如何设置PMU电压和电流钳位
描述
MAX9979是完全集成的引脚电子IC，由DCL、PMU和电平设置器组成。MAX9979的所有模块均具有箝位、有源负载、高范围拉电流和灌电流能力、数据反转和差分模式等特性。MAX9979参数测量单元（PMU）既能施加力，又能测量电流和电压。设置电压和电流钳位可确保PMU在线性区域工作。本应用笔记简化了对PMU功能的理解并根据应用调整钳位的过程。
介绍
MAX9979中的参数测量单元（PMU）模块负责强制和测量电流和电压。可支持 -1.5V 至 6.5V 的电压范围和 ±2μA 至 ±50mA 的满量程电流范围。MAX9979的电压和电流箝位特性使PMU在性能方面更加通用，但需要仔细考虑。
了解 PMU 功能至关重要，因此此应用程序将首先介绍 PMU 模式和操作范围。然后，将详细介绍PMU钳具的使用。
PMU 模式和操作范围
MAX9979 PMU可配置为六种工作模式，如表1所示。
力-电压/测量-电压 （FVMV）
力-电压/测量-电流 （FVMI）
力-电流/测量-电流 （FIMI）
力-电流/测量-电压 （FIMV）
无强制/测量电压 （FNMV）
无强制/无测量 （FNMN）
| Digital Input | Serial Interface Bits | PMU Mode | ||
| LLEAKP | HIZFORCE | FMODE | MMODE | |
| 1 | 1 | X | X | FyMy* |
| 1 | 1 | X | X | FyMy* |
| 1 | 0 | 0 | X | FVMy* (calibration) |
| 1 | 0 | 0 | X | FVMy* (calibration) |
| 1 | 0 | 1 | 0 | FNMN |
| 1 | 0 | 1 | 1 | FNMV (calibration) |
| 1 | 0 | 1 | 1 | FNMV (calibration) |
| 0 | X | X | 0 | FNMN |
| 0 | X | X | 1 | FNMV (calibration) |
| 0 | X | X | 1 | FNMV (calibration) |
| *y = V 或 I | ||||
基于满量程电流范围选择，PMU力-电流和测量-电流可以通过三位控制字（RS2、RS1和RS0）在不同的电流范围内工作或控制，如表2所示。
| Digital Input | Serial Interface Bits |
PMU Range (IRANGE, RRANGE) |
|||
| LLEAKP | HIZFORCE | RS2 | RS1 | RS0 | |
| X | X | 0 | 0 | 0 | E(±2µA, 500kO) |
| X | X | 0 | 0 | 1 | D(±20µA, 50kO) |
| X | X | 0 | 1 | 0 | C(±200µA, 5kO) |
| X | X | 0 | 1 | 1 | B(±2mA, 500O) |
| X | 0 | 1 | X | X | B* |
| 0 | 1 | 1 | X | X | B* |
| 1 | 1 | 1 | X | X | A(±50mA, 20O) |
| * PMU 高阻抗模式不允许范围 A 操作 — PMU 默认为范围 B。 | |||||
PMU 电压/电流钳
PMU电压或电流钳确保DUT_电压或电流分别不能超过钳位电压或电流。PMU 电压箝位在 FI 工作模式下可用，而电流箝位在 FV 模式下可用。当PMU电压/电流箝位处于活动状态时，在其限值内，MV和MI功能仍然有效。
设置CLAMPHI_和CLAMPLO_数模转换器（DAC）设置高钳位电压（VCLAMPHI） 和低钳位电压 （VCLAMPLO）分别。在FI模式下，用户可以使用CLAMPHI_和CLAMPLO_DAC直接设置电压箝位。对于电流钳 IIOSDAC （VIIOS） 需要与 CLAMPHI_ 和CLAMPLO_ DAC 一起设置。钳位大电流（ICLAMPHI）和钳位低电流（ICLAMPLO） 方程给出如下。
ICLAMPHI = (VCLAMPHI - VIIOS)/RRANGE
VCLAMPHI = (ICLAMPHI × RRANGE) + VIIOS
示例 1：
考虑 FVMI 模式下的 PMU 和范围 B 操作。
考虑 VIIOS DAC电压是2.5V，1K？是 DUT 负载。ICLAMPHI为 2mA 和 ICLAMPLO为-2mA。开始 VIN_从 2V 逐渐降低。公式1和2用于下表3中的计算。
| VIN (V) | VIIOS (V) | ICLAMPHI (mA) | ICLAMPLO (mA) | CLAMPHI DAC Voltage (V) | CLAMPLO DAC Voltage(V) | VDUT (V) | IDUT (mA) | IMOS (uA) |
| 2 | 2.5 | +2 | -2 | 3.5 | 1.5 | 1.86598 | 1.92857 | 71.43 |
| 1.5 | 2.5 | +2 | -2 | 3.5 | 1.5 | 1.4969 | 1.5329 | -32.9 |
| 1 | 2.5 | +2 | -2 | 3.5 | 1.5 | 0.9996 | 1.0299 | -29.9 |
| 0.5 | 2.5 | +2 | -2 | 3.5 | 1.5 | 0.4992 | 0.5012 | -1.2 |
| 0 | 2.5 | +2 | -2 | 3.5 | 1.5 | 0.0082 | 0.0085 | -8.5 |
作为 VIN_ 逐渐减少，VDUT_ 和IDUT也减少。MAX9979 PMU具有测量电流失调（IMOS） 的 ±1 % FSR（如数据手册的 EC 表所述）。由于PMU处于B工作范围（FSR = 4mA），因此预期的最大电流失调为±40μA。如果 IDU失调超过 ±40μA，则不需要输出。在表 3 中，蓝绿色读数是理想的，橙色读数是不可取的。对于PMU，需要满足两个条件。
图1.PMU FVMI 模式，范围 B 箝位，示例 1。
为了在FI模式下保持线性度：
(VCLAMPLO + 0.5V) = VDUT = (VCLAMPHI – 0.5V)
为了在FV模式下保持线性度：
(ICLAMPLO + 10% FSR) = IDUT = (ICLAMPHI – 10%FSR)
示例 2：
考虑 FVMI 模式下的 PMU 和范围 B 操作。
FMODE = 0， MMODE = 0， RRANGE = 500？， FSR = 4mA
考虑 VIIOS DAC电压是2.5V，1K？是DUT_负载。修复 V在_ DAC电压为1V。将箝位电流从2mA更改为0mA。公式1和2用于下面表4中的计算。
Expected IDUT = VDUT/RLOAD = 1V/1K? = ±1mA
注意：±符号表示MAX9979器件可以供应或吸收电流。
在范围 B 工作时：10% FSR = 10% 的 4mA = 0.4mA
根据公式 4，假设设备如下：
IDUT = (ICLAMPHI – 10% FSR)
IDUT + 10% FSR = ICLAMPHI
ICLAMPHI = 1mA + 0.4mA = 1.4mA
Similarly, ICLAMPLO = -1.4mA
| VIN (V) | VIIOS (V) | ICLAMPHI (mA) | ICLAMPLO (mA) | CLAMPHI DAC Voltage (V) | CLAMPLO DAC Voltage(V) | VDUT (V) | IDUT (mA) | IMOS (uA) |
| 1 | 2.5 | 2 | -2 | 3.5 | 1.5 | 0.9996 | 1.0299 | 29.9 |
| 1 | 2.5 | 1.5 | -2 | 3.25 | 1.5 | 0.9996 | 1.0299 | 29.9 |
| 1 | 2.5 | 1 | -2 | 3 | 1.5 | 0.8642 | 0.8623 | -137.7 |
| 1 | 2.5 | 0.5 | -2 | 2.75 | 1.5 | 0.4911 | 0.5018 | -498.2 |
| 1 | 2.5 | 0 | -2 | 2.5 | 1.5 | 0.1117 | 0.1155 | -884.5 |
VIN在 1V。在 FVMI 模式下，我们期望 VDUT= 1V。因此IDUT= DUT/RDUT = 1V/1K? = +1mA。在橙色行中观察，当ICLAMPH小于1.4mA，VDUT和IDUT读数不是预期值。在这种情况下，IDUT失调误差大于±40uA。
图2.PMU FVMI 模式，范围 B 箝位示例 2。
示例 3：
考虑 FVMI 模式下的 PMU 和范围 B 操作。
FMODE = 0， MMODE = 0， RRANGE = 500？， FSR = 4mA
考虑 VIIOS DAC电压是2.5V，1K？是DUT_负载。将VIN_DAC电压固定为1.5V，I夹子作为2mA。更改 ICLAMPLO从-2mA到1.4mA。公式1和2用于下面表5中的计算。
| VIN (V) | VIIOS (V) | ICLAMPHI (mA) | ICLAMPLO (mA) | CLAMPHI DAC Voltage (V) | CLAMPLO DAC Voltage(V) | VDUT (V) | IDUT (mA) | IMOS (uA) |
| 1.5 | 2.5 | 2 | -2 | 3.5 | 1.5 | 1.4912 | 1.5369 | 36.9 |
| 1.5 | 2.5 | 2 | -1 | 3.5 | 2 | 1.4912 | 1.5369 | 36.9 |
| 1.5 | 2.5 | 2 | 0 | 3.5 | 2.5 | 1.4912 | 1.5369 | 36.9 |
| 1.5 | 2.5 | 2 | 1 | 3.5 | 3 | 1.4912 | 1.5369 | 36.9 |
| 1.5 | 2.5 | 2 | 1.2 | 3.5 | 3.1 | 1.4912 | 1.5369 | 36.9 |
| 1.5 | 2.5 | 2 | 1.4 | 3.5 | 3.2 | 1.5174 | 1.5687 | 68.7 |
从等式4，
(ICLAMPLO + 10% FSR) = IDUT = (ICLAMPHI – 10% FSR)
(ICLAMPLO + 10% FSR) = (ICLAMPHI – 10% FSR)
ICLAMPHI – ICLAMPLO = 20% FSR
VCLAMPHI – VCLAMPLO = (20% FSR) × RRANGE;从等式 1 和 2 开始。
图3.PMU FVMI 模式，范围 B 箝位示例 3。
示例 4：
考虑 FIMV 模式下的 PMU 和范围 B 操作。
FMODE = 1， MMODE = 1， R范围= 500？， FSR = 4mA
考虑 VIIOS DAC电压是2.5V，1K？是DUT_负载。修复VIN DAC电压为5.5V。将箝位电压从 ±2.5V 更改为 ±1.5V。
当PMU处于FI模式时，电压箝位就会出现。从等式3，
(VCLAMPLO + 0.5V) = VDUT = (VCLAMPHI – 0.5V).
在FI模式出DUT的电流按照下面的公式5计算。
DUT = (VIN – VIIOS)/(4 × RRANGE)
其中;
IDUT = (5.5 – 2.5)/(4 × 500)
IDUT = 1.5mA
VDUT = IDUT × RLOAD = 1.5mA × 1K? = 1.5V
| VIN (V) | VIIOS (V) | VCLAMPHI (V) | VCLAMPLO (V) | VDUT (V) | IDUT (mA) | VMOS (uA) |
| 5.5 | 2.5 | 2.5 | -2.5 | 1.487 | 1.498 | -13 |
| 5.5 | 2.5 | 2 | -2 | 1.487 | 1.498 | -13 |
| 5.5 | 2.5 | 1.5 | -1.5 | 1.393 | 1.441 | -107 |
预期的DUT电压为1.5V，箝位电压应比预期的DUT电压高0.5V。当箝位电压与DUT电压相同时，DUT电压开始降低（参见图表中的橙色行）。电压偏移的测量（VMOS） 增加超过 25mV。
总结
本应用笔记为用户提供了在线性区域操作PMU的指南。这很简单，有两个等式：
(VCLAMPLO + 0.5V) = VDUT = (VCLAMPHI – 0.5V)
To maintain linearity in FV mode:
(ICLAMPLO + 10% FSR) = IDUT = (ICLAMPHI – 10% FSR)
审核编辑：郭婷
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