模拟电路图形化的测试方法与研究分析

董艳阳

摘 要： 模拟电路的传统测试方法是直流测试，也就是在模拟电路的电源端、输入端、输出端加入直流信号，对其功能和参数进行测试。但是随着模拟电路工艺的不断改进、速度的不断增快、功率的不断增大以及集成度的不断提高，对模拟电路测试精度的影响也越来越大。模拟电路的传统测试方法已经难以满足日趋复杂的测试需求，如何更加安全、精确、高效地测试模拟电路是当今测试工作研究的重大课题，本文描述了模拟电路图形化测试方法的实现、优点以及研究分析。

关键词： 模拟电路；图形化；测试

一、引言

图形化法测试方法是数字电路常用的方法之一，当数字电路加上电后，给输入加驱动信号，输出加比较信号，就可以测试数字电路的逻辑功能。而代表数字电路逻辑功能的输入和输出状态组合就是测试向量。在逻辑分析仪上可以看到测试向量中输入和输出的对应图形及关系，因此测试向量也称作测试图形。通过跟踪测试图形，在电路的不同状态就可以很方便的测试电路的不同参数了。现在，我们就借鉴数字电路的测试方法，也用图形化的方法来测试模拟电路。

二、模拟电路图形化的测试思路

随着测试设备的不断更新换代，测试资源的能力也在不断增强。逐步由简单的只能施加而不能测量的电压源升级为具有四象限施加和测量能力的电压/电流源，随后升级为Per---Pin DC源，再到现在带有任意波形发生器AWG和波形数字化仪WD的Per---Pin DC源。这就为模拟电路的图形化测试方法奠定了坚实的硬件基础。因为任意波形发生器可以提供模拟电路所需要的电源、输入、控制、输出波形，波形数字化仪可以对测试端参数波形进行测试捕获，从而提供数据处理和分析。

三、模拟电路图形化测试的硬件资源

ETS---88集设计与大规模生产测试于一体。ETS---88有丰富的模拟测试资源：24通道Per---Pin DC源APU---12、双通道高压源SPU---112、单通道大功率源HPU、四通道测量精密单元QMS、四通道时间测量单元QTMU、64通道CBITS控制位等。另外ETS---88还有32通道高达133MHz的低压高速数字资源DUP---16。

其中，Per---Pin DC源APU---12的测试模式和能力如下：

直流测量模式：±30V，±200mA测量范围，16位分辨率，直接测量精度为0.45mV；

图形发生（AWG）模式：100Ksps图形发生器，16位分辨率，256k图形深度；

图形捕获（ADC）模式：100Ksps图形捕获器，16位分辨率，32k图形深度；

双通道高压源SPU---112的测试模式和能力如下：

直流测量模式：±100V，±12A测量范围，16位分辨率，直接测量精度为0.6mV；

图形发生（AWG）模式：高速25Msps图形发生器，16位分辨率；

高精度400Ksps图形发生器，18位分辨率；

图形捕获（ADC）模式：500Ksps图形发生器，16位分辨率，4k图形深度。

四、图形化的测试方案设计及难点问题解决

4.1 TC4426MJA 图形化的测试方案设计

TC4426MJA是双通道反相大功率MOSFET驱动器，主要特点是：开关速度非常快，小于30ns，输出管峰值输出电流能力高达1.5A，并且输出导通电阻是7Ω，这样当电路在状态改变时，会出现电源到地的短暂导通状态，形成浪涌电流。从电源到地的导通电阻越小，浪涌电流的幅度就越大；电路的速度越快，浪涌电流的幅度也就越大。特别是在高压工作模式（=18V）时，大浪涌电流在电路封装及PCB布线的寄生电感上会产生大的浪涌电压，叠加到18V电源后，会超过电路极限从而烧毁器件。所以该类电路在不同测试设备中使用传统测试方法测试时，就经常在高压电源工作中因为过冲或者震荡，从而烧毁。为了解决这一难题，所以采取使用图形化的方法测试该类电路。

为了实现TC4426MJA的图形化测试，可以使用Per---Pin DC源APU---12、双通道高压源SPU---112。首先根据TC4426MJA的参数表，总结其测试条件及测试可能结果的变化趋势。其中，电源的变化趋势是0V～4.5V～18V～4.5～0V；输入INA和INB的变化趋势是0V～3V～4.5～0V～3V～18V～4.5～0V；输出电流在0mA～-10mA～0mA～10mA～0mA；输出OUTA和OUTB和INA及INB输入成反相关系。随后根据电路管脚的信号变化趋势，就可以设计出TC4426MJA图形化的测试方案。

4.2 TC4426MJA 图形化的测试难点及解决方法

TC4426MJA 图形化的测试难点一在于电源端、输入端、输出端都要根据测试方案能够施加独立的模拟波形；难点二在于电源端、输入端、输出端根据施加的模拟波形，在不同的状态段测试得到不同电压或电流波形，并将其存入测试设备内存；难点三在于电源端、输入端、输出端施加模拟波形的同步。其中测试设备的资源能力就可以解决前两个难点。为了解决难点三，我们借鉴数字电路的测试方法，利用设备时钟将电源、输入、输出同步，这样就实现了模拟电路的图形化测试。

4.3 TC4426MJA 图形化的测试结果及结论

电源、输入采用电压波形，加压测流模式；输出采用电流波形，加流测压模式。电源、输入和输出根据电路的不同状态和测试需要，分成21段图形共1500點，跟踪一遍测试图形，将电路的电源、输入和输出参数波形存入测试设备内存，以供数据存储、打印和分析。一次加电，完成所有参数测试。图形时间才15mS，加上等待建立时间仅仅耗时62 mS，测试效率提高了10倍。

通过反复验证，采用合适的电源电容和输出电容，合理设计布局DUT板，减少低频和高频干扰，将电路加电或状态变化时开关管导通瞬间电流的冲击降低到最小。采用合理的测试图形加电顺序，输入和输出图形非常干净，没有任何震荡和过冲现象，大大的提高了测试的安全性。

在=18V，测试电路第一次状态改变时，会因为开关管的动作产生较大的电流，这是CMOS电路的特性，是不可避免的。解决方法一是电源端加限流电阻，减少浪涌电流，保护电路；解决方法二是通过大电解电容滤除掉大电流的能量冲击，减少过冲；解决方法三是通过电源的合理嵌位保护，并采用合适的滤波电容和负载电容，采用合适的上下电顺序，这样电源会因过冲电流大于嵌位电流有小的下拉，但此时电源电压还远大于输入电压（=3V），并且电路的参数测试阶段均不在此短暂时段，所以不会对电路性能及测试造成不良影响。

在使用传统方法测试TC4426MJA，当=18V时，在电路状态改变的边缘处，很容易发生过冲和震荡并且会烧毁电路。当使用图形化的方法测试电路时，在下电阶段，先将=18V降到=4.5V，等建立稳定的状态后使=0V，最后使=0V，电源、输入和输出均无任何过冲震荡。这样在高压模式时，只有一次的状态改变，使得测试电路的可靠性极大的提高。

五、总结与展望

综上所述，使用图形化的方法测试模拟电路，第一是方便高效，在跟踪图形的同时就可以测试电路的不同参数，效率比传统测试方法高出了很多；第二是测试精确，电路在加电或者状态改变时电压或电流会出现瞬态过冲，图形化测试方法可以避开过冲，等待电路进入稳定状态后再进行精确测试；第三是可靠安全，使用图形化法测试功率器件，在稳定的大功率脉冲处测试，器件发热小且更加安全可靠。

模拟电路的图形化测试方法，还有许多方面需要我们去认真学习和研究分析，例如同一个管脚可以加上多个测试图形；例如同一管脚可以实现从FV到FI，或者从FI到FV的转换；例如测试过程中量程的转换等等。图形化测试方法还可以广泛的应用于像电压监视器等长时间测试器件、大功率运算放大器、大功率PWM、智能大功率开关等功率器件。只要我们不断在工作中探索和研究，就能促使我们开拓出更加完善合理的电路测试流程及测试领域。

参考文献

[1]李文联、李扬《模拟电子技术实验》西安电子科技大学出版2013.