AN-2503: 采用 AD5522 PMU 和 AD7685 16 位 ADC 的 ATE 应用四通道参数测量单元

参数测量单元及支持器件

电路描述

四通道 PMU AD5522 可为 DUT 提供驱动和测量功能，但 PMU 外部需要进行数字化处理。这可以通过下述方法实现：

• 每个 PMU 通道均有一个专用的 ADC，从而可提供最快的吞吐速率和结果。
• 多个通道可共用一个 ADC。图 1 中，四个 PMU通道共用一个 ADC AD7685。在一些应用中，可能有更多通道共用一个 ADC，例如 8 个或16 个 PMU 通道。

利用各 MEASOUTx 引脚的内部禁用功能，可以实 现多个通道共用一个 ADC。这要求对 PMU 寄存器 执行写入命令，以使能/禁用相应的开关。如果选 择这种方法，则应注意，一次只能选择一个 MEASOUTx 通道。

或者，可利用外部 4:1 多路复用器来控制测量通道 选择。以这种方式，可以使能所有四个 MEASOUTx 路径，由多路复用器选择测量通道。类似地，采用 8:1 或 16:1 多路复用器，可实现更多测量路径共享 一个 ADC。多路复用器的选择将取决于所用的 ADC 及其输入电压范围。对于双极输入 ADC， ADG1404/ADG1204系列器件将是理想之选；若采 用单电源，则ADG706 和 ADG708 更合适。除开关阻抗外，MEASOUTx 路径的输出阻抗通常为 60 Ω。 因此，应考虑使用 ADA4898-1 等 ADC 缓冲器来驱动 ADC（图中未显示缓冲器）。

16 位、250 kSPS ADC AD7685 能够处理 MEASOUTx 路径的 0 V 至 4.5 V 输出范围，所以适合本应用。此外，如果希望升级，速度更快但尺寸相同的其他ADC（例如 16 位、500 kSPS AD7686）也是颇具吸引力的选择。

如果需要 20 V 输出范围，则 AD5522 要求使用一个5 V 基准电压源。选择 5 V XFET 基准电压源 ADR435的原因在于，它具有低温漂（A 级为 10 ppm/°C；B级为 3 ppm/°C）、低噪声（8 μV 峰峰值，0.1 Hz 至10 Hz）以及能够驱动多个 PMU 通道（30 mA 拉电流，20 mA 灌电流）的特性。

一些应用要求PMU能够驱动各种大小的DUT电容，尤其在 PMU 与电源引脚相连，或者 PMU 用作器件电源，且存在 DUT 的去耦/旁路电容的应用中。这种情况下，将一个外部开关而不是固定电容与CCOMP 引脚相连，可使附加 CCOMP 电容得以接通或断开，从而优化各种容性负载条件下的建立时间和稳定性。本电路所选的开关为四通道 SPST 开关 ADG412 ，其导通电阻小于 50 Ω。由于大多数多路复用器一次只允许接通多个通道中的一个通道，所以才选用四通道 SPST 开关，而不是多路复用器。利用四通道开关，各漏极可以连在一起，源极则可以与各补偿电容相连，从而提供 2⁴ - 1 种可能的CCOMP 组合。

同样，本电路采用差分多路复用器 ADG1209，以适应与 CFFx 引脚相连、容值范围更宽的前馈电容，从而使 AD5522 能够驱动更宽范围的 DUT 电容。所用多路复用器的串联电阻应使得 1/(2π × R_ON × C_DUT) > 100 kHz。本例中，ADG1209 用于切换AD5522 的两个通道。

开关和电容会承受与 AD5522 FOH 引脚的电压范围相同的电压偏移。因此，开关和电容的额定电压应考虑这一点。CFF 电容可以具有 10%或以下的公差，这一额外变量会直接影响建立时间，特别是在低电流的测量电流模式下。所选的 CCOMP 电容公差应不大于 5%。表 1 列出了不同负载电容下补偿电容 CCOMP 和 CFF 的建议标称值。

本电路必须构建在具有较大面积接地层的多层电路板上。为实现最佳性能，必须采用适当的布局、接地和去耦技术（请参考 指南 MT-031—“实现数据转换器的接地并解开 AGND 和 DGND 的谜团”及 指南 MT-101—“去耦技术”）。请注意，图 1为原理示意图，并未显示所有必需的去耦。

精心考虑电源和接地回路布局有助于确保达到额定性能。安装 AD5522 所用的印刷电路板(PCB)应采用模拟部分与数字部分分离设计，并限制在电路板的一定区域内。如果 AD5522 所在的系统中有多个器件需要 AGND 至 DGND 的连接，则应只在一个点进行连接。星形接地点尽可能靠近该器件。

对于具有多个引脚（AV_SS 和 AV_DD）的电源，建议将这些引脚连在一起，并且每个电源仅去耦一次。

AD5522 应具有足够大的 10 µF 电源去耦电容，与每个电源上的 0.1 µF 电容并联，并且尽可能靠近封装，最好是正对着该器件。10 μF 电容应为钽珠型电容。0.1μF 电容器应具有低等效串联电阻(ESR)和低等效串联电感(ESI)——高频时提供低阻抗接地路径的普通陶瓷型电容的典型情况——以便处理内部逻辑开关所引起的瞬态电流。

应避免在该器件下方布设数字线路，否则会将噪声耦合至该器件。不过，可以将模拟接地层放在AD5522 下方，以避免噪声耦合（此做法仅适用于焊盘朝上的封装）。AD5522 的电源线路应采用尽可能宽的走线，以提供低阻抗路径，并减小电源线路上的毛刺效应。快速开关数字信号应利用数字地屏蔽起来，以免向电路板上的其他器件辐射噪声，并且绝不应靠近基准输入。必须将所有 V_REF线路上的噪声降至最低。

避免数字信号与模拟信号交叠。电路板相反两侧上的走线应彼此垂直，以减小电路板的馈通效应。像所有薄型封装一样，必须避免弯曲封装，并且在组装过程中必须避免封装表面上出现点负载。

另外请注意，AD5522 的裸露焊盘与负电源 AV_SS 相连。

常见变化

PMU 电路并非始终需使用 AD5522 的 20 V 完整输出范围，许多应用只需要其中的一部分。例如，用户使用 2.5 V 基准电压源 ADR421 可以实现±5.6 V的标称输出电压范围，利用片内 OFFSET DAC 可进一步调整该范围，以适应 DUT 要求。（详情请参见 AD7719 数据手册。）另外，能够使用较低供电轨也是额外的优势，特别是以每通道 80 mA 满电流范围工作时，这有助于降低 AD5522 的功耗。

按 ADC 通道划分 PMU 测量通道有多种方式，多个PMU 通道也可以共用一个 ADC 通道（有时以 8:1或 16:1 的比率）。

另外，也可以使用片内 MEASOUT 禁用功能或模拟多路复用器来实现。多路复用器会增加测量路径的串联电阻；因此，ADC 输入端之前可能需要缓冲。

其他变化包括使用能够处理双极性信号范围的ADC，或者采样速率更快的 ADC。