基于FPGA的高精密可程控電壓源的研究與設(shè)計.pdf

1、集成電路測試儀已成為測試技術(shù)必不可少的設(shè)備之一，一臺測試儀的好壞主要取決于其測量精度、速度和穩(wěn)定性能，目前國內(nèi)對測試儀速度方面的研究很多，但在測試精度上仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。測試儀的測量方法主要有施加電壓測量電流(FVMI)及施加電流測量電壓(FIMV)，因此需要電壓源或電流源提供精確的激勵和測試電壓或電流，然而電流源可在電壓源的基礎(chǔ)上改進而來，因此高精密電壓源的設(shè)計是集成電路測試儀的關(guān)鍵技術(shù)。
　　 本論文以集成電路測試儀中的

2、電壓源為對象，設(shè)計出一款輸出直流電壓范圍為±10V，精度可達(dá)到±5mV的高精密可程控電壓源，電壓源的輸出可根據(jù)系統(tǒng)輸入的數(shù)字量進行調(diào)節(jié)，數(shù)字調(diào)節(jié)分辨率為76.29μ V(1LSB)。該高精密電壓源單獨作為一個供電模塊，不僅適用于一般的集成電路測試儀，也適用于需要高精密直流電壓供電的其他應(yīng)用場合。
　　 高精密可程控電壓源在硬件設(shè)計上分為以下幾個模塊：電源模塊、按鍵與顯示模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、運算放大模塊、隔離模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊

3、以及FPGA主芯片模塊。FPGA選用Altera公司生產(chǎn)的CycloneⅡ系列芯片EP2C5Q208C8N。根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，其中主要模塊中的芯片應(yīng)具有低溫漂、低失調(diào)電壓的性能指標(biāo)。本文詳細(xì)介紹了各模塊的工作原理與電路設(shè)計，為了保證系統(tǒng)精度，硬件電路中的D/A及A/D芯片均使用高精度外部基準(zhǔn)源，并根據(jù)D/A的設(shè)計要求使用基準(zhǔn)緩沖電路；在運算放大電路端設(shè)置電子開關(guān)控制增益電路，根據(jù)不同的增益要求調(diào)節(jié)輸出電壓的范圍；在DAC轉(zhuǎn)換位數(shù)一定的

4、情況下，輸出電壓范圍越窄，分辨率越高。電壓源輸出端采用±10V限幅措施，以保護用于采樣電路的A/D芯片。
　　 軟件控制由FPGA實現(xiàn)，在QuartusⅡ設(shè)計平臺中用Verilog HDL語言進行設(shè)計。軟件部分也采用模塊化控制，包括分頻模塊、按鍵與顯示模塊、D/A和.A/D芯片的控制模塊及PID算法調(diào)理模塊，所有分模塊在頂層模塊中應(yīng)用原理圖方法綜合，并在下載進入調(diào)試板前均通過ModelSim6.5軟件進行波形仿真，仿真數(shù)據(jù)符合預(yù)