单板硬件测试电路计算规范.docx

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单板硬件测试电路计算规范

单板硬件测试电路计算规范

7.4.1TVS电路

●测试说明：

对于一些面板上的拨码开关等电路，为了增加抗ESD能力，通常需要串入TVS管。

但要注意由于TVS管的漏电流过大，以致上拉电阻上的压降过大，从而造成高电平过低，不能达到CMOS的高电平阈值。

因此在对于上拉电阻的电路，并不是上拉电阻越大越好，但也不能越小越好，电阻太小会导致功耗大。

●测试方法：

查看电路和相关TVS的漏电流大小，以及后续电路的电平要求进行计算所选电阻是否符合要求。

●判定标准：

符合测试说明，合格；否则不合格。

●参考案例：

【问题描述】

在LAU项目中试第一批验证阶段，M8411BU1测试30PCS，有2PCS拨码开关状态不正确，而且只有一个位的高电平检测不正确。

【原因分析】

拨码开关接口电路图如图1所示，上拉电阻R1~R7阻值为10，D4~D11为TVS管（SM6T6V8CA或P6FMBJ6.8CA），U1为74HC244。

图1拨码开关接口电路图

为了更好地说明问题所在，我们先列出图1中用到的74HC244和TVS（我司器件平台上采用的）的主要参数，如图2、3、4、5所示。

图2SN74HC244DWR的相关参数

图3MM74HC244WMX_NL的相关参数

图4P6FMBJ6.8CA的相关参数

图5SM6T6V8CA的相关参数

如图4、5所示，这两个型号器件的最大漏电流可高达1mA。

实际检测测试中发现的不良TVS管（RECTRON公司），常温下检测发现漏电流在5V时为130uA，5.8V时为270uA，在高温下漏电流会成倍增加，而ST公司TVS管（样机阶段使用）的实际漏电流很小，均能满足要求。

如图2、3所示，两家公司的74HC244能识别出高电平的最小电压是3.15V。

按此电压反算允许如图1所示电路的最大漏电流为：

（1）

按TVS管资料里所声称的最大漏电流1mA来计算如图1所示电路能正常工作所允许使用的最大上拉电阻为：

（2）

由公式

（1）可得出，实际测量的漏电流超过，故当拨码开关处于断路状态时，电路产生的高电平已经不能满足74HC244的电平要求，这样CPU读出的拨码开关状态将是不定的。

【解决措施】

由公式

（2）可得出，只要选用阻值小于1.85的上拉电阻即可解决问题。

考虑到我司对电路降额的要求，我们选用1的上拉电阻。

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7.4.2光耦固态继电器

●测试说明：

光耦固态继电器，对计算测试项而言，只需关注光耦二极管的工作电流和输出负载电流。

固态继电器的典型电路如下：

器件推荐如下：

图中IF＝（5-1.4）÷470＝7.6mA，满足要求。

IL＝60÷12K＝5mA，满足要求。

●测试方法：

参见测试说明。

●判定标准：

符合测试说明，合格；否则不合格。

●参考案例：

无

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7.4.3光藕计算

●测试说明：

在光藕计算时，需要考虑

1）电路的功能是否能实现；

2）光藕的裕量，在光藕传输比的上下限时，电路功能应该正确。

3）输入电流If和输出电压Ic满足器件要求。

4）满足器件降额要求。

1．HCNR200光藕

下面以HCNR200光藕的参数计算为例，介绍一下光藕电路的计算。

电路图如下图所示：

图中线性光藕器件输入电流传输比:

K1=Ipd1/If,K2=Ipd2/If,

电流传输增益:

K3=Ipd2/Ipd1=K2/K1

为保证光藕的一定裕量，R97值的正确选择可参照以下方式进行。

由外围的设计，Ipd1所要求最大电流为15.7V/1.3MΩ≈12uA

查DATASHEET，光藕K1在25℃下的下限值为0.25％

温度升高60度至85℃，光藕K1值将衰减0.3％×60＝18％

按降额规范，在电流传输比的下限保留裕量30％

本电路可暂不考虑If值对传输比的影响

则对应最大Ipd1值，If的裕量充分值为大于

12uA/0.25%/（1-18%）/（1-30%）≈8.36mA

对应的R97的裕量充分值为小于

（Vcc1-Vfmax）/8.36mA≈（17V-1.95V）/8.36mA≈1.8KΩ

本例中R97的下限值建议从线性光藕的If额定值和R97的功率额定值去考虑。

为保证放大电路失控时，线性光藕的If电流满足0.8的降额要求，R97需大于（注：

DATASHEET中If额定值为25mA）

（Vcc1-Vfmin）/25mA/0.8=（17V-1.2V）/25mA/0.8=0.79KΩ

对于1/4W的R97电阻，满足功率降额0.8时，R97需大于

（Vcc1-Vfmin）**2/0.25W/0.8＝15.8V×15.8V/0.25W/0.8≈1.248KΩ

综合上面三个数据，选择R97在[1.248KΩ,1.8KΩ]范围内，既能满足充分的裕量，又满足合适的降额。

2．PS2701光藕

图中光藕为PS2701，资料如下：

1）首先验证R3选取是否合适，然后反推电阻R1，R2是否合适。

光藕输出给一3.3V供电的非门。

要求高电平时电平大于2.6V，低电平时小于0.4V。

当光藕不导通时，ICEO最大为100nA，所以光藕不导通时，光藕输出电平为ICEO×R3＝51mV，满足要求。

2）光藕输出电流IO＝（3.3－0.3）÷R3＝5.88mA

CTR取最大值300％时，IF＝IO/300%=1.96mA

所以（R1＋R2）小于（5-1.4）÷1.96＝1.73kohm

CTR取最小值50％的70％（根据降额规范），IF＝IO/（50%×70％）＝16.8mA

（R1＋R2）小于

（5-1.4）÷16.8＝0.214kohm

但实际实际（R1＋R2）为1.1K，不满足要求。

●测试方法：

详见测试说明。

●判定标准：

符合测试说明，合格；否则不合格。

●参考案例：

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7.4.4差分放大电路计算

●测试说明：

对于低成本产品，仪表放大器模块使用公司的CBB电路，其典型电路如下：

如果R4/R6=R5/R7，则VO＝（VI+-VI-）×（2R2/R1+1）

●测试方法：

在（VI+-VI-）最大和最小时，输出不能饱和，也不能超出下一级电路的输入范围。

●判定标准：

符合测试说明为合格，否则不合格。

●参考案例：

无

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7.4.5单板电路功耗计算

●测试说明：

对如单板，主要是CPU芯片，光藕，DA/AD芯片以及继电器的功耗。

对于CPU芯片，DA/AD芯片以及继电器的功耗，直接查看器件资料。

光耦实际功耗的计算式为：

P＝IF×VF＋1/4×ICmax×Vcmax

其中：

Icmax：

光耦饱和导通时集电极电流

Vcmax：

光耦截止时集电极电压

●测试方法：

判断单板功耗是否小于输入电源的功率。

●判定标准：

符合测试说明为合格，否则不合格。

●参考案例：