浅谈通用运算放大器的参数测试及原理

运算放大器是vwin 器件的核心，熟悉运放的特性也就掌握了模拟IC的基础，掌握了运放的测试，其余模拟IC的测试也就能够顺利清楚，所以运放在模拟IC中有着至关重要的地位，故劝各位熟悉并掌握它，现将其各项参数测试具体说明如下：

1. 运算放大器测试方法基本原理

　　采用由辅助放大器（A）与被测器件（DUT）构成闭合环路的方法进行测试，基本测试原理图如图1所示。

　　图 1

　　辅助放大器应满足下列要求：

　　（1） 开环增益大于60dB；

　　（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。

　　环路元件满足下列要求：

　　（1） 满足下列表达式

　　Ri·Ib＜Vos

　　R＜Rid

　　R·Ib ＞Vos

Ros＜Rf＜Rid

　　R1＝R2

　　R1＞RL

　　式中：Ib： 被测器件的输入偏置电流；

　　Vos：被测器件的输入失调电压；

　　Rid：被测器件的开环差模输入电阻；

　　Ros：辅助放大器的开环输出电阻；

　　（2） 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。

　2.运算放大器测试适配器

　　SP-3160Ⅲ 数/模混合集成电路测试系统提供的运算放大器测试适配器便是根据上述基本原理设计而成。它由运放测试适配板及一系列测试适配卡组成，可以完成通用单运放、双运放、四运放及电压比较器的测试。运算放大器适配器原理图如附图所示。

　　3．测试参数

　　以OP-77G为例，通用运算放大器主要技术规范见下表。

　　3.1参数名称：输入失调电压 Vos （Input Offset Voltage）。

　　3.1.1参数定义：使输出电压为零（或规定值）时，两输入端间所加的直流补偿电压。

　　3.1.2测试方法： 测试原理如图2 所示。

　　图2

　　（1） 在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中；

　　（2）电源端施加规定的电压；

　　（3） 开关“K4”置地（或规定的参考电压）；

　　（4） 在辅助放大器A的输出端测得电压Vlo；

　　（5） 计算公式：

　　Vos=（Ri/（Ri+Rf））*VLo。

　　3.1.3编程举例：（测试对象：OP-77G，测试系统：SP3160）

　　----测试名称：vos----

　　测量方式：Vos

　　Bias 1=-15.000 V

　　Clamp1=-10.000mA

　　Bias 2=15.000 V

　　Clamp2=10.000mA

　　测量高限=0.0001V

　　测量低限=____V

　　测量延迟：50mS

　　箝位延迟：50mS

　　SKon=［0，4，11，12，13，19，23，27］

电压基准源2电压=0V

　　电压基准源2量程+/-2.5V

　　电压基准源3电压=0V

　　电压基准源3量程+/-2.5V

　　测试通道 TP1

　　测量单元DCV

　　DCV量程 ：+/-2V

　　3.2参数名称：输入失调电流Ios（Input Offset Current）。

　　3.2.1参数定义：使输出电压为零（或规定值）时，流入两输入端的电流之差。

　　3.2.2测试方法：测试原理如图3 所示。

图3

　　（1）在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中；

　　（2） 电源端施加规定的电压；

　　（3） 开关K4置“地”（或规定的参考电压）；

　　（4） 开关K1、K2闭合，在辅助放大器A的输出端测得电压VL0；

　　（5） 开关K1、K2断开，在辅助放大器A的输出端测得电压VL1；

　　（6） 计算公式：

　　Ios=（Ri/（Ri+Rf））*（（VL1-VL0）/R） 。

　　3.2.3编程举例：（测试对象：OP-77G，测试系统：SP3160）

　　测试条件详见下一参数。

　　3.3参数名称：输入偏置电流 Ib （Input Bias Current）。

　　3.3.1参数定义：使输出电压为零（或规定值）时，流入两输入端电流的平均值。

　　3.3.2 测试方法：测试原理如图4 所示。

图4

　　（1） 在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中；

　　（2） 电源端施加规定的电压；

　　（3） 开关K4置“地”（或规定的参考电压）；

　　（4） 开关K1断开、K2闭合，在辅助放大器A的输出端测得电压VL2；

　　（5） 开关K1闭合、K2断开，在辅助放大器A的输出端测得电压VL3；

　　（6） 计算公式：

　　Ib=（Ri/（Ri+Rf））*（（VL2-VL3）/2R） 。

　　3.3.3编程举例：（测试对象：OP-77G，测试系统：SP3160）

　　----测试名称：Ib/Ios----

　　测量方式：Ib/Ios

　　Bias 1=-15.000 V

　　Clamp1=-10.000mA

　　Bias 2=15.000 V

　　Clamp2=10.000mA

　　测量高限=2.8nA

　　测量低限=2.8nA

　　测量延迟：10mS

　　箝位延迟：10mS

　　SKon=［0，4，11，12，13，19，23，27］

　　电压基准源2电压=0V

　　电压基准源2量程+/-2.5V

　　电压基准源3电压=0V

　　电压基准源3量程+/-2.5V

　　测试通道 TP1

　　测量单元 DCV

　　DCV量程 ：+/-2V

　　3.4参数名称：开环电压增益Avo （Large Signal Voltage Gain）。

　　3.4.1参数定义：器件开环时，输出电压变化与差模输入电压变化之比。

　　3.4.2测试方法：测试原理如图5 所示。

　　图5

　　（1） 在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中；

　　（2） 电源端施加规定的电压；

　　（3） 开关K4置“1”，在辅助放大器A的输出端测得电压VL4；

　　（4） 开关K4置“2”，在辅助放大器A的输出端测得电压VL5；

　　（5） 计算公式：

　　Avo=（（Vref+-Vref-）/（VL4-Vl5））*（（Ri+Rf）/Ri） 或

　　Avo=20lg（（（Vref+-Vref-）/|（VL4-Vl5）|）*（（Ri+Rf）/Ri））（dB） 。

　　3.4.3编程举例：（测试对象：OP-77G，测试系统：SP3160）

　　----测试名称：Avo----

　　测量方式：Op_Avo

　　Bias 1=-15.000 V

　　Clamp1=-10.000mA

　　Bias 2=15.000 V

　　Clamp2=10.000mA

　　测量高限=____dB

　　测量低限=126dB

　　测量延迟：10mS

　　箝位延迟：10mS

　　SKon=［0，4，11，12，13，17，19，23，27］

　　电压基准源2电压=0V

　　电压基准源2量程+/-2.5V

　　电压基准源3电压=-5_5V

　　电压基准源3量程+/-10V

　　测试通道 TP1

　　测量单元 DCV

　　DCV量程 ：+/-2V

　　3.5参数名称：共模抑制比CMRR （Common-Mode Rejection Ratio）。

　　3.5.1参数定义：差模电压增益与共模电压增益之比。

　　3.5.2测试方法：测试原理如图6 所示。

　　（1） 在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中；

　　（2） 电源端施加规定的电压；

　　（3） 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；

　　（4） 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；

　　（5） 计算公式：

　　CMRR=（（Vic+-Vic-）/（VL6-VL7）*（（Ri+Rf）/Ri）或

　　CMRR=20lg（（（Vic+-Vic-）/（VL6-VL7）*（（Ri+Rf）/Ri））（dB） 。

　　3.5.3编程举例：（测试对象：OP-77G，测试系统：SP3160）

　　----测试名称：CMRR----

　　测量方式：Cmrr

　　Bias 1=-5_-25 V

　　Clamp1=-10.000mA

　　Bias 2=25_5 V

　　Clamp2=10.000mA

　　测量高限=____dB

　　测量低限=116dB

　　测量延迟：10mS

　　箝位延迟：10mS

　　SKon=［0，4，11，12，13，18，19，23，27］

　　电压基准源2电压=0V

　　电压基准源2量程+/-2.5V

　　电压基准源3电压=-5_5V

　　电压基准源3量程+/-10V

　　测试通道 TP1

　　测量单元 DCV

　　DCV量程 ：+/-2V

　　运算放大器是模拟器件的核心，熟悉运放的特性也就掌握了模拟IC的基础，掌握了运放的测试，其余模拟IC的测试也就能够顺利清楚，所以运放在模拟IC中有着至关重要的地位，故劝各位熟悉并掌握它，现将其各项参数测试具体说明如下：

　　3.6参数名称：电源电压抑制比PSRR （Power Supply Rejection Ratio）。

　　3.6.1参数定义：电源的单位电压变化所引起的输入失调电压的变化率。

　　3.6.2测试方法：测试原理如图7所示。

　　图7

　　在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中；

　　开关K4置“地”（或规定的参考电压）；

　　开关K置“1”，在辅助放大器A的输出端测得电压VL8；

　　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；

　　计算公式：

　　PSRR+=（（VL9-Vl8）/ ？V）*（Ri/（Ri+Rf））或

　　PSRR+=20lg（（（VL9-Vl8）/ ？V）*（Ri/（Ri+Rf）））（dB） ；

　　（5） 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；

　　计算公式：

　　PSRR-=（（VL10-Vl8）/ ？V）*（Ri/（Ri+Rf））或

　　PSRR-=20lg（（（VL10-Vl8）/ ？V）*（Ri/（Ri+Rf）））（dB） 。

　　3.6.4编程举例：（测试对象：OP-77G，测试系统：SP3160）

　　----测试名称：psrr+----

　　测量方式：Psrr

　　Bias 1=-15 V

　　Clamp1=-10.000mA

　　Bias 2=15_5 V

　　Clamp2=10.000mA

　　测量高限=____dB

　　测量低限=110dB

　　测量延迟：10mS

　　箝位延迟：10mS

　　SKon=［0，4，11，12，13，19，23，27］

　　电压基准源2电压=0V

　　电压基准源2量程+/-2.5V

　　电压基准源3电压=0V

　　电压基准源3量程+/-2.5V

　　测试通道 TP1

　　测量单元 DCV

　　DCV量程 ：+/-2V

　　----测试名称：psrr- ----

　　测量方式：Psrr

　　Bias 1=-15_-5 V

　　Clamp1=-10.000mA

　　Bias 2=15 V

　　Clamp2=10.000mA

　　测量高限=____dB

　　测量低限=110dB

　　测量延迟：10mS

　　箝位延迟：10mS

　　SKon=［0，4，11，12，13，19，23，27］

　　电压基准源2电压=0V

　　电压基准源2量程+/-2.5V

　　电压基准源3电压=0V

　　电压基准源3量程+/-2.5V

　　测试通道 TP1

　　测量单元 DCV

　　DCV量程 ：+/-2V

　　3.7参数名称：输出电压摆幅Vo （Output Voltage Swing）。

　　3.7.1参数定义：器件在规定电源电压和负载下，所能输出的最大电压。

　　3.7.2测试方法：测试原理如图8所示。

　　图8

　　（1） 在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中；

　　（2） 电源端施加规定的电压；

　　（3） 输入端施加规定的正电压。在被测器件输出端测得电压Vo+；

　　（4） 输入端施加规定的负电压。在被测器件输出端测得电压Vo-。

　　3.7.3编程举例：（测试对象：OP-77G，测试系统：SP3160）

　　----测试名称：vo+----

　　测量方式：Meter

　　Bias 1=-15.000 V

　　Clamp1=-10.000mA

　　Bias 2=15.000 V

　　Clamp2=10.000mA

　　测量高限=____V

　　测量低限=12.5V

　　测量延迟：10mS

　　箝位延迟：10mS

　　SKon=［0，4，9，11，13，17，19，23，27］

　　电压基准源1电压=1V

　　电压基准源1量程+/-2.5V

　　电压基准源4电压=1V

　　电压基准源4量程+/-2.5V

　　测试通道 TP2

　　测量单元 DCV

　　DCV量程 ：+/-20V

　　----测试名称：vo- ----

　　测量方式：Meter

　　Bias 1=-15.000 V

　　Clamp1=-10.000mA

　　Bias 2=15.000 V

　　Clamp2=10.000mA

　　测量高限=-12.5V

　　测量低限=____V

　　测量延迟：10mS

　　箝位延迟：10mS

　　SKon=［0，4，9，11，13，17，19，23，27］

　　电压基准源1电压=-1V

　　电压基准源1量程+/-2.5V

　　电压基准源4电压=-1V

　　电压基准源4量程+/-2.5V

　　测试通道 TP2

　　测量单元 DCV

　　DCV量程 ：+/-20V

　　3.8参数名称：增益带宽积GBP （Closed-loop Bandwidth Product）。

　　3.8.1参数定义：在3dB/倍频程的增益-频率特性范围内，电压增益与对应频率的乘积。

　　3.8.2测试方法：测试原理图如图9所示。

　　图9

　　在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中；

　　电源端施加规定的电压；

　　输入端施加规定的信号电压，调节信号频率为Fm，使电压增益的频率特性为3dB／倍频程；

　　在输出端测得电压Vo；

　　计算公式：

　　GBP=（Vo/Vi）*Fm 。

　　3.8.3编程举例：（测试对象：OP-77G，测试系统：SP3160）

　　----测试名称：GBP----

　　测量方式：GBP

　　Bias 1=-15.000 V

　　Clamp1=-10.000mA

　　Bias 2=15.000 V

　　Clamp2=10.000mA

　　测量高限=1.5MHz

　　测量低限=0.4MHz

　　测量延迟：10mS

　　箝位延迟：10mS

　　SKon=［0，4，11，13，14，19，23，27］

　　测试通道 TP2

　　测量单元ACV

　　ACV隔离直流

　　ACV量程 ：+/-1V

　　ACV阻抗：10M

　　程 控 信 号 源 Sine

　　程控信号源幅度=1V

　　程控信号源频率=12.8KHz

　　程控信号源低通：FH

　　程控信号源输出：to TS

　　3.9参数名称：输出电压转换速率SR （Slew Rate）。

　　3.9.1参数定义： 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。

　　3.9.2测试方法：测试原理及波形定义如图10或图11所示。

　　图10

　　图11

　　（1） 在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中；

　　（2） 电源端施加规定的电压；

　　（3） 输入端施加规定的脉冲信号电压；

　　在输出端从规定过冲量的输出脉冲电压上升沿（或下降沿）的恒定变化率区间内，测得输出电压幅度ΔVo和对应的时间Δt；

　　（5） 计算公式：SR=ΔVo/Δt 。

　　3.9.3编程举例：（测试对象：OP-77G，测试系统：SP3160）

　　----测试名称：SR----

　　测量方式：SR

　　Bias 1=-15.000 V

　　Clamp1=-10.000mA

　　Bias 2=15.000 V

　　Clamp2=10.000mA

　　测量高限=____V/uS

　　测量低限=0.1V/uS

　　Vin1h=5.000V

　　Vin1l=0.000V

　　--Split=0--

　　Rate =100000 nS

　　Stb= 5000 nS

　　Clk 1=10 nS

　　Clk 8=10 nS

　　Startaddress=0Endaddress=20

　　Wave（NRZ）=［1］

　　Clk1，Clk_=［1］

　　Inpin：［1］

　　测量延迟：10mS

　　箝位延迟：10mS

　　SKon=［0，4，9，11，12，13，17，19，23，27］

　　电压基准源1电压=1V

　　电压基准源1量程+/-2.5V

　　电压基准源4电压=-1V

　　电压基准源4量程+/-2.5V

　　时间测量速度：High speed

　　时间测量方式：Pos Edge

　　开始电平=-10V

　　结束电平=10V

　　3.10参数名称：电源电流Is。

　　3.10.1参数定义：输入端无信号且输出端无负载时，器件所消耗的电源功率。

　　3.10.2测试方法：测试原理如图12所示。

　　图12

　　在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中；

　　电源端施加规定的电压；

　　开关K4置“地”（或规定的参考电压）；

　　在电源端V+及V-分别测得Is+及Is-。

　　3.10.3编程举例：（测试对象：OP-77G，测试系统：SP3160）

　　----测试名称：Is+----

　　测量方式：IDD2

　　Bias 1=-15.000 V

　　Clamp1=-10.000mA

　　Bias 2=15.000 V

　　Clamp2=10.000mA

　　测量高限=2.5mA

　　测量低限=____mA

　　电流箝位？：10mA

　　测量延迟：10mS

　　箝位延迟：10mS

　　SKon=［0，4，13］

　　----测试名称：Is- ----

　　测量方式：IDD1

　　Bias 1=-15.000 V

　　Clamp1=-10.000mA

　　Bias 2=15.000 V

　　Clamp2=10.000mA

　　测量高限=____mA

　　测量低限=-2.5mA

　　电流箝位？：-10mA

　　测量延迟：10mS

　　箝位延迟：10mS

　　SKon=［0，4，13］