加速差動輸出的測量

在進行差動線路驅動器元件的測試時，必須測量每個驅動器的兩輸出端的差動電壓。對于關鍵性的線性應用，還必須進行三種不同的測試以確保器件在不同的負載下發揮作用。在德儀，我們稱這些測試為VOD1、VOD2和VOD3測試。
傳統上工程師分幾個階段進行這些測試，每個階段會要求額外的負載板元件或連接專門的電阻性網絡。我們則借助于一種無需額外負載板元件或外部電阻網絡的方法縮短了測試時間。我們對TIA/EIA-485-A器件進行了測試，不過這種技術也可以用來進行其它差動輸出器件的測試。

測試方案

VOD1測試要求兩個可能的輸出電平上都存在0mA的作用電流，即反相輸出A要高于非反相輸出B，反之亦然。實際上，VOD1是一種標準的VOH和VOL測試。由于VOD1要求差動測量，需要首先測量VOH和VOL，然后求它們的差。
VOD1 = VOH(0mA)-VOL(0 mA) (1)
VOD2是一種不考慮接地的差動電壓測量。在實施時通常使用一個或兩個獨立的負載電阻(在我們的應用中是54 W和100 W)。如圖1所示，器件構成一個從輸出A到輸出B的電阻性通路。按數據表給定的電阻負載和最小壓差要求，你可以計算負載電阻所需的激勵電流(ISS)。ISS由高電壓輸出經過電阻RL而進入低電壓輸出，它等于VOD2(輸出間的壓差)除以RL。
ISS=VOD2min/RL (2)
因為數據表單規定有最小電壓要求，VOD2為2V，RL為100 W，因此ISS為20mA。使用此ISS電平作為作用條件建立起基于VOH和VOL量值的VOD2計算關系。
VOD2 = VOHISS-VOLISS (3)
VOD21=VOHY(-27.8mA)- VOLZ(27.8 mA) (4)
VOD22=VOHZ(-27.8 mA)-VOLY(27.8 mA) (5)
ΔVOD2 = VOD21- VOD22 (6)
VOC定義為VOD2的二分之一，但相對于接地，可以通過如下計算得到：
VOC1=(VOD21/2) (7)
+ VOL(27.8mA)
VOC2=(VOD22/2) (8)
+ VOL(27.9Ma)
ΔVOC=VOC1-VOC2 (9)
增加電阻性網絡
VOD3是不考慮接地的又一種差動電壓測量。與以往相同，在一驅動器的反相和非反相輸出之間進行測量。在此可以借助一種電阻性網絡和外部電壓源在A、B輸出間進行這種測量(圖2a)。運用Thevenin定理，可將VOD3電阻網絡簡化為一種△網絡，進而變換成一種Y型網絡(圖2b)。由△網絡阻值計算Y型電阻器的值：
R1= RcRb/(Ra+Rb+Rc) (10)
R2= RcRa/(Ra+Rb+Rc) (11)
R3= RaRb/(Ra+Rb + Rc) (12)
Y型網絡交點1的電壓是VOH或VOL，交點2的電壓是VOL或VOH，交點3的電壓是我們在測器件的數據表單中規定的VTEST。現在交點3與交點1間的電壓V1，等于交點3的電壓減去交點1的電壓，交點3與交點2間的電壓V2，等于交點3的電壓減去交點2的電壓。同樣，交點3到交點1的電流通路為IOL，而交點3到交點2的電流通路是IOH。由基礎課程中的矩陣代數運算可以確定IOL及IOH的表達式：
IOH=[1/(R1+R3)(R3+R2)-R32]·[(R3+ R1)V2-R3V1] (13)
IOL=[1/(R1+R3)(R3+R2)-R32]·[(R3+R2)V1-R3V2] (14)
在我們的應用中，VOD3是一種跨60Ω網絡電阻器的差動電壓差如圖2，而IVOD是通過該電阻的電流。我們的DUT數據表單要求，這一電壓差不超過5V且不低于1.5V。
表1給出了因過程變動帶動IOL和IOH變化時造成的VOD改變。為得到表1的值，我們施加了多種不同的VOH和VOL電平，并對電流和VOD的變化進行測量。表1給出兩種情況：第一種VTEST等于+12 V，第二種VTEST等于-7 V。VOD3的測試必須在這兩種VTEST電平下進行，做到規格完全符合。另外，遇有最極端的情形時只有開發新的替代方法對VOD3進行測試。
表1對兩種最極端的情形進行了考察，第一種是最大的5V VOD3要求，第二種是最小的1.5V VOD3要求。最大要求下，VOH應接近5V， IOH源供電流 -64 mA，VOL應接近0V，IOH消耗電流114.6 mA.，VOL為1.3V時IOL消耗電流為53 mA。
這些條件下的VTEST為+12 V，可以看到，最糟糕的作用電流是IOL等于114.6 mA。當VTEST切換到-7 V時，這時IOH的最糟糕電流為-114.6mA。
表中給出給定VOH及VOL下的不同計算值，示出IOH及IOL對過程變化的關系。由表看出，最關鍵的值是1.5V的最小VOD3要求。這時，VOD3的實際測量如下：
在VTEST為+12V、輸入為高電平下測量VOD31，然后轉到低輸入電平測量VOD32：
VOD31=VOHY(-1mA)-VOLZ(60 mA) (15)
VOD32=VOHZ(-1 mA)-VOLY(60 mA) (16)
ΔVOD3= VOD31-VOD32 (17)
在VTEST為-7 V下重復這一步驟：
VOD31=VOHY(-60 mA)-VOLZ(0 mA) (18)
VOD32=VOHZ(-60 mA)-VOLY(0 mA) (19)
ΔVOD3=VOD31-VOD32 (20)
圖3是在VTEST為12V的電平下，這些電阻性網絡對最大最小VOD3下IOL及IOH計算的說明。

表1

圖1 當進行VOD2測試時，差動性驅動器構成一個電阻性輸出電路

圖2(a)VOD3測量要求一種三電阻器網絡。可以將DUT構成的Thevenin等效電路變換成(b)一種△網絡進而變成一種Y型等效網絡。黑體數字代表電路交點數目

圖3說明IOL及IOH電流對VOD3的關系

結語

我們發現，這種差動輸出電壓參數的計算方法不需要非標準測試配置和負載板。它帶來了可測試性、生產效率的提高，標準而簡捷的硬件，產能增加，以及測試建立整體時間的縮短等一系列優點。

定義、符號與縮寫詞
VOD1：一種開路VOD測量，每一輸出上施加0 mA的作用電流。
VOD2：一個門的兩輸出間存在單一個電阻性負載時的VOD測量。負載電阻可以是54 V 或100 V。
VOD3：一個門的兩輸出由一個電阻性網絡連接時的VOD測量。
VOC：共模輸出電壓，相對于接地。
VOH：特定輸出電流IOH下的對地輸出高電壓電平。
VOL：特定輸出電流IOH下的對地輸出低電壓電平。