用于增加电流和压力测量以及压力测量的自动测试设备的设计-测试和测量-和非网
0简介
自动测试设备用于测试离散设备，集成电路和混合信号电路的直流参数，交流参数和功能。主要通过测试系统软件控制测试设备的各个单元，对被测设备进行测试，以确定被测设备是否满足设备规格要求。
1自动测试设备的组成
自动测试设备主要由精密测量单元（PMU），设备电压源（DPS），电压和电流源（VIS），参考电压源（VS），音频电压源（AS），音频电压表（AVM）组成），时间测量单元（TIMER），继电器矩阵，系统总线控制板（BUS），计算机接口卡（IFC）和其他部件。系统框图如图1所示。
本文主要介绍电压电流源部分的设计原理和实现。
2电压和电流源的基本原理
电压电流源是自动测试系统必不可少的部分，它可以向被测设备施加准确的恒定电压或恒定电流，并可以回测其相对电流值或电压值。因此，电压源和电流源主要具有以下两种工作模式：
（1)电压测量电流（FVMI）模式。在FVMI模式下，驱动电压值通过数模转换器（ADC）提供给输出驱动器；驱动电流由采样电阻采样并由差动放大器转换成电压ADC读取电流值，可以根据负载设置磁簧值，钳位电路在这里起到限流保护的作用，当负载电流超过钳位值时，VIS输出成为恒流源，输出电流为钳位电流，测试系统根据钳位值自动选择测量流量范围。
（2)添加电流和电压测量（FIMV）模式。在FIMV模式下，驱动电流值通过数模转换器（DAC）提供给输出驱动器；电压由ADC读取。可根据负载设定钳位值当负载电压超过钳位值时，VIS输出成为恒压源，输出电压为钳位电压，测试系统根据钳位自动选择压力测量范围值。
图2是电压和电流源的逻辑框图。
3电压和电流源的设计细节
电压和电流源的基本电路如图3所示。左半部分是电压和电流源的加压和电流电路，右半部分是测试电路。
该电路由一个主运算放大器，一个电流扩展电路，一个范围电阻器，一个反馈环路和一个差分运算放大器组成。该电路简单实用。继电器K1用于在压力和电流之间切换。 K1打开时，用于施加电压； K1闭合时，用于施加电流。 K8是用于电流和压力测量的开关。 K8打开时，用于在施加电压的同时测量电流。当K8闭合时，用于在施加电流的同时测量电压。运算放大器U3作为用于控制钳位电压的减法电路连接。主运算放大器U1之后是电流扩展电路，该电路由推挽形式组成以增加电路的输出电流。范围网络由多个不同级别的电阻组成，可以通过继电器K2至K7切换测试范围。反馈回路由一个由运算放大器组成的跟随器组成。测试电路采用差分电路的形式，以提高测试精度并降低电路的共模增益。
该电路的优点是压力电流测量电路和压力电流测量电路很好地集成在一起。只需切换一个继电器即可实现压力和电流之间的切换自动测量设备，从而节省了压力电流的测量。每个人都需要一组电路来增加电流和压力测量值，这很麻烦，而且还节省了很多组件。
4工作原理
4.1测试原理
以下以FIMV（相加电流和压力测量）为例来说明电路原理。在FIMV模式下，电路如图4所示简化。
因为该电路引入了负反馈，所以U1形成同相求和电路，而U2形成电压跟随器。令R1 = R2 = R3 = R4 = R。
因为UN1 = UP1，所以从公式（1)（3)，我们可以得出：VIN = UO1-URO。即，施加到范围电阻两端的电压值等于输入电压由于U2的P2端子是虚拟的，流经RO的电流大部分流入RL，因此该电路可以提供稳定的电流。只要测试URO端子上的电压，负载在施加的电流下的电压可以进行测试，以实现增加的电流和电压测量。
压力测量基本上类似于压力测量，因此在此不再赘述。
4.2夹紧的实现
该电路可以通过程序设置的钳位电压或电流值来执行电压限制或电流限制保护。当电路检测到的电压或电流超过设定值时，电路将进行自我保护。自保护过程如下：在施加电流和测量电压时，控制钳位DAC的输入值并更改量程电阻，设置输出钳位电压自动测量设备，然后将增加电流模式切换到加压模式，然后进行测量。电压值返回钳位电压值。当施加压力进行电流测量时，量程电阻切换到最大量程，压力模式切换到增大电流模式。通过控制钳位DAC的输入值并更改范围电阻，可以输出设置的钳位电流，并且测得的电压流将返回钳位电流值。
4.3范围计算
测试不同的电压或电流值需要不同的范围值，以确保测试结果的准确性。因此，有必要在测试前选择范围。范围的选择可以通过程序实现。
压力流量测量时范围选择的计算公式为：
在公式中，MAX_V是主运算放大器的最大输出电压，FV是施加的电压值，Ri是设置的钳位电流值，RF是范围电阻。实际Rf值是计算得出的Rf的下一个级别（例如，如果计算得出的Rf = 1.6k，则实际R应该是1k（如果下一个级别是1k）。
添加电流和压力测量值时范围选择的计算公式为：
在公式中，MAX_V是主运算放大器的最大输出电压，Rv是设置的钳位电压值，Fi施加的电流值，Rf是范围电阻。 Rf的实际值是计算出的Rf的下一级。
5电路的改进
在此电路中，输出端子直接连接到负载。在测试小电阻时，由于线路损耗会导致测试错误。因此，在实际设计中，可以使用开尔文电桥连接方法将输出端子连接到负载。终端采用四线连接（电路输出的两端分别通过一对“施加线”和“传感线”连接到负载）。
6个实验结果
在实际测试中，运算放大器可以选择具有低失调电压和低温度漂移的高精度运算放大器，例如OP07。采样电阻器使用具有2ppm和0.01％的低温漂移的高精度电阻器。运算放大器电源使用双24V电源，而电流扩展电路使用双36V电源。电压和电流源的范围为0V至21V，电流范围为0mA至200mA。电压和电流测量的精度大于0.1％（DAC和ADC均为16位数据位）。实验结果表明，电压电流源的施加和测量速度快，精度高，适合于集成电路参数的快速检测。
