陳 真 ，張凱虹，王建超

（1. 江南大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院，江蘇 無錫 214122；2. 中國電子科技集團公司第58研究所，江蘇 無錫 214035）

1 引言

基于我國電機產(chǎn)品種類繁多，應用領域廣泛，根據(jù)型號、規(guī)格、功率、軸伸、絕緣、編碼器、轉(zhuǎn)速開關、熱敏元件、加熱帶等參數(shù)的不同可劃分出各種各樣的類型。同時新能源汽車產(chǎn)業(yè)市場良好，帶動驅(qū)動電機市場規(guī)模迅速增長。作為高性能電機系統(tǒng)的靈魂，驅(qū)動芯片將扮演越來越重要的作用[1～2]。

驅(qū)動芯片的測試難點是要保證測試的穩(wěn)定并且能排查其他因素的干擾。主要測試項是掃描測試。本文介紹的掃描測試方法在保證測試結(jié)果一致的同時縮短芯片的測試時間，有效提高測試效率，以達到降低測試成本的目的。

本文結(jié)合長川CTA8280測試機和對應的測試編程軟件，編寫掃描測試程序，實現(xiàn)電機驅(qū)動芯片的掃描測試。

2 電機驅(qū)動芯片的基本構(gòu)成及工作原理

圖1是電機驅(qū)動芯片的基本構(gòu)成及工作原理 圖[3]，由 圖 可 以 看 出Vin/Vip(Channel Input)和Vbias(Reference Input)經(jīng)過OPA得到一輸出電壓Vo，然后再經(jīng)過電平移位(Level Shift)得到正反兩路輸出Out+和Out-。一般為了獲取較大的輸出功率，都會采用橋式(BTL)輸出方式。在實際應用中，通常將此芯片的信號輸入口連在外部電源上。Vbias由穩(wěn)定電壓源提供一定電壓值作為參考點，而Vin/Vip由程控源控制，Out+和Out-分別接著電機的兩端，通過OPA的傳輸特性我們知道，輸入腳Vin/Vip值的微小變化都會引起輸出腳相應的變化，所以通常通過改變Vin/Vip值就可得到不同需求的輸出值，從而可以控制電機的轉(zhuǎn)速及正反轉(zhuǎn)驅(qū)動。當然任何一個完整的器件電源(VCC)和參考地(GND)是必不可少的。另外通常此類芯片內(nèi)置有STBY(Stand by control)腳可以控制器件靜態(tài)和動態(tài)工作模式的切換，以使得在非工作狀態(tài)下的靜態(tài)功耗非常小。

圖1 電機驅(qū)動芯片的基本構(gòu)成及工作原理圖

3 測試實現(xiàn)

3.1 硬件實現(xiàn)

硬件的實現(xiàn)主要是對原理圖的設計和PCB繪制。硬件設計中需要考慮的是Vin和Vip輸入腳的抗干擾能力。本文在PCB設計時考慮了以下幾點：（1）測試機電源的Force和Sence端分開引，直到針卡上才連接到一起輸入Pin口；（2）考慮到信號的噪聲干擾，需要對信號進行濾波，可在輸入Pin設計RC濾波電路，一般可串入100 Ω，同時掛0.1 μF的電容進行濾波；（3）盡量縮短導線長度和增大導線之間的距離，以減小信號線上的分布電阻、電容和電感；（4）在芯片VDD和GND之間接入濾波和去耦電容，電容的引線不宜過長，同時應盡量增大電源線（VDD）和地線（GND）的寬度。本文的硬件原理圖如圖2所示。

3.2 掃描測試程序編寫

采用長川CTA8280測試機對應的測試編程軟件編程。掃描測試編程思路：斷開S1、S2開關，閉合S3、S4、S5、S6開關，VCC上電到 12 V，Vip=Vin=0.6 V 并延遲10 ms。輸入VIP/Vin測試信號如下：（1）Vip從0.6 V開始增加，步長為1 mV，每步保持100 μs，總共增加30步（+30 mV），同時Vin從0.6 V減少，步長為1 mV，每步保持 100 μs，總共減少 30步（-30 mV），當Vout1從低翻高，并且Vout2從高翻低時，讀取Vip-Vin的值，該值設定的規(guī)范是15 mV～25 mV；（2）Vip從0.63 V開始減少，步長為1 mV，每步保持100 μs，總共減少60步（-60 mV），同時Vin從0.57 V增加，步長為1 mV，每步保持 100 μs，總共增加 60 步（+60 mV），當Vout1從高翻低，并且Vout2從低翻高時，讀取Vip-Vin的值，該值設定的規(guī)范是-25 mV～-15 mV；在測上述兩項的過程中讀取Vbias的電壓值，該值設定的規(guī)范是1.1 V～1.3 V。輸入輸出波形參見圖3。

圖2 硬件原理圖

圖3 輸入輸出波形圖

考慮到篇幅有限，下面的測試程序是Vip從0.6 V上升到0.63 V，從0.63 V下降到0.57 V的測試程序則以此類推，編寫如下：

3.3 調(diào)試實現(xiàn)

考慮到測試精度要在10 mV之內(nèi)，對于電機驅(qū)動芯片在進行掃描測試調(diào)試中，當Vout1從低翻高，并且Vout2從高翻低時，精確讀取Vip-Vin的值是一大難點。噪聲干擾要小（在5 mV以下），如果噪聲很大，肯定會影響測試結(jié)果。從圖4和圖5的輸入輸出波形可以看到，波形清晰，沒有受到噪聲的干擾，說明3.1的硬件實現(xiàn)起到了作用。

圖4是Vout1從低翻高、Vout2從高翻低的波形，由測試機記錄a點電壓減b點電壓為Vip-Vin的值，設計規(guī)范是32 mV～52 mV，結(jié)果為42 mV，滿足設計要求。

圖4 Vout1從低翻高波形圖

圖5 Vout1從高翻低波形圖

當Vout1從高翻低，并且Vout2從低翻高時，精確讀取Vip-Vin的值。圖5是Vout1從高翻低、Vout2從低翻高的波形，由測試機記錄a點電壓減b點電壓為Vip-Vin的值，設計規(guī)范是-52 mV～-32 mV，結(jié)果為-38 mV，滿足設計要求。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)電機驅(qū)動芯片的基本構(gòu)成及工作原理，通過原理圖的設計和PCB的繪制，采用合理的測試設備和儀器，設計出一套科學的測試方法，實現(xiàn)了馬達驅(qū)動芯片的掃描測試。掃描測試已應用于多個馬達驅(qū)動產(chǎn)品的芯片測試中，具有良好的通用性，但對于不同的芯片，只需要對程序和規(guī)范進行微調(diào)即可實現(xiàn)。

[1]Fuji N. Small-sized motor driver IC[J]. Power Semiconductor Devices and ICs, 2004. Proceedings. ISPSD '04.The 16th International Symposium on. IEEE, 2004：151 -153.

[2]Hsu C F, Lee B K. FPGA-based adaptive PID control of a DC motor driver via sliding-mode approach[J]. Expert Systems with Applications An International Journal, 2011,38(9)：11866-11872.

[3]張松鶴. 馬達驅(qū)動IC的測試[J]. 中國集成電路, 2006,15(10)：56-59.