CN203133243U - 浮地测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及集成电路测试领域，公开了一种浮地测试系统。本实用新型中浮地测试系统包含：浮地测量电路、电源隔离电路和信号隔离电路；被测系统的系统电源通过电源隔离电路与浮地测量电路连接；被测系统的系统信号通过信号隔离电路与浮地测量电路进行传递。通过隔离电路把浮地测量电路同被测系统其他电路隔离开，使得浮地测试系统不受大地电性能的影响，可使功率地和信号地之间的隔离电阻很大，阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰，能满足较高电压和较大电流的测试要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及集成电路测试领域，特别涉及一种浮地测试系统。
背景技术
地是电子技术中一个很重要的概念，其经典定义是：作为电路或系统基准的等电位或平面。接地的方法有很多种，常用的有单点接地，多点接地，浮地等。单点接地时值整个电路系统中只有一个物理点被定义为接地参考点，其他需要接地的点都直接接到这一点上。在低频电路中，布线和元件之间不会产生太大影响。通常频率小于1MHz的电路，采用一点接地。多点接地是指电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上（即设备的金属底板）。在高频电路中，由于寄生电容和电感影响比较大，通常采用多点接地。浮地，即电路的地与大地无导体连接。浮地不同于虚地，虚地是指没有接地却和地电位相等；浮地的参考电位可以不等于大地的电位。
现有技术中测试系统的地电位与系统地位于同一点位，当被测系统中的地干扰较大、不能可靠接地、不允许共地或需要检测一些较高数值的差模信号的情况下，现有测量方法就无法满足需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种浮地测试系统，使得浮地测试系统不受大地电性能的影响，可使功率地和信号地之间的隔离电阻很大，阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰，能满足较高电压和较大电流的测试要求。
为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种浮地测试系统，包含：浮地测量电路、电源隔离电路和信号隔离电路；
被测系统的系统电源通过所述电源隔离电路与所述浮地测量电路连接；
被测系统的系统信号通过所述信号隔离电路与所述浮地测量电路进行传递。
本实用新型相对于现有技术而言，通过隔离电路把浮地测量电路同被测系统其他电路隔离开，使得浮地测试系统不受大地电性能的影响，可使功率地和信号地之间的隔离电阻很大，阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰，能满足较高电压和较大电流的测试要求。
作为进一步改进，所述浮地测量电路包含：通用总线转换电路、主运放、电压选择电流放大电路、钳位电路、电压反馈回路、电流反馈回路、数模输出模块和模数测量模块；
所述电源隔离电路为直流-直流转换电路；
所述信号隔离电路为光耦隔离电路；
所述系统信号通过所述通用总线转换电路输入所述浮地测试系统；所述系统电源通过所述直流-直流转换电路连接到所述浮地测试系统；
所述通用总线转换电路与所述光耦隔离电路连接；所述光耦隔离电路分别与所述钳位电路、所述数模输出模块和所述模数测量模块连接；所述数模输出模块和所述钳位电路均与所述主运放、所述电压反馈回路和所述电流反馈回路连接；所述模数测量模块与所述电压反馈回路和所述电流反馈回路连接；所述直流-直流转换电路与所述主运放的正电源、所述电压选择电流放大电路连接；所述主运放的输出端和负电源分别与所述电压选择电流放大电路连接；所述电压选择电流放大电路、所述电压反馈回路和所述电流反馈回路均与所述浮地测试系统的输出端连接。
作为进一步改进，所述直流-直流转换电路的每路通道单独使用一正一负两个隔离电源，提供的最高电压为48伏、最大电流为2.3安培。
作为进一步改进，所述通用总线转换电路采用现场可编程门阵列FPGA实现。
作为进一步改进，所述钳位电路包含正向钳位子电路和负向钳位子电路；
所述正向钳位子电路和负向钳位子电路的输入端与所述信号隔离电路连接，两个输出端相互连接，并与所述主运放、所述电流反馈回路和所述电压反馈回路连接。采用钳位电路限制输出电流和电压，防止过高的输出损坏被测器件。
作为进一步改进，所述电压反馈回路包含恒电压输出模块和电压档位分档模块；
所述电压反馈回路包含恒电流输出模块和电流档位分档模块；
所述恒电压输出模块、电压档位分档模块、恒电流输出模块和电流档位分档模块分别与所述浮地测试系统的输出端连接。
作为进一步改进，还包含：二级浮动电源；
所述电压反馈回路包含：电压反馈电阻和电压检测放大器；所述电压检测放大器的两个输入端分别与所述浮地测试系统的输出端中的电压输出端Vo和浮地连接；所述电压检测放大器的正电源和负电源与所述二级浮动电源连接；所述电压检测放大器的输出端与所述电压反馈电阻的一端连接，所述电压反馈电阻的另一端与所述钳位电路和所述模数测量模块连接；
所述电流反馈回路包含：采样电阻和电压检测放大器；所述电压检测放大器的两个输入端分别与所述采样电阻的两端连接；所述电压检测放大器的正电源和负电源与所述二级浮动电源连接；所述电压检测放大器的输出端与所述钳位电路和所述模数测量模块连接；所述采样电阻的一端与所述浮地测试系统的输出端中的电压输出端Vo连接，另一端与所述电压选择电流放大电路连接。
引入二级浮动电源，能够跟随的电压输出端Vo电压进行浮动，使运放在较高电压输入也能够安全工作。
与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：
1、浮地系统不受大地电性能的影响。
2、浮地系统可使功率地（强电地）和信号地（弱电地）之间的隔离电阻很大。
3、浮地性能能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰（即共模干扰）。
4、能满足较高电压和较大电流的测试要求。
附图说明
图1是本实用新型的浮地测试系统隔离示意图；
图2是本实用新型的浮地测试系统中各个功能模块连接示意图；
图3是本实用新型的浮地测试系统施加和测量的原理框图；
图4是本实用新型的浮地测试系统进行差模测量时的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本实用新型的第一实施方式涉及一种浮地测试系统，如图1所示，包含：浮地测量电路、电源隔离电路和信号隔离电路；被测系统的系统电源通过电源隔离电路与浮地测量电路连接；被测系统的系统信号通过信号隔离电路与浮地测量电路进行传递。
具体电路参见图2，浮地测量电路包含：通用总线转换电路、主运放、电压选择电流放大电路、钳位电路、电压反馈回路、电流反馈回路、数模输出模块和模数测量模块；电源隔离电路为直流-直流转换电路；信号隔离电路为光耦隔离电路。系统信号通过通用总线转换电路输入浮地测试系统，系统电源通过直流-直流转换电路连接到浮地测试系统。
通用总线转换电路与光耦隔离电路连接；光耦隔离电路分别与钳位电路、数模输出模块和模数测量模块连接；数模输出模块和钳位电路均与主运放、电压反馈回路和电流反馈回路连接；模数测量模块与电压反馈回路和电流反馈回路连接；直流-直流转换电路与主运放的正电源、电压选择电流放大电路连接；主运放的输出端和负电源分别与电压选择电流放大电路连接；电压选择电流放大电路、电压反馈回路和电流反馈回路均与浮地测试系统的输出端连接。
钳位电路包含正向钳位子电路和负向钳位子电路；正向钳位子电路和负向钳位子电路的输入端与信号隔离电路连接，两个输出端相互连接，并与主运放、电流反馈回路和电压反馈回路连接。
此外，值得一提的是，直流-直流转换电路的每路通道单独使用一正一负两个隔离电源，提供的最高电压为48伏、最大电流为2.3安培。比如说，可以设置两个独立通道的高精度恒流恒压模块，该模块的地电位浮置，每个通道具有施加和测量功能，可实现双向四象限工作，电压电流施加和测试精度为0.1%，分辨率为16位，其电压输出测量范围-48v～+48v，电流输出测量范围-2A～2A。
通用总线转换电路采用现场可编程门阵列FPGA实现。电压反馈回路包含恒电压输出模块和电压档位分档模块；电压反馈回路包含恒电流输出模块和电流档位分档模块；恒电压输出模块、电压档位分档模块、恒电流输出模块和电流档位分档模块分别与浮地测试系统的输出端连接。
在实际实现时，可以采用GAH03S48BP 48V 150W电源模块作为直流-直流转换电路，FPGA芯片可以为XC3S500E或XC3S250E，主运放可以选用OPA454AIDDA，数模输出电路可以选用16位DA芯片AD5546，模数测量电路可以选用16位AD芯片AD7612或AD7610。
与现有技术相比，通过隔离电路把浮地测量电路同被测系统其他电路隔离开，使得浮地测试系统不受大地电性能的影响，可使功率地和信号地之间的隔离电阻很大，阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰，能满足较高电压和较大电流的测试要求。特别是，在一些特定场合，地线上的干扰比较严重，采用浮地技术，可以阻断干扰信号的进入，提高电磁兼容能力。
本实用新型的第二实施方式涉及一种浮地测试系统，第二实施方式在第一实施方式基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：在第二实施方式中，引入二级浮动电源，能够跟随电压输出端Vo的电压进行浮动，使运放在较高电压输入时也能够安全工作。
请参阅图3所示，电压反馈回路包含：电压反馈电阻401和电压检测放大器402；电压检测放大器的两个输入端分别与浮地测试系统的输出端中的Vo和浮地连接；电压检测放大器的正电源和负电源与二级浮动电源400连接；电压检测放大器的输出端与电压反馈电阻的一端连接，电压反馈电阻的另一端与钳位电路和模数测量模块连接。
电流反馈回路包含：采样电阻403和电压检测放大器404；电压检测放大器的两个输入端分别与采样电阻的两端连接；电压检测放大器的正电源和负电源与二级浮动电源连接；电压检测放大器的输出端与钳位电路和模数测量模块连接；采样电阻的一端与浮地测试系统的输出端中Vo连接，另一端与电压选择电流放大电路连接。
此外，本实施方式也可以解决较高数值的差模信号问题，比如说，如图4所示，系统中的两点p1、p2的电压分别为Vp1=500v，Vp2=520v，则共模电压（Vcom）为500伏，差模或差分电压（Vdif）为20伏，将p2点与浮地端405连接，这样就可以将较大的共模信号转换成很小的差模信号进行测量。
与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：
1、浮地系统不受大地电性能的影响。
2、浮地系统可使功率地（强电地）和信号地（弱电地）之间的隔离电阻很大。
3、浮地性能能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰（即共模干扰）。
4、能满足较高电压和较大电流的测试要求。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。
Claims (7)
1.一种浮地测试系统，其特征在于，包含：浮地测量电路、电源隔离电路和信号隔离电路；
被测系统的系统电源通过所述电源隔离电路与所述浮地测量电路连接；
被测系统的系统信号通过所述信号隔离电路与所述浮地测量电路进行传递。
2.根据权利要求1所述的浮地测试系统，其特征在于，所述浮地测量电路包含：通用总线转换电路、主运放、电压选择电流放大电路、钳位电路、电压反馈回路、电流反馈回路、数模输出模块和模数测量模块；
所述电源隔离电路为直流-直流转换电路；
所述信号隔离电路为光耦隔离电路；
所述系统信号通过所述通用总线转换电路输入所述浮地测试系统；所述系统电源通过所述直流-直流转换电路连接到所述浮地测试系统；
所述通用总线转换电路与所述光耦隔离电路连接；所述光耦隔离电路分别与所述钳位电路、所述数模输出模块和所述模数测量模块连接；所述数模输出模块和所述钳位电路均与所述主运放、所述电压反馈回路和所述电流反馈回路连接；所述模数测量模块与所述电压反馈回路和所述电流反馈回路连接；所述直流-直流转换电路与所述主运放的正电源、所述电压选择电流放大电路连接；所述主运放的输出端和负电源分别与所述电压选择电流放大电路连接；所述电压选择电流放大电路、所述电压反馈回路和所述电流反馈回路均与所述浮地测试系统的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的浮地测试系统，其特征在于，所述直流-直流转换电路的每路通道单独使用一正一负两个隔离电源，提供的最高电压为48伏、最大电流为2.3安培。
4.根据权利要求2所述的浮地测试系统，其特征在于，所述通用总线转换电路采用现场可编程门阵列FPGA实现。
5.根据权利要求2所述的浮地测试系统，其特征在于，所述钳位电路包含正向钳位子电路和负向钳位子电路；
所述正向钳位子电路和负向钳位子电路的输入端与所述信号隔离电路连接，两个输出端相互连接，并与所述主运放、所述电流反馈回路和所述电压反馈回路连接。
6.根据权利要求2所述的浮地测试系统，其特征在于，所述电压反馈回路包含恒电压输出模块和电压档位分档模块；
所述电压反馈回路包含恒电流输出模块和电流档位分档模块；
所述恒电压输出模块、电压档位分档模块、恒电流输出模块和电流档位分档模块分别与所述浮地测试系统的输出端连接。
7.根据权利要求2至6任一项所述的浮地测试系统，其特征在于，还包含：二级浮动电源；
所述电压反馈回路包含：电压反馈电阻和电压检测放大器；所述电压检测放大器的两个输入端分别与所述浮地测试系统的输出端中的电压输出端（Vo）和浮地连接；所述电压检测放大器的正电源和负电源与所述二级浮动电源连接；所述电压检测放大器的输出端与所述电压反馈电阻的一端连接，所述电压反馈电阻的另一端与所述钳位电路和所述模数测量模块连接；
所述电流反馈回路包含：采样电阻和电压检测放大器；所述电压检测放大器的两个输入端分别与所述采样电阻的两端连接；所述电压检测放大器的正电源和负电源与所述二级浮动电源连接；所述电压检测放大器的输出端与所述钳位电路和所述模数测量模块连接；所述采样电阻的一端与所述浮地测试系统的输出端中的电压输出端（Vo）连接，另一端与所述电压选择电流放大电路连接。
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