基于外接测量源的高精度电压基准测试

基于外接测量源的高精度电压基准测试

雷云飞 ,尹楠,刘庆飞

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摘　要： 介绍基于北京华峰测控技术有限公司生产的STS8205 混合信号测试系统对高精度电压基准器件进行测试的相关内容。

关键字：电压基准；混合信号测试系统

1、电压基准介绍

电压基准(Voltage Reference)通常是指在电路中用作电压基准的高稳定度的电压源，在精密的测量仪器仪表和广泛的通信系统中通常把电压基准用作系统测量和校准的基准，因此电压基准在模拟集成电路中占有很重要的地位，直接影响着电子系统的性能和精度[1-3]。

2、测试系统及测试参数介绍

2.1电压基准测试介绍

电压基准一般包括输入端、输出端、地端，在一些有补偿的电路中还包括了补偿端。对于输出端，其测试参数包括基准输出电压、线性调整率、负载调整率及电源电流[5-8]等。本文以混合集成电路测试系统STS8205为测试设备，针对电压基准的这些参数，需要的系统资源包括：输入施加源Vs、输出负载源VLoad、输出测量源Vm。

2.2测试需求分析

对于电压基准一般要求的输入电压范围在3V~20V之间，负载一般在10mA~100mA之间，其输出电压一般小于10V，对于高精度电压基准其输出要求的误差在±2mV；我们采用的系统，提供的输入源范围在±40V，精度在±0.5%（FS），最大负载±10A 精度0.5%（FS），输出测量源其范围在±10V，精度0.05%（FS）；根据电压基准的测试要求，我们测试使用的输入范围和精度，负载精度均符合要求；但输出测量源，若采用5V档0.05%的精度，其误差也在2.5mV，对于要求误差在±2mV，显然不能满足测试要求。但是该系统提供使用外接测量表的硬件接口，我们可以利用外部高精度测量表进行测量，弥补系统的这一不足。系统的配置的输入源和负载源的性能指标如表1，测量源的性能指标如表2，为测量高精度的电压基准，使用的外部高精度外用表的性能指标如表3[4,9]。

表1.  输入、负载源的性能指标

表2. 测量源的性能指标

表3. 高精度万用表性能指标

3、系统测试设计

3.1硬件连接设计

测试电压基准系统提供的资源包括四象限电压源PVI，±50V电压和10A电流，共四路； 精密四象限电压源QVI，4路，可提供精密恒压、恒流、测压、测流通道，±40V电压和1A电流。

根据电压基准的测试参数，其各管脚连接可做如下安排：输入端（Vin）连接Vs（PVI0），器件输出端（Vout）连接负载VLoad（PVI1）和系统提供的外部表连接端，补偿端（Sense）一般和输出端短接，节电端（Sleep）可以连接QVI5，地端直接连接测试系统地。下面给出三端器件的连接图，根据不同电压基准的测试要求，可以在输入和输出端接相应的电容使其输出稳定。

图1.电压基准典型参数测试连接图示

3.2软件设计

3.2.1、软件编程工具

STS8205测试系统提供了编程界面和底层编程两种方式，对于自行设计的测试程序需要通过底层程序编写来完成，底层编写使用的Visual C++编程环境，通过编写程序并生成界面编程需要调用的DLL文件。

3.2.2、外部表的通讯设定

由于使用外部测量表，首先系统需要由与外部表的通讯接口API，其次系统需要可以通过其资源控制外接表的断开连接。我们使用的系统采用的外部表为AGILENT的34401A，其采用串口通讯，该表的接口设置为RS232，波特率9600，无校验即可。系统提供了34401A的API，包括初始化、量程交直流电压设定、设定频率测量、电阻测量、获取测量结果等[9]。

3.2.3、程序设计

1、外接表：由于使用系统提供的外接表测试API，我们只需要掌握其使用方法即可。在系统初始化时，需要对外部表进行侦测，如果连接并进行初始化，未连接则需要提供信息，提示进行连接。在正常的测试函数中，根据需要通过通路连接继电器的设定，连接或断开外接表，测试前设定需要测试的参数和量程，并在适当的时机获取测量结果。

2、参数测试：基准输出测试，给输入端施加相应的输入量，并在输出端施加适当负载并同时测量输出端的电压；线性调整率，在输入端通过输入不同的输入量，并在输出端施加固定负载，同时观测输出端电压的变化根据变化计算调整率；负载调整率，输入端施加固定的输入量，输出端施加变化的负载，并同时观测输出端的变化，根据变化计算调整率。

3、主要的测试代码[12]：

//系统初始化，在初始化中，判断外接表的连接

DUT_API void UserInit()

{

if (g_pMMSCPI)

{

delete g_pMMSCPI;

}

g_pMMSCPI = newCMMSCPI(0);

int RetValue = g_pMMSCPI->Initialize(0, 1, 17, 12);

if (!RetValue)

{

}

else

{

g_bCommOK = FALSE;

::MessageBox(NULL,"Can't connect DMM!","Error!",MB_OK);

}

g_pMMSCPI->ReadyForRemote();//数字万用表进入远程控制状态

}

//将需要使用的各类资源在测试之前进行初始化

cbit.Init();

pvi0.Init();

pvi1.Init();

pvi0.Connect();

pvi1.Connect();

//使用通路继电器连接输入源、输出负载和输出测量源

cbit.SetCBITOn(K30);//接通OUT1;

cbit.SetCBITOn(K17);//接通PVI0;

cbit.SetCBITOn(K22);//接通表;

//设定测量参数及测量范围

g_pMMSCPI->SetDCVoltage(DC_RANG_10V);

//获取测量结果

g_pMMSCPI->GetMMResult(&val[0]);

//输入源的施加

pvi1.SetModeFVMI(PVI_VRNG_10V, Vin, PVI_IRNG_100MA, 100e-3, -100e-3);pvi1.Enable();

delay_ms(2);//需要等待时间。

//负载的施加

pvi0.SetModeFIMV(PVI_IRNG_10MA, Iout*1e-3, PVI_VRNG_10V, 11, -11);

pvi0.Enable();

delay_ms(2);

3.3测试结果及问题

通过硬件的搭接和软件的控制，系统可以提供给我们测试结果。以器件输出2.5V基准的REF192ES为例，测试结果如表4

表4  REF192ES测试结果

由测试结果可以看到存在输出调整率超限，但其超限范围处于一个稳定且误差较小的范围，满足测试要求[7,8]。

4总结：

基于以上分析可以得出，在系统测试精度和稳定性满足要求的情况下，可以满足器件电性能测试要求。

[参考文献]

［1］刘刚. 微电子器件与IC设计[M]. 北京:科学出版社, 2005.

［2］舒梅. 基准电压源[J]. 北京:科技风, 2010(13).

［3］百度百科.基准电压源.[EB/OL]. 北京:百度[2016.10.10]. http://baike.baidu.com/link?url=RqSq6UtXLyCqnnEjOatx2XPL2Ifdnlg1JesBxk794-j_tky26N6kwLLFaTugO5Tuv1mI8lqsENkZlSjy9U288pAgUqsgQjjnn3r-aSavJxzd6HPi0WIl8xs7gOYiYzD3sjzNOObDjl_7T6g5mwZShq.

［4］Agilent Technologies, Inc..Agilent 34401A多用表产品综述.[EB/OL]. [2016.10.10]. http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5968-0162CHA.pdf?id=1000070110:epsg:dow 

［5］何江科,罗友哲,齐增亮等. ST8105A实现AD688AQ测试. [J].电子设计工程，2014，22(4)：52 .

［6］罗友哲,齐增亮,刘海红等. 带使能端电压调整器测试原型的构建[J].电子设计工程，2015，23(11)：155 .

［7］Analog Devices, Inc..REF19xSeries datasheet.[EB/OL].[2016.10.10].

http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/REF19xSeries.pdf

［8］AnalogDevices, Inc..ADI参考电路合集.[EB/OL].[2016.10.10].

http://www.analog.com/media/cn/reference-design-documentation/reference-designs/CN0183_cn.pdf

［9］北京华峰测控技术有限公司.STS8105A 混合信号测试系统产品手册.[M] 北京：北京华峰测控技术有限公司.2010.

［10］孙铣,赵建平.集成稳压器调整率参数的测试[EB/OL]北京:北京华峰测控技术有限公司. [2016-10-10]. http://www.hftc.com.cn/a/39.html.

［11］美国吉时利仪器公司. 低电平测量手册[G].北京:美国吉时利（Keithley）仪器公司, 2005.

［12］北京华峰测控技术有限公司.电压基准源程序[CP/DK]. 北京:华峰测控.[2010].

雷云飞（1984—），男，陕西澄城县人，大学本科学历，工程师，现就职西安西测测试技术股份有限公司，主要研究方向电子元器件检测。