CN114546016B - 一种测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试设备。该测试设备包括：电源模块、电压跟随电路和信号电平转换电路，所述电压跟随电路的输入端与所述电源模块的输出端电连接，以接收所述电源模块提供的待测设备所需要的VDDIO电压，所述电压跟随电路的输出端与所述信号电平转换电路的电压输入端电连接，并且所述电压跟随电路的输出电压跟随输入的所述VDDIO电压的变化而变化。本发明通过对测试设备的硬件电路进行改进，在保证测试设备和待测设备之间建立IO通道通信的前提下，利用电压跟随电路跟随VDDIO电压给信号电平转换电路供电，使其不消耗原有VDDIO电压，对待测设备的电流、能耗等测量更为精准，且无需进行软件算法矫正。

Description

一种测试设备

技术领域

本申请涉及测试技术领域，更具体地，涉及一种测试设备。

背景技术

目前测试设备与待测产品进行测试时，通常需要对测试产品进行控制，使其进入各种不同的工作模式，并且往往同一台测试设备会兼容各种不同的待测设备。测试设备和待测设备之间通过IO通道建立通信的基本要求是测试设备和待测设备的IO供电电源电压都要相同，提供给待测设备的IO供电电源电压也称为VDDIO电压。待测设备的VDDIO电压是由测量设备提供的，测量设备中的MCU（控制芯片）的IO管脚输出通常是3.3V，也即标准的LVCMOS电平，但是待测设备所能接受的VDDIO电压一般小于3.3V，并且每种待测设备的VDDIO电压往往也不同，所以为了能使测试设备兼容各种产品，测试设备中都会内置信号电平转换电路，方便将IO控制信号转换成待测设备需要的VDDIO电压后再接入待测产品。

目前在针对手机内部各种模组或其他低功耗产品的检测时，还会测量待测设备内部IO模块电路的电流消耗。然而，在测量该值时存在VDDIO测试电流偏大的问题。以往测试设备针对VDDIO测试电流偏大的解决方式是产品完成后，再针对不同的待测产品进行后期软件标定校准或者借助其他的校准仪器进行辅助校准，来使测试设备VDDIO的实测电流功耗接近于0，这种后期校准的方式需要进行复杂的算法优化，并且可能会出现非线性的情况，例如设备在IO通信速率较低时，设备校准后VDDIO总电流几乎等于测试产品电流值，但是在IO通信速率较高时，电平转换电路自身消耗电流增大，这样测试产品的实际VDDIO电流就会与测试设备的测试值产生偏差，影响测试结果的判断。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种测试设备，在保证测试设备和待测设备之间通过IO通道建立通信的前提下，对待测设备的电流、能耗等测量更为精准，且无需进行软件算法矫正。

为实现上述目的，本发明提供了一种测试设备，包括：电源模块、电压跟随电路和信号电平转换电路，所述电压跟随电路的输入端与所述电源模块的输出端电连接，以接收所述电源模块提供的待测设备所需要的VDDIO电压，所述电压跟随电路的输出端与所述信号电平转换电路的电压输入端电连接，并且所述电压跟随电路的输出电压跟随输入的所述VDDIO电压的变化而变化。

进一步地，测试设备还包括控制模块，所述信号电平转换电路的控制信号输入端与所述控制模块电连接。

进一步地，所述信号电平转换电路基于所述电压跟随电路的输出电压将所述控制模块输入的标准电平控制信号转换成待测设备所需电平的控制信号后输出给待测设备。

进一步地，所述电压跟随电路包括运算放大器和N沟道MOS管，所述运算放大器的同相输入端与所述电源模块的输出端电连接，以接收所述电源模块提供的VDDIO电压，所述运算放大器的输出端与所述N沟道MOS管的栅极电连接，所述N沟道MOS管的漏极用于输入预设幅值的激励电压，所述N沟道MOS管的源极与所述运算放大器的反相输入端电连接。

进一步地，所述电压跟随电路包括运算放大器和NPN三极管，所述运算放大器的同相输入端与所述电源模块的输出端电连接，以接收所述电源模块提供的VDDIO电压，所述运算放大器的输出端与所述三极管的基极电连接，所述NPN三极管的集电极用于输入预设幅值的激励电压，所述NPN三极管的射极与所述运算放大器的反相输入端电连接。

进一步地，所述电源模块包括***总电源模块、第一DC-DC转换模块和第二DC-DC转换模块，所述***总电源模块用于分别给所述第一DC-DC转换模块、所述第二DC-DC转换模块提供输入电压，所述第一DC-DC转换模块用于将所述***总电源模块提供的电压转换成待测设备所需要的所述VDDIO电压，所述第二DC-DC转换模块用于将所述***总电源模块提供的电压转换成待测设备所需要的其他电压，所述***总电源模块还用于给所述电压跟随电路提供预设幅值的激励电压。

进一步地，测试设备还包括输出接口模块，所述输出接口模块用于将所述第一DC-DC转换模块、所述第二DC-DC转换模块和所述信号电平转换电路的输出电压或信号提供给待测设备。

进一步地，所述电压跟随电路的接收所述VDDIO电压的输入端与所述电源模块的输出端存在连接点，所述连接点与所述输出接口间的导线长度小于预设长度。

进一步地，测试设备包括多组所述电压跟随电路和所述信号电平转换电路。

进一步地，所述第一DC-DC转换模块包括电流采集电路。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，通过对测试设备的硬件电路进行改进，在保证测试设备和待测设备之间通过IO通道建立通信的前提下，还可以使得信号电平转换电路不消耗VDDIO电压，对待测设备的电流、能耗等测量的影响非常小，几乎可以忽略不计，因此使得对待测设备的电流、能耗等测量更为精准，并且无需进行软件算法矫正，大大降低了产品测试成本，提升了产品测试效率，并且电路结构简单容易实现。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种测试设备的电路结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的一种测试设备的电路结构示意图；

图3为本申请另一实施例提供的一种包含电路采集电路的测试设备的电路结构示意图；

图4为本申请另一实施例提供的基于N沟道MOS管的电压跟随电路的电路图；

图5为本申请另一实施例提供的基于NPN三极管的电压跟随电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

如图1所示，本发明实施例的一种测试设备，包括：电源模块、电压跟随电路和信号电平转换电路，电压跟随电路的输入端与电源模块的输出端电连接，以接收电源模块提供的待测设备所需要的VDDIO电压，电压跟随电路的输出端与信号电平转换电路的电压输入端电连接，并且电压跟随电路的输出电压跟随输入的VDDIO电压的变化而变化。

电压跟随电路的特点是随着VDDIO电压的变化而变化，输出电压与输入VDDIO电压几乎可以视为相等，偏差通常取决于电压跟随电路的电路结构，例如所选用的运算放大芯片（运放）的正向和反向输入管脚之间的偏置电压（offset），并且还取决于运放芯片的开环放大倍数、反馈环路的相位裕度、芯片正向输入管脚输入电流等参数。通常总体来看电压跟随器的正向输入电压与电压跟随器的输出电压相差不会大于5uV，如果运放本身性能比较好电压误差大概为1uV或更小，实际可以忽略不计。另外从模拟电路角度分析，往往会将电压跟随器的运放当做理想运放，即电路稳定状态时偏置电压=0（虚短），正向输入管脚电流=0（虚断）开环放大倍数为无穷大，相位裕度极大或者说反馈速度极快，所以电压跟随电路的输入电压几乎等于输出电压。并且电流极小的原理，基本在1uA以下，几乎不消耗VDDIO的电流，这样就能从根本上解决电平转换电路消耗VDDIO电流的问题。相当于电压跟随电路把供给待测设备的VDDIO电压通过跟随电路复制了出来，然后再提供给信号电平转换电路供电，这样就相当于给信号电平转换电路提供了新的电源，不会消耗原有的提供给待测设备VDDIO电压。

电压跟随电路可采用现有的任意方式实现，只要其满足上述功能。

信号电平转换电路可采用现有的任意的信号电平转换芯片实现。

以往测试设备所配备的信号电平转换电路一般都是直接将VDDIO电压接入电平转换电路，直接将FPGA或者MCU的标准3.3V控制信号转换成VDDIO电压对应的控制信号，这样做便会将电平转换电路所消耗的VDDIO电源的功耗一起算入待测产品的实际功耗中，这样就会造成待测产品的VDDIO这一电源的总功耗偏大，进一步就会反映到测试电流实际数值上。

现有技术中针对VDDIO测试电流偏大的解决方式采用软件标定校准或者借助其他的校准仪器进行辅助校准，来使测试设备VDDIO的实测电流功耗接近于0，这种后期校准的方式需要进行复杂的算法优化，并且可能会出现非线性的情况。

本申请不需要进行软件标定校准，而是直接通过对测试设备的硬件电路进行改进，在保证测试设备和待测设备之间通过IO通道建立通信的前提下，还可以使得信号电平转换电路不消耗VDDIO电压，对待测设备的电流、能耗等测量的影响非常小，几乎可以忽略不计，因此使得对待测设备的电流、能耗等测量更为精准，并且无需进行软件算法矫正，大大降低了产品测试成本，提升了产品测试效率，并且电路结构简单容易实现。

进一步地，测试设备还包括控制模块，信号电平转换电路的控制信号输入端与控制模块电连接。控制模块可以是MCU、FPGA等，用于测试设备与待测设备的通信。待测设备可以是待测模组等。控制信号包括通过IO通道传输的各类信号。

进一步地，信号电平转换电路基于所述电压跟随电路的输出电压将所述控制模块输入的标准电平控制信号转换成待测设备所需电平的控制信号后输出给待测设备。信号电平转换电路将控制模块输出的控制信号先进行电平转换，使得测试设备和待测设备的IO供电电源电压相同，使得测试设备和待测设备之间满足IO通道建立通信的基本要求。

举一个例子，假定待测设备的IO电压是1.8V，测量设备的控制模块的IO电压是3.3V，那么测量设备的信号电平转换电路将控制模块的3.3V的IO通信电压转换为1.8V。

如图2所示，进一步地，电源模块包括***总电源模块、第一DC-DC转换模块和第二DC-DC转换模块，第一DC-DC转换模块即图中的VDDIO电源DC-DC电路模块，第二DC-DC转换模块即图中的其他电源DC-DC电路模块。***总电源模块用于分别给第一DC-DC转换模块、第二DC-DC转换模块提供输入电压。第一DC-DC转换模块用于将***总电源模块提供的电压转换成待测设备所需要的VDDIO电压，也可称之为VDDIO电源。第二DC-DC转换模块用于将***总电源模块提供的电压转换成待测设备所需要的其他电压，***总电源模块还用于给电压跟随电路提供预设幅值的激励电压。***总电源模块还用于控制模块供电。

进一步地，还包括输出接口模块，输出接口模块用于将第一DC-DC转换模块、第二DC-DC转换模块和信号电平转换电路的输出电压或信号提供给待测设备。

进一步地，电压跟随电路的接收VDDIO电压的输入端与电源模块的输出端存在连接点，该连接点与输出接口间的导线长度小于预设长度，例如1cm。预设长度具体可根据可接受的最大误差确定。由于存在线路损耗，因此，电压跟随电路的接收VDDIO电压的输入端与电源模块的输出端的连接点与输出接口间的电压并不是完全相等，即存在误差。根据可接受的最大误差确定连接点与输出接口间的最大可接受线路损耗，根据最大可接受线路损耗以及导线单位长度的电阻、流经导线的电流即可计算出连接点与输出接口间的导线长度最大值，即预设长度。这样做的目的是让接入电压跟随电路输入端的VDDIO电压尽量靠近测试设备的输出接口，这样就能保证跟随模块的输出电压尽量等于测试设备输出接口的VDDIO电压，同时也能保证信号电平转换电路的信号输出电平尽量等于测试设备输出接口的VDDIO电压。

进一步地，测试设备包括多组电压跟随电路和信号电平转换电路。多组电压跟随电路和信号电平转换电路的目的是为了让测试设备能够支持多个不同的待测设备，一组电压跟随电路和信号电平转换电路为一个待测设备提供VDDIO电压和电平转换后的控制信号。若几个待测设备所需的VDDIO电压相同，也可以部分或全部共用电压跟随电路和信号电平转换电路。

如图3所示，进一步地，第一DC-DC转换模块、第二DC-DC转换模块还包括电流采集电路。电流采集电路可用于对待测设备的电流测试。VDDIO电源中可自带电流采集电路。

下面具体说明电压跟随电路的两种优选的实现方式。

如图4所示，在一个实施例中，电压跟随电路包括运算放大器和N沟道MOS管，运算放大器的同相输入端与电源模块的输出端电连接，以接收电源模块提供的VDDIO电压，运算放大器的输出端与N沟道MOS管的栅极电连接，N沟道MOS管的漏极用于输入预设幅值的激励电压，N沟道MOS管的源极与运算放大器的反相输入端电连接。预设幅值的激励电压应当是大于运算放大器的同相输入端的VDDIO电压，小于MOS管能承受的最大栅极电压。具体地，MOS管输入端的激励电压实际会大于VDDIO电压约1V以上，这样在MOS管自身有一定压降时，电压跟随电路的输出电压才能达到VDDIO。

通过将VDDIO电压接入运算放大器后，利用运算放大器在稳定工作状态时正负输入端电压几乎相等的这一特性，来保证电压跟随模块的电源输入等于接入运算放大器输入端的VDDIO电压。当接入运算放大器的VDDIO电压发生变化时，电压跟随模块的输出电压会随着接入VDDIO电压的变化而变化。由于运算放大器芯片输入阻抗几乎无穷大，所以接入VDDIO电压的正向输入端电流极小，通常小于1uA，所以对于VDDIO电源的电流采集影响微乎其微，所以在测量设备中加入此电路能从根本上解决电平转换芯片的耗电问题和VDDIO电源输出电流采集不准确问题。

如图5所示，在另一个实施例中，将图4中的N沟道MOS管替换为NPN三极管。所示电压跟随电路包括运算放大器和NPN三极管，运算放大器的同相输入端与电源模块的输出端电连接，以接收电源模块提供的VDDIO电压，运算放大器的输出端与三极管的基极电连接，NPN三极管的集电极用于输入预设幅值的激励电压，NPN三极管的射极与运算放大器的反相输入端电连接。

在另一个实施例中，图4、5中的运算放大器还可以替换为差分电路。

以上所述，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种测试设备，其特征在于，包括：电源模块、电压跟随电路、信号电平转换电路、控制模块和输出接口模块，所述电压跟随电路的输入端与所述电源模块的输出端电连接，以接收所述电源模块提供的待测设备所需要的VDDIO电压，所述电压跟随电路的输出端与所述信号电平转换电路的电压输入端电连接，并且所述电压跟随电路的输出电压跟随输入的所述VDDIO电压的变化而变化，所述电源模块包括***总电源模块和第一DC-DC转换模块，所述第一DC-DC转换模块用于将所述***总电源模块提供的电压转换成待测设备所需要的所述VDDIO电压，

所述信号电平转换电路的控制信号输入端与所述控制模块电连接；

所述信号电平转换电路基于所述电压跟随电路的输出电压将所述控制模块输入的标准电平控制信号转换成待测设备所需电平的控制信号后输出给待测设备，

所述输出接口模块用于将所述第一DC-DC转换模块和所述信号电平转换电路的输出电压或信号提供给待测设备。

2.如权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述电压跟随电路包括运算放大器和N沟道MOS管，所述运算放大器的同相输入端与所述电源模块的输出端电连接，以接收所述电源模块提供的VDDIO电压，所述运算放大器的输出端与所述N沟道MOS管的栅极电连接，所述N沟道MOS管的漏极用于输入预设幅值的激励电压，所述N沟道MOS管的源极与所述运算放大器的反相输入端电连接。

3.如权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述电压跟随电路包括运算放大器和NPN三极管，所述运算放大器的同相输入端与所述电源模块的输出端电连接，以接收所述电源模块提供的VDDIO电压，所述运算放大器的输出端与所述三极管的基极电连接，所述NPN三极管的集电极用于输入预设幅值的激励电压，所述NPN三极管的射极与所述运算放大器的反相输入端电连接。

4.如权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述电源模块还包括第二DC-DC转换模块，所述***总电源模块还用于给所述第二DC-DC转换模块提供输入电压，所述第二DC-DC转换模块用于将所述***总电源模块提供的电压转换成待测设备所需要的其他电压，所述***总电源模块还用于给所述电压跟随电路提供预设幅值的激励电压。

5.如权利要求4所述的测试设备，其特征在于，所述输出接口模块还用于将所述第二DC-DC转换模块的输出电压提供给待测设备。

6.如权利要求5所述的测试设备，其特征在于，所述电压跟随电路的接收所述VDDIO电压的输入端与所述电源模块的输出端存在连接点，所述连接点与所述输出接口间的导线长度小于预设长度1cm。

7.如权利要求1所述的测试设备，其特征在于，包括多组所述电压跟随电路和所述信号电平转换电路。

8.如权利要求5所述的测试设备，其特征在于，所述第一DC-DC转换模块包括电流采集电路。

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