用于壓力測量和帶壓力壓力測量的自動測試設備的設計

簡介

自動測試設備用于測試離散設備，集成電路和混合信號電路的直流參數，交流參數和功能。主要是通過測試系統(tǒng)軟件來控制測試設備的各個單元自動測量設備，對被測設備進行測試，以確定被測設備是否滿足設備規(guī)格要求。

自動測試設備的組成

自動測試設備主要由精密測量單元（PMU），設備電壓源（DPS），電壓和電流源（VIS），參考電壓源（VS），音頻電壓源（AS），音頻電壓表（AVM）組成），時間測量單元（TIMER），繼電器矩陣，系統(tǒng)總線控制板（BUS），計算機接口卡（IFC）和其他部件。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

本文主要介紹電壓電流源部分的設計原理和實現(xiàn)。

電壓和電流源的基本原理

電壓電流源是自動測試系統(tǒng)必不可少的部分，它可以向被測設備施加準確的恒定電壓或恒定電流，并可以回測其相對電流值或電壓值。因此，電壓源和電流源主要具有以下兩種工作模式：

（1)FVMI模式。在FVMI模式下，驅動電壓值通過數模轉換器（ADC）提供給輸出驅動器；驅動電流由采樣電阻采樣并轉換為電壓通過差動放大器，電流值由ADC讀取，舌簧值可根據負載進行設定，鉗位電路起到限流保護的作用，當負載電流超過鉗位值時，VIS輸出變?yōu)楹懔髟?，輸出電流為鉗位電流，測試系統(tǒng)根據鉗位值自動選擇測量流量范圍。

（2)增加電流和電壓測量（FIMV）模式。在FIMV模式下，驅動電流值通過數模轉換器（DAC）提供給輸出驅動器；電壓由ADC讀取。可根據負載設定鉗位值當負載電壓超過鉗位值時，VIS輸出成為恒壓源，輸出電壓為鉗位電壓，測試系統(tǒng)根據鉗位自動選擇壓力測量范圍值。

圖2是電壓和電流源的邏輯框圖。

3電壓和電流源的設計細節(jié)

電壓和電流源的基本電路如圖3所示。左半部分是電壓和電流源的加壓電流電路，右半部分是測試電路。

該電路由一個主運算放大器，一個電流擴展電路，一個范圍電阻器，一個反饋環(huán)路和一個差分運算放大器組成。該電路簡單實用。繼電器K1用于在壓力和電流之間切換。 K1打開時，用于施加電壓； K1閉合時，用于施加電流。 K8是用于電流測量和壓力測量的開關。 K8打開時，用于在施加電壓的同時測量電流。當K8閉合時，用于在施加電流的同時測量電壓。運算放大器U3作為用于控制鉗位電壓的減法電路連接。主運算放大器U1之后是電流擴展電路，該電路由推挽形式組成，以增加電路的輸出電流。范圍網絡由多個不同級別的電阻組成，可以通過繼電器K2至K7切換測試范圍。反饋回路由一個由運算放大器組成的跟隨器組成。測試電路采用差分電路的形式，以提高測試精度并降低電路的共模增益。

該電路的優(yōu)點是壓力電流測量電路和壓力電流測量電路很好地集成在一起。只需切換一個繼電器即可實現(xiàn)壓力和電流之間的切換，從而節(jié)省了壓力電流的測量。每個人都需要一組電路來增加電流和壓力測量的麻煩，并且還節(jié)省了很多組件。

4工作原理

4.1測試原理

以下以FIMV（相加電流和壓力測量）為例來說明電路原理。在FIMV模式下，電路如圖4所示簡化。

因為該電路引入了負反饋，所以U1形成同相求和電路，而U2形成電壓跟隨器。令R1 = R2 = R3 = R4 = R。

由于UN1 = UP1，從公式[1)（3)中，我們可以得出：VIN = UO1-URO。即，施加到范圍電阻兩端的電壓值等于輸入電壓由于U2的P2端子是虛擬的，流經RO的電流大部分流入RL，因此該電路可以提供穩(wěn)定的電流。只要測試URO端子上的電壓，負載在施加的電流下的電壓可以進行測試，以實現(xiàn)增加的電流和電壓測量。

壓力測量基本上類似于壓力測量，因此在此不再贅述。

4.2夾緊的實現(xiàn)

該電路可以通過程序設置的鉗位電壓或電流值執(zhí)行電壓或電流限制保護。當電路檢測到的電壓或電流超過設定值時，電路將進行自我保護。自我保護過程如下：施加電流和測量電壓時，控制鉗位DAC的輸入值并更改量程電阻，設置輸出鉗位電壓，然后將增加電流模式切換到加壓模式，然后進行實測。電壓值返回鉗位電壓值。當施加壓力進行電流測量時，量程電阻切換到最大量程，壓力模式切換到增大電流模式。通過控制鉗位DAC的輸入值并更改范圍電阻，可以輸出設置的鉗位電流，并且測得的電壓流將返回鉗位電流值。

4.3范圍計算

測試不同的電壓或電流值需要不同的范圍值，以確保測試結果的準確性。因此，有必要在測試前選擇范圍。范圍的選擇可以通過程序實現(xiàn)。

壓力流量測量時范圍選擇的計算公式為：

在公式中，MAX_V是主運算放大器的最大輸出電壓，F(xiàn)V是施加的電壓值，Ri是設置的鉗位電流值，Rf是范圍電阻。 Rf的實際值是計算出的Rf的下一個級別（例如，如果計算出的Rf = 1.6k，則實際R應該是1k（如果下一個級別是1k）。

添加電流和壓力測量值時范圍選擇的計算公式為：

在公式中自動測量設備，MAX_V是主運算放大器的最大輸出電壓，Rv是設置的鉗位電壓值，F(xiàn)i施加的電流值，Rf是范圍電阻。 Rf的實際值是計算出的Rf的下一級。

5電路的改進

在此電路中，輸出端子直接連接到負載。在測試小電阻時，由于線路損耗會導致測試錯誤。因此，在實際設計中，可以使用開爾文電橋連接方法將輸出端子連接到負載。終端采用四線連接（電路輸出的兩端分別通過一對“施加線”和“傳感線”連接到負載）。

6個實驗結果

在實際測試中，運算放大器可以選擇具有低失調電壓和低溫度漂移的高精度運算放大器，例如OP07。采樣電阻器使用具有2ppm和0.01％的低溫漂移的高精度電阻器。運算放大器電源使用雙24V電源，而電流擴展電路使用雙36V電源。電壓和電流源的范圍為0V至21V，電流范圍為0mA至200mA。電壓測量和電流測量的精度大于0.1％（DAC和ADC均為16位數據位）。實驗結果表明，電壓電流源的施加和測量速度快，精度高，適合于集成電路參數的快速檢測。