如何设置PMU电压和电流钳位

MAX9979是完全集成的引脚电子IC，由DCL、PMU和电平设置器组成。MAX9979的所有模块均具有箝位、有源负载、高范围拉电流和灌电流能力、数据反转和差分模式等特性。MAX9979参数测量单元（PMU）既能施加力，又能测量电流和电压。设置电压和电流钳位可确保PMU在线性区域工作。本应用笔记简化了对PMU功能的理解并根据应用调整钳位的过程。

介绍

MAX9979中的参数测量单元（PMU）模块负责强制和测量电流和电压。可支持 -1.5V 至 6.5V 的电压范围和 ±2μA 至 ±50mA 的满量程电流范围。MAX9979的电压和电流箝位特性使PMU在性能方面更加通用，但需要仔细考虑。

了解 PMU 功能至关重要，因此此应用程序将首先介绍 PMU 模式和操作范围。然后，将详细介绍PMU钳具的使用。

PMU 模式和操作范围

MAX9979 PMU可配置为六种工作模式，如表1所示。

力-电压/测量-电压 （FVMV）

力-电压/测量-电流 （FVMI）

力-电流/测量-电流 （FIMI）

力-电流/测量-电压 （FIMV）

无强制/测量电压 （FNMV）

无强制/无测量 （FNMN）

 

Digital Input	Serial Interface Bits			PMU Mode
LLEAKP	HIZFORCE	FMODE	MMODE
1	1	X	X	FyMy*
1	1	X	X	FyMy*
1	0	0	X	FVMy* (calibration)
1	0	0	X	FVMy* (calibration)
1	0	1	0	FNMN
1	0	1	1	FNMV (calibration)
1	0	1	1	FNMV (calibration)
0	X	X	0	FNMN
0	X	X	1	FNMV (calibration)
0	X	X	1	FNMV (calibration)
*y = V 或 I

 

基于满量程电流范围选择，PMU力-电流和测量-电流可以通过三位控制字（RS2、RS1和RS0）在不同的电流范围内工作或控制，如表2所示。

 

Digital Input	Serial Interface Bits				PMU Range (IRANGE, RRANGE)
LLEAKP	HIZFORCE	RS2	RS1	RS0
X	X	0	0	0	E(±2µA, 500kO)
X	X	0	0	1	D(±20µA, 50kO)
X	X	0	1	0	C(±200µA, 5kO)
X	X	0	1	1	B(±2mA, 500O)
X	0	1	X	X	B*
0	1	1	X	X	B*
1	1	1	X	X	A(±50mA, 20O)
* PMU 高阻抗模式不允许范围 A 操作 — PMU 默认为范围 B。

 

PMU 电压/电流钳

PMU电压或电流钳确保DUT_电压或电流分别不能超过钳位电压或电流。PMU 电压箝位在 FI 工作模式下可用，而电流箝位在 FV 模式下可用。当PMU电压/电流箝位处于活动状态时，在其限值内，MV和MI功能仍然有效。

设置CLAMPHI_和CLAMPLO_数模转换器（DAC）设置高钳位电压（VCLAMPHI） 和低钳位电压 （VCLAMPLO）分别。在FI模式下，用户可以使用CLAMPHI_和CLAMPLO_DAC直接设置电压箝位。对于电流钳 IIOSDAC （VIIOS） 需要与 CLAMPHI_ 和CLAMPLO_ DAC 一起设置。钳位大电流（ICLAMPHI）和钳位低电流（ICLAMPLO） 方程给出如下。

ICLAMPHI = (VCLAMPHI - VIIOS)/RRANGE

VCLAMPHI = (ICLAMPHI × RRANGE) + VIIOS

示例 1：

考虑 FVMI 模式下的 PMU 和范围 B 操作。

考虑 VIIOS DAC电压是2.5V，1K？是 DUT 负载。ICLAMPHI为 2mA 和 ICLAMPLO为-2mA。开始 VIN_从 2V 逐渐降低。公式1和2用于下表3中的计算。

 

VIN (V)	VIIOS (V)	ICLAMPHI (mA)	ICLAMPLO (mA)	CLAMPHI DAC Voltage (V)	CLAMPLO DAC Voltage(V)	VDUT (V)	IDUT (mA)	IMOS (uA)
2	2.5	+2	-2	3.5	1.5	1.86598	1.92857	71.43
1.5	2.5	+2	-2	3.5	1.5	1.4969	1.5329	-32.9
1	2.5	+2	-2	3.5	1.5	0.9996	1.0299	-29.9
0.5	2.5	+2	-2	3.5	1.5	0.4992	0.5012	-1.2
0	2.5	+2	-2	3.5	1.5	0.0082	0.0085	-8.5

 

作为 VIN_ 逐渐减少，VDUT_ 和IDUT也减少。MAX9979 PMU具有测量电流失调（IMOS） 的 ±1 % FSR（如数据手册的 EC 表所述）。由于PMU处于B工作范围（FSR = 4mA），因此预期的最大电流失调为±40μA。如果 IDU失调超过 ±40μA，则不需要输出。在表 3 中，蓝绿色读数是理想的，橙色读数是不可取的。对于PMU，需要满足两个条件。

图1.PMU FVMI 模式，范围 B 箝位，示例 1。

为了在FI模式下保持线性度：

(VCLAMPLO + 0.5V) = VDUT = (VCLAMPHI – 0.5V)

为了在FV模式下保持线性度：

(ICLAMPLO + 10% FSR) = IDUT = (ICLAMPHI – 10%FSR)

示例 2：

考虑 FVMI 模式下的 PMU 和范围 B 操作。

FMODE = 0， MMODE = 0， RRANGE = 500？， FSR = 4mA

考虑 VIIOS DAC电压是2.5V，1K？是DUT_负载。修复 V在_ DAC电压为1V。将箝位电流从2mA更改为0mA。公式1和2用于下面表4中的计算。

Expected IDUT = VDUT/RLOAD = 1V/1K? = ±1mA

注意：±符号表示MAX9979器件可以供应或吸收电流。

在范围 B 工作时：10% FSR = 10% 的 4mA = 0.4mA

根据公式 4，假设设备如下：

IDUT = (ICLAMPHI – 10% FSR)

IDUT + 10% FSR = ICLAMPHI

ICLAMPHI = 1mA + 0.4mA = 1.4mA

Similarly, ICLAMPLO = -1.4mA

 

VIN (V)	VIIOS (V)	ICLAMPHI (mA)	ICLAMPLO (mA)	CLAMPHI DAC Voltage (V)	CLAMPLO DAC Voltage(V)	VDUT (V)	IDUT (mA)	IMOS (uA)
1	2.5	2	-2	3.5	1.5	0.9996	1.0299	29.9
1	2.5	1.5	-2	3.25	1.5	0.9996	1.0299	29.9
1	2.5	1	-2	3	1.5	0.8642	0.8623	-137.7
1	2.5	0.5	-2	2.75	1.5	0.4911	0.5018	-498.2
1	2.5	0	-2	2.5	1.5	0.1117	0.1155	-884.5

 

VIN在 1V。在 FVMI 模式下，我们期望 VDUT= 1V。因此IDUT= DUT/RDUT = 1V/1K? = +1mA。在橙色行中观察，当ICLAMPH小于1.4mA，VDUT和IDUT读数不是预期值。在这种情况下，IDUT失调误差大于±40uA。

图2.PMU FVMI 模式，范围 B 箝位示例 2。

示例 3：

考虑 FVMI 模式下的 PMU 和范围 B 操作。

FMODE = 0， MMODE = 0， RRANGE = 500？， FSR = 4mA

考虑 VIIOS DAC电压是2.5V，1K？是DUT_负载。将VIN_DAC电压固定为1.5V，I夹子作为2mA。更改 ICLAMPLO从-2mA到1.4mA。公式1和2用于下面表5中的计算。

 

VIN (V)	VIIOS (V)	ICLAMPHI (mA)	ICLAMPLO (mA)	CLAMPHI DAC Voltage (V)	CLAMPLO DAC Voltage(V)	VDUT (V)	IDUT (mA)	IMOS (uA)
1.5	2.5	2	-2	3.5	1.5	1.4912	1.5369	36.9
1.5	2.5	2	-1	3.5	2	1.4912	1.5369	36.9
1.5	2.5	2	0	3.5	2.5	1.4912	1.5369	36.9
1.5	2.5	2	1	3.5	3	1.4912	1.5369	36.9
1.5	2.5	2	1.2	3.5	3.1	1.4912	1.5369	36.9
1.5	2.5	2	1.4	3.5	3.2	1.5174	1.5687	68.7

 

从等式4，

(ICLAMPLO + 10% FSR) = IDUT = (ICLAMPHI – 10% FSR)

(ICLAMPLO + 10% FSR) = (ICLAMPHI – 10% FSR)

ICLAMPHI – ICLAMPLO = 20% FSR

VCLAMPHI – VCLAMPLO = (20% FSR) × RRANGE;从等式 1 和 2 开始。

图3.PMU FVMI 模式，范围 B 箝位示例 3。

示例 4：

考虑 FIMV 模式下的 PMU 和范围 B 操作。

FMODE = 1， MMODE = 1， R范围= 500？， FSR = 4mA

考虑 VIIOS DAC电压是2.5V，1K？是DUT_负载。修复VIN DAC电压为5.5V。将箝位电压从 ±2.5V 更改为 ±1.5V。

当PMU处于FI模式时，电压箝位就会出现。从等式3，

(VCLAMPLO + 0.5V) = VDUT = (VCLAMPHI – 0.5V).

在FI模式出DUT的电流按照下面的公式5计算。

DUT = (VIN – VIIOS)/(4 × RRANGE)

其中;

IDUT = (5.5 – 2.5)/(4 × 500)

IDUT = 1.5mA

VDUT = IDUT × RLOAD = 1.5mA × 1K? = 1.5V

 

VIN (V)	VIIOS (V)	VCLAMPHI (V)	VCLAMPLO (V)	VDUT (V)	IDUT (mA)	VMOS (uA)
5.5	2.5	2.5	-2.5	1.487	1.498	-13
5.5	2.5	2	-2	1.487	1.498	-13
5.5	2.5	1.5	-1.5	1.393	1.441	-107

 

预期的DUT电压为1.5V，箝位电压应比预期的DUT电压高0.5V。当箝位电压与DUT电压相同时，DUT电压开始降低（参见图表中的橙色行）。电压偏移的测量（VMOS） 增加超过 25mV。

总结

本应用笔记为用户提供了在线性区域操作PMU的指南。这很简单，有两个等式：

(VCLAMPLO + 0.5V) = VDUT = (VCLAMPHI – 0.5V)

To maintain linearity in FV mode:

(ICLAMPLO + 10% FSR) = IDUT = (ICLAMPHI – 10% FSR)

审核编辑：郭婷