将信号转换为合适的逻辑电平

设计内含微控制器的测试站时，经常会碰到测试电压超过微控制器允许最高输入电平的情况。例如，如果某个微控制器使用5V电源，则最大输入信号也应是5V。测试超过5V的电压时，你可能会考虑用分压器降低电压。但是，分压器可能会影响DUT （被检设备）。因此，信号调理器需要有高输入阻抗。另外，尽管测到的信号会有一些波动，信号调理器输出信号应与微控制器逻辑电平匹配。 通过调理器，还可以使用常规的微控制器输入引脚，而不是ADC引脚。

　　工程师们经常使用非反相运放来将信号电压引入线路。但是，多数运放差分输入电压范围是与其电源电压匹配的，因此，需要另一个电压较高的电源，还需要几个额外的电阻来将运放输出降压到微控制器电平。此外，输出要随测得的输入信号变化，所以，需要在微控制器进行模数转换。



　　一个更好的方法是采用电压中继器配置（图1）中的小信号MOSFET。这里可以选用On Semiconductor公司的BS107A。MOSFET的栅极到源极部分可以认为是一个约60 pF 的电容。为了在没有接DUT时将其放电，在栅极和接地间连接一只约1 MΩ电阻。另外，输入电压应高于3V 的MOSFET栅极阈值直流电压VTHR，但应低于20V的最高额定栅-源直流电压VGS。在该图中，输出电压从来不会超过电源电压，而且只要是在饱和区，输入电压的变化就对输出没有影响。这种方法有一个缺点，就是所用晶体管数目必须与DUT中测试点数目一样多。



　　另一个很好的选项是使用任何二电压或四电压比较器。可以使用National Semiconductor的LM393，因为它便宜且容易购到。图2 显示了一个有几个元件的简单配置。5V 电源电压充当正阈值电压。对于低于5V的输入信号，输出为5V。如果输入信号超过5V，输出电压降到0V。电阻 R1 将LM393开放集电极与电源电压联通。



　　有时，不希望有零输出信号。电压中断、焊点有缺陷或者测试装置里有断线都会产生零输出信号。有被测信号时使用逻辑高电平，无信号时则使用逻辑低电平。粗看起来，这样只是将比较器输入引脚切换了一下，用阈值电压就可以实现可用的方法。但是，这种想法并不正确，因为只要其他电压保持在共模范围内，正输入电压就可能超过电源电压。LM393共模输入电压上限比3.5V电源电压低1.5V。因此，应该使用R2和R3构成的分压电路来获得阈值电压（图3）。