CN110061622A - 一种非隔离式多路程控可调正负直流电压供电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非隔离式多路程控可调正负直流电压供电装置,包括显示屏、按键、核心控制模块、正直流电压产生电路、负直流电压产生电路、电源输入接口和电源输出接口;显示屏和按键构成用户交互界面,实现正负程控电压值的设置,核心控制模块根据用户设置的电压值分别控制正直流电压产生电路与负直流电压产生电路产生相应的电压,通过电源输出接口输出正负可调电压,电源输入接口用于供电。本发明具有成本低、体积小、重量轻、输出电压程控可调、输出电压范围宽、输出功率大、能源效率高等特点,可应用于集成电路(IC)的工作电压范围自动化测试、电子电路系统的双极性电源供电和多电源供电等集成电路、电子及自动化领域。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域中集成电路工作电压范围的测试,尤其是一种非隔离式多路程控可调正负直流电压供电装置。
背景技术
在集成电路测试中,工作电压范围几乎是所有芯片都必须测试的项目。由于不同芯片供电电压的个数、电压极性和电压范围都不尽相同,芯片设计者对用于测试芯片工作电压范围的通用装置提出了输出多路、正负两种极性、电压范围较宽且输出功率较大的直流供电电压的需求。此外,由于需要测试的芯片数量通常较为庞大,测试工作电压范围时如果需要人工进行电压调节不仅费时费力,而且人工测试的误操作可能造成芯片损坏,所以用于测试芯片工作电压范围装置的每一路输出电压范围也需要是程控可调的。
但是传统的直流电压供电装置采用电气隔离的方式实现正负两种极性电压的输出,这种隔离式供电装置体积大、重量大且成本较高,当输出的路数增多后,这一劣势更加突出。此外,传统的直流电压供电装置通常通过旋钮调节可调电阻的大小来实现电压的可调输出,这种供电装置显然无法满足芯片工作电压范围测试中输出电压程控可调的需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足与实际应用需求而提供的一种非隔离式多路程控可调正负直流电压供电装置,该装置采用非隔离式的方式实现正负两种极性供电电压的输出,供电电压的输出路数可方便地根据需要调整,减小了体积与重量,降低了成本。此外,显示屏和按键构成本装置的用户交互界面,实现本装置正负程控电压值的设置,核心控制模块的微处理器根据用户设置的电压值分别控制正直流电压产生电路与负直流电压产生电路产生相应的供电电压,输出电压程控可调的实现使本发明具有集成电路工作电压范围测试的自动扫描输出功能。相较于传统的直流电压供电装置,本装置具有成本低、体积小、重量轻、输出电压程控可调、输出电压范围宽、输出功率大、能源效率高等特点,使得集成电路工作电压范围测试实现自动化,降低集成电路测试的人力成本,提高集成电路测试的效率。
实现本发明目的的具体技术方案是:
一种非隔离式多路程控可调正负直流电压供电装置,特点是:该装置包括核心控制模块、正直流电压产生电路、负直流电压产生电路、电源输入接口、电源输出接口、显示屏及按键;所述核心控制模块分别与正直流电压产生电路、负直流电压产生电路、电源输入接口、显示屏和按键连接;正直流电压产生电路分别与核心控制模块、电源输入接口和电源输出接口;负直流电压产生电路分别与核心控制模块、电源输入接口和电源输出接口连接。
所述核心控制模块由微处理器、电源管理模块、时钟与复位模块及JTAG接口构成;微处理器分别与电源管理模块、时钟与复位模块和JTAG接口连接。
所述正直流电压产生电路由第一电阻分压网络及第一DC/DC电源电路构成;第一电阻分压网络与第一DC/DC电源电路连接。
所述负直流电压产生电路由光电耦合器、第二DC/DC电源电路、无源低通滤波器、第二电阻分压网络及第三DC/DC电源电路构成;光电耦合器分别与第二DC/DC电源电路、无源低通滤波器及第三DC/DC电源电路连接;第二DC/DC电源电路分别与光电耦合器及第三DC/DC电源电路连接;无源低通滤波器分别与光电耦合器及第二电阻分压网络连接;第二电阻分压网络分别与无源低通滤波器及第三DC/DC电源电路连接;第三DC/DC电源电路分别与光电耦合器、第二DC/DC电源电路及第二电阻分压网络连接。
所述核心控制模块中的微处理器与正直流电压产生电路、负直流电压产生电路、显示屏及按键连接;所述核心控制模块中的电源管理模块与电源输入接口连接。
所述正直流电压产生电路中的第一电阻分压网络与核心控制模块的微处理器连接;所述正直流电压产生电路中的第一DC/DC电源电路分别与电源输入接口及电源输出接口连接。
所述负直流电压产生电路中的光电耦合器与核心控制模块的微处理器连接;所述负直流电压产生电路中的第二DC/DC电源电路与电源输入接口连接;所述负直流电压产生电路中的第三DC/DC电源电路分别与电源输入接口及电源输出接口连接。
本发明的显示屏和按键构成用户交互界面,按键包括标有“0”~“9”阿拉伯数字的数字按键以及标有“确认”、“返回”和“取消”等字符的功能按键,按键均连接到核心控制模块的微处理器,显示屏通过SPI接口连接到核心控制模块的微处理器。核心控制模块的微处理器通过SPI接口控制显示屏显示界面,用户根据界面的提示信息进行按键输入,微处理器通过读取用户按下的按键获取用户设置的各路输出的电压值信息。同时,通过用户交互界面设置各路扫描输出电压的输出电压范围、输出电压扫描步进幅度和输出电压扫描步进时间间隔等参数,本发明可以实现集成电路工作电压范围测试的自动扫描输出的功能。
本发明核心控制模块的微处理器用于实现本装置的核心控制,包括用户交互界面的控制以及各路输出电压的控制;JTAG接口用于烧录微处理器执行的二进制文件;时钟与复位模块用于给微处理器提供时钟与复位信号,保证微处理器有序正常地工作;电源管理模块用于将通过电源输入接口输入的外部供电电压转换为微处理器的+3.3V供电电压。
本发明正直流电压产生电路与负直流电压产生电路采用非隔离式的方式实现正负两种极性供电电压的输出,两者均基于DC/DC电源原理产生直流供电电压。正直流电压产生电路连接到微处理器的内部DAC输出,微处理器内置DAC输出的幅度程控可调的直流电压通过第一电阻分压网络连接到第一DC/DC电源电路来实现正直流电压的程控可调输出。负直流电压产生电路连接到微处理器的内部PWM波输出,微处理器输出占空比程控可调的PWM波,此PWM波的参考电平是本装置的地,通过光电耦合器将PWM波的参考电平转换到第三DC/DC电源电路的参考电平,即最后输出的可调负电压电平,第二DC/DC电源电路产生光电耦合器的供电电压,此供电电压的参考电平是输出的可调负电压电平,光电耦合器输出的PWM波连接到无源低通滤波器产生参考电平为输出负电压电平的直流电压,此直流电压的幅度与PWM波的占空比成正比,此直流电压通过第二电阻分压网络连接到第三DC/DC电源电路来实现负直流电压的程控可调输出。
本发明的电源输入接口用于输入本装置的供电电压、正直流电压产生电路的输入电压以及负直流电压产生电路的输入电压,电源输出接口用于输出正直流电压产生电路与负直流电压产生电路的输出电压。
本发明的有益效果是:
其一,本发明使用微处理器进行核心控制,充分发挥了微处理器编程灵活的特点,通过JTAG接口可以方便地更新其控制逻辑,能够根据不同的芯片测试需求进行裁剪与定制;
其二,本发明克服了传统隔离式直流电压供电装置体积大、重量大、成本较高且难以程控可调的缺点,具有成本低、体积小、重量轻、输出电压程控可调、输出电压范围宽、输出功率大、能源效率高等特点,使得集成电路工作电压范围测试实现自动化,降低集成电路测试的人力成本,提高集成电路测试的效率;
其三,本发明可用于不同的芯片工作电压范围的测试,并且供电电压的输出路数、电压输出范围以及电压输出极性等可方便地根据需要进行调整,具有较强的通用性与可裁剪性。
其四,本发明除了用于集成电路工作电压范围的测试外,还可以满足电子电路系统的双极性电源供电、多电源供电等复杂供电需求,具有较强的普适性。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为本发明核心控制模块的结构示意图;
图3为本发明正直流电压产生电路的结构示意图;
图4为本发明负直流电压产生电路的结构示意图;
图5为本发明正直流电压产生电路的电路原理图;
图6为本发明负直流电压产生电路中第二DC/DC电源电路的电路原理图;
图7为本发明负直流电压产生电路中光电耦合器及无源低通滤波器的电路原理图;
图8为本发明负直流电压产生电路中第二电阻分压网络以及第三DC/DC电源电路的电路原理图;
图9为本发明的工作流程图。
具体实施方式
参阅图1,本发明包括核心控制模块1、正直流电压产生电路2、负直流电压产生电路3、电源输入接口4、电源输出接口5、显示屏6及按键7;所述核心控制模块1分别与正直流电压产生电路2、负直流电压产生电路3、电源输入接口4、显示屏6和按键7连接;正直流电压产生电路2分别与核心控制模块1、电源输入接口4和电源输出接口5连接;负直流电压产生电路3分别与核心控制模块1、电源输入接口4和电源输出接口5连接。
参阅图2,所述核心控制模块1由微处理器11、电源管理模块12、时钟与复位模块13及JTAG接口14构成;微处理器11分别与电源管理模块12、时钟与复位模块13和JTAG接口14连接。所述核心控制模块1中的微处理器11与正直流电压产生电路2、负直流电压产生电路3、显示屏6及按键7连接;所述核心控制模块1中的电源管理模块12与电源输入接口4连接。所述微处理器11型号为STM32F767IGT6,所述显示屏(6)为SPI接口的OLED显示屏。
参阅图3,所述正直流电压产生电路2由第一电阻分压网络21及第一DC/DC电源电路22构成;第一电阻分压网络21与第一DC/DC电源电路22连接。所述正直流电压产生电路2中的第一电阻分压网络21与核心控制模块1的微处理器11连接;所述正直流电压产生电路2中的第一DC/DC电源电路22分别与电源输入接口4及电源输出接口5连接。
参阅图4,所述负直流电压产生电路3由光电耦合器31、第二DC/DC电源电路32、无源低通滤波器33、第二电阻分压网络34及第三DC/DC电源电路35构成;光电耦合器31分别与第二DC/DC电源电路32、无源低通滤波器33及第三DC/DC电源电路35连接;第二DC/DC电源电路32分别与光电耦合器31及第三DC/DC电源电路35连接;无源低通滤波器33分别与光电耦合器31及第二电阻分压网络34连接;第二电阻分压网络34分别与无源低通滤波器33及第三DC/DC电源电路35连接;第三DC/DC电源电路35分别与光电耦合器31、第二DC/DC电源电路32及第二电阻分压网络34连接。所述负直流电压产生电路3中的光电耦合器31与核心控制模块1的微处理器11连接;所述负直流电压产生电路3中的第二DC/DC电源电路32与电源输入接口4连接;所述负直流电压产生电路3中的第三DC/DC电源电路三35分别与电源输入接口4及电源输出接口5连接。
参阅图5,所述正直流电压产生电路2的第一电阻分压网络21由电阻R1、R3和R5构成,第一DC/DC电源电路22使用型号为TPS54560的电源芯片U1,电容C1、C2、C3和C4、电阻R2和R4、二极管D1以及电感L1构成第一DC/DC电源电路22的外围电路。第一电阻分压网络21中的电阻R3一端连接微处理器1的DAC输出管脚Vdac,另一端连接电源芯片U1的5脚;电阻R1一端连接电源输出接口5的正直流电压输出+Vout,另一端连接电源芯片U1的5脚;电阻R5一端连接本装置的地GND,另一端连接电源芯片U1的5脚。第一DC/DC电源电路22中电容C1连接在电源芯片U1的1脚和8脚之间;电容C4连接在电源芯片U1的2脚和地GND之间,电源芯片U1的2脚与电源输入接口4的正直流电压产生电路的输入电压+Vin相连,电源芯片U1的3脚与电源芯片U1的2脚相连;电阻R4连接在电源芯片U1的4脚与地GND之间;电源芯片U1的9脚与地GND相连;电阻R2连接在电源芯片U1的6脚与电容C3之间;电容C3连接在电阻R2与地GND之间;二极管D1的正极连接在电源芯片U1的7脚,负极连接在电源芯片U1的8脚,电源芯片U1的7脚连接到地GND;电感L1连接在电源芯片U1的8脚与电源输出接口5的正直流电压输出+Vout之间;电容C2连接在电源输出接口5的正直流电压输出+Vout与地GND之间。
参阅图6,所述负直流电压产生电路3的第二DC/DC电源电路32使用型号为TPS54560的电源芯片U2,电容C5、C6、C7和C8、电阻R6、R7、R8和R9、二极管D2以及电感L2构成第二DC/DC电源电路32的外围电路。电容C5连接在电源芯片U2的1脚和8脚之间;电容C8连接在电源芯片U2的2脚和电源输出接口5的负直流电压输出-Vout之间,电源芯片U2的2脚与电源输入接口4的装置供电电压+12V相连,电源芯片U2的3脚与电源芯片U2的2脚相连;电阻R8连接在电源芯片U2的4脚与电源输出接口5的负直流电压输出-Vout之间;电源芯片U2的9脚与电源输出接口5的负直流电压输出-Vout相连;电阻R6连接在光电耦合器31的供电电压-Vout+10V与电源芯片U2的5脚之间;电阻R9连接在电源输出接口5的负直流电压输出-Vout与电源芯片U2的5脚之间;电阻R7连接在电源芯片U2的6脚与电容C7之间;电容C7连接在电阻R7与电源输出接口5的负直流电压输出-Vout之间;二极管D2的正极连接在电源芯片U2的7脚,负极连接在电源芯片U2的8脚,电源芯片U2的7脚连接到电源输出接口5的负直流电压输出-Vout;电感L2连接在电源芯片U2的8脚与光电耦合器31的供电电压-Vout+10V之间;电容C6连接在光电耦合器31的供电电压-Vout+10V与电源输出接口5的负直流电压输出-Vout之间。
参阅图7,所述光电耦合器31使用型号为ACPL-345的光电耦合器芯片U3,电阻R11、R10以及电容C9构成光电耦合器31的外围电路,所述无源低通滤波器33由电阻R12与电容C10构成。光电耦合器31中的电阻R11连接在微处理器1的PWM输出管脚Vpwm与光电耦合器芯片U3的1脚之间;电阻R10连接在光电耦合器芯片U3的5脚与6脚之间;电容C9连接在光电耦合器芯片U3的6脚与电源输出接口5的负直流电压输出-Vout之间;光电耦合器芯片U3的3脚连接到地GND,4脚连接到电源输出接口5的负直流电压输出-Vout,6脚连接到光电耦合器31的供电电压-Vout+10V。无源低通滤波器33中的电阻R12连接在光电耦合器芯片U3的5脚与第二电阻分压网络34的直流输入Vdc之间;电容C10连接在电源输出接口5的负直流电压输出-Vout与第二电阻分压网络34的直流输入Vdc之间。
参阅图8,所述负直流电压产生电路3的第二电阻分压网络34由电阻R13、R15和R17构成,第三DC/DC电源电路35使用型号为TPS54560的电源芯片U3,电容C11、C12、C13和C14、电阻R14和R16、二极管D3以及电感L3构成第三DC/DC电源电路35的外围电路。第二电阻分压网络34中的电阻R15一端连接第二电阻分压网络34的直流输入Vdc,另一端连接电源芯片U3的5脚;R13一端连接地GND,另一端连接电源芯片U3的5脚;R17一端连接电源输出接口5的负直流电压输出-Vout,另一端连接电源芯片U3的5脚。第三DC/DC电源电路35中电容C11连接在电源芯片U3的1脚和8脚之间;电容C14连接在电源芯片U3的2脚和电源输出接口5的负直流电压输出-Vout之间,电源芯片U3的2脚与电源输入接口4的装置供电电压+12V相连,电源芯片U3的3脚与电源芯片U3的2脚相连;电阻R16连接在电源芯片U3的4脚与电源输出接口5的负直流电压输出-Vout之间;电源芯片U3的9脚与电源输出接口5的负直流电压输出-Vout相连;电阻R14连接在电源芯片U3的6脚与电容C13之间;电容C13连接在电阻R14与电源输出接口5的负直流电压输出-Vout之间;二极管D3的正极连接在电源芯片U3的7脚,负极连接在电源芯片U3的8脚,电源芯片U3的7脚连接到电源输出接口5的负直流电压输出-Vout;电感L3连接在电源芯片U3的8脚与地GND之间;电容C12连接在地GND与电源输出接口5的负直流电压输出-Vout之间。
参阅图9,本发明的工作流程如下:
硬件连接:首先按照图1、图2、图3和图4将本装置各部分连接起来,同时连接外部电源到电源输入接口4,连接电源输出接口5到待测芯片的电源输入端。
电源供电:然后通过电源输入接口4输入本装置的供电电压、正直流电压产生电路的输入电压以及负直流电压产生电路的输入电压。
烧录二进制文件:在需要烧录微处理器11或者需要修改微处理器11执行的二进制文件时,通过JTAG接口向微处理器烧录二进制文件。
用户交互界面配置:用户通过显示屏6和按键7构成的交互界面设置各路固定输出的电压值,微处理器11通过SPI接口控制显示屏6显示界面,用户根据界面的提示信息进行按键7输入,微处理器11通过读取用户按下的按键7获取用户设置的各路输出的电压值信息。此外,用户通过交互界面设置各路扫描输出电压的输出电压范围、输出电压扫描步进幅度和输出电压扫描步进时间间隔等参数,从而实现集成电路工作电压范围测试的自动扫描输出的功能。
产生输出电压控制信号:微处理器11根据获取的各路输出的电压值信息进行转换,对于正电压输出,转换为微处理器11内部DAC输出直流幅度,通过DAC输出管脚连接到该路正直流电压产生电路2,对于负电压输出转换为微处理器11内部PWM波的输出占空比,通过PWM输出管脚连接到该路负直流电压产生电路3。
输出直流供电电压:正直流电压产生电路2根据微处理器11内部DAC输出的直流幅度,产生相应的正电压供电电压输出到电源输出接口5,负直流电压产生电路3根据微处理器11内部PWM输出的占空比,产生相应的负电压供电电压输出到电源输出接口5。
Claims (4)
1.一种非隔离式多路程控可调正负直流电压供电装置,其特征在于,该装置包括核心控制模块(1)、正直流电压产生电路(2)、负直流电压产生电路(3)、电源输入接口(4)、电源输出接口(5)、显示屏(6)及按键(7);所述核心控制模块(1)分别与正直流电压产生电路(2)、负直流电压产生电路(3)、电源输入接口(4)、显示屏(6)和按键(7)连接;正直流电压产生电路(2)分别与核心控制模块(1)、电源输入接口(4)和电源输出接口(5)连接;负直流电压产生电路(3)分别与核心控制模块(1)、电源输入接口(4)和电源输出接口(5)连接;
所述核心控制模块(1)由微处理器(11)、电源管理模块(12)、时钟与复位模块(13)及JTAG接口(14)构成;微处理器(11)分别与电源管理模块(12)、时钟与复位模块(13)和JTAG接口(14)连接;
所述正直流电压产生电路(2)由第一电阻分压网络(21)及第一DC/DC电源电路(22)构成;第一电阻分压网络(21)与第一DC/DC电源电路(22)连接;
所述负直流电压产生电路(3)由光电耦合器(31)、第二DC/DC电源电路(32)、无源低通滤波器(33)、第二电阻分压网络(34)及第三DC/DC电源电路(35)构成,光电耦合器(31)分别与第二DC/DC电源电路(32)、无源低通滤波器(33)及第三DC/DC电源电路(35)连接;第二DC/DC电源电路(32)分别与光电耦合器(31)及第三DC/DC电源电路(35)连接;无源低通滤波器(33)分别与光电耦合器(31)及第二电阻分压网络(34)连接;第二电阻分压网络(34)分别与无源低通滤波器(33)及第三DC/DC电源电路(35)连接;第三DC/DC电源电路(35)分别与光电耦合器(31)、第二DC/DC电源电路(32)及第二电阻分压网络(34)连接。
2.根据权利要求1所述的非隔离式多路程控可调正负直流电压供电装置,其特征在于,所述核心控制模块(1)中的微处理器(11)与正直流电压产生电路(2)、负直流电压产生电路(3)、显示屏(6)及按键(7)连接;所述核心控制模块(1)中的电源管理模块(12)与电源输入接口(4)连接。
3.根据权利要求1所述的非隔离式多路程控可调正负直流电压供电装置,其特征在于,所述正直流电压产生电路(2)中的第一电阻分压网络(21)与核心控制模块(1)的微处理器(11)连接;所述正直流电压产生电路(2)中的第一DC/DC电源电路(22)分别与电源输入接口(4)及电源输出接口(5)连接。
4.根据权利要求1所述的非隔离式多路程控可调正负直流电压供电装置,其特征在于,所述负直流电压产生电路(3)中的光电耦合器(31)与核心控制模块(1)的微处理器(11)连接;所述负直流电压产生电路(3)中的第二DC/DC电源电路(32)与电源输入接口(4)连接;所述负直流电压产生电路(3)中的第三DC/DC电源电路(35)分别与电源输入接口(4)及电源输出接口(5)连接。
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CN110061622B (zh) | 2023-10-27 |
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GR01 | Patent grant | ||
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