CN116414168A - 一种电源系统和芯片供电测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种电源系统，包括：电压控制模块、稳压调节模块、电流检测模块、通讯控制模块；电压控制模块输出反馈电压至稳压调节模块；电压控制模块还接收通讯控制模块发送的电压配置参数以形成负载需要的稳定电压；稳压调节模块基于反馈电压为负载提供稳定电压；电压控制模块、稳压调节模块和负载的电路交点为稳压节点，在电源系统工作过程中，基于稳压节点提供稳定电压；电流检测模块，至少用于检测负载的电流；其中，电流检测模块包括电压输入端和检测端，电压输入端连接稳压调节模块，检测端通过稳压节点连接负载。本发明所提供的电源系统可减少常规电流检测方式产生的压降，使得芯片的电流检测过程中电压始终保持稳定。

Description

一种电源系统和芯片供电测试设备

技术领域

本发明涉及电源领域，特别是涉及一种电源系统和包含该电源系统的芯片供电测试设备。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，对于芯片的需求也日益增加，目前市场上可通过一个独立的稳压电源专门给芯片供电。

在大规模数量芯片测试过程中，通常采用直流稳压电源和电流测量仪器来实现芯片供电电压调节和电流测量的功能，但是此项方案有以下缺点：当测试芯片数量增加时，需要的直流稳压电源和电流测量仪器数量增加带来成本、空间的增加；直流稳压电源的电压调节方式和电流测量仪器的量程选择通常为手动调整；不利于批量生产；电路中增加了电流测量仪器所带来的电压衰减问题。

因此，如何在设计中提供稳定电源供应，如何提供更加动态的负载电流范围，减小芯片电流检测过程中的测试硬件数量等问题成为设计者面临的关键问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电源系统，包括：电压控制模块、稳压调节模块、电流检测模块、通讯控制模块；电压控制模块，输出反馈电压至稳压调节模块；电压控制模块还接收通讯控制模块发送的电压配置参数以形成负载需要的稳定电压；稳压调节模块，基于反馈电压为负载提供稳定电压；电压控制模块、稳压调节模块和负载的电路交点为稳压节点，在电源系统工作过程中，基于稳压节点提供稳定电压；电流检测模块，至少用于检测负载的电流；其中，电流检测模块包括第一通路端和第二通路端，第一通路端连接稳压调节模块，第二通路端通过稳压节点连接负载。

可选的，通讯控制模块包括相互通讯的通信模块和上位机；通信模块用于将上位机输出的电压配置参数传递至电压控制模块、上位机输出的电流量程控制参数传递至电流检测模块，通信模块还用于将电流检测模块反馈的数字信号发送给上位机；基于电压配置参数、电流检测模块反馈的数字信号，上位机计算负载的电流值。

可选的，稳压调节模块包括稳压器，稳压器包括输入引脚、输出引脚和反馈引脚；其中，输入引脚接收固定电压；反馈引脚连接电压控制模块并接收反馈电压；稳压器还包括提供的第一参考电压；输出引脚连接电流检测模块的第一通路端，并基于电压控制模块输出的反馈电压、第一参考电压及固定电压输出第一稳定电压。

可选的，稳压器包括误差放大器和调整管；和/或，稳压调节模块还包括阻容器件。

可选的，固定电压大于第一稳定电压。

可选的，电流检测模块包括模数转换器和并联的至少两个控制检测通路；电流检测模块在接收通讯控制模块输出的电流量程控制参数后通过控制控制检测通路的场效应管的导通与关断来切换电流检测量程；模数转换器将模拟信号量化成数字信号后反馈给通讯控制模块。

可选的，并联的至少两个控制检测通路包括第一控制检测通路和第二控制检测通路，第一控制检测通路和第二控制检测通路均分别与稳压调节模块和负载串联；其中，第一控制检测通路包括第一开关晶体管和第一采样电阻(R1)，第二控制检测通路包括第二开关晶体管和第二采样电阻(R2)，电流检测模块在接收电流量程控制参数后通过控制第一开关晶体管以及第二开关晶体管的开启与关闭来切换电流检测量程。

可选的，稳压节点的电压小于第一稳定电压。

可选的，电流检测模块通过I2C总线与通信模块通讯；和/或，电压控制模块通过I2C总线与通信模块通讯。

可选的，电压控制模块包括数模转换器，数模转换器用于接收通讯控制模块发送的电压配置参数，并基于电压配置参数输出调节电压(VDAC)，以基于调节电压形成稳定电压。

可选的，电压控制模块还包括电阻网络，电阻网络的第一端连接数模转换器的调节电压的输出端，电阻网络的第二端输出反馈电压，电阻网络的第三端连接负载，电阻网络的第四端连接调节参考电压。

可选的，电阻网络包括第三采样电阻(R3)、第四采样电阻(R4)和第五采样电阻(R5)，第三采样电阻、第四采样电阻和第五采样电阻各自一端均连接稳压调节模块，并作为反馈电压的输出端，第三采样电阻的另一端连接负载，第四采样电阻的另一端接调节参考电压，第五采样电阻的另一端与数模转换器的调节电压的输出端连接。

可选的，电源系统满足公式：

其中，VDAC为电压控制模块输出的调节电压，VFB为电压控制模块提供的反馈电压，VOUT2为稳压节点的电压，VREF2为所述调节参考电压，R3为第三采样电阻，R4为第四采样电阻，R5为第五采样电阻。

本发明还公开一种包括上述电源系统的芯片供电测试设备，其中，芯片供电与试设备用于给芯片供电；和/或，芯片供电测试设备用于给芯片做电流检测。

与现有技术相比，本发明至少具有如下突出的优点之一：

本发明所提供的电源系统可以缓解常规电流检测方式产生的压降，使得给芯片供电过程以及芯片的电流检测过程中电压始终保持稳定；可通过通讯控制模块快速控制输出电压，适用于芯片测试中对电源电压灵活控制和电流测量；同时，实现电流检测仪器数量的减少，适用于大批量的芯片测试方案。

附图说明

图1是本发明所提供的一种电源系统的模块连接示意图；

图2是本发明所提供的另一种电源系统的模块连接示意图；

图3是本发明所提供的一种稳压调节模块的局部结构示意图；

图4是本发明所提供的一种电源系统的具体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

需要说明的是，在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

图1为本发明所提供的一种电源系统的模块连接示意图。如图1所示，电源系统包括：包括：通讯控制模块101、电流检测模块102、电压控制模块103和稳压调节模块104；

其中，电压控制模块103输出反馈电压VFB至稳压调节模块104；电压控制模块103还接收通讯控制模块101发送的电压配置参数以形成负载105需要的稳定电压。

需要说明的，此处的负载指的是利用本发明的电源系统提供电流检测或者供电功能的芯片，例如，该芯片接收稳定电压后可用于给图像传感器的像素电路提供固定电源电压。

可以理解的，通讯控制模块101发送的电压配置参数可以是二进制数字量形式的离散信号，在电路工作过程中需要将其转换为标准量(或参考量)为基准的模拟量，因此在本发明实施例中，可选的，电压控制模块103包括数模转换器，数模转换器用于接收通讯控制模块101发送的电压配置参数，并基于电压配置参数输出调节电压VDAC，以基于调节电压VDAC形成负载105需要的稳定电压，即数模转换器接收通讯控制模块101发出的数字信号并将其转换为模拟信号后输出调节电压VDAC。

稳压调节模块104基于反馈电压VFB为负载105提供稳定电压；需要说明的，此处的稳定电压不是稳压调节模块104直接输出的电压VOUT1，而是受到接入的电流检测模块的压降影响并输出的第二输出电压VOUT2。

其中，继续参考图1，电压控制模块103、稳压调节模块104和负载105的的电路交点为稳压节点N，在电源系统的工作过程中，基于稳压节点N提供稳定电压，即稳压节点N在电源系统的工作过程中的电压不变，但可以理解的，电压不变是相对概念，也可能会受到工艺影响或者电路影响产生一定的波动。

电流检测模块102至少用于检测负载105的电流，如图1所示，电流检测模块102包括第一通路端和第二通路端，第一通路端连接稳压调节模块104，第二通路端通过稳压节点N连接负载105，将电流检测模块102设置在稳压调节模块104和稳压节点N之间，使得在负载的电流检测过程中，电压保持稳定，减少受到压降的影响。

在本发明实施例中，一方面利用通讯控制模块发送的电压配置参数，使得电压控制模块输出调节电压VDAC，用于调控稳压节点N的电压；并输出反馈电压VFB至稳压调节模块中，令稳压调节模块调控自身输出的电压，最终提供给负载稳定的电压；另一方面，将电流检测模块设置于稳压调节模块输出端与负载之间，且稳压节点设置在电流检测模块与负载之间，从而稳压节点的电压可以直接提供给负载，减少电流检测模块存在导致的压降对为负载提供稳定电压的影响；使得负载的电流检测过程也能保持稳压状态，减少因为压降导致的电流检测问题。

在一些实施例中，通讯控制模块不仅仅发送工作参数至电压控制模块，也用于计算负载的电流值。请参考图2，图2为本发明所提供的另一种电源系统的模块连接示意图。通讯控制模块包括相互通讯的通信模块112和上位机111；通信模块112用于将上位机111输出的电压配置参数传递至电压控制模块103，并将上位机111输出的电流量程控制参数传递至电流检测模块102，在本发明实施例中，通信模块112还用于将电流检测模块102反馈的数字信号发送给上位机111；

可选的，在本发明中，通信模块可以通过USB接口与上位机通讯。当然，在其他的实施例中，也存在其他通讯协议，可以通过需求来设定，在此不做限定。

可以理解的，由于电流检测模块检测的信号是此处的电压信号，而电流检测模块还需要将模拟信号转换成数字信号后才能输出至通信模块，因此在电流检测模块中应设置有模数转换器。

进而，基于电流检测模块102反馈的数字信号，上位机111计算负载105的电流值。

如图3所示，图3是本发明所提供的一种稳压调节模块的局部结构示意图。稳压调节模块104包括稳压器114，稳压器114包括输入引脚IN、输出引脚OUT和反馈引脚FB；当然，稳压器114还包括接地引脚，用于接地。

其中，输入引脚IN接收固定电压VIN，反馈引脚FB连接电压控制模块103并接收反馈电压VFB，稳压器114还包括提供的第一参考电压VREF1；输出引脚OUT连接电流检测模块102的第一通路端，并基于电压控制模块103输出的反馈电压VFB、第一参考电压VREF1及固定电压VIN输出第一稳定电压VOUT1。

可选的，稳压器114可以为线性稳压器，线性稳压器使一个双极性或场效应功率晶体管在其线性模式中运作；可选的，稳压器114还可以为开关稳压器等。进一步可选的，稳压器的内部电路概要如图3所示，稳压器114包括误差放大器115和调整管M3，误差放大器115输出电压连接调整管M3的栅极，此处的调整管M3起的作用就是一个与固定电压输入端以及负载105相串联的可变电阻器。

原理如下：当负载105的电流增大时，稳压调节模块104的输出电压下降，使得反馈电压VFB也将下降，反馈电压VFB与第一参考电压VREF1进行比较，此时反馈电压VFB小于第一参考电压VREF1，误差放大器115会产生更多的电流并输入调整管M3的栅极，减小了调整管M3的电压降，固定电压VIN流通时受压降影响减少，使得稳压调节模块104的输出电压增大，进而实现了稳压；另一种情况下，当负载105的电流减小时，稳压调节模块104的输出电压增大，使得反馈电压VFB也增大，反馈电压VFB与第一参考电压VREF1进行比较，此时反馈电压VFB大于第一参考电压VREF1，误差放大器115会产生更少的电流并输入调整管M3的栅极，增大了调整管M3的电压降，固定电压VIN流通时受压降影响增大，使得稳压调节模块104的输出电压减小，进而实现稳压。综上所述，稳压调节模块104的第一稳定电压VOUT1始终恒定并处于良好调节状态。

可以理解的，由于受到电路的压降影响，固定电压VIN大于第一稳定电压VOUT1。

在一些实施例中，稳压调节模块还包括阻容器件，例如电容等，用于实现稳压调节模块的电压调控功能。

如图4所示，图4为本发明所提供的一种电源系统的局部结构示意图。电流检测模块102包括模数转换器121和并联的至少两个控制检测通路；可选的，模数转换器的种类很多，按工作原理的不同，可分成间接ADC和直接ADC，间接ADC是先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后再把这些中间量转换成数字量，常用的有中间量是时间的双积分型ADC。直接ADC则直接将模拟电压转换成数字量，常用的有并联比较型ADC和逐次逼近型ADC，模数转换器的选择可根据电路设计的实际需求来选定，在此不做限定。

电流检测模块102在接收通讯控制模块101输出的电流量程控制参数后通过控制并联的至少两个控制检测通路的导通与关断来切换电流检测量程，这里的控制检测通路即起到控制电流检测量程的作用，也起到了检测串联的电路上电压的作用；可选的，继续参考图4，并联的至少两个控制检测通路包括第一控制检测通路122和第二控制检测通路123，第一控制检测通路122和第二控制检测通路123均分别与稳压调节模块104和负载105串联；其中，可利用开关晶体管来控制电路通路是否导通以及利用精度较高的电阻来检测串联的电路上的电压，因此，继续参考图4，第一控制检测通路122包括第一开关晶体管M1和第一采样电阻R1，第二控制检测通路123包括第二开关晶体管M2和第二采样电阻R2，电流检测模块102在接收电流量程控制参数后通过控制第一开关晶体管M1以及第二开关晶体管M2的开启与关闭来切换电流检测量程。

需要说明的，此处的第一开关晶体管与第二开关晶体管可选用场效应管。

模数转换器121将模拟信号量化成数字信号后反馈给通讯控制模块101，在本发明实施例中，模数转换器121将此处控制检测通路检测到的电压模拟信号量化成电压数字信号后反馈给通信模块112，再由通信模块112发送至上位机111，以供上位机111通过模数转换器反馈的电压数字信号和自身下发的电压配置参数来计算负载105的电流值。

可选的，电流检测模块可以通过I2C总线与通信模块通讯；和/或，电压控制模块可以通过I2C总线与通信模块通讯。I2C总线在物理连接上非常简单，分别由SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)及上拉电阻组成。通信原理是通过对SCL和SDA线高低电平时序的控制，来产生I2C总线协议所需要的信号进行数据的传递。在总线空闲状态时，这两根线一般被上面所接的上拉电阻拉高，保持着高电平。

当然，在其他的实施例中，也存在其他通讯协议，例如电流检测模块与通信模块之间可以通过SPI协议通讯，电压控制模块与通信模块通讯也可以通过SPI协议通讯，SPI的通信原理以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备。

在本发明中模块之间的通讯方式可以通过需求与电路设计来设定，在此不做限定。

继续参考图4，在一些实施例中，电压控制模块103中，除了数模转换器131之外，电压控制模块还包括电阻网络132，其中，电阻网络132的第一端连接数模转换器131的调节电压VDAC的输出端，电阻网络132的第二端输出反馈电压VFB，电阻网络132的第三端连接负载105，电阻网络132的第四端连接调节参考电压VREF2。

可选的，电阻网络132包括第三采样电阻R3、第四采样电阻R4和第五采样电阻R5，第三采样电阻R3、第四采样电阻R4和第五采样电阻R5各自一端均连接稳压调节模块104，并作为反馈电压VFB的输出端，第三采样电阻R3的另一端连接负载105；第四采样电阻R4的另一端接调节参考电压VREF2，可选的，调节参考电压VREF2为接地电压，即第四采样电阻R4的另一端接地；而第五采样电阻R5的另一端与数模转换器131的调节电压VDAC的输出端连接。

可选的，第三采样电阻R3的阻值、第四采样电阻R4的阻值以及第五采样电阻R5的阻值之间的比值为7：1：7，进而设置稳压调节模块可输出的最大输出电压。

在本发明实施例中，电源系统满足公式：

其中，VDAC为电压控制模块输出的调节电压，VFB为电压控制模块提供的反馈电压，VOUT2为稳压节点的电压，VREF2为调节参考电压，R3为第三采样电阻，R4为第四采样电阻，R5为第五采样电阻。

如图4所示，第三采样电阻R3、第四采样电阻R4和第五采样电阻R5的电路交点为节点P，其中，节点P与调节参考电压VREF2之间的电流I1＝(VFB-VREF2)/R4，当R4的另一端接地时，即VREF2＝0，相应的I1＝VFB/R4，稳压节点N与节点P之间的电流I2＝(VOUT2-VFB)/R3，数模转换器131与节点P之间的电流I3＝(VDAC-VFB)/R5，而由于I1＝I2+I3，即可得：

而当R4的另一端接地时，即VREF2＝0时，公式为：

在本发明实施例中，通过电压控制模块输出调节电压VDAC，并基于电阻网络的设置，可使得稳压节点输出对应的电压至负载，当输出至负载的电压产生增大或减小时，电压控制模块对应输出反馈电压VFB至稳压调节模块，并通过反馈电压VFB与第一参考电压VREF1进行比较，控制稳压调节模块的输出电压的大小，进而使输出至负载的电压恢复，从而实现稳压。

本发明还提供一种包括上述电源系统的芯片供电测试设备，该芯片供电测试设备可用于给芯片供电，也可以用于给芯片做电流检测。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种电源系统，其特征在于，包括：电压控制模块、稳压调节模块、电流检测模块、通讯控制模块；

所述电压控制模块，输出反馈电压至所述稳压调节模块；所述电压控制模块还接收所述通讯控制模块发送的电压配置参数以形成负载需要的稳定电压；

所述稳压调节模块，基于所述反馈电压为所述负载提供所述稳定电压；

所述电压控制模块、所述稳压调节模块和所述负载的电路交点为稳压节点，在所述电源系统工作过程中，基于所述稳压节点提供所述稳定电压；

所述电流检测模块，至少用于检测所述负载的电流；其中，所述电流检测模块包括第一通路端和第二通路端，所述第一通路端连接所述稳压调节模块，所述第二通路端通过所述稳压节点连接所述负载。

2.如权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述通讯控制模块包括相互通讯的通信模块和上位机；

所述通信模块用于将所述上位机输出的所述电压配置参数传递至所述电压控制模块、所述上位机输出的电流量程控制参数传递至所述电流检测模块，所述通信模块还用于将所述电流检测模块反馈的数字信号发送给所述上位机；

基于所述电压配置参数、所述电流检测模块反馈的数字信号，所述上位机计算所述负载的电流值。

3.如权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述稳压调节模块包括稳压器，所述稳压器包括输入引脚、输出引脚和反馈引脚；

其中，所述输入引脚接收固定电压；所述反馈引脚连接所述电压控制模块并接收所述反馈电压；所述稳压器还包括提供的第一参考电压；所述输出引脚连接所述电流检测模块的所述第一通路端，并基于所述电压控制模块输出的反馈电压、所述第一参考电压及所述固定电压输出第一稳定电压。

4.如权利要求3所述的电源系统，其特征在于，所述稳压器包括误差放大器和调整管；和/或，所述稳压调节模块还包括阻容器件。

5.如权利要求3所述的电源系统，其特征在于，所述固定电压大于所述第一稳定电压。

6.如权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述电流检测模块包括模数转换器和并联的至少两个控制检测通路；

所述电流检测模块在接收所述通讯控制模块输出的电流量程控制参数后通过控制所述控制检测通路的导通与关断来切换电流检测量程；

所述模数转换器将所述模拟信号量化成数字信号后反馈给所述通讯控制模块。

7.如权利要求6所述的电源系统，其特征在于，所述并联的至少两个控制检测通路包括第一控制检测通路和第二控制检测通路，所述第一控制检测通路和所述第二控制检测通路均分别与所述稳压调节模块和所述负载串联；

其中，所述第一控制检测通路包括第一开关晶体管和第一采样电阻，所述第二控制检测通路包括第二开关晶体管和第二采样电阻，所述电流检测模块在接收所述电流量程控制参数后通过控制所述第一开关晶体管以及所述第二开关晶体管的开启与关闭来切换电流检测量程。

8.如权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述稳压节点的电压小于所述第一稳定电压。

9.如权利要求1所述的电源系统，其特征在于，

所述电流检测模块通过I2C总线与所述通信模块通讯；和/或，

所述电压控制模块通过I2C总线与所述通信模块通讯。

10.如权利要求1-9中任意一项所述的电源系统，其特征在于，所述电压控制模块包括数模转换器，所述数模转换器用于接收所述通讯控制模块发送的电压配置参数，并基于所述电压配置参数输出调节电压，以基于所述调节电压形成所述稳定电压。

11.如权利要求10所述的电源系统，其特征在于，所述电压控制模块还包括电阻网络，所述电阻网络的第一端连接所述数模转换器的所述调节电压的输出端，所述电阻网络的第二端输出所述反馈电压，所述电阻网络的第三端连接所述负载，所述电阻网络的第四端连接调节参考电压。

12.如权利要求11所述的电源系统，其特征在于，所述电阻网络包括第三采样电阻、第四采样电阻和第五采样电阻，所述第三采样电阻、所述第四采样电阻和所述第五采样电阻各自一端均连接所述稳压调节模块，并作为所述反馈电压的输出端，所述第三采样电阻的另一端连接所述负载，所述第四采样电阻的另一端接所述调节参考电压，所述第五采样电阻的另一端与所述数模转换器的所述调节电压的输出端连接。

13.如权利要求12所述的电源系统，其特征在于，所述电源系统满足公式：

其中，VDAC为所述电压控制模块输出的调节电压，VFB为所述电压控制模块提供的反馈电压，VOUT2为所述稳压节点的电压，VREF2为所述调节参考电压，R3为所述第三采样电阻，R4为所述第四采样电阻，R5为所述第五采样电阻。

14.一种芯片供电测试设备，其特征在于，包括如权利要求1-13中任意一项所述的电源系统，所述芯片供电测试设备用于给芯片供电；和/或，所述芯片供电测试设备用于给芯片做电流检测。

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