MAX9949/MAX9950 双引脚参数测量单元详解

在电子测试和测量领域，精确的参数测量对于保证产品质量和性能至关重要。MAXIM公司的MAX9949/MAX9950双引脚参数测量单元（PMU）因其卓越的特性，成为自动测试设备（ATE）和其他仪器仪表的理想选择。下面，我们就来详细了解一下这款产品。

文件下载：MAX9949DCCB+D.pdf

一、产品概述

MAX9949/MAX9950具有小巧的封装尺寸、宽广的力和测量范围以及高准确性等特点。它能够在 -2V 到 +7V 通过 -7V 到 +13V 的电压范围内进行电压施加或测量，具体范围取决于电源电压（VCC 和 VEE）。该设备可处理高达 +30V（VCC 到 VEE）的电源电压，并且在满电流情况下能够承受 20V 的被测设备（DUT）电压摆幅。此外，它还能施加或测量高达 ±25mA 的电流，最低满量程范围为 ±2µA。对于超过 ±25mA 的电流范围，可通过集成的支持电路使用外部缓冲放大器。

二、关键特性

2.1 多种工作模式

支持 Force Voltage/Measure Current（FVMI）、Force Current/Measure Voltage（FIMV）、Force Voltage/Measure Voltage（FVMV）、Force Current/Measure Current（FIMI）、Force Nothing/Measure Voltage（FNMV）五种工作模式，满足不同的测试需求。

2.2 可编程电流范围

具备五个可编程电流范围，分别为 ±2µA、±20µA、±200µA、±2mA、±25mA，可灵活适应不同的电流测量场景。

2.3 电压和电流测量功能

能在 -2V 到 +7V 通过 -7V 到 +13V 的输入电压范围内工作，并在满电流时支持高达 20V 的电压摆幅。同时，带有 Force-Current/Measure-Current 电压偏移（IOS）功能，可将控制或测量信号置于外部 DAC 或 ADC 范围的中心。

2.4 集成功能

集成了比较器，可通过外部设置电压阈值来检测电压和电流水平；MSR_ 和比较器输出可以置于高阻态；集成的电压钳位可将力输出限制在外部设置的水平。

2.5 低功耗和小封装

每个 PMU 的最大功耗仅为 8mA，且采用 64 引脚 10mm x 10mm、0.5mm 间距的 TQFP 封装，顶部（MAX9949）或底部（MAX9950）带有暴露的 8mm x 8mm 裸片焊盘，便于高效散热。

三、电气特性

3.1 绝对最大额定值

详细规定了各个引脚的电压极限，如 VCC 到 AGND 为 +20V、VEE 到 AGND 为 -15V 等，以及连续功耗、结温、存储温度范围等参数。工程师在使用时必须严格遵守这些额定值，以避免设备永久性损坏。

3.2 DC 电气特性

涵盖了 Force Voltage、Measure Current、Measure Voltage、Force Output、Sense Input 等方面的参数，包括输入电压范围、偏置电流、增益误差、线性误差等。例如，在 Force Voltage 方面，不同条件下的输入电压范围、强制电压、输入偏置电流等都有明确规定。

3.3 AC 电气特性

给出了不同工作模式和电流范围内的建立时间、最大稳定负载电容等参数。例如，在 Force Voltage 模式下，不同电阻范围对应的建立时间从 160µs 到 25µs 不等。

四、引脚说明

MAX9949/MAX9950 共有 64 个引脚，每个引脚都有其特定的功能。例如，VEE 和 VCC 分别为负模拟电源输入和正模拟电源输入；FORCE 引脚用于向 DUT 施加电流或电压；SENSE 引脚作为与 DUT 的开尔文连接，提供反馈信号或测量信号。此外，还有用于范围设置、串行通信、比较器输出控制等功能的引脚，工程师需要根据具体的应用场景正确连接这些引脚。

五、工作原理与控制

5.1 串行接口

使用标准的 3 线 SPI™/QSPI™/MICROWIRE™ 兼容串行端口进行通信。输入数据寄存器填满后，数据可从 DOUT 输出，支持多个设备的级联。通过 CS、SCLK、DIN 等引脚进行数据的传输和控制，同时利用 LOAD 输入可异步将所有输入寄存器的数据加载到 PMU 寄存器中。

5.2 PMU 控制

通过 16 位字来编程 PMU，地址位用于指定输入寄存器的更新情况，控制位则用于选择工作模式、电流范围、钳位启用等功能。例如，通过 INMODE、FMODE、MMODE、HI-ZFORCE 等控制位可以选择不同的力和测量模式。

5.3 模式选择

可根据需要选择 FVMI、FIMV、FVMV、FIMI、FNMV 等五种工作模式，每种模式对应不同的力输出和测量输出。例如，在 FVMI 模式下，FORCE 输出电压，MSR 输出与 DUT 电流成比例的电压。

5.4 电流范围选择

通过控制字中的 RS0、RS1、RS2 三位来控制全量程电流范围，可选择 ±2µA 到 ±25mA 等不同档位，还可选择外部电流范围。

5.5 其他功能控制

包括电压钳位、比较器、测量输出高阻控制等功能。电压钳位可通过 CLENABLE 位启用或禁用，比较器用于监测 MSR 输出，MSR 输出的高阻态可通过 HI-ZMSR 控制位或 HI-Z_ 输入进行控制。

六、应用信息

6.1 不同模式下的工作原理

在 Force-Voltage（FV）模式下，FORCE 输出电压与输入控制电压成正比；在 Force-Current（FI）模式下，FORCE 输出电流与输入控制电压成正比；在 Measure-Current（MI）模式下，MSR 输出电压与 FORCE 输出电流成正比；在 Measure-Voltage（MV）模式下，MSR 输出电压与 SENSE 输入电压成正比。

6.2 电流感测放大器偏移电压输入

IOS 是电流感测放大器的缓冲输入，可调整与 ± 满量程电流对应的电压范围。工程师需要根据电源电压合理选择 IOS 值，以避免 MSR_ 输出信号削波。

6.3 外部电流 Boost

可使用外部缓冲放大器来提供大于 MAX9949/MAX9950 最大输出电流的电流范围，通过数字输出 EXTSEL_ 控制 Booster 的激活。

6.4 电压钳位和电流限制

电压钳位可将 FORCE 输出限制在指定范围内，电流限制电路可确保 MSR 输出在满量程电流和电流限制之间表现良好。

6.5 独立开关控制

通过两个单刀双掷（SPDT）开关独立控制反馈和测量，实现除传统 FVMI 和 FIMV 模式外的灵活工作模式。

6.6 高阻态和输入源选择

FORCE、MSR 和比较器输出均具有高阻控制功能，可将其置于高阻抗、低泄漏状态。输入源可选择 IN0 或 IN1 来控制强制电压和电流。

6.7 保护与稳定性

具备短路保护功能，FORCE 输出和 SENSE 输入可承受电源轨之间的短路。采用先通后断的开关方式并结合集成电压钳位，可减少模式和范围变化时的瞬态干扰。同时，通过合理选择补偿电容可确保电路在最大预期负载电容下的稳定性和优化建立时间。

七、总结

MAX9949/MAX9950 双引脚参数测量单元凭借其丰富的功能、高精度的测量能力和灵活的控制方式，为自动测试设备和其他仪器仪表的设计提供了强大的支持。工程师在使用过程中，需要充分了解其电气特性、引脚功能和工作原理，根据具体的应用场景进行合理的配置和设计，以充分发挥该产品的优势。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享讨论。