大功率模拟集成电路测试仪器的研究与实现

为了实现电路中阻值的匹配，图4中取R7=R9，R10=R12，R11=R13，电路的输入输出关系为：

由上述表达式可见，通过选择不同的阻值，可调整电压检测放大器的放大倍数。PVC中选用的DAC的电压输出范围为±10 V。为了提高电压的测量精度且与DAC的输出范围相匹配，本系统设置的四个电压档位为：4V、8V、16V、32V，所以，通过程控四个电压档位的电压放大系数可分别对应2．5、1．25、0．625、0．3125。
恒流源的实现原理与恒压源的实现原理一样，只是在电流检测时，应将施加的电流值采样后转化为电压值，然后再经过电压检测放大器A3构成反馈环。为了与DAC输出电压范围相同，电流检测的取样电压Vs的范围设定为±1 V，电流检测放大器的放大倍数固定为+10，这样，通过选取不同的采样电阻，就可以实现不同电流档位的选择。如，选择采样电阻Rs=1Ω，由I=Vs／Rs可得，其选取的电流量程为1 A，其他电流范围的选取原理与之相同。
3．2 电压电流钳位环
电压电流钳位电路主要是为了防止意外情况导致环路中电压或电流值的突然增加。通过选用高精度的双运放可将用户设定的上限值和下限值与反馈信号进行比较，若反馈量在限定值内，则钳位电路不工作，反之，钳位电路中其中一个通道的二极管导通，此时A2输入端电压为钳位运放的输出端电压，而A1输出端与A2输入端之间的电压，则被电阻R1所消耗，故施加环路被抑制，钳位环路工作。
3．3 其它细节设计
为了实现电路不施加而能直接测量DUT引脚的电压或者电流值，应通过控制环路中某些电路的通断来实现。测电压时，先断开施加引线，再将电压测量电路与负载并联连接，即可测出负载电压；测电流时，先断开K1，让运放A1与功率缓冲器构成一个输出为0V的反馈环，再将电流检测电路串联接入负载电路，这样即可测量流过负载的电流值。
在对DUT进行施加和测量时，采用达尔文接线方式进行连接，如PVC结构图中的FORCE线就是对DUT施加，而SENSE线为测试线。施加和测量引线的分开接线可提高系统的测试精度。
选择继电器时，由于系统长工作于大功率状态下，因此除了考虑继电器的动作时间，还要考虑继电器的触点负荷，选用机械继电器时，还要考虑继电器的开关次数等细节。
电路环路中不同电流档位切换时，如果负载断开，则环路中相当于接入了无穷大阻值的负载，这会造成电路再次接入负载后的环路稳定建立时间过长，通过在环路断开负载时接入一个预设负载，可用再次接入负载时断开预设负载的方法来减少环路稳定的建立时间。

4 测试结果分析
在电路测试中，可选用精度为0．1％的低温漂电阻作为电流取样电阻进行测试，以完成所有电流档位测试。通过实测电流源的电流输出值与理论值计算值可得到其施加精度在0．05％左右，而通过对电流取样并经过DAC的转化值与理论值的对比(由于本系统具有多个档位、数据庞大，在此就不完全列出做分析)，其得出的绝对误差值分布具有很好的线性关系，利用软件并通过最小二乘法校正后的电流测试精度小于0．5％，用同样的校正方法也可得出电压的测试精度(小于0．3％)，可以满足厂方提出的要求。
通过大量的实验和测试可知，本文所介绍的系统测试精度主要受闭环系统的不稳定、工频干扰与高频干扰、环路中元件性能不良等因素影响。在本电路中，若出现环路不稳定等情况，可通过控制程控补偿电路和在取样电路上并联补偿电容来调整。

5 结束语
实际的电路测试结果表明，该系统具有大功率负载驱动能力，能够提供精确且宽范围的激励值，可以灵活地对被测件施加电压源激励或者电流源激励，而且系统运行稳定可靠，测试精度高，可以满足工厂对于测试速度和精度的要求。因此，此电路方案可以极大地降低此类测试仪的开发成本。