硬件測試中自動(dòng)控制板卡電壓拉偏的方法

蘭 英，黃 宇，徐靈飛

(成都理工大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院 電計(jì)系，四川 樂山 614007)

硬件測試中自動(dòng)控制板卡電壓拉偏的方法

蘭 英，黃 宇，徐靈飛

(成都理工大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院 電計(jì)系，四川 樂山 614007)

在硬件板卡設(shè)計(jì)中，對硬件板卡的供電電壓范圍都有一定的要求，為了方便驗(yàn)證同一批次產(chǎn)品中每張板卡供電電壓范圍的一致性及板卡跌落電壓檢測電路是否能有效工作，利用TPS5430DDA開關(guān)電源芯片提出了一種板卡拉偏電壓自動(dòng)控制的方法。該方法易于實(shí)現(xiàn),電路簡單，可應(yīng)用于整個(gè)生產(chǎn)測試環(huán)節(jié)。

TPS5430DDA；硬件板卡；電壓拉偏；電壓跌落

0 引言

在大多數(shù)板卡設(shè)計(jì)中，針對客戶對硬件板卡供電范圍的要求，需要在研發(fā)階段進(jìn)行驗(yàn)證。因此，對批量硬件板卡相關(guān)指標(biāo)的測試尤為重要，其主要工作就是對工作電源電壓進(jìn)行拉偏控制，并對電壓跌落信號(hào)進(jìn)行測試。

本文以某主板測試案例為例，說明測試中自動(dòng)控制板卡電壓拉偏的方法。該主板(產(chǎn)品)工作電源為5 V(1±5%)，并在背板連接器(主板和測試工具板之間的連接器)中定義了電壓跌落(XVccFALL#)信號(hào)引腳，要求輸入電壓跌落時(shí)，該引腳能輸出跌落指示信號(hào)。

為了驗(yàn)證每張板卡供電范圍的一致性及板卡的電壓跌落檢測電路是否能有效工作，在實(shí)踐中，主板配合硬件測試底板(測試工具板)實(shí)現(xiàn)了輸入電壓拉偏控制，并針對XVccFALL#信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)化測試，無需人工值守，方便在生產(chǎn)測試環(huán)節(jié)中使用。

1 需求分析

從需求來看，驗(yàn)證板卡電壓工作范圍和電壓跌落指示信號(hào)很簡單，將板卡輸出電壓改為4.75 V～5.25 V之間，檢測XVccFALL#信號(hào)高低狀態(tài)即可，剛開始準(zhǔn)備使用可調(diào)電源調(diào)節(jié)輸入電壓并檢測跌落信號(hào)電平，但無法與測試程序自動(dòng)結(jié)合起來，僅能作為手動(dòng)測試項(xiàng)，調(diào)節(jié)起來比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且在一些特殊試驗(yàn)時(shí)會(huì)加長電源導(dǎo)線，不容易針對板卡末端電壓準(zhǔn)確控制與測試。因此，提出以下幾種實(shí)現(xiàn)方法。

(1)底板準(zhǔn)備幾組固定的電源電壓，用主板輸出離散量控制場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)或繼電器切換輸入電壓。

此方法調(diào)試簡單，但需要幾組電源，無論是使用外置電源還是電源芯片產(chǎn)生，都會(huì)增加對資源的要求，繼電器切換又存在壽命短、耐振動(dòng)性差等問題；MOSFET切換也存在不同電壓間隔離、緩啟動(dòng)電路等問題(若不考慮緩啟動(dòng)的話會(huì)對輸入電壓帶負(fù)載能力提出更高要求)。

(2)底板使用一個(gè)可外部設(shè)置輸出電壓的電源芯片，使用主板輸出離散量控制繼電器、MOSFET、數(shù)字電位器來改變反饋回路阻值，從而改變輸出電壓。

此方法對資源要求小，不需要太多器件，考慮繼電器觸點(diǎn)存在抖動(dòng)、耐振動(dòng)性差等缺點(diǎn)，數(shù)字電位器存在供電電壓的限制，因此決定采用MOSFET來實(shí)現(xiàn)對反饋回路的控制。

2 電路設(shè)計(jì)

根據(jù)需求分析，選擇TPS5430DDA、IRF7240(p溝道MOSFET)作為主要器件,結(jié)合TPS5430DDA芯片資料[1]，構(gòu)建圖1所示電路。其中，在穩(wěn)定狀態(tài)下，VSENSE腳的電壓等于電壓參考值1.221 V，輸出電壓VDDM5V0由VSENSE腳外接的電阻R58和R59、R60、R61分壓決定。通過跳線帽對插針JUMPER2連接，可手動(dòng)改變分壓值，即可以手動(dòng)改變拉偏電壓；另外，在不用跳線帽時(shí)，圖中XPOWER端的輸入可控制IRF7240(MOSFET)[2]是否導(dǎo)通，而XPOWER端是由主板測試程序通過離散量輸出通知底板復(fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)打開和關(guān)閉，如圖2所示，從而實(shí)現(xiàn)電壓拉偏自動(dòng)控制。

圖1 電壓拉偏控制電路

圖2 CPLD控制XPOWER輸出

當(dāng)場效應(yīng)管不導(dǎo)通時(shí)，VDDM5V0端的輸出電壓值為：

(1)

當(dāng)場效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，VDDM5V0端的輸出電壓值為：

(2)

其中，Rds為場效應(yīng)管源極和漏極的內(nèi)阻值，一般為毫歐級(jí)，根據(jù)所選場效應(yīng)管的型號(hào)，其對輸出電壓的誤差影響只有微伏級(jí)。在實(shí)際應(yīng)用中工作原理是預(yù)先調(diào)節(jié)電路，按照板卡要求設(shè)置好拉偏電壓值。主板測試程序通過離散量輸出通知底板CPLD打開和關(guān)閉拉偏控制電路，延遲一段時(shí)間后，主板測試程序通過離散量輸入檢測XVccFALL#狀態(tài)判斷是否合格，板卡上電后可自動(dòng)進(jìn)行測試。因MOSFET切換無抖動(dòng)，故電壓輸出值穩(wěn)定，超調(diào)值較小，實(shí)測輸出電壓如圖3所示。

圖3 拉偏電壓輸出波形

此案例中XVccFALL#信號(hào)是一個(gè)輸入電壓跌落的輸出指示，本次在已有測試底板上先實(shí)現(xiàn)一個(gè)負(fù)向拉偏的功能，對這種方法進(jìn)行一次驗(yàn)證，在有此需要的場景中，可以根據(jù)此原理舉一反三，靈活應(yīng)用。

3 結(jié)論

本文介紹的方法原理比較簡單，但它可以結(jié)合測試程序?qū)崿F(xiàn)板卡電壓拉偏控制及輸出指示信號(hào)的自動(dòng)化測試。其優(yōu)點(diǎn)是不挑剔輸入電源，輸出電壓超調(diào)小，輸出電壓切換時(shí)，沒有電壓跌落，電壓變化平緩。在整個(gè)生產(chǎn)測試環(huán)節(jié)(高溫、低溫、振動(dòng)等)中都可以使用，檢測準(zhǔn)確，無需人工值守。該方法已在某項(xiàng)目測試底板上驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明此方法可行。

[1] Texas Instruments. TPS5430 Datasheet[EB/OL].(2006-01) [2015-05-6]http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/132224/TI/TPS5430.html.

[2] Internation IOR Rectifier. IRF7240[EB/OL].(2005-10-6) [2015-05-6]http://www.infineon.com/cms/en/search.html#!term=IRF7240&view=all.

Automatic voltage adjustment method for board in the hardware test

Lan Ying，Huang Yu，Xu Lingfei

(Department of Electronic Information and Computer Engineering, Engineering Technical College, Chengdu University of Technology, Leshan 614007,China)

In the design of hardware board,power supply range of hardware board has certain requirements. Using TPS5430DDA input voltage switching power supply chip,we have designed a kind of method to adjust board input voltage automaticly which makes it convenient to verify the consistency of the power supply range each board in the same batch products and the board voltage change detection circuit can work effectively.This method is easy to implement. The circuit is simple. And it can be applied to the entire production test link.

TPS5430DDA; hardware board; voltage adjustment; voltage drop

TP306+.2

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.24.010

蘭英，黃宇，徐靈飛．硬件測試中自動(dòng)控制板卡電壓拉偏的方法[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(24)：34-35.

2016-06-28)

蘭英(1981-)，通信作者，女，碩士，講師，主要研究方向：電子信息科學(xué)與技術(shù)。E-mail：4331796@qq.com。

黃宇(1975-)，男，碩士，講師，主要研究方向：電子信息科學(xué)與技術(shù)。

徐靈飛(1981-)，男，碩士，副教授，主要研究方向：電子信息科學(xué)與技術(shù)。