MAX9979管腳電子IC中PMU模式操作
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(cè)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(xì)介紹和模式操作請(qǐng)參考MAX9979數(shù)據(jù)資料。
簡(jiǎn)介
MAX9979是一款應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試儀器(ATE)市場(chǎng)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(dòng)器/比較器/負(fù)載(DCL)，并集成了鉗位功能，可以工作在驅(qū)動(dòng)、高阻和低泄漏模式。工作速度高于每秒1吉比特(1Gbps)。通過(guò)內(nèi)部獨(dú)立的16位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)支持所有電平等級(jí)。每通道還包括完全集成的參數(shù)測(cè)量單元(PMU)，具有極高的測(cè)量精度，使用戶獲得額外的設(shè)計(jì)價(jià)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(guò)內(nèi)部串口控制，低電平有效LLEAKP是一個(gè)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(cè)流(FVMI)
FVMI模式下，內(nèi)部產(chǎn)生的電壓(VIN)直接施加到被測(cè)器件(DUT)的輸出引腳。VIN可通過(guò)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(shí)并不會(huì)對(duì)MAX9979造成損壞。
施加到DUT端的電壓產(chǎn)生一個(gè)流入或流出DUT的電流?？梢栽贛EAS引腳監(jiān)測(cè)、測(cè)量該電流，通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：
其中ILOAD是流入或流出DUT的電流，VMEAS是測(cè)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) |
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(shí)并不會(huì)對(duì)MAX9979造成損壞。
在圖1和表1中，VIN是輸入電壓，通過(guò)內(nèi)部DAC設(shè)置。DUT端電壓通過(guò)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(fù)載點(diǎn)。如果S4閉合，VIN施加到負(fù)載。利用這個(gè)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(cè)流(FVMI)
U2、U4、S5、U6并不在反饋環(huán)路中，但為監(jiān)測(cè)負(fù)載電流的MEAS引腳提供了一個(gè)通路。出現(xiàn)在MEAS引腳的電壓可由式1計(jì)算。
表3列舉了幾個(gè)設(shè)置為FVMI模式的實(shí)例。
表3. FVMI模式設(shè)置實(shí)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 |
加壓測(cè)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(fù)載端)，區(qū)別在于測(cè)量路徑。開(kāi)關(guān)S5閉合，MEAS端監(jiān)測(cè)施加電壓。MEAS端可通過(guò)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(guò)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(kāi)關(guān)設(shè)置為MMODE = 1。MEAS管腳監(jiān)測(cè)DUT端的電壓，以及檢測(cè)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(cè)壓(FVMV)
測(cè)量路徑包括S4、U3、S5和U5到監(jiān)測(cè)端。注意S5處于“1”位置，或者M(jìn)MODE = 1。通過(guò)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(guò)DGS引腳也可以將MEAS引腳偏置到與地電位不同的電勢(shì)。DGS引腳檢測(cè)負(fù)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(cè)負(fù)載。
表4列舉了設(shè)置為FVMV模式的幾個(gè)例子。
表4. FVMV模式設(shè)置實(shí)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中的最后兩個(gè)設(shè)置對(duì)應(yīng)于VIOS為1.5V的設(shè)計(jì)。對(duì)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(shuō)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(gè)MAX9979的MEAS引腳連接到一起，共用一個(gè)ADC。通過(guò)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(gè)MEAS輸出設(shè)置在高阻態(tài)。測(cè)量時(shí)用戶必須將每個(gè)器件設(shè)置在高阻功能。
加流測(cè)流(FIMI)
FIMI模式下，VIN直接通過(guò)內(nèi)部選定的RSENSE電阻施加。VIN通過(guò)該電阻施加電流—該電流可利用式2計(jì)算。+1V編程電壓代表指定的滿量程(FSR) (量程選擇參見(jiàn)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(guò)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(dāng)VIIOS與VIN相等時(shí)，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(shí)并不損壞MAX9979。VIIOS可以看作是施加電流為零時(shí)的電壓值。典型值設(shè)置為+2.5V，與內(nèi)部基準(zhǔn)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(cè)流(FIMI)
選擇正確的負(fù)載時(shí)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(shí)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(cè)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(duì)于FIMV模式，MMODE置為1。如圖4所示，由于S5置1，MEAS引腳監(jiān)測(cè)DUT電壓。
表5可作為FIMV設(shè)置實(shí)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(shuō)，MEAS引腳用于監(jiān)測(cè)DUT輸出。
圖4. 加流測(cè)壓(FIMV)
結(jié)論
該應(yīng)用筆記通過(guò)簡(jiǎn)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(jì)的靈活性，詳細(xì)信息請(qǐng)參考MAX9979和MAX9979EVKIT數(shù)據(jù)資料。
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