DCDC性能测试

DCDC电气性能测试

DCDC的作用是实现从高电压转换到低电压的转换，且通常电流比较大，该类器件效率高但是外围器件数量多。
DCDC经常用于大电流的负载应用，根据负载变化的快慢，我们暂时分为负载变化很快，例如CPU和GPU核电压；负载变化不快，例如普通IO电压等。
*下图为DCDC典型应用：

需要进行DCDC的测试项：

对比测试芯片为TI 和国产拓尔，厂商非别是中国台湾、美国和国内厂商。

以下使用到示波器的场景，耦合方式为交流耦合、量程为20mV每格点、带宽设为20MHz，阻抗为1MΩ。

测试项目

（1）输入电压保持不变，测试不同负载情况下的电源纹波。
测试仪器：
DCDC测试模板、直流电源供电电源Agilent E3648A、可调电子负载GW PEL2020为测试负载和泰克示波器。
测试步骤：
1）直流电源设定为12V电源，接在DCDC测试模板的输入端；
注：12V电源为我们产品所使用的电压等级。
2）负载接电子负载的任一通道，选择静态测试，从0A逐渐增大到3A（从3A减小至0A）。
3）使用示波器观察电源纹波是否存在突变，并记录。
注：从零逐渐增大到3A是因为芯片控制模式为PWM和PFM/PSM，在两者切换时可能存在较大的纹波变化，故进行此项测试。

从0 A增加至3A：
TI产品：电源在以上状况时纹波变化为–从32mV增加至37.6mV；
国产拓尔：电源在以上状况时纹波变化为–从30mV增加至37.6mV；
从3A减小至0A：
TI产品：电源在以上状况时纹波变化为–从37.6mV减小至32mV；
国产拓尔：电源在以上状况时纹波变化为–从37.6mV减小至30mV；

（2）输出负载保持恒定，测试不同输入电压下的纹波。
测试仪器：
DCDC测试模板、直流电源供电电源Agilent E3648A、可调电子负载GW PEL2020为测试负载和泰克示波器。
测试步骤：
1）电子负载设为3A、1A两个档位，输入端接直流电源；
注：3A为满负载输出，1A为低负载情况。
2）负载为3A，将输入电源从10V逐渐调整至18V。
3）使用示波器观察电源纹波大小是否存在大的跳变，并记录结果。
注：此项测试是验证输入电压波动时的电源器件特性。

从10V增加至18V：
3A：
TI产品：电源在以上状况时纹波变化为–从36.8mV增加至46.4mV；
国产拓尔：电源在以上状况时纹波变化为–从37.6mV增加至48.8mV；
1A：
TI产品：电源在以上状况时纹波变化为–从32.8mV增加至42.4mV；
国产拓尔：电源在以上状况时纹波变化为–从32.8mV增加至44.8mV；

（3）输入电压恒定，设定大的负载变化，测试动态响应。
测试仪器：
DCDC测试模板、直流电源供电电源Agilent E3648A、可调电子负载GW PEL2020为测试负载和泰克示波器。
测试步骤：
1）将直流电源设定为12V电压，加到DCDC模板输入端；
注：12V电源为我们产品所使用的电压等级。
2）将电子负载设定在动态输入，具体的负载变化为0A和3A变化，斜率为3A/uS；可以改变不同的负载值以及不同的变化斜率。
3）使用示波器观察并记录纹波值。
注：0A到3A已经是最大变化值，3A/uS可以模拟大多数情况下变化。

12V输入，负载快速变化：
0-3A：
TI产品：电源在以上状况时纹波为-60mV；
国产拓尔：电源在以上状况时纹波为84mV；

（4）过压保护
测试仪器：
DCDC测试模板、直流电源供电电源Agilent E3648A、可调电子负载GW PEL2020为测试负载和泰克示波器。
测试步骤：
1)设定电子负载负载值为一定值（也可以输出悬空不接负载）。
2)调整输入电源，从小逐渐增大直到超过器件规格书里最大输入电压。
3)使用示波器观察输出波形，直到输入电压增大到一定值，输出波形消失的那个电压输入值，该值就为过压保护点对应的电压值。

国产拓尔：
该值在使用中与其他器件无实际对比意义，所以只是单独测试。测试结果在18.9V时过压保护（器件规格书为19.3V），过压保护解除电压为18.4V。

（5）过流保护
测试仪器：
DCDC测试模板、直流电源供电电源Agilent E3648A、可调电子负载GW PEL2020为测试负载和泰克示波器。
测试步骤：
1)设定直流电源为一定值。
2)调整输出负载电流大小，从小逐渐增大直到超过器件规格书里最大负载电流。
3)使用示波器观察输出波形，直到负载电流增大到一定值，输出波形消失的那个负载电流值，该值就为过流保护点的电流值。

国产拓尔：
该值在使用中与其他器件无实际对比意义，所以只是单独测试。测试结果在4.3A时保护（器件规格书为4A）。小于4.1A，过流保护解除。
注：此时测试存在的问题就是，当过流发生时到低是过流保护起作用还是过热保护起作用，就不得而知。因为过流常伴随着大的发热量，所以很难测定，仅仅作为参考。

（6）静电防护
测试仪器：
DCDC测试模板（带指示灯）、直流电源供电电源Agilent E3648A、泰克示波器。
测试场所：静电测试实验室。
测试步骤：
1)设定直流电源为一定值。
2)使用泰克示波器观察输出波形或者使用LED灯为负载观察输出情况。
3)使用静电测试枪正常对DCDC引脚放电，观察/示波器触发静电放电发生时的输出波形或观察LED灯是否闪烁。

注：示波器观察最为准确，但是静电测试有可能导致示波器损坏（示波器静电防护等级不高）。LED灯直观且实现方便，但是可能不准确，闪频高无法分辨。
只要能够达到器件规格书规定的电压值即可认为合格。

（7）其余测试
1）效率测试：
效率测试需要搭配具体项目测试，因为我们考虑到效率一般是与负载相关的，且负载变化情况对于求取效率也不好算，所以直接用电源功率计测试比较好。
2）温升测试：
温升与效率有关，也与器件在PCB板上的位置有关系，同时与机器结构有关系，所以是多方面考量的，因此使用再具体项目上时使用热成像仪测试就行。
3）器件封装：
器件封装为SOT23-6封装，该封装在JEDEC中为标准封装，但是需要测试尺寸是否为规范值，该测试是为了以后与同等封装产品做兼容。
4）绿色测试：
该芯片生产中使用的工艺是否导致器件中含有重金属元素铅，铅会污染环境且对人有害，一般这个都是厂商出具承认报告就行。
5）焊接测试：
焊接测试是温度、锡炉与工艺生产相关的测试，这块主要由产线来测试，观察是否生产正常以及生产可能出现的问题。

总结

综述，对于设计师，最为关心的参数是纹波的大小，对于CPU内核和DDR供电电压要求很严格，50mV大小；但是期间本身的设计导致负载瞬间变化时，纹波会变大，所以导致CPU、DDR工作异常，所以我们再切换时尤为需要注意这个特性。还有就是产能的问题，消费类电子在于短期内降低生产成本且需要快速的推向市场，所以需要注意需求供给。
注意：再就是器件本身是工作在实际产品上的，则实际上还需要做批量试产来验证在各种环境下的可靠性测试。