应用笔记 4343

MAX9979管脚电子IC中PMU模式操作


摘要 : 该应用笔记结合各种模式的等效电路图介绍了MAX9979参数测量单元(PMU)最常用的四种工作模式(FVMI、FVMV、FIMI和FIMV)。关于各种功能的详细介绍和模式操作请参考MAX9979数据资料

简介

MAX9979是一款应用于自动测试仪器(ATE)市场的高集成度、双通道、管脚电子(PE) IC。器件包括双通道四电平、高速驱动器/比较器/负载(DCL),并集成了钳位功能,可以工作在驱动、高阻和低泄漏模式。工作速度高于每秒1吉比特(1Gbps)。通过内部独立的16位数/模转换器(DAC)支持所有电平等级。每通道还包括完全集成的参数测量单元(PMU),具有极高的测量精度,使用户获得额外的设计价值。

PMU工作模式

MAX9979 PMU有多种工作模式,但在本应用笔记中只讨论四种模式(FVMI、FVMV、FIMI和FIMV)。

表1所示介绍了PMU四种主要模式的设置。FMODE、MMODE和低电平有效HIZFORCE通过内部串口控制,低电平有效LLEAKP是一个外部引脚。

表1. PMU模式选择
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

加压测流(FVMI)

FVMI模式下,内部产生的电压(VIN)直接施加到被测器件(DUT)的输出引脚。VIN可通过串口在-2.5V至+7.5V范围内设置,分辨率为16位,尽管它的有效范围为-1.5V至+6.5V,将VIN设置到有效范围以外时并不会对MAX9979造成损坏。

施加到DUT端的电压产生一个流入或流出DUT的电流。可以在MEAS引脚监测、测量该电流,通过下式进行计算:

公式1

其中ILOAD是流入或流出DUT的电流,VMEAS是测量电压,VIIOS是所设置的偏置电压。内部串行位RS0、RS1、RS2 (表2所示)选择量程电阻(RSENSE)。

表2. PMU电流量程控制
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默认工作在量程B。

注意VIIOS可以设置在0至+5V范围,有效设置范围为+2V至+4V。设置在有效范围以外时并不会对MAX9979造成损坏。

图1和表1中,VIN是输入电压,通过内部DAC设置。DUT端电压通过U1、S1、S4、U3、S3和S2闭环反馈环路跟随设定的VIN。受外部SENSE引脚控制,S4允许选择直接跟随负载点。如果S4闭合,VIN施加到负载。利用这个选择,可以消除由于电路板走线引起的偏移误差电压。

图1. 加压测流(FVMI)
图1. 加压测流(FVMI)

U2、U4、S5、U6并不在反馈环路中,但为监测负载电流的MEAS引脚提供了一个通路。出现在MEAS引脚的电压可由式1计算。

表3列举了几个设置为FVMI模式的实例。

表3. FVMI模式设置实例
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 = 满量程范围。

加压测压(FVMV)

FVMV模式操作与FVMI模式类似,VIN施加到DUT端(如果S4闭合,施加到外部负载端),区别在于测量路径。开关S5闭合,MEAS端监测施加电压。MEAS端可通过外部称为VIOS的电压偏置。VIOS可在-0.75V至+3.75之间设置,但指定的有效量程为0至+1.5V。通过将VIOS设置在+1.5V,MEAS端电压偏置在+1.5V,并允许使用外部单极性ADC。按照这种方式,在MEAS管脚的DUT电压范围从-1.5V至+6.5V映射为0至+8V。

图2与图1的区别在于模式开关设置为MMODE = 1。MEAS管脚监测DUT端的电压,以及检测地电压(在DGS引脚)和VIOS。反馈环路和FVMI反馈环路相同—U1、S1、S4、U3、S3和S2。

图2. 加压测压(FVMV)
图2. 加压测压(FVMV)

测量路径包括S4、U3、S5和U5到监测端。注意S5处于“1”位置,或者MMODE = 1。通过内部设置VIOS可偏置MEAS引脚电压,以适应单极性模/数转换器(ADC)。

通过DGS引脚也可以将MEAS引脚偏置到与地电位不同的电势。DGS引脚检测负载地,这有助于消除由于地电位偏差造成的误差。同样,SENSE引脚也可以设置用于直接检测负载。

表4列举了设置为FVMV模式的几个例子。

表4. FVMV模式设置实例
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

表4中的最后两个设置对应于VIOS为1.5V的设计。对于-1.5V至+6.5V编程输入,MEAS电压范围为单极性(0至8V)。该表说明了VIOS的使用,以允许任何ADC可连接到MEAS引脚。

图1和2表明用户可将多个MAX9979的MEAS引脚连接到一起,共用一个ADC。通过内部串行位,内部低电平有效HiZMEASS或外部低电平有效HiZMEASP可以将每个MEAS输出设置在高阻态。测量时用户必须将每个器件设置在高阻功能。

加流测流(FIMI)

FIMI模式下,VIN直接通过内部选定的RSENSE电阻施加。VIN通过该电阻施加电流—该电流可利用式2计算。+1V编程电压代表指定的满量程(FSR) (量程选择参见表2)。例如,假定我们选择了量程D,RSENSE电阻为50kΩ,VIN为1V,VIIOS为0V,通过下式得到的施加电流(IFORCE)为20µA:

公式2

因此,20µA代表了量程D的FSR。

注意,当VIIOS与VIN相等时,施加电流为0µA。VIIOS可在0至+5V之间编程,但有效量程为+2V至+4V。类似于FVMI模式,设置值超出该量程时并不损坏MAX9979。VIIOS可以看作是施加电流为零时的电压值。典型值设置为+2.5V,与内部基准电压一致。VIIOS的主要功能是设置MEAS引脚电压,以便适合多种不同的ADC应用,例如单极性ADC。

图3所示,FIMI模式下的反馈环路包括U1、S1、U2、U4、S3和S2。

图3. 加流测流(FIMI)
图3. 加流测流(FIMI)

选择正确的负载时必须注意确保输出电压不超出+6.5V或-1.5V。表5列举了一些FIMI设置。

表5. FIMI模式设置实例
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

加流测压(FIMV)

FIMV模式与FIMI模式的反馈环路相同,施加电流的等式也相同。对于FIMV模式,MMODE置为1。如图4所示,由于S5置1,MEAS引脚监测DUT电压。

表5可作为FIMV设置实例,它们的区别在于VMEAS列和DUT电压列的数值一样。换句话说,MEAS引脚用于监测DUT输出。

图4. 加流测压(FIMV)
图4. 加流测压(FIMV)

结论

该应用笔记通过简单的等效电路图介绍了MAX9979 PMU的四种操作模式:FVMI、FVMV、FIMI和FIMV。PMU的这些模式使得MAX9979大大提高了用户设计的灵活性,详细信息请参考MAX9979和MAX9979EVKIT数据资料。

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