帶使能端固定電壓調整器測試原型的構建

羅友哲，齊增亮，劉海紅，李鵬飛

（陜西省電子信息產品監督檢驗院 陜西 西安 710004）

電壓調整器目前以三端器件為主，但隨著使用的需要，出現了許多帶有使能端的電壓調整器，這樣如何對于現有的三端電壓調整器測試程序及適配進行改造，來滿足新的測試的需要呢？本文通過對已有三端固定電壓調整器與帶使能端的電壓調整器比較分析，整理出快速設計開發出適合帶使能端的電壓調整器測試程序方案。

1 測試設備及工具介紹

1.1 電壓調整器

工作時負載電壓相對獨立于負載電流或輸入電壓波動的集成電路[1]。

1.2 測試設備介紹

采用混合信號集成電路測試系統STS8105A，該系統包含多種硬件資源，且對用戶開放，可對模擬器件、混合器件進行直流參數的測試。

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的輸入輸出功能[2]。

1.3 工具介紹

Visual C++是一款IDE程序開發工具，提供編程、調試界面。選擇Visual C++，也是由于STS8105A所支持的C語言編程 環 境 決定 的[3－4]。

2 測試設計及硬件資源介紹

2.1 器件參數分析

帶使能端固定電壓調整器除有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；根據器件資料要求，比三端固定電壓調整器額外需要對/EN、PG端進行電流電壓的測試，而Sense端無測試參數要求，根據需要將其連接至OUT端。

對于三端固定電壓調整器需要測試的參數有：輸出電壓、線性調整率、負載調整率、靜態電流、靜態電流變化、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整器需要測試的參數有：輸出電壓、線性調整率、負載調整率、靜態電流、跌落電壓、電流極限、待機電流、/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端相關參數，并對已有的參數按器件要求做適當改動即可滿足測試；在硬件上需要給/EN端提供加壓測流源，給PG/RESET端提供加流測壓源和加壓測流源。

2.2 硬件資源分析

電壓調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系統測試能力范圍內，該系統可提供的源有 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、測壓、測流通道，±40 V電壓和1 A電流，這些源均能進行電流和電壓的施加和測量。

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，根據三端固定電壓調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現功能，所以QVI7提供上拉電阻電源，即可完成硬件的連接需求。

為了減少系統中程控電子負載到被測器件之間的電纜導線等系統附件電阻和接觸電阻，也根據國標、軍標規范，強調對穩壓器的輸出端必須使用開爾文連接，而系統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，根據器件封裝應選擇合適測試插座，且這些插座應滿足開爾文連接的要求[5]。

對于高精度要求的電壓調整器，可以使用系統提供的外接資源接口，外接高精度測量工具AGILENT的34401A進行電壓測量。

2.3 電路設計

根據器件及可用的硬件資源分析，在系統能滿足測試要求的條件下設計測試電路，原理性指示各引腳測試，實際引腳定義以器件為準。在輸入和輸出端一定要連接與器件適應的電容（可參考器件資料），來保證器件的穩定，對于PG端的上拉電阻要求，根據實際的測試要求可接4.7～10 k左右，如果在實際應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（系統資源如2.2分析）：

圖1 固定輸出電壓調整器測試原理圖Fig.1 Voltage regulator test circuit

注意：其中ADJ_F、ADJ_S為QVI4的force和sense線。

2.4 軟件設計

ST8105A編程界面需要使用DLL文件，所以DLL文件是軟件設計的主要內容。

根據測試系統的API接口，可以在Visual C++編程環境下，來完成DLL文件的生成。對于DLL文件，按照測試系統的要求，DLL文件應包括測試系統的工位設置 （在多工位情況下）、測試前資源初始化、測試完成后資源的初始化、測試參數等幾部分，這里不再描述這些程序編寫，僅從軟件設計考慮因素和相關參數測試方面做以分析。

2.4.1 軟件設計考慮的因素

對于測試參數，不同的調整器有不同的范圍、測試施加條件，為了軟件的復用，就需要將這些因素考慮進去。

1）輸入電壓的范圍：如果需要進行多個電壓的測試，注意這些電壓是否可在同一量程下進行；

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

3）測量延遲：在測試電路中，器件并非上電后就有輸出，并且由于搭接的測試電路也存在延遲，所以需要考慮測量延遲時間，來保證器件測試結果的穩定；

4）系統提供的外圍電路：測試系統一般會提供測試電路的典型濾波電路，設計時需要根據測試元件的需求選擇，但是一般系統的濾波電路離器件較遠，在保證穩定性前提下，最好外接濾波電路；

5）采樣次數：為了保證測試數據平滑，需要盡可能多的采樣次數，但是在測量延遲、穩定性等因素作用下，不能單純的追求過多的采樣次數；

6）使能端的電壓設定：只有在使能端設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是必要的。

針對這些因素，可以對原有的程序進行完善改造，來滿足通用測試需求，但是對于帶有使能端的固定輸出電壓調整器，需要在測試時加入對使能端的控制，來保證器件處于正常工作狀態。

2.4.2 參數測試設計

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，需要進行電流測試，可以利用其所連接的測試源，利用加壓測流方法，測試該端在相應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整器當前的狀態，需要測試指示狀態下的電壓和漏電流。電壓測試時需要將電壓調整器由使能端調整至相應的狀態，測試該狀態下，PG/RESET端的輸出電壓；電流也需要器件在規定的狀態下，在PG/RESET端施加相應的電壓，測試流入該端的電流；

線性調整率參數指IN端電壓變化引起的 Out端空載時的變化率，通過設定輸入端電壓，獲取輸出端電壓，按照相應的計算公式計算獲取；

負載調整率參數指OUT端施加負載后，負載變化引起的Out變化率，利用電子負載，采用加流測壓方式，獲取不同電流下的輸出電壓，根據相應的計算公式獲取；

電源電流是電壓調整器工作時地端消耗的電流，帶有/EN使能端，需要對/EN控制下的地端電流進行測試，通過設定/EN端的電壓為高，測試待機情況下的電流，設定/EN端電壓為低測試正常工作下的電流；

跌落電壓是在一定負載下，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 參數修改舉例

電壓輸出測量（主要部分），C++語言底層程序。

1）從編程界面中獲取用戶設定的參數數據

編程界面中應有足夠的用戶設定信息，包括，電壓的輸入，輸入范圍的設定，輸入鉗位的設定，輸出電流的設定，輸出電壓范圍的設定，使能端控制的設定、延遲時間、采樣次數等量，相關程序可參考下面：

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

//注意下面是對輸入范圍相關電流、電壓設定的范圍

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

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

//對輸入電流鉗位防止過應力

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

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

……

2）相關測試電路的搭接

測試系統通過控制繼電器來完成相關測試通道的連接，所以根據使用資源的情況，將對應的繼電器接通或斷開。

//根據硬件資源的使用情況，開關類別板上的繼電器，連接測試設備相關通道與資源

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

3）對用戶設定的參數的判斷

通過獲取用戶的有設定，判斷輸入的合法性，并將用戶的設定在測試中實際應用到測試電路中

//輸入端電壓量程選擇

case 0:

PVI0VRNG=PVI_VRNG_50V；

break；

……

case 5:

PVI0VRNG=PVI_VRNG_1V；//對電流量程的選擇，注意對于大電流檔位選擇時，系統處于保護目的，對電流施加時間是有要求的，所以在這里必須加以限制，防止系統因過流自我保護而停機和過流造成器件損傷；采樣次數過多也會增加測試時間，所以一并進行限制。

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）進行測試

通過相應的測試API（主要使用連接的源的加流測壓、加壓測流方法）將用戶設定的測試條件施加在測試回路中。

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

qvi5.Enable（）；

//上面程序是對使能腳進行設置，用來使能器件，使能腳的電壓最好可有界面編程設定，這樣可以靈活設定范圍。

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）測量結果及輸出

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

// pvm.Measure（adresult，sample）；

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

6）資源釋放及下次測試準備

//在大電流測試時，可在每個參數測試后，對資源進行釋放，并重新初始化，防止參數之間干擾。

InitAfterTest（）；InitBeforeTest（）；

2.4.4 程序編寫及硬件設計注意事項

1）程序調試當使用小電流，和適當的電壓，防止過電應力造成器件損傷。

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

3）在每一個參數測試完成后應當對使用的資源進行釋放，在參數測試之前應對每一個參數進行初始化。

4）在參數測試的軟件編寫時，一定需要加適當的延遲3～5 ms，同時加大電流時，延遲時間不能超過系統和器件的承受范圍。

3 開發舉例

對TI公司生產的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，濾波電容直接接進了測試電路，測試可設定3 ms穩定時間、采樣次數可設定10次，使能端電壓設定為0 V，地端接地。軟件根據上述表述，在進行底層編程時將這些因素考慮并實現，再通過界面程序進行設定即可。

其他參數可參考上述進行設置，這里不再贅述。

4 結束語

通過對三端固定電壓調整器測試電路及參數分析，對照帶使能端固定電壓調整器的測試需求，分析了相關的影響因素，并提供了軟件設計參考思路，為電壓調整器的測試提供了合理的方案。

通過這樣的規劃，及軟、硬件模板的建立，可以較快的對類似或相同的新器件進行測試開發。

[1]國家質量技術監督局.GB/T 17940－2000《半導體器件 集成電路 第3部分：模擬集成電路》。 [S].北京:中國標準出版社，2000.

[2]北京華峰測控技術有限公司.STS8105A混合信號測試系統產品手冊[M].北京：北京華峰測控技術有限公司，2010.

[3]熊歆斌.Visual C++程序設計培訓教程[M].北京:清華大學出版社，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.集成穩壓器調整率參數的測試[EB/OL][2014－10－04].http://www.hftc.com.cn/a/39.html.

[6]北京華峰測控技術有限公司.電壓調整器測試源程序[Z].北京:華峰測控，2010.