CN103529297A

CN103529297A - 阻抗测试装置

Info

Publication number: CN103529297A
Application number: CN201210233409.9A
Authority: CN
Inventors: 白云; 李计朝; 童松林
Original assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-01-22
Also published as: US20140009178A1; TW201403078A

Abstract

一种阻抗测试装置，用于测试一电路组件的等效阻抗，所述阻抗测试装置包括恒压源、负载提供电路、电压检测电路以及主控制器，所述恒压源用于输出一恒定的输出电压；所述负载提供电路用于提供一负载电阻，所述负载电阻与所述电路组件串联至所述恒压源与地之间；所述电压检测电路用于检测所述负载电阻两端的电压；所述主控制器用于接收电压检测电路输出的所述负载电阻两端的电压值，并根据所述负载电阻两端的电压值、所述负载电阻的阻值以及所述输出电压的值计算所述电路组件的等效阻抗值。

Description

阻抗测试装置

技术领域

本发明涉及一种电子元件测试装置，尤其涉及一种阻抗测试装置。

背景技术

在对某些电路组件，如电脑主板的电压调节模块（Voltage Regulator Module, VRM）进行性能测试时，这些电路组件可能由于焊接、元件损坏等原因导致阻抗超出正常范围，此时这些电路组件上电时可能被烧毁，甚至进一步导致测试这些电路组件的测试主板被烧毁。为此，有必要首先对这类电路组件进行阻抗测试，然后再进行其他类型的性能测试。

发明内容

针对上述问题，有必要提供一种电路组件阻抗测试装置。

一种阻抗测试装置，用于测试一电路组件的等效阻抗，所述阻抗测试装置包括：

恒压源，用于提供一恒定的输出电压；

负载提供电路，用于提供一负载电阻，所述负载电阻与所述电路组件串联于所述恒压源与地之间；

电压检测电路，用于检测所述负载电阻两端的电压；

主控制器，电性连接至所述电压检测电路及负载提供电路，所述主控制器用于接收电压检测电路输出的所述负载电阻两端的电压值，并根据所述负载电阻两端的电压值、所述负载电阻的阻值以及所述输出电压的值计算所述电路组件的等效阻抗值。

所述的负载阻抗测试装置通过负载提供电路提供一个负载电阻串联至所述电路组件，通过恒压源提供一恒定的输出电压至所述负载电阻以及电路组件，并通过主控制器结合负载电阻的阻值、负载电阻两端的电压值来计算出电路组件的等效阻抗值，从而可判断出电路组件的阻抗是否正常电路组件。

附图说明

图1为本发明较佳实施方式的阻抗测试装置的功能模块图。

图2为图1所示的阻抗测试装置的负载电阻以及采用所述阻抗测试装置进行测试的电路组件的简化模型图。

图3为图1所示阻抗测试装置的恒压源、开关电路以及报警控制电路的电路图。

图4为图1所示的阻抗测试装置的负载提供电路以及电流检测电路的电路图。

图5为图1所示的阻抗测试装置的电压检测电路的电路图。

主要元件符号说明

阻抗测试装置	100
		VRM	200
主控制器	10
		恒压源	20
开关电路	30
		负载提供电路	40
负载选通单元	41、43
		电压检测电路	50
报警控制电路	60
		电流检测电路	70
键盘电路	80
		显示器	90
电压转换芯片	21
		电流监控芯片	71
输出电容	C1
		输出电感	L1
第一MOSFET	Q1
		第二MOSFET	Q2
限流电阻	R1-R2、R4-R5、R7、R14
		负载电阻	R0、R3、R6
继电器	LS1、LS2
		三极管	Q3、Q4、Q5
放电二极管	D1、D2
		第一运算放大器	U1
第二运算放大器	U2
		差值放大器	U3
增益设置电阻	R8
		电阻	R9-R13
扬声器	BZ1
		续流二极管	D3
电流检测电阻	R15
		等效阻抗	RL
输入电压	Vc
		电流	Ic
电压正常信号	PG
		输入引脚	P1
开关控制引脚	P2
		报警控制引脚	P3
电压检测引脚	P4
		选通控制引脚	P5-P6
数据引脚	SDA1、SDA2
		时钟引脚	SCL1、SCL2
电压输入引脚	VIN
		电压输出引脚	BOOT
电压正常信号反馈引脚	PWR
		栅极	g1、g2
源极	s1、s2
		漏极	d1、d2
基极	b1、b2、b3
		集电极	c1、c2、c3
发射极	e1、e2、e3
		控制端	1、2
连接端	3、4
		第一电压输入引脚	Vin+
第二电压输入引脚	Vin-

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，本发明所述的阻抗测试装置100用于测试一电路组件的阻抗。在本实施方式中，以电路组件为一VRM200对本发明进行说明。

本发明较佳实施方式的阻抗测试装置100包括主控制器10、恒压源20、开关电路30、负载提供电路40、电压检测电路50、报警控制电路60、电流检测电路70、键盘电路80以及显示器90。

请参阅图2，图2为所述负载提供电路40及VRM200的简化模型图。所述负载提供电路40用于提供一负载电阻R0。设VRM200的等效阻抗为RL，所述负载电阻R0与VRM200的等效阻抗RL串联至恒压源20与地之间。所述恒压源20用于输出一稳定的输入电压Vc至负载电阻R0与等效阻抗RL。设负载电阻R0上的电压为V1，流经负载电阻R0及等效阻抗RL上的电流为Ic，则

Figure 2012102334099100002DEST_PATH_IMAGE001

，公式一

则等效阻抗RL为：

Figure 2012102334099100002DEST_PATH_IMAGE002

公式二

因此，主控制器10根据输入电压Vc、负载电阻R0以及负载电阻R0上的电压结合公式二即可计算出VRM200的等效阻抗RL的值。

具体地，请参阅图3，所述主控制器10包括输入引脚P1、开关控制引脚P2、报警控制引脚P3、电压检测引脚P4、选通控制引脚P5-P6、数据引脚SDA1以及时钟引脚SCL1。

恒压源20用于输出一稳定的输入电压Vc至所述负载提供电路40以及电路组件VRM200。恒压源20包括电压转换芯片21、输出电容C1、输出电感L1以及输入电源。在本实施方式中，所述输入电源为+5V电源，所述输入电压Vc的大小为1V。电压转换芯片21用于将所述输入电源提供的电压转换为所述输入电压Vc，并经由所述输出电容C1及输出电感L1输出。电压转换芯片21包括电压输入引脚VIN、电压输出引脚BOOT以及电压正常信号反馈引脚PWR。电压输入引脚VIN电性连接至所述+5V电源；电压输出引脚BOOT经由所述输出电容C1电性连接至输出电感L1；电压正常信号反馈引脚PWR电性连接至主控制器10的输入引脚P1。当电压转换芯片21输出的所述输入电压Vc稳定后，电压转换芯片21则经由电压正常信号反馈引脚PWR输出一电压正常信号PG至主控制器10，主控制器10则开启开关电路30。在本实施方式中，电压转换芯片21为德州仪器（Texas Instrument, TI）公司的型号为TPS54318的电压转换芯片。

在本实施方式中，恒压源20通过开关电路30电性连接至负载提供电路40及电路组件VRM200。主控制器10通过控制开关电路30的开启与关闭来相应控制恒压源20与负载提供电路40及电路组件VRM200之间的电性连接。

开关电路30包括第一金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）Q1、第二MOSFET Q2及限流电阻R1-R2。第一MOSFET Q1的栅极g1通过限流电阻R1电性连接至主控制器10的开关控制引脚P2；源极s1接地；漏极d1通过限流电阻R2电性连接至第二MOSFET Q2的栅极g2。第二MOSFET Q2的漏极d2电性连接至恒压源20的输出电感L1；源极s2电性连接至负载提供电路40。当主控制器10接收到电压转换芯片21发送的电压正常信号PG后，主控制器10则通过开关控制引脚P2输出一低电平信号至第一MOSFET Q1，使第一MOSFET Q1截止，第二MOSFET Q2导通，输入电压Vc则通过所述第二MOSFET Q2输出至负载提供电路40。

在本实施方式中，负载提供电路40还用于在主控制器10的控制下改变所述负载电阻R0的阻值，使负载电阻R0与等效阻抗RL的阻值大致相当，以提高对VRM200的等效阻抗RL的测试的精确度。当等效阻抗RL的阻值较大时，如为千（K）欧级或兆（M）欧级，则负载电阻R0的阻值相应增大为千（K）欧级或兆（M）欧级；而当等效阻抗RL的阻值较小时，如为欧姆级，则负载电阻R0的阻值相应设置为欧姆级。

请参阅图4，负载提供电路40包括多个负载选通单元，多个负载选通单元之间呈并联连接的关系。在本实施方式中，以负载提供电路40包括两个负载选通单元，分别为负载选通单元41及负载选通单元43为例对本发明进行说明。负载选通单元41包括负载电阻R3、限流电阻R4-R5、继电器LS1、三极管Q3以及放电二极管D1。继电器LS1包括控制端1、2以及连接端3、4。控制端1、2之间连接有电感线圈（图未标）。控制端1通过限流电阻R4连接至一供电电源，如本实施方式的+5V电源；控制端2电性连接至三极管Q3的集电极c1；连接端3电性连接至VRM200；连接端4通过负载电阻R3电性连接至源极s2。三极管Q3的基极b1通过限流电阻R5电性连接至主控制器10的选通控制引脚P5；发射极e1接地。放电二极管D1的阳极电性连接至控制端2与集电极c1之间的节点，阴极电性连接至控制端1与限流电阻R4之间的节点，放电二极管D1用于在继电器LS1断开时，释放控制端1、2之间的感应线圈上的感应电流。负载选通单元43具有与负载选通单元41大致相同的元件及连接关系，不同之处在于：负载选通单元43的负载电阻R6的阻值与负载选通单元41的负载电阻R3的阻值不同；负载选通单元43的三极管Q4的基极b2通过限流电阻R7电性连接至主控制器10的选通控制引脚P6。此外，负载选通单元41的继电器LS1的连接端3以及负载选通单元43的继电器LS2的连接端3均通过VRM200接地。

负载电阻R3与负载电阻R6的阻值不同，如，负载电阻R3的阻值为10欧姆，而负载电阻R6的阻值为10K欧姆。当需要串联较小阻值的电阻至VRM200时，主控制器10则通过选通控制引脚P5输出高电平信号至三极管Q3的基极b1，同时通过选通控制引脚P6输出低电平信号至三极管Q4的基极b2。此时三极管Q3导通，集电极LS1的线圈通电使其连接端3、4相互连接，而选通负载电阻R3，此时负载电阻R3即为图2所示的负载电阻R0。当需要串联较大阻值的电阻至VRM200时，主控制器10则通过选通控制引脚P5输出低电平信号至三极管Q3的基极b1，同时通过选通控制引脚P6输出高电平信号至三极管Q4的基极b2，从而选通负载电阻R6，此时负载电阻R6即为图2所示的负载电阻R0。

请参阅图5，电压检测电路50用于检测负载电阻R0两端的电压V1并将负载电阻R0两端的电压V1进行放大后输出至主控制器10。在本实施方式中，电压检测电路50包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、差值放大器U3、增益设置电阻R8以及电阻R9-R13。设负载电阻R3及R6之间的节点为A，负载选通单元41的继电器LS1的连接端3、负载选通单元43的继电器LS2的连接端3以及VRM200之间的节点为B，第一运算放大器U1及第二运算放大器U2的同相输入端分别电性连接至负载电阻R0的两端，即，第一运算放大器U1及第二运算放大器U2的同相输入端分别电性连接至节点A、B。第一运算放大器U1及第二运算放大器U2的反相输入端通过增益设置电阻R8连接于一起。第一运算放大器U1的输出端通过电阻R11电性连接至差值放大器U3的反相输入端，第二运算放大器U2的输出端通过电阻R12电性连接至差值放大器U3的同相输入端。电阻R9电性连接至第一运算放大器U1的输出端与反相输入端之间；电阻R10电性连接至第二运算放大器U2的输出端与反相输入端之间；电阻R13电性连接至差值放大器U3的输出端与反相输入端之间。

第一运算放大器U1及第二运算放大器U2组成对称的同相放大器，分别用于对负载电阻R0两端的电压V1进行放大，并将放大后的电压分别输出至差值放大器U3的反相输入端及同相输入端。差值放大器U3再将其同相输入端的电压与反相输入端的电压的差值进行放大后输出至主控制器10的电压检测引脚P4。整个电压检测电路50的放大倍数可以通过增益设置电阻R8进行调节。主控制器10根据从差值放大器U3接收到的电压以及整个电压检测电路50的放大倍数即可计算出负载电阻R0两端的电压V1大小，同时结合上述公式二，即可计算出VRM200的等效阻抗的大小。

当主控制器10获得的负载电阻R0两端的电压V1的大小与输入电压Vc相等时，说明此时VRM200短路，主控制器10则通过报警控制引脚P3控制报警控制电路60报警。

请复参阅图3，具体地，报警控制电路60包括三极管Q5、扬声器BZ1、续流二极管D3以及限流电阻R14。三极管Q5的基极b3通过限流电阻R14电性连接至主控制器10的报警控制引脚P3，发射极e3接地，集电极c3通过扬声器BZ1电性连接至所述+5V电源。续流二极管D3的阳极电性连接至扬声器BZ1与所述+5V电源之间的节点，阴极电性连接至扬声器BZ1与三极管Q5的集电极c3之间的节点。续流二极管D3用于在扬声器BZ1关闭时，对扬声器BZ1内的电感线圈（图未示）放电。当主控制器10判断出VRM200短路时，则通过报警控制引脚P3输出一高电平信号至三极管Q5使三极管Q5导通，从而驱动扬声器BZ1发声报警。

请复参阅图4，电流检测电路70用于检测负载电阻R0以及VRM200的等效阻抗RL上流过的电流Ic，并输出至主控制器10。电流检测电路70包括电流检测电阻R15以及电流监控芯片71。电流检测电阻R15串联至负载电阻R3、R6之间的节点A与第二MOSFET Q2的源极s2之间。在本实施方式中，电流监控芯片71为德州仪器（Texas Instrument, TI）公司的型号为INA219的电压监控芯片。电流监控芯片71包括第一电压输入引脚Vin+、第二电压输入引脚Vin-、数据引脚SDA2以及时钟引脚SCL2。电流监控芯片71的数据引脚SDA2以及时钟引脚SCL2分别连接至主控制器10的数据引脚SDA1以及时钟引脚SCL1，电流监控芯片71通过数据引脚SDA2以及时钟引脚SCL2与主控制器10之间进行I2C通信。第一电压输入引脚Vin+及第二电压输入引脚Vin-分别电性连接至电流检测电阻R15两端。电流监控芯片71用于通过第一电压输入引脚Vin+及第二电压输入引脚Vin-检测电流检测电阻R15上的电流，即负载电阻R0以及等效阻抗RL上的电流Ic，并将检测到的电流Ic的模拟电流值转换为数字电流值输出至主控制器10。主控制器10根据等效阻抗RL上的电流Ic结合上述公式三，即可计算出VRM200的等效阻抗RL的值。为了减小电流检测电阻R15的阻值对计算结果的影响，电流检测电阻R15的阻值一般很小，在本实施方式中，电流检测电阻R15的阻值为0.02欧姆。

结合公式一及公式二，可得：

Figure 2012102334099100002DEST_PATH_IMAGE003

公式三

为了提高测试的精确度，主控制器10还可根据输入电压Vc、负载电阻R0以及等效阻抗RL上流过的电流Ic结合公式三计算出VRM200的等效阻抗RL的值，并取公式二及公式三计算出的等效阻抗RL的值的均值作为VRM200的等效阻抗RL的最终值。

键盘电路80电性连接至主控制器10，用于对主控制器10的工作状态进行控制。键盘电路80包括电源启动按键、电源停止按键、测试启动按键以及测试停止按键等多个功能按键。电源启动按键、电源停止按键、测试启动按键以及测试停止按键分别用于控制主控制器10上电、下电、开始测试以及停止测试。

显示器90电性连接至主控制器10，用于在主控制器10的控制下显示测得的VRM200的等效阻抗RL的阻值。

下面简述所述阻抗测试装置100的工作过程。

当键盘电路80的电源启动按键被按下后，主控制器10则开始上电准备工作。当键盘电路80的开始测试按键被按下后，由于此时VRM200的阻抗是未知的，主控制器10首先控制负载提供电路40选通其中一个任意负载选通单元，开关电路30开启以使恒压源20给负载提供电路40提供的负载电阻R0供电。接着主控制器10通过电压检测电路50检测负载电阻R0两端的电压。若此时负载电阻R0两端的电压远远小于Vc/2或远大于Vc/2，则说明负载电阻R0的阻值远小于或远大于等效阻抗RL的阻值，如果此时就直接计算等效阻抗RL的阻值，可能会不准确。此时主控制器10则控制负载提供电路40选通另一路负载选通单元，以提供较大或较小的负载电阻R0，直到电压检测电路50检测到负载电阻R0上的电压为输入电压Vc的一半或接近输入电压Vc的一半。主控制器10随后可根据选通的负载电阻R0的阻值、负载电阻R0上的电压V1以及公式二计算等效阻抗RL的阻值，或者根据负载电阻R0的阻值、电流检测电路70检测到的负载电阻R0的电流Ic以及公式三计算等效阻抗RL的值，并将计算出的等效阻抗RL的阻值通过显示器90进行显示。主控制器10还可以将公式二及三求得的等效阻抗RL的值取平均值，从而得到一个更为精确的等效阻抗RL的值。

所述的负载阻抗测试装置100通过负载提供电路40提供一个负载电阻R0串联至所述电路组件，通过恒压源20提供一恒定的输入电压Vc至所述负载电阻R0以及电路组件，并通过主控制器10结合负载电阻R0的阻值、负载电阻R0两端的电压值来计算出电路组件的等效阻抗值，从而可判断出电路组件的阻抗是否正常电路组件。

Claims

1.一种阻抗测试装置，用于测试一电路组件的等效阻抗，其特征在于，所述阻抗测试装置包括：

恒压源，用于提供一恒定的输出电压；

电压检测电路，用于检测所述负载电阻两端的电压；

2.如权利要求1所述的阻抗测试装置，其特征在于：所述负载提供电路还用于在主控制器的控制下，根据所述电路组件的等效阻抗值响应改变所述负载电阻的阻值，以使所述负载电阻的阻值与所述等效阻抗的阻值相当。

3.如权利要求2所述的阻抗测试装置，其特征在于：所述负载提供电路包括多个呈并联连接关系的负载选通单元，每一个所述负载选通单元包括一负载电阻，多个所述负载选通单元的负载电阻具有不同的阻值，所述主控制器选择性地选通其中一路负载选通单元，以将被选通的负载选通单元的负载电阻串联至所述电路组件。

4.如权利要求3所述的阻抗测试装置，其特征在于：所述负载提供电路还包括供电源每一所述负载选通单元还包括继电器以及三极管，所述继电器包括两个控制端以及两个连接端，两个控制端之间连接有电感线圈，其中一个所述控制端电性连接至所述供电电源，另一个控制端电性连接至所述三极管的集电极，其中一个连接端电性连接至所述电路组件，另一个连接端通过所述负载电阻电性连接至所述恒压源的输出端；所述三极管的基极电性连接至所述主控制器，发射极接地。

5.如权利要求1所述的阻抗测试装置，其特征在于：所述恒压源包括输入电源、电压转换芯片、输出电容以及输出电感，所述电压转换芯片用于将所述输入电源提供的电压转换为所述输入电压，并依次经由所述输出电容及输出电感输出。

6.如权利要求1所述的阻抗测试装置，其特征在于：所述阻抗测试装置还包括开关电路，所述开关电路电性连接至所述负载提供电路及恒压源之间，所述主控制器通过控制所述开关电路的开启与关闭来相应控制所述恒压源是否提供所述输入电压至与所述负载提供电路与电路组件。

7.如权利要求6所述的阻抗测试装置，其特征在于：所述开关电路包括第一金属氧化物半导体场效应晶体管以及第二金属氧化物半导体场效应晶体管，所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极电性连接至所述主控制器，源极接地，漏极电性连接至所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管；所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极电性连接至所述恒压源的输出端，所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的源极电性连接至所述负载电阻。

8.如权利要求1所述的阻抗测试装置，其特征在于：所述电压检测电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、差值放大器以及增益设置电阻，所述第一运算放大器以及第二运算放大器的同相输入端分别电性连接至所述负载电阻的两端，所述第一运算放大器以及第二运算放大器的反相输入端通过所述增益设置电阻连接于一起；所述第一运算放大器及第二运算放大器的输出端分别电性连接至差值放大器的反相输入端以及同相输入端，所述差值放大器的输出端电性连接至所述主控制器，所述主控制器根据从所述差值放大器接收到的电压以及整个电压检测电路的放大倍数计算出所述负载电阻两端的电压大小。

9.如权利要求1所述的阻抗测试装置，其特征在于：所述阻抗测试装置还包括报警控制电路，当所述主控制器获得的所述负载电阻两端的电压大小与所述输入电压相等时，主控制器控制所述报警控制电路报警。

10.如权利要求1所述的阻抗测试装置，其特征在于：所述阻抗测试装置还包括电流检测电路，所述电流检测电路用于检测所述负载电阻以及电路组件上流过的电流，并输出至所述主控制器，所述主控制器根据所述负载电阻两端的电流大小、所述恒流源输出的所述输入电压的大小以及所述负载电阻的阻值计算所述电路组件的等效阻抗值，所述主控制器还用于取根据负载电阻两端电压计算出的等效阻抗值以及根据负载电阻上的电流计算出的等效阻抗值的平均值，作为所述电路组件的等效阻抗的最终值。