MAX9949/MAX9950 雙引腳參數(shù)測(cè)量單元詳解

在電子測(cè)試和測(cè)量領(lǐng)域，精確的參數(shù)測(cè)量對(duì)于保證產(chǎn)品質(zhì)量和性能至關(guān)重要。MAXIM公司的MAX9949/MAX9950雙引腳參數(shù)測(cè)量單元（PMU）因其卓越的特性，成為自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）和其他儀器儀表的理想選擇。下面，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

MAX9949/MAX9950具有小巧的封裝尺寸、寬廣的力和測(cè)量范圍以及高準(zhǔn)確性等特點(diǎn)。它能夠在 -2V 到 +7V 通過(guò) -7V 到 +13V 的電壓范圍內(nèi)進(jìn)行電壓施加或測(cè)量，具體范圍取決于電源電壓（VCC 和 VEE）。該設(shè)備可處理高達(dá) +30V（VCC 到 VEE）的電源電壓，并且在滿電流情況下能夠承受 20V 的被測(cè)設(shè)備（DUT）電壓擺幅。此外，它還能施加或測(cè)量高達(dá) ±25mA 的電流，最低滿量程范圍為 ±2μA。對(duì)于超過(guò) ±25mA 的電流范圍，可通過(guò)集成的支持電路使用外部緩沖放大器。

二、關(guān)鍵特性

2.1 多種工作模式

支持 Force Voltage/Measure Current（FVMI）、Force Current/Measure Voltage（FIMV）、Force Voltage/Measure Voltage（FVMV）、Force Current/Measure Current（FIMI）、Force Nothing/Measure Voltage（FNMV）五種工作模式，滿足不同的測(cè)試需求。

2.2 可編程電流范圍

具備五個(gè)可編程電流范圍，分別為 ±2μA、±20μA、±200μA、±2mA、±25mA，可靈活適應(yīng)不同的電流測(cè)量場(chǎng)景。

2.3 電壓和電流測(cè)量功能

能在 -2V 到 +7V 通過(guò) -7V 到 +13V 的輸入電壓范圍內(nèi)工作，并在滿電流時(shí)支持高達(dá) 20V 的電壓擺幅。同時(shí)，帶有 Force-Current/Measure-Current 電壓偏移（IOS）功能，可將控制或測(cè)量信號(hào)置于外部 DAC 或 ADC 范圍的中心。

2.4 集成功能

集成了比較器，可通過(guò)外部設(shè)置電壓閾值來(lái)檢測(cè)電壓和電流水平；MSR_ 和比較器輸出可以置于高阻態(tài)；集成的電壓鉗位可將力輸出限制在外部設(shè)置的水平。

2.5 低功耗和小封裝

每個(gè) PMU 的最大功耗僅為 8mA，且采用 64 引腳 10mm x 10mm、0.5mm 間距的 TQFP 封裝，頂部（MAX9949）或底部（MAX9950）帶有暴露的 8mm x 8mm 裸片焊盤，便于高效散熱。

三、電氣特性

3.1 絕對(duì)最大額定值

詳細(xì)規(guī)定了各個(gè)引腳的電壓極限，如 VCC 到 AGND 為 +20V、VEE 到 AGND 為 -15V 等，以及連續(xù)功耗、結(jié)溫、存儲(chǔ)溫度范圍等參數(shù)。工程師在使用時(shí)必須嚴(yán)格遵守這些額定值，以避免設(shè)備永久性損壞。

3.2 DC 電氣特性

涵蓋了 Force Voltage、Measure Current、Measure Voltage、Force Output、Sense Input 等方面的參數(shù)，包括輸入電壓范圍、偏置電流、增益誤差、線性誤差等。例如，在 Force Voltage 方面，不同條件下的輸入電壓范圍、強(qiáng)制電壓、輸入偏置電流等都有明確規(guī)定。

3.3 AC 電氣特性

給出了不同工作模式和電流范圍內(nèi)的建立時(shí)間、最大穩(wěn)定負(fù)載電容等參數(shù)。例如，在 Force Voltage 模式下，不同電阻范圍對(duì)應(yīng)的建立時(shí)間從 160μs 到 25μs 不等。

四、引腳說(shuō)明

MAX9949/MAX9950 共有 64 個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，VEE 和 VCC 分別為負(fù)模擬電源輸入和正模擬電源輸入；FORCE 引腳用于向 DUT 施加電流或電壓；SENSE 引腳作為與 DUT 的開(kāi)爾文連接，提供反饋信號(hào)或測(cè)量信號(hào)。此外，還有用于范圍設(shè)置、串行通信、比較器輸出控制等功能的引腳，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景正確連接這些引腳。

五、工作原理與控制

5.1 串行接口

使用標(biāo)準(zhǔn)的 3 線 SPI?/QSPI?/MICROWIRE? 兼容串行端口進(jìn)行通信。輸入數(shù)據(jù)寄存器填滿后，數(shù)據(jù)可從 DOUT 輸出，支持多個(gè)設(shè)備的級(jí)聯(lián)。通過(guò) CS、SCLK、DIN 等引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和控制，同時(shí)利用 LOAD 輸入可異步將所有輸入寄存器的數(shù)據(jù)加載到 PMU 寄存器中。

5.2 PMU 控制

通過(guò) 16 位字來(lái)編程 PMU，地址位用于指定輸入寄存器的更新情況，控制位則用于選擇工作模式、電流范圍、鉗位啟用等功能。例如，通過(guò) INMODE、FMODE、MMODE、HI-ZFORCE 等控制位可以選擇不同的力和測(cè)量模式。

5.3 模式選擇

可根據(jù)需要選擇 FVMI、FIMV、FVMV、FIMI、FNMV 等五種工作模式，每種模式對(duì)應(yīng)不同的力輸出和測(cè)量輸出。例如，在 FVMI 模式下，F(xiàn)ORCE 輸出電壓，MSR 輸出與 DUT 電流成比例的電壓。

5.4 電流范圍選擇

通過(guò)控制字中的 RS0、RS1、RS2 三位來(lái)控制全量程電流范圍，可選擇 ±2μA 到 ±25mA 等不同檔位，還可選擇外部電流范圍。

5.5 其他功能控制

包括電壓鉗位、比較器、測(cè)量輸出高阻控制等功能。電壓鉗位可通過(guò) CLENABLE 位啟用或禁用，比較器用于監(jiān)測(cè) MSR 輸出，MSR 輸出的高阻態(tài)可通過(guò) HI-ZMSR 控制位或 HI-Z_ 輸入進(jìn)行控制。

六、應(yīng)用信息

6.1 不同模式下的工作原理

在 Force-Voltage（FV）模式下，F(xiàn)ORCE 輸出電壓與輸入控制電壓成正比；在 Force-Current（FI）模式下，F(xiàn)ORCE 輸出電流與輸入控制電壓成正比；在 Measure-Current（MI）模式下，MSR 輸出電壓與 FORCE 輸出電流成正比；在 Measure-Voltage（MV）模式下，MSR 輸出電壓與 SENSE 輸入電壓成正比。

6.2 電流感測(cè)放大器偏移電壓輸入

IOS 是電流感測(cè)放大器的緩沖輸入，可調(diào)整與 ± 滿量程電流對(duì)應(yīng)的電壓范圍。工程師需要根據(jù)電源電壓合理選擇 IOS 值，以避免 MSR_ 輸出信號(hào)削波。

6.3 外部電流 Boost

可使用外部緩沖放大器來(lái)提供大于 MAX9949/MAX9950 最大輸出電流的電流范圍，通過(guò)數(shù)字輸出 EXTSEL_ 控制 Booster 的激活。

6.4 電壓鉗位和電流限制

電壓鉗位可將 FORCE 輸出限制在指定范圍內(nèi)，電流限制電路可確保 MSR 輸出在滿量程電流和電流限制之間表現(xiàn)良好。

6.5 獨(dú)立開(kāi)關(guān)控制

通過(guò)兩個(gè)單刀雙擲（SPDT）開(kāi)關(guān)獨(dú)立控制反饋和測(cè)量，實(shí)現(xiàn)除傳統(tǒng) FVMI 和 FIMV 模式外的靈活工作模式。

6.6 高阻態(tài)和輸入源選擇

FORCE、MSR 和比較器輸出均具有高阻控制功能，可將其置于高阻抗、低泄漏狀態(tài)。輸入源可選擇 IN0 或 IN1 來(lái)控制強(qiáng)制電壓和電流。

6.7 保護(hù)與穩(wěn)定性

具備短路保護(hù)功能，F(xiàn)ORCE 輸出和 SENSE 輸入可承受電源軌之間的短路。采用先通后斷的開(kāi)關(guān)方式并結(jié)合集成電壓鉗位，可減少模式和范圍變化時(shí)的瞬態(tài)干擾。同時(shí)，通過(guò)合理選擇補(bǔ)償電容可確保電路在最大預(yù)期負(fù)載電容下的穩(wěn)定性和優(yōu)化建立時(shí)間。

七、總結(jié)

MAX9949/MAX9950 雙引腳參數(shù)測(cè)量單元憑借其豐富的功能、高精度的測(cè)量能力和靈活的控制方式，為自動(dòng)測(cè)試設(shè)備和其他儀器儀表的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。工程師在使用過(guò)程中，需要充分了解其電氣特性、引腳功能和工作原理，根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行合理的配置和設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮該產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享討論。