大功率模擬集成電路測(cè)試儀器的研究與實(shí)現(xiàn)
為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出,需要將輸出電壓值作為反饋量進(jìn)行反饋,PVC輸出端兩點(diǎn)的電壓差值最大為32 V,而集成的儀表放大器不能滿足這么大的輸入范圍,故在設(shè)計(jì)中選用高電壓高精度運(yùn)放(OPA445)來構(gòu)成儀表放大器,其具體的電壓檢測(cè)放大電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/179306.htm
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(cè)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(cè)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)的取樣電壓Vs的范圍設(shè)定為±1 V,電流檢測(cè)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(cè)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(cè)電壓時(shí),先斷開施加引線,再將電壓測(cè)量電路與負(fù)載并聯(lián)連接,即可測(cè)出負(fù)載電壓;測(cè)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(cè)電路串聯(lián)接入負(fù)載電路,這樣即可測(cè)量流過負(fù)載的電流值。
在對(duì)DUT進(jìn)行施加和測(cè)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(duì)DUT施加,而SENSE線為測(cè)試線。施加和測(cè)量引線的分開接線可提高系統(tǒng)的測(cè)試精度。
選擇繼電器時(shí),由于系統(tǒng)長(zhǎng)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(zhǎng),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(cè)試結(jié)果分析
在電路測(cè)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(cè)試,以完成所有電流檔位測(cè)試。通過實(shí)測(cè)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(duì)電流取樣并經(jīng)過DAC的轉(zhuǎn)化值與理論值的對(duì)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(duì)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(cè)試精度小于0.5%,用同樣的校正方法也可得出電壓的測(cè)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(cè)試可知,本文所介紹的系統(tǒng)測(cè)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(cè)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(duì)被測(cè)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(cè)試精度高,可以滿足工廠對(duì)于測(cè)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(cè)試儀的開發(fā)成本。
評(píng)論