮并實(shí)現(xiàn)，再通過界面程序進(jìn)行設(shè)定即可。

其他參數(shù)可參考上述進(jìn)行設(shè)置，這里不再贅述。

4 結(jié)束語

通過對(duì)三端固定電壓調(diào)整器測(cè)試電路及參數(shù)分析，對(duì)照帶使能端固定電壓調(diào)整器的測(cè)試需求，分析了相關(guān)的影響因素，并提供了軟件設(shè)計(jì)參考思路，為電壓調(diào)整器的測(cè)試提供了合理的方案。

通過這樣的規(guī)劃，及軟、硬件模板的建立，可以較快的對(duì)類似或相同的新器件進(jìn)行測(cè)試開發(fā)。

[1]國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 17940－2000《半導(dǎo)體器件 集成電路 第3部分：模擬集成電路》。 [S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

[2]北京華峰測(cè)控技術(shù)有限公司.STS8105A混合信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)品手冊(cè)[M].北京：北京華峰測(cè)控技術(shù)有限公司，2010.

[3]熊歆斌.Visual C++程序設(shè)計(jì)培訓(xùn)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社，2002.

[4]百度百科.Microsoft Visual C++.[EB/OL].[2013－07－02].http://baike.com/view/2070966.htm?fromId=100377.

[5]孫銑，趙建平.集成穩(wěn)壓器調(diào)整率參數(shù)的測(cè)試[EB/OL][2014－10－04].http://www.hftc.com.cn/a/39.html.

[6]北京華峰測(cè)控技術(shù)有限公司.電壓調(diào)整器測(cè)試源程序[Z].北京:華峰測(cè)控，2010.