加速差动输出的测量

引言

在进行差动线路驱动器元件的测试时，必须测量每个驱动器的两输出端的差动电压。对于关键性的线性应用，还必须进行三种不同的测试以确保器件在不同的负载下发挥作用。在德仪，我们称这些测试为VOD1、VOD2和VOD3测试。
传统上工程师分几个阶段进行这些测试，每个阶段会要求额外的负载板元件或连接专门的电阻性网络。我们则借助于一种无需额外负载板元件或外部电阻网络的方法缩短了测试时间。我们对TIA/EIA-485-A器件进行了测试，不过这种技术也可以用来进行其它差动输出器件的测试。

测试方案

VOD1测试要求两个可能的输出电平上都存在0mA的作用电流，即反相输出A要高于非反相输出B，反之亦然。实际上，VOD1是一种标准的VOH和VOL测试。由于VOD1要求差动测量，需要首先测量VOH和VOL，然后求它们的差。
VOD1 = VOH(0mA)-VOL(0 mA) (1)
VOD2是一种不考虑接地的差动电压测量。在实施时通常使用一个或两个独立的负载电阻(在我们的应用中是54 W和100 W)。如图1所示，器件构成一个从输出A到输出B的电阻性通路。按数据表给定的电阻负载和最小压差要求，你可以计算负载电阻所需的激励电流(ISS)。ISS由高电压输出经过电阻RL而进入低电压输出，它等于VOD2(输出间的压差)除以RL。
ISS=VOD2min/RL (2)
因为数据表单规定有最小电压要求，VOD2为2V，RL为100 W，因此ISS为20mA。使用此ISS电平作为作用条件建立起基于VOH和VOL量值的VOD2计算关系。
VOD2 = VOHISS-VOLISS (3)
VOD21=VOHY(-27.8mA)- VOLZ(27.8 mA) (4)
VOD22=VOHZ(-27.8 mA)-VOLY(27.8 mA) (5)
ΔVOD2 = VOD21- VOD22 (6)
VOC定义为VOD2的二分之一，但相对于接地，可以通过如下计算得到：
VOC1=(VOD21/2) (7)
+ VOL(27.8mA)
VOC2=(VOD22/2) (8)
+ VOL(27.9Ma)
ΔVOC=VOC1-VOC2 (9)
增加电阻性网络
VOD3是不考虑接地的又一种差动电压测量。与以往相同，在一驱动器的反相和非反相输出之间进行测量。在此可以借助一种电阻性网络和外部电压源在A、B输出间进行这种测量(图2a)。运用Thevenin定理，可将VOD3电阻网络简化为一种△网络，进而变换成一种Y型网络(图2b)。由△网络阻值计算Y型电阻器的值：
R1= RcRb/(Ra+Rb+Rc) (10)
R2= RcRa/(Ra+Rb+Rc) (11)
R3= RaRb/(Ra+Rb + Rc) (12)
Y型网络交点1的电压是VOH或VOL，交点2的电压是VOL或VOH，交点3的电压是我们在测器件的数据表单中规定的VTEST。现在交点3与交点1间的电压V1，等于交点3的电压减去交点1的电压，交点3与交点2间的电压V2，等于交点3的电压减去交点2的电压。同样，交点3到交点1的电流通路为IOL，而交点3到交点2的电流通路是IOH。由基础课程中的矩阵代数运算可以确定IOL及IOH的表达式：
IOH=[1/(R1+R3)(R3+R2)-R32]·[(R3+ R1)V2-R3V1] (13)
IOL=[1/(R1+R3)(R3+R2)-R32]·[(R3+R2)V1-R3V2] (14)
在我们的应用中，VOD3是一种跨60Ω网络电阻器的差动电压差如图2，而IVOD是通过该电阻的电流。我们的DUT数据表单要求，这一电压差不超过5V且不低于1.5V。
表1给出了因过程变动带动IOL和IOH变化时造成的VOD改变。为得到表1的值，我们施加了多种不同的VOH和VOL电平，并对电流和VOD的变化进行测量。表1给出两种情况：第一种VTEST等于+12 V，第二种VTEST等于-7 V。VOD3的测试必须在这两种VTEST电平下进行，做到规格完全符合。另外，遇有最极端的情形时只有开发新的替代方法对VOD3进行测试。
表1对两种最极端的情形进行了考察，第一种是最大的5V VOD3要求，第二种是最小的1.5V VOD3要求。最大要求下，VOH应接近5V， IOH源供电流 -64 mA，VOL应接近0V，IOH消耗电流114.6 mA.，VOL为1.3V时IOL消耗电流为53 mA。
这些条件下的VTEST为+12 V，可以看到，最糟糕的作用电流是IOL等于114.6 mA。当VTEST切换到-7 V时，这时IOH的最糟糕电流为-114.6mA。
表中给出给定VOH及VOL下的不同计算值，示出IOH及IOL对过程变化的关系。由表看出，最关键的值是1.5V的最小VOD3要求。这时，VOD3的实际测量如下：
在VTEST为+12V、输入为高电平下测量VOD31，然后转到低输入电平测量VOD32：
VOD31=VOHY(-1mA)-VOLZ(60 mA) (15)
VOD32=VOHZ(-1 mA)-VOLY(60 mA) (16)
ΔVOD3= VOD31-VOD32 (17)
在VTEST为-7 V下重复这一步骤：
VOD31=VOHY(-60 mA)-VOLZ(0 mA) (18)
VOD32=VOHZ(-60 mA)-VOLY(0 mA) (19)
ΔVOD3=VOD31-VOD32 (20)
图3是在VTEST为12V的电平下，这些电阻性网络对最大最小VOD3下IOL及IOH计算的说明。

表1

图1 当进行VOD2测试时，差动性驱动器构成一个电阻性输出电路

图2(a)VOD3测量要求一种三电阻器网络。可以将DUT构成的Thevenin等效电路变换成(b)一种△网络进而变成一种Y型等效网络。黑体数字代表电路交点数目

图3说明IOL及IOH电流对VOD3的关系

结语

我们发现，这种差动输出电压参数的计算方法不需要非标准测试配置和负载板。它带来了可测试性、生产效率的提高，标准而简捷的硬件，产能增加，以及测试建立整体时间的缩短等一系列优点。

定义、符号与缩写词
VOD1：一种开路VOD测量，每一输出上施加0 mA的作用电流。
VOD2：一个门的两输出间存在单一个电阻性负载时的VOD测量。负载电阻可以是54 V 或100 V。
VOD3：一个门的两输出由一个电阻性网络连接时的VOD测量。
VOC：共模输出电压，相对于接地。
VOH：特定输出电流IOH下的对地输出高电压电平。
VOL：特定输出电流IOH下的对地输出低电压电平。