CN117761485A - 一种阻抗测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及测试技术领域，公开了一种阻抗测试装置及方法，方法包括：控制装置获取电压源信号后，基于电压源信号控制第一信号发生器生成信号源；控制装置控制信号源激励被测功率器件后，控制装置获取被测功率器件的第一端电压；控制装置控制第二信号发生器基于被测功率器件的第一端电压生成调节信号后，调节被测功率器件的第二端电压；控制装置获取被测功率器件的第二端电压；当被测功率器件的第二端电压稳定至0V时，控制装置再次获取被测功率器件的第一端电压后，控制装置基于调节电路当前的电压值、阻值及被测功率器件的第一端电压，计算获得被测功率器件的阻抗。本发明通过数字信号计算阻抗，提高测试速率及测试精度，提升测试的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及测试技术领域，具体涉及一种阻抗测试装置及方法。
背景技术
现有阻抗测试方法有伏安计法、电桥法、自动平衡电桥法、射频电桥法、网络分析法以及谐振法。通过伏安计法的一般是万用表使用，精度不高。由于谐振法测试精度不高，一般也不用于半导体测试。电桥法主要是直流方式进行阻抗测试，对于半导体测试适应性不高，也很少用。网络分析法由于网络分析仪比较昂贵，也比较少用。射频电桥法一般用于测试电容，一般用于测试射频器件。对于平常使用的半导体器件，如MOS管，IGBT，SiC器件等都是使用自动平衡电桥法。
当用户需要使用测试频率超过300KHz时，模拟自动平衡电桥法会造成测试精度不准，而射频电桥法对使用环境要求很高，外部切换不能加继电器来实现，而且一般仅适用于射频器件测量。使用的是电桥法，这种方法测试的精度不高，而且测试速率不高，不适用于集成电路自动测试机(Automatic Test Equipment，ATE)中。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于解决现有技术中阻抗测试速度慢、精度低的问题，从而提供一种阻抗测试装置及方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种阻抗测试装置，包括：控制装置、第一信号发生器、第二信号发生器、第一采样电路、第二采样电路、开关电路及调节电路，其中，控制装置，其第一端与第一信号发生器的输入端连接，其第二端与第一采样电路的第一端连接，其第三端与第二信号发生器的输入端连接，其第四端与第二采样电路的第一端连接；第一采样电路，其第二端与开关电路的第一端连接；第一信号发生器，其输出端与被测功率器件的第一端及开关电路的第二端连接；第二采样电路，其第二端与第二信号发生器的输出端及调节电路的第一端连接；开关电路，其第三端与被测功率器件的第二端及调节电路的第二端连接；控制装置为现场可编程门阵列，其用于实现对数字信号的处理。
本发明提供的阻抗测试装置，控制装置使用现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate ARay，FPGA)芯片，通过数字电路搭成信号源进行阻抗测试，数字自动平衡使得测试速率更快，计算结构更准确和稳定。
在一种可选的实施方式中，调节电路包括档位电阻。
本发明提供的阻抗测试装置，调节电路仅包含档位电阻，通过调节档位电阻的阻值，调整被测功率器件的第二端电压，调节原理简单，设备成本低。
在一种可选的实施方式中，开关电路包括：第一开关及第二开关，其中，第一开关，其第一端与第一采样电路的第二端连接，其第二端与被测功率器件的第一端连接；第二开关，其第一端与第一采样电路的第二端连接，其第二端与被测功率器件的第二端连接。
本发明提供的阻抗测试装置，通过控制两个开关的通断顺序，构成不同的独立的采集回路，从而控制装置能够分别对被测功率器件两端电压进行采集，两个采集回路互不干扰，提高了电路的可靠性。
在一种可选的实施方式中，阻抗测试装置还包括：第一功率放大器及第二功率放大器，其中，第一功率放大器，其第一端与第一信号发生器的输出端连接，其第二端与被测功率器件的第一端连接；第二功率放大器，其第一端与第二信号发生器的输出端连接，其第二端与调节电路的第一端连接。
本发明提供的阻抗测试装置，第一功率放大器放大直流偏置电压及正弦波交流信号，第一功率放大器及第二功率放大器可以通过放大信号的幅度和功率提高信号的强度，降低电路中的干扰对测试结果的影响，提高阻抗测试的精度。
第二方面，本发明提供一种阻抗测试方法，应用于第一方面的阻抗测试装置，方法包括：控制装置获取电压源信号后，基于电压源信号控制第一信号发生器生成信号源；控制装置控制信号源激励被测功率器件后，控制开关电路切换开关状态，控制装置获取被测功率器件的第一端电压；控制装置控制第二信号发生器基于被测功率器件的第一端电压生成调节信号后，控制装置控制调节电路基于调节信号调整阻值，从而调节被测功率器件的第二端电压；控制装置控制开关电路切换开关状态后，获取被测功率器件的第二端电压；当被测功率器件的第二端电压稳定至0V时，控制装置再次获取被测功率器件的第一端电压后，控制装置基于调节电路当前的电压值、阻值及被测功率器件的第一端电压，计算获得被测功率器件的阻抗。
本发明提供的阻抗测试方法，先计算出容易计算的流经调节电路的电流，通过调节被测功率器件的第二端电压至零，使流经被测功率器件的电流与流经调节电路的电流大小一致后，根据被测功率器件两端的电压及已知电流大小计算获得被测功率器件的阻抗，阻抗是通过数字方式快速处理和计算，利用数字电路自动平衡电桥的原理，适用于多种测试频率，具有计算速度快、测试原理简单、计算结果稳定准确的优点。
在一种可选的实施方式中，基于电压源信号控制第一信号发生器生成信号源的过程，包括：基于电压源信号控制第一信号发生器生成小信号源；控制第一功率放大器对小信号源进行直流跟随及功率放大后生成信号源。
本发明提供的阻抗测试方法，第一功率放大器能够对小信号源中的直流偏置电压及正弦波信号进行放大，能够降低电路中的干扰对测试结果的影响，提高阻抗测试的精度。
在一种可选的实施方式中，小信号源包括正弦波信号及直流偏置电压。
在一种可选的实施方式中，控制第二信号发生器基于被测功率器件的第一端电压生成调节信号的过程，包括：控制第二信号发生器基于被测功率器件的第一端电压生成初始调节信号；控制第二功率放大器对初始调节信号进行功率放大后生成调节信号。
在一种可选的实施方式中，获取被测功率器件的第一端电压或第二端电压的过程，包括：控制开关电路切换开关状态后，通过第一采样电路获取被测功率器件的第一端电压或第二端电压。
在一种可选的实施方式中，基于调节电路当前的电压值、阻值及被测功率器件的第一端电压，计算获得被测功率器件的阻抗的过程，包括：通过第二采样电路获取调节电路当前的电压值及阻值，计算得到调节电路当前的电流值；基于调节电路当前的电流值及被测功率器件的第一端电压，计算得到被测功率器件的阻抗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的阻抗测试装置的一个具体示例的组成图；
图2是根据本发明实施例的阻抗测试装置的另一具体示例的组成图；
图3是根据本发明实施例的阻抗测试方法的一个具体示例的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供一种阻抗测试装置，如图1所示，包括：控制装置1、第一信号发生器2、第二信号发生器3、第一采样电路4、第二采样电路5、开关电路6及调节电路7。
如图1所示，控制装置1，其第一端与第一信号发生器2的输入端连接，其第二端与第一采样电路4的第一端连接，其第三端与第二信号发生器3的输入端连接，其第四端与第二采样电路5的第一端连接；第一采样电路4，其第二端与开关电路6的第一端连接；第一信号发生器2，其输出端与被测功率器件DUT的第一端及开关电路6的第二端连接；第二采样电路5，其第二端与第二信号发生器3的输出端及调节电路7的第一端连接；开关电路6，其第三端与被测功率器件DUT的第二端及调节电路7的第二端连接；控制装置1为现场可编程门阵列，其用于实现对数字信号的处理。
具体地，如图1所示，本实施例利用控制装置1、第一信号发生器2、第二信号发生器3、第一采样电路4、第二采样电路5、开关电路6及调节电路7，实现以下阻抗测试方法：
(1)控制装置1获取电压源信号Vref后，基于电压源信号Vref控制第一信号发生器2生成信号源；(2)控制装置1控制信号源激励被测功率器件DUT后，控制开关电路6切换开关状态，使得第一采样电路4与被测功率器件DUT的第一端之间的电路导通后，控制装置1获取被测功率器件DUT的第一端电压Vx；(3)控制装置1控制第二信号发生器3基于被测功率器件DUT的第一端电压Vx生成调节信号后，控制装置1控制调节电路7基于调节信号调整阻值，从而调节被测功率器件DUT的第二端电压Vg；(4)控制装置1控制开关电路6切换开关状态，使得第一采样电路4与被测功率器件DUT的第二端之间的电路导通后，获取被测功率器件DUT的第二端电压；(5)当被测功率器件DUT的第二端电压稳定至0V时，控制装置1再次获取被测功率器件DUT的第一端电压Vx后，控制装置1通过第二采样电路5获取调节电路7的电压值及阻值，并基于调节电路7当前的电压值、阻值及被测功率器件DUT的第一端电压Vx，计算获得被测功率器件DUT的阻抗。
本实施例提供的阻抗测试装置，控制装置使用FPGA芯片，通过数字电路搭成信号源进行阻抗测试，数字自动平衡使得测试速率更快，计算结构更准确和稳定。
在一些可选的实施方式中，如图2所示，调节电路7包括档位电阻R。
具体地，如图2所示，通过调节档位电阻R的阻值进行分压，从而对被测功率器件DUT的第二端电压Vg的大小进行调节。
在一些可选的实施方式中，如图2所示，开关电路6包括：第一开关K1及第二开关K2，其中，第一开关K1，其第一端与第一采样电路4的第二端连接，其第二端与被测功率器件DUT的第一端连接；第二开关K2，其第一端与第一采样电路4的第二端连接，其第二端与被测功率器件的第二端连接。
具体地，如图2所示，当第一开关K1闭合时，第一采样电路4采集被测功率器件DUT的第一端电压Vx发送至控制装置1；当第二开关K2闭合时，第一采样电路4采集被测功率器件DUT的第二端电压Vg发送至控制装置1。
在一些可选的实施方式中，如图2所示，阻抗测试装置还包括：第一功率放大器8及第二功率放大器9，其中，第一功率放大器8，其第一端与第一信号发生器2的输出端连接，其第二端与被测功率器件DUT的第一端连接；第二功率放大器9，其第一端与第二信号发生器3的输出端连接，其第二端与调节电路7的第一端连接。
具体地，如图2所示，第一功率放大器8及第二功率放大器9均用于对输入信号进行功率放大，其中，第一信号发生器2生成的小信号源包含正弦波信号以及直流偏置电压，第一功率放大器8包含直流跟随器及交流功率放大器，直流跟随器及交流功率放大器分别对直流偏置电压及正弦波信号进行功率放大后，将功率更大的直流偏置电压及正弦波信号发送至被测功率器件的第一端，从而对被测功率器件DUT进行激励。
本实施例提供一种阻抗测试方法，应用于以上实施例及其任一可选实施方式的阻抗测试装置，如图3所示，方法包括：
步骤S1：控制装置获取电压源信号后，基于电压源信号控制第一信号发生器生成信号源。
具体地，步骤S1包括：(1)基于电压源信号控制第一信号发生器生成小信号源；(2)控制第一功率放大器对小信号源进行直流跟随及功率放大后生成信号源。
具体地，如图2所示，控制装置1根据精密电压源Vref和第一信号发生器2生成测试所需的小信号源，其中，小信号源包括正弦波信号及直流偏置电压。第一功率放大器8将正弦波信号及直流偏置电压进行功率放大后生成信号源。
步骤S2：控制装置控制信号源激励被测功率器件后，控制开关电路切换开关状态，控制装置获取被测功率器件的第一端电压。
具体地，如图2所示，控制装置1控制信号源激励被测功率器件DUT后，被测功率器件DUT的第一端产生电压Vx，同时控制装置1控制第一开关K1闭合，第一采样电路4采集被测功率器件DUT的第一端电压Vx并转换为数字信号后，控制装置1接收数字模式的被测功率器件DUT的第一端电压Vx并储存。
步骤S3：控制装置控制第二信号发生器基于被测功率器件的第一端电压生成调节信号后，控制装置控制调节电路基于调节信号调整阻值，从而调节被测功率器件的第二端电压。
具体地，步骤S3包括：(1)控制第二信号发生器基于被测功率器件的第一端电压生成初始调节信号；(2)控制第二功率放大器对初始调节信号进行功率放大后生成调节信号。
具体地，如图2所示，控制装置1结合被测功率器件DUT的第一端电压Vx，通过第二信号发生器3生成能够使被测功率器件DUT的第二端电压Vg为0电位的正弦波形式的初始调节信号后，通过第二功率放大器9对初始调节信号进行功率放大后生成一定相位的正弦波形式的调节信号，以提高初始调节信号的抗干扰能力。档位电阻R根据调节信号调整阻值，通过分压使DUT的第二端电压Vg为0电位。
步骤S4：控制装置控制开关电路切换开关状态后，获取被测功率器件的第二端电压。
具体地，如图2所示，控制装置1控制第二开关K2闭合，第一采样电路4采集被测功率器件DUT的第二端电压Vg并转换为数字信号后，控制装置1接收并检测此时Vg是否为0；若Vg不等于0V，则控制装置1通过算法对初始调节信号进行多次调整，从而调节档位电阻R的阻值后，多次获取被测功率器件DUT的第二端电压Vg，直至判断获取的被测功率器件DUT的第二端电压Vg等于0V。
步骤S5：当被测功率器件的第二端电压稳定至0V时，控制装置再次获取被测功率器件的第一端电压后，控制装置基于调节电路当前的电压值、阻值及被测功率器件的第一端电压，计算获得被测功率器件的阻抗。
具体地，步骤S5包括：(1)通过第二采样电路获取调节电路当前的电压值及阻值，计算得到调节电路当前的电流值；(2)基于调节电路当前的电流值及被测功率器件的第一端电压，计算得到被测功率器件的阻抗。
具体地，如图2所示，当被测功率器件DUT的第二端电压稳定至0V时，控制装置1通过第二采样电路5获取此时档位电阻R的第一端电压Vr，同时，通过第一采样电路4获取此时被测功率器件DUT的第一端电压Vx。由于此时被测功率器件DUT的第二端电压Vg等于0V，则此时被测功率器件的第二端电压与档位电阻R第二端的电压均为0，则被测功率器件DUT中的电流Ix流向0电位等同于档位电阻R中的电流Ir流向0电位。由于档位电阻R的阻值Rr是已知的，则此时流经档位电阻R的电流Ir为
被测功率器件DUT的阻抗Zx为
由于流经被测功率器件DUT的电流Ix＝Ir，则被测功率器件DUT的阻抗
其中，Vr、Vx、Ix及Ir均为复数，Zx的实部及虚部分别为被测功率器件控制端的电阻Rg及电容Cg。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种阻抗测试装置，其特征在于，包括：控制装置、第一信号发生器、第二信号发生器、第一采样电路、第二采样电路、开关电路及调节电路，其中，
控制装置，其第一端与所述第一信号发生器的输入端连接，其第二端与所述第一采样电路的第一端连接，其第三端与所述第二信号发生器的输入端连接，其第四端与所述第二采样电路的第一端连接；
第一采样电路，其第二端与所述开关电路的第一端连接；第一信号发生器，其输出端与被测功率器件的第一端及所述开关电路的第二端连接；
第二采样电路，其第二端与所述第二信号发生器的输出端及所述调节电路的第一端连接；
开关电路，其第三端与被测功率器件的第二端及所述调节电路的第二端连接；
所述控制装置为现场可编程门阵列，其用于实现对数字信号的处理。
2.根据权利要求1所述的阻抗测试装置，其特征在于，
所述调节电路包括档位电阻。
3.根据权利要求2所述的阻抗测试装置，其特征在于，所述开关电路包括：第一开关及第二开关，其中，
第一开关，其第一端与所述第一采样电路的第二端连接，其第二端与被测功率器件的第一端连接；
第二开关，其第一端与所述第一采样电路的第二端连接，其第二端与被测功率器件的第二端连接。
4.根据权利要求3所述的阻抗测试装置，其特征在于，还包括：第一功率放大器及第二功率放大器，其中，
第一功率放大器，其第一端与所述第一信号发生器的输出端连接，其第二端与被测功率器件的第一端连接；
第二功率放大器，其第一端与所述第二信号发生器的输出端连接，其第二端与所述调节电路的第一端连接。
5.一种阻抗测试方法，其特征在于，应用于权利要求4所述的阻抗测试装置，所述方法包括：
控制装置获取电压源信号后，基于所述电压源信号控制第一信号发生器生成信号源；
控制装置控制所述信号源激励被测功率器件后，控制开关电路切换开关状态，控制装置获取被测功率器件的第一端电压；
控制装置控制第二信号发生器基于所述被测功率器件的第一端电压生成调节信号后，控制装置控制调节电路基于所述调节信号调整阻值，从而调节被测功率器件的第二端电压；
控制装置控制开关电路切换开关状态后，获取被测功率器件的第二端电压；
当被测功率器件的第二端电压稳定至0V时，控制装置再次获取被测功率器件的第一端电压后，控制装置基于调节电路当前的电压值、阻值及被测功率器件的第一端电压，计算获得被测功率器件的阻抗。
6.根据权利要求5所述的阻抗测试方法，其特征在于，所述基于所述电压源信号控制第一信号发生器生成信号源的过程，包括：
基于所述电压源信号控制第一信号发生器生成小信号源；
控制第一功率放大器对所述小信号源进行直流跟随及功率放大后生成信号源。
7.根据权利要求6所述的阻抗测试方法，其特征在于，
所述小信号源包括正弦波信号及直流偏置电压。
8.根据权利要求5所述的阻抗测试方法，其特征在于，所述控制第二信号发生器基于所述被测功率器件的第一端电压生成调节信号的过程，包括：
控制第二信号发生器基于所述被测功率器件的第一端电压生成初始调节信号；
控制第二功率放大器对所述初始调节信号进行功率放大后生成调节信号。
9.根据权利要求5所述的阻抗测试方法，其特征在于，所述获取被测功率器件的第一端电压或第二端电压的过程，包括：
控制开关电路切换开关状态后，通过第一采样电路获取被测功率器件的第一端电压或第二端电压。
10.根据权利要求5所述的阻抗测试方法，其特征在于，所述基于调节电路当前的电压值、阻值及被测功率器件的第一端电压，计算获得被测功率器件的阻抗的过程，包括：
通过第二采样电路获取调节电路当前的电压值及阻值，计算得到调节电路当前的电流值；
基于所述调节电路当前的电流值及被测功率器件的第一端电压，计算得到被测功率器件的阻抗。
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