在特定于應(yīng)用的自動化測試設(shè)備系統(tǒng)中設(shè)計設(shè)備電源IC

本應(yīng)用筆記提供了在自動測試設(shè)備（ATE）系統(tǒng)中選擇器件電源（DPS）IC的指南。這些考慮將幫助客戶根據(jù)其特定的ATE系統(tǒng)選擇DPS IC，例如MAX32010。它還解釋了解決ATE系統(tǒng)輸出電流和熱要求的最佳系統(tǒng)級架構(gòu)。

介紹

器件電源 （DPS） IC 具有靈活的力電壓和力電流容量，可為自動化測試設(shè)備 （ATE） 提供動態(tài)測試功能。當負載電流介于兩個編程電流限值之間時，DPS IC是電壓源，當達到編程電流限值時，DPS IC優(yōu)雅地轉(zhuǎn)換為精密電流源/吸收電流。

圖1所示為下一代Maxim集成器件電源MAX32010的簡化架構(gòu)。開關(guān) FIMODE、FV 模式和 FISLAVE 模式選擇不同的模式，例如 FV（力電壓）、FI（力電流）和 FI 從屬選擇，而開關(guān) HIZF 和 HIZM 分別選擇 MV（測量電壓）和 MI（測量電流）模式。RANGE MUX 允許多個電流范圍 RA （1.2A）、RB （20mA）、RC （2mA） 和 RD （200μA） 與外部檢測電阻器結(jié)合使用?？赏ㄟ^更改檢測電阻值來設(shè)計自定義電流范圍，公式為 R?意義= 1V/I外.CLEN 開關(guān)以及 ICLMP 和 VCLMP DAC 允許用戶設(shè)置可編程電壓和電流鉗位。

圖1.MAX32010原理圖

本應(yīng)用筆記首先介紹了在系統(tǒng)中設(shè)計DPS IC時的兩個重要考慮因素：范圍變化毛刺和效率。稍后，應(yīng)用筆記詳細介紹了構(gòu)建DPS系統(tǒng)以滿足特定應(yīng)用要求的某些方面。

范圍變化毛刺

讓我們看一下第一個考慮因素，范圍變化故障。當ATE執(zhí)行DUT測試時，系統(tǒng)可能需要更改不同測試的當前范圍。IDDQ或靜態(tài)電流測量通常需要最低電流范圍來測量較小的電流值。移動到最低電流范圍時的電壓尖峰或毛刺不僅會影響測量，還可能損壞DUT設(shè)備。無干擾范圍更改可保護 DUT 并驗證測試。當使用270pF負載電容進行測試時，Maxim Integrated的DPS非常平穩(wěn)地執(zhí)行這種轉(zhuǎn)換，沒有任何毛刺，如圖2所示。在沒有負載電容 （0pF） 的情況下，這種轉(zhuǎn)換發(fā)生在 20μs 的跨度內(nèi)，斜坡速率為 25mV/20μs。這種過渡比競爭對手在過渡期間的故障要小得多。競爭對手的DPS在幾微秒的時間內(nèi)具有159mV的毛刺。因此，Maxim Integrated的DPS性能比競爭對手的量程變化性能高出536%，而不會對DUT造成任何損壞。

圖2.Maxim Integrated與競爭對手之間的范圍變化故障比較。

器件電源效率

器件電源效率是選擇DPS IC時的第二個重要考慮因素，因為它直接影響成本節(jié)約和系統(tǒng)可靠性。效率越高，成本節(jié)約、可靠性就越大，通常還有系統(tǒng)的使用壽命。DPS效率越低，產(chǎn)生的熱量就越多;更多的熱量意味著更多的磨損和系統(tǒng)中組件的更高故障率。

器件電源效率的計算公式為效率=功率輸出/功率輸入。

如表1所示，Maxim的DPS提供比競爭產(chǎn)品DPS（1A）更多的電流（1.2A），效率更高（58.33%）。MAX32010 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，讓我們考慮構(gòu)建DPS系統(tǒng)以滿足特定于應(yīng)用程序的要求時的一些方面。

如何滿足 DPS 中的自定義負載電流要求

每個 ATE 都有針對每個被測器件 （DUT） 的自定義負載電流要求（圖 3）。MAX32010只需改變一個檢測電阻值即可實現(xiàn)自定義范圍選擇。MAX32010中的RANGE多路復用器選擇以下電流范圍之一：RA （1.2A）、RB （20mA）、RC （2mA）或RD （200μA）。檢測電阻值使用以下公式選擇，R意義= 1V/I外.例如，負載電流要求為5mA;5mA是自定義負載電流，屬于范圍B。選擇正確的 R意義： RS意義= RB = 1V/5mA = 200Ω。有關(guān)檢測電阻選擇的更多詳細信息，請參閱Maxim Integrated的應(yīng)用筆記7068：“如何計算器件電源IC中定制負載電流要求的檢測電阻值”。

圖3.使用檢測電阻器進行定制負載電流選擇。

如何增加輸出電流

很多時候，DUT 可能需要比 DPS 所能提供的更高的電流。如圖4所示，通過并聯(lián)多個DPS器件可以實現(xiàn)大于1.2A的電流。兩個器件均保持FI模式，以使電流加倍。例如，將兩個7V、1.2A器件并聯(lián)在一起可以實現(xiàn)高達7V、2.4A的輸出電流。

圖4.并聯(lián) DPS 配置可實現(xiàn)更高的輸出電流。

增加DPS輸出驅(qū)動電流能力的另一種方法是對輸出進行脈沖。如果電流要求只是短期，那么脈沖測試是一個可行的選擇，如圖5所示。該測試的一個可能示例是DUT的I-V表征。脈沖測試是通過改變FI ON時間的占空比來完成的。在此測試中，DPS模式在50%的時間內(nèi)設(shè)置為FI模式，在另外50%的時間內(nèi)設(shè)置為“高阻抗”模式。占空比可以根據(jù) DUT 電流要求而變化。我們在MAX32010 IC上進行了該實驗，結(jié)果如下：

最大輸出電流 = 1.436A，占空比高達 50%

圖5.MAX32010的50%占空比脈沖測試輸出

如何為 DPS 系統(tǒng)選擇正確的散熱器

必須為可靠和穩(wěn)定的系統(tǒng)選擇合適的散熱器。以下示例給出了為MAX32010選擇正確散熱器的分步指南。

第 1 步：獲取包裹的相關(guān)尺寸。封裝的熱分析有助于選擇正確的散熱器。了解散熱的裸露焊盤的面積很重要。

第 2 步：獲取 PCB 熱屬性以計算 theta-JA 的邊界條件。計算功率損耗并考慮所有散熱介質(zhì)（傳導、對流和輻射）。

第 3 步：散熱器底座面積和散熱器風扇的流速是計算封裝溫度分布時很重要的兩個變量（圖 6）。目的是確保IC的結(jié)溫保持在熱關(guān)斷溫度以下。我們使用靜止空氣的分析表明，MAX32010需要基底面積為30.48mm x 30.48mm、厚度為5mm和15mm長的散熱片，以保持結(jié)溫低于140°C。

圖6.帶散熱器的MAX32010封裝的溫度分布

步驟4：氣流和散熱器材料在保持IC結(jié)溫低于140°C方面也起著重要作用。 我們的分析表明，通過向銅散熱器增加 1m/s 的氣流，溫度性能得到了顯著改善（圖 7）。

圖7.MAX32010的熱分析

結(jié)論

本應(yīng)用筆記提供了在ATE系統(tǒng)中選擇DPS IC的指南，并幫助客戶根據(jù)其特定的ATE系統(tǒng)選擇DPS IC。應(yīng)用筆記還解釋了滿足ATE系統(tǒng)輸出電流和熱要求的最佳系統(tǒng)級架構(gòu)。

審核編輯：郭婷