專利名稱：一種精密恒流恒壓施加測試電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于測試技術領域，更為具體地講，涉及一種精密恒流恒壓施加測試電路。
背景技術：
集成電路作為信息產(chǎn)業(yè)的基礎和核心，是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，在推動經(jīng)濟發(fā)展、社會進步、提高人民生活水平以及保障國家安全等方面發(fā)揮著重要作用，已成為當前國際競爭的焦點和衡量一個國家或地區(qū)現(xiàn)代化程度以及綜合國力的重要標志。集成電路測試是保證集成電路性能、質(zhì)量的關鍵手段之一，集成電路測試技術是發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)的三大支撐技術之一。按測試內(nèi)容，集成電路的測試可以分為直流參數(shù)測試和交流參數(shù)測試。其中直流參數(shù)測試在集成電路的設計、生產(chǎn)及維護中起著舉足輕重的作用，尤其是在大規(guī)模生產(chǎn)中， 直流參數(shù)測試的應用非常廣泛，它往往是評價集成電路合格與否的關鍵。直流參數(shù)測試通常包括直流電壓和直流電流的測試。直流電壓和電流測試的基本方法是施加電壓測電流(FVMI)和施加電流測電壓(FIMV)。施加電壓測電流是在芯片的某些引腳上施加恒定電壓值，然后在相應的輸出引腳測試響應電流；施加電流測電壓是在芯片的引腳施加恒定電流值，然后測試其輸出響應的電壓。可見，要完成集成電路的直流參數(shù)測試，必須要有能夠提供恒定電壓或電流激勵，并且同時能完成電壓和電流測量的施加測試電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種精密恒流恒壓施加測試電路。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明精密恒流恒壓施加測試電路包括由施加DAC、施加放大器和功率放大器組成的前向通路、由電流取樣電阻、電流檢測放大器、電壓檢測放大器和電流/電壓選擇開關組成的負反饋回路以及測量電路；施加DAC將代表直流電流或直流電壓幅度的程控數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號并輸出到施加放大器；施加放大器是一個誤差放大器，它將負反饋回路反饋的電流或電壓值與施加DAC的輸出值進行誤差放大，并輸出到功率放大器；功率放大器將施加放大器的輸出進行功率放大，然后經(jīng)電流取樣電阻輸出到負載；電流取樣電阻將流過負載的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后輸出到電流檢測放大器，電流檢測放大器將反應負載電流大小的電壓信號放大后輸出到電流/電壓選擇開關； 電壓檢測放大器將負載上的電壓放大后輸出到電流/電壓選擇開關；電流/電壓選擇開關在施加恒流時，選擇電流檢測放大器輸出作為負反饋回路反饋的電流值送入施加放大器， 電流/電壓選擇開關在施加恒壓時，選擇電壓檢測放大器輸出作為負反饋回路反饋的電壓值送入施加放大器，構(gòu)成負反饋，如果反饋的電流或電壓值大于施加DAC的輸出值，則施加放大器輸出減小，功率放大器輸出減小，相反則施加放大器輸出增大，功率放大器輸出也增加，使反饋的電流或電壓值等于施加DAC的輸出值，從而精確控制輸出恒定電流或電壓；
測量電路對恒流施加時負載的電壓進行測量，對恒壓施加時負載的電流進行測量；其中，作為比較的負反饋回路反饋的電流或電壓值、施加DAC的輸出值、施加放大器輸出、功率放大器輸出均指幅度值，其具體的正負相位關系視具體的電路設計而定。作為改進，本發(fā)明精密恒流恒壓施加測試電路還包括箝位DAC，箝位放大器和箝位反饋選擇開關組成的箝位電路；箝位DAC用于設定電流或電壓箝位值，其輸出箝位值輸出到箝位放大器；在施加恒流時，箝位反饋選擇開關選擇電壓檢測放大器的輸出作為反饋值送入箝位放大器，反饋值與電壓箝位值進行比較，如果反饋值小于等于電壓箝位值，則箝位放大器不輸出，如果反饋值大于箝位值，則箝位放大器輸出，使施加放大器輸出的、用于驅(qū)動功率放大器的電壓或電流減小，驅(qū)動功率放大器輸出電流相應減小，輸出電壓箝位，變成恒壓輸出，并由電壓箝位值確定。在施加恒壓時，箝位反饋選擇開關選擇電流檢測放大器的輸出作為反饋值送入箝位放大器，反饋值與電流箝位值進行比較，如果反饋值小于等于電流箝位值，則箝位放大器不輸出，如果反饋值大于箝位值，則箝位放大器輸出，使施加放大器輸出的、用于驅(qū)動功率放大器的電壓或電流減小，驅(qū)動功率放大器輸出電壓相應減小，輸出電流箝位，變成恒流輸出，并由電流箝位值確定；其中，反饋值及箝位值均指幅度值，其具體的正負相位關系視具體的電路設計而定。本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的在本發(fā)明中，精密恒流恒壓施加測試電路通過負反饋回路對輸出電流或電壓進行采樣放大，然后與前向通路中輸入程控數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的模擬信號進行比較，如果反饋的電流或電壓值大于施加DAC的輸出值，則施加放大器輸出減小，功率放大器輸出減小，相反則施加放大器輸出增大，功率放大器輸出也增加，使反饋的電流或電壓值等于施加DAC的輸出值，從而精確控制輸出恒定電流或電壓。


圖1是本發(fā)明精密恒流恒壓施加測試電路一種具體實施方式
原理框圖；圖2是圖1所示FPGA控制電路的邏輯框圖；圖3是圖1所示的前向通路、負反饋回路的具體電路原理圖；圖4是圖1所示精密恒流恒壓施加測試電路電流箝位部分電路圖；圖5是圖1所示的測量電路的電原理圖；圖6是圖1所示光電隔離電路的電原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時，這些描述在這里將被忽略。實施例
圖1是本發(fā)明精密恒流恒壓施加測試電路一種具體實施方式
原理框圖。在本實施例中，如圖所示，本發(fā)明精密恒流恒壓施加測試電路包括前向通路1、負反饋回路2、箝位電路3、測量電路4、FPGA控制電路5、光電隔離電路6以及CPU 7。CPU 7的作用是發(fā)出控制命令，以選擇工作模式；控制DA轉(zhuǎn)換器，以設定施加的電流和電壓值，設定箝位電流和電壓值，設定窗口比較電平；控制AD轉(zhuǎn)換器，完成測量工作。施加DAC 101、施加放大器102和功率放大器103組成前向通路1。FPGA控制電路 5輸出代表直流電流或直流電壓幅度的程控數(shù)字信號通過光電隔離電路6輸入到施加DAC 10LDAC 101將代表直流電流或直流電壓幅度的程控數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號并輸出到施加放大器102。施加放大器102是一個誤差放大器，它將負反饋回路反饋的電流或電壓值與施加DAC 101的輸出值進行誤差放大，并輸出到功率放大器103 ；在本實施例中，施加放大器102對直流信號而言是工作在開環(huán)狀態(tài)，其放大倍數(shù)由總的環(huán)路增益決定。功率放大器 103將施加放大器102的輸出進行功率放大，然后經(jīng)電流取樣電阻輸出到負載；在本實施例中，功率放大器103的增益是恒定值。電流取樣電阻201、電流檢測放大器202、電壓檢測放大器203和電流/電壓選擇開關Kl組成負反饋回路2。電流取樣電阻201將流過負載的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后輸出到電流檢測放大器202，改變電流取樣電阻201的值就可以實現(xiàn)不同的電流量程。電流檢測放大器202 將反應負載電流大小的電壓信號放大后輸出到電流/電壓選擇開關Kl ；電流檢測放大器 202是一個差分放大器，電流檢測放大器202增益為恒定值。電壓檢測放大器203電壓檢測放大器也是一個差分放大器，其增益可控，通過調(diào)節(jié)其增益，可以實現(xiàn)不同的電壓量程；電壓檢測放大器203將負載上的電壓，即施加端到地之間的電壓放大后輸出到電流/電壓選擇開關Kl。電流/電壓選擇開關Kl在施加恒流時，選擇電流檢測放大器202輸出作為負反饋回路反饋的電流值送入施加放大器102 ；電流/電壓選擇開關Kl在施加恒壓時，選擇電壓檢測放大器202輸出作為負反饋回路反饋的電壓值送入施加放大器102，構(gòu)成負反饋。如果反饋的電流或電壓值大于施加DAC的輸出值，則施加放大器102輸出減小，功率放大器103 輸出減小，相反則施加放大器102輸出增大，功率放大器103輸出也增加，使反饋的電流或電壓值等于施加DAC 101的輸出值，從而精確控制輸出恒定電流或電壓。在本實施例中，如圖1所示，箝位電路3由箝位DAC 301，箝位放大器302和箝位反饋選擇開關K2。箝位DAC 301用于設定電流或電壓箝位值，其輸出箝位值輸出到箝位放大器 302 ；在施加恒流時，箝位反饋選擇開關K2選擇電壓檢測放大器203的輸出作為反饋值送入箝位放大器302，反饋值與箝位值進行比較，如果反饋值小于等于箝位值，則箝位放大器302不輸出，如果反饋值大于箝位值，則箝位放大器302輸出，對施加放大器102輸出的、 用于驅(qū)動功率放大器103的電流進行分流，使驅(qū)動功率放大器103輸出電壓箝位，變成恒壓輸出。在施加恒壓時，箝位反饋選擇開關K2選擇電流檢測放大器202的輸出作為反饋值送入箝位放大器302，反饋值與箝位值進行比較，如果反饋值小于等于箝位值，則箝位放大器302不輸出，如果反饋值大于箝位值，則箝位放大器302輸出，對施加放大器102輸出的、用于驅(qū)動功率放大器103的電流進行分流，使驅(qū)動功率放大器103輸出電流箝位，變成恒流輸出。在本實施例中，如圖1所示，箝位放大器302包括正向箝位放大器3021、負向箝位放大器3022、反相器3023以及二極管Dl、D2，箝位DAC 301輸出的箝位值直接輸出給正向箝位放大器3021，同時，該箝位值經(jīng)過反相器3023后輸入到負向箝位放大器3022。檢測到的反饋值為正時，負向箝位放大器3022始終輸出為負值，其輸出端正向接到功率放大器103的二極管D2不導通，不對施加放大器102輸出的、用于驅(qū)動功率放大器 103的電壓或電流進行分壓或分流，整個負向箝位放大器3022不起作用；同時，當檢測到的反饋值為正，且幅度值小于等于箝位值，則正向箝位放大器3021輸出高電平，其輸出端反向接到功率放大器103的二極管Dl不導通，不對施加放大器102輸出的、用于驅(qū)動功率放大器103的電壓或電流進行分壓或分流，整個正向箝位放大器3021也不起作用；當檢測到的反饋值為正，且幅度值大于箝位值，則正向箝位放大器3021輸出低電平，其輸出端反向接到功率放大器103的二極管Dl導通，使施加放大器102輸出的、用于驅(qū)動功率放大器103 的電壓或電流減小，驅(qū)動功率放大器103輸出的電流或電壓相應減小，輸出電壓或電流箝位，精密恒流恒壓施加測試電路由恒流或恒壓施加變成恒壓或恒流輸出。同理，檢測到的反饋值為負時，正向箝位放大器3021始終輸出為正值，其輸出端反向接到功率放大器103的二極管Dl不導通，不對施加放大器102輸出的、用于驅(qū)動功率放大器103的電壓或電流進行分壓或分流，整個正向箝位放大器3021不起作用；同時，當檢測到的反饋值為負，且幅度值小于等于箝位值，則負向箝位放大器3022輸出低電平，其輸出端正向接到功率放大器103的二極管D2不導通，不對施加放大器102輸出的、用于驅(qū)動功率放大器103的電壓或電流進行分壓或分流，整個負向箝位放大器3022也不起作用；當檢測到的反饋值為負，且幅度值大于箝位值，則負向箝位放大器3022輸出高電平，其輸出端正向接到功率放大器103的二極管D2導通，使施加放大器102輸出的、用于驅(qū)動功率放大器103的電壓或電流減小，使驅(qū)動功率放大器103輸出的電流或電壓相應減小，輸出電壓或電流箝位，精密恒流恒壓施加測試電路由恒流或恒壓施加變成恒壓或恒流輸出。測量電路4對恒流施加時負載的電壓進行測量，對恒壓施加時負載的電流進行測量。在本實施例中，如圖1所示，測量電路4包括上限D(zhuǎn)AC 401、下限D(zhuǎn)AC 402、上限比較器 403，下限比較器404和AD轉(zhuǎn)換器405 ；上限D(zhuǎn)AC 401用于設定比較電平的上限，輸入到上限比較器403，下限D(zhuǎn)AC 402用于設定比較電平下限，輸入到下限比較器404;上限比較器 403將恒流施加時負載的電壓反饋值或恒壓施加時負載的電流反饋值與設定的上限值進行比較，其結(jié)果經(jīng)光電隔離電路6送入到FPGA控制電路5 ；下限比較器404將恒流施加時負載的電壓反饋值或恒壓施加時負載的電流反饋值與設定的下限值進行比較，然后結(jié)果經(jīng)光電隔離電路6送入到FPGA控制電路5。同時，AD轉(zhuǎn)換器405對將恒流施加時負載的電壓反饋值或恒壓施加時負載的電流反饋值進行采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換值經(jīng)光電隔離電路6到 FPGA控制電路5。在本實施例中，精密恒流恒壓施加測試電路工作原理為1)恒流/恒壓施加原理如圖1所示，恒流/恒壓施加功能由前向通路1和負反饋回路2實現(xiàn)，前向通路1 和負反饋回路2組成一個負反饋環(huán)路。理想的施加電流或電壓由施加DAC給定，實際的施加值由電流取樣電阻201、電流檢測放大器202或電壓檢測放大器203和電流/電壓選擇開關Kl反饋到施加放大器102，代表實際施加值的反饋電流或電壓值和代表理想施加值的施加DAC輸出值在施加放大器102的輸入端進行比較，當實際的施加值小于理想值時，施加放大器102的輸出增大，從而使實際輸出值，即施加值增大，直到實際輸出值精確地等于理想的給定值，即理想值；反之，當實際的施加值大于理想值時，施加放大器102的輸出減小， 從而使實際輸出值減小，直到實際輸出值精確地等于理想的給定值。當電流/電壓選擇開關Kl接到a端時實現(xiàn)恒流源工作模式，當電流/電壓選擇開關Kl接到b點時實現(xiàn)恒壓源工作模式。2)電流/電壓箝位電路工作原理如圖1所示，當精密恒流恒壓施加測試電路工作在恒流源模式時(電流/電壓選擇開關Kl接到a端)，箝位電路就工作在電壓箝位模式(箝位反饋選擇開關K2就接到d 端)。此時，正向箝位電壓值由箝位DAC 301給定，負向箝位電壓值由正向箝位值經(jīng)反相器 3023反相得到。正向箝位放大器3021將反饋的電壓值與正向箝位電壓值比較，負向箝位放大器3022將反饋的電壓值與負向箝位電壓值比較，當負載兩端電壓正常時，正向箝位放大器3021、負向箝位放大器3022輸出端的二極管D1、D2都是截止的，整個電路工作在恒流源模式。當負載發(fā)生開路或其他異常情況導致負載兩端電壓過高(反饋的電壓值正向高于正向箝位電壓值或負向低于負向箝位電壓值)，正向箝位放大器3021、負向箝位放大器3022 的輸出使其后接的兩個箝位二極管Dl、D2中的其中一只導通，對施加放大器102輸出的、用于驅(qū)動功率放大器103的電壓或電流進行分壓或分流，驅(qū)動功率放大器103的電壓或電流減小，驅(qū)動功率放大器輸出的電流相應減小，并由箝位二極管D1、D2控制，輸出電壓箝位， 并由箝位DAC 301給定的正向箝位電壓值確定，精密恒流恒壓施加測試電路由恒流源模式轉(zhuǎn)換成恒壓源模式，其輸出電壓大小就等于箝位電壓值。當負載恢復正常時，又轉(zhuǎn)換成恒流源模式。反之，如果施加電路工作在恒壓源模式(電流/電壓選擇開關Kl接到b端)，箝位電路就工作在電流箝位模式(箝位反饋選擇開關K2就接到c端)。此時，正向箝位電流值由箝位DAC 301給定，負向箝位電流值由正向箝位電流值經(jīng)反相器3023反相后得到。當流過負載的電流正常時，正向箝位放大器3021、負向箝位放大器3022輸出端的箝位二極管D1、 D2都是截止的，整個電路工作在恒壓源模式。當負載發(fā)生短路或其他異常情況導致流過負載電流過大(反饋的電流值正向大于正向箝位電流值或負向小于負向箝位電流值)，正向箝位放大器3021、負向箝位放大器3022的輸出使其后接的兩個二極管D1、D2之一導通，對施加放大器102輸出的、用于驅(qū)動功率放大器103的電壓或電流進行分壓或分流，驅(qū)動功率放大器103的電壓或電流減小，驅(qū)動功率放大器輸出的電壓相應減小，并由箝位二極管D1、 D2控制，輸出電流箝位，并由箝位DAC 301給定的正向箝位電流值確定，精密恒流恒壓施加測試電路由恒壓源模式轉(zhuǎn)換成恒流源模式，其輸出電流大小就等于箝位電流值。當負載恢復正常時，又轉(zhuǎn)換成恒壓源模式。3)電流/電壓測量工作原理在本實施例中，如圖1所示，測量電路可以完成電流或電壓的快速判讀和精確測量。判讀功能由上限D(zhuǎn)AC 401、下限D(zhuǎn)AC 402、上限比較器403，下限比較器404實現(xiàn)。判讀的上限值由上限D(zhuǎn)AC 401給定，下限值由下限D(zhuǎn)AC 402給定。當被測電流或電壓高于上限值的時候，上限比較器403輸出為1 ；反之當被測值小于判讀下限值時，下限比較器404的輸出為1。這樣，在不需要精確測量被測電壓或電流而只需要判定合格與否的情況下，就可以通過判讀功能快速的得到測試結(jié)果。當需要精確測試時，可由啟動AD轉(zhuǎn)換器405進行采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，從而得到被測電壓或電流的精確值。4)浮地測量原理在本實施例中，如圖1所示，本發(fā)明精密恒流恒壓施加測試電路具有浮地測量功能，通過對數(shù)字接口信號的隔離和電源的隔離來實現(xiàn)的。數(shù)字接口信號的主要包括FPGA和 DA轉(zhuǎn)換器及FPGA和AD轉(zhuǎn)換器之間的接口信號。對數(shù)字接口信號的隔離是通過光電隔離電路6來實現(xiàn)的。此外，要實現(xiàn)浮地測量功能，圖1中的施加測試電路的地電位必須浮置，不能與整個系統(tǒng)共地。本發(fā)明中是采樣DC-DC模塊來隔離該電路的供電電源，從而使施加測試電路的地為浮置狀態(tài)(DC-DC模塊圖中沒有畫出)。5)電流和電壓量程選擇電流量程的控制是通過改變電流取樣電阻201的值實現(xiàn)的，電壓量程是通過控制電壓檢測放大器203的增益實現(xiàn)。他們都是可以由計算機程控的。6)工作模式的切換如前所述，該電路具有8種工作模式，其中FV、FI、MV、MI是四種最基本的工作模式，其它幾種工作模式都是這四種基本工作模式的組合。各種工作模式的切換是通過控制電流/電壓選擇開關Kl和K2來實現(xiàn)的。表1是電路工作模式與開關狀態(tài)對照表，給出了各種開關組合對應的工作模式。
工作模式開關狀態(tài)備注KlK2FV施加電壓b任意如果要電流箝位，則將K2接cFVMI施加電壓測量電流bC啟用AD轉(zhuǎn)換器FVTI施加電壓并判讀電流bC啟用窗口比較器FI施加電流a任意如果要電壓箝位，則將K2接dFIMV施加電流測量電壓ad啟用AD轉(zhuǎn)換器FITV施加電流并判讀電壓ad啟用窗口比較器MV測量電壓任意d啟用AD轉(zhuǎn)換器TV判讀電壓任意d啟用窗口比較器表 1圖2是圖1所示FPGA控制電路的邏輯框圖。在本實施例中，如圖2所示，F(xiàn)PGA控制電路5包括地址譯碼器501、模式控制邏輯模塊502、DA接口邏輯模塊503、AD接口邏輯模塊504、判斷邏輯模塊505。地址譯碼器501 接收來自CPU的地址Atl A7和選通信號Slot，選通信號Slot使能地址譯碼器501，地址譯碼器501，對地址Atl A7進行譯碼，然后輸入到各個邏輯模塊中，使能相應的模塊。在模式控制邏輯模塊502中，寫feite信號和地址譯碼器501輸出的模式選擇信號輸入與門，當都為高電平時輸出高電平，使能模式數(shù)據(jù)鎖存器，鎖存來自CPU的數(shù)據(jù)Dtl D16，然后作為模式控制命令輸出給電流/電壓選擇開關K1、箝位反饋選擇開關K2實現(xiàn)各種工作模式的切換。
在DA接口邏輯模塊503中，寫feite信號和地址譯碼器501輸出的兩路選擇信號分別輸入與門，當其中啟動DA選擇信號為高電平、寫feite信號輸出高電平時，使能啟動DA 數(shù)據(jù)鎖存器，鎖存來自CPU的數(shù)據(jù)Dtl D16，然后作為啟動DA命令輸出給相應的DAC ；當其中啟動DA數(shù)據(jù)選擇信號為高電平、寫Write信號輸出高電平時，使能DA數(shù)據(jù)鎖存器，鎖存來自CPU的數(shù)據(jù)Dtl D16，并存入16位移位寄存器中，然后作為DA數(shù)據(jù)輸出給相應的DAC。 在圖2中只畫出了一個DA接口邏輯模塊503，其他還有三個沒有畫出。四個DA接口邏輯模塊分別對應施加DAC 101、箝位DAC 301、上限D(zhuǎn)AC 401、下限D(zhuǎn)AC 402。在AD接口邏輯模塊504中，寫feite信號和地址譯碼器501輸出的AD啟動選擇信號輸入與門，當都為高電平時輸出高電平，使能模式數(shù)據(jù)鎖存器，鎖存來自CPU的數(shù)據(jù)Dtl D16，然后作為啟動AD命令輸出給AD轉(zhuǎn)換器405。讀Read信號和和地址譯碼器501輸出的讀AD選擇信號輸入另一與門，使能三態(tài)門，接收16移位寄存器中的AD數(shù)據(jù)，AD數(shù)據(jù)來自 AD轉(zhuǎn)換器405，通過AD數(shù)據(jù)鎖存器存入16移位寄存器中。 在判讀邏輯模塊505中，讀Read信號和地址譯碼器501輸出的判斷邏輯選擇信號輸入與門，當都為高電平時輸出高電平，使能三態(tài)門，讀去來自測量電路4的上限比較結(jié)果或下限比較結(jié)果。圖3是圖1所示的前向通路、負反饋回路的具體電路原理圖。1)恒壓施加環(huán)路圖1中，將電流/電壓選擇開關Kl接到電壓檢測放大器203的輸出端，即可構(gòu)成恒壓施加環(huán)路203。如圖3所示，電壓施加環(huán)路由施加放大器102、功率放大器103、電壓檢測放大器、電流/電壓選擇開關Kl組成。如圖3所示，施加放大器102包括電阻R1、R2和施加運放Al。施加DAC 101輸出代表施加直流電壓幅度的電壓值VI，通過電阻Rl輸入到施加運放Al的反向輸入端，實際輸出施加直流電壓值Vo，經(jīng)電壓檢測放大器203、電流/電壓選擇開關Kl和電阻R2反饋回施加運放的反向輸入端，施加運放Al的正端接地。假設施加運放Al為理想運放的特點，則流入其反向輸入端的電流值應該為0，此時有

v1/r1=-v0*gv/r2
式中，Gv是電壓檢測放大器的增益，令Rl = R2 = IOK Ω，則有Vo = -Vl/Gv(2)由此可見，通過控制施加DAC 101的輸出值Vl就能精確控制輸出施加直流電壓值 Vo。此處的施加運放Al選用AD744，其建立時間為100ns，這樣可以快速調(diào)節(jié)輸出電壓或電流。本施加電路是由負反饋環(huán)路構(gòu)成，深度負反饋引起的相位變化可能導致自激震蕩， 使電路不能穩(wěn)定工作。因此，在施加運放的輸出端和反向輸入端接入了一個電容C1,該電容能起到相位補償?shù)淖饔茫瑥亩茐淖约ふ鹗幍南辔粭l件，使電路能穩(wěn)定工作。如圖3所示，在本實施例中，功率放大器103包括電阻R3、R4、R5和功率運放A2， 功率運放A2選用0PAM4，其最大輸出電流為2A，電阻R3接到施加運放Al輸出與功率運放 A2正輸入端，電阻R4接到功率運放A2負輸入端與輸出端之間，電阻R5接在功率運放A2負輸入端與地之間，構(gòu)成反向功率放大器。在本實施例中，電阻R4 = 3*R5，這樣，功率放大器103的增益固定為4。電壓檢測放大器203包括電阻R12 R17以及電壓檢測運放A2，電阻R12接在施加端與電壓檢測運放A2的正端，電阻R13接在地與電壓檢測運放A2的負端，反饋電阻 R14-R17接在電壓檢測運放A2的輸出端和負端之間，構(gòu)成一個同相差動放大器，通過選擇不同的反饋電阻R14-R17，可以改變電壓檢測放大器的增益，其增益Gv為
權(quán)利要求
1.一種精密恒流恒壓施加測試電路包括由施加DAC、施加放大器和功率放大器組成的前向通路、由電流取樣電阻、電流檢測放大器、電壓檢測放大器和電流/電壓選擇開關組成的負反饋回路以及測量電路；施加DAC將代表直流電流或直流電壓幅度的程控數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號并輸出到施加放大器；施加放大器是一個誤差放大器，它將負反饋回路反饋的電流或電壓值與施加 DAC的輸出值進行誤差放大，并輸出到功率放大器；功率放大器將施加放大器的輸出進行功率放大，然后經(jīng)電流取樣電阻輸出到負載；電流取樣電阻將流過負載的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后輸出到電流檢測放大器， 電流檢測放大器將反應負載電流大小的電壓信號放大后輸出到電流/電壓選擇開關；電壓檢測放大器將負載上的電壓放大后輸出到電流/電壓選擇開關；電流/電壓選擇開關在施加恒流時，選擇電流檢測放大器輸出作為負反饋回路反饋的電流值送入施加放大器，電流/ 電壓選擇開關在施加恒壓時，選擇電壓檢測放大器輸出作為負反饋回路反饋的電壓值送入施加放大器，構(gòu)成負反饋，如果反饋的電流或電壓值大于施加DAC的輸出值，則施加放大器輸出減小，功率放大器輸出減小，相反則施加放大器輸出增大，功率放大器輸出也增加，使反饋的電流或電壓值等于施加DAC的輸出值，從而精確控制輸出恒定電流或電壓； 測量電路對恒流施加時負載的電壓進行測量，對恒壓施加時負載的電流進行測量； 其中，作為比較的負反饋回路反饋的電流或電壓值、施加DAC的輸出值、施加放大器輸出、功率放大器輸出均指幅度值，其具體的正負相位關系視具體的電路設計而定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密恒流恒壓施加測試電路，其特征在于，還包括箝位DAC， 箝位放大器和箝位反饋選擇開關組成的箝位電路；箝位DAC用于設定電流或電壓箝位值， 其輸出箝位值輸出到箝位放大器；在施加恒流時，箝位反饋選擇開關選擇電壓檢測放大器的輸出作為反饋值送入箝位放大器，反饋值與電壓箝位值進行比較，如果反饋值小于等于電壓箝位值，則箝位放大器不輸出，如果反饋值大于箝位值，則箝位放大器輸出，使施加放大器輸出的、用于驅(qū)動功率放大器的電壓或電流減小，驅(qū)動功率放大器輸出電流相應減小，輸出電壓箝位，變成恒壓輸出， 并由電壓箝位值相確定；在施加恒壓時，箝位反饋選擇開關選擇電流檢測放大器的輸出作為反饋值送入箝位放大器，反饋值與電流箝位值進行比較，如果反饋值小于等于電流箝位值，則箝位放大器不輸出，如果反饋值大于箝位值，則箝位放大器輸出，使施加放大器輸出的、用于驅(qū)動功率放大器的電壓或電流減小，驅(qū)動功率放大器輸出電壓相應減小，輸出電流箝位，變成恒流輸出， 并由電流箝位值確定；其中，反饋值及箝位值均指幅度值，其具體的正負相位關系視具體的電路設計而定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的精密恒流恒壓施加測試電路，其特征在于，箝位放大器包括正向箝位放大器、負向箝位放大器、反相器以及二極管D1、D2，箝位DAC輸出的箝位值直接輸出給正向箝位放大器，同時，該箝位值經(jīng)過反相器后輸入到負向箝位放大器；檢測到的反饋值為正時，負向箝位放大器始終輸出為負值，其輸出端正向接到功率放大器的二極管D2不導通，不對施加放大器輸出的、用于驅(qū)動功率放大器的電壓或電流進行分壓或分流，整個負向箝位放大器不起作用；同時，當檢測到的反饋值為正，且幅度值小于等于箝位值，則正向箝位放大器輸出高電平，其輸出端反向接到功率放大器的二極管Dl不導通，不對施加放大器輸出的、用于驅(qū)動功率放大器的電壓或電流進行分壓或分流，整個正向箝位放大器也不起作用；當檢測到的反饋值為正，且幅度值大于箝位值，則正向箝位放大器輸出低電平，其輸出端反向接到功率放大器的二極管Dl導通，使施加放大器輸出的、用于驅(qū)動功率放大器的電壓或電流減小，驅(qū)動功率放大器輸出的電流或電壓相應減小，輸出電壓或電流箝位，精密恒流恒壓施加測試電路由恒流或恒壓施加變成恒壓或恒流輸出；同理，檢測到的反饋值為負時，正向箝位放大器始終輸出為正值，其輸出端反向接到功率放大器的二極管Dl不導通，不對施加放大器輸出的、用于驅(qū)動功率放大器的電壓或電流進行分壓或分流，整個正向箝位放大器不起作用；同時，當檢測到的反饋值為負，且幅度值小于等于箝位值，則負向箝位放大器輸出低電平，其輸出端正向接到功率放大器的二極管 D2不導通，不對施加放大器輸出的、用于驅(qū)動功率放大器的電壓或電流進行分壓或分流， 整個負向箝位放大器也不起作用；當檢測到的反饋值為負，且幅度值大于箝位值，則負向箝位放大器輸出高電平，其輸出端正向接到功率放大器的二極管D2導通，使施加放大器輸出的、用于驅(qū)動功率放大器的電壓或電流減小，驅(qū)動功率放大器輸出的電流或電壓相應減小， 輸出電壓或電流箝位，精密恒流恒壓施加測試電路由恒流或恒壓施加變成恒壓或恒流輸出ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種精密恒流恒壓施加測試電路，通過負反饋回路對輸出電流或電壓進行采樣放大，然后與前向通路中輸入程控數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的模擬信號進行比較，如果反饋的電流或電壓值大于施加DAC的輸出值，則施加放大器輸出減小，功率放大器輸出減小，相反則施加放大器輸出增大，功率放大器輸出也增加，使反饋的電流或電壓值等于施加DAC的輸出值，從而精確控制輸出恒定電流或電壓。此外，箝位電路在施加恒流/恒壓時，負載出現(xiàn)開路或短路等異常情況時，使施加放大器輸出的、用于驅(qū)動功率放大器的電壓或電流減小，驅(qū)動功率放大器輸出電壓或電流箝位，變成恒壓/恒流輸出，從而保護精密恒流恒壓施加測試電路。
文檔編號G01R31/28GK102288899SQ20111020004
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者古軍, 古天祥, 徐林, 竇艷杰, 詹惠琴, 金鳴 申請人:電子科技大學