电路笔记电路笔记
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适合自动测试设备的集成设备电源(DPS)，输出电压范围为 0 V至 25 V
电路功能与优势
以前，DPS（设备电源）解决方案采用分立放大器、开关、
DAC、电阻等器件设计。随着硅工艺的革新和芯片日益缩小，
现在虽能够实现高集成度的解决方案，但也几乎不可能将所
有器件均集成到一块硅片上。尽管 AD5560 DPS 是一款高度
集成的器件，但若要提供完整的系统解决方案，仍需要精心
选择几个外部器件。 本电路笔记旨在详细说明为了提供更完
整的设备电源解决方案，需要哪些器件以及为什么选择这些
器件。
该产品主要用于自动测试设备(ATE)中驱动待测设备(DUT)
的电源。因此，对这种 DPS 有许多不同的要求，包括电压和
电流规格（取决于它所驱动的待测设备类型），以及稳定性、
精度等其它因素。
作为设备电源，AD5560 必须能够及时提供待测设备所需的
电压和电流。
受最大容许电压|AVDD − AVSS| ≤ 33 V 限制，AD5560 可以
在−22 V 至+25 V 范围内实现 25 V 的峰峰值电压跨度。
此外，AD5560 提供的电流范围可以高达±1.2 A。请注 意，由
于封装的功耗限制，在较高输出电压时无法提供 1.2 A 电流。
1.2 A 输出能力主要针对不大于 3.5 V 的低压轨供电时的情
况。因此，在审查电压和电流要求时，需要考虑许多因素，
例如：上裕量、下裕量、最差情况下的功耗、供电轨、热性
能等。
本电路提供三个待测设备供电轨：
CN-0130CN-0130
连接/参考器件 连接/参考器件
AD5560
4006-100-006
AD7685
或
ADR435
0 V 至 25 V / 5 μA 至 25 mA
0 V 至 7 V / 500 mA
0 V 至 3 V / 1.2 A
本电路所选的器件和配置将根据上述组合专门定制。
欲了解该产品的其它用途或更详细信息，请参考
。
据手册
电路描述
AD5560 DPS 可提供待测设备所需的电源电压和测量功能，
但为了构成完整电路，仍需要若干其它器件：一个基准电压
源；一个 ADC，用来对测量结果进行数字化处理；以及一个
温度监控器，用来测量内部检测二极管的温度，以便用户查
看芯片或 PC 板上的温度。
该 ADC 用来对测量输出进行数字化处理。根据基准电压和
OFFSET DAC 设置的不同，测量输出（MEASOUT 引脚）可
以提供不同的输出范围。
利用 OFFSET DAC，可以使强制电压输出范围发生偏移，以
实现不同的输出范围。本文关注的特定输出范围是 0 V 至 25
V。因此，默认 MEASOUT 输出范围(MEASOUT GAIN = 1)
也将是 0 V 至 25 V。没有任何 ADC 能够直接处理这一输出
范围，因此需要进行某种外部信号调理，使该范围与某一单
极性或双极性 ADC 的输入范围相匹配。
MEASOUT 还有一种设置(MEASOUT GAIN = 0.2)，可将
MEASOUT 输出范围调整偏移到 0 V 至 5.125 V。（其中略微
超量程，可用于校准等。）
1.2 A 可编程器件电源
16 位、250 kSPS PulSAR® ADC
5 V超低噪声XFET®基准电压源
AD5560 数
Rev.0
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engineers. Standard engineering practices have been employed in the design and construction
of each circuit, and their function and performance have been tested and verified in a lab
environment at room temperature. However, you are solely responsible for testing the circuit
and determining its suitability and applicability for your use and application. Accordingly, in
no event shall Analog Devices be liable for direct, indirect, special, incidental, consequential or
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CN-0130
电路笔记
图1.适合自动测试设备的设备电源
(DPS)
对于本例，我们将使用 0 V 至 5.125 V 范围，这样就能
方便地使用单极性输入 ADC。
16 位、250 kSPS ADC AD7685 能够处理MEASOUT路径上的
0 V至 5 V输出范围，所以适合本应用。此外，如果希望升级
电路，那么速度更快、尺寸相同的其它ADC（例如 500 kSPS
AD7686）也是颇具吸引力的选择。
ADC
考虑因素
每个 DPS 通道可以有一个专用 ADC，从而提供最快的吞吐
速率；或者也可以多个通道共用一个 ADC。许多典型应用中，
8 个或 16 个通道共用一个 ADC。
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（原理示意图，未显示去耦和所有连接）
利用各 MEASOUT 引脚的内部禁用功能，可以实现多个通道
共用一个 ADC。这就要求对 DPS 寄存器执行写入命令，以
使能/禁用相应的开关。如果选择这种方法，则应注意，一次
只能选择一个 MEASOUT。
或者，可利用外部 4:1 或8:1 多路复用器来控制测量通道选择。
以这种方式，可以使能所有MEASOUT路径，由多路复用器
选择测量通道。类似地，采用 16:1 多路复用器时，可实现更
多测量路径共享一个ADC。多路复用器的选择将取决于所用
的 ADC 及其输入电压范围。（对于双极性输入ADC，
ADG1404/ADG1204 将是理想之选；若采用单电源，则
ADG706 ADG708更合适。）MEASOUT路径的输出阻抗通或
电路笔记
常为 60 Ω；除开关阻抗外，还应考虑使用一个ADC缓冲器来
驱动ADC（例如，运算放大器
基准电压源
由于需要 25 V 输出电压范围，因此选择 5 V X-FET 基准电压
源 ADR435。该基准电压源具有出色的温度漂移性能和低噪
声特性，能够驱动多个 PMU 通道。
ADA4898-1是合适的选择）。 作为设备电源，根据待测设备旁路和去耦要求的不同，
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补偿和前馈电容
AD5560 可能会面对各种容性负载。本电路设计可处理 0 μF
至 160 μF 的容性负载。为了使内部补偿算法实现最佳稳定性，
并建立至此负载范围内，需用表 1 所示的外部电容。
温度监控器
AD5560 具有 16 个温度监控二极管组成的阵列，分别位于芯
片上的不同点。必须用电流驱动这些二极管来产生电压，从
而指示芯片相应区域的温度。借助芯片上如此多的温度二极
管，用户就能测量芯片或电路板在特定情况下的温度梯度。
为此，选择 ON Semiconductor 的温度监控器 ADT7461A，以
便与片内温度二极管接口。由于本例中每个二极管均通过多
路复用器与 AD5560 的 GPO 引脚相连，因此 ADT7461A 的
串联电阻消除功能很重要。如果没有串联电阻消除功能，多
路复用器的导通电阻将会产生测量误差。请注意，ADT7461A
配有一个双线式接口。
虽然有 4 个补偿输入引脚(C
)，但只有待测设备负载电容有较大变化时，用户才需要
(C
FX
使用所有的电容输入。如果待测设备负载电容值已知，并且
不会因电压范围与测试条件的组合不同而变化，则可以仅用
一组C
AD5560 数据手册。
和C 电容。有关补偿算法的详细信息，请参考
CX FX
)和 5 个前馈电容输入引脚
CX
图2.在
AD5560
内使用额外供电轨以实现多种电压/电流范围并使功耗最小的一个示例（原理示意图，未显示去耦和所有连接）
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电路笔记
CCX和CFX引脚的电压范围与FORCE上的预期电压范围相同；
因此，选择电容时应考虑这一情况。C
电容可以具有 10%的
FX
容差，特别是在低电流范围内测量电流时，这一额外变量会
直接影响建立时间。C
输出电压范围
的容差不应大于 5%。
CX
本设计电路的输出电压范围如下：
0 V 至 25 V / 5 μA 至 25 mA
0 V 至 7 V / 500 mA
0 V 至 3 V / 1.2 A
为配置这些供电轨组合，我们需要调整OFFSET DAC的设置。
建议值为 0xD1D，它可以实现上述范围。
图 2所示的例子说
明如何分配AD5560 来实现这些输出范围。
高电流
(HC)
电源路径二极管
由于AD5560 可以输出高电流，提供最高 1.2 A的电流范围，
因此可将这些供电轨分为三种不同类型：低电流范围（5 μA
至 25 mA）采用AVDD/AVSS供电；中间电流范围（称为EXT2）
采用HCAVDD2/HCAVSS2 供电；高电流范围（称为EXT1）
采用HCAVDD1/HCAVSS1 供电。HC电源应始终等于或小于
AVDD/AVSS供电轨。HC供电轨的作用是让用户选择电压较
低的电源，以降低AD5560 的功耗。EXT1 和EXT2 输出级设
计要求供电电压高于待测设备电压。如果HC 电源低于
AVDD/AVSS电源，则可能会存在不符合上述要求的情况。
因此，我们建议在HC电源与HC封装引脚之间的路径中添加
一个二极管（如
图 2所示）。当EXT1 级或EXT2 级关断时，
我们希望它保持关断，并且不会泄漏电流至待测设备。这样，
该二极管与内部泄漏电阻一起，将可以提高HC封装引脚电压
（接近AVDD/AVSS电源轨），从而使EXT1/EXT2 输出级保
持关断状态。
图 3 图 4和 分别显示适合EXT1 和EXT2 范围的
二极管电路详情。
该二极管需能够承载输出级所能提供的最高电流（包括瞬时
电流/故障条件）。EXT1 级的电流要求可能远高于 EXT2 级，
因此在选择二极管时，最好分别为 EXT1 和 EXT2 选择不同
的二极管（就电路板大小而言）。
为使总功耗和电源开销最小，压降应尽可能低。
二极管关断时的泄漏电流或反向电流应足够低，以确保 HC
引脚电压能够支持待测设备输出电压范围。二极管的反向电
流会在内部泄漏电阻（EXT1 为 33 kΩ，EXT2 为 100 kΩ）上
产生压降；因此，HC 引脚电压会降低。
许多供应商均可提供合适的二极管，如 ON Semiconductor、
Vishay 等。
图 5
可以用低导通电阻功率MOSFET代替二极管，如
所示。
由于FET上的压降远低于二极管，因而采用MOSFET的优势
是可以降低总功耗。
请注意，分立功率 MOS 器件的漏极与源极之间存在一个寄生
体二极管。此二极管的方向必须与 MOS 器件所代替的常用二
极管的方向相同。同时必须为 MOS 栅极提供合适的驱动器。
图4.用于
EXT2
范围的二极管示例
图3.用于
EXT1
范围的二极管示例
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图5.用
MOSFET
代替二极管示例
电路笔记
本电路必须构建在具有较大面积接地层的多层电路板上。为
实现最佳性能，必须采用适当的布局、接地和去耦技术（请
教程MT-031—
参考
DGND
的迷团”
图 1为原理示意图，并未显示所有必需的去耦。精心考
意，
虑电源和接地回路布局有助于确保达到额定性能。安装
AD5560 所用的印刷电路板(PCB)应采用模拟部分与数字部分
分离设计，并限制在电路板的一定区域内。如果AD5560 所
在系统中有多个器件要求AGND至DGND连接，则只能在一
个点上进行连接。星形接地点尽可能靠近该器件。
“实现数据转换器的接地并解开
教程MT-101—
，以及 ）。请注
“去耦技术”
AGND
和
CN-0130
线性度测量
图 6 图 7和 显示FVMV（强制电压、测量电压）模式下系统的
线性度测量结果。
图 6显示偏斜电源（+28 V、−5 V）的线性
度。对于这一特定增益设置(MEASOUT GAIN = 0.2)，偏斜电
源条件下线性度性能会降低。
性度获得改善。两项测量均采用AD7685 ADC和
图 7显示对称电源(±15 V)的线
图 1所示电路
进行。对于对称电源，FVMI（强制电压、测量电流）模式下
的线性度测量结果如
温度测量
图 8所示。
用ADT7461A测得的温度梯度示例如图 9所示。此处使用的散
热器只是一个简易散热器，不存在气流。目的是帮助我们了
解在 1 A负载条件下，使用片内温度二极管的芯片温度梯度
情况；功耗大约为 5.4 W。二极管用编号表示（按照数据手
册）；本例在不同时间点循环测量一些二极管。即使采用这
一简易散热器，也可以看到芯片上存在 17°C的温差。
图7.使用
图8.使用
AD7685
测量折合到待测设备的
度性能；
AD7685测量FVMI
±15 V
型线性度性能；
FVMV
线性度误差时的典型线性
对称电源；注意：其中包括FV误差
（强制电压、测量电流）线性度误差时的典
±15 V
对称电源。
图6.使用
线性度误差时的典型线性度性能；
AD7685
测量折合到待测设备的
括
FV
FVMV
+28 V、−5 V
误差。
（强制电压、测量电压）
偏斜电源；注意：其中包
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图
9. ADT7461A
用作温度监控器示例（X轴为时间，单位为秒）。
CN-0130
g
常见变化
根据所驱动的待测设备类型，DPS电路并非一定需要使用全
部 25 V范围。例如，用户利用基准电压源
可以实现较低的输出电压范围（标称范围为±6.4 V）。可以
用片内OFFSET DAC对此范围进行调整，以便符合待测设备
的要求（详情请参考
ADR421 数据手册）。如果所需电压范
围比这还小，只需使用增益设置“m”寄存器进一步缩小该
范围。对于“m”寄存器，可以使用¼的调整系数，同时仍然
保持 16 位分辨率。对于这些低压应用，AD5560 能够处理低
得多的差分电源电压，使得|AVDD – AVSS| ≥ 16 V，因而
AVDD/AVSS无需成为高压供电轨，这有助于降低AD5560 的
功耗。欲了解更多信息，请参考
AD5560 数据手册。
按 ADC 通道划分 DPS 测量通道有多种方式，多个 PMU 通道
也可以共用一个 ADC 通道（有时以 8:1 或 16:1 的比率）。可
以使用片内 MEASOUT 禁用特性。另外，也可以使用模拟多
路复用器来实现此功能。这样会增加测量路径的串联电阻；
因此，应当考虑缓冲 ADC 输入端之前的测量路径。许多 ADC
数据手册均含有适用 ADC 驱动器的建议。
ADR421 (2.5 V)，
电路笔记
进一步阅读
Automatic Test Equipment (www.analog.com/ATE)
MT-031 Tutorial, Grounding Data Converters and Solving the
Mystery of AGND and DGND. Analog Devices.
MT-101 Tutorial, Decoupling Techniques. Analog Devices.
Voltage Reference Wizard Design Tool.
数据手册和评估板
AD5560 Data Sheet
AD5560 Evaluation Board
AD7685 Data Sheet
AD7685 Evaluation Board
ADR435 Data Sheet
修订历史
10/09—Revision 0: Initial Version
16 位、250 kSPS ADC AD7685 能够处理MEASOUT路径上的
0 V至 5 V输出范围，所以适合本应用。此外，如果希望升级
路径，那么速度更快、尺寸相同的其它ADC（例如 500 kSPS
AD7686）也是颇具吸引力的选择。
也可以选择其它ADC，例如具有双极性范围或更快采样速率
的ADC。如果使用外部多路复用器，则对于双极性输入ADC，
ADG1404/ADG1204是理想之选；若采用单电源，则ADG706
或ADG708将更合适。
MEASOUT路径的输出阻抗通常为 60 Ω；除开关阻抗外，还
应考虑使用一个ADC缓冲器来驱动ADC（例如，运算放大器
ADA4898-1是合适的选择）。
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