MAX9949/MAX9950 雙引腳參數(shù)測量單元詳解

在電子測試和測量領(lǐng)域，精確的參數(shù)測量對于保證產(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)測量單元（PMU）因其卓越的特性，成為自動測試設(shè)備（ATE）和其他儀器儀表的理想選擇。下面，我們就來詳細(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、寬廣的力和測量范圍以及高準(zhǔn)確性等特點。它能夠在 -2V 到 +7V 通過 -7V 到 +13V 的電壓范圍內(nèi)進(jìn)行電壓施加或測量，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 的被測設(shè)備（DUT）電壓擺幅。此外，它還能施加或測量高達(dá) ±25mA 的電流，最低滿量程范圍為 ±2μA。對于超過 ±25mA 的電流范圍，可通過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，滿足不同的測試需求。

2.2 可編程電流范圍

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

2.3 電壓和電流測量功能

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

2.4 集成功能

集成了比較器，可通過外部設(shè)置電壓閾值來檢測電壓和電流水平；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 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 絕對最大額定值

詳細(xì)規(guī)定了各個引腳的電壓極限，如 VCC 到 AGND 為 +20V、VEE 到 AGND 為 -15V 等，以及連續(xù)功耗、結(jié)溫、存儲溫度范圍等參數(shù)。工程師在使用時必須嚴(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，不同電阻范圍對應(yīng)的建立時間從 160μs 到 25μs 不等。

四、引腳說明

MAX9949/MAX9950 共有 64 個引腳，每個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 的開爾文連接，提供反饋信號或測量信號。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，支持多個設(shè)備的級聯(lián)。通過 CS、SCLK、DIN 等引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和控制，同時利用 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 16 位字來編程 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 INMODE、FMODE、MMODE、HI-ZFORCE 等控制位可以選擇不同的力和測量模式。

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，每種模式對應(yīng)不同的力輸出和測量輸出。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

通過控制字中的 RS0、RS1、RS2 三位來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、測量輸出高阻控制等功能。電壓鉗位可通過 CLENABLE 位啟用或禁用，比較器用于監(jiān)測 MSR 輸出，MSR 輸出的高阻態(tài)可通過 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 電流感測放大器偏移電壓輸入

IOS 是電流感測放大器的緩沖輸入，可調(diào)整與 ± 滿量程電流對應(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_ 輸出信號削波。

6.3 外部電流 Boost

可使用外部緩沖放大器來提供大于 MAX9949/MAX9950 最大輸出電流的電流范圍，通過數(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 獨立開關(guān)控制

通過兩個單刀雙擲（SPDT）開關(guān)獨立控制反饋和測量，實現(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的瞬態(tài)干擾。同時，通過合理選擇補(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)化建立時間。

七、總結(jié)

MAX9949/MAX9950 雙引腳參數(shù)測量單元憑借其豐富的功能、高精度的測量能力和靈活的控制方式，為自動測試設(shè)備和其他儀器儀表的設(shè)計提供了強(qiáng)大的支持。工程師在使用過程中，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)用場景進(jìn)行合理的配置和設(shè)計，以充分發(fā)揮該產(chǎn)品的優(yōu)勢。大家在實際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享討論。