集成运放参数测试仪设计方案

V有效值正弦波的实现：
　　5HZ 4V信号在电路中要多次用到，对该信号的稳定度有较高的要求，该信号的好坏直接关系到测量的精度。我们采用先进的DDS直接数字频率合成技术，产生高幅值稳定度和频率稳定度的信号。外围电路如图3-3-1所示：

图3-4-1锁相环外围及接口电路

图3-4-2 BWG测量电路

（五）自动测量功能的实现：
　　我们采用了两大组继电器来控制电路状态，实现参数的自动测量。第一组为主测量电路部分，采用6个继电器实现四个基本参数的测量。由于测量BWG和Tr需要采用完全不同的电路，我们又加入两个继电器，很方便的实现两个电路的切换。示意图如图3-5-1：

（六）显示模块：
　液晶显示采用金鹏的OCM4X8C型液晶显示模块，该模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置国标GB2312码简体中文字库（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。
（七）键盘模块:
　　原理如图3-7-1所示。键盘通过FPGA进行管理，当有键按下时，触发中断；去抖后将数据发送给单片机,单片机主服务进程接受按键值，然后根据按键值调度相应的进程。

图3-7-1 键盘电路原理图
图3-7-2 键盘服务进程调度示意图 （八）、UART-PC机通讯:
　　串口是计算机与外部设备进行数据交换的重要介质，所以串行通信在实际工程实现中有着广泛的应用。而Microsoft公司的VC++6.0功能强大，其基础类库（MFC）封装了WIN32 API中的标准通信函数，可方便的支持串口通信。在放大器参数测试仪的设计中，能够很方便地将放大器的各个参数数据显示并存储。
　　我们运用了串口进行了下位机（单片机）与上位机（PC机）的通信。如图3-8-1上位机接收数据，显示数据界面。

图3-8-1上位机界面 　　二者通过RS-232串行口接收或上传数据和指令。传输介质为二芯屏蔽电缆，接线图如下图3-8-2所示：

图3-8-2 RS-232串行口接线图 　　

RS-232信号的电平和单片机串口的电平不一致，必须进行二者之间的电平转换。在此使用的集成电平转换芯片MAX232为RS-232C/TTL电平转换芯片。它只使用单+5V为其工作，配接4个1UF电解电容即可完成RS-232电平与TTL电平之间的转换。其原理图如下图所示，转换完毕的串口信号TXD、RXD直接和单片机SPCE061A相连接。
图3-8-3 MAX232外围原理图

四、理论计算及分析图4-1-1 主测量电路原理图

（一）开环放大倍数的测量
　　如图4-1-2继电器状态：K1,K2接地，K3,K4接通，K5接地，K6接信号输入端。整个电路构成一个大的环路负反馈，信号从R7端输入，根据虚短虚断的概念，因为R7上端与放大器的同相端相联，为地电位；所以节点OUT1的电位为： ()
又：(为放大器U2的输出电压)
得：
所以：

图4-1-2 开环放大倍数测量原理图

（二）输入失调电压的测量
　　继电器状态：K1,K2接地，K3,K4接通，K5，K6接地。如图 4-2-1
　　K6接地，放大器U1的输出与放大器U2的同相端通过一电阻分压网络相连，而放大器U2的反相端接地。所以：根据输入失调电压的定义：
()

图4-2-1 输入失调电压测试原理图
(三)输入失调电流的测量
　　继电器状态：K1,K2接地，K3,K4断开，K5，K6接地。如图4-3-1
与上面相同有，所以有：



图4-3-1 输入失调电流测试原理图

(四)共模抑制比的测量
　　继电器状态：K1、K2接信号端，K3、K4闭合。K5,K6接地。如图4-4-1运放应对共模信号有很强的抑制能力。表征这种能力的参数叫共模抑制比，用kCMR表示。它定义为差模电压增益AvD和共模电压增益Avc之比，即kCMR=∣AvD/Avc∣。
　　测试原理如图35.5所示。由于RF>>RI，该闭环电路对差模信号的增益AvD= RF/RI。共模信号的增益AvC= （VO/VS)。因此，只要从电路上测出VO和VS，即可求出共模抑制比
KCMR=∣AvD/Avc∣= （RF/RI）o（VS/VO）
　　KCMR的大小往往与频率有关，同时也与输入信号大小和波形有关。测量的频率不宜太高，信号不宜太大。

图4-4-1 共模抑制比测量原理图

(五) -3dB带宽F0
　　继电器状态：K7断开，K4闭合，K2接信号端；被测放大器构成单位增益状态。K9接OUT1将单位增益状态的放大器信号输出。
-3dB带宽的测量，通过FPGA与外部锁相环对30MHz信号进行程控分频与倍频，产生高精确度的扫频信号，然后通过隔直电容加到被测放大器的同相输入端（放大器通过继电器切换接成单位增益组态），放大器的输出信号通过隔直电容加到有效值转换芯片的输入端。扫频信号从40kHz开始逐渐增大，同时通过AD检测有效值转换芯片的输出电压，当输出电压下降到原来的0.707倍时记下此时的频率值既是-3dB带宽截止频率。
(六)转换速率(SR)和上升时间的测量
　　脉冲响应时间包括上升时间，下降时间、延迟时间、和脉动时间等。测试电路仍然采用以上电路，继电器状态K7断开，K4闭合，K2接信号端；被测放大器构成单位增益状态。K9接OUT1将单位增益状态的放大器信号输出。读取响应时间方法如下图所示。其中tr为上升时间，tf为下降时间，td(r)为上升延迟时间，td(f)为下降延迟时间。在单片机的控制下，FPGA发出一阶跃信号，同时触发高速计数，通过一高速比较器检测放大器的输出状态，当上升到0.9Vdd时锁存计数值，同时触发中断，将计数值送给单片机。单片机根据此计数值和计数频率便可以计算出上升时间。