ATE - Force模式和Meas模式
在ATE（自动测试设备）中，VI源（电压/电流源）的不同输出模式用于满足多样化的测试需求。
Force模式：
| 模式 | 核心功能 | 输出能力 | 精度级别 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| PMU | 精密源/测量一体化 | 中压（0~ 100V）、中流（μA~A） | 极高（nA/μV级） | 芯片参数测试、低功耗器件分析 |
| HCU | 大电流输出 | 高压（0~ 10V）、高流（1A~100A） | 中等（mA级） | 功率器件、电池测试 |
| HRU | 高电阻测量 | 高压（100V~ 1kV）、微流（pA~μA） | 高（pA级） | 绝缘材料、高阻抗元件测试 |
1. MODE_PMU（参数测量单元）
- 含义：PMU（Parametric Measurement Unit）是一种数字闭环系统，环路参数可调，可同时提供电压/电流激励并测量响应，用于高精度直流参数测量，支持四线开尔文连接以消除导线电阻误差。。
- 特点：
- 四象限工作：每通道输出全四象限电压或电流，每通道同时测量电压和电流。既能输出功率（如给DUT供电），也能吸收功率（如测试电池放电）。
- 高精度：电压分辨率可达μV级，电流分辨率达nA级，适合测量微小信号（如芯片漏电流）。
- 恒压/恒流切换：根据负载自动切换工作模式，避免过载。
- 模式切换：PMU, HRU, HCU三种模式之间互斥，不会同时工作， 支持可编程的钳位保护（如电流钳制防止过流损坏DUT）。
- 应用场景：半导体器件的I-V曲线测试、传感器校准、低功耗芯片的静态电流（IDDQ）测试。
2. MODE_HCU（大电流测量单元）
- 含义：HCU（Floating High Current Unit）专门用于输出大电流（通常≥1A），但精度低于PMU。
- 特点：
- 工作状态： 数字闭环系统，环路参数可调，每通道输出全四象限电压或电流，HCU资源使用必须配合DVM资源
- 高电流输出：可提供几安培到数十安培的电流（如测试功率MOSFET的导通电阻）。
- 低电压限制：通常输出电压≤10V，以避免过大功率损耗（P=I²R）。
- 应用场景：功率器件测试、电池充放电循环测试、电机驱动电路验证。
3. MODE_HRU（高分辨率电压单元）
- 含义：HRU（High Resolution Voltage Awg Unit）用于测量高阻抗元件或绝缘材料的电阻（通常≥1MΩ）。
- 特点：
- 工作状态：模拟闭环系统，环路参数不可调， 输出模拟滤波器可调。支持电压输出，不支持电流输出，不支持电压和电流箝位
- 高电压激励：施加较高电压（如100V~1kV）以产生可测量的微小电流。
- 皮安表测量：采用恒压源配合皮安表测量漏电流，计算高阻值（如R = V/I）。
- 屏蔽设计：需屏蔽外部电磁干扰，防止测量误差。
- 应用场景：绝缘材料测试、高阻值电阻器验证、PCB漏电流检测。
Meas模式
| 模式 | 核心功能 | 输出能力 | 精度级别 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| PMU | 精密源/测量一体化 | 中压（0~ 100V）、中流（μA~A） | 极高（nA/μV级） | 芯片参数测试、低功耗器件分析 |
| HCU | 大电流输出 | 高压（0~ 10V）、高流（1A~100A） | 中等（mA级） | 功率器件、电池测试 |
| DVM | 基础电参数测量 | - | 中低（mV/mA级） | 快速巡检、故障排查 |
| TMU | 时间/频率测量 | - | 极高（ps级） | 时序验证、通信协议测试 |
1. MEAS_PMU
见Force的MODE_PMU模式。
2. MEAS_HCU
见Force的MODE_HCU模式。
3. MEAS_DVM（浮动差分电压表)
- 含义：DVM（Floating Differential Voltmeter）提供基础的电压、电流测量功能，类似普通万用表，精度低于PMU但适用范围广。
- 特点：
- 多用途：支持两线制测量，无需开尔文连接，支持电压、电流测试功能。
- 中等精度：分辨率通常为3½~6½位（如±0.01%读数精度）。
- 快速测量：响应速度快，适合快速巡检或粗测。
- 应用场景：电路板通断测试、电源输出验证、元器件基本参数确认。
4. MEAS_TMU（时间测量单元）
- 含义：TMU（Time Measurement Unit）专注于测量时间相关参数，而非直接的电压/电流。
- 特点：
- 高精度计时：基于高精度时钟（如100MHz）和时间数字转换（TDC）技术，分辨率可达皮秒级（1ps = 10⁻¹²秒）。
- 频率/周期测量：支持频率计数、占空比分析、上升/下降时间测量。
- 触发功能：可设置边沿触发或电平触发，同步多通道测量。
- 应用场景：时钟信号验证（如晶振频率稳定性）、通信协议时序测试（如SPI/I2C）、传感器响应时间评估。
附录
在ATE（自动测试设备）中，**电流钳制（Current Clamping）**是一项至关重要的保护机制，用于防止过流损坏被测器件（DUT）。
1. 电流钳制的基本概念
电流钳制是一种动态限制电路电流的保护技术，当检测到电流超过预设阈值时，系统会自动调整输出，确保通过DUT的电流不超过安全范围。其核心目标是：
- 保护DUT：避免因过大电流导致器件烧毁、击穿或永久性损坏。
- 保证测试安全：防止测试过程中因短路、操作失误等原因引发的安全事故。
- 维持测量精度：在安全范围内保持对电压/电流的精密控制。
2. 为什么需要电流钳制？
2.1 DUT的脆弱性
- 半导体器件（如IC、MOSFET、传感器）对电流过载极为敏感。例如：
- 芯片的栅极氧化层可能被过流击穿（典型击穿电流仅为mA级别）。
- 传感器的精密电路可能因过热导致零点漂移或永久性损坏。
- 低功耗器件（如IoT芯片）的工作电流通常在μA~mA级别，过大电流会直接烧毁电路。
2.2 测试过程中的风险
- 短路风险：测试夹具或线缆故障可能导致DUT短路，引发瞬间大电流。
- 误操作：测试程序配置错误（如电压设置过高）可能导致电流失控。
- 动态负载变化：某些DUT（如电机、LED）在启动或状态切换时可能产生浪涌电流。
3. 电流钳制的工作原理
PMU通过闭环反馈控制实现电流钳制：
- 电流监测：实时测量通过DUT的电流（通常使用高精度分流电阻或霍尔传感器）。
- 比较阈值：将实测电流与预设的钳制阈值（Clamp Limit）进行比较。
- 动态调整：
- 若电流超过阈值，系统自动降低输出电压（恒流模式），确保电流稳定在阈值内。
- 若电流低于阈值，系统恢复正常的电压/电流输出（恒压模式）。
恒压模式 vs 恒流模式
- 恒压模式：输出固定电压，电流由DUT阻抗决定（I = V/R）。
- 恒流模式：输出固定电流，电压由DUT阻抗决定（V = I×R）。
电流钳制本质上是在恒压模式和恒流模式之间自动切换，确保安全。
4. 电流钳制的实现方案
4.1 硬件实现
- 硬件限流器：
- 使用功率MOSFET或BJT作为电流控制元件，通过反馈电路调节其导通程度。
- 例如：在输出回路中串联一个检测电阻，通过运算放大器比较电压降与参考电压，控制MOSFET的栅极电压。
4.2 软件实现
- 可编程阈值：
- 通过软件设置电流钳制阈值（如1mA、10mA等），支持动态调整以适应不同DUT。
- 实时监控与报警：
- 软件持续监控电流数据，超过阈值时触发报警并停止测试。
- 软启动/缓变控制：
- 避免电压/电流阶跃变化，通过斜坡函数缓慢增加输出，减少浪涌冲击。