【導讀】器件電源(DPS) IC具有靈活的電壓驅(qū)動和電流驅(qū)動容量，能夠為自動測試設(shè)備(ATE)提供動態(tài)測試能力。當負載電流介于兩個設(shè)定限流值之間時，DPS IC可以作為電壓源；在達到設(shè)定限流值時，DPS IC可以順利轉(zhuǎn)換為精密電流源。
圖1.MAX32010示意圖
圖1顯示ADI器件電源MAX32010的簡化架構(gòu)。開關(guān)FIMODE、FVMODE和FISLAVEMODE選擇不同的模式，如FV（電壓驅(qū)動）、FI（電流驅(qū)動）和FI從器件選擇，而開關(guān)HIZF和HIZM分別選擇MV（測量電壓）和MI（測量電流）模式。與外部檢測電阻相結(jié)合，RANGEMUX支持多個電流范圍，RA(1.2A)、RB(20mA)、RC(2mA)和RD(200μA)。通過使用公式RSENSE=1V/IOUT更改檢測電阻值，可設(shè)計自定義電流范圍。借助CLEN開關(guān)以及ICLMP和VCLMPDAC，用戶還可設(shè)置可編程電壓和箝位電流。
本文先介紹設(shè)計系統(tǒng)中的器件電源IC時的兩個重要考慮因素，范圍變更毛刺和效率。然后，文章詳細介紹構(gòu)建滿足特定應用要求的DPS系統(tǒng)的一些需要考慮的因素。
范圍變更毛刺
圖2.比較ADI和競爭產(chǎn)品之間的范圍變更毛刺
我們來看第一個考慮因素，測量范圍變更而引起的毛刺問題。當ATE執(zhí)行DUT測試時，系統(tǒng)可能需要針對不同的測試來更改電流范圍。IDDQ或靜態(tài)電流測量通常需要最低的電流范圍，用于測量較小的電流值。在移動至最低電流范圍時出現(xiàn)的電壓尖峰或毛刺不僅會影響測量，還有可能損壞DUT。無毛刺范圍變更可保護DUT，并驗證測試。使用270pF的負載電容進行測試時，ADI的DPS能夠非常順利地執(zhí)行這一轉(zhuǎn)換，沒有任何毛刺，如圖2所示。如果不使用負載電容(0pF)，將會在20μs范圍內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)換，斜坡速率為25mV/20μs。與競爭產(chǎn)品在轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的毛刺相比，該轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的毛刺小得多。在數(shù)微秒的時間內(nèi)，競爭對手DPS的毛刺為159mV。因此，ADI的DPS性能比競爭產(chǎn)品的范圍變更性能高536%，而且不會對DUT造成任何損害。
器件電源效率
表1.器件電源效率競爭分析
在選擇DPS IC時，器件電源效率是第二個重要的考慮因素，因為該因素直接影響系統(tǒng)的成本和可靠性。效率越高，節(jié)省的成本就越多，可靠性更強，通常系統(tǒng)壽命也更長。效率較低的DPS產(chǎn)生的熱量更多；更多熱量意味著更多損耗，系統(tǒng)中組件的故障率變得更高。
器件電源效率的計算公式是，效率=功率輸出/功率輸入。
如表1所示，與競爭對手DPS供應的電流(1A)相比，ADI的DPS以更高的效率(58.33%)供應更多電流(1.2A)。ADI的DPS效率比競爭產(chǎn)品2的DPS IC高11%，比競爭產(chǎn)品1的DPS IC高155%。
現(xiàn)在，我們來考慮構(gòu)建DPS系統(tǒng)以滿足特定應用要求時的一些方面。
如何滿足DPS中的自定義負載電流要求
圖3.使用檢測電阻選擇自定義負載電流
對于每個受測器件(DUT)，每個ATE都有自定義負載電流要求。MAX32010允許通過只更改1個檢測電阻值來選擇自定義范圍。MAX32010中的RANGEMUX選擇以下電流范圍之一：RA(1.2A)、RB(20mA)、RC(2mA)或RD(200μA)。通過使用公式RSENSE=1V/IOUT，選擇檢測電阻值。例如，負載電流要求是5mA；5mA是自定義負載電流，屬于范圍B。要選擇正確的RSENSE：RSENSE=RB=1V/5mA=200Ω。
如何提高輸出電流
圖4.配置并聯(lián)DPS實現(xiàn)更高的輸出電流
很多時候，DUT所需的電流可能高于單顆DPS芯片能夠提供的電流。如圖4所示，通過并聯(lián)多個DPS器件，可實現(xiàn)超過1.2A的額外電流。兩個器件均保持FI模式，從而使電流加倍。例如，將兩個7V，1.2A器件并聯(lián)能夠?qū)崿F(xiàn)7V，2.4A的輸出電流。
圖5.MAX32010的50%占空比脈沖測試輸出
要提高DPS的輸出驅(qū)動電流能力，另一個方法是脈沖輸出。如果電流要求只持續(xù)很短的時間，則脈沖測試是可行選擇，如圖5所示。例如測試DUT的I-V特性。通過更改FI開啟時間的占空比，可執(zhí)行脈沖測試。在該測試中，DPS模式在50%的時間里設(shè)為FI模式，在另外50%的時間里設(shè)為“高阻抗”模式。根據(jù)DUT電流要求，占空比可能有所變化。我們在MAX32010IC上執(zhí)行了該試驗，結(jié)果如下所示：
最大輸出電流=1.436A，占空比達50%
如何為DPS系統(tǒng)選擇正確的散熱器
要想獲得可靠穩(wěn)定的系統(tǒng)，必須正確選擇散熱器。以下示例顯示了為MAX32010選擇正確散熱器的分步指南。
第1步：獲取封裝的相關(guān)尺寸。通過封裝熱分析有助于選擇正確的散熱器。了解用于散熱的裸露焊盤所在區(qū)域十分重要。
第2步：獲取PCB熱性能，以計算θJA的邊界條件。計算功耗，并考慮所有散熱方式（傳導、對流和輻射）。
圖6.帶散熱器的MAX32010封裝的溫度分布
第3步：在計算封裝的溫度分布時，散熱器底面積和散熱器風扇的轉(zhuǎn)速是兩個重要的變量。請記住，IC的結(jié)溫應保持在熱關(guān)斷溫度以下。我們使用靜止空氣開展的分析表明，對于MAX32010，要使結(jié)溫保持在140°C以下，需要一個底面積為30.48mmx30.48mm、厚度為5mm、散熱片長15mm的散熱器。
圖7.MAX32010的熱分析
第4步：要想使IC的結(jié)溫保持在140°C以下，氣流和散熱器材料發(fā)揮著重要作用。我們的分析表明，通過使銅散熱器的氣流增加1m/s，可顯著改善溫度性能。
結(jié)論
本文提供關(guān)于在自動測試設(shè)備(ATE)系統(tǒng)中選擇器件電源(DPS)IC的指南。這些考慮因素將幫助客戶根據(jù)其特定的ATE系統(tǒng)來選擇DPS IC。文中還介紹了能夠滿足ATE系統(tǒng)的輸出電流和散熱要求的系統(tǒng)級架構(gòu)。
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