在特定于应用的自动化测试设备系统中设计设备电源IC

本应用笔记提供了在自动测试设备（ATE）系统中选择器件电源（DPS）IC的指南。这些考虑将帮助客户根据其特定的ATE系统选择DPS IC，例如MAX32010。它还解释了解决ATE系统输出电流和热要求的最佳系统级架构。

介绍

器件电源 （DPS） IC 具有灵活的力电压和力电流容量，可为自动化测试设备 （ATE） 提供动态测试功能。当负载电流介于两个编程电流限值之间时，DPS IC是电压源，当达到编程电流限值时，DPS IC优雅地转换为精密电流源/吸收电流。

图1所示为下一代Maxim集成器件电源MAX32010的简化架构。开关 FIMODE、FV 模式和 FISLAVE 模式选择不同的模式，例如 FV（力电压）、FI（力电流）和 FI 从属选择，而开关 HIZF 和 HIZM 分别选择 MV（测量电压）和 MI（测量电流）模式。RANGE MUX 允许多个电流范围 RA （1.2A）、RB （20mA）、RC （2mA） 和 RD （200μA） 与外部检测电阻器结合使用。可通过更改检测电阻值来设计自定义电流范围，公式为 R®意义= 1V/I外.CLEN 开关以及 ICLMP 和 VCLMP DAC 允许用户设置可编程电压和电流钳位。

图1.MAX32010原理图

本应用笔记首先介绍了在系统中设计DPS IC时的两个重要考虑因素：范围变化毛刺和效率。稍后，应用笔记详细介绍了构建DPS系统以满足特定应用要求的某些方面。

范围变化毛刺

让我们看一下第一个考虑因素，范围变化故障。当ATE执行DUT测试时，系统可能需要更改不同测试的当前范围。IDDQ或静态电流测量通常需要最低电流范围来测量较小的电流值。移动到最低电流范围时的电压尖峰或毛刺不仅会影响测量，还可能损坏DUT设备。无干扰范围更改可保护 DUT 并验证测试。当使用270pF负载电容进行测试时，Maxim Integrated的DPS非常平稳地执行这种转换，没有任何毛刺，如图2所示。在没有负载电容 （0pF） 的情况下，这种转换发生在 20μs 的跨度内，斜坡速率为 25mV/20μs。这种过渡比竞争对手在过渡期间的故障要小得多。竞争对手的DPS在几微秒的时间内具有159mV的毛刺。因此，Maxim Integrated的DPS性能比竞争对手的量程变化性能高出536%，而不会对DUT造成任何损坏。

图2.Maxim Integrated与竞争对手之间的范围变化故障比较。

器件电源效率

器件电源效率是选择DPS IC时的第二个重要考虑因素，因为它直接影响成本节约和系统可靠性。效率越高，成本节约、可靠性就越大，通常还有系统的使用寿命。DPS效率越低，产生的热量就越多;更多的热量意味着更多的磨损和系统中组件的更高故障率。

器件电源效率的计算公式为效率=功率输出/功率输入。

如表1所示，Maxim的DPS提供比竞争产品DPS（1A）更多的电流（1.2A），效率更高（58.33%）。MAX32010 DPS效率比竞争产品2的DPS IC高11%，比竞争产品1的DPS IC高155%。

集成电路	电源 I/P	电源输出/P	效率
MAX32010	12V， 1.2A	7V、1.2A	58.33%
竞争对手 1	16.25V， 1.2A	3.7V、1.2A	22.76%
竞争对手 2	14.75V， 1A	7.75V， 1A	52.54%

现在，让我们考虑构建DPS系统以满足特定于应用程序的要求时的一些方面。

如何满足 DPS 中的自定义负载电流要求

每个 ATE 都有针对每个被测器件 （DUT） 的自定义负载电流要求（图 3）。MAX32010只需改变一个检测电阻值即可实现自定义范围选择。MAX32010中的RANGE多路复用器选择以下电流范围之一：RA （1.2A）、RB （20mA）、RC （2mA）或RD （200μA）。检测电阻值使用以下公式选择，R意义= 1V/I外.例如，负载电流要求为5mA;5mA是自定义负载电流，属于范围B。选择正确的 R意义： RS意义= RB = 1V/5mA = 200Ω。有关检测电阻选择的更多详细信息，请参阅Maxim Integrated的应用笔记7068：“如何计算器件电源IC中定制负载电流要求的检测电阻值”。

图3.使用检测电阻器进行定制负载电流选择。

如何增加输出电流

很多时候，DUT 可能需要比 DPS 所能提供的更高的电流。如图4所示，通过并联多个DPS器件可以实现大于1.2A的电流。两个器件均保持FI模式，以使电流加倍。例如，将两个7V、1.2A器件并联在一起可以实现高达7V、2.4A的输出电流。

图4.并联 DPS 配置可实现更高的输出电流。

增加DPS输出驱动电流能力的另一种方法是对输出进行脉冲。如果电流要求只是短期，那么脉冲测试是一个可行的选择，如图5所示。该测试的一个可能示例是DUT的I-V表征。脉冲测试是通过改变FI ON时间的占空比来完成的。在此测试中，DPS模式在50%的时间内设置为FI模式，在另外50%的时间内设置为“高阻抗”模式。占空比可以根据 DUT 电流要求而变化。我们在MAX32010 IC上进行了该实验，结果如下：

最大输出电流 = 1.436A，占空比高达 50%

图5.MAX32010的50%占空比脉冲测试输出

如何为 DPS 系统选择正确的散热器

必须为可靠和稳定的系统选择合适的散热器。以下示例给出了为MAX32010选择正确散热器的分步指南。

第 1 步：获取包裹的相关尺寸。封装的热分析有助于选择正确的散热器。了解散热的裸露焊盘的面积很重要。

第 2 步：获取 PCB 热属性以计算 theta-JA 的边界条件。计算功率损耗并考虑所有散热介质（传导、对流和辐射）。

第 3 步：散热器底座面积和散热器风扇的流速是计算封装温度分布时很重要的两个变量（图 6）。目的是确保IC的结温保持在热关断温度以下。我们使用静止空气的分析表明，MAX32010需要基底面积为30.48mm x 30.48mm、厚度为5mm和15mm长的散热片，以保持结温低于140°C。

图6.带散热器的MAX32010封装的温度分布

步骤4：气流和散热器材料在保持IC结温低于140°C方面也起着重要作用。 我们的分析表明，通过向铜散热器增加 1m/s 的气流，温度性能得到了显著改善（图 7）。

图7.MAX32010的热分析

结论

本应用笔记提供了在ATE系统中选择DPS IC的指南，并帮助客户根据其特定的ATE系统选择DPS IC。应用笔记还解释了满足ATE系统输出电流和热要求的最佳系统级架构。

审核编辑：郭婷