При создании станций тестирования, содержащих микроконтроллер, вы часто встречаетесь с напряжениями, используемыми при тестах, которые превышают максимально допустимый уровень входного напряжения микроконтроллера. Например, если микроконтроллер работает от источника питания 5 В, значит и максимальное напряжение входного сигнала должно составлять 5 В. Если напряжения тестов превышают 5 В, вы можете попробовать уменьшить напряжение с помощью делителя напряжения. В то же время, делитель напряжения может влиять на DUT (тестируемое устройство).
Таким образом, цепь согласования должна иметь большое входное сопротивление. Кроме того, выходной сигнал цепи согласования должен соответствовать логическим уровням микроконтроллера при различных изменениях измеряемого сигнала. Это позволяет использовать обычные линии ввода-вывода микроконтроллера, а не каналы АЦП. Инженеры частот используют неинвертирующей операционный усилитель для передачи сигнала по линии. В то же время, большинство операционных усилителей имеют диапазон дифференциального входного напряжения, равный напряжению их питания. Таким образом, вам нужен еще один источник питания с повышенным напряжением и несколько дополнительных резисторов для уменьшения выходного напряжения операционного усилителя до уровня обрабатываемого микроконтроллером. Более того, выходное напряжение будет меняться при изменении входного, таким образом, вам понадобится выполнять аналого-цифровое преобразование в микроконтроллере.
Более приемлемым решением является использование маломощного MOSFET транзистора в конфигурации повторителя напряжения (рис.1). Для этой цели вы можете использовать BS107A компании On Semiconductor. Вы можете представить переход затвор-исток MOSFET транзистора, как конденсатор номиналом приблизительно 60 пФ. Для разряда этой емкости при отсутствии DUT, подключите резистор номиналом приблизительно 1 МОм между затвором и землей. Кроме того, входное напряжение должно быть больше, чем напряжение отсечки MOSFET транзистора, VTHR, составляющее 3 В, но меньше чем максимальное напряжение затвор-исток, VGS, составляющее 20 В.
В приведенном примере, выходное напряжение никогда не превысит напряжение источника питания, а изменение входного напряжения не оказывает влияния на выходной сигнал, до тех пор пока транзистор работает в области насыщения. Недостатком данного подхода является равенство количества используемых транзисторов количеству точек тестирования DUT.
Другим хорошим решением является применение любых сдвоенных или счетверенных компараторов. Вы можете использовать LM393 компании National Semiconductor по причине его дешевизны и распространенности. На рис.2 приведена простая схема, содержащая минимум компонентов. Напряжение источника питания 5 В служит положительным пороговым напряжением. Напряжение выхода будет равно 5 В для входных сигналов меньших этого уровня. Когда входное напряжение превысит порог 5 В, выходное напряжение упадет до 0 В. Резистор R1 подключает выход с открытым коллектором LM393 к источнику питания.
Иногда, нулевой выходной сигнал неприемлем. Пропадание питающего напряжения, непропаянный контакт или оборванные провода в тестовом устройстве могут вызвать нулевой выходной сигнал. Используйте высокий логический уровень, когда сигналы во время теста есть, и низкий логический уровень – когда его нет. На первый взгляд, достаточно просто поменять местами входные выводы компаратора и заданное пороговое напряжение обеспечит требуемый результат. Тем не менее, данное допущение ошибочно, так как положительное входное напряжение может превысить величину напряжения питания, только если другое напряжение останется в пределах допустимого синфазного напряжения. Верхний порог допустимого входного синфазного сигнала для LM393 на 1.5 В меньше напряжения питания или 3.5 В. Таким образом вам необходимо использовать делитель напряжения, состоящий из R2 и R3 для задания порогового уровня (рис.3).
