本應(yīng)用筆記提供了在自動(dòng)測(cè)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(jí)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(dòng)化測(cè)試設(shè)備 （ATE） 提供動(dòng)態(tài)測(cè)試功能。當(dāng)負(fù)載電流介于兩個(gè)編程電流限值之間時(shí)，DPS IC是電壓源，當(dāng)達(dá)到編程電流限值時(shí)，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(jiǎn)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(cè)量電壓）和 MI（測(cè)量電流）模式。RANGE MUX 允許多個(gè)電流范圍 RA （1.2A）、RB （20mA）、RC （2mA） 和 RD （200μA） 與外部檢測(cè)電阻器結(jié)合使用?？赏ㄟ^更改檢測(cè)電阻值來設(shè)計(jì)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(jì)DPS IC時(shí)的兩個(gè)重要考慮因素：范圍變化毛刺和效率。稍后，應(yīng)用筆記詳細(xì)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(gè)考慮因素，范圍變化故障。當(dāng)ATE執(zhí)行DUT測(cè)試時(shí)，系統(tǒng)可能需要更改不同測(cè)試的當(dāng)前范圍。IDDQ或靜態(tài)電流測(cè)量通常需要最低電流范圍來測(cè)量較小的電流值。移動(dòng)到最低電流范圍時(shí)的電壓尖峰或毛刺不僅會(huì)影響測(cè)量，還可能損壞DUT設(shè)備。無干擾范圍更改可保護(hù) DUT 并驗(yàn)證測(cè)試。當(dāng)使用270pF負(fù)載電容進(jìn)行測(cè)試時(shí)，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(fù)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在過渡期間的故障要小得多。競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的DPS在幾微秒的時(shí)間內(nèi)具有159mV的毛刺。因此，Maxim Integrated的DPS性能比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的量程變化性能高出536%，而不會(huì)對(duì)DUT造成任何損壞。

圖2.Maxim Integrated與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(shí)的第二個(gè)重要考慮因素，因?yàn)樗苯佑绊懗杀竟?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(jì)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(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品DPS（1A）更多的電流（1.2A），效率更高（58.33%）。MAX32010 DPS效率比競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品2的DPS IC高11%，比競(jìng)爭(zhēng)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(shí)的一些方面。

如何滿足 DPS 中的自定義負(fù)載電流要求

每個(gè) ATE 都有針對(duì)每個(gè)被測(cè)器件 （DUT） 的自定義負(fù)載電流要求（圖 3）。MAX32010只需改變一個(gè)檢測(cè)電阻值即可實(shí)現(xiàn)自定義范圍選擇。MAX32010中的RANGE多路復(fù)用器選擇以下電流范圍之一：RA （1.2A）、RB （20mA）、RC （2mA）或RD （200μA）。檢測(cè)電阻值使用以下公式選擇，R意義= 1V/I外.例如，負(fù)載電流要求為5mA;5mA是自定義負(fù)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(cè)電阻選擇的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱Maxim Integrated的應(yīng)用筆記7068：“如何計(jì)算器件電源IC中定制負(fù)載電流要求的檢測(cè)電阻值”。

圖3.使用檢測(cè)電阻器進(jìn)行定制負(fù)載電流選擇。

如何增加輸出電流

很多時(shí)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(gè)DPS器件可以實(shí)現(xiàn)大于1.2A的電流。兩個(gè)器件均保持FI模式，以使電流加倍。例如，將兩個(gè)7V、1.2A器件并聯(lián)在一起可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)7V、2.4A的輸出電流。

圖4.并聯(lián) DPS 配置可實(shí)現(xiàn)更高的輸出電流。

增加DPS輸出驅(qū)動(dòng)電流能力的另一種方法是對(duì)輸出進(jìn)行脈沖。如果電流要求只是短期，那么脈沖測(cè)試是一個(gè)可行的選擇，如圖5所示。該測(cè)試的一個(gè)可能示例是DUT的I-V表征。脈沖測(cè)試是通過改變FI ON時(shí)間的占空比來完成的。在此測(cè)試中，DPS模式在50%的時(shí)間內(nèi)設(shè)置為FI模式，在另外50%的時(shí)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?cè)贛AX32010 IC上進(jìn)行了該實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下：

最大輸出電流 = 1.436A，占空比高達(dá) 50%

圖5.MAX32010的50%占空比脈沖測(cè)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(jì)算 theta-JA 的邊界條件。計(jì)算功率損耗并考慮所有散熱介質(zhì)（傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射）。

第 3 步：散熱器底座面積和散熱器風(fēng)扇的流速是計(jì)算封裝溫度分布時(shí)很重要的兩個(gè)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(zhǎng)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(jí)架構(gòu)。

審核編輯：郭婷