大功率模擬集成電路測試儀器的研究與實現

為了實現電路中阻值的匹配，圖4中取R7=R9，R10=R12，R11=R13，電路的輸入輸出關系為：

由上述表達式可見，通過選擇不同的阻值，可調整電壓檢測放大器的放大倍數。PVC中選用的DAC的電壓輸出范圍為±10 V。為了提高電壓的測量精度且與DAC的輸出范圍相匹配，本系統設置的四個電壓檔位為：4V、8V、16V、32V，所以，通過程控四個電壓檔位的電壓放大系數可分別對應2．5、1．25、0．625、0．3125。
恒流源的實現原理與恒壓源的實現原理一樣，只是在電流檢測時，應將施加的電流值采樣后轉化為電壓值，然后再經過電壓檢測放大器A3構成反饋環。為了與DAC輸出電壓范圍相同，電流檢測的取樣電壓Vs的范圍設定為±1 V，電流檢測放大器的放大倍數固定為+10，這樣，通過選取不同的采樣電阻，就可以實現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
電壓電流鉗位電路主要是為了防止意外情況導致環路中電壓或電流值的突然增加。通過選用高精度的雙運放可將用戶設定的上限值和下限值與反饋信號進行比較，若反饋量在限定值內，則鉗位電路不工作，反之，鉗位電路中其中一個通道的二極管導通，此時A2輸入端電壓為鉗位運放的輸出端電壓，而A1輸出端與A2輸入端之間的電壓，則被電阻R1所消耗，故施加環路被抑制，鉗位環路工作。
3．3 其它細節設計
為了實現電路不施加而能直接測量DUT引腳的電壓或者電流值，應通過控制環路中某些電路的通斷來實現。測電壓時，先斷開施加引線，再將電壓測量電路與負載并聯連接，即可測出負載電壓；測電流時，先斷開K1，讓運放A1與功率緩沖器構成一個輸出為0V的反饋環，再將電流檢測電路串聯接入負載電路，這樣即可測量流過負載的電流值。
在對DUT進行施加和測量時，采用達爾文接線方式進行連接，如PVC結構圖中的FORCE線就是對DUT施加，而SENSE線為測試線。施加和測量引線的分開接線可提高系統的測試精度。
選擇繼電器時，由于系統長工作于大功率狀態下，因此除了考慮繼電器的動作時間，還要考慮繼電器的觸點負荷，選用機械繼電器時，還要考慮繼電器的開關次數等細節。
電路環路中不同電流檔位切換時，如果負載斷開，則環路中相當于接入了無窮大阻值的負載，這會造成電路再次接入負載后的環路穩定建立時間過長，通過在環路斷開負載時接入一個預設負載，可用再次接入負載時斷開預設負載的方法來減少環路穩定的建立時間。

4 測試結果分析
在電路測試中，可選用精度為0．1％的低溫漂電阻作為電流取樣電阻進行測試，以完成所有電流檔位測試。通過實測電流源的電流輸出值與理論值計算值可得到其施加精度在0．05％左右，而通過對電流取樣并經過DAC的轉化值與理論值的對比(由于本系統具有多個檔位、數據龐大，在此就不完全列出做分析)，其得出的絕對誤差值分布具有很好的線性關系，利用軟件并通過最小二乘法校正后的電流測試精度小于0．5％，用同樣的校正方法也可得出電壓的測試精度(小于0．3％)，可以滿足廠方提出的要求。
通過大量的實驗和測試可知，本文所介紹的系統測試精度主要受閉環系統的不穩定、工頻干擾與高頻干擾、環路中元件性能不良等因素影響。在本電路中，若出現環路不穩定等情況，可通過控制程控補償電路和在取樣電路上并聯補償電容來調整。

5 結束語
實際的電路測試結果表明，該系統具有大功率負載驅動能力，能夠提供精確且寬范圍的激勵值，可以靈活地對被測件施加電壓源激勵或者電流源激勵，而且系統運行穩定可靠，測試精度高，可以滿足工廠對于測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試儀的開發成本。