заводы изготовителинаши партнерыформа заказа

Выбор источника питания постоянного тока для автоматического тестирования электроники

Хотя время автоматического тестирования для большинства электронных приборов составляет лишь несколько секунд, перенастройка тестового источника питания (ИП) постоянного тока может занимать значительную часть этого времени, что заставляет обратить на этот вопрос первостепенное внимание при оптимизации производительности тестирования.
Обычно при выборе ИП принято задаваться, в первую очередь, ценой и выходной мощностью, а не влиянием на производительность тестирования. Однако многие ИП на удивление медленны, поэтому, несмотря на их дешевизну, могут оказаться не самым подходящим вариантом. Оценив соотношение стоимость/время тестирования, можно значительно сэкономить, выбирая ИП для системы тестирования.

СКОРОСТЬ ОТКЛИКА ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СИСТЕМНОГО ИП
На многие электронные приборы, питающиеся постоянным током, при тестировании подаются различные напряжения для того, чтобы убедиться в их правильной работе в пределах заданного рабочего диапазона. Подача этих напряжений может занять несколько секунд, что отнимает значительную часть времени контроля.
Переключение ИП на другое выходное напряжение происходит в несколько стадий, как показано на рисунке 1. Эти стадии занимают определенное время.

Обработка команды и отклик выходного напряжения ИП

Рис. 1. Обработка команды и отклик выходного напряжения ИП

Когда на ИП поступает команда переключения, он начинает обрабатывать ее. Это - время обработки сигнала. Затем ИП откликается, и его выходное напряжение принимает новое значение. Время, необходимое для достижения требуемого значения с учетом границ диапазона допуска, — это время отклика выходного напряжения.
Различие между тестовыми ИП постоянного тока может быть достаточно большим. В таблице 1 сравниваются значения времени обработки сигнала и времени отклика выходного напряжения нескольких системных ИП и оптимизированного по производительности модульного ИП постоянного тока N6750A компании Agilent. N6750A принадлежит к семейству модульных ИП N6700, показанному на рисунке 2. За счет быстрого отклика время установки нового значения выходного напряжения не превышает нескольких миллисекунд.

Таблица 1. Время обработки команды и отклика выходного напряжения
Параметр Типичный тестовый ИП Agilent N6750A
Время обработки команды, мс до 100 < 1
Время установки вых. напряжения, мс от 50 до 500 до уровня < 1% < 4 до уровня 50 мВ

Схема быстрого понижения выходного напряжения
Скорость изменения выходного напряжения оказывает существенное влияние на производительность тестирования, поэтому стоит обратить внимание на схему ускорения времени отклика. Во многих ИП для быстрого понижения напряжения необходима нагрузка на выходе; при неполной нагрузке для достижения заданного напряжения требуется около секунды. Источник питания, оптимизированный по производительности, имеет специальную схему понижения выходного напряжения. Она представляет собой нагрузочную схему, которая быстро разряжает выходные емкости ИП и тестируемого устройст ва, позволяя осуществить быструю перенастройку независимо от величины нагрузки.

Влияние времени отклика на производительность тестирования на примере автомобильного электронного блока управления
На автомобильный электронный блок управления (ЭБУ) во время тестирования подается до 20 различных уровней напряжения, как показано на рисунке 3. Использование источника питания, оптимизированного по производительности, позволяет сэкономить во время тестирования несколько секунд, обеспечивая повышение производительности на 20% для устройства, полное время тестирования которого составляет 20 с. Такое повышение производительности весьма положительно оценивается в автомобильной промышленности.

Модульная система питания Agilent N6700

Рис. 2. Модульная система питания Agilent N6700



Основные уровни напряжения питания ЭБУ автомобиля

Рис. 3. Основные уровни напряжения питания ЭБУ автомобиля


СКОРОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТРЕБЛЯЕМОГО ТОКА
Для выявления дефектов в процессе теста практически всегда осуществляется измерение потребляемого устройством тока. Встроенная в ИП функция измерения тока потребления является разумным выбором по сравнению с внешним измерением, повышая скорость и производительность тестирования. Современные тестовые ИП обеспечивают измерение тока в широком диапазоне, подходящем для проверки большинства устройств. Важно обращать внимание на скорость измерения. Часто во время теста выполняется несколько измерений тока, что в сумме значительно влияет на производительность процесса. Еще более осложняет дело влияние точности и скорости измерения. Измерение происходит в три стадии:
– команда на измерение передается через интерфейс и обрабатывается ИП;
– ИП производит измерение;
– измеренное значение выдается обратно.
Большинство тестовых ИП имеет типовую схему измерения тока, показанную на рисунке 4 (слева). При таком стандартном подходе обработка команды прибавляет до 100 мс ко времени измерения. Время запроса быстродействующего АЦП на получение данных и время получения им единичного измеренного значения невелико, обычно — не более 2 мс.
Этот базовый подход обеспечивает разумный баланс точности и производительности в большинстве ситуаций, но далеко не во всех. При тестировании узлов, кратковременно потребляющих большой ток, например цифровых мобильных телефонов, результаты ряда измерений будут сильно различаться. Уменьшить ошибку можно усреднением результатов нескольких измерений, но это тем более увеличивает время тестирования.

Схемы измерения тока потребления

Рис. 4. Схемы измерения тока потребления


Программируемое время интегрирования дает быстрое и точное измерение
У оптимизированных по производительности тестовых ИП время обработки запроса на измерение значительно снижено. У некоторых из них для повышения производительности предусмотрена возможность программной установки времени интегрирования вместо АЦП с фиксированным временем и ФНЧ, как показано на рисунке 4 (справа).
Это позволяет получить быструю реакцию на изменение потребляемого тока. С другой стороны, для снижения влияния шума и переменных составляющих сигнала используется программируемое интегрирование, что повышает точность измерения ценой некоторого увеличения его длительности.
Во многих тестовых ИП, включая серию N6760A, компания Agilent применила несколько другой подход. В этих ИП для повышения точности и скорости измерения применяются программируемое время оцифровки и последующая цифровая обработка (фильтрация) сигнала.

Влияние скорости измерения тока на общую производительность тестирования
В таблице 2 сравниваются значения времени обработки команды на измерение и времени доступа к результату измерения для обычного тестового ИП и блока, оптимизированного по производительности, в данном случае — модульного ИП Agilent серии N6760A.
Переход от обычного тестового ИП к оптимизированному по производительности может снизить время измерения со 100 мс всего лишь до нескольких миллисекунд. При тестировании таких приборов, как ЭБУ автомобиля, обычно производится несколько измерений потребляемого тока. При этом легко реализуется дополнительная экономия времени от 0,5 до 1 с, что дает значительный выигрыш по производительности тестирования.
Тестирование полупроводникового устройства предъявляет высокие требования. При общем времени тестирования, составляющем всего пару секунд или менее, просто не остается времени на измерения длительностью в 100 мс.

Таблица 2. Время обработки команды на измерение и время доступа к результату
Параметр Типичный тестовый ИП Agilent N6760A
Время обработки команды, мс до 100 < 1
Время обработки доступа, мс < 2 Программируемое


ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МНОГОКАНАЛЬНОГО ВЫХОДА
Функции и возможности программного управления тестовыми ИП оказывают даже большее влияние на время тестирования, чем отклик выходного напряжения и время измерения тока. Одним из примеров может служить использование многоканального выхода постоянного тока для проверки устройств с несколькими напряжениями питания или для параллельной проверки нескольких устройств, как показано на рисунке 5.

Конфигурация системы параллельного тестирования

Рис. 5. Конфигурация системы параллельного тестирования


Чаще всего каждая операция по изменению выходного напряжения ИП или считыванию результата измерения тока проводится индивидуально, даже в случае многоканального ИП. Возможность одновременного выполнения сходных операций на нескольких выходах может существенно повысить производительность. В случае параллельного тестирования нескольких устройств можно добиться улучшения в разы по сравнению с их поочередным тестированием. Это является эффективным способом получения большого выигрыша в производительности, когда время тестирования составляет несколько секунд, и обычные методы оптимизации уже исчерпаны. Модульная система питания N6700 поддерживает набор команд для одновременного выполнения сходных операций на выходах нескольких модулей с целью достижения большей производительности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Тестовые ИП представляют собой один из немногих приборов, которые одновременно осуществляют электропитание и измерение, влияя на производительность тестирования сильнее, чем принято считать. Быстроту переключения выходного напряжения и скорость измерения тока следует тщательно оценивать для определения влияния этих приборов на общую производительность тестирования. Применение ИП, оптимизированного по производительности, может сократить время тестирования на несколько секунд, обеспечивая при этом быстрое и точное измерение.
Помимо скорости, на увеличение производительности тестирования значительно влияют такие свойства, как параллельная работа нескольких выходов. В случае параллельного тестирования одновременные операции могут в несколько раз повысить производительность.
Поскольку для современных приборов время тестирования зачастую составляет всего несколько секунд, улучшенные характеристики, полученные в результате применения тестовых ИП, оптимизированных по производительности, вполне оправданы и весьма ожидаемы разработчиками.

Эд Брорейн, технический специалист, компания Agilent Technologies