基于ARM的可编程数字源表研制

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数字源表是为半导体、计算机、汽车医疗行业等常规特性测试和生产测试应用而设计,常用于中低电平测试和实验室研发使用。其内置源-测功能能够提供精密电压、电流源的同时,又能够作为电压、电流、电阻表使用,极大地缩短测试、开发所需时间,同时降低购买成本。本课题的主要任务是研究和设计基于ARM(Advanced RISC Machine,英国Acorn公司研制的首款RISC微处理器)的小尺寸、高精度、高集成度的可编程数字源表,以满足实验室教学领域需求。本文首先对国内外数字源表的技术差距进行对比分析,并给出项目的拟定指标。其次对数字源表硬件、软件设计展开研究,重点介绍数字源表各模块的硬件电路设计和元器件选型、系统软件和用户界面的实现。然后分析源表数据误差和产生噪声的原因并提出软件校准方案,还介绍数字源表的多通道IC(Integrated Circuit,集成电路)直流参数测量功能在IC测量中的应用,最后对本项目进行总结不足和后续优化方案。具体硬件上以ARM Cortex-M4的STM32F407作为数字源表的核心,通过数模转换芯片AD5422实现电压源、电流源的输出;模数转换芯片LTC2440实现对电压、电流、电阻的测量功能,测量精度达到六位半。信号的测量经选通放大后由ADC(Analog-to-Digital Convert,模数转换器)进行采样,采用滑动均值滤波滤除采样干扰,最小二乘法校准采样数据;测量和输出数据在LCD上显示。本设计增加了集成电路的直流参数多通道测量功能,通过控制PMU(Parametric Measurement Unit,参数测量单元)芯片AD5522实现对待测器件施加电压测量电流(FVMI,Force Voltage Measure Current)和施加电流测量电压(FIMV,Force Current Measure Voltage)功能。实验数据表明:电压源、电流源输出精度在0-10V,0-20m A范围内达到五位,误差在0.02%以内。电压、电流、电阻的测量功能,测量精度达到六位半,其中电压测量误差小于0.005%。设计符合精度、稳定、低成本高集成度的需求,适合在电子信息类本科教学实验中广泛使用。
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