一種用于測試soc電源的模擬負載的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于測試SOC電源的模擬負載，它包括電流調整單元、延時調整單元和控制模塊；電流調整單元的抽取電流輸入與模擬電源正極連接，電流調整單元的電流輸出與模擬電源負極連接，電流調整單元的電流控制輸入與控制模塊的電流控制輸出連接，電流調整單元的延時控制輸入通過延時調整單元與控制模塊的延時控制輸出連接；控制模塊控制電流調整單元模擬出被模擬負載的工作電流，待測電源的電源輸出端輸出待測試的抽取電流，再通過電源測試裝置即可完成對待測電源的性能測試；控制模塊還通過延時調整單元控制電流調整單元所輸入的抽取電流呈線性變化。本發明可模擬SOC負載的各種變化，可實現對SOC電源的瞬態及直流負載電流的模擬測試。
【專利說明】
—種用于測試SOC電源的模擬負載
技術領域
[0001]本發明涉及SOC電源的模擬測試領域，特別是涉及一種用于測試SOC電源的模擬負載。
【背景技術】
[0002]隨著集成電路設計業的越來越興旺，集成電路結構越來越復雜，片上系統(SOC)越來越多，相應的，對SOC電源的要求也是越來越高；對電源管理系統的性能要求也越來越高，其電源測試系統也越來越復雜。
[0003]當負載吸收電流發生跳變的瞬間，電源管理系統的輸出電壓會瞬間偏離設定值，并需要經過一定時間后，才能達到穩定輸出狀態。這個時間段通常稱之為電源的負載瞬態恢復時間，或者瞬態響應時間，表征的是:當負載電流發生瞬態變化的時候，電源電壓恢復到設定范圍內所需要的時間。如果電壓瞬態響應能力較差，瞬態響應時間較長，導致電源內部元件充電不足/充電過量，輸出電壓跌落/過沖時間過長、幅度過大，輸出電壓顯著偏離目標值。不精確或偏離電源輸出電壓中的目標值會導致電源正在驅動的負載發生故障或甚至可能損壞，特別是當負載包括敏感電路、快速變化的器件時，如微處理器、射頻器件等。
[0004]因此，輸出電壓精度、負載調整率等參數是電源管理系統的重要性能指標，可通過檢測電源管理系統的輸出電壓精度即可評定該電源管理系統的質量。
[0005]然而，目前的電源測試中所采用的模擬負載僅能模擬負載電流的大小，并不能實現對模擬負載電流的瞬態變化時間進行控制，不能控制模擬負載電流變化時的上升沿時間和下降沿時間，不能準確地測試出被測電源的瞬態響應性能。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種用于測試SOC電源的模擬負載，該模擬負載通過電流調整單元控制抽取電流值的大小，通過延時調整單元控制抽取電流變化時的上升沿時間和下降沿時間，可模擬SOC負載的各種變化，可實現對SOC電源的瞬態變化電流及直流負載電流的模擬測試，同時，也使得采用本發明模擬負載的電源測試系統的結構更加簡單、測試功能更易于實現、測試結果更加準確。
[0007]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:一種用于測試SOC電源的模擬負載，它包括電流調整單元、延時調整單元和控制模塊，所述的控制模塊包括電流控制模塊、延時控制模塊和數據處理模塊。
[0008]所述的電流調整單元的抽取電流輸入端與模擬電源正極連接，電流調整單元的電流輸出端與地對接，電流調整單元的電流控制輸入端通過電流控制模塊與數據處理模塊的電流控制端連接，電流調整單元的延時控制輸入端依次通過延時調整單元和延時控制模塊與數據處理模塊的延時控制端連接。
[0009]數據處理模塊對接收到的外部控制數據進行解析處理，提取該外部控制數據中的電流控制信號和延時控制信號，并將電流控制信號發送給電流控制模塊，電流控制模塊根據該電流控制信號控制電流調整單元模擬輸出一定大小的電流，使得從待測電源的電源輸出端輸出的抽取電流與被模擬負載的工作電流值相同。
[0010]數據處理模塊將延時控制信號發送給延時控制模塊，延時控制模塊根據該延時控制信號控制延時調整單元的延時狀態，使得電流調整單元的抽取電流輸入端所輸入的抽取電流呈線性變化。
[0011]所述的電流調整單元包括N+M個相互并聯的電流調整電路，所述每個電流調整電路均包括電流抽取模塊和開關模塊，電流抽取模塊的輸入端與模擬電源正極連接，電流抽取模塊的輸出端與開關模塊的輸入端連接，開關模塊的輸出端與地對接，開關模塊的控制端通過第一總線與電流控制模塊連接。
[0012]所述的電流抽取模塊包括直流電流源。
[0013]所述的開關模塊包括開關MOS管，開關MOS管的源極與電流抽取模塊的輸出端連接，開關MOS管的漏極與模擬負載電源負極連接，開關MOS管的柵極通過第一總線與電流控制豐吳塊連接。
[0014]所述的延時調整單元包括M個延時模塊，所述每個延時模塊的輸入端均與對應的電流抽取模塊的輸出端連接，每個延時模塊的輸出端均與對應的開關模塊的控制端連接，每個延時模塊的控制端均通過第二總線與延時控制模塊連接。
[0015]所述的延時模塊包括延時電容。
[0016]所述的控制模塊還包括瞬態使能控制模塊和時鐘信號接收模塊。
[0017]所述的瞬態使能控制模塊的輸入端通過瞬態使能控制端口接收瞬態控制信號，瞬態使能控制模塊的輸出端與數據處理模塊的瞬態使能輸入端連接。
[0018]所述的時鐘信號接收模塊的輸入端通過時鐘信號接收端口接收時鐘信號，時鐘信號接收模塊的輸出端與數據處理模塊的時鐘信號輸入端連接。
[0019]當數據處理模塊接收到瞬態控制信號后，控制電流調整單元所輸入的抽取電流隨時鐘信號接收模塊所接收到的時鐘信號動態變化。
[0020]所述的待測電源的電源輸出端還與電源測試裝置的測試輸入端連接，通過電源測試裝置對抽取電流進行測試。
[0021]所述的電源測試裝置包括示波器。
[0022]本發明的有益效果是:
I)本發明通過電流調整單元控制抽取電流值的大小，通過延時調整單元控制抽取電流變化時的上升沿時間和下降沿時間，可模擬SOC負載的各種變化，可實現對SOC電源的瞬態變化電流及直流負載電流的模擬測試，同時，也使得采用本發明模擬負載的電源測試系統的結構更加簡單、測試功能更易于實現、測試結果更加準確。
[0023]2 )本發明對抽取電流的控制精確高，抽取電流的動態響應速度快，且其響應時間可以調控。
[0024]3)本發明最主要的特點在于，可通過延時控制方法和電流控制方法等兩種方法，控制抽取電流變化的延時大小，使得抽取電流的變化呈線性變化，實現對抽取電流的電流變化曲線中，對上升沿時間和下降沿時間的控制，從而實現對被測電源進行不同級別的測試，可準確檢測出被測電源的瞬態響應性能。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明一種用于測試SOC電源的模擬負載的基本原理框圖；
圖2為本發明一種用于測試SOC電源的模擬負載的系統原理框圖；
圖3為本發明中抽取電流的電流曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖進一步詳細描述本發明的技術方案，但本發明的保護范圍不局限于以下所述。
[0027]如圖1所示，一種用于測試SOC電源的模擬負載，它包括電流調整單元、延時調整單元和控制模塊，所述的控制模塊包括電流控制模塊、延時控制模塊和數據處理模塊。
[0028]所述的電流調整單元的抽取電流輸入端與模擬電源正極連接，電流調整單元的電流輸出端與地對接，也可連接到模擬電源負極，電流調整單元的電流控制輸入端通過電流控制模塊與數據處理模塊的電流控制端連接，電流調整單元的延時控制輸入端依次通過延時調整單元和延時控制模塊與數據處理模塊的延時控制端連接。
[0029]數據處理模塊對接收到的外部控制數據進行解析處理，提取該外部控制數據中的電流控制信號和延時控制信號，并將電流控制信號發送給電流控制模塊，電流控制模塊根據該電流控制信號控制電流調整單元模擬輸出一定大小的電流，使得從待測電源的電源輸出端輸出的抽取電流與被模擬負載的工作電流值相同。
[0030]數據處理模塊將延時控制信號發送給延時控制模塊，延時控制模塊根據該延時控制信號控制延時調整單元的延時狀態，控制電流調整單元所輸入的抽取電流的上升沿時間和下降沿時間，使得電流調整單元所輸入的抽取電流呈線性變化。
[0031]上升沿時間可定義為電流響應曲線從穩態值的10%上升到穩態值90%所需的時間，下降沿時間可定義為電流響應曲線從穩態值的90%下降到穩態值10%所需的時間。
[0032]所述的電流調整單元包括N+M個相互并聯的電流調整電路，所述每個電流調整電路均包括電流抽取模塊和開關模塊，電流抽取模塊的輸入端與模擬電源正極連接，電流抽取模塊的輸出端與開關模塊的輸入端連接，開關模塊的輸出端與地對接，也可連接到模擬電源負極，開關模塊的控制端通過第一總線與電流控制模塊連接。
[0033]所述的電流抽取模塊為輸出電流可在一定范圍內變化的電流源電路，如可選用輸出電流可在一定范圍內變化的直流電流源，也可采用其他具有該直流電流源功能的電流電路。
[0034]本發明中所述電流抽取模塊的輸出電流可在一定范圍內變化，并非輸出電流為恒定不變的恒流抽取模塊。由于電流抽取模塊的輸出電流可變，從而才能實現在抽取電流變化時，可以控制抽取電流變化的上升沿時間和下降沿時間，以改變本發明模擬負載對被測電源的測試精度。
[0035]所述的開關模塊可采用開關MOS管，也可用其他任何可實現該相同功能的開關。開關MOS管的源極與電流抽取模塊的輸出端連接，開關MOS管的漏極與模擬負載電源負極連接，開關MOS管的柵極通過第一總線與電流控制模塊連接。
[0036]所述的延時調整單元包括M個延時模塊，所述每個延時模塊的輸入端均與對應的電流抽取模塊的輸出端連接，每個延時模塊的輸出端均與對應的開關模塊的控制端連接，每個延時模塊的控制端均通過第二總線與延時控制模塊連接。
[0037]所述的延時模塊可采用延時電容電路來實現增加或減少抽取電流變化時所經歷的時間，當然也可采用任何具有該延時功能的模塊。
[0038]所述的控制模塊還包括瞬態使能控制模塊和時鐘信號接收模塊。
[0039]所述的瞬態使能控制模塊的輸入端通過瞬態使能控制端口接收瞬態控制信號，瞬態使能控制模塊的輸出端與數據處理模塊的瞬態使能輸入端連接。
[0040]所述的時鐘信號接收模塊的輸入端通過時鐘信號接收端口接收時鐘信號，時鐘信號接收模塊的輸出端與數據處理模塊的時鐘信號輸入端連接。
[0041]當數據處理模塊接收到瞬態控制信號后，控制電流調整單元所輸入的抽取電流隨時鐘信號接收模塊所接收到的時鐘信號動態變化。
[0042]本發明還設置有用于傳輸控制數據的I2C模塊，I2C模塊的數據輸出端與數據處理模塊的數據輸入端連接，I2C模塊的數據輸入端與數據接收端口連接，I2C模塊的時鐘信號輸入端與時鐘信號接收端口連接。I2C模塊實現將串口數據轉換為并口數據。
[0043]所述的待測電源的電源輸出端還與電源測試裝置的測試輸入端連接，通過電源測試裝置對抽取電流進行測試。
[0044]所述的電源測試裝置可選用示波器，也可采用其它電源檢測儀器，所述的待測電源包括片上系統SOC上的電源管理系統。
[0045]本發明可通過示波器來檢測片上系統SOC上的電源管理系統所輸出的電流是否符合規定的標準。模擬負載可模擬SOC電源管理系統所連接的各種負載器件，以及模擬該器件所需電流的各種變化。通過模擬負載從待測電源抽取出待測試的抽取電流后，可使用示波器來觀察、記錄該抽取電流的參數，并將其同預想值進行比較，計算抽取電流的誤差，得出該SOC電源管理系統是否符合標準的結論。
[0046]本發明的基本工作原理為:控制模塊根據接收到的外部控制信號，控制電流調整單元中開關陣列的通斷，使得電流調整單元輸出符合所模擬的負載的工作電流值，即從待測電源的電源輸出端輸出的待測試的抽取電流I.等于被模擬負載所需的工作電流I，再采用電源測試裝置如示波器檢測該抽取電流I.，并進一步分析該待測電源輸出的電流是否達到標準。
[0047]本發明可模擬SOC電源負載的各種變化，可實現對SOC電源的瞬態及直流負載電流的模擬測試。
[0048]I)模擬SOC電源的直流負載
若被模擬負載所需的工作電流為直流電流I1，則只需使用外部設備發出模擬直流負載的控制信號，瞬態使能信號為低電平信號，該控制信號包括電流控制信號和延時控制信號。控制模塊根據電流控制信號控制電流調整單元中的開關陣列進行選擇性導通，使得從待測電源的電源輸出端抽取出的待測試的抽取電流與被模擬負載的工作電流值相同，即抽取電流I.等于該直流工作電流I P
[0049]2)模擬SOC電源的瞬態響應負載
若被模擬負載的工作電流為動態變化的電流I2，則需使用外部設備發出瞬態使能信號和控制信號，該控制信號包括電流控制信號和延時控制信號。瞬態使能信號為高電平信號，控制模塊控制電流調整單元所輸入的抽取電流I.隨時鐘信號接收模塊所接收到的時鐘信號的變化而動態變化；控制模塊根據電流控制信號控制電流調整單元模擬輸出一定大小的電流，使得從待測電源的電源輸出端抽取出的抽取電流I.與被模擬負載的工作電流12相同；并根據延時控制信號控制延時調整單元的延時狀態，控制電流調整單元所輸入的抽取電流I.呈線性變化，還控制抽取電流變化曲線中的上升沿時間和下降沿時間延長或減短。可通過改變抽取電流曲線的上升沿時間和下降沿時間，來測試待測電源的性能。
[0050]控制模塊所接收到的時鐘信號與被模擬負載的工作電流的時鐘信號保持一致。
[0051]如圖2所示，所述的開關模塊采用開關MOS管，所述的延時模塊采用延時電容。
[0052]所述的電流調整單元包括I?N+M個電流源，即電流源I1、電流源12、……、電流源In、電流源IN+1、電流源IN+2、……、電流源1_，其中，N彡I。所述電流源為輸出電流可在一定范圍內變化的電流模塊。
[0053]所述的電流調整單元包括I?N+M個開關MOS管，即開關MOS管M1、開關MOS管M2>......、開關MOS管Mn、開關MOS管Mn+1、......、開關皿)3管1_。
[0054]I?N+M個電流源I _的輸入端均與模擬電源正極連接，I?N+M個電流源Ii?IN+M的輸出端分別與I?N+M個開關MOS管M M N+M的源極連接，I?N+M個開關MOS管M1- M _的漏極均與地對接，或與模擬負載電源負極連接，I?N+M個開關MOS管M廣M_的柵極均通過第一總線與控制模塊的電流控制輸出端口連接。
[0055]所述的延時調整單元包括I?M個延時電容，即延時電容C1、延時電容C2、……、延時電容CM。
[0056]I?M個延時電容C1-Cm分別并聯在第N+1?N+M個開關MOS管MN+1?M_的源極和漏極的兩端，延時電容C1?C M的控制端均通過第二總線與控制模塊的延時控制輸出端口連接。
[0057]其中，第I至第N個電流源IN用于控制本發明模擬負載的最小抽取電流值大小，第N+1至第M個電流源IN+1?I M用于控制本發明模擬負載的最大抽取電流值大小，第I至第M個延時電容(；?Cm用于控制本發明模擬負載的抽取電流值由最小值變化到最大值所需要經歷的時長。
[0058]例如，控制電流源1:?I 總抽取電流為1mA，控制電流源I N+1?I 總抽取電流為499mA，使得模擬負載的抽取電流由最小值ImA變化到最大值500mA。控制延時電容(；?Cm使得該電流變化過程的上升沿時間為30 μ S。將示波器和模擬負載連接到被測電源上，開始對被測電源進行性能測試，示波器顯示被測電源的輸出電壓波形圖，若該電壓波形圖與期望波形圖的誤差在允許范圍內，則該被測電源的性能符合標準規定。
[0059]若將抽取電流由ImA變化到500mA的上升沿時間設置為10 μ s,再次對該被測電源進行性能測試，若示波器上的電壓波形圖與期望波形圖的誤差較大，超出最大允許誤差，則該被測電源瞬態響應時間大于10μ S，其電源性能并不符合更高級別的標準規定。
[0060]如圖3所示，所述的延時電容可采用可調電容，通過可調電容來控制與其相應的開關MOS管的電流曲線，控制該電流曲線中的上升沿時間和下降沿時間T fall。通過調整不同延時電容的容值，使得不同開關MOS管的上升沿時間和下降沿時間Tfall不相一致，從而可組合出更精確的模擬電流。
[0061]當延時控制模塊控制可調電容的容值增大時，與其相應的開關MOS管的上升沿時間的時長增加，其下降沿時間T fall相應延長，使得開關MOS管輸出的電流爬坡時間和下降時間增加，從而抽取電流I.能慢速線性上升到穩定值，即最大電流值I _，并從穩定值慢速線性下降到最小電流值1_或零值。
[0062]當延時控制模塊控制可調電容的容值減小時，與其相應的開關MOS管的上升沿時間的時長減少，其下降沿時間T fall相應減短，使得開關MOS管輸出的電流爬坡時間和下降時間減少，從而抽取電流I.能快速線性變化上升到穩定值，即最大電流值I _，并能從穩定值快速線性下降到最小電流值1_或零值。
[0063]I)本發明可通過調節延時電容的大小，使抽取電流I.呈線性變化。
[0064]在模擬負載穩定工作后，若延時電容的容值增大，延時電容將繼續充電，流入開關MOS管源極的隨延時電容的增大而線性減小；若延時電容的容值減小，延時電容將開始放電，流入開關MOS管源極的抽取電流I.隨延時電容的減小而線性增大；延時電容的變化值越大，抽取電流I.的上升沿時間T 越長。
[0065]2)本發明還可通過調節開關MOS管驅動電流的大小，即調節開關MOS管柵極端的輸入電流大小，使抽取電流I.呈線性變化。
[0066]當驅動電流較大時，開關MOS管開通和關斷速度快，該開關MOS管輸入的抽取電流曲線的上升沿時間UP下降沿時間T fall就短；當驅動電流較小時，開關MOS管開通和關斷速度慢，該開關MOS管的電流曲線的上升沿時間和下降沿時間T fall就長。
【主權項】
1.一種用于測試SOC電源的模擬負載，其特征在于:它包括電流調整單元、延時調整單元和控制模塊，所述的控制模塊包括電流控制模塊、延時控制模塊和數據處理模塊； 所述的電流調整單元的抽取電流輸入端與模擬電源正極連接，電流調整單元的電流輸出端與地對接，電流調整單元的電流控制輸入端通過電流控制模塊與數據處理模塊的電流控制端連接，電流調整單元的延時控制輸入端依次通過延時調整單元和延時控制模塊與數據處理模塊的延時控制端連接； 數據處理模塊對接收到的外部控制數據進行解析處理，提取該外部控制數據中的電流控制信號和延時控制信號，并將電流控制信號發送給電流控制模塊，電流控制模塊根據該電流控制信號控制電流調整單元模擬輸出一定大小的電流，使得從待測電源的電源輸出端輸出的抽取電流與被模擬負載的工作電流值相同； 數據處理模塊將延時控制信號發送給延時控制模塊，延時控制模塊根據該延時控制信號控制延時調整單元的延時狀態，使得電流調整單元的抽取電流輸入端所輸入的抽取電流呈線性變化。2.根據權利要求1所述的一種用于測試SOC電源的模擬負載，其特征在于:所述的電流調整單元包括N+M個相互并聯的電流調整電路，所述每個電流調整電路均包括電流抽取模塊和開關模塊，電流抽取模塊的輸入端與模擬電源正極連接，電流抽取模塊的輸出端與開關模塊的輸入端連接，開關模塊的輸出端與地對接，開關模塊的控制端通過第一總線與電流控制模塊連接。3.根據權利要求2所述的一種用于測試SOC電源的模擬負載，其特征在于:所述的電流抽取模塊包括直流電流源。4.根據權利要求2所述的一種用于測試SOC電源的模擬負載，其特征在于:所述的開關模塊包括開關MOS管,開關MOS管的源極與電流抽取模塊的輸出端連接，開關MOS管的漏極與模擬負載電源負極連接，開關MOS管的柵極通過第一總線與電流控制模塊連接。5.根據權利要求2所述的一種用于測試SOC電源的模擬負載，其特征在于:所述的延時調整單元包括M個延時模塊，所述每個延時模塊的輸入端均與對應的電流抽取模塊的輸出端連接，每個延時模塊的輸出端均與對應的開關模塊的控制端連接，每個延時模塊的控制端均通過第二總線與延時控制模塊連接。6.根據權利要求5所述的一種用于測試SOC電源的模擬負載，其特征在于:所述的延時模塊包括延時電容。7.根據權利要求1所述的一種用于測試SOC電源的模擬負載，其特征在于:所述的控制模塊還包括瞬態使能控制模塊和時鐘信號接收模塊； 所述的瞬態使能控制模塊的輸入端通過瞬態使能控制端口接收瞬態控制信號，瞬態使能控制模塊的輸出端與數據處理模塊的瞬態使能輸入端連接； 所述的時鐘信號接收模塊的輸入端通過時鐘信號接收端口接收時鐘信號，時鐘信號接收模塊的輸出端與數據處理模塊的時鐘信號輸入端連接； 當數據處理模塊接收到瞬態控制信號后，控制電流調整單元所輸入的抽取電流隨時鐘信號接收模塊所接收到的時鐘信號動態變化。8.根據權利要求1所述的一種用于測試SOC電源的模擬負載，其特征在于:所述的待測電源的電源輸出端還與電源測試裝置的測試輸入端連接，通過電源測試裝置對抽取電流進行測試。9.根據權利要求8所述的一種用于測試SOC電源的模擬負載，其特征在于:所述的電源測試裝置包括示波器。
【文檔編號】G01R31/40GK105823990SQ201510000928
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年1月4日
【發明人】葛亮宏, 葉飛, 何天長, 況波
【申請人】成都銳成芯微科技有限責任公司