MAX9979管脚电子IC中PMU模式操作
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摘要：该应用笔记结合各种模式的等效电路图介绍了MAX9979参数测量单元(PMU)最常用的四种工作模式(FVMI、FVMV、FIMI和FIMV)。关于各种功能的详细介绍和模式操作请参考MAX9979数据资料。
简介
MAX9979是一款应用于自动测试仪器(ATE)市场的高集成度、双通道、管脚电子(PE) IC。器件包括双通道四电平、高速驱动器/比较器/负载(DCL)，并集成了钳位功能，可以工作在驱动、高阻和低泄漏模式。工作速度高于每秒1吉比特(1Gbps)。通过内部独立的16位数/模转换器(DAC)支持所有电平等级。每通道还包括完全集成的参数测量单元(PMU)，具有极高的测量精度，使用户获得额外的设计价值。
PMU工作模式
MAX9979 PMU有多种工作模式，但在本应用笔记中只讨论四种模式(FVMI、FVMV、FIMI和FIMV)。
表1所示介绍了PMU四种主要模式的设置。FMODE、MMODE和低电平有效HIZFORCE通过内部串口控制，低电平有效LLEAKP是一个外部引脚。
表1. PMU模式选择
| PMU Mode | Driver | Comparator | Load | FMODE | MMODE | Active-Low LLEAKP | Active-Low HIZFORCE |
| FVMI | Low-leak | Low-leak | Low-leak | 0 | 0 | 1 | 1 |
| FVMV | 0 | 1 | 1 | 1 | |||
| FIMI | 1 | 0 | 1 | 1 | |||
| FIMV | 1 | 1 | 1 | 1 |
加压测流(FVMI)
FVMI模式下，内部产生的电压(VIN)直接施加到被测器件(DUT)的输出引脚。VIN可通过串口在-2.5V至+7.5V范围内设置，分辨率为16位，尽管它的有效范围为-1.5V至+6.5V，将VIN设置到有效范围以外时并不会对MAX9979造成损坏。
施加到DUT端的电压产生一个流入或流出DUT的电流。可以在MEAS引脚监测、测量该电流，通过下式进行计算：
其中ILOAD是流入或流出DUT的电流，VMEAS是测量电压，VIIOS是所设置的偏置电压。内部串行位RS0、RS1、RS2 (表2所示)选择量程电阻(RSENSE)。
表2. PMU电流量程控制
| Digital Input | Serial Interface Bits | Range (RSENSE) | |||
| Active-Low LLEAKP | Active-Low HIZFORCE | RS2 | RS1 | RS0 | |
| X | X | 0 | 0 | 0 | E (500kΩ ±2µA) |
| X | X | 0 | 0 | 1 | D (50kΩ ±20µA) |
| X | X | 0 | 1 | 0 | C (5kΩ ±200µA) |
| X | X | 0 | 1 | 1 | B (500Ω ±2mA) |
| X | 0 | 1 | X | X | B* |
| 0 | 1 | 1 | X | X | B* |
| 1 | 1 | 1 | X | X | A (20Ω ±50mA) |
注意VIIOS可以设置在0至+5V范围，有效设置范围为+2V至+4V。设置在有效范围以外时并不会对MAX9979造成损坏。
在图1和表1中，VIN是输入电压，通过内部DAC设置。DUT端电压通过U1、S1、S4、U3、S3和S2闭环反馈环路跟随设定的VIN。受外部SENSE引脚控制，S4允许选择直接跟随负载点。如果S4闭合，VIN施加到负载。利用这个选择，可以消除由于电路板走线引起的偏移误差电压。
图1. 加压测流(FVMI)
U2、U4、S5、U6并不在反馈环路中，但为监测负载电流的MEAS引脚提供了一个通路。出现在MEAS引脚的电压可由式1计算。
表3列举了几个设置为FVMI模式的实例。
表3. FVMI模式设置实例
| VIN (V) |
VIIOS (V) |
Range |
DUT Voltage (V) |
VMEAS (V) |
Load (kΩ) |
Load Current (µA) |
| +1 | +2.5 | D (±20µA) | +1 | +6.5 | 50 | +20 |
| 0 | +2.5 | D (±20µA) | +1 | +2.5 | 50 | 0 |
| -1 | +4 | D (±20µA) | -1 | 0 | 50 | -20 |
加压测压(FVMV)
FVMV模式操作与FVMI模式类似，VIN施加到DUT端(如果S4闭合，施加到外部负载端)，区别在于测量路径。开关S5闭合，MEAS端监测施加电压。MEAS端可通过外部称为VIOS的电压偏置。VIOS可在-0.75V至+3.75之间设置，但指定的有效量程为0至+1.5V。通过将VIOS设置在+1.5V，MEAS端电压偏置在+1.5V，并允许使用外部单极性ADC。按照这种方式，在MEAS管脚的DUT电压范围从-1.5V至+6.5V映射为0至+8V。
图2与图1的区别在于模式开关设置为MMODE = 1。MEAS管脚监测DUT端的电压，以及检测地电压(在DGS引脚)和VIOS。反馈环路和FVMI反馈环路相同—U1、S1、S4、U3、S3和S2。
图2. 加压测压(FVMV)
测量路径包括S4、U3、S5和U5到监测端。注意S5处于“1”位置，或者MMODE = 1。通过内部设置VIOS可偏置MEAS引脚电压，以适应单极性模/数转换器(ADC)。
通过DGS引脚也可以将MEAS引脚偏置到与地电位不同的电势。DGS引脚检测负载地，这有助于消除由于地电位偏差造成的误差。同样，SENSE引脚也可以设置用于直接检测负载。
表4列举了设置为FVMV模式的几个例子。
表4. FVMV模式设置实例
| VIN (V) |
VIOS (V) |
Voltage at DGS (V) |
DUT Voltage (V) |
VMEAS (V) |
| -1.5 | 0 | 0 | -1.5 | -1.5 |
| -1.5 | +2 | -0.5 | -1.5 | 0 |
| -1.5 | +1.5 | 0 | -1.5 | 0 |
| +6.5 | +1.5 | 0 | +6.5 | +8 |
表4中的最后两个设置对应于VIOS为1.5V的设计。对于-1.5V至+6.5V编程输入，MEAS电压范围为单极性(0至8V)。该表说明了VIOS的使用，以允许任何ADC可连接到MEAS引脚。
图1和2表明用户可将多个MAX9979的MEAS引脚连接到一起，共用一个ADC。通过内部串行位，内部低电平有效HiZMEASS或外部低电平有效HiZMEASP可以将每个MEAS输出设置在高阻态。测量时用户必须将每个器件设置在高阻功能。
加流测流(FIMI)
FIMI模式下，VIN直接通过内部选定的RSENSE电阻施加。VIN通过该电阻施加电流—该电流可利用式2计算。+1V编程电压代表指定的满量程(FSR) (量程选择参见表2)。例如，假定我们选择了量程D，RSENSE电阻为50kΩ，VIN为1V，VIIOS为0V，通过下式得到的施加电流(IFORCE)为20µA：
因此，20µA代表了量程D的FSR。
注意，当VIIOS与VIN相等时，施加电流为0µA。VIIOS可在0至+5V之间编程，但有效量程为+2V至+4V。类似于FVMI模式，设置值超出该量程时并不损坏MAX9979。VIIOS可以看作是施加电流为零时的电压值。典型值设置为+2.5V，与内部基准电压一致。VIIOS的主要功能是设置MEAS引脚电压，以便适合多种不同的ADC应用，例如单极性ADC。
如图3所示，FIMI模式下的反馈环路包括U1、S1、U2、U4、S3和S2。
图3. 加流测流(FIMI)
选择正确的负载时必须注意确保输出电压不超出+6.5V或-1.5V。表5列举了一些FIMI设置。
表5. FIMI模式设置实例
| VIN (V) |
VIIOS (V) |
Range | DUT Voltage (V) |
VMEAS (V) |
Load (kΩ) |
Load Current (µA) |
| +2.5 | +2.5 | D (±20µA) | 0 | +2.5 | 50 | 0 |
| +6.5 | +2.5 | D (±20µA) | +1.5 | +6.5 | 50 | +20 |
| -1.5 | +2.5 | D (±20µA) | -1 | -1.5 | 50 | -20 |
| -1.5 | +2 | D (±20µA) | -0.875 | -1.5 | 50 | -17.5 |
加流测压(FIMV)
FIMV模式与FIMI模式的反馈环路相同，施加电流的等式也相同。对于FIMV模式，MMODE置为1。如图4所示，由于S5置1，MEAS引脚监测DUT电压。
表5可作为FIMV设置实例，它们的区别在于VMEAS列和DUT电压列的数值一样。换句话说，MEAS引脚用于监测DUT输出。
图4. 加流测压(FIMV)
结论
该应用笔记通过简单的等效电路图介绍了MAX9979 PMU的四种操作模式：FVMI、FVMV、FIMI和FIMV。PMU的这些模式使得MAX9979大大提高了用户设计的灵活性，详细信息请参考MAX9979和MAX9979EVKIT数据资料。
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