LDO类IC基准项测试及熔丝修调方法探讨

2015-10-29吴熙文

电子与封装 2015年12期

关键词：基准值稳压器熔丝

吴熙文

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡 214035）

LDO类IC基准项测试及熔丝修调方法探讨

吴熙文

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡 214035）

LDO类IC（低压差线性稳压器）作为新一代集成电路稳压器，以其低噪声、高电源抑制比、低成本、高效率等特性，目前正广泛应用于各种供电系统中。输出电压（基准值）作为低压差线性稳压器最重要的参数是测试过程中最为重要也是最为关注的一项。在CP测试时，一旦输出电压因各种原因出现了偏差，将造成难以挽回的后果。探讨了提高LDO类IC基准值测试精度的一些方法。

低压差线性稳压器；基准值；CP测试；测试精度

1　引言

片地）、VIN（芯片输入端）和VOUT（芯片输出端），其工作外围也非常简单，即在芯片输入端和输出端分别对地加一个小电容即可（如图1所示的CIN和COUT）。这两个电容起到退耦降噪的作用，可以减小输入和输出端的纹波，保证输出端稳定。由于电容的ESR对输出纹波有很大的影响，为减小这一影响带来的测试误差，在选用电容时，最好根据客户提供的测试手册要求选用合适ESR值的电容。一般来说，未在内部添加零点的典型LDO所选ESR的范围在100 mΩ～5 Ω，最好采用钽电容；在IC内部已有补偿零点的LDO所选的ESR应尽量小，最好采用贴片或者陶瓷电容；铝电解电容的ESR随温度变化较大，所以一般不推荐使用。另外，在设计PCB板时，电容应尽量靠近芯片，避免因为长走线产生的容性、感性以及电容能力的衰减等对芯片输出端的影响，

在测试LDO类IC的基准值时，测试人员经常会遇到测试值不稳定、有偏差、线性度差以及烧丝效率低、误烧等一系列问题，这些问题一旦不能及时发现将造成巨大的损失。采用合适的外围元器件、合理的PCB布线以及恰当的程序编写方法有助于减少甚至消除上述问题带来的损失。

2　基准初始值的测试

2.1LDO类IC电容的选取

LDO类IC通常只有3个引脚，分别为GND（芯防止误测或测试不稳的现象出现。

图1　LDO类IC常见原理图（VIN为输入端，VOUT为输出端，VSS为芯片地）

2.2LDO类IC输出端的布线

LDO类IC输出基准值的测试方法通常为：在芯片输入端施加一个工作电压，以提供输出端所需能量和芯片损耗（通常很小），并在芯片输出端接适当阻值的电阻作为负载或使用测试机拉载（本文中均讨论采用测试机拉载的情况），测试输出端的电压值。在理想情况下，从测试机读取的输出端的电压值即为芯片的输出基准值，但是考虑到探针与芯片之间的接触电阻以及从测试机测量源到探卡之间引线电阻的存在，从测试机读取的输出电压值与芯片的实际基准值之间存在偏差［1］。如果需要测试较大拉载（几十甚至几百毫安输出电流）时的输出电压，如测试芯片输出电压的线性度时，该偏差可能达到几十甚至几百毫伏，这对于测试的精度是极为不利的。为了避免因各种阻抗引起的输出基准测量误差，在设计探卡布线时可采用开尔文四线连接法，如图2所示。开尔文四线连接法的优点是可以消除引线和探针上的小电阻对测试的影响，具体连接方法为：从输入端、输出端以及芯片地的PAD上分别引出两根探针作为激励线（FORCE端）和检测线（SENSE端），激励线上连接电容等外围元器件最后连接到测试机测量源的FORCE端给芯片施加相应的电压或电流，检测线直接连接到测试机测量源的SENSE端，用以测量所需参数。因为测试机测量源的SENSE端阻抗非常高，通常在兆欧级别以上，所以检测线上通过的电流几乎为零，即芯片输出端和测试机测量源之间因外围各种阻抗引起的电势降几乎为零，可以忽略不计，也就是说从测试机读取的电压值即为芯片实际输出电压基准值。

图2　开尔文四线连接法（图中OVC_A2S、PVC_A1S为测试机测量源的SENSE端，OVC_A2F、PVC_A1F为测试机测量源的FORCE端）

3　熔丝的修调

在测得芯片输出基准值（初始值）以后，通常需要根据该基准值对芯片进行烧熔丝修调，使得芯片的输出基准电压尽量靠近目标值。

3.1两种烧熔丝方案

烧熔丝的过程为：给熔丝两端施加一定的电势差，让熔丝内部通过一个较大电流并产生瞬间高温熔断熔丝。电势差的来源有两种，一种为测试机直接提供，另一种为充电后的大电容两端压差，原理图见图3、图4。采用测试机供能烧熔丝的修调过程为，PVC_H1通道提供高电势，闭合K0继电器以及所需熔断熔丝的继电器（以a1、b1之间的熔丝为例，需闭合K0和K1），熔丝两端形成电势差将熔丝熔断。采用电容供能烧熔丝的修调过程为，PVC_H1通道首先给电容充电，等待一定时间后，闭合K0继电器，电容的两端连接到熔丝的两端，再闭合所需熔断熔丝的继电器，电容放电将熔丝熔断。两种方案各有优缺点，采用测试机供能烧熔丝的优点为可以较为方便地控制输出电流的钳位值，防止因瞬间电流过大烧坏芯片；而缺点为测试机放电能力较弱，并且上电过程不是瞬间上电，电压值的逐渐上升可能引起熔丝熔断不彻底，导致熔丝后的基准值出现偏差，这种方案适用于熔丝电阻较小（一般为金属熔丝，阻值在10 Ω左右）的情况。采用电容供能烧熔丝的优点为瞬间上电，不存在电压值逐步上升的过程；缺点为可能存在的瞬间高电流烧坏芯片，这种方案适用于熔丝电阻较大（一般为多晶硅熔丝，阻值在几百欧姆左右）的情况。需要注意的一点是，在采用测试机供能烧熔丝时，最好将芯片其他管脚与测试机的源断开以防止熔丝修调对芯片本身的影响；而采用电容供能烧熔丝则不需要断开，因为电容地与芯片地是相互隔离、互不影响的。

图3　测试机直接供能烧熔丝

图4　开关继电器给电容充电再用电容供能烧熔丝

3.2熔丝修调程序的编写

通常情况下，每一段熔丝熔断后基准值的变化为一定值，因此我们可以根据熔断不同熔丝段的基准变化值列出一张熔丝表，如表1所示。根据测得的初始值由查表法即可得出所需熔断的熔丝段。如测得的初始值为0.602 V，查表得所需熔断的熔丝为F2-F3之间，熔丝熔断后基准值会变化10.31 mV，最终的基准值变为0.592 V。查表法的优点在于简单直观，通过改变熔丝初始值所在区间对应的熔丝段，我们可以很方便地对熔丝后的基准值进行微调，使之更接近目标值；缺点在于，在熔丝较多的情况下，需要很多的判断语句来判断初始值所在的区间，相对比较繁琐，并且如果不同批次之间同一段熔丝所修正的值存在微小波动或者同一段熔丝所修正的值与初始值成比例关系，则在不同批次之间需要不断修改熔丝表，存在质量隐患。

表1　某LDO产品的熔丝表

如果同一段熔丝所修正的值与初始值成比例关系，如表2所示，我们可以采用计算差值法进行烧熔丝。可以注意到最小一段熔丝的变化值为初始值的1/75，其他几段熔丝的变化值分别为初始值的2/75、4/75、8/75和16/75。如果将表2左侧的0、1（也就是熔丝的熔断情况）按照权值排列起来，组成一个二进制数，即为目标值与初始值差值对最小熔丝变化值的倍数。如表2中第5行，5段熔丝按照权值排列为00011，也就是十进制的3，即为表中右侧Vout实际变化值对最小熔丝变化值的倍数。

表2　同一段熔丝所修正的值与初始值成比例关系

具体计算方法如下：

CODE［0］=（75×（ Vtarget-VOUT_BE［0］））/VOUT_BE［0］；

/*计算熔丝变化值对最小一段熔丝分辨率的倍数，也就是表2中（Vo/75）后所乘的系数*/

if（CODE［0］＜0||CODE［0］＞36）｛CODE［0］=0；｝

//排除不需要修调的情况，即初始值大于目标值或初始值过小

if（（VOUT_BE［0］＞2.980）&&（VOUT_BE［0］＜3.030））｛CODE［0］=0；｝

//排除不需要修调的情况，即初始值在目标值范围内

k1=（int）（CODE［0］）； //将倍数取整

f11［0］=k1&0x01；

f12［0］=k1&0x02；

f13［0］=k1&0x04；

f11［0］～f15［0］

f14［0］=k1&0x08；

/*将倍数改为二进制，对应表2中左侧每一段熔丝的熔断情况，并将每一位的值分别保存在这5个数组中*/

f15［0］=k1&0x16；

if（f11［0］＞0）｛Tde［0］=1；｝ /*判断每一段熔丝是否需要熔断*/

if（f12［0］＞1）｛Tcd［0］=1；｝

if（f13［0］＞3）｛Tbc［0］=1；｝

if（f14［0］＞7）｛Tab［0］=1；｝

if（f15［0］＞15）｛Tva［0］=1；｝

｝

这种算法在修调熔丝变化值与初始值成正比关系的情况下能够省去查表法中大量的判断语句，降低出错率，可维护性好，并且只需改变Vtarget的值即可修改熔丝目标值，方便版本之间的切换。

4　总结

LDO类IC测试方案和测试外围虽然简单，测试过程中可能遇到的问题却非常多。本文中提及的电容选取、PCB板的开尔文四线法布线以及熔丝修调时采用的差值计算法等可以在很大程度上提高测试精度、简化测试程序并提高测试效率。在测试过程中还有许多本文没有提及到的注意事项和测试方法（如在输出端适用放大器，将基准电压放大一定倍数后测量也可有效减小外围阻抗的影响等），有待在今后的工作中慢慢发掘和继续探索。

［1］曹会宾.低压差线性稳压器（LDO）浅谈［EB/OL］. http：// m.eet-cn.com/ART_8800426160_628868_TA_10084d80. HTM［2006-7-25］.

The Exploration of LDO Class IC Output Voltage Test and Fuse Trimming Method

WU Xiwen
（China Electronics Technology Group Corporation No.58 Research Institute， Wuxi 214035， China）

Low dropout regulator（LDO） is widely used in various of power supply systems for its feathers like low noise， high PSRR， low cost and high efficiency. The output voltage is the most important parameter of the test. The deviation of the output voltage during the test may cause irreparable consequences. The paper discusses about some ways of improving the precision of output voltage of low dropout regulator.

low dropout regulator； reference； wafer test； precision