CN108535535A - 一种用于集成芯片的电流侦测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于集成芯片的电流侦测方法及系统，所述电流侦测方法包括以下步骤：搭建电流侦测平台，在PCB板上VRM端、集成芯片端连接电路上分别选取两处电压采用点；两处电压采样点分别连接误差放大器的两个输入端，以获得采样点之间的压差从而将电流信号转换为电压信号；通过示波器获取误差放大器输出的侦测压降信号；对两个电压采用点之间的PCB阻抗进行验证，通过电子负载替代集成芯片拉载，提供拉载电流获取验证压降信号，经处理获取PCB阻抗值；将PCB阻抗值结合获取的侦测压降信号，经处理获得集成芯片的电流值。本发明在不破坏PCB布局的前提下，利用PCB自身阻抗来取代精密电阻实现集成芯片的电流侦测，降低测试成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种电路的电流特性检测方法，尤其涉及借助于PCB铜箔本身的阻抗来量测电流的一种用于集成芯片的电流侦测方法及系统。
背景技术
集成芯片简称为IC，其供电特性需要结合特定芯片的电压、电流特性具体进行评估，掌握其精确的电流特性，有助于工程师对集成芯片做精准的供电设计，防止过设计或者设计不足。
集成芯片的电流特性指芯片在对应工作模式下，电流的大小、动态电流变化的速度、动态电流变化的步进等。尤其如处理器等高度集成芯片，电流又很大，其电流特性对于供电设计以及系统设计都至关重要。对于特定芯片的电流特性，常用的一种方法是通过仿真给出，此方法需要掌握芯片的精准的模型，通常比较难，导致仿真结果与实际存在误差；另外的一种方法是通过特殊定制板卡进行实测，此方法精度高，但是投入成本较大。
目前做电流侦测的方法，多使用精密电阻，串接在集成芯片与供电的电压调节模块VRM之间，电流流过精密电阻产生压降，根据欧姆定律：压降＝电阻值*电流值，已知精密电阻的阻值和量测得到压降，从而计算得到电流。这种方法对于小电流方案可以应用，在大电流的侦测上，受限于精密电阻的通流能力，需要加多颗精密电阻并联，占用大片PCB面积，破坏电源平面，增加成本。
如中国专利(授权公告号CN103308846B)公开了“一种基于模型识别的集成芯片功能性能检测方法和装置”，包括如下步骤：步骤1：由主控平台读取IBIS模型文件，由模型解析单元分析出芯片的型号以及第一个输入引脚的I/O特征曲线，把特征曲线翻译成可测试的参数值，通过指令发送给参数接收/发送单元，再将此指令下发给信号模拟和检测装置，信号模拟与检测装置的微处理器根据控制信号源产生模拟电压或逻辑电平经待测芯片引脚驱动与保护电路给待测芯片输入引脚；步骤2：开启高速ADC，实时读取被测芯片输出引脚端的参数值并记录，启动参数接收/发送单元接收当前组输出信息并保存。使用IBIS模型作为集成芯片测试的依据，不再需要去获取专用的SCPI文件。可以实现对任一芯片的功能与性能测试。该检测方法虽然具有较好的通用性，但过程较为复杂，需要的硬件成本较高。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于集成芯片的电流侦测方法及系统，用于解决现有技术中的问题，利用PCB铜箔本身的阻抗取代外部的精密电阻，实现集成芯片电流的量测，使用简便和降低成本。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于集成芯片的电流侦测方法，包括以下步骤：
一、搭建电流侦测平台，在PCB板上VRM端、集成芯片端的连接电路上分别选取两处电压采用点；
二、将两处电压采样点分别连接误差放大器的两个输入端，用以获得采样点之间的压差从而将电流信号转换为电压信号；
三、通过示波器获取误差放大器输出的侦测压降信号；
四、对两个电压采用点之间的PCB阻抗进行验证，通过电子负载替代集成芯片拉载，提供拉载电流获取验证压降信号，利用公式PCB阻抗＝验证压降信号/误差放大器放大倍数K/拉载电流，经处理获取PCB阻抗值；
五、利用公式侦测压降＝PCB阻抗*电流值，将PCB阻抗值结合步骤四获取的侦测压降信号，经处理获得所述集成芯片的电流值。
如上所述的一种用于集成芯片的电流侦测方法，对PCB板连接电路上的两处电压采用点之间的阻抗进行验证时，采用不同的拉载电流并分别获得对应的验证压降信号，然后将获取的多个PCB阻抗做均值处理，作为步骤五使用的PCB阻抗值。
如上所述的一种用于集成芯片的电流侦测方法，所述拉载电流范围为1A～30A之间。
如上所述的一种用于集成芯片的电流侦测方法，对PCB板连接电路上的两处电压采用点之间的阻抗进行验证时，采用不同的电子负载在相同的拉载电流下并分别获得对应的验证压降信号，然后将获取的多个PCB阻抗做均值处理，作为步骤五使用的PCB阻抗值。
如上所述的一种用于集成芯片的电流侦测方法，所述电子负载分别选用0.1Ω～5Ω之间。
本发明还提供了一种用于集成芯片的电流侦测系统，包括PCB板，所述PCB板上安装VRM模块和集成芯片，VRM模块和集成芯片通过PCB板实现电连接，在VRM模块端和集成芯片端的PCB板连接电路上设置两处电压采用点，所述两处电压采样点上连接误差放大器的输入端，误差放大器输出端连接示波器，通过示波器获取误差放大器输出的侦测压降信号；所述集成芯片端的PCB板连接电路电压采用点连接PCB阻抗验证模块，PCB阻抗验证模块中设置有电子负载，通过提供拉载电流获取验证压降信号，用以获得PCB阻抗值。
如上所述的一种用于集成芯片的电流侦测系统，所述拉载电流范围为1A～30A之间。
如上所述的一种用于集成芯片的电流侦测系统，其特征在于，所述电子负载分别选用0.1Ω～5Ω之间。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明提出在不破坏当前最佳PCB布局的前提下，利用PCB自身阻抗来取代精密电阻，低成本的方式实现大电流的侦测。
2、与现有技术中一般通过精密电阻完成电流侦测，本方法便于使用和操作；同时增加PCB阻抗的校正过程，从而能获得更精确的集成电路电流特性，确保后续设计和产品的性能，本方法不仅能够对集成电路大电流实现有效检测，对于集成电路小电流检测同样有效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。
图1是现有技术的电气原理图；
图2是本发明的电气原理图；
图3是本发明的流程图。
附图标记：1-电压调节模块VRM，2-处理器，3-精密电阻，4-误差放大器，5-示波器，6-PCB板铜箔导电线路。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1-图3所示，本实施例公开的一种用于集成芯片的电流侦测方法，包括以下步骤：
一、搭建电流侦测平台，在PCB板上VRM端、集成芯片端的连接电路上分别选取两处电压采用点，即在靠近装有VRM端和集成芯片端的PCB板连接电路上分别选取两处电压采用点；
二、将两处电压采样点分别连接误差放大器的两个输入端，用以获得采样点之间的压差从而将电流信号转换为电压信号；
三、通过示波器获取误差放大器输出的侦测压降信号；
四、对两个电压采用点之间的PCB阻抗进行验证，通过电子负载替代集成芯片拉载，提供拉载电流获取验证压降信号，利用公式PCB阻抗＝验证压降信号/误差放大器放大倍数K/拉载电流，经处理获取PCB阻抗值；
五、利用公式侦测压降＝PCB阻抗*电流值，将PCB阻抗值结合步骤四获取的侦测压降信号，经处理获得所述集成芯片的电流值。
具体而言，本实施例中供电的电压调节模块VRM1通过PCB板铜箔导电线路6为处理器供电，以205W的Intel的处理器2为例，电流最大可达228A，PCB板铜箔导电线路6压降信号可以用来计算电流大小，对处理器2的电流侦测过程如下：
(1)分别在电压调节模块VRM端与处理器端选择一处电压的采样点。
(2)误差放大器对两处电压采样点的压差进行放大，提高信号抗干扰能力，实现了电流信号转换为电压信号，电压为流过PCB铜箔导电线路的电流与PCB阻抗的乘积。
(3)示波器记录误差放大器输出压降信号。
(4)由于取样点之间的铜箔导电线路PCB阻抗未知，因此需要进行校正。使用可控其拉载电流大小电子负载替代处理器拉载，拉载电流分别采用1A、10A、20A、30A操作，对应记录压降信号，根据欧姆定律：PCB阻抗＝验证压降信号/误差放大器放大倍数K/拉载电流，多数据做均值，经处理获取精确的PCB阻抗值。
(5)再用PCB阻抗值结合以上(3)得到的误差放大器输出压降信号，计算出处理器的具体电流信息。
如图1-图2所示，本实施例还提供了一种用于集成芯片的电流侦测系统，包括PCB板，PCB板上安装VRM模块和集成芯片，VRM模块和集成芯片通过PCB板实现电连接，在VRM模块端和集成芯片端的PCB板连接电路上设置两处电压采用点，两处电压采样点上连接误差放大器的输入端，误差放大器输出端连接示波器，通过示波器获取误差放大器输出的侦测压降信号；集成芯片端的PCB板连接电路电压采用点连接PCB阻抗验证模块，PCB阻抗验证模块中设置有电子负载，通过提供拉载电流获取验证压降信号，用以获得PCB阻抗值。
具体而言，本发明的用于集成芯片的电流侦测系统，可在不破坏当前最佳PCB布局的前提下，利用PCB自身阻抗来取代现有技术中对集成芯片电流侦测所需要增加的精密电阻3，低成本的方式实现大电流的侦测。与现有技术中一般通过精密电阻3完成电流侦测，本发明便于使用和操作；同时增加PCB阻抗的校正过程，从而能获得更精确的集成电路电流特性，确保后续设计和产品的性能，本方法不仅能够对集成电路大电流实现有效检测，对于集成电路小电流检测同样有效。
本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。
Claims (8)
1.一种用于集成芯片的电流侦测方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、搭建电流侦测平台，在分别靠近装有VRM端和集成芯片端的PCB板连接电路上选取两处电压采用点；
二、将两处电压采样点分别连接误差放大器的两个输入端，用以获得采样点之间的压差从而将电流信号转换为电压信号；
三、通过示波器获取误差放大器输出的侦测压降信号；
四、对两个电压采用点之间的PCB阻抗进行验证，通过电子负载替代集成芯片拉载，提供拉载电流获取验证压降信号，利用公式PCB阻抗＝验证压降信号/误差放大器放大倍数K/拉载电流，经处理获取PCB阻抗值；
五、利用公式侦测压降＝PCB阻抗*电流值，将PCB阻抗值结合步骤四获取的侦测压降信号，经处理获得所述集成芯片的电流值。
2.根据权利要求1所述的一种用于集成芯片的电流侦测方法，其特征在于，对PCB板连接电路上的两处电压采用点之间的阻抗进行验证时，采用不同的拉载电流并分别获得对应的验证压降信号，然后将获取的多个PCB阻抗做均值处理，作为步骤五使用的PCB阻抗值。
3.根据权利要求2所述的一种用于集成芯片的电流侦测方法，其特征在于，所述拉载电流范围为1A～30A之间。
4.根据权利要求1所述的一种用于集成芯片的电流侦测方法，其特征在于，对PCB板连接电路上的两处电压采用点之间的阻抗进行验证时，采用不同的电子负载在相同的拉载电流下并分别获得对应的验证压降信号，然后将获取的多个PCB阻抗做均值处理，作为步骤五使用的PCB阻抗值。
5.根据权利要求4所述的一种用于集成芯片的电流侦测方法，其特征在于，所述电子负载分别选用0.1Ω～5Ω之间。
6.一种用于集成芯片的电流侦测系统，其特征在于，包括PCB板，所述PCB板上安装VRM模块和集成芯片，VRM模块和集成芯片通过PCB板实现电连接，在VRM模块端和集成芯片端的PCB板连接电路上设置两处电压采用点，所述两处电压采样点上连接误差放大器的输入端，误差放大器输出端连接示波器，通过示波器获取误差放大器输出的侦测压降信号；所述集成芯片端的PCB板连接电路电压采用点连接PCB阻抗验证模块，PCB阻抗验证模块中设置有电子负载，通过提供拉载电流获取验证压降信号，用以获得PCB阻抗值。
7.根据权利要求6所述的一种用于集成芯片的电流侦测系统，其特征在于，所述拉载电流范围为1A～30A之间。
8.根据权利要求6所述的一种用于集成芯片的电流侦测系统，其特征在于，所述电子负载分别选用0.1Ω～5Ω之间。
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