基于JC-5600 ATE的单/双电源运算放大器测试方法

2014-02-26章慧彬

电子与封装 2014年4期

赵桦，章慧彬

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡 214035）

1 引言

运算放大器（Operational Amplifier）是一种具有高放大倍数、带深度负反馈的放大电路，最早是由电子管、晶体管等分立器件构成。当集成电路出现后，运算放大器于20世纪60年代被成功研制，成为最早应用于实际的典型的线性集成电路。

JC-5600模拟集成电路测试系统控制软件是在Windows XP环境下，利用Visual C++ 6.0作为系统开发工具开发的集成测试管理系统。测试系统软件把包括测试处理、测试数据显示、数据统计、测试程序管理、测试程序框架自动生成等多种功能集成在一起，提供操作方便的用户界面，使用者通过菜单、工具条，快捷键等操作程序，不需要对C++的编写方法有很深的了解，系统自动生成测试程序框架，并提供专用的测试函数。JC-5600模拟集成电路测试系统带有一个专用的运放包，可以用来测试运算放大器、比较器等的电参数。

2 运算放大器的特性参数

一般来说集成运算放大器的电参数分为两类：直流参数和交流参数。直流参数主要包括失调电压、偏置电流、失调电流、失调电压调节范围、输出幅度、大信号电压增益、电源电压抑制比、共模抑制比、共模输入范围、电源电流十项。交流参数主要包括大信号压摆率、小信号过冲、单位增益带宽、建立时间、上升时间、下降时间六项。而其中电源电流、偏置电流、失调电流、失调电压、输出幅度、开环增益、电源电压抑制比、共模抑制比、大信号压摆率、单位增益带宽这十项参数反映了运算放大器的精度、速度、放大能力等重要指标，故作为考核运放器件性能的关键参数。

JC-5600模拟集成电路测试系统使用的是带辅助放大器的测试方法，可以用来测试上面提到的直流和交流参数，其具体的原理图如图1。

图1 运放的辅助放大器测试方法原理图

图中运放A为辅助放大器，DUT为被测运放。辅助放大器应满足以下要求：

（1）开环增益大于60 dB；

（2）输入失调电流和输入偏置电流应很小；

（3）动态范围足够大。

从不同的角度，运算放大器可以分为多类：

（1）从单片集成规模上可分为单运放（如OP07A）、双运放（AD712）、四运放（LM124）；

（2）从输出幅度及功率上可分为普通运放、大功率运放（LM12）、高压运放（OPA445）；

（3）从电参数上可分为普通运放、高精度运放（如OP37A）、高速运放（AD847）等。

使用JC-5600模拟集成电路测试系统运放包测试时，我们可以把运放简单分为单电源运放和双电源运放。在实际测试中，这两种运放的测试参数设置时存在着差异。具体差异将根据参数不同一一详述。

图2 失调电压测试原理图

3 单/双电源运算放大器测试方法分析

3.1 输入失调电压（VOS）和输入失调电流（IOS）

3.1.1 定义

输入失调电压是运放输出电压为零时（或针对单电源运放测试规定值时），运放两输入端间加的直流补偿电压。输入失调电流是被测器件输出电压为零时（或针对单电源运放测试规定值时），流入两输入端的电流之差。

3.1.2 测试方法

失调电压（VOS）测试原理图如图2，图中A为辅助放大器，其要求是闭环增益大于40 dB。由图看来，只要接入被测器件（DUT），由于总体环路很强的负反馈作用，被测器件的输出能自动调零。所以当被测器件为双电源运算放大器时，图2中的K4直接接地然后闭合相应的继电器开关就可以进行测试了。

当被测器件为单电源运放时，电源中心值不为零。环路的负反馈作用不能使被测器件的输出自动调零，需进行电源补偿，所以图2中的K4应连接到VREF（即JC-5600系统的LVIS4），并设置VREF为-1.4 V（使被测器件输出为+1.4 V），使被测器件的输出在正常的范围之内，然后闭合与测试双电源运放时相同的继电器就可以测试了。

JC-5600测试系统采用的辅助运放环路放大倍数为401倍。此时就可以利用公式VOS=VO/401，VO为VL端输出电压，就可以得到VOS的大小。输入失调电流（IOS）的测试方法与失调电压类似。

3.2 电源电压抑制比PSRR

3.2.1 定义

电源电压抑制比为电源的单位电压变化所引起的器件输入失调电压的变化率。

3.2.2 测试方法

当被测器件为双电源运算放大器时，根据上面失调电压的测量方法，测量两个不同电压下的输入失调电压，即可得出该器件的电源电压抑制比。

当被测器件为单电源运放时，测量不同电压下的输入失调电压时都要先将图2中的K4连接到VREF（即JC-5600系统的LVIS4），并设置VREF为-1.4 V（使被测器件输出为+1.4 V），使被测器件的输出在正常的范围之内，然后闭合相应的继电器进行测量。

3.3 输入偏置电流IB和静态功耗PD

3.3.1 定义

输入偏置电流是使被测器件输出电压为零（或规定值时——针对单电源运放测试）时，流入两输入端的电流的平均值。静态功耗是输入端无信号且输出端无负载时器件所消耗的电源功率。

3.3.2 测试方法

输入偏置电流IB的测试，测试原理图与测IOS的原理图完全一样。当被测器件为双电源运放时，环路的负反馈作用使被测器件的输出自动调零，即输出电压为零。此时只要闭合相应的继电器即可测量。

当被测器件为单电源运放时，环路的负反馈作用就不能使被测器件的输出自动调零了，要先在测试系统的运放包里的LVIS4上加一电压使其输出电压为零，即图2中的K4应连接到VREF，并设置VREF为-1.4 V（使被测器件输出为+1.4 V），使被测器件的输出在正常的范围之内，然后闭合相应的继电器进行测量。静态功耗的测试方法与偏置电流测试方法类似。

3.4 大信号压摆率（转换速率Sr）和单位增益带宽

3.4.1 定义

大信号压摆率是输入端在施加规定的大信号阶跃脉冲电压时，输出电压随时间的最大变化率。单位增益带宽是使运放开环增益为1（0 dB）时所对应的输入频率。

3.4.2 测试方法

当被测器件为双电源运放时，其电压中心值为零。可以通过运放包上的电路测量运算放大器大信号压摆率。此时在运放的正向输入端或负向输入端施加规定的大信号阶越脉冲电压（另外一端接地）时，运算放大器输出端可以输出一个随时间变化的电压信号。

当被测器件为单电源运放时，其电压中心值为电源电压的一半，JC-5600测试系统的运放包无法实现电源电压调零，此时对运放的正向输入端或负向输入端施加规定的大信号阶越脉冲电压（另外一端接地）时，运算放大器输出端无法输出一个随时间变化的电压信号。单位增益带宽的测量也存在相同的情况，所以大信号压摆率和单位增益带宽都无法测量。

综合以上分析，可用表1来说明运算放大器在单电源工作和双电源工作时一些特性参数的测试方法。比较器在测试下列的特性参数时也适用这个表格。