深入剖析MAX32010：25V跨度、1.2A設(shè)備電源的卓越之選

引言

在自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）和其他儀器儀表領(lǐng)域，設(shè)備電源（DPS）的性能至關(guān)重要。MAX32010作為一款具有高集成度和出色靈活性的DPS，為多站點(diǎn)系統(tǒng)提供了理想且經(jīng)濟(jì)的解決方案。本文將詳細(xì)介紹MAX32010的特點(diǎn)、性能參數(shù)、工作模式以及應(yīng)用場(chǎng)景，幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

MAX32010具備自動(dòng)測(cè)試設(shè)備和其他儀器儀表中常見(jiàn)的設(shè)備電源的關(guān)鍵特性。其小巧的尺寸、高度的集成性和出色的靈活性，使其成為需要多個(gè)設(shè)備電源的多站點(diǎn)系統(tǒng)的理想選擇。該器件具有多個(gè)輸入控制電壓，可獨(dú)立設(shè)置輸出電壓以及電壓/電流限制。當(dāng)負(fù)載電流在兩個(gè)編程限制之間時(shí)，它作為電壓源工作；當(dāng)達(dá)到編程電流限制時(shí)，它能平穩(wěn)過(guò)渡為精密電流源/吸收器。輸出具有兩個(gè)可獨(dú)立調(diào)節(jié)的電壓鉗位，可限制正負(fù)輸出電壓。

（一）主要特性

1. 寬電壓和電流范圍：能夠提供25V的電壓跨度，可提供高達(dá)±1200mA的電流。
2. 可編程性：支持多種ATE應(yīng)用的可編程性，包括可編程電流和電壓合規(guī)性、可編程電流范圍（±200μA、±2mA、±20mA、±1200mA）。
3. 外部緩沖支持：可支持外部緩沖器，以提供更高的電流，最多可支持16個(gè)并行設(shè)備。
4. 高精度和靈活控制：具有高準(zhǔn)確性和靈活的控制，可實(shí)現(xiàn)最佳性能。
5. 負(fù)載調(diào)節(jié)：在1200mA負(fù)載下，負(fù)載調(diào)節(jié)為1mV。
6. 可編程補(bǔ)償：可針對(duì)廣泛的負(fù)載進(jìn)行可編程補(bǔ)償。
7. 范圍變化毛刺控制：配置的范圍變化毛刺控制電路可最大程度減少范圍轉(zhuǎn)換期間的輸出瞬變。
8. 集成窗口比較器：用于通過(guò)/不通過(guò)測(cè)試。
9. 外部測(cè)試模式：支持IDDQ測(cè)量，無(wú)需重新編程。
10. SPI接口：具有3線(xiàn)、20MHz的SPI接口。
11. 集成保護(hù)：具備熱警告標(biāo)志和熱關(guān)斷、短路保護(hù)等功能。
12. 緊湊封裝：采用14mm x 14mm、100引腳的TQFP封裝。

（二）應(yīng)用場(chǎng)景

MAX32010適用于多種應(yīng)用，包括內(nèi)存測(cè)試儀、VLSI測(cè)試儀、片上系統(tǒng)測(cè)試儀、工業(yè)系統(tǒng)以及可編程電源等。

二、電氣特性

（一）絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于確保其安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。MAX32010的絕對(duì)最大額定值包括電源電壓、輸入電壓、功耗、結(jié)溫、存儲(chǔ)溫度等參數(shù)。例如，VCC至VEE的最大電壓為+31V，VCC至AGND的最大電壓為+20V，VEE至AGND的最大電壓為 - 15V等。在使用過(guò)程中，必須確保器件的工作條件不超過(guò)這些額定值，否則可能會(huì)導(dǎo)致器件永久性損壞。

（二）電氣參數(shù)

1. 電壓輸出：輸出電壓范圍根據(jù)不同的負(fù)載電流和范圍有所不同。例如，當(dāng)DUT電流低于滿(mǎn)量程（FSR）電流的10%時(shí)，輸出電壓范圍為VEE + 2.5V至VCC - 2.5V；在不同的電流范圍和負(fù)載條件下，輸出電壓也會(huì)相應(yīng)變化。此外，還包括輸出偏移、輸出電壓溫度系數(shù)、電壓增益誤差等參數(shù)。
2. 電流輸出：提供多個(gè)電流范圍，如±200μA、±2mA、±20mA、±1200mA。輸入電壓范圍和輸出電流范圍之間存在一定的關(guān)系，并且還涉及電流感測(cè)放大器的偏移電壓、輸出電流偏移、力電流偏移溫度系數(shù)、增益誤差等參數(shù)。
3. 電流監(jiān)測(cè)：測(cè)量電流范圍與輸出電流范圍相對(duì)應(yīng)，同時(shí)包括電流感測(cè)放大器的電壓范圍、偏移電壓、增益誤差等參數(shù)。
4. 電壓監(jiān)測(cè)：測(cè)量輸出電壓范圍根據(jù)增益設(shè)置有所不同，還包括電壓感測(cè)放大器的偏移電壓、測(cè)量偏移、測(cè)量電壓偏移溫度系數(shù)、增益誤差等參數(shù)。
5. 電壓/電流鉗位：輸入控制電壓可設(shè)置電壓鉗位范圍，電壓鉗位增益為+1V/V，電壓鉗位精度在不同的電流范圍和負(fù)載條件下有所不同。電流鉗位范圍和增益也有相應(yīng)的規(guī)定，并且電流鉗位精度在不同的范圍和條件下也有所差異。
6. 比較器：輸入電壓范圍為VEE + 3.5V至VCC - 3.5V，輸入偏移電壓為±40mV。輸出高電壓和低電壓根據(jù)不同的邏輯電源電壓和上拉電阻有所不同，還包括高阻抗?fàn)顟B(tài)泄漏電流和高阻抗輸出電容等參數(shù)。
7. 模擬輸入和數(shù)字輸入/輸出：模擬輸入的輸入電流和輸入電容有相應(yīng)的規(guī)定，數(shù)字輸入的輸入高電壓、輸入低電壓、輸入范圍、輸入電流和輸入電容也有明確的參數(shù)。數(shù)字輸出的輸出高電壓和輸出低電壓根據(jù)不同的邏輯電源電壓和輸出電流有所不同。
8. 溫度傳感器：模擬輸出偏移在T J = +28°C時(shí)為3.01V，模擬輸出增益為10mV/°C，數(shù)字輸出溫度閾值為+130°C，熱關(guān)斷溫度為+140°C。
9. 電源：正電源電壓范圍為12V至20V，負(fù)電源電壓范圍為 - 15V至 - 12V，總電源電壓最大為+30V，邏輯電源電壓范圍為+2.375V至+3.300V。同時(shí)，還包括正電源電流、負(fù)電源電流、模擬接地電流、邏輯電源電流、數(shù)字接地電流和電源抑制比等參數(shù)。
10. 響應(yīng)時(shí)間：包括力電壓、力電壓/測(cè)量電流、力電流、力電流/測(cè)量電壓等不同模式下的建立時(shí)間，以及負(fù)載調(diào)節(jié)建立時(shí)間。輸出壓擺率和穩(wěn)定負(fù)載電容范圍也有相應(yīng)的規(guī)定。

三、工作模式與功能

（一）模擬信號(hào)極性

1. 力電壓模式：輸出電壓與輸入控制電壓成正比，通過(guò)串行接口選擇三種±增益設(shè)置之一來(lái)確定。
2. 力電流模式：輸出電流與輸入控制電壓成正比，其計(jì)算公式為 (I{OUT}=frac{V{IN}}{4 × R_{SENSE}})。正電流定義為從MAX32010 DPS流出。在高阻抗模式下，輸出RA、RB、RC和RD為高阻抗。

（二）電流感測(cè)放大器偏移電壓輸入

電流感測(cè)放大器監(jiān)測(cè)連接到RA、RB、RC和RD的輸出電阻兩端的電壓。電流感測(cè)偏移電壓輸入（IOSI）為電流感測(cè)放大器引入偏移。當(dāng)IOSI相對(duì)于A(yíng)GND為零時(shí)，對(duì)應(yīng)于±滿(mǎn)量程輸出電流的電流感測(cè)放大器的標(biāo)稱(chēng)輸出電壓范圍為 - 4V至 + 4V。施加到IOSI的電壓直接添加到該輸出電壓。

（三）測(cè)量電壓感測(cè)放大器偏移電壓輸入

測(cè)量電壓感測(cè)放大器監(jiān)測(cè)MAX32010的輸出電壓。測(cè)量偏移電壓輸入IOSV為測(cè)量電壓放大器引入偏移，施加到IOSV的電壓直接添加到該輸出電壓。

（四）外部模式支持

MAX32010包含驅(qū)動(dòng)外部放大器的資源，以提供超出器件內(nèi)部最高范圍（或低于最低電流范圍）的電流范圍。提供電壓輸出AMPOUT用于外部放大器的輸入，數(shù)字輸出EXTSEL為高時(shí)激活外部放大器。反饋輸入VRXP和VRXM跨接在外部放大器的電流感測(cè)電阻兩端。外部放大器在未被選擇（EXTSEL = 低）時(shí)必須具有高阻抗輸出。

（五）并行DPS操作

多個(gè)MAX32010器件可以并行配置，以增加被測(cè)設(shè)備（DUT）的驅(qū)動(dòng)電流。一個(gè)DPS必須配置為主設(shè)備（在FV模式下），并行設(shè)備必須配置為從設(shè)備（在FI從模式下）。主設(shè)備和從設(shè)備之間的連接使用IPAR輸出和VINS輸入。IPAR輸出與DUT電流成正比的電壓，VINS提供成比例的力電流/電壓輸入。最多可并行放置16個(gè)MAX32010設(shè)備。

（六）電壓鉗位

在FI模式下，內(nèi)部可編程電壓鉗位將輸出電壓限制在編程值。通過(guò)輸入CLH和CLL設(shè)置鉗位電壓限制，鉗位可處理全±1200mA電流，并由RCOMF處的電壓觸發(fā)，與SENSE處的電壓無(wú)關(guān)。串行控制字中的鉗位使能位CLEN可啟用電壓鉗位。可使用以下公式計(jì)算輸入CLH和CLL的值： [V{CLH}=V{CLHTARGET }+V{IOSI }] [V{CLL }=V{CLLTARGET }+V{IOSI }] 其中，VCLHTARGET是鉗位高目標(biāo)電壓，建議VCLH值至少為 + 0.5V以保持FI線(xiàn)性度；VCLLTARGET是鉗位低目標(biāo)電壓，建議VCLL值最大為 - 0.5V以保持FI線(xiàn)性度。

（七）電流限制

在FI和FV模式下，輸出提供可編程和默認(rèn)電流限制。當(dāng)啟用可編程電流合規(guī)性時(shí)，DPS輸出電流在每個(gè)電流范圍的預(yù)編程設(shè)置處限制；當(dāng)禁用電流限制時(shí)，DPS輸出電流在所選電流范圍B、C和D的默認(rèn)值147% FSR（典型值）處限制，在范圍A的FI或FV條件下，DPS輸出電流在138% FSR（典型值）處限制。對(duì)于每個(gè)選定范圍內(nèi)的電流，F(xiàn)V輸出表現(xiàn)為恒定電壓源；當(dāng)達(dá)到默認(rèn)或編程的電流合規(guī)性限制時(shí)，DPS過(guò)渡到恒定電流模式。在FV模式下設(shè)置電流鉗位時(shí)，通過(guò)設(shè)置控制寄存器中的CLEN位啟用鉗位，可使用以下公式計(jì)算CLH和CLL的值： [V{CLH}= I{CLHTARGET }× 1.18 × 4 × R{SENSE }+V{IOSI }] [V{C L L}= I{CLTARGET }× 1.18 × 4 × R{SENSE }+V{IOSI }] 其中，1.18表示為保持FV線(xiàn)性度的18%電流鉗位余量。ICLHTARGET是鉗位高目標(biāo)電流，建議VCLH值至少為 + 1.6V以保持FV線(xiàn)性度；ICLLTARGET是鉗位低目標(biāo)電流，建議VCLL值最大為 - 1.6V以保持FV線(xiàn)性度。

（八）電流限制標(biāo)志

MAX32010可以標(biāo)記用戶(hù)指定范圍內(nèi)的電流，這允許在生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行快速的通過(guò)/不通過(guò)測(cè)試。窗口比較器持續(xù)監(jiān)測(cè)負(fù)載電流，并將其與輸入ITHHI和ITHLO進(jìn)行比較。比較器輸出為開(kāi)集電極，可通過(guò)串行接口使其變?yōu)楦咦杩埂?/p>

（九）測(cè)量放大器高阻抗模式

測(cè)量輸出VMEAS和IMEAS可以通過(guò)邏輯輸入或串行接口位置于高阻抗?fàn)顟B(tài)，這允許將測(cè)量輸出與其他DPS測(cè)量輸出進(jìn)行總線(xiàn)連接。

（十）接地和DUT接地感測(cè)

AGND（模擬接地）和DGND（數(shù)字接地）是兩個(gè)本地接地，應(yīng)在印刷電路板（PCB）上連接在一起。DUT接地感測(cè)輸入DUTGSNS允許在力電壓模式下相對(duì)于DUT進(jìn)行感測(cè)。

（十一）短路保護(hù)

RA、RB、RC、RD、AMPOUT和SENSE可以承受與電源軌之間的任何電壓短路，包括電源軌電壓。

（十二）溫度傳感器和過(guò)溫保護(hù)

MAX32010在TEMP處輸出與管芯溫度成比例的電壓，比例為10mV/K（或10mV/°C），在343K（+70°C）時(shí)標(biāo)稱(chēng)輸出電壓為3.43V。如果管芯溫度進(jìn)入+120°C至+140°C范圍，開(kāi)集電極輸出HITEMP變?yōu)榈碗娖?；如果管芯溫度超過(guò)+140°C，溫度傳感器發(fā)出上電復(fù)位信號(hào)，使DPS進(jìn)入其高阻抗?fàn)顟B(tài)。溫度引發(fā)復(fù)位后溫度降低不會(huì)使DPS恢復(fù)到原始工作狀態(tài)，需要重新編程。

（十三）模式和范圍變化瞬變

MAX32010采用先通后斷開(kāi)關(guān)和內(nèi)部鉗位來(lái)減少輸出毛刺。為確保范圍變化之間的最小毛刺，應(yīng)在相鄰范圍之間進(jìn)行切換（例如，從RA到RB，從RD到RC）。在當(dāng)前范圍變化操作完成之前，不要切換到另一個(gè)范圍。此外，還提供了連接CT1和CT2用于可選電容器，以控制范圍變化開(kāi)關(guān)的柵極驅(qū)動(dòng)的邊沿速率。兩個(gè)150pF的電容器可在毛刺控制和范圍變化過(guò)渡時(shí)間之間提供合理的平衡。

四、配置與控制

（一）配置方式

MAX32010的配置通過(guò)串行接口以及專(zhuān)用邏輯控制輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)。串行接口具有移位寄存器、輸入寄存器和DPS寄存器。串行數(shù)據(jù)直到到達(dá)DPS寄存器才會(huì)直接影響DPS。數(shù)據(jù)流向DPS寄存器的控制通過(guò)兩個(gè)控制位（A0和C0）和邏輯輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（二）DPS數(shù)據(jù)控制位

一個(gè)18位的字用于對(duì)MAX32010進(jìn)行編程，其中每個(gè)位都有特定的功能。例如，F(xiàn)MODE位用于選擇模式，G2、G1和G0位用于控制可變?cè)鲆娣糯笃鳎╒GA）的增益和極性，RS2、RS1和RS0位用于選擇電流范圍，CLEN位用于啟用鉗位等。

（三）串行接口數(shù)據(jù)流控制位

位0和1（C0和A0）指定數(shù)據(jù)從移位寄存器傳輸?shù)捷斎牒虳PS寄存器的方式。當(dāng)CS變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，根據(jù)A0和C0的不同組合，會(huì)發(fā)生不同的操作，如無(wú)操作（NOP）、從輸入寄存器加載DPS寄存器、從移位寄存器加載輸入寄存器、從移位寄存器加載輸入寄存器和DPS寄存器等。

（四）“快速加載”功能

在MAX32010的標(biāo)準(zhǔn)操作中，將數(shù)據(jù)從輸入寄存器鎖存到DPS寄存器需要額外的命令和/或使用特定的控制。一種替代的“快捷方式”是將某個(gè)信號(hào)拉低，滿(mǎn)足最小低脈沖寬度規(guī)范，然后在沒(méi)有任何同步時(shí)鐘活動(dòng)的情況下將其拉高。在該信號(hào)的上升沿，輸入寄存器中的數(shù)據(jù)將被鎖存到DPS寄存器。

（五）可編程模擬模式

1. 電流范圍選擇：控制字的D11至D13位（RS0、RS1和RS2）控制FI（力電流）或MI（測(cè)量電流）模式的滿(mǎn)量程電流范圍。不同的位組合對(duì)應(yīng)不同的電流范圍和標(biāo)稱(chēng)感測(cè)電阻值。
2. VIN和測(cè)量電壓、可變?cè)鲆娣糯笃?/u>選擇：控制字的D14至D16位（G0、G1和G2）控制可變?cè)鲆娣糯笃鳎╒GA）的增益和極性，同時(shí)也控制測(cè)量放大器的增益，允許在FVMV模式下實(shí)現(xiàn)1:1的輸入到輸出電壓傳輸函數(shù)。
3. 模式選擇：控制字的D8和D17位（和FMODE）選擇MAX32010的操作模式，包括高阻抗模式、FI從模式、FV模式和FI模式。在FV和FI模式下，IMEAS和VMEAS輸出可提供DUT感測(cè)電壓或電流的測(cè)量，支持多種操作模式。