集成运算放大器参数测试仪校准技术研究

设计背景

　　集成运算放大器（以下简称集成运放）以小尺寸、轻重量、低功耗、高可靠性等优点广泛应用于众多军用和民用电子系统，是构成智能武器装备电子系统关键器件之一。近年来，随着微电子技术飞速发展，集成运放无论在技术性能上还是在可靠性上都日趋完善，并在我国军用系统中被大量使用，其质量好坏，关系到具体工程乃至国家安危。

　　随着集成运算放大器参数测试仪（以下简称运放测试仪）在国防军工和民用领域广泛应用，其质量问题显得尤为重要。传统运放测试仪校准方案已不能满足国防军工要求，运放测试仪校准问题面临严峻挑战。因此，如何规范和提高运放测试仪测试精度，保证军用运放器件准确性是目前应该解决关键问题。

　　目前，国内外运放测试仪（或者模拟器件测试系统）主要存在以下几种校准方案：校准板法、标准样片法和标准参数模拟法。各校准方案校准项目、优缺点和相关情况比较如表1所示。

　　比较以上三种方案可知，前两种方法只是校准仪器内部使用PMU单元、电流源、电压源等，并不涉及到仪器本身闭环测试电路部分，局限性很大，很难保证运放测试仪集成运放器件参数测试精度。而标准参数模拟法直接面向测试夹具，其校准方法具有一定可行性，只是在校准精度、通用性、测试自动化程度等方面需要进一步研究。因此，通过对标准参数模拟法加以改进，对运放测试仪进行校准，开发出集成运放参数测试仪校准装置，在参数精度和校准范围上，能满足国内大多数运放测试仪；在通用性上，能够校准使用"闭环测试原理"仪器。

　　系统性能要求

　　本课题主要任务是通过研究国内外运放测试仪校准方法，改进实用性较强标准参数模拟法，用指标更高参数标准来校准运放测试仪，实现运放测试仪自动化校准以及校准原始记录、校准证书自动生成等。

　　表2为本课题中研制集成运放参数测试仪校准装置与市场上典型运放测试仪技术指标比较情况。从表2可以看出，校准装置技术指标可以校准市场上典型运放测试仪。

　　校准装置硬件设计方案

　　校准方案覆盖了市场上运放测试仪给出大部分参数，其中包括输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流等10个参数。通过研究集成运放参数"闭环测试原理"可知：有参数校准要用到"闭环测试回路"，有直接接上相应标准仪器进行测量即可实现对仪器校准。对于用到"闭环测试回路"几个参数而言，主要通过补偿电源装置和模拟电源装置来校准。运放测试仪总体校准方案如图1所示。

图1 运放测试仪总体校准框图

　　1 校准电路设计

　　输入失调电压VIO定义为使输出电压为零（或者规定值）时，两输入端所加直流补偿电压。集成运放可模拟等效为输入端有一电压存在理想集成运算放大器，校准原理如图2所示。通过调节补偿电源装置给输入一个与VIO电压等量相反电压V补，输入就可等效为V=VIO V补=0，则被测集成运放与接口电路等效为一输入失调电压为零理想运算放大器。然后，调节模拟电源装置，给定模拟标准运放输入失调电压参数值。通过数字多用表读数与被校运放测试仪测试值比较，计算出误差值，完成VIO参数校准。

图2 输入失调电压参数VIO校准原理图

　　2 单片机控制电路设计

　　单片机采用AT89S51，这是一个低功耗、高性能CMOS 8位单片机，片内含可反复擦写1000次4kB ISP(In-system programmable) Flash ROM。其采用ATMEL公司高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元。

　　本设计中，采用单片机控制信号继电器来实现电路测试状态转换，信号继电器选用是HKE公司HRS2H-S-DC5V，能够快速完成测试状态转换，只需单片机5V供电电源即可，便于完成参数校准。此外，继电器跳变由PNP三极管S8550来驱动完成。

　　3 液晶显示电路设计

　　智能彩色液晶显示器VK56B是上海广电集团北京分公司产品，具有体积小、功耗低、无辅射、寿命长、超薄、防振及防爆等特点。该 LCD采用工业级CPU，机内配置有二级字库，可通过串口或三态数据总线并口接收控制命令数据，并自行对接收命令和数据进行处理，以实时显示用户所要显示各种曲线、图形和中西文字体。AT89S51与智能化液晶VK56B接口电路如图3所示。单片机与LCD采用并行通信设计，LCD自身具有一个三态数据总线并口（并口为CMOS电平），可以同主机进行通信。它外部有12条线同单片机相连，即D0～D7、WRCS、BUSY、INT和GND。其中，WRCS 为片选信号和写信号逻辑或非，上升沿有效；BUSY信号为高（CMOS电平）表示忙；INT为中断申请信号，低电平有效。

图3 单片机与智能化液晶接口电路图

集成运放参数测试