摘要：該應(yīng)用筆記結(jié)合各種模式的等效電路圖介紹了MAX9979參數(shù)測量單元(PMU)最常用的四種工作模式(FVMI、FVMV、FIMI和FIMV)。關(guān)于各種功能的詳細介紹和模式操作請參考MAX9979數(shù)據(jù)資料。

 

簡介

MAX9979是一款應(yīng)用于自動測試儀器(ATE)市場的高集成度、雙通道、管腳電子(PE) IC。器件包括雙通道四電平、高速驅(qū)動器/比較器/負載(DCL)，并集成了鉗位功能，可以工作在驅(qū)動、高阻和低泄漏模式。工作速度高于每秒1吉比特(1Gbps)。通過內(nèi)部獨立的16位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)支持所有電平等級。每通道還包括完全集成的參數(shù)測量單元(PMU)，具有極高的測量精度，使用戶獲得額外的設(shè)計價值。

 

PMU工作模式

MAX9979 PMU有多種工作模式，但在本應(yīng)用筆記中只討論四種模式(FVMI、FVMV、FIMI和FIMV)。

表1所示介紹了PMU四種主要模式的設(shè)置。FMODE、MMODE和低電平有效HIZFORCE通過內(nèi)部串口控制，低電平有效LLEAKP是一個外部引腳。

表1. PMU模式選擇

PMU Mode	Driver	Comparator	Load	FMODE	MMODE	Active-Low LLEAKP	Active-Low HIZFORCE
FVMI	Low-leak	Low-leak	Low-leak	0	0	1	1
FVMV				0	1	1	1
FIMI				1	0	1	1
FIMV				1	1	1	1

 

加壓測流(FVMI)

FVMI模式下，內(nèi)部產(chǎn)生的電壓(VIN)直接施加到被測器件(DUT)的輸出引腳。VIN可通過串口在-2.5V至+7.5V范圍內(nèi)設(shè)置，分辨率為16位，盡管它的有效范圍為-1.5V至+6.5V，將VIN設(shè)置到有效范圍以外時并不會對MAX9979造成損壞。

施加到DUT端的電壓產(chǎn)生一個流入或流出DUT的電流。可以在MEAS引腳監(jiān)測、測量該電流，通過下式進行計算：



其中ILOAD是流入或流出DUT的電流，VMEAS是測量電壓，VIIOS是所設(shè)置的偏置電壓。內(nèi)部串行位RS0、RS1、RS2 (表2所示)選擇量程電阻(RSENSE)。

表2. PMU電流量程控制

Digital Input	Serial Interface Bits				Range (RSENSE)
Active-Low LLEAKP	Active-Low HIZFORCE	RS2	RS1	RS0
X	X	0	0	0	E (500kΩ ±2µA)
X	X	0	0	1	D (50kΩ ±20µA)
X	X	0	1	0	C (5kΩ ±200µA)
X	X	0	1	1	B (500Ω ±2mA)
X	0	1	X	X	B*
0	1	1	X	X	B*
1	1	1	X	X	A (20Ω ±50mA)

*量程A不能用于PMU高阻(high-Z)模式；PMU默認工作在量程B。

注意VIIOS可以設(shè)置在0至+5V范圍，有效設(shè)置范圍為+2V至+4V。設(shè)置在有效范圍以外時并不會對MAX9979造成損壞。

在圖1和表1中，VIN是輸入電壓，通過內(nèi)部DAC設(shè)置。DUT端電壓通過U1、S1、S4、U3、S3和S2閉環(huán)反饋環(huán)路跟隨設(shè)定的VIN。受外部SENSE引腳控制，S4允許選擇直接跟隨負載點。如果S4閉合，VIN施加到負載。利用這個選擇，可以消除由于電路板走線引起的偏移誤差電壓。


圖1. 加壓測流(FVMI)

U2、U4、S5、U6并不在反饋環(huán)路中，但為監(jiān)測負載電流的MEAS引腳提供了一個通路。出現(xiàn)在MEAS引腳的電壓可由式1計算。

表3列舉了幾個設(shè)置為FVMI模式的實例。

表3. FVMI模式設(shè)置實例

VIN (V)	VIIOS (V)	Range	DUT Voltage (V)	VMEAS (V)	Load (kΩ)	Load Current (µA)
+1	+2.5	D (±20µA)	+1	+6.5	50	+20
0	+2.5	D (±20µA)	+1	+2.5	50	0
-1	+4	D (±20µA)	-1	0	50	-20

**FSR = 滿量程范圍。

 

加壓測壓(FVMV)

FVMV模式操作與FVMI模式類似，VIN施加到DUT端(如果S4閉合，施加到外部負載端)，區(qū)別在于測量路徑。開關(guān)S5閉合，MEAS端監(jiān)測施加電壓。MEAS端可通過外部稱為VIOS的電壓偏置。VIOS可在-0.75V至+3.75之間設(shè)置，但指定的有效量程為0至+1.5V。通過將VIOS設(shè)置在+1.5V，MEAS端電壓偏置在+1.5V，并允許使用外部單極性ADC。按照這種方式，在MEAS管腳的DUT電壓范圍從-1.5V至+6.5V映射為0至+8V。

圖2與圖1的區(qū)別在于模式開關(guān)設(shè)置為MMODE = 1。MEAS管腳監(jiān)測DUT端的電壓，以及檢測地電壓(在DGS引腳)和VIOS。反饋環(huán)路和FVMI反饋環(huán)路相同—U1、S1、S4、U3、S3和S2。


圖2. 加壓測壓(FVMV)

測量路徑包括S4、U3、S5和U5到監(jiān)測端。注意S5處于“1”位置，或者MMODE = 1。通過內(nèi)部設(shè)置VIOS可偏置MEAS引腳電壓，以適應(yīng)單極性模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。

通過DGS引腳也可以將MEAS引腳偏置到與地電位不同的電勢。DGS引腳檢測負載地，這有助于消除由于地電位偏差造成的誤差。同樣，SENSE引腳也可以設(shè)置用于直接檢測負載。

表4列舉了設(shè)置為FVMV模式的幾個例子。

表4. FVMV模式設(shè)置實例

VIN (V)	VIOS (V)	Voltage at DGS (V)	DUT Voltage (V)	VMEAS (V)
-1.5	0	0	-1.5	-1.5
-1.5	+2	-0.5	-1.5	0
-1.5	+1.5	0	-1.5	0
+6.5	+1.5	0	+6.5	+8

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表4中的最后兩個設(shè)置對應(yīng)于VIOS為1.5V的設(shè)計。對于-1.5V至+6.5V編程輸入，MEAS電壓范圍為單極性(0至8V)。該表說明了VIOS的使用，以允許任何ADC可連接到MEAS引腳。

圖1和2表明用戶可將多個MAX9979的MEAS引腳連接到一起，共用一個ADC。通過內(nèi)部串行位，內(nèi)部低電平有效HiZMEASS或外部低電平有效HiZMEASP可以將每個MEAS輸出設(shè)置在高阻態(tài)。測量時用戶必須將每個器件設(shè)置在高阻功能。

 

加流測流(FIMI)

FIMI模式下，VIN直接通過內(nèi)部選定的RSENSE電阻施加。VIN通過該電阻施加電流—該電流可利用式2計算。+1V編程電壓代表指定的滿量程(FSR) (量程選擇參見表2)。例如，假定我們選擇了量程D，RSENSE電阻為50kΩ，VIN為1V，VIIOS為0V，通過下式得到的施加電流(IFORCE)為20µA：



因此，20µA代表了量程D的FSR。

注意，當VIIOS與VIN相等時，施加電流為0µA。VIIOS可在0至+5V之間編程，但有效量程為+2V至+4V。類似于FVMI模式，設(shè)置值超出該量程時并不損壞MAX9979。VIIOS可以看作是施加電流為零時的電壓值。典型值設(shè)置為+2.5V，與內(nèi)部基準電壓一致。VIIOS的主要功能是設(shè)置MEAS引腳電壓，以便適合多種不同的ADC應(yīng)用，例如單極性ADC。

如圖3所示，F(xiàn)IMI模式下的反饋環(huán)路包括U1、S1、U2、U4、S3和S2。


圖3. 加流測流(FIMI)

選擇正確的負載時必須注意確保輸出電壓不超出+6.5V或-1.5V。表5列舉了一些FIMI設(shè)置。

表5. FIMI模式設(shè)置實例

VIN (V)	VIIOS (V)	Range	DUT Voltage (V)	VMEAS (V)	Load (kΩ)	Load Current (µA)
+2.5	+2.5	D (±20µA)	0	+2.5	50	0
+6.5	+2.5	D (±20µA)	+1.5	+6.5	50	+20
-1.5	+2.5	D (±20µA)	-1	-1.5	50	-20
-1.5	+2	D (±20µA)	-0.875	-1.5	50	-17.5

 

加流測壓(FIMV)

FIMV模式與FIMI模式的反饋環(huán)路相同，施加電流的等式也相同。對于FIMV模式，MMODE置為1。如圖4所示，由于S5置1，MEAS引腳監(jiān)測DUT電壓。

表5可作為FIMV設(shè)置實例，它們的區(qū)別在于VMEAS列和DUT電壓列的數(shù)值一樣。換句話說，MEAS引腳用于監(jiān)測DUT輸出。


圖4. 加流測壓(FIMV)

 

結(jié)論

該應(yīng)用筆記通過簡單的等效電路圖介紹了MAX9979 PMU的四種操作模式：FVMI、FVMV、FIMI和FIMV。PMU的這些模式使得MAX9979大大提高了用戶設(shè)計的靈活性，詳細信息請參考MAX9979和MAX9979EVKIT數(shù)據(jù)資料。