LoadSlammer 数字集成电路（IC）瞬态负载测试方案

数字集成电路（IC）在能力和应用方面继续快速增长。这种改进很大程度上归功于新的加工技术，包括更小的特征尺寸、更大的晶体管数量和更大的芯片尺寸。随着这些趋势的出现，电源电流和电流阶跃负载也随之增加，同时电压降低，调节容差更为严格。
在本文中，使用一个额定为500-a峰值电流的Pro 1000RS slammer进行了一系列测试，包括在稳压器输出端精确测量电压的远程传感能力（被测设备或DUT是一个从12-V输入端操作的多相稳压器）。使用图1所示的测试设置，将按照以下规范测试DUT：
•标称0.90 Vdc（最小0.70 V，最大1.10 V）
•最大电流255 A
•最大步长175 A，偏移80 A。

Fig. 1. LoadSlammer Pro1000RS connected to DUT.

不同数字IC制造商的测试条件或变量的特异性水平和数量可能会有很大差异。
添加和执行测试
LoadSlammer测试工具将AFE（模拟前端）与刺激和测量功能集成在一起。只需将LoadSlammer USB接口连接到您的PC。然后，您就可以通过图形用户界面（GUI）控制LoadSramer。
使用该软件，测试可以单独执行，也可以组合成一个自动化的测试序列。测试选项包括瞬态测试、阻抗、延迟、脉冲串和带定时器的直流负载。

瞬态试验

对于大多数开关稳压器，在线路和负载调节特性化之后，下一个性能测试通常是简单的阶跃负载测试。略微稳定的调节器（相位裕度较差的调节器）在阶跃变化期间通常会显示振铃和超调，输出滤波器和解耦解决方案也不充分。图2显示了LoadSlammer执行阶跃负载测试的配置。

Fig. 2. LoadSlammer settings for a step-load test on the DUT.

在图2中，偏移量是用于测试的最小电流。振幅是加载步长的大小，并添加到偏移。打开时间是编程脉冲宽度。除非重复，否则每个测试都会进行单个脉冲和捕获。在多次捕获之间使用最小关闭时间，以减少砰击MOSFET中的损耗。边缘时间是当前步骤的上升时间。最后，捕获的数量允许每个测试最多捕获1000个捕获。
在图3中，测量结果显示在顶部的电压图中，显示VDroop和VLiftOff线作为参考，以及编程的延迟时间和电流脉冲。VDroop和VLiftOff可能会因VR输出纹波以及PWM周期中出现该步进的位置而异。多次捕获将有助于找到最小值和最大值，
选择设置后，在DUT通电的情况下，点击Run（运行）按钮启动测试。完成后，选择Results选项卡以查看如图3所示的屏幕。

Fig. 3. Test results for the step-load test on the DUT.

在图3中，电压显示中的绿线显示输出电压，包括负载阶跃期间的最小值和负载释放期间的最大值。红色电流波形叠加在编程波形上。测试配置列表显示在左侧框中，其中包含该运行的测试设置、时间和日期戳，并有一个复选框选择要在右侧部分中显示的测试。
单个捕获列在右侧，可以根据顶部的列进行排序。右键单击任何捕获都会打开一个选项，以导出到CSV文件。
可以通过左键双击所需捕获打开波形缩放窗口。缩放是通过将光标放在图形图例的数字区域并上下滚动鼠标来完成的（图4和5）。

Fig. 4. Transient waveform measurement, partially zoomed in.

Fig. 5. Zooming-in on waveforms from the step-load measurements in Fig. 4.

当鼠标光标移动到图形区域时，测量光标会自动显示。除这些选项外，振幅和边缘时间都可以扫描。选中其中一个上的“扫描”框将打开扫描范围和扫描点数的菜单。
从图5中的波形可以观察和测量下垂和升力的形状。
1000RS开关在正转换率方面有实际限制，正转换率取决于输入电压和连接器/PCB电感。对于0.90-V调节器示例，边缘速率在大约200 A/µs后下降。对于上述175-a步长和1-µs边缘时间（175 a/µs）的示例，这不是问题。然而，如果需要更快的回转速度，可以并联两个或三个砰击器，以降低总电感。负转换速率不受连接器阻抗的影响。

脉冲序列

脉冲串测试是对固定偏移量和阶跃幅度的瞬态测试的自动扫描，但要在一系列频率和占空比上进行。这可用于确定电压调节器响应中是否存在薄弱区域。除偏移、振幅和捕获外，以下参数也可以调整：
•频率可以选择为固定值或扫描范围（复选框）。扫描可以是线性的或对数的，并且可以指定点数。
•工作循环可以类似地指定为固定或扫掠。通过这种方式，可以扫描频率或占空比，也可以同时扫描两者。
•打开时间指定每组参数的测试/停留时间。
测试运行时，“结果”选项卡将显示进度。如果粒度需要多个点，则总捕获数通常为数百或数千。对如此多的捕获进行审查将是不必要的繁琐。

幸运的是，有两个有用的选项可以帮助分析。如前所述，其中一个选项是导出到CSV文件，在该文件中可以操作和显示数据。第二个强大的选项是3D图形，通过单击带有三个箭头的符号可以访问该图形（图6）。

Fig. 6. The results of pulse train testing may be displayed in the form of a 3D graph.

3D图形显示电压（在垂直轴上）与占空比和频率（水平轴）的比较。使用鼠标，图形可以向任何方向旋转并放大或缩小。这将快速显示问题区域所在的位置。
图形右侧是窗口边缘的一个小箭头，用于访问两个选项卡。“视图”选项卡允许快速缩放以及水平和垂直偏移。
数据选项卡允许选择要显示的数据，VDroop或VLiftOff。提供了一个附加选项，用于显示每个脉冲序列平均值、最小值或最大值的数据。
参考我们的评估委员会，图7和8包含VDroop和VLiftOff的3D绘图。

Fig. 7. 3D plots of VDroop minimum with an 80-A offset and a 175-A amplitude.

Fig 8. 3D plots of VLiftOff maximum with an 80-A offset and a 175-A amplitude.

观察上述两个图，我们发现最大的异常发生在高频。一个好的后续措施是缩小频率范围，例如将其限制在100 kHz及以上。同时，在频率和占空比中选取更多测试点可能会揭示更多细节。接近标称500 kHz开关频率可能是一个因素，但可能会指出输出滤波器谐振或其他原因。
在某些情况下，使用单一频率和占空比的脉冲序列测试子集可能会有好处。由于瞬态测试仅为单个脉冲，因此一系列脉冲可能会揭示更多有关调节器操作的信息。图9中再次显示了评估板的测量结果，这一次是以5-kHz速率（D=10%）使用20µs脉冲串。

Fig. 9. Results of pulse train testing with a pulse train featuring a single pulse frequency and duty cycle.

注意，与用单脉冲波形获得的结果相比，电压波谷有相当大的倾斜，同时还有扩展的升力过冲。这可能不是性能问题，但可能是一个有用的观察结果。
LoadSlammer 瞬态负载测试工具可确保数据完整性和低功耗。该工具通过一个开发套件提供电源测试，并提供OCP重试和热测试。测试工具具有经过验证的连接器系统，可快速评估多块板。该测试工具用于DC-DC电源，系统和CPU / GPU / FPGA / ASIC / ASSP等应用。