CN211603344U

CN211603344U - 一种直流电阻及开短路测试装置

Info

Publication number: CN211603344U
Application number: CN201922462093.0U
Authority: CN
Inventors: 白雪; 韩玉争; 杨永栋; 刘晓东
Original assignee: Optofidelity High Tech Zhuhai Ltd
Current assignee: Optofidelity High Tech Zhuhai Ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2029-12-31

Abstract

本实用新型提供一种结构简单、测试简便、效率高且成本低的直流电阻及开短路测试装置。本实用新型包括电压源（1），连接到待测产品的不同电气网络点，用于向整个装置及待测产品提供稳定的直流电源；限流开关（2），用于因待测产品发生短路导致线路电流过高时，自动切断电源回路，以确保测试装置及待测产品安全；电源电压控制装置（3），用于控制输出到待测产品电气网络上的电源电平；电子负载（4），用于模拟产生负载以产生电流；DAC模块（5），用于控制所述电子负载（4）产生指定的负载电流；采样电路（6），用于采集所有待测产品上的电气网络点的电压值。本实用新型用于电路测试领域。

Description

一种直流电阻及开短路测试装置

技术领域

本实用新型涉及电路测试领域，尤其涉及一种直流电阻及开短路测试装置。

背景技术

随着集成电路及制造技术的飞速发展，体积小、功能强大成为了当前电子产品的一个发展趋势。穿戴设备、手机、电脑等电子产品的功能日益强大，但体积越来越小。伴随这一需求的推动，电子芯片、电路板、连接器、排线的尺寸也越来越小，密度越来越高。然而这些高要求都会伴随着高风险，如在生产制造过程中，产品经常会出现短路或开路的现象，如手机中使用的软排线一旦发生短路，后果轻则导致功能异常，重则手机报废。所以在电子产品的生产制造制程中都会增加很多测试工位，判断产品的质量及功能。而直流电阻及开短路测试则成为了这些测试工位中最常用且必需具备的检测流程。针对直流电阻及开短路测试，目前行业内提出了很多测试方法，大致可以总结为以下几种。

1.直流电阻采用恒流源+四线制测试方法；

2.开短路采用恒流源+限幅电路或电阻分压的测试方法；

3.多点间测试则采用继电器或电子开关构成开关矩阵，串行测试各点之间的直流电阻及开短路。

但现有技术主要存在以下不足之处。

1.测试项繁多，可读性差：如果有N个测试点，则需要有N*(N-1)/2个测试项；

2.测试效率低：测试项只能串行测试，耗费大量时间，变相增加生产成本；

3.需要电路校准：恒流源、采样电路需要进行校准，增加设备复杂度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种结构简单、测试简便、效率高且成本低的直流电阻及开短路测试装置。

本实用新型所采用的技术方案是：该测试装置包括电压源，连接到待测产品的不同电气网络点，用于向整个装置及待测产品提供稳定的直流电源；

限流开关，用于因待测产品发生短路导致线路电流过高时，自动切断电源回路，以确保测试装置及待测产品安全；

电源电压控制装置，用于控制输出到待测产品电气网络上的电源电平；

电子负载，用于模拟产生负载以产生电流；

DAC模块，用于控制所述电子负载产生指定的负载电流；

采样电路，用于采集所有待测产品上的电气网络点的电压值。

进一步地，所述电源电压控制装置包括第一场效应管、第二场效应管和下拉电阻，所述第一场效应管的源极与所述限流开关的输出端连接，所述第一场效应管的漏极连接待测电阻，所述第一场效应管的栅极与所述第二场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的源极接地，所述第二场效应管的栅极接使能端，所述下拉电阻连接在所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的源极之间。

再进一步地，所述电压源包括线性稳压器和LED状态显示灯，所述线性稳压器的型号为LT3033。

又进一步地，所述限流开关的型号为FPF2701MX。

此外，所述电子负载包括运算放大器和第三场效应管，所述运算放大器的正极输入端接入电源，负极输入端与所述第三场效应管的源极相连接，所述运算放大器的输出端与所述第三场效应管的栅极相连接，所述第三场效应管的漏极与所述采样电路相连接。

所述DAC模块选自型号为DAC60508Z的数模转换器。

所述采样电路选自型号为AD7175-8的AD芯片。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过电压源、限流开关、电源电压控制装置、电子负载、DAC模块和采样电路的配合设置，其中电压源用于向整个装置及待测产品提供稳定的直流电源，限流开关用于确保测试装置及待测产品安全，电源电压控制装置用于控制输出到待测产品电气网络上的电源电平，电子负载用于模拟产生负载以产生电流，DAC模块用于控制所述电子负载产生指定的负载电流，采样电路用于采集所有待测产品上的电气网络点的电压值，直流电阻测试主要是输出指定电流通过电阻，然后使用采样电路采样电阻两端电压差，利用欧姆定律计算出直流电阻的阻值；开短路测试采用分压方式进行测量，测试两个网络的开短路时，这两个网络对应的直流电源电压必须是相反状态，即一个电气网络的电源电压为高，另一个电气网络的电源电压必须为低，如需要测量两个电气网络点之间的开短路，向两个电气网络输入高电平，然后采样两个电气网络的两点的电压值，当测得第一个电气网络测量点为高电平、第二个电气网络测量点为低电平时，则可判断为开路；当两个电气网络的测量点均为高电平时，则可判断为短路，其结构简单、测试简便、效率高且成本低。

附图说明

图1是本实用新型的并行测试结构框图；

图2是所述电压源的电路原理图；

图3是所述限流开关的电路原理图；

图4是所述电源电压控制装置的电路原理图；

图5是所述电子负载的电路原理图；

图6是所述DAC模块的电路原理图；

图7是所述采样电路的电路原理图。

具体实施方式

如图1至图7所示，本实用新型包括电压源1，连接到待测产品的不同电气网络点，用于向整个装置及待测产品提供稳定的直流电源；限流开关2，用于因待测产品发生短路导致线路电流过高时，自动切断电源回路，以确保测试装置及待测产品安全；电源电压控制装置3，用于控制输出到待测产品电气网络上的电源电平；电子负载4，用于模拟产生负载以产生电流；DAC模块5，用于控制所述电子负载4产生指定的负载电流；采样电路6，用于采集所有待测产品上的电气网络点的电压值。

所述电源电压控制装置3包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2和下拉电阻Rb，所述第一场效应管Q1的源极与所述限流开关2的输出端连接，所述第一场效应管Q1的漏极连接待测电阻7，所述第一场效应管Q1的栅极与所述第二场效应管Q2的漏极连接，所述第二场效应管Q2的源极接地，所述第二场效应管Q2的栅极接使能端，所述下拉电阻Rb连接在所述第一场效应管Q1的漏极与所述第二场效应管Q2的源极之间。所述电压源1包括线性稳压器U507和LED状态显示灯LED507，所述线性稳压器U507的型号为LT3033。所述限流开关2的型号为FPF2701MX。所述电子负载4包括运算放大器U1A和第三场效应管Q3，所述运算放大器U1A的正极输入端接入电源，负极输入端与所述第三场效应管Q3的源极相连接，所述运算放大器U1A的输出端与所述第三场效应管Q3的栅极相连接，所述第三场效应管Q3的漏极与所述采样电路6相连接。所述DAC模块5选自型号为DAC60508Z的数模转换器U3。所述采样电路6选自型号为AD7175-8的AD芯片U1。

在本实用新型通过增加直流电源和直流电子负载的硬件资源，实现直流电阻及开短路的并行测试，其测试框图如图1所示。直流电阻测试主要是输出指定电流通过电阻，然后使用采样电路采样电阻两端电压差，利用欧姆定律计算出直流电阻的阻值。对应图1，若需要测量哪一个直流电阻，只需要将该电阻对应的电压源端的场效应管及继电器闭合，该电阻对应的电子负载端的继电器闭合，然后通过DAC模块控制电子负载的电流，最后由采样电路采样待测电阻两端的电压及电子负载的电流，使用欧姆定律计算出直流电阻阻值。若需要同时测量多个电阻，只需将对应的继电器闭合，设置数模转化，然后采样、计算即可。所以如果需要测量直流电阻时，对应的直流电源与电子负载必须是通路状态，其计算公式为：

Rij=(VS_i-VL_j)/IL_j，其中i和j表示待测电阻的两个端点。

开短路测试是指测量2个不同的电气网络，其电阻值应为无穷大。本实用新型采用分压方式进行测量，测试2个网络的开短路时，这两个网络对应的直流电源电压必须是相反状态，即一个电气网络的电源电压为高，另一个电气网络的电源电压必须为低。对应图1，如需要测量A与B之间的开短路，那么需要将S1与S2闭合，同时将S1前端的场效应管闭合，然后采样A、B两点的电压值，通过如下公式即可计算出两点之间的电阻值：

R_AB=ABS((VS_1-VS_2)/(VS_2/10000))，ABS为取绝对值，10000为10K下拉电阻Rb。

若A、B之间开路，则VS_1采样为高电平，VS_2采样为低电平（若采样结果为0，为防止计算时分母为零，用0.001替代）。若A、B之间短路，则VS_1与VS_2采样均为高电平。

综上所述，采用新型测试方法必须遵循2个原则：

（1）直流电阻测试时，其对应的直流电源必须为高电平；

（2）开短路测试时，两个电气网络对应的直流电源电平必须相反。

那么要覆盖所有测试项，则无法通过一次测试完成，必须要进行多次测试，对于M个电气网络的待测产品，需要测量的次数为Log2(M+2)。因为当所有电气网络对应的直流电源同时为高或同时为低时，其测试结果是无效的。如一共有11个电气网络，那么则需要测试4次（Log2(11+2)=3.7）。

多次测试会导致同一个测试项有多个结果，对于开短路而言，从这些结果中选择最小值作为测量结果，而对于直流电阻而言，则选择最大值作为测量结果。

由于采样电路存在一定的偏置，所以每个测试点的结果会存在误差，会导致最终的结果存在误差。本设计中使用16通道的数模转换芯片，在芯片内部，这16个通道会共用一个转换电路，所以16个通道的偏置是相同的。在硬件设计时，将相同的电气网络的连接到同一片数模转换芯片，那么在计算直流电阻时，电阻两端的电压相减时刚好可以消除偏置，即：

Rij=((VS_i+V_offset)–(VL_j+V_offset))/(IL_j+I_offset)=(VS_i-VL_j)/(IL_j+I_offset)。

但是此时直流负载的电流测试仍然存在一定的偏置，那么使用不同的直流负载电流测量2次，然后使用2次测量的电阻之间的电压差的差值除以2次直流负载电流差，就可以消除采样电路存在的偏置，即：

Rij=(((VS_i_1+V_offset)–(VL_j_1+V_offset))-((VS_i_2+V_offset)–(VL_j_2+V_offset)))/((IL_j_1+I_offset)-(IL_j_2+I_offset))

=((VS_i_1-VL_j_1)-(VS_i_2-VL_j_2))/(IL_j_1-IL_j_2)。

本实用新型能够有效地删除冗余测试项。如对于N个测试点与M个电气网络的待测产品，传统测试方法需要N*(N-1)/2个测试项，而这些测试项中有很多是没有必要的。利用本实用新型的测试装置，只需要N-M个直流电阻测试项和M*(M-1)/2个开短路测试项，在覆盖所有直流电阻及开短路测试功能的条件下，新型测试方法可以减少的测试项数量为：

N*(N-1)/2-(N-M+M*(M-1)/2)=(N+M-3)(N-M)/2。

例如有20个测试点与8个电气网络的待测产品，传统方案将有190个测试项，而新型测试方法只需要40个测试项，减少了150个测试项。

可见，本实用新型能够有效删除冗余测试项，实现所有测试项的并行测试，提高了测试效率，也消除了采样电路存在的偏置对直流电阻测试的影响。

Claims

1.一种直流电阻及开短路测试装置，其特征在于：它包括

电压源（1），连接到待测产品的不同电气网络点，用于向整个装置及待测产品提供稳定的直流电源；

限流开关（2），用于因待测产品发生短路导致线路电流过高时，自动切断电源回路，以确保测试装置及待测产品安全；

电源电压控制装置（3），用于控制输出到待测产品电气网络上的电源电平；

电子负载（4），用于模拟产生负载以产生电流；

DAC模块（5），用于控制所述电子负载（4）产生指定的负载电流；

采样电路（6），用于采集所有待测产品上的电气网络点的电压值。

2.根据权利要求1所述的一种直流电阻及开短路测试装置，其特征在于：所述电源电压控制装置（3）包括第一场效应管（Q1）、第二场效应管（Q2）和下拉电阻（Rb），所述第一场效应管（Q1）的源极与所述限流开关（2）的输出端连接，所述第一场效应管（Q1）的漏极连接待测电阻（7），所述第一场效应管（Q1）的栅极与所述第二场效应管（Q2）的漏极连接，所述第二场效应管（Q2）的源极接地，所述第二场效应管（Q2）的栅极接使能端，所述下拉电阻（Rb）连接在所述第一场效应管（Q1）的漏极与所述第二场效应管（Q2）的源极之间。

3.根据权利要求1所述的一种直流电阻及开短路测试装置，其特征在于：所述电压源（1）包括线性稳压器（U507）和LED状态显示灯（LED507），所述线性稳压器（U507）的型号为LT3033。

4.根据权利要求1所述的一种直流电阻及开短路测试装置，其特征在于：所述限流开关（2）的型号为FPF2701MX。

5.根据权利要求1所述的一种直流电阻及开短路测试装置，其特征在于：所述电子负载（4）包括运算放大器（U1A）和第三场效应管（Q3），所述运算放大器（U1A）的正极输入端接入电源，负极输入端与所述第三场效应管（Q3）的源极相连接，所述运算放大器（U1A）的输出端与所述第三场效应管（Q3）的栅极相连接，所述第三场效应管（Q3）的漏极与所述采样电路（6）相连接。

6.根据权利要求1所述的一种直流电阻及开短路测试装置，其特征在于：所述DAC模块（5）选自型号为DAC60508Z的数模转换器（U3）。

7.根据权利要求1所述的一种直流电阻及开短路测试装置，其特征在于：所述采样电路（6）选自型号为AD7175-8的AD芯片（U1）。