CN111352022A - 一种测试系统中供电通道的电流校准装置及校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测试系统中供电通道的电流校准装置，包括n个供电通道、与n个供电通道一一对应的n个连接开关、m个电阻、与m个电阻一一对应的m个选择开关、VBIAS电源、SPI总线、上位机和电流表，其中，n和m均为大于0的整数；每个供电通道的一端连接SPI总线，所述供电通道的另一端通过对应的连接开关连接至节点Q，选择开关的两端分别连接节点Q和电阻的一端，电阻的另一端连接至所述电流表的正端，电流表的负端连接至VBIAS电源，所述VBIAS电源同时连接SPI总线。本发明提供的一种测试系统中供电通道的电流校准装置及校正方法，通过软件算法实现分段校准，提升供电通道的测流精度；解决了传统供电通道电流校准只能覆盖单点或者少数电压量程的问题。

Description

一种测试系统中供电通道的电流校准装置及校正方法
技术领域
本发明涉及测试系统电流校正领域，具体涉及一种测试系统中供电通道的电流校准装置及校正方法。
背景技术
自动化测试设备(Automatic Test Equipment，ATE)中会用到大量的供电通道(Device Power Supply，DPS)，用于被测芯片(DUT)的供电和电流的精确测量，应用拓扑如附图1所示。DUT的种类不同，所需的电压和电流组合也不同。芯片出厂前制造商通常需要准确测量DUT不同模式下的静态电流，动态电流，漏电流等参数，用于判断芯片是否符合设计要求。
为了保证测流的精确度，DPS板卡上各个供电通道DPS_1至DPS_n需要定期校准。传统的校准拓扑如附图2所示，包括位于DPS板卡上的n个供应通道DPS_1至DPS_n，以及一一对应的n个开关k1至kn，位于校准PB上的电阻R1，以及连接电阻R1的电流表。传统校准方式受控于外部限流电阻R1，R1为固定值，电流一旦固定，输出电压U1无法灵活配置。属于电压/电流单点校准法，即一种电流只能在特定电压下进行校准。例如被校准供电通道的输出电流I1，此时U1＝I1*R1为固定值，无法校准在其他规格电压Un情况下电流I1的测量精确度。传统电流校准方案存在电压规格覆盖不全的问题。实际应用发现，不同电压下系统漏电流不同，发热导致的器件失调不同，用单点校准之后的测量数据存在一定的固有偏差。
结合附图2和附图3对现有技术中校准方法举例如下：对照附图2传统校准方案，I1＝1A左右对应测流校准在U1＝2.5V左右下执行，其他电压量程则共用该校准数据，从附图3可看出以2.5V作为误差校准点的测流相对误差为+0.0109A，软件默认0～5V其他电压下1A的测流误差也为0.0109A，实际测量发现并非如此。传统校准方案由于校准方案引入的最大绝对误差ΔIC＝0.0039A(输出0V/1A时的绝对误差＝0.0109A-0.007A)。因此，现有技术中ATE中供电通道的电流校准装置并不能准确对供电通道的电流进行校准。
发明内容
本发明的目的是提供一种测试系统中供电通道的电流校准装置及校正方法，通过软件算法实现分段校准，提升供电通道的测流精度；解决了传统供电通道电流校准只能覆盖单点或者少数电压量程的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种测试系统中供电通道的电流校准装置，包括n个供电通道、与n个供电通道一一对应的n个连接开关、m个电阻、与m个电阻一一对应的m个选择开关、VBIAS电源、SPI总线、上位机和电流表，其中，n和m均为大于0的整数；
每个供电通道的一端连接SPI总线，所述供电通道的另一端通过对应的连接开关连接至节点Q，选择开关的两端分别连接节点Q和电阻的一端，电阻的另一端连接至所述电流表的正端，电流表的负端连接至VBIAS电源，所述VBIAS电源同时连接SPI总线；
所述上位机控制其中一个连接开关和其中一个选择开关闭合，所述SPI总线控制供电通道和VBIAS电源的输出电压。
进一步地，所述m个电阻的电阻值均不相等。
进一步地，所述m个电阻均为大功率低温漂限流电阻。
进一步地，所述VBIAS电源为可编程电压源，且能够支持正负双电源轨输出。
一种测试系统中供电通道的电流校准装置进行电流校正的方法，包括如下步骤：
S01：上位机选择其中一个连接开关和其中一个选择开关闭合；
S02：SPI总线调整对应供电通道的输出电压Va和VBIAS电源的输出电压Vb，并记录对应供电通道的输出电流Ia和电流表的测量电流Ib；
S03：根据上述测量数据绘制供电通道输出电压Va和测量误差A的曲线；所述测量误差A为供电通道的输出电流Ia与电流表的测量电流Ib之间的绝对差值；
S04：在供电通道输出电压范围内将曲线分为p个区间，并分别计算每个区间中的绝对误差；p为大于0的整数；
S05：特定供电通道输出电压下的电流值等于测量电流值与所述特定电压所在区间对应的绝对误差之和。
进一步地，所述步骤S02具体包括：
S021：SPI总线调整对应供电通道的输出电压Va和VBIAS电源的输出电压Vb，使得Va-Vb＝x；并记录此时对应供电通道的输出电流Ia和电流表的测量电流Ib；其中，x大于0，Ia为待校正电流值；
S022：重复步骤S021Y次，获得Y组对应供电通道的输出电流Ia和电流表的测量电流Ib；Y为大于0的整数。
进一步地，所述步骤S03根据上述Y组数据绘制供电通道输出电压Va和测量误差A的曲线。
进一步地，所述步骤S022中重复步骤S021Y次时，所述SPI总线设置对应供电通道的输出电压Va均匀递增或者均匀递减。
进一步地，所述步骤S01具体包括：确定待校正电流值Ia和待校正的供电通道；所述上位机控制该供电通道对应的连接开关闭合；所述上位机根据待校正电流值Ia选择其中一个选择开关闭合。
进一步地，所述步骤S01中待校正电流值Ia越大，上位机闭合的选择开关所连接的电阻值越小。
本发明的有益效果为：本发明结构简单，硬件成本低，在校准回路中增加了VBIAS电源，通过高精度电流表配合上位机实现自动化校准。本发明通过VBIAS电源可以获取到供电通道输出满量程电压下电流的校准误差曲线。本发明能够实现电流分段校准，提升电流测量的精度。
附图说明
附图1为现有技术中DSP的应用拓扑；
附图2为现有技术中DSP的校准拓扑；
附图3为现有技术中电流校准误差曲线；
附图4为实施例1中DSP的校准拓扑；
附图5为实施例1中电流校准误差曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
本发明中一种测试系统中供电通道的电流校准装置，包括位于DPS板卡上的n个供电通道DPS_1至DPS_n、与n个供电通道一一对应的n个连接开关k1至kn，位于校准PB上的m个电阻、与m个电阻一一对应的m个选择开关、VBIAS电源和电流表，SPI总线以及上位机；
每个供电通道的一端连接SPI总线，供电通道的另一端通过对应的连接开关连接至节点Q，选择开关的两端分别连接节点Q和电阻的一端，电阻的另一端连接至电流表的正端，电流表的负端连接至VBIAS电源，VBIAS电源同时连接SPI总线；上位机控制其中一个连接开关和其中一个选择开关闭合，SPI总线控制供电通道和VBIAS电源的输出电压。
具体的，本发明中m个电阻的电阻值均不相等，且m个电阻均为大功率低温漂限流电阻，不同电阻用于不同的电流校准档位，电阻值较大的电阻用于校准小电流的量程校准。
具体的，VBIAS电源为可编程电压源，使用集成功放，集成芯片，或者分立方案实现，支持正负双电源轨输出，VBIAS电源的输出电压Vb的电压幅度通过SPI总线调节。
本发明中供电通道的输出电流表述为Ia，为待校准的电流，通过SPI总线获得；电流表的测量电流表述为Ib，为参考电流，通过上位机自动获得。供电通道的输出电压表述为Va，测量点为电阻的输入端，供电通道的输出电压以及输出幅度通过SPI总线控制；VBIAS电源的输出电压表述为Vb，VBIAS电源的输出电压以及输出幅度通过SPI总线控制。
通过在校准PB上串入VBIAS电源，供电通道的输出电压可以在满量程内任意改变，同时保持流经电阻的电流保持相对不变。通过软件算法获取该电流在不同供电通道的输出电压情况下的测量误差，最终获得精准的校准数据。
一种测试系统中供电通道的电流校准装置进行电流校正的方法，包括如下步骤：
S01：上位机选择其中一个连接开关和其中一个选择开关闭合。具体的，确定待校正电流值Ia和待校正的供电通道；上位机控制该供电通道对应的连接开关闭合；上位机根据待校正电流值Ia选择其中一个选择开关闭合。上位机对选择开关的选择按照以下规则进行选择：待校正电流值Ia越大，上位机闭合的选择开关所连接的电阻值越小。
S02：SPI总线调整对应供电通道的输出电压Va和VBIAS电源的输出电压Vb，并记录对应供电通道的输出电流和电流表的测量电流。具体包括：
S021：SPI总线调整对应供电通道的输出电压Va和VBIAS电源的输出电压Vb，使得Va-Vb＝x；并记录此时对应供电通道的输出电流Ia和电流表的测量电流Ib；其中，x大于0，Ia为待校正电流值，且x＝Ia×R，R为闭合的选择开关所串联电阻的电阻值；
S022：重复步骤S021Y次，获得Y组对应供电通道的输出电流Ia和电流表的测量电流Ib。其中，步骤S022中重复步骤S021Y次时，SPI总线设置对应供电通道的输出电压Va均匀递增或者递减。
S03：根据上述测量数据绘制供电通道输出电压Va和测量误差A的曲线；测量误差A为供电通道的输出电流Ia与电流表的测量电流Ib之间的绝对差值。
S04：在供电通道输出电压范围内将曲线分为p个区间，并分别计算每个区间中的绝对误差；
S05：特定供电通道输出电压下的电流值等于测量电流值与特定电压所在区间对应的绝对误差之和。
本发明可以线性覆盖所有电压量程下的电流校准；通过软件算法实现分段校准；提升测试系统中供应通道的测流精度；解决了传统供应通道电流校准只能覆盖单点或者少数电压量程的问题。
以下通过具体实施例1对本发明进行进一步解释说明：
实施例1
如附图4所示，本实施例中一种测试系统中供电通道的电流校准装置，包括位于DPS板卡上的n个供电通道DPS_1至DPS_n、与n个供电通道一一对应的n个连接开关k1至kn，位于校准PB上的2个电阻R1和R2，以及分别于两个电阻连接的选择开关SW1和SW2，VBIAS电源和高精度电流表，SPI总线以及上位机。附图4中SPI_CTL表示SPI总线。
每个供电通道的一端连接SPI总线，供电通道的另一端通过对应的连接开关连接至节点Q，选择开关的两端分别连接节点Q和电阻的一端，电阻的另一端连接至电流表的正端，电流表的负端连接至VBIAS电源，VBIAS电源同时连接SPI总线；上位机控制其中一个连接开关和其中一个选择开关闭合，SPI总线控制供电通道和VBIAS电源的输出电压。
具体的，电阻R1的电阻值为1ohm，电阻R2的电阻值为10ohm，均为大功率低温漂限流电阻，R1和R2两组阻值用于两个不同的电流校准档位，R1用于大电流[500～1200mA]和[-500～-1200mA]的量程校准，R2用于[-500～500mA]的量程校准。
本实施例中由于选择开关SW1～SW2，连接开关k1～kn同一时刻分别只有一路闭合，串联电路中Ia＝I1＝Ib或者Ia＝I2＝Ib。大电流[500～1200mA]和[-500～-1200mA]的量程校准闭合选择开关SW1，[-500～500mA]的量程校准闭合选择开关SW2。
假设本实施例中供电通道的输出电压规格为0～5V，输出电流和测流规格为0～+-1.2A。以下以供电通道DPS_1对+1A电流的校准为例进行分析；值得说明的是，当多供电通道DPS_2-DPS_n中的其他供电通道进行分析时，只需要关闭对应的连接开关即可，其余方法与下述方法相同；同时，当对其余的电流值进行校准时，只需要根据该电流值选择选择对应的电阻即可，其余方法与下述方法相同。
本实施例提供的一种测试系统中供电通道的电流校准装置进行电流校正的方法，包括如下步骤：
S01：确定待校正电流值+1A和待校正的供电通道DPS_1；上位机控制供电通道DPS_1对应的连接开关k1闭合；上位机根据控制选择开关SW1闭合。
S02：SPI总线调整供电通道DPS_1的输出电压Va和VBIAS电源的输出电压Vb，并记录对应供电通道的输出电流和电流表的测量电流。具体包括：
S021：SPI总线调整供电通道DPS_1的输出电压Va1为0V，SPI总线调整VBIAS电源的输出电压Vb1为-1V，通过SPI总线记录供电通道DPS_1的输出电流Ia1，通过上位机记录高精度电流表XMM1的测量电流Ib1记录；
S022：SPI总线调整供电通道DPS_1的输出电压Va的输出幅度按照一定的步进，例如20mV，进行递增或者递减，同时SPI总线调整确保VBIAS电源的输出电压Vb，确保Va-Vb＝1V；每一个电压等级重复步骤S021，总共获得251组测试数据。
S03：根据上述测量数据绘制供电通道输出电压Va和测量误差A的曲线；测量误差A为供电通道的输出电流Ia与电流表的测量电流Ib之间的绝对差值。
S04：在供电通道输出电压范围0～5V内将曲线分为3个区间，分别为A(0～1.7V)，B(1.7～2.7V)，C(2.7～5.0V)三段，三段中由校准引入的绝对误差为分别为ΔIA＝0.0017A，ΔIB＝0.0008A，ΔIC＝0.0011A。与传统校准方式引入的绝对误差ΔIC＝0.0039A相比，测试1A量程下的测流精度提升0.22％，校准方案达到提升测量精度的设计预期。
S05：供电通道输出电压Va为5V时，供电通道DPS_1的输出电流Ia＝1A，经过校准后的电流为Ia’＝Ia+ΔIC＝1.0011A。
本发明结构简单，硬件成本低，在校准回路中增加了VBIAS电源，通过高精度电流表配合上位机实现自动化校准。本发明通过VBIAS电源可以获取到供电通道输出满量程电压下电流的校准误差曲线。本发明能够实现电流分段校准，提升电流测量的精度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用于限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种测试系统中供电通道的电流校准装置，其特征在于，包括n个供电通道、与n个供电通道一一对应的n个连接开关、m个电阻、与m个电阻一一对应的m个选择开关、VBIAS电源、SPI总线、上位机和电流表，其中，n和m均为大于0的整数；
每个供电通道的一端连接SPI总线，所述供电通道的另一端通过对应的连接开关连接至节点Q，选择开关的两端分别连接节点Q和电阻的一端，电阻的另一端连接至所述电流表的正端，电流表的负端连接至VBIAS电源，所述VBIAS电源同时连接SPI总线；
所述上位机控制其中一个连接开关和其中一个选择开关闭合，所述SPI总线控制供电通道和VBIAS电源的输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种测试系统中供电通道的电流校准装置，其特征在于，所述m个电阻的电阻值均不相等。
3.根据权利要求2所述的一种测试系统中供电通道的电流校准装置，其特征在于，所述m个电阻均为大功率低温漂限流电阻。
4.根据权利要求1所述的一种测试系统中供电通道的电流校准装置，其特征在于，所述VBIAS电源为可编程电压源，且能够支持正负双电源轨输出。
5.一种测试系统中供电通道的电流校准装置进行电流校正的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：上位机选择其中一个连接开关和其中一个选择开关闭合；
S02：SPI总线调整对应供电通道的输出电压Va和VBIAS电源的输出电压Vb，并记录对应供电通道的输出电流Ia和电流表的测量电流Ib；
S03：根据上述测量数据绘制供电通道输出电压Va和测量误差A的曲线；所述测量误差A为供电通道的输出电流Ia与电流表的测量电流Ib之间的绝对差值；
S04：在供电通道输出电压范围内将曲线分为p个区间，并分别计算每个区间中的绝对误差；p为大于0的整数；
S05：特定供电通道输出电压下的电流值等于测量电流值与所述特定电压所在区间对应的绝对误差之和。
6.根据权利要求5所述的进行电流校正的方法，其特征在于，所述步骤S02具体包括：
S021：SPI总线调整对应供电通道的输出电压Va和VBIAS电源的输出电压Vb，使得Va-Vb＝x；并记录此时对应供电通道的输出电流Ia和电流表的测量电流Ib；其中，x大于0，且Ia为待校正电流值；
S022：重复步骤S021Y次，获得Y组对应供电通道的输出电流Ia和电流表的测量电流Ib；Y为大于0的整数。
7.根据权利要求6所述的进行电流校正的方法，其特征在于，所述步骤S03根据上述Y组数据绘制供电通道输出电压Va和测量误差A的曲线。
8.根据权利要求6所述的进行电流校正的方法，其特征在于，所述步骤S022中重复步骤S021Y次时，所述SPI总线设置对应供电通道的输出电压Va均匀递增或者均匀递减。
9.根据权利要求5所述的进行电流校正的方法，其特征在于，所述步骤S01具体包括：确定待校正电流值Ia和待校正的供电通道；所述上位机控制该供电通道对应的连接开关闭合；所述上位机根据待校正电流值Ia选择其中一个选择开关闭合。
10.根据权利要求9所述的进行电流校正的方法，其特征在于，所述步骤S01中待校正电流值Ia越大，上位机闭合的选择开关所连接的电阻值越小。
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