基于ATE的四象限电源电路及四象限电源的制作方法

基于ate的四象限电源电路及四象限电源
技术领域
1.本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种基于ate的四象限电源电路及四象限电源。


背景技术：

2.集成电路自动测试机(automatic test equipment，ate)对待测芯片进行功能测试时，需要先给芯片供电，这个供电需求稳定并可调，行业内大多采用可编程器件电源(device power supply，dps)芯片，现有大部分方案都是使用独立电源芯片给待测芯片供电，但是独立电源芯片的电压不可实时调节，只能专版专用，而且电压准确度受分压电阻精度限制，准确度不高。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于ate的四象限电源电路及四象限电源，能够调节输出电压，实现实时补偿功能，提高电源供电的准确度。
4.本发明第一方面实施例提供一种基于ate的四象限电源电路，包括数模转换器、反馈补偿模块、输出调节模块和负载输出端，所述数模转换器用于接收并转换输入信号以输出相应的控制信号，所述数模转换器包括用于输出电流控制信号的第一输出通道和用于输出电压控制信号的第二输出通道；所述反馈补偿模块包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的第一同相端与所述第二输出通道连接，所述第一运算放大器的第一反相端与所述第一运算放大器的第一输出端连接；所述输出调节模块包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的电流控制端与所述第一输出通道连接，所述第二运算放大器的第二输出端与所述第二运算放大器的第二反相端连接，所述第二运算放大器的第二同相端与所述第一输出端连接；所述负载输出端与所述第二输出端连接，以向负载提供电源。
5.根据本发明实施例提供的基于ate的四象限电源电路，至少具有如下有益效果：通过设置数模转换器、反馈补偿模块、输出调节模块和负载输出端，反馈补偿模块设置有第一运算放大器，第一运算放大器的第一同相端与第二输出通道连接，第一运算放大器的第一反相端与第一运算放大器的第一输出端连接，输出调节模块包括有第二运算放大器，第二运算放大器的电流控制端与第一输出通道连接，第二运算放大器的第二输出端与第二运算放大器的第二反相端连接，第二运算放大器的第二同相端与第一输出端连接。由于第二运算放大器设置有电流控制端且第二运算放大器的电流控制端与第一输出通道连接，因此第二运算放大器能够根据第一输出通道的电流控制信号限制输出电流的大小；同时由于第一运算放大器的第一同相端与第二输出通道连接，第二运算放大器的第二同相端与第一输出端连接，因此第一运算放大器能够根据第二输出通道输出的电压控制信号控制输出电压的大小，并输出相应的电压至第二运算放大器，由于第二运算放大器的第二输出端与负载输出端连接，因此能够输出稳定的电压至负载输出端，并用于向负载供电。而且第一运算放大
器的第一输出端与第一运算放大器的第一反相端连接，第二运算放大器的第二输出端与第二运算放大器的第二反相端连接，能够形成负反馈的组态，从而保证电路的稳定运作。另外，通过第二运算放大器的电流控制端可以限制电流输出的大小，进而调节输出电压，实现实时补偿功能，能够避免大电流在线路上引起的电压降落，提高电源供电的准确性。因此，本发明能够调节输出电压，实现实时补偿功能，提高电源供电的准确度。
6.根据本发明的一些实施例，还包括电源检测模块，所述电源检测模块设置有采样电阻和模数转换器，所述第二输出端通过所述采样电阻分别与所述模数转换器、所述第一反相端和所述负载输出端连接。
7.根据本发明的一些实施例，所述电源检测模块包括电流采样运算放大器，所述电流采样运算放大器的电流采样同相端连接至所述第二输出端与所述采样电阻的连接点，所述电流采样运算放大器的电流采样反相端连接至所述采样电阻与所述负载输出端的连接点，所述电流采样运算放大器的电流采样输出端与所述模数转换器连接。
8.根据本发明的一些实施例，所述电源检测模块包括多个阻值不同的所述采样电阻以及多个与所述采样电阻一一对应的所述电流采样运算放大器，各个所述采样电阻相互串联，所有所述采样电阻的两端分别与对应的所述电流采样运算放大器的电流采样输入端连接，所有所述电流采样运算放大器的电流采样输出端均与所述模数转换器连接，其中(n-1)个所述采样电阻的两端分别连接有短路开关，所述n表征为所有所述采样电阻的总数量。
9.根据本发明的一些实施例，所述电源检测模块还包括电压采样运算放大器，所述电压采样运算放大器的电压采样同相端与所述采样电阻连接，所述电压采样运算放大器的电压采样反相端与所述电压采样运算放大器的电压采样输出端连接，所述电压采样输出端与所述模数转换器连接。
10.根据本发明的一些实施例，所述反馈补偿模块包括反馈运放模块，所述反馈运放模块设置有第三运算放大器，所述第三运算放大器的第三同相端与所述第二输出端连接，所述第三运算放大器的第三反相端与所述第三运算放大器的第三输出端连接，所述第三输出端与所述第一反相端连接。
11.根据本发明的一些实施例，所述反馈补偿模块设置有第一电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述第一电容的一端与所述第一反相端连接，所述第一电容的另一端与所述第一输出端连接，所述第一反相端通过所述第一电阻接地，所述第二电阻的一端与所述第一反相端连接，所述第二电阻的另一端与所述第三输出端连接，所述第三反相端通过所述第三电阻接地，所述第一输出端通过所述第四电阻与所述第五电阻连接，所述第五电阻与所述负载输出端连接，所述第三同相端连接至所述第四电阻与所述第五电阻的连接点。
12.根据本发明的一些实施例，所述第二输出通道与所述第一同相端之间设置有用于防过冲的积分运算模块，所述积分运算模块包括第四运算放大器，所述第四运算放大器的第四同相端接地，所述第四运算放大器的第四反相端与所述第二输出通道连接，所述第四运算放大器的第四输出端与所述第一同相端连接。
13.根据本发明的一些实施例，所述积分运算模块还设置有第二电容、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第四反相端通过所述第六电阻与所述第二输出通道连接，所述第四同相端通过所述第七电阻接地，所述第四输出端通过所述第二电容与所述第四反相端连
接，所述第八电阻与所述第二电容并联。
14.本发明第二方面实施例提供一种四象限电源，包括有如上述第一方面实施例的基于ate的四象限电源电路。
15.根据本发明实施例提供的四象限电源，至少具有如下有益效果：通过设置数模转换器、反馈补偿模块、输出调节模块和负载输出端，反馈补偿模块设置有第一运算放大器，第一运算放大器的第一同相端与第二输出通道连接，第一运算放大器的第一反相端与第一运算放大器的第一输出端连接，输出调节模块包括有第二运算放大器，第二运算放大器的电流控制端与第一输出通道连接，第二运算放大器的第二输出端与第二运算放大器的第二反相端连接，第二运算放大器的第二同相端与第一输出端连接。由于第二运算放大器设置有电流控制端且第二运算放大器的电流控制端与第一输出通道连接，因此第二运算放大器能够根据第一输出通道的电流控制信号限制输出电流的大小；同时由于第一运算放大器的第一同相端与第二输出通道连接，第二运算放大器的第二同相端与第一输出端连接，因此第一运算放大器能够根据第二输出通道输出的电压控制信号控制输出电压的大小，并输出相应的电压至第二运算放大器，由于第二运算放大器的第二输出端与负载输出端连接，因此能够输出稳定的电压至负载输出端，并用于向负载供电。而且第一运算放大器的第一输出端与第一运算放大器的第一反相端连接，第二运算放大器的第二输出端与第二运算放大器的第二反相端连接，能够形成负反馈的组态，从而保证电路的稳定运作。另外，通过第二运算放大器的电流控制端可以限制电流输出的大小，进而调节输出电压的大小，实现实时补偿功能，能够避免大电流在线路上引起的电压降落，从而提高电源供电的准确性。因此，本发明能够调节输出电压，实现实时补偿功能，提高电源供电的准确度。
附图说明
16.本发明的附加方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
17.图1是本发明一个实施例的电路结构示意图；
18.图2是本发明一个实施例的电路示意图；
19.图3是本发明一个实施例的反馈补偿模块的电路示意图；
20.图4是本发明一个实施例的无反馈补偿模块的电路示意图；
21.图5是本发明一个实施例的积分运算模块的电路示意图；
22.图6是本发明一个实施例的积分运算模块的升压仿真效果图；
23.图7是本发明一个实施例的积分运算模块的降压仿真效果图；
24.图8是本发明一个实施例的实验效果图。
具体实施方式
25.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简
化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
28.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
29.如图1和图2所示，本发明第一方面实施例提供一种基于ate的四象限电源电路，包括数模转换器dac、反馈补偿模块、输出调节模块和负载输出端，数模转换器dac用于接收并转换输入信号以输出相应的控制信号，数模转换器dac的第一输出通道ch1接收到了用于调节电流的数字输入信号，经过转换后可以输出电流控制信号；而数模转换器dac的第二输出通道ch2接收到了用于调节电压的数字输入信号，经过转换后可以输出电压控制信号；即数模转换器dac包括用于输出电流控制信号的第一输出通道ch1和用于输出电压控制信号的第二输出通道ch2；反馈补偿模块包括第一运算放大器u1，第一运算放大器u1的第一同相端与第二输出通道ch2连接，第一运算放大器u1的第一反相端与第一运算放大器u1的第一输出端连接；输出调节模块包括第二运算放大器u2，第二运算放大器u2的电流控制端与第一输出通道ch1连接，第二运算放大器u2的第二输出端与第二运算放大器u2的第二反相端连接，第二运算放大器u2的第二同相端与第一输出端连接；负载输出端与第二输出端连接，用于向负载提供电源。
30.可以理解的是，本发明通过设置数模转换器dac、反馈补偿模块、输出调节模块和负载输出端，反馈补偿模块设置有第一运算放大器u1，第一运算放大器u1的第一同相端与第二输出通道ch2连接，第一运算放大器u1的第一反相端与第一运算放大器u1的第一输出端连接，输出调节模块包括有第二运算放大器u2，第二运算放大器u2的电流控制端与第一输出通道ch1连接，第二运算放大器u2的第二输出端与第二运算放大器u2的第二反相端连接，第二运算放大器u2的第二同相端与第一输出端连接。由于第二运算放大器u2设置有电流控制端且第二运算放大器u2的电流控制端与第一输出通道ch1连接，因此第二运算放大器u2能够根据第一输出通道ch1的电流控制信号限制输出电流的大小；同时由于第一运算放大器u1的第一同相端与第二输出通道ch2连接，第二运算放大器u2的第二同相端与第一输出端连接，因此第一运算放大器u1能够根据第二输出通道ch2输出的电压控制信号控制输出电压的大小，并输出相应的电压至第二运算放大器u2，由于第二运算放大器u2的第二输出端与负载输出端连接，因此能够输出稳定的电压至负载输出端，并用于向负载供电。而且第一运算放大器u1的第一输出端与第一运算放大器u1的第一反相端连接，第二运算放大器u2的第二输出端与第二运算放大器u2的第二反相端连接，能够形成负反馈的组态，从而保证电路的稳定运作。另外，通过第二运算放大器u2的电流控制端可以限制电流输出的大小，进而调节输出电压，实现实时补偿功能，能够避免大电流在线路上引起的电压降落，从而提高电源供电的准确性。因此，本发明能够调节输出电压，实现实时补偿功能，提高电源供电的准确度。
31.需要说明的是，本发明的数模转换器dac设置有多个通道，分别为第一输出通道ch1，用于输出电流控制信号，以及第二输出通道ch2，用于输出电压控制信号。本发明设置有三种不同产品型号的运算放大器，分别为运算放大器a1、运算放大器a2和运算放大器a3；其中，运算放大器a1为具有过热和过载保护的大电流运算放大器，其具有电流控制端，即ilim引脚，ilim引脚为可选择的电流限制引脚，能够通过限制此引脚的电压或者电流实现输出电流的大小的限制，因此在本实施例汇总可以用电阻或者数模转换器dac来控制输出电流的大小，具体地，运算放大器a1的产品型号可以为opa541；运算放大器a2为支持电源电压60v的运算放大器，具体地，运算放大器a1的产品型号可以为opa551；而运算放大器a3为电流检测放大器，其能够测量检流采样电阻上的压降，并输出与被测电流成比例的电压，具体地，运算放大器a3的产品型号可以为ina240。
32.可以理解的是，本发明的数模转换器dac的第一输出通道ch1与第二运算放大器u2的电流控制端ilim引脚连接，可以将电流控制信号输出至第二运算放大器u2进行电流输出大小的限制；而数模转换器dac的第二输出通道ch2通过第一运算放大器u1与第二运算放大器u2的第二正相端连接，可以根据第二输出通道ch2的电压控制信号输出电压至电压负载端，并用于向负载提供电源；由于第一运算放大器u1和第二运算放大器u2能够支持高压和大电流的输出，因此该电路也可以满足高压和大电流的输出需求。而设置第一运算放大器u1作为反馈补偿模块的元器件，第一运算放大器u1的第一反相端与第一输出端连接，能够通过反馈补偿模块对线路阻抗导致的电压降落进行补偿，实现实时补偿功能；设置第二运算放大器u2的ilim引脚限制电压或者电流的大小，可以根据实际情况对电压或者电流进行调节，实现输出电压的连续可调，提高电源供电的准确度。
33.如图1和图2所示，根据本发明的一些实施例，还包括电源检测模块，电源检测模块设置有采样电阻和模数转换器adc，第二输出端通过采样电阻分别与模数转换器adc、第一反相端和负载输出端连接。
34.可以理解的是，本发明电源检测模块能够实现电流和电压的测量，电源检测模块的采样电阻能够对电路输出的电流或者电压采样，并传输至模数转换器adc进行信号的转换，从而实现电流或者电压的测量。
35.如图1和图2所示，根据本发明的一些实施例，电源检测模块包括电流采样运算放大器，电流采样运算放大器的电流采样同相端连接至第二输出端与采样电阻的连接点，电流采样运算放大器的电流采样反相端连接至采样电阻与负载输出端的连接点，电流采样运算放大器的电流采样输出端与模数转换器adc连接。
36.需要说明的是，本发明的电流采样运算放大器可以设置多个或者一个，其能够测量检流采样电阻上的压降，并输出与被测电流成比例的电压。电流采样运算放大器通过检测采样电阻两端的电压，并放大到一定的倍数，然后给到模数转换器adc测电压，能够根据电压值和电阻值转换为电流值，从而实现电流值的测量。
37.可以理解的是，在本发明的一个实施例中，电流采样运算放大器设置有一个，为电流采样运算放大器u5，电流采样运算放大器u5的电流采样同相端连接至第二输出端与采样电阻的连接点，电流采样运算放大器u5的电流采样反相端连接至采样电阻与负载输出端的连接点，电流采样运算放大器u5的电流采样输出端与模数转换器adc连接。在数模转换器dac的第二输出通道ch2输出电压，同时第一输出通道ch1作为电流箝位的情况下，电流采样
运算放大器u5能够通过采样电阻对电路的电流情况进行测量。
38.如图1和图2所示，根据本发明的一些实施例，电源检测模块包括多个阻值不同的采样电阻以及多个与采样电阻一一对应的电流采样运算放大器，各个采样电阻相互串联，所有采样电阻的两端分别与对应的电流采样运算放大器的电流采样输入端连接，所有电流采样运算放大器的电流采样输出端均与模数转换器adc连接，其中(n-1)个采样电阻的两端分别连接有短路开关，n表征为所有采样电阻的总数量。
39.可以理解的是，本发明的电源检测模块可以设置有多个阻值不同的采样电阻，具体地，本发明设置有三个采样电阻，分别为第一采样电阻r8、第二采样电阻r9和第三采样电阻r10。本发明还设置有多个与采样电阻一一对应的电流采样运算放大器，分别为第五运算放大器u5、第六运算放大器u6和第七运算放大器u7。其中，各个采样电阻相互串联，即第一采样电阻r8、第二采样电阻r9和第三采样电阻r10相互串联；而所有采样电阻的两端分别与对应的电流采样运算放大器的电流采样输入端连接，即第一采样电阻r8的一端与第五运算放大器u5的第五同相端连接，第一采样电阻r8的另一端与第五运算放大器u5的第五反相端连接，第二采样电阻r9的一端与第六运算放大器u6的第六同相端连接，第二采样电阻r9的另一端与第六运算放大器u6的第六反相端连接，第三采样电阻r10的一端与第七运算放大器u7的第七同相端连接，第三采样电阻r10的另一端与第七运算放大器u7的第七反相端连接。
40.需要说明的是，模数转换器adc可以设置有多个输入通道，例如，本实施例的模数转换器adc设置有四个输入通道，分别为第一输入通道ch1、第二输入通道ch2、第三输入通道ch3和第四输入通道ch4；各个电流采样运算放大器的电流采样输出端均与模数转换器adc连接，具体地，第五运算放大器u5的第五输出端与第一输入通道ch1连接，第六运算放大器u6的第六输出端与第二输入通道ch2连接，第七运算放大器u7的第七输出端与第三输入通道ch3连接；借助电流采样运算放大器u5、u6和u7对经过第一运算放大器u1和第二运算放大器u2的电流值进行测量，并通过电流采样输出端输入至模数转换器adc进行数字信号的转换，能够实现电路的电流值的测量。
41.可以理解的是，电源检测模块还设置有短路开关，其中(n-1)个采样电阻的两端分别连接有短路开关，n表征为所有采样电阻的总数量，通过短路开关的闭合能够实现电流档位的切换，以实现不同档位电流的测量。
42.可以理解的是，在本发明的一个实施例中，采样电阻的数量设置有三个，分别为第一采样电阻r8、第二采样电阻r9和第三采样电阻r10，短路开关设置有两个，分别为第一开关s1和第二开关s2，其中，第一开关s1的一端连接至第二输出端和第一采样电阻r8的连接点，第一开关s1的另一端连接至第一采样电阻r8与第二采样电阻r9的连接点，第二开关s2的一端连接至第二输出端和第一采样电阻r8的连接点，第二开关s2的另一端连接至第二采样电阻r9和第三采样电阻r10的连接点。
43.需要说明的是，设置短路开关可以实现不同电流档位的测量，而设置不同阻值大小的采样电阻能够提高电流测量的精准度。在本发明的一个实施例中，采样电阻的阻值大小均不相同，具体地，采样电阻r8、r9和r10的阻值成倍数关系，第一采样电阻r8为5欧姆，第二采样电阻r9为0.5欧姆，第三采样电阻r10为0.05欧姆。在电路进行电流测量的过程中，能够通过闭合不同的短路开关实现不同电流档位的测量：例如，第一开关s1闭合，第一采样电
阻r8被短路，电路可以使用第二采样电阻r9或者第三采样电阻r10进行检流，由于第二采样电阻r9和第三采样电阻r10的阻值较小，分别为0.5欧姆和0.05欧姆，而第二输出通道ch2的电压固定，因此能够实现大电流档位的测量；又例如，第二开关s2闭合，第一采样电阻r8和第二采样电阻r9同时被短路，电路使用第三电阻r10进行检流，由于第三电阻r10的阻值最小，为0.05欧姆，而第二输出通道ch2的电压固定，因此能够实现更大电流档位的测量，例如实现1a电流的测量；而在第一开关s1和第二开关s2均不闭合的情况下，电路则使用第一采样电阻r8进行检流，由于第一采样电阻r8的阻值最大，为5欧姆，而第二输出通道ch2的电压固定，因此能够实现小电流档位的测量，例如10ma电流的测量。
44.具体地，在测量1a电流的情况下，需要闭合第二开关s2，以使第一采样电阻r8和第二采样电阻r9被短路，电路经过第三采样电阻r10(0.05欧姆)进行检流，能够实现大电流档位的测量，能够避免大电流经过大电阻，导致大电阻上的功率过大的情况发生。
45.如图1和图2所示，根据本发明的一些实施例，电源检测模块还包括电压采样运算放大器u8，电压采样运算放大器u8的电压采样同相端与采样电阻连接，电压采样运算放大器u8的电压采样反相端与电压采样运算放大器u8的电压采样输出端连接，电压采样输出端与模数转换器adc连接。
46.可以理解的是，电源检测模块还设置有电压采样运算放大器u8，电压采样运算放大器u8的电压采样同相端与采样电阻连接，电压采样运算放大器u8的电压采样反相端与电压运算放大器的电压采样输出端连接，能够通过电压采样运算放大器u8进行电压缩小操作，并由电压采样输出端输入电压至模数转换器adc进行数字信号的转换，从而实现电路的电压值的测量。
47.如图1和图2所示，根据本发明的一些实施例，反馈补偿模块包括反馈运放模块，反馈运放模块设置有第三运算放大器u3，第三运算放大器u3的第三同相端与第二输出端连接，第三运算放大器u3的第三反相端与第三运算放大器u3的第三输出端连接，第三输出端与第一反相端连接。
48.如图3所示，根据本发明的一些实施例，反馈补偿模块设置有第一电容c1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4和第五电阻r5，第一电容c1的一端与第一反相端连接，第一电容c1的另一端与第一输出端连接，第一反相端通过第一电阻r1接地，第二电阻r2的一端与第一反相端连接，第二电阻r2的另一端与第三输出端连接，第三反相端通过第三电阻r3接地，第一输出端ch1通过第四电阻r4与第五电阻r5连接，第五电阻r5与负载输出端连接，第三同相端连接至第四电阻r4与第五电阻r5的连接点。
49.可以理解的是，相关技术中的ate设备采用dps芯片对被测芯片进行供电的方案，由于dps芯片单个芯片的输出功率有限，不仅无法实现高电压输出，同时输出的电压无法实时调节，而且输出的精度还会受到电阻影响，严重影响了ate设备的通用性。而本发明利用反馈补偿模块能够用于补偿ate设备线路阻抗、检流电阻、ate设备和dut板连接线阻抗导致的电压降落，同时补偿下一级运放输出的偏差。
50.如图4所示，图4是相关技术中无反馈补偿模块的电路示意图，具体地，在电路作为输出电压测量电流电路的情况下，如果线路的阻抗为第四电阻r4，上级输出为2v，第二级放大五倍输出为10v，但是由于线路阻抗的存在，输出到dut板实际电压会被拉低，且电流越大越明显，此时分析：
51.根据虚短un＝up＝2v
52.根据虚断(u2out*(r4+r5)/r5-un)/r2＝un/r1
53.(u2out*(r4+r5)/r5-un)/30k＝un/7.5k
54.u2out＝5un*r5/(r4+r5)＝5up*r5/(r4+r5)＝9.804v
55.其中，up为同相端电压，un为反相端电压，而u2out为第二输出端的电压，第一电阻的阻值为7.5k，第二电阻的阻值为30k。
56.但是实际使用中，第四电阻r4这个阻抗受测试机本身线路阻抗，排线的阻抗，dut板的阻抗，测试座的阻抗影响，实际无法计算出，而且也受各种老化的影响，所以实际使用时压降不容易通过其他手段补偿。
57.如图3所示，在本实施例中，增加反馈补偿模块，用于补偿ate设备线路阻抗、检流电阻、ate设备和dut板连接线阻抗导致的电压降落，同时补偿下一级运放输出的偏差，电压降落被第三运算放大器u3作为反馈补偿回来，此时分析：
58.根据虚短un＝up＝2v
59.根据虚断(u2out-un)/r2＝un/r1
60.(u2out-un)/30k＝un/7.5k
61.u2out＝5un＝5up
62.其中，up为同相端电压，un为反相端电压，而u2out为第二输出端的电压，第一电阻的阻值为7.5k，第二电阻的阻值为30k。
63.此时输出被第三运算放大器u3补偿回来，能够避免大电流在线路阻抗上引起的电压降落，实现实时补偿功能。由于中途线路较长，本实施例增加第一电容c1，能够作为高频负反馈，从而避免运放开环现象。
64.如图1和图2所示，根据本发明的一些实施例，第二输出通道ch2与第一同相端之间设置有用于防过冲的积分运算模块，积分运算模块包括第四运算放大器u4，第四运算放大器u4的第四同相端接地，第四运算放大器u4的第四反相端与第二输出通道ch2连接，第四运算放大器u4的第四输出端与第一同相端连接。
65.如图5所示，根据本发明的一些实施例，积分运算模块还设置有第二电容c2、第六电阻r6、第七电阻r7和第八电阻r8，第四反相端通过第六电阻r6与第二输出通道ch2连接，第四同相端通过第七电阻r7接地，第四输出端通过第二电容c2与第四反相端连接，第八电阻r8与第二电容c2并联。
66.可以理解的是，电路作为输出电压测量电流电路的情况下，设置积分运算模块可以实现斜坡上下电，避免后级过冲。具体地，前级采用数模转换器dac的第二输出通道ch2输出电压，给后级电路提供可设置的电平。第四运算放大器u4为积分运算模块的具体元器件，在数模转换器器dac输出的电平升高的情况下，第二电容c2可以进行充电操作，直到第二电容c2充满电，电平可以保持为数模转换器dac输出的电平，即效果为缓慢充电上升。
67.如图6所示，图6为本发明一个实施例的积分运算模块的升压仿真效果图，当数模转换器dac的第二输出通道ch2的电压从0v升到-2v，积分电路输出波形u1-out从0v缓慢充电到2v，后级缓慢上电以避免后级带大的电容和大的负载的时候，有较大的过冲。
68.如图7所示，图7为本发明一个实施例的积分运算模块的降压仿真效果图，当数模转换器dac的电平降低时，数模转换器dac的第二输出通道ch2的电压从-2v降低到0v，第二
电容c2可以通过r2进行缓慢的放电，直到降低到0v。
69.如图2所示，在本发明的另一实施例中，基于ate的四象限电源电路设置有数模转换器dac、模数转换器adc、积分运算模块、反馈补偿模块、调节输出模块、负载输出端和电源检测模块；其中，数模转换器dac和模数转换器adc均设置有多个通道；积分运算模块设置有第四运算放大器u4，第一积分电阻r1(上述积分运算模块的第六电阻)、第二积分电阻r2(上述积分运算模块的第七电阻)和积分电容c1(上述积分运算模块的第二电容)；反馈补偿模块设置有第一运算放大器u1、第三运算放大器u3、补偿电容c2(上述反馈补偿模块的第一电容)、第一补偿电阻r3、第二补偿电阻r4(上述反馈补偿模块的第一电阻)和第三补偿电阻r5(上述反馈补偿模块的第二电阻)；调节输出模块设置有第二运算放大器u2，其中第二运算放大器u2设置有电流控制端，即ilim引脚，电源检测模块设置有多个电流采样运算放大器，分别为第五运算放大器u5、第六运算放大器u6和第七运算放大器u7，以及一个电压采样运算放大器u8；负载输出端连接有负载电阻rdut。
70.如图1所示，可以理解的是，数模转换器dac的第一输出通道ch1与输出调节模块连接，数模转换器dac的第二输出通道ch2与积分运算模块连接，积分运算模块与反馈补偿模块连接，反馈补偿模块与输出调节模块连接，输出调节模块通过采样电阻分别与电源检测模块、反馈补偿模块和负载输出端连接，电源检测模块与模数转换器adc连接。
71.如图2所示，具体地，数模转换器dac的第一输出通道ch1用于输出电流控制信号，第一输出通道ch1与第二运算放大器u2的电流控制端ilim引脚连接，而数模转换器dac的第二输出通道ch2用于输出电压控制信号，第二输出通道ch2通过第一积分电阻r1与积分运算模块的第四运算放大器u4的第四反相端连接，第四同相端接地，积分电容c1的一端连接至第一积分电阻r1与第四反相端的连接点，积分电容c1的另一端连接至第四运算放大器u4的第四输出端，输出电压经过积分运算模块的第四运算放大器u4，能够实现斜坡上下电，避免后级过冲；另外，第四输出端通过第一补偿电阻r3与第一运算放大器u1的第一同相端连接，可以将第二输出通道ch2的输出电压传输至第一运算放大器u1进行实时补偿；而第一运算放大器u1的第一输出端与调节输出模块的第二运算放大器u2的第二同相端连接，能够将电压输出至第二运算放大器u2进行调节，能够增强电流，提高电流输出能力。因此，本发明的输出电压和电流分别通过第四运算放大器u4、第一运算放大器u1和第三运算放大器u3能够输出电压值至负载输出端，通过硬件电路即可实现实时补偿功能，并输出稳定的电压用于向负载提供供电电源。
72.另外，测试机本身线路阻抗，排线的阻抗，dut板的阻抗，测试座的阻抗影响，本实施例通过设置补偿反馈模块，包括第一运算放大器u1和第三运算放大器u3，以使输出电压能够通过第三运算放大器u3反馈补偿并经过第三补偿电阻r5输出至第一运算放大器u1，可以用于补偿ate设备线路阻抗、检流电阻、ate设备和dut板连接线阻抗导致的电压降落，同时补偿下一级运放输出的偏差；而且，本发明还设置有补偿电容c2作为高频负反馈，能够避免中途线路较长导致的损失，以及运放开环。
73.如图1和图2所示，本发明实施例基于硬件电路即可实现电流的测量。具体地，输出电压测量电流的过程为：通过数模转换器dac的第二输出通道ch2输出电压，数模转换器dac的第一输出通道ch1作为电流箝位，通过第一开关s1和第二开关s2的开通或者闭合实现电流档位切换，并通过模数转换器adc的第一输入通道ch1、第二输入通道ch2和第三输入通道
ch3进行信号的转换，以实现不同档位电流的测量。即使用数模转换器dac的第二输出通道ch2作为调压手段；设置第一级电路为积分运算模块，实现斜坡上下电，避免后级过冲，具体过程可参考上述积分运算模块实施例的描述；设置第二级电路为反馈补偿电路，补偿线损和放大的偏差，具体过程可参考上述反馈补偿模块实施例的描述；设置第三级电路为输出调节模块，进行扩流和增大电压倍数；并设置电源检测电路，通过电流采样运算放大器检测采样电阻两端电压，放大到一定的倍数，然后给到模数转换器adc的各个通道测量电压，再根据电压和电阻转换为电流。需要说明的是，此时数模转换器dac的第一输入通道ch1主要对放大输出电路的电流进行限制，实现箝位电流。
74.本发明实施例基于硬件电路即可实现电压的测量。具体地，输出电流测量电压的过程为：通过数模转换器dac的第一输出通道ch1输出电压限制第一运算放大器u1的输出电流的大小，通过数模转换器dac的第二输出通道ch2作为电压箝位，并通过采样电阻和电压采样运算放大器u8输入至模数转换器adc的第四输入通道ch4，以实现电压的测量。需要说明的是，此时数模转换器dac的第二输出通道ch2设置的电压为箝位电压，即输出电流过程中，所能达到的最大电平，能够对电路输出的电压进行限制。
75.本发明实施例通过硬件电路可以实现实时补偿，相应迅速且稳定，能够调节输出电压，提高电源供电的稳定性；而设置积分运算模块，能够实现带不同容性负载没有过冲；而且本实施例具有普通电源没有的箝位功能，能够保护负载；另外，本实施例设置分电流档位，能够提高不同档位电流测量的准确度。本发明经过实验、模拟、使用证明可行，具体效果图如图8所示，图8为0v上升到42v的波形图，具体地，0v升到42v，后级带47uf电容，42ω电阻，上升时间0.9毫秒，无明显过冲。
76.本发明第二方面实施例提供一种四象限电源，包括有如上述第一方面实施例的基于ate的四象限电源电路。
77.根据本发明实施例提供的四象限电源，通过设置数模转换器dac、反馈补偿模块、输出调节模块和负载输出端，反馈补偿模块设置有第一运算放大器u1，第一运算放大器u1的第一同相端与第二输出通道ch2连接，第一运算放大器u1的第一反相端与第一运算放大器u1的第一输出端连接，输出调节模块包括有第二运算放大器u2，第二运算放大器u2的电流控制端与第一输出通道ch1连接，第二运算放大器u2的第二输出端与第二运算放大器u2的第二反相端连接，第二运算放大器u2的第二同相端与第一输出端连接。由于第二运算放大器u2设置有电流控制端且第二运算放大器u2的电流控制端与第一输出通道ch1连接，因此第二运算放大器u2能够根据第一输出通道ch1的电流控制信号限制输出电流的大小；同时由于第一运算放大器u1的第一同相端与第二输出通道ch2连接，第二运算放大器u2的第二同相端与第一输出端连接，因此第一运算放大器u1能够根据第二输出通道ch2输出的电压控制信号控制输出电压的大小，并输出相应的电压至第二运算放大器u2，由于第二运算放大器u2的第二输出端与负载输出端连接，因此能够输出稳定的电压至负载输出端，并用于向负载供电。而且第一运算放大器u1的第一输出端与第一运算放大器u1的第一反相端连接，第二运算放大器u2的第二输出端与第二运算放大器u2的第二反相端连接，能够形成负反馈的组态，从而保证电路的稳定运作。另外，通过第二运算放大器u2的电流控制端可以限制电流输出的大小，进而调节输出电压的大小，实现实时补偿功能，能够避免大电流在线路上引起的电压降落，从而提高电源供电的准确性。因此，本发明能够调节输出电压，实现实
时补偿功能，提高电源供电的准确度。
78.需要说明的是，本发明实施例通过硬件结构即可实现调节输出电压，实现实时补偿功能，提高电源供电的准确度的功能，不涉及对方法的改进。
79.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下，作出各种变化。

技术特征：
1.一种基于ate的四象限电源电路，其特征在于，包括：数模转换器，用于接收并转换输入信号以输出相应的控制信号，所述数模转换器包括用于输出电流控制信号的第一输出通道和用于输出电压控制信号的第二输出通道；反馈补偿模块，包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的第一同相端与所述第二输出通道连接，所述第一运算放大器的第一反相端与所述第一运算放大器的第一输出端连接；输出调节模块，包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的电流控制端与所述第一输出通道连接，所述第二运算放大器的第二输出端与所述第二运算放大器的第二反相端连接，所述第二运算放大器的第二同相端与所述第一输出端连接；负载输出端，与所述第二输出端连接，以向负载提供电源。2.根据权利要求1所述的基于ate的四象限电源电路，其特征在于，还包括电源检测模块，所述电源检测模块设置有采样电阻和模数转换器，所述第二输出端通过所述采样电阻分别与所述模数转换器、所述第一反相端和所述负载输出端连接。3.根据权利要求2所述的基于ate的四象限电源电路，其特征在于，所述电源检测模块包括电流采样运算放大器，所述电流采样运算放大器的电流采样同相端连接至所述第二输出端与所述采样电阻的连接点，所述电流采样运算放大器的电流采样反相端连接至所述采样电阻与所述负载输出端的连接点，所述电流采样运算放大器的电流采样输出端与所述模数转换器连接。4.根据权利要求3所述的基于ate的四象限电源电路，其特征在于，所述电源检测模块包括多个阻值不同的所述采样电阻以及多个与所述采样电阻一一对应的所述电流采样运算放大器，各个所述采样电阻相互串联，所有所述采样电阻的两端分别与对应的所述电流采样运算放大器的电流采样输入端连接，所有所述电流采样运算放大器的电流采样输出端均与所述模数转换器连接，其中(n-1)个所述采样电阻的两端分别连接有短路开关，所述n表征为所有所述采样电阻的总数量。5.根据权利要求2所述的基于ate的四象限电源电路，其特征在于，所述电源检测模块还包括电压采样运算放大器，所述电压采样运算放大器的电压采样同相端与所述采样电阻连接，所述电压采样运算放大器的电压采样反相端与所述电压采样运算放大器的电压采样输出端连接，所述电压采样输出端与所述模数转换器连接。6.根据权利要求1所述的基于ate的四象限电源电路，其特征在于，所述反馈补偿模块包括反馈运放模块，所述反馈运放模块设置有第三运算放大器，所述第三运算放大器的第三同相端与所述第二输出端连接，所述第三运算放大器的第三反相端与所述第三运算放大器的第三输出端连接，所述第三输出端与所述第一反相端连接。7.根据权利要求6所述的基于ate的四象限电源电路，其特征在于，所述反馈补偿模块设置有第一电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述第一电容的一端与所述第一反相端连接，所述第一电容的另一端与所述第一输出端连接，所述第一反相端通过所述第一电阻接地，所述第二电阻的一端与所述第一反相端连接，所述第二电阻的另一端与所述第三输出端连接，所述第三反相端通过所述第三电阻接地，所述第一输出端通过所述第四电阻与所述第五电阻连接，所述第五电阻与所述负载输出端连接，所述第三同相端连接至所述第四电阻与所述第五电阻的连接点。
8.根据权利要求1所述的基于ate的四象限电源电路，其特征在于，所述第二输出通道与所述第一同相端之间设置有用于防过冲的积分运算模块，所述积分运算模块包括第四运算放大器，所述第四运算放大器的第四同相端接地，所述第四运算放大器的第四反相端与所述第二输出通道连接，所述第四运算放大器的第四输出端与所述第一同相端连接。9.根据权利要求8所述的基于ate的四象限电源电路，其特征在于，所述积分运算模块还设置有第二电容、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第四反相端通过所述第六电阻与所述第二输出通道连接，所述第四同相端通过所述第七电阻接地，所述第四输出端通过所述第二电容与所述第四反相端连接，所述第八电阻与所述第二电容并联。10.一种四象限电源，其特征在于，包括有如权利要求1至9任一项所述的基于ate的四象限电源电路。

技术总结
本发明提供一种基于ATE的四象限电源电路及四象限电源，包括数模转换器、反馈补偿模块、输出调节模块和负载输出端，数模转换器设置有多个输出通道；反馈补偿模块包括第一运算放大器，第一运算放大器的第一同相端与第二输出通道连接，第一运算放大器的第一反相端与第一运算放大器的第一输出端连接；输出调节模块包括第二运算放大器，第二运算放大器的电流控制端与第一输出通道连接，第二运算放大器的第二输出端与第二运算放大器的第二反相端连接，第二运算放大器的第二同相端与第一输出端连接；负载输出端与第二输出端连接，以向负载提供电源。本发明能够调节输出电压，实现实时补偿功能，提高电源供电的准确度。提高电源供电的准确度。提高电源供电的准确度。


技术研发人员：吕晗
受保护的技术使用者：珠海芯业测控有限公司
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/9/14