多路可调电源设计及其在自动化测试中的应用

摘要

系统共可有6路电源输出。输出电压的值可以通过连接在BuckDC-DC上的分压电阻决定。为了完成输出电压的数字化调节,对其中一个电阻取固定的值,例如10Kohm,另一个电阻采用具有数字接口(通常是SPI或者I2C总线)的数字电位器(digitalpotentiometer)。其数字部分连接到FPGA或者MCU,通过上位机灵活地对其进行配置,以达到自动化设置输出电压的效果。Css表示softstart电容,该电容的作用是延缓开关电源的爬升时间(ramp-uptime),也即所谓的缓启功能。现在很多开关电源产品都具有缓启功能,因为通过缓启电路可以有效地降低上电一瞬间产生的巨大的浪涌电流对电源的副作用。将Css设计为可变可调,即可实现对该路电源缓启时间的控制和调节。另外,在该电路的输出端,还利用了精密采样电阻(senseresistor)和电流放大器(currentamplifier)将输出电压值和电流值及时反馈给控制电路(通常是MCU或者FPGA),从而对输出电压值和电流值进行有效地监控,对输出存在的错误进行修复。
　　出于成本控制,本电路采用Actel的FPGA对板上所有数字量进行控制,主要包括对数字电位器值的设置,对缓启电容值的设置,对启动时间点的设置,以及对输出电压/电流值的读取等等。这一系列的设置和读取,最终将会通过串口(RS-232)连接到PC上位机的操作界面,当电源工作时,对电源进行实时的监控和配置。所有来自上位机的控制命令,通过串口接收模块,转换成FPGA的寄存器的读写操作。在外围设备端,FPGA完成各种不同接口器件的接口设计,并与FPGA内部寄存器有机地联系在一起,完成上位机对外围器件的配置和对外围器件状态(也即系统状态)的读取。FPGA内接口的具体实现,对上位机程序员来说是透明的,他们并不需要关心;而FPGA外围的逻辑电路设计来说,也不用关心上位机程序如何实现对FPGA中各寄存器的配置,只要关心不同寄存器的状态,对其外围电路会产生何种操作,并确保各逻辑接口输入输出的正确性。寄存器各特定位的变化被逻辑接口正确捕获并在板上完成了正确的动作。

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第一章 背景与研究意义

1.1 实验室电源的现况和发展

1.2 芯片自动化测试的需求

1.3 本章小结

第二章 多路可调负载电路设计原理

2.1 负载的定义

2.2 设计原理与系统架构

2.2 电路原理图

2.3 本章小结

第三章 FPGA内部设计

3.1 FPGA的内部逻辑设计

3.2 程序实现伪代码

3.3 本章小结

第四章 系统化测试验证

4.1 基于LabVIEW的上位机程序设计

4.2 测试验证

4.2 设计改善实例

4.3 测试结果

4.4 本章小结

第五章 全文总结

5.1 主要结论

5.2 研究展望

5.3 实际案例

5.4 本章小结

参考文献

致谢