基于电机驱动芯片的扫描测试实现

陈 真 ，张凯虹，王建超

（1. 江南大学物联网工程学院，江苏 无锡 214122；2. 中国电子科技集团公司第58研究所，江苏 无锡 214035）

1 引言

基于我国电机产品种类繁多，应用领域广泛，根据型号、规格、功率、轴伸、绝缘、编码器、转速开关、热敏元件、加热带等参数的不同可划分出各种各样的类型。同时新能源汽车产业市场良好，带动驱动电机市场规模迅速增长。作为高性能电机系统的灵魂，驱动芯片将扮演越来越重要的作用[1～2]。

驱动芯片的测试难点是要保证测试的稳定并且能排查其他因素的干扰。主要测试项是扫描测试。本文介绍的扫描测试方法在保证测试结果一致的同时缩短芯片的测试时间，有效提高测试效率，以达到降低测试成本的目的。

本文结合长川CTA8280测试机和对应的测试编程软件，编写扫描测试程序，实现电机驱动芯片的扫描测试。

2 电机驱动芯片的基本构成及工作原理

图1是电机驱动芯片的基本构成及工作原理 图[3]，由 图 可 以 看 出Vin/Vip(Channel Input)和Vbias(Reference Input)经过OPA得到一输出电压Vo，然后再经过电平移位(Level Shift)得到正反两路输出Out+和Out-。一般为了获取较大的输出功率，都会采用桥式(BTL)输出方式。在实际应用中，通常将此芯片的信号输入口连在外部电源上。Vbias由稳定电压源提供一定电压值作为参考点，而Vin/Vip由程控源控制，Out+和Out-分别接着电机的两端，通过OPA的传输特性我们知道，输入脚Vin/Vip值的微小变化都会引起输出脚相应的变化，所以通常通过改变Vin/Vip值就可得到不同需求的输出值，从而可以控制电机的转速及正反转驱动。当然任何一个完整的器件电源(VCC)和参考地(GND)是必不可少的。另外通常此类芯片内置有STBY(Stand by control)脚可以控制器件静态和动态工作模式的切换，以使得在非工作状态下的静态功耗非常小。

图1 电机驱动芯片的基本构成及工作原理图

3 测试实现

3.1 硬件实现

硬件的实现主要是对原理图的设计和PCB绘制。硬件设计中需要考虑的是Vin和Vip输入脚的抗干扰能力。本文在PCB设计时考虑了以下几点：（1）测试机电源的Force和Sence端分开引，直到针卡上才连接到一起输入Pin口；（2）考虑到信号的噪声干扰，需要对信号进行滤波，可在输入Pin设计RC滤波电路，一般可串入100 Ω，同时挂0.1 μF的电容进行滤波；（3）尽量缩短导线长度和增大导线之间的距离，以减小信号线上的分布电阻、电容和电感；（4）在芯片VDD和GND之间接入滤波和去耦电容，电容的引线不宜过长，同时应尽量增大电源线（VDD）和地线（GND）的宽度。本文的硬件原理图如图2所示。

3.2 扫描测试程序编写

采用长川CTA8280测试机对应的测试编程软件编程。扫描测试编程思路：断开S1、S2开关，闭合S3、S4、S5、S6开关，VCC上电到 12 V，Vip=Vin=0.6 V 并延迟10 ms。输入VIP/Vin测试信号如下：（1）Vip从0.6 V开始增加，步长为1 mV，每步保持100 μs，总共增加30步（+30 mV），同时Vin从0.6 V减少，步长为1 mV，每步保持 100 μs，总共减少 30步（-30 mV），当Vout1从低翻高，并且Vout2从高翻低时，读取Vip-Vin的值，该值设定的规范是15 mV～25 mV；（2）Vip从0.63 V开始减少，步长为1 mV，每步保持100 μs，总共减少60步（-60 mV），同时Vin从0.57 V增加，步长为1 mV，每步保持 100 μs，总共增加 60 步（+60 mV），当Vout1从高翻低，并且Vout2从低翻高时，读取Vip-Vin的值，该值设定的规范是-25 mV～-15 mV；在测上述两项的过程中读取Vbias的电压值，该值设定的规范是1.1 V～1.3 V。输入输出波形参见图3。

图2 硬件原理图

图3 输入输出波形图

考虑到篇幅有限，下面的测试程序是Vip从0.6 V上升到0.63 V，从0.63 V下降到0.57 V的测试程序则以此类推，编写如下：

3.3 调试实现

考虑到测试精度要在10 mV之内，对于电机驱动芯片在进行扫描测试调试中，当Vout1从低翻高，并且Vout2从高翻低时，精确读取Vip-Vin的值是一大难点。噪声干扰要小（在5 mV以下），如果噪声很大，肯定会影响测试结果。从图4和图5的输入输出波形可以看到，波形清晰，没有受到噪声的干扰，说明3.1的硬件实现起到了作用。

图4是Vout1从低翻高、Vout2从高翻低的波形，由测试机记录a点电压减b点电压为Vip-Vin的值，设计规范是32 mV～52 mV，结果为42 mV，满足设计要求。

图4 Vout1从低翻高波形图

图5 Vout1从高翻低波形图

当Vout1从高翻低，并且Vout2从低翻高时，精确读取Vip-Vin的值。图5是Vout1从高翻低、Vout2从低翻高的波形，由测试机记录a点电压减b点电压为Vip-Vin的值，设计规范是-52 mV～-32 mV，结果为-38 mV，满足设计要求。

4 结束语

本文根据电机驱动芯片的基本构成及工作原理，通过原理图的设计和PCB的绘制，采用合理的测试设备和仪器，设计出一套科学的测试方法，实现了马达驱动芯片的扫描测试。扫描测试已应用于多个马达驱动产品的芯片测试中，具有良好的通用性，但对于不同的芯片，只需要对程序和规范进行微调即可实现。

[1]Fuji N. Small-sized motor driver IC[J]. Power Semiconductor Devices and ICs, 2004. Proceedings. ISPSD '04.The 16th International Symposium on. IEEE, 2004：151 -153.

[2]Hsu C F, Lee B K. FPGA-based adaptive PID control of a DC motor driver via sliding-mode approach[J]. Expert Systems with Applications An International Journal, 2011,38(9)：11866-11872.

[3]张松鹤. 马达驱动IC的测试[J]. 中国集成电路, 2006,15(10)：56-59.