模擬電路圖形化的測(cè)試方法與研究分析

董艷陽

摘 要： 模擬電路的傳統(tǒng)測(cè)試方法是直流測(cè)試，也就是在模擬電路的電源端、輸入端、輸出端加入直流信號(hào)，對(duì)其功能和參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。但是隨著模擬電路工藝的不斷改進(jìn)、速度的不斷增快、功率的不斷增大以及集成度的不斷提高，對(duì)模擬電路測(cè)試精度的影響也越來越大。模擬電路的傳統(tǒng)測(cè)試方法已經(jīng)難以滿足日趨復(fù)雜的測(cè)試需求，如何更加安全、精確、高效地測(cè)試模擬電路是當(dāng)今測(cè)試工作研究的重大課題，本文描述了模擬電路圖形化測(cè)試方法的實(shí)現(xiàn)、優(yōu)點(diǎn)以及研究分析。

關(guān)鍵詞： 模擬電路；圖形化；測(cè)試

一、引言

圖形化法測(cè)試方法是數(shù)字電路常用的方法之一，當(dāng)數(shù)字電路加上電后，給輸入加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，輸出加比較信號(hào)，就可以測(cè)試數(shù)字電路的邏輯功能。而代表數(shù)字電路邏輯功能的輸入和輸出狀態(tài)組合就是測(cè)試向量。在邏輯分析儀上可以看到測(cè)試向量中輸入和輸出的對(duì)應(yīng)圖形及關(guān)系，因此測(cè)試向量也稱作測(cè)試圖形。通過跟蹤測(cè)試圖形，在電路的不同狀態(tài)就可以很方便的測(cè)試電路的不同參數(shù)了。現(xiàn)在，我們就借鑒數(shù)字電路的測(cè)試方法，也用圖形化的方法來測(cè)試模擬電路。

二、模擬電路圖形化的測(cè)試思路

隨著測(cè)試設(shè)備的不斷更新?lián)Q代，測(cè)試資源的能力也在不斷增強(qiáng)。逐步由簡(jiǎn)單的只能施加而不能測(cè)量的電壓源升級(jí)為具有四象限施加和測(cè)量能力的電壓/電流源，隨后升級(jí)為Per---Pin DC源，再到現(xiàn)在帶有任意波形發(fā)生器AWG和波形數(shù)字化儀WD的Per---Pin DC源。這就為模擬電路的圖形化測(cè)試方法奠定了堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)。因?yàn)槿我獠ㄐ伟l(fā)生器可以提供模擬電路所需要的電源、輸入、控制、輸出波形，波形數(shù)字化儀可以對(duì)測(cè)試端參數(shù)波形進(jìn)行測(cè)試捕獲，從而提供數(shù)據(jù)處理和分析。

三、模擬電路圖形化測(cè)試的硬件資源

ETS---88集設(shè)計(jì)與大規(guī)模生產(chǎn)測(cè)試于一體。ETS---88有豐富的模擬測(cè)試資源：24通道Per---Pin DC源APU---12、雙通道高壓源SPU---112、單通道大功率源HPU、四通道測(cè)量精密單元QMS、四通道時(shí)間測(cè)量單元QTMU、64通道CBITS控制位等。另外ETS---88還有32通道高達(dá)133MHz的低壓高速數(shù)字資源DUP---16。

其中，Per---Pin DC源APU---12的測(cè)試模式和能力如下：

直流測(cè)量模式：±30V，±200mA測(cè)量范圍，16位分辨率，直接測(cè)量精度為0.45mV；

圖形發(fā)生（AWG）模式：100Ksps圖形發(fā)生器，16位分辨率，256k圖形深度；

圖形捕獲（ADC）模式：100Ksps圖形捕獲器，16位分辨率，32k圖形深度；

雙通道高壓源SPU---112的測(cè)試模式和能力如下：

直流測(cè)量模式：±100V，±12A測(cè)量范圍，16位分辨率，直接測(cè)量精度為0.6mV；

圖形發(fā)生（AWG）模式：高速25Msps圖形發(fā)生器，16位分辨率；

高精度400Ksps圖形發(fā)生器，18位分辨率；

圖形捕獲（ADC）模式：500Ksps圖形發(fā)生器，16位分辨率，4k圖形深度。

四、圖形化的測(cè)試方案設(shè)計(jì)及難點(diǎn)問題解決

4.1 TC4426MJA 圖形化的測(cè)試方案設(shè)計(jì)

TC4426MJA是雙通道反相大功率MOSFET驅(qū)動(dòng)器，主要特點(diǎn)是：開關(guān)速度非常快，小于30ns，輸出管峰值輸出電流能力高達(dá)1.5A，并且輸出導(dǎo)通電阻是7Ω，這樣當(dāng)電路在狀態(tài)改變時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電源到地的短暫導(dǎo)通狀態(tài)，形成浪涌電流。從電源到地的導(dǎo)通電阻越小，浪涌電流的幅度就越大；電路的速度越快，浪涌電流的幅度也就越大。特別是在高壓工作模式（=18V）時(shí)，大浪涌電流在電路封裝及PCB布線的寄生電感上會(huì)產(chǎn)生大的浪涌電壓，疊加到18V電源后，會(huì)超過電路極限從而燒毀器件。所以該類電路在不同測(cè)試設(shè)備中使用傳統(tǒng)測(cè)試方法測(cè)試時(shí)，就經(jīng)常在高壓電源工作中因?yàn)檫^沖或者震蕩，從而燒毀。為了解決這一難題，所以采取使用圖形化的方法測(cè)試該類電路。

為了實(shí)現(xiàn)TC4426MJA的圖形化測(cè)試，可以使用Per---Pin DC源APU---12、雙通道高壓源SPU---112。首先根據(jù)TC4426MJA的參數(shù)表，總結(jié)其測(cè)試條件及測(cè)試可能結(jié)果的變化趨勢(shì)。其中，電源的變化趨勢(shì)是0V～4.5V～18V～4.5～0V；輸入INA和INB的變化趨勢(shì)是0V～3V～4.5～0V～3V～18V～4.5～0V；輸出電流在0mA～-10mA～0mA～10mA～0mA；輸出OUTA和OUTB和INA及INB輸入成反相關(guān)系。隨后根據(jù)電路管腳的信號(hào)變化趨勢(shì)，就可以設(shè)計(jì)出TC4426MJA圖形化的測(cè)試方案。

4.2 TC4426MJA 圖形化的測(cè)試難點(diǎn)及解決方法

TC4426MJA 圖形化的測(cè)試難點(diǎn)一在于電源端、輸入端、輸出端都要根據(jù)測(cè)試方案能夠施加獨(dú)立的模擬波形；難點(diǎn)二在于電源端、輸入端、輸出端根據(jù)施加的模擬波形，在不同的狀態(tài)段測(cè)試得到不同電壓或電流波形，并將其存入測(cè)試設(shè)備內(nèi)存；難點(diǎn)三在于電源端、輸入端、輸出端施加模擬波形的同步。其中測(cè)試設(shè)備的資源能力就可以解決前兩個(gè)難點(diǎn)。為了解決難點(diǎn)三，我們借鑒數(shù)字電路的測(cè)試方法，利用設(shè)備時(shí)鐘將電源、輸入、輸出同步，這樣就實(shí)現(xiàn)了模擬電路的圖形化測(cè)試。

4.3 TC4426MJA 圖形化的測(cè)試結(jié)果及結(jié)論

電源、輸入采用電壓波形，加壓測(cè)流模式；輸出采用電流波形，加流測(cè)壓模式。電源、輸入和輸出根據(jù)電路的不同狀態(tài)和測(cè)試需要，分成21段圖形共1500點(diǎn)，跟蹤一遍測(cè)試圖形，將電路的電源、輸入和輸出參數(shù)波形存入測(cè)試設(shè)備內(nèi)存，以供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、打印和分析。一次加電，完成所有參數(shù)測(cè)試。圖形時(shí)間才15mS，加上等待建立時(shí)間僅僅耗時(shí)62 mS，測(cè)試效率提高了10倍。

通過反復(fù)驗(yàn)證，采用合適的電源電容和輸出電容，合理設(shè)計(jì)布局DUT板，減少低頻和高頻干擾，將電路加電或狀態(tài)變化時(shí)開關(guān)管導(dǎo)通瞬間電流的沖擊降低到最小。采用合理的測(cè)試圖形加電順序，輸入和輸出圖形非常干凈，沒有任何震蕩和過沖現(xiàn)象，大大的提高了測(cè)試的安全性。

在=18V，測(cè)試電路第一次狀態(tài)改變時(shí)，會(huì)因?yàn)殚_關(guān)管的動(dòng)作產(chǎn)生較大的電流，這是CMOS電路的特性，是不可避免的。解決方法一是電源端加限流電阻，減少浪涌電流，保護(hù)電路；解決方法二是通過大電解電容濾除掉大電流的能量沖擊，減少過沖；解決方法三是通過電源的合理嵌位保護(hù)，并采用合適的濾波電容和負(fù)載電容，采用合適的上下電順序，這樣電源會(huì)因過沖電流大于嵌位電流有小的下拉，但此時(shí)電源電壓還遠(yuǎn)大于輸入電壓（=3V），并且電路的參數(shù)測(cè)試階段均不在此短暫時(shí)段，所以不會(huì)對(duì)電路性能及測(cè)試造成不良影響。

在使用傳統(tǒng)方法測(cè)試TC4426MJA，當(dāng)=18V時(shí)，在電路狀態(tài)改變的邊緣處，很容易發(fā)生過沖和震蕩并且會(huì)燒毀電路。當(dāng)使用圖形化的方法測(cè)試電路時(shí)，在下電階段，先將=18V降到=4.5V，等建立穩(wěn)定的狀態(tài)后使=0V，最后使=0V，電源、輸入和輸出均無任何過沖震蕩。這樣在高壓模式時(shí)，只有一次的狀態(tài)改變，使得測(cè)試電路的可靠性極大的提高。

五、總結(jié)與展望

綜上所述，使用圖形化的方法測(cè)試模擬電路，第一是方便高效，在跟蹤圖形的同時(shí)就可以測(cè)試電路的不同參數(shù)，效率比傳統(tǒng)測(cè)試方法高出了很多；第二是測(cè)試精確，電路在加電或者狀態(tài)改變時(shí)電壓或電流會(huì)出現(xiàn)瞬態(tài)過沖，圖形化測(cè)試方法可以避開過沖，等待電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后再進(jìn)行精確測(cè)試；第三是可靠安全，使用圖形化法測(cè)試功率器件，在穩(wěn)定的大功率脈沖處測(cè)試，器件發(fā)熱小且更加安全可靠。

模擬電路的圖形化測(cè)試方法，還有許多方面需要我們?nèi)フJ(rèn)真學(xué)習(xí)和研究分析，例如同一個(gè)管腳可以加上多個(gè)測(cè)試圖形；例如同一管腳可以實(shí)現(xiàn)從FV到FI，或者從FI到FV的轉(zhuǎn)換；例如測(cè)試過程中量程的轉(zhuǎn)換等等。圖形化測(cè)試方法還可以廣泛的應(yīng)用于像電壓監(jiān)視器等長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試器件、大功率運(yùn)算放大器、大功率PWM、智能大功率開關(guān)等功率器件。只要我們不斷在工作中探索和研究，就能促使我們開拓出更加完善合理的電路測(cè)試流程及測(cè)試領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]李文聯(lián)、李揚(yáng)《模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》西安電子科技大學(xué)出版2013.