LED驱动器测试的挑战

1 简介

随着创新人士发现LED照明高效光源越来越多的用途，LED照明的应用范围正在日益扩大。此类照明产品具有光转换效率高、热量低、尺寸小，以及可靠性高等特点，因此吸引了人们的眼光。现在LED照明的应用已经包括了汽车内外照明、手机照相闪光、户内外照明、LCD背光、闪光灯、信号牌等等。

LED驱动器用在各种各样的应用中，是优化LED功能和效率的一个关键技术。其中，背光驱动器专用于驱动多排LED，使其达到相同的工作条件，从而确保整个显示区域光强一致；数字显示驱动器则用于管理众多独立的LED, 它优化输出匹配和快速开关变化，使色彩均匀,滚动平滑。有一些驱动器还集成了升压稳压器以及错误监控功能模块。

由于LED的正向电压V（forward）是随电流值以及温度变化的，LED驱动器通常是一组恒流源。在很多应用中，光强一致性是至关紧要的，所以LED驱动器需要在不同通道上都能提供精确的输出电流匹配。在一些案例中，交流或动态指标（通道之间的匹配）对最终应用也是很重要的。

每个驱动器类型都有自己独特的功能，同时也就带来独特的测试挑战。在以下的应用案例中，为了解决该产品带来的测试挑战，一个合适的测试系统需要能提供可扩展的测试站数目、精密的电流测量精度，以及准确的时间测量能力。

2 应用案例：LED面板驱动器

本示例产品在VDD 3.3V到5.0V范围内工作，是一个带有独立开关控制的16通道驱动器，如图1所示。开启电流是由REXT管脚上的电阻确定的，通常被设为15mA。一个堆叠移位寄存器和同步的LATCH信号可以提供实时输出控制，而ENABLE脚可以同时关断所有输出信号。

该应用是在泰瑞达公司的ETS产品线上开发运行的。ETS测试设备具有浮动的模拟资源，提供基于向量（pattern-based）的混合信号测试能力。接口硬件是基于一个单站应用的模块开发的，并且被复制到了4个测试站上。这种方法简化了接口板的设计，并能保证各个测试站上的结果互相吻合。有的客户喜欢低成本的线缆接驳方案。如果设计得当，这种线缆接驳的方式还能同时连接多台机械手。

以上测试项目列表包括了一些LED驱动器常见的测试项目。以下我们将分析两个测试项，来强调一些达到高质量低成本测试的重要考虑。这两个项目是：输出电流匹配测试和交流输出时间测试。

（1）输出电流匹配测试

如前面提到的，LED驱动器一个关键指标是通道之间输出电流的匹配情况。当在生产验证以及修整（trimming）被使用到时，测量工具（测试系统）的精确度会直接影响到交付到终端用户手中的产品质量水平。本测试项就是测量每个芯片输出通道的电流。16个测量值的平均数会逐个和每个通道的值进行比较。在产品的说明书中该指标为偏差在±1.5%内。

本芯片的标定输出电流为14mA，意味着输出电流匹配值应该在±210μA之内。为了减小保护带（Guardband）以及随后的良率下降，我们通常期望测试系统能够提供比测试要求至少高10倍的精度。在本例中，理想的测试系统测量精度需要高于 ±21μA。

芯片输出电流典型值：14mA

数据手册中通道匹配限定：±1.5% （本例中为 ±210μA）

需要的测量精度：±21μA。

输出电流匹配测量方法如下：

1）方法之一，为了精确测量一个输出和下一个输出之间的差别，我们可以只使用一个测量通道，在测试完一个输出后移至下一个输出，串行完成测试。由于偏移量（offset）和其他系统误差在测试每个输出时都是一样的，并且这部分误差占了总误差的很大一部分，所以这个办法可以减小总的测量误差。假设测试工具有足够好的线性度和很低的测量噪声，那么一个12位或者更高精度的测量通道就足够完成这个测试了。可惜的是，由于有大量的匹配测试，串行测试方法会大大增加测试时间，从而严重影响测试成本。

2）另一个方法是使用相互独立的测试通道同时并行测试所有的输出信号。这种方法要求测试通道有足够好的测试精度指标。许多测试系统的电流测试精度指标都无法达到要求（>.1%读数），使得这种方式无法实施。但是，泰瑞达的ETS-88测试系统提供了12个通道的电压电流源（APU-12），它的精度指标可以直接满足本案例中的测试需求。这个资源可以在多测试站中快速并行测试，表现出色而且测试花费时间很短。

基于以上分析，APU-12具有足够的精度来测量芯片各输出通道电流的匹配度。如果需要更高的精度，可以通过补偿测试插座造成的偏差从而进一步减小测量误差。像APU-12这样在多通道测试资源板上有如此高的精度在业界是值得注意的，用于LED面板驱动器这样的测试，能够节省大量的测试时间并且帮助降低测试成本。

（2）交流输出时间测试

交流输出测试是指传输延时测试，用来测量从有效时钟信号开始到输出管脚状态改变之间的延迟时间。此传输延时通常是小于30nS的。为了减少测试机配置的数字通道从而降低测试成本，此应用使用了基于向量（pattern-based）的多路控制来测量各输出通道的传输延时。这极大地减少了测试需要的DPIN（数字）通道数量。

图3是16通道LED驱动器交流测试框图。DPIN通道（数字控制）提供了内置访问系统时间测量单元（QTMU）。负载切换部分允许芯片各输出脚在APU-12通道（用于直流测试）和各自的用于交流测试的上拉电阻之间切换。1:16 多路控制器输出经过缓冲，以防止寄生电容对芯片输出通道时间特性的不利影响。

该测试中，我们利用了芯片内置的移位寄存器。我们首先给移位寄存器置零，然后给移位寄存器施加单个逻辑1脉冲。使得每一输出通道随着移位寄存器的位移动而打开一个时钟周期。1:16 输出多路控制器通过向量控制在恰当的时候把芯片各输出通道连到DPIN/QTMU，于是所有16个边沿变化能够被逐个快速地测量。QTMU有30pS的分辩率，大于150MHz带宽并且能够快速连续测量（最高5 Ms/s）, 在很短的测试时间（pattern

QTMU具有出色的线性度和相对精度，可用来测量高分辨率的传输延时。由于QTMU的绝对精度是 ±2nS （总共4nS ），技术上达不到10倍的标准。但是, 保护带（Guard band）的微小偏差和没有任何进一步的测量偏差补偿有时也可以被合理接受。对这个应用来说，其硬件包含了一个旁路通道, 通过缓冲通路来测量延时。使用这项技术可大大地去除偏差且达到优于1nS的精度。采用整个快速序列化传输延时测量的方法能最大化测试站点数，降低测试机的配置成本，同时提供出色的测量速度和精度。

测试时间分析：

此应用运行4个测试站点，每个站点皆包含385个测试数据显示，总测试时间约450mS，约96.2%的并行测试效率。平均每个测试项目约1.17mS且保持极佳的重复性，这在此类型芯片的测试中具有极大的竞争力。

3 结论

LED驱动器在LED照明场所扮演着极其重要的角色，而且从制造业来看，该需求不断增长。这类芯片也对测试设备在出色的测量精度和测试速度方面提出了一定的测试挑战。此文档提供的数据演示了某些重要的测量如何使用泰瑞达ETS-88测试系统来实现，有利于大批量的生产测试，降低测试成本是整个生产测试成功的关键。

作者简介

Jack Weimer是泰瑞达的Eagle Test事业部的工厂应用经理和首席技术专家，已经随Eagle产品线工作了30年，他专门研究测试系统架构和模拟设计，持有3个ATE相关专利。