TW201403078A - 阻抗測試裝置 - Google Patents

Abstract

一種阻抗測試裝置，用於測試一電路元件的等效阻抗，所述阻抗測試裝置包括恒壓源、負載提供電路、電壓檢測電路以及主控制器，所述恒壓源用於輸出一恒定的輸出電壓；所述負載提供電路用於提供一負載電阻，所述負載電阻與所述電路元件串聯至所述恒壓源與地之間；所述電壓檢測電路用於檢測所述負載電阻兩端的電壓；所述主控制器用於接收電壓檢測電路輸出的所述負載電阻兩端的電壓值，並根據所述負載電阻兩端的電壓值、所述負載電阻的阻值以及所述輸出電壓的值計算所述電路元件的等效阻抗值。

Description

阻抗測試裝置

本發明涉及一種電子元件測試裝置，尤其涉及一種阻抗測試裝置。

在對某些電路元件，如電腦主板的電壓調節模組（Voltage Regulator Module, VRM）進行性能測試時，這些電路元件可能由於焊接、元件損壞等原因導致阻抗超出正常範圍，此時這些電路元件上電時可能被燒毀，甚至進一步導致測試這些電路元件的測試主板被燒毀。為此，有必要首先對這類電路元件進行阻抗測試，然後再進行其他類型的性能測試。

有鑒於此，有必要提供一種電路元件阻抗測試裝置。

一種阻抗測試裝置，用於測試一電路元件的等效阻抗，所述阻抗測試裝置包括：

恒壓源，用於提供一恒定的輸出電壓；

負載提供電路，用於提供一負載電阻，所述負載電阻與所述電路元件串聯於所述恒壓源與地之間；

電壓檢測電路，用於檢測所述負載電阻兩端的電壓；

主控制器，電性連接至所述電壓檢測電路及負載提供電路，所述主控制器用於接收電壓檢測電路輸出的所述負載電阻兩端的電壓值，並根據所述負載電阻兩端的電壓值、所述負載電阻的阻值以及所述輸出電壓的值計算所述電路元件的等效阻抗值。

所述的負載阻抗測試裝置藉由負載提供電路提供一個負載電阻串聯至所述電路元件，藉由恒壓源提供一恒定的輸出電壓至所述負載電阻以及電路元件，並藉由主控制器結合負載電阻的阻值、負載電阻兩端的電壓值來計算出電路元件的等效阻抗值，從而可判斷出電路元件的阻抗是否正常電路元件。

請參閱圖1，本發明所述的阻抗測試裝置100用於測試一電路元件的阻抗。在本實施方式中，以電路元件為一VRM200對本發明進行說明。

本發明較佳實施方式的阻抗測試裝置100包括主控制器10、恒壓源20、開關電路30、負載提供電路40、電壓檢測電路50、報警控制電路60、電流檢測電路70、鍵盤電路80以及顯示器90。

請參閱圖2，圖2為所述負載提供電路40及VRM200的簡化模型圖。所述負載提供電路40用於提供一負載電阻R0。設VRM200的等效阻抗為RL，所述負載電阻R0與VRM200的等效阻抗RL串聯至恒壓源20與地之間。所述恒壓源20用於輸出一穩定的輸入電壓Vc至負載電阻R0與等效阻抗RL。設負載電阻R0上的電壓為V1，流經負載電阻R0及等效阻抗RL上的電流為Ic，則

， 公式一

則等效阻抗RL為：

公式二

因此，主控制器10根據輸入電壓Vc、負載電阻R0以及負載電阻R0上的電壓結合公式二即可計算出VRM200的等效阻抗RL的值。

具體地，請參閱圖3，所述主控制器10包括輸入引腳P1、開關控制引腳P2、報警控制引腳P3、電壓檢測引腳P4、選通控制引腳P5-P6、資料引腳SDA1以及時鐘引腳SCL1。

恒壓源20用於輸出一穩定的輸入電壓Vc至所述負載提供電路40以及電路元件VRM200。恒壓源20包括電壓轉換晶片21、輸出電容C1、輸出電感L1以及輸入電源。在本實施方式中，所述輸入電源為+5V電源，所述輸入電壓Vc的大小為1V。電壓轉換晶片21用於將所述輸入電源提供的電壓轉換為所述輸入電壓Vc，並經由所述輸出電容C1及輸出電感L1輸出。電壓轉換晶片21包括電壓輸入引腳VIN、電壓輸出引腳BOOT以及電壓正常訊號回饋引腳PWR。電壓輸入引腳VIN電性連接至所述+5V電源；電壓輸出引腳BOOT經由所述輸出電容C1電性連接至輸出電感L1；電壓正常訊號回饋引腳PWR電性連接至主控制器10的輸入引腳P1。當電壓轉換晶片21輸出的所述輸入電壓Vc穩定後，電壓轉換晶片21則經由電壓正常訊號回饋引腳PWR輸出一電壓正常訊號PG至主控制器10，主控制器10則開啟開關電路30。在本實施方式中，電壓轉換晶片21為德州儀器（Texas Instrument, TI）公司的型號為TPS54318的電壓轉換晶片。

在本實施方式中，恒壓源20藉由開關電路30電性連接至負載提供電路40及電路元件VRM200。主控制器10藉由控制開關電路30的開啟與關閉來相應控制恒壓源20與負載提供電路40及電路元件VRM200之間的電性連接。

開關電路30包括第一金屬氧化物半導體場效應電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）Q1、第二MOSFET Q2及限流電阻R1-R2。第一MOSFET Q1的閘極g1藉由限流電阻R1電性連接至主控制器10的開關控制引腳P2；源極s1接地；汲極d1藉由限流電阻R2電性連接至第二MOSFET Q2的閘極g2。第二MOSFET Q2的汲極d2電性連接至恒壓源20的輸出電感L1；源極s2電性連接至負載提供電路40。當主控制器10接收到電壓轉換晶片21發送的電壓正常訊號PG後，主控制器10則藉由開關控制引腳P2輸出一低電平訊號至第一MOSFET Q1，使第一MOSFET Q1截止，第二MOSFET Q2導通，輸入電壓Vc則藉由所述第二MOSFET Q2輸出至負載提供電路40。

在本實施方式中，負載提供電路40還用於在主控制器10的控制下改變所述負載電阻R0的阻值，使負載電阻R0與等效阻抗RL的阻值大致相當，以提高對VRM200的等效阻抗RL的測試的精確度。當等效阻抗RL的阻值較大時，如為千（K）歐級或兆（M）歐級，則負載電阻R0的阻值相應增大為千（K）歐級或兆（M）歐級；而當等效阻抗RL的阻值較小時，如為歐姆級，則負載電阻R0的阻值相應設置為歐姆級。

請參閱圖4，負載提供電路40包括多個負載選通單元，多個負載選通單元之間呈並聯連接的關係。在本實施方式中，以負載提供電路40包括兩個負載選通單元，分別為負載選通單元41及負載選通單元43為例對本發明進行說明。負載選通單元41包括負載電阻R3、限流電阻R4-R5、繼電器LS1、三極管Q3以及放電二極體D1。繼電器LS1包括控制端1、2以及連接端3、4。控制端1、2之間連接有電感線圈（圖未標）。控制端1藉由限流電阻R4連接至一供電電源，如本實施方式的+5V電源；控制端2電性連接至三極管Q3的集極c1；連接端3電性連接至VRM200；連接端4藉由負載電阻R3電性連接至源極s2。三極管Q3的基極b1藉由限流電阻R5電性連接至主控制器10的選通控制引腳P5；射極e1接地。放電二極體D1的陽極電性連接至控制端2與集極c1之間的節點，陰極電性連接至控制端1與限流電阻R4之間的節點，放電二極體D1用於在繼電器LS1斷開時，釋放控制端1、2之間的感應線圈上的感應電流。負載選通單元43具有與負載選通單元41大致相同的元件及連接關係，不同之處在於：負載選通單元43的負載電阻R6的阻值與負載選通單元41的負載電阻R3的阻值不同；負載選通單元43的三極管Q4的基極b2藉由限流電阻R7電性連接至主控制器10的選通控制引腳P6。此外，負載選通單元41的繼電器LS1的連接端3以及負載選通單元43的繼電器LS2的連接端3均藉由VRM200接地。

負載電阻R3與負載電阻R6的阻值不同，如，負載電阻R3的阻值為10歐姆，而負載電阻R6的阻值為10K歐姆。當需要串聯較小阻值的電阻至VRM200時，主控制器10則藉由選通控制引腳P5輸出高電平訊號至三極管Q3的基極b1，同時藉由選通控制引腳P6輸出低電平訊號至三極管Q4的基極b2。此時三極管Q3導通，集極LS1的線圈通電使其連接端3、4相互連接，而選通負載電阻R3，此時負載電阻R3即為圖2所示的負載電阻R0。當需要串聯較大阻值的電阻至VRM200時，主控制器10則藉由選通控制引腳P5輸出低電平訊號至三極管Q3的基極b1，同時藉由選通控制引腳P6輸出高電平訊號至三極管Q4的基極b2，從而選通負載電阻R6，此時負載電阻R6即為圖2所示的負載電阻R0。

請參閱圖5，電壓檢測電路50用於檢測負載電阻R0兩端的電壓V1並將負載電阻R0兩端的電壓V1進行放大後輸出至主控制器10。在本實施方式中，電壓檢測電路50包括第一運算放大器U1、第二運算放大器U2、差值放大器U3、增益設置電阻R8以及電阻R9-R13。設負載電阻R3及R6之間的節點為A，負載選通單元41的繼電器LS1的連接端3、負載選通單元43的繼電器LS2的連接端3以及VRM200之間的節點為B，第一運算放大器U1及第二運算放大器U2的同相輸入端分別電性連接至負載電阻R0的兩端，即，第一運算放大器U1及第二運算放大器U2的同相輸入端分別電性連接至節點A、B。第一運算放大器U1及第二運算放大器U2的反相輸入端藉由增益設置電阻R8連接於一起。第一運算放大器U1的輸出端藉由電阻R11電性連接至差值放大器U3的反相輸入端，第二運算放大器U2的輸出端藉由電阻R12電性連接至差值放大器U3的同相輸入端。電阻R9電性連接至第一運算放大器U1的輸出端與反相輸入端之間；電阻R10電性連接至第二運算放大器U2的輸出端與反相輸入端之間；電阻R13電性連接至差值放大器U3的輸出端與反相輸入端之間。

第一運算放大器U1及第二運算放大器U2組成對稱的同相放大器，分別用於對負載電阻R0兩端的電壓V1進行放大，並將放大後的電壓分別輸出至差值放大器U3的反相輸入端及同相輸入端。差值放大器U3再將其同相輸入端的電壓與反相輸入端的電壓的差值進行放大後輸出至主控制器10的電壓檢測引腳P4。整個電壓檢測電路50的放大倍數可以藉由增益設置電阻R8進行調節。主控制器10根據從差值放大器U3接收到的電壓以及整個電壓檢測電路50的放大倍數即可計算出負載電阻R0兩端的電壓V1大小，同時結合上述公式二，即可計算出VRM200的等效阻抗的大小。

當主控制器10獲得的負載電阻R0兩端的電壓V1的大小與輸入電壓Vc相等時，說明此時VRM200短路，主控制器10則藉由報警控制引腳P3控制報警控制電路60報警。

請複參閱圖3，具體地，報警控制電路60包括三極管Q5、揚聲器BZ1、續流二極體D3以及限流電阻R14。三極管Q5的基極b3藉由限流電阻R14電性連接至主控制器10的報警控制引腳P3，射極e3接地，集極c3藉由揚聲器BZ1電性連接至所述+5V電源。續流二極體D3的陽極電性連接至揚聲器BZ1與所述+5V電源之間的節點，陰極電性連接至揚聲器BZ1與三極管Q5的集極c3之間的節點。續流二極體D3用於在揚聲器BZ1關閉時，對揚聲器BZ1內的電感線圈（圖未示）放電。當主控制器10判斷出VRM200短路時，則藉由報警控制引腳P3輸出一高電平訊號至三極管Q5使三極管Q5導通，從而驅動揚聲器BZ1發聲報警。

請複參閱圖4，電流檢測電路70用於檢測負載電阻R0以及VRM200的等效阻抗RL上流過的電流Ic，並輸出至主控制器10。電流檢測電路70包括電流檢測電阻R15以及電流監控晶片71。電流檢測電阻R15串聯至負載電阻R3、R6之間的節點A與第二MOSFET Q2的源極s2之間。在本實施方式中，電流監控晶片71為德州儀器（Texas Instrument, TI）公司的型號為INA219的電壓監控晶片。電流監控晶片71包括第一電壓輸入引腳Vin+、第二電壓輸入引腳Vin-、資料引腳SDA2以及時鐘引腳SCL2。電流監控晶片71的資料引腳SDA2以及時鐘引腳SCL2分別連接至主控制器10的資料引腳SDA1以及時鐘引腳SCL1，電流監控晶片71藉由資料引腳SDA2以及時鐘引腳SCL2與主控制器10之間進行I2C通訊。第一電壓輸入引腳Vin+及第二電壓輸入引腳Vin-分別電性連接至電流檢測電阻R15兩端。電流監控晶片71用於藉由第一電壓輸入引腳Vin+及第二電壓輸入引腳Vin-檢測電流檢測電阻R15上的電流，即負載電阻R0以及等效阻抗RL上的電流Ic，並將檢測到的電流Ic的類比電流值轉換為數位電流值輸出至主控制器10。主控制器10根據等效阻抗RL上的電流Ic結合上述公式三，即可計算出VRM200的等效阻抗RL的值。為了減小電流檢測電阻R15的阻值對計算結果的影響，電流檢測電阻R15的阻值一般很小，在本實施方式中，電流檢測電阻R15的阻值為0.02歐姆。

結合公式一及公式二，可得：

公式三

為了提高測試的精確度，主控制器10還可根據輸入電壓Vc、負載電阻R0以及等效阻抗RL上流過的電流Ic結合公式三計算出VRM200的等效阻抗RL的值，並取公式二及公式三計算出的等效阻抗RL的值的均值作為VRM200的等效阻抗RL的最終值。

鍵盤電路80電性連接至主控制器10，用於對主控制器10的工作狀態進行控制。鍵盤電路80包括電源啟動按鍵、電源停止按鍵、測試啟動按鍵以及測試停止按鍵等多個功能按鍵。電源啟動按鍵、電源停止按鍵、測試啟動按鍵以及測試停止按鍵分別用於控制主控制器10上電、下電、開始測試以及停止測試。

顯示器90電性連接至主控制器10，用於在主控制器10的控制下顯示測得的VRM200的等效阻抗RL的阻值。

下面簡述所述阻抗測試裝置100的工作過程。

當鍵盤電路80的電源啟動按鍵被按下後，主控制器10則開始上電準備工作。當鍵盤電路80的開始測試按鍵被按下後，由於此時VRM200的阻抗是未知的，主控制器10首先控制負載提供電路40選通其中一個任意負載選通單元，開關電路30開啟以使恒壓源20給負載提供電路40提供的負載電阻R0供電。接著主控制器10藉由電壓檢測電路50檢測負載電阻R0兩端的電壓。若此時負載電阻R0兩端的電壓遠遠小於Vc/2或遠大於Vc/2，則說明負載電阻R0的阻值遠小於或遠大於等效阻抗RL的阻值，如果此時就直接計算等效阻抗RL的阻值，可能會不準確。此時主控制器10則控制負載提供電路40選通另一路負載選通單元，以提供較大或較小的負載電阻R0，直到電壓檢測電路50檢測到負載電阻R0上的電壓為輸入電壓Vc的一半或接近輸入電壓Vc的一半。主控制器10隨後可根據選通的負載電阻R0的阻值、負載電阻R0上的電壓V1以及公式二計算等效阻抗RL的阻值，或者根據負載電阻R0的阻值、電流檢測電路70檢測到的負載電阻R0的電流Ic以及公式三計算等效阻抗RL的值，並將計算出的等效阻抗RL的阻值藉由顯示器90進行顯示。主控制器10還可以將公式二及三求得的等效阻抗RL的值取平均值，從而得到一個更為精確的等效阻抗RL的值。

所述的負載阻抗測試裝置100藉由負載提供電路40提供一個負載電阻R0串聯至所述電路元件，藉由恒壓源20提供一恒定的輸入電壓Vc至所述負載電阻R0以及電路元件，並藉由主控制器10結合負載電阻R0的阻值、負載電阻R0兩端的電壓值來計算出電路元件的等效阻抗值，從而可判斷出電路元件的阻抗是否正常電路元件。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝之人士，於援依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

100．．．阻抗測試裝置

200．．．VRM

10．．．主控制器

20．．．恒壓源

30．．．開關電路

40．．．負載提供電路

41、43．．．負載選通單元

50．．．電壓檢測電路

60．．．報警控制電路

70．．．電流檢測電路

80．．．鍵盤電路

90．．．顯示器

21．．．電壓轉換晶片

71．．．電流監控晶片

C1．．．輸出電容

L1．．．輸出電感

Q1．．．第一MOSFET

Q2．．．第二MOSFET

R1-R2、R4-R5、R7、R14．．．限流電阻

R0、R3、R6．．．負載電阻

LS1、LS2．．．繼電器

Q3、Q4、Q5．．．三極管

D1、D2．．．放電二極體

U1．．．第一運算放大器

U2．．．第二運算放大器

U3．．．差值放大器

R8．．．增益設置電阻

R9-R13．．．電阻

BZ1．．．揚聲器

D3．．．續流二極體

R15．．．電流檢測電阻

RL．．．等效阻抗

Vc．．．輸入電壓

Ic．．．電流

PG．．．電壓正常訊號

P1．．．輸入引腳

P2．．．開關控制引腳

P3．．．報警控制引腳

P4．．．電壓檢測引腳

P5-P6．．．選通控制引腳

SDA1、SDA2．．．資料引腳

SCL1、SCL2．．．時鐘引腳

VIN．．．電壓輸入引腳

BOOT．．．電壓輸出引腳

PWR．．．電壓正常訊號回饋引腳

g1、g2．．．閘極

s1、s2．．．源極

d1、d2．．．汲極

b1、b2、b3．．．基極

c1、c2、c3．．．集極

e1、e2、e3．．．射極

1、2．．．控制端

3、4．．．連接端

Vin+．．．第一電壓輸入引腳

Vin-．．．第二電壓輸入引腳

圖1為本發明較佳實施方式的阻抗測試裝置的功能模組圖。

圖2為圖1所示的阻抗測試裝置的負載電阻以及採用所述阻抗測試裝置進行測試的電路元件的簡化模型圖。

圖3為圖1所示阻抗測試裝置的恒壓源、開關電路以及報警控制電路的電路圖。

圖4為圖1所示的阻抗測試裝置的負載提供電路以及電流檢測電路的電路圖。

圖5為圖1所示的阻抗測試裝置的電壓檢測電路的電路圖。

100．．．阻抗測試裝置

200．．．VRM

10．．．主控制器

20．．．恒壓源

30．．．開關電路

40．．．負載提供電路

50．．．電壓檢測電路

60．．．報警控制電路

70．．．電流檢測電路

80．．．鍵盤電路

90．．．顯示器

Claims (10)

1. 一種阻抗測試裝置，用於測試一電路元件的等效阻抗，其改良在於，所述阻抗測試裝置包括：
   恒壓源，用於提供一恒定的輸出電壓；
   負載提供電路，用於提供一負載電阻，所述負載電阻與所述電路元件串聯於所述恒壓源與地之間；
   電壓檢測電路，用於檢測所述負載電阻兩端的電壓；
   主控制器，電性連接至所述電壓檢測電路及負載提供電路，所述主控制器用於接收電壓檢測電路輸出的所述負載電阻兩端的電壓值，並根據所述負載電阻兩端的電壓值、所述負載電阻的阻值以及所述輸出電壓的值計算所述電路元件的等效阻抗值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之阻抗測試裝置，其中所述負載提供電路還用於在主控制器的控制下，根據所述電路元件的等效阻抗值響應改變所述負載電阻的阻值，以使所述負載電阻的阻值與所述等效阻抗的阻值相當。
3. 如申請專利範圍第2項所述之阻抗測試裝置，其中所述負載提供電路包括多個呈並聯連接關係的負載選通單元，每一個所述負載選通單元包括一負載電阻，多個所述負載選通單元的負載電阻具有不同的阻值，所述主控制器選擇性地選通其中一路負載選通單元，以將被選通的負載選通單元的負載電阻串聯至所述電路元件。
4. 如申請專利範圍第3項所述之阻抗測試裝置，其中所述負載提供電路還包括供電源每一所述負載選通單元還包括繼電器以及三極管，所述繼電器包括兩個控制端以及兩個連接端，兩個控制端之間連接有電感線圈，其中一個所述控制端電性連接至所述供電電源，另一個控制端電性連接至所述三極管的集極，其中一個連接端電性連接至所述電路元件，另一個連接端藉由所述負載電阻電性連接至所述恒壓源的輸出端；所述三極管的基極電性連接至所述主控制器，射極接地。
5. 如申請專利範圍第1項所述之阻抗測試裝置，其中所述恒壓源包括輸入電源、電壓轉換晶片、輸出電容以及輸出電感，所述電壓轉換晶片用於將所述輸入電源提供的電壓轉換為所述輸入電壓，並依次經由所述輸出電容及輸出電感輸出。
6. 如申請專利範圍第1項所述之阻抗測試裝置，其中所述阻抗測試裝置還包括開關電路，所述開關電路電性連接至所述負載提供電路及恒壓源之間，所述主控制器藉由控制所述開關電路的開啟與關閉來相應控制所述恒壓源是否提供所述輸入電壓至與所述負載提供電路與電路元件。
7. 如申請專利範圍第6項所述之阻抗測試裝置，其中所述開關電路包括第一金屬氧化物半導體場效應電晶體以及第二金屬氧化物半導體場效應電晶體，所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的閘極電性連接至所述主控制器，源極接地，汲極電性連接至所述第二金屬氧化物半導體場效應電晶體；所述第二金屬氧化物半導體場效應電晶體的汲極電性連接至所述恒壓源的輸出端，所述第二金屬氧化物半導體場效應電晶體的源極電性連接至所述負載電阻。
8. 如申請專利範圍第1項所述之阻抗測試裝置，其中所述電壓檢測電路包括第一運算放大器、第二運算放大器、差值放大器以及增益設置電阻，所述第一運算放大器以及第二運算放大器的同相輸入端分別電性連接至所述負載電阻的兩端，所述第一運算放大器以及第二運算放大器的反相輸入端藉由所述增益設置電阻連接於一起；所述第一運算放大器及第二運算放大器的輸出端分別電性連接至差值放大器的反相輸入端以及同相輸入端，所述差值放大器的輸出端電性連接至所述主控制器，所述主控制器根據從所述差值放大器接收到的電壓以及整個電壓檢測電路的放大倍數計算出所述負載電阻兩端的電壓大小。
9. 如申請專利範圍第1項所述之阻抗測試裝置，其中所述阻抗測試裝置還包括報警控制電路，當所述主控制器獲得的所述負載電阻兩端的電壓大小與所述輸入電壓相等時，主控制器控制所述報警控制電路報警。
10. 如申請專利範圍第1項所述之阻抗測試裝置，其中所述阻抗測試裝置還包括電流檢測電路，所述電流檢測電路用於檢測所述負載電阻以及電路元件上流過的電流，並輸出至所述主控制器，所述主控制器根據所述負載電阻兩端的電流大小、所述恒流源輸出的所述輸入電壓的大小以及所述負載電阻的阻值計算所述電路元件的等效阻抗值，所述主控制器還用於取根據負載電阻兩端電壓計算出的等效阻抗值以及根據負載電阻上的電流計算出的等效阻抗值的平均值，作為所述電路元件的等效阻抗的最終值。