运算放大器测试原理培训.ppt

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1、半导体集成运算放大器测试方法基本原理,培训课程系列一,测试方法基本原理是依据中华人民共和国标准GB 3442-86讲授内容：1、总的要求 2、参数测试输入失调电压VIO输入失调电流IIO 输入偏置电流IIB静态功耗PD开环电压增益AVD共模抑制比K CMR电源电压抑制比KSVR开环差模输入电阻RID开环输出电阻ROS,输出峰-峰电压VOPP 最大共模输入电压VICM 最大差模输入电压VIDM 最大输出电流I OM 输出短路电流I OS 通道分离度CSR 等效输入噪声电压VN 开环带宽fBW 全功率带宽fBWP 返回,总的要求：无特殊说明，测试期间，环境或参考点温度偏离规定值的范围应符合器件详细

2、规范的规定；测试期间，应避免外界干扰对测试精度的影响。测试设备引起的测试误差应符合器件详细规范的规定；测试期间，施于被测器件的电源的内阻在讯号频率下应基本为零；电源电压的偏差应在规定值的正负1%以内。在被测器件线性工作区测试时，交流小讯号幅度的逐渐减少，不应引起参数值的变化。被测器件与测试系统连接或断开时，不应超过器件的使用极限条件。若有要求时，应按器件详细规范规定的顺序接通电源。测试期间，被测器件应连接器件详细规范规定的辅助电路和补偿网络。测试期间，被测器件应避免出现自激现象。若电参数值是由几步测试的结果经计算而确定时，这些测试的时间间隔应尽可能短。采用辅助放大器（A）与被测器件（DUT）构

3、成闭合环路的方法测试时，基本测试原理图如图一所示。,（图一）,辅助放大器应满足下列要求：A、开环增益大于60dB；B、输入失调电流和输入偏置电流应很小；C、动态范围足够大。环路元件满足下列要求：A、满足下列表达式 RI.IIBVIO；R RID；R.IIB VIO；ROS RF RID；R1=R2；RL R1。其中，IIB 是被测器件的输入偏置电流；VIO是被测器件的输入失调电压；RID是被测器件的开环差模输入电阻；ROS是辅助放大器的开环输出电阻。B、RF/RI值决定了测试精度，但须保证辅助放大器在线性区工作。返回,输入失调电压VIO定义：使输出电压为零（或规定值）时，两输入端间所加的直流补

4、偿电压。测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。c、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。d、在辅助放大器A的输出端测得电压VLO。由下式计算求出VIO：VIO=RI/（RI+RF）.VLO 注意事项 RI、RF应满足下列要求：IIO.RI.RF/(RI+RF)VIO；RF.VIOVOPP。其中，IIO是被测器件的输入失调电流；VOPP是辅助放大器的输出峰-峰电压。RI和RF的精度决定了测试精度。（返回）,输入失调电流IIO 定义：使输出电压为零（或规定值）时，流入两输入端的电流之差。测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测

5、器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。c、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。d、开关K1，K2闭合，在辅助放大器A的输出端测得电压VL0。e、开关K1，K2断开，在辅助放大器A的输出端测得电压VL1。由下式计算求出IIO：IIO=RI/（RI+RF）.（VL1-VL0）/R 注意事项 R、RI、RF应满足下列要求：IIO.R VIO IIO.RI.RF/(RI+RF)VIO；RI和RF的精度决定了测试精度（返回）,输入偏置电流IIB 定义：使输出电压为零（或规定值）时，流入两输入端电流的平均值。测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规

6、定的电压。c、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。d、开关K1断开，K2闭合，在辅助放大器A的输出端测得电压VL2。e、开关K1闭合，K2断开，在辅助放大器A的输出端测得电压VL3。由下式计算求出IIO：IIB=RI/（RI+RF）.（VL2-VL3）/2R 注意事项 R、RI、RF应满足下列要求：IIO.R VIO IIO.RI.RF/(RI+RF)VIO；RI和RF的精度决定了测试精度（返回）,静态功耗PD定义：输入端无信号且输出端无负载时，器件所消耗的电源功率。测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。c、开关K4置“地”（或规定

7、的参考电压）。d、在电源端V+及V分别测得I+及I。由下式计算求出PD：PD=V+.I+V.I 注意事项 RI的精度决定了测试精度（返回）,开环电压增益AVD定义：器件开环时，输出电压变化与差模输入电压变化之比。测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。c、方法A直流测试法。1、开关K4置“1”，在辅助放大器A的输出端测得电压VL4。2、开关K4置“2”，在辅助放大器A的输出端测得电压VL5。由下式计算求出AVD：AVD=（VS+-IS-）/（VL4-VL5）.（RI+RF）/R1 或 AVD=20Lg（VS+-IS-）/|VL4-VL5

8、|.（RI+RF）/R1（dB）d、方法B交流测试法。开关K4置“3”，在辅助放大器A的输出端测得电压V0。由下式计算求出AVD：AVD=（VS/V0）.（RI+RF）/R1 或 AVD=20Lg（VS/V0）.（RI+RF）/R1（dB）注意事项 a、（VS+-IS-）VOPP；,VS VOPP 其中，VOPP是被测器件输出峰-峰电压。b、交流信号的频率应足够低。C、RI、RF、R1和R2的精度决定了测试精度。（返回）,共模抑制比KCMR定义：差模电压增益与共模电压增益之比。测试原理图 KCMR的共模输入法测试原理图,KCMR的变电源法测试原理图,测试程序 方法1共模输入法：a、在规定的环境

9、温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。C、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。d、方法A直流测试法。1、输入端施加规定的直流共模信号电压VIC+，在辅助放大器A的输出端测得电压VL6。2、输入端施加规定的直流共模信号电压VIC-，在辅助放大器A的输出端测得电压VL7。由下式计算求出KCMR：KCMR=（VIC+-VIC-）/（VL6-VL7）.（RI+RF）/RI 或 KCMR=20Lg（VIC+-VIC-）/（VL6-VL7）.（RI+RF）/R1（dB）e、方法B交流测试法。输入端施加规定的交流共模信号电压VIC，在辅助放大器A的输 出端测得电压V0。由下式计算求出

10、KCMR：KCMR=（VIC/VO）.（RI+RF）/RI 或 KCMR=20Lg（VIC/VO）.（RI+RF）/RI（dB）,方法2变电源法：a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、方法A直流测试法（VIC为直流电压）1、电源端施加规定的电压V+VIC 和V-+VIC。2、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。3、在辅助放大器A的输出端测得电压VO。由下式计算求出KCMR：KCMR=VIC/VO.（RI+RF）/RI 或 KCMR=20Lg|VIC|/|VO|.（RI+RF）/RI（dB）C、方法B交流测试法（VIC为交流电压）。1、电源端施加规定的电压V+VIC 和V-+V

11、IC。2、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。3、在辅助放大器A的输出端测得电压VO。由下式计算求出KCMR：KCMR=VIC/VO.（RI+RF）/RI 或 KCMR=20Lg（VIC/VO）.（RI+RF）/RI（dB）注意事项：a、采用方法1共模输入法测试时：,VIC VICM 其中，VICM是被测器件的最大共模输入电压。b、采用方法2变电源法测试时：VIC 0.5VOPP 其中,VOPP是被测器件的输出峰-峰电压。C、交流共模信号的频率应足够低。,（返回）,电源电压抑制比KSVR定义：电源的单位电压变化所引起的输入失调电压的变化率。测试原理图 KSVR的测试原理图,测试程序 a、在规

12、定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。c、开关K置“1”，在辅助放大器A的输出端测得电压VL8。d、开关K置“2”（即正、负电源电压绝对值同时增大V），在 辅助放大器A的输出端测得电压VL9。由下式计算求出KSVR：KSVR=（VL9-VL8）/2 V.RI/（RI+RF）e、开关K置“3”（即正、负电源电压绝对值同时减小V），在 辅助放大器A的输出端测得电压VL10。由下式计算求出KSVR：KSVR=（VL10-VL8）/2 V.RI/（RI+RF）f、正电源电压变化V，负电源电压为V-，在辅助放大器A的输 出端测得电压VL9。由下式计算求出KS

13、VR+：KSVR+=（VL9-VL8）/V.RI/（RI+RF）,g、负电源电压变化V，正电源电压为V+，在辅助放大器A的输 出端测得电压VL10。由下式计算求出KSVR-：KSVR-=（VL10-VL8）/V.RI/（RI+RF）注意事项 如果辅助放大器A的电源电压也随之变化，则要求其KSVR值比被 测器件的KSVR值至少高一个数量级。,（返回）,开环差模输入电阻RID定义：差模输入电压变化与对应的输入电流变化之比。测试原理图 RID的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。c、开关K1、K4闭合，在辅助放大器A的输出端测得电压VL1

14、1。开关K1、K4断开，在辅助放大器A的输出端测得电压VL12。由下式计算求出RID：RID=VL11/（VL12-VL11）.2R注意事项 a、R值应与RID相适应；b、交流信号的频率应足够低；幅度应在动态范围以内。,（返回）,开环输出电阻RID定义：外加输出电压变化与对应的输出电流变化之比。测试原理图 ROS的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。c、开关K3闭合，在辅助放大器A的输出端测得电压VL14。开关K3断开，在辅助放大器A的输出端测得电压VL13。由下式计算求出ROS：ROS=（VL14-VL13）/VL13.RL注意事

15、项 a、RL值应与ROS相适应；b、交流信号的频率应足够低；幅度应在被测器件的输出峰-峰电压VOPP以内。,（返回）,输出峰峰电压Vopp定义：器件在规定电源电压和负载下，所能输出的最大峰峰电压。测试原理图 ROPP的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。c、方法A直流测试法。1、开关K4置“1”，在被测器件的输出端测得电压VOP-。2、开关K4置“2”，在被测器件的输出端测得电压VOP+。由下式计算求出VOPP：VOPP=|VOP+|VOP-|d、方法B交流测试法。开关K4置“3”，在被测器件输出端测得电压VOPP。注意事项 Vs应

16、大于被测器件的VOPP；交流信号的频率应在大讯号带宽以内。（返回）,最大共模输入电压VICM定义：比规定的共模抑制比下降6dB时的共模输入电压。测试原理图 VICM的共模输入法测试原理图,VICM的变电源法测试原理图,测试程序 方法1共模输入法：a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。C、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。d、方法A直流测试法。1、输入端施加规定的直流共模信号电压VIC+，在辅助放大器A的输出端测得电压VL6。2、输入端施加规定的直流共模信号电压VIC-，在辅助放大器A的输出端测得电压VL7。由下式计算求出KCMR（1）：KCMR（1）=

17、（VIC+-VIC-）/（VL6-VL7）.（RI+RF）/RI 或 KCMR（1）=20Lg（VIC+-VIC-）/（VL6-VL7）.（RI+RF）/R1（dB）e、方法B交流测试法。输入端施加规定的交流共模信号电压VIC，在辅助放大器A的输 出端测得电压V0。由下式计算求出KCMR（1）：KCMR（1）=（VIC/VO）.（RI+RF）/RI 或 KCMR（1）=20Lg（VIC/VO）.（RI+RF）/RI（dB）,f、增大VIC+/减小VIC-（或增大VIC），使KCMR（2）比 KCMR（1）小6dB时，该共模输入电压即为VICM 方法2变电源法：a、在规定的环境温度下，将被测器件

18、接入测试系统中。b、方法A直流测试法（VIC为直流电压）1、电源端施加规定的电压V+VIC 和V-+VIC。2、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。3、在辅助放大器A的输出端测得电压VO。由下式计算求出KCMR（1）：KCMR（1）=VIC/VO.（RI+RF）/RI 或 KCMR（1）=20Lg|VIC|/|VO|.（RI+RF）/RI（dB）C、方法B交流测试法（VIC为交流电压）。1、电源端施加规定的电压V+VIC 和V-+VIC。2、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。3、在辅助放大器A的输出端测得电压VO。由下式计算求出KCMR（1）：KCMR（1）=VIC/VO.（RI+RF）

19、/RI 或 KCMR（1）=20Lg（VIC/VO）.（RI+RF）/RI（dB）d、增大/减小VIC（或增大VIC），使KCMR（2）比 KCMR（1）小6dB时，该VIC即为VICM。,注意事项：a、采用方法1共模输入法测试时：VIC VICM,（返回）,最大差模输入电压VIDM定义：两输入端所能承受的最大反向电压。测试原理图 VIDM的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。c、开关K置“1”，调节输入端电压V，使输入端电流为规定值IR，在输入端测得电压差VR1。开关K置“2”，调节输入端电压V，使输入端电流为规定值IR，在输入端

20、测得电压差VR2。VR1及VR2中较小者即为VIDM。（返回）,最大输出电流IOM定义：在最大输出峰峰电压下，所能输出的最大电流。测试原理图 IOM的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。c、调节负载电阻RL，使输出电压为规定值。测的流过RL的电流 IOM。注意事项：a、可变电阻RL应防止短路；b、信号频率应足够低；幅度应能使放大器有满幅输出。（返回）,输出短路电流IOS定义：同相输入端在施加规定的直流电压下，输出端对地短路时的直流输出电流。测试原理图 IOS的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b

21、、电源端施加规定的电压。c、同相输入端施加规定的正输入直流电压，在输出端测得流出被测器件的电流，即IOS（+）。d、同相输入端施加规定的负输入直流电压，在输出端测得流入被测器件的电流，即IOS（-）。注意事项：a、电流表内阻应小于1欧姆；b、输入电压VI应满足：VIDMVIVIO（返回）,通道分离度CSR定义：器件中，有信号通道的规定输出电压与无信号通道输入端的串扰（耦合）电压之比。测试原理图 CSR的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。c、开关K4置“1”（或“2”）。d、按下表安置开关，使被测器件DUTA通道有信号输入，被测器件

22、DUTB通道无信号输入。K16置“1”，K17置“2”，K11置“1”，K12置“2”，K13置“2”，K14置“1”，K15置“2”e、调节VI，使DUTA的输出电压VOA为规定值。f、开关K15置“1”，在辅助放大器A的输出测得电压VLB（A）。即相当于DUTB的输入电压为：VIB=RI/（RI+RF）.VLB（A）由下式计算求出DUTA对DUTB的分离度CSR（AB）：CSR（AB）=20LgVOA/VLB（A）.（RI+RF）/RI（dB）g、按下表安置开关，使被测器件DUTB通道有信号输入，被测器件DUTA通道无信号输入。K16置“2”，K17置“1”，K11置“2”，K12置“1”

23、，K13置“1”，K14置“2”，K15置“2”,h、调节VI，使DUTB的输出电压VOB为规定值。i、开关K15置“1”，在辅助放大器A的输出测得电压VLA（B）。即相当于DUTA的输入电压为：VIA=RI/（RI+RF）.VLA（B）由下式计算求出DUTB对DUTA的分离度CSR（BA）：CSR（BA）=20LgVOB/VLA（B）.（RI+RF）/RI（dB）j、对大于二重的器件，应测试所有组合状态，并表明无关通道的状态（如：对地的跟随器）。注意事项：a、输入信号的频率应足够低；b、有效的电源旁路及接地点；C、输出信号应在被测器件的动态范围以内。（返回）,等效输入噪声电压VN定义：输出端

24、的噪声电压在输入端的等效值。测试原理图 VN的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。c、开关K1、K2闭合，在输出端用“有效值电压表”测得输出电压VL（BB）。由下式计算求出宽带噪声电压VN（BB）：VN（BB）=RI/（RI+RF）.VL（BB）（uVrms）d、开关K1、K2断开，在输出端用“峰值电压表”测得输出电压VL（PC）。由下式计算求出爆烈噪声电压VN（PC）：VN（PC）=RI/（RI+RF）.VL（PC）（uVP-P）e、开关K1，K2闭合，在输出端用“选频放大器”测得输出电压的均方根值VL（f）。VN（f）=RI/（

25、RI+RF）.VL（f）/（f）1/2（uF/（Hz）1/2）f、开关K1断开，K2闭合，在输出端用“选频放大器”测得输出电压的均方根值VL（f）。由下式计算求出窄带（点频）噪声电流IN：IN=RI/（RI+RF）.VL（f）/（f）1/2.RS）,（nA/（Hz）1/2）注意事项：a、选择RI与RF，使放大倍数能包括所测试的频带宽度。b、选择电阻RS，使IN.RS在IN测试中占绝对优势。RS应屏蔽，最好采用无噪声电阻。c、源电阻RI，应选择足够小。d、RF、CF值决定噪声测试带宽，对不同品种器件应有所不同，在宽带噪声测试中应注意选取。（返回）,开环带宽fBW定义：开环电压增益下降到基准频率时

26、的0.707倍（-3dB）所对应的频率。测试原理图 fBW的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。c、辅助放大器A的同相输入端施加规定幅度和频率的信号电压，在辅助放大器A的输出端测得电压VO。d、调节信号电压的频率，使输出电压幅度为VO的0.707倍，该频率范围即为fBW。注意事项：a、信号电压的幅度应小于VoPP；b、辅助放大器的带宽应大于被测放大器的带宽。（返回）,全功率带宽fBWP定义：输出最大幅度时的最高工作频率。测试原理图 fBWP的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。b、电源端施加规定的电压。c、输入端施加规定的低频信号电压，使输出电平的幅度在规定的失真系数下（如1%）达到最大。d、提高输入信号电压的频率，使输出电压的幅度仍为原值，当失真系数增大到规定值（如3%）时，该频率范围即为fBWP。注意事项：输入信号的失真系数要小到可以忽略不计。（返回）,