CN110133403B - 一种适用于辐射环境的运算放大器在线测试电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于辐射效应研究中长距离对运算放大器进行测量的测试方法，提供一种适用于辐射环境的运算放大器在线测试电路及方法，解决在辐射环境中利用辅助运算放大器测试方法无法获得准确运算放大器参数的问题，利用高精度电阻和继电器开关匹配的方式，替代了传统辅助运算放大器环路测试方法，实现了运算放大器输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流、输出电压摆幅、电源电流和静态功耗等参数的长距离在线测试，可以通过合理设置匹配电阻参数，将测量误差大幅降低。满足了在辐射环境中对运算放大器进行在线测试。

Description

一种适用于辐射环境的运算放大器在线测试电路及方法
技术领域
本发明涉及一种适用于辐射效应研究中长距离对运算放大器进行测量的测试方法。
背景技术
电子器件受到辐射作用时，其性能会发生严重退化，影响电子系统的可靠性。因此开展电子器件辐射效应研究对于评估电子器件的抗辐射能力至关重要。运算放大器是电子学电路中重要单元之一，准确测量运算放大器的电学参数十分重要。
对于运算放大器的测试技术已有较丰富的基础和方法，但是均为基于运算放大器环路的测试技术，该技术需要一只辅助运算放大器和被测运算放大器匹配进行测试。当运算放大器处于辐射环境中时，两只器件均会受到辐射损伤，采用辅助运算放大器测试方法得到的测试结果存在严重偏差。如果将辅助运算放大器置于辐射环境以外，两只器件的距离较大，长线电缆中的微小信号干扰极易使测试环路产生自激，无法对器件的电参数进行测试。
发明内容
为了解决在辐射环境中利用辅助运算放大器测试方法无法获得准确运算放大器参数的问题，本发明提供一种适用于辐射环境的运算放大器在线测试方法及电路。
由于电阻和开关等无源器件受辐射影响极小，辐射对电阻和开关的影响可以忽略，因此本发明利用电阻匹配等方式可以最大程度的降低辐射对测试结果带来的影响。
本发明的技术解决方案是提供一种适用于辐射环境的运算放大器在线测试电路，其特殊之处在于：包括电阻Rs、电阻R及电阻Rf；所述电阻Rs串联在电源端与被测运算放大器的反向输入端之间；所述电阻R串联在电源端与被测运算放大器的同向输入端之间；所述电阻Rf并联在被测运算放大器的反向输入端与输出端之间，被测运算放大器的输出端接测试端，所述电源端及测试端均位于辐射环境外。该电路适用于电源电流和静态功耗的测试。
进一步地，为了测试输入失调电压，上述测试电路，还包括电阻RL，电阻RL的一端连接在被测运算放大器的输出端，另一端接地。
进一步地，为了测试输出电压摆幅，上述测试电路还包括电阻R'及开关K，电阻R'的一端与长距离输入端连接，电阻R'的另一端通过开关K与电阻Rf的一端连接，所述电阻Rf的一端为电阻Rf与被测运算放大器的反向输入端连接的一端。
进一步地，为了测试输入偏置电流、输入失调电流，上述测试电路还包括电阻Ra、电阻Rb、开关K1及开关K2；所述电阻Ra串联在电阻Rs与被测运算放大器的反向输入端之间，所述电阻Rb串联在电阻R与被测运算放大器的同向输入端之间，所述开关K2并联在电阻Ra两端，所述开关K1并联在电阻Rb两端。
本发明还提供一种基于上述的适用于辐射环境的运算放大器在线测试电路测试电源电流和静态功耗的方式，在电源端施加规定的电源电压V+、V-，通过电缆在辐射环境外测试被测运算放大器输出端流入正电源端的电源电流IS，对于双电源器件静态功耗PS＝(V+×IS)×2，对于单电源器件静态功耗PS＝V+×IS。
本发明还提供一种基于上述的适用于辐射环境的运算放大器在线测试电路测试输入失调电压的方式，在电源端施加规定的电源电压，通过设置Rf改变放大倍数，使测试端被测运算放大器输出电压VO为最小值；测试电阻RL两端电压VL，最后计算得到输入失调电压VIO＝VL/(Rf/Rs)。
本发明还提供一种基于上述的适用于辐射环境的运算放大器在线测试电路测试输出电压摆幅的方式，其特征在于：
在电源端施加规定的电源电压V+、V-，通过设置输入电压Vi，使测试端被测运算放大器输出电压VO为高电压或者低电压，测试当RL阻值不同时，测试端VO的摆幅。
本发明还提供一种基于上述的适用于辐射环境的运算放大器在线测试电路测试输入偏置电流、输入失调电流的方式，在电源端施加规定的电源电压V+、V-；通过设置Rf改变放大倍数，使测试端输出电压Vo为规定值；
闭合开关K1和K2，测试RL两端的电压值VL0；断开开关K1，测试RL两端的电压值VL1)；计算同相端输入偏置电流IB+＝(VL1-VL0)×Rs/(Rf×Rb)；
闭合开关K1，断开开关K2，测试RL两端的电压值VL2；计算反相端输入偏置电流IB-＝(VL2-VL0)×Rs/(Rf×Rb)；
最后得到输入偏置电流IB＝(IB++IB-)/2；输入失调电流IIO＝IB+-IB-。
本发明的有益效果在于：
1、本发明利用高精度电阻和继电器开关匹配的方式，替代了传统辅助运算放大器环路测试方法，实现了运算放大器输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流、输出电压摆幅、电源电流和静态功耗等参数的长距离在线测试，可以通过合理设置匹配电阻参数，将测量误差大幅降低。满足了在辐射环境中对运算放大器进行在线测试。
2、本发明测试端和电压输入端等输入/输出端口都可以通过电缆引出辐射环境以外进行长距离测试和改变输入条件。
附图说明
图1为输入失调电压测试电路示意图。
图2为输入失调电流和驶入偏置电流测试电路示意图。
图3为输出电压摆幅测试电路示意图。
图4为电源电流和静态功耗测试电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。
根据运算放大器输入失调电压的定义，在规定的电源电压下，使被测运算放大器的输出电压为零(或者规定值)时，两个输入端之间所加的直流补偿电压。测试电路结构如图1所示，包括串联在器件电源端与被测运算放大器反向输入端的电阻Rs，串联在器件电源端与被测运算放大器同向输入端的电阻R，并联在被测运算放大器反向输入端与输出端之间的电阻Rf，被测运算放大器的输出端通过电缆接位于辐射环境外的测试端，在被测运算放大器的输出端和地之间接入电阻RL。
测试输入失调电压时，在器件电源端施加规定的电源电压，通过设置Rf改变放大倍数，使被测运算放大器输出电压VO接近零(或者接近最小值)，测试电阻RL两端的电压VL，最后计算得到失调电压VIO＝VL/(Rf/Rs)。这种测试方法与使用辅助运算放大器环路测试方法得到的测试结果会略有差异，主要在于被测运算放大器的输出电压与参数手册规定有差异。例如手册规定输出电压应为0V，但是本方法实际被测运算放大器的输出电压可能为1V(一般情况下会尽量降低输出电压值)，则由于被测运算放大器存在开环增益，假设开环增益为120dB，最后测得的失调电压VIO与辅助运算放大器环测试结果相差：1V/120dB≈1μV。因此可见测试误差与被测运算放大器开环增益、环路电阻Rf和Rs的比值有关，通过合理设置可以使测量误差减小至可以忽略。
运算放大器的输入偏置电流和失调电流的参数定义如下：同相端输入偏置电流IB+为在规定的电源电压下，使被测运算放大器输出电压为规定值时，流入或流出运算放大器同相端的电流；反相端输入偏置电流IB-为在规定的电源电压下，使被测运算放大器输出电压为规定值时，流入或流出运算放大器反相端的电流；输入偏置电流IB为在规定的电源电压下，使被测运算放大器输出电压为规定值时，流入或流出运算放大器两个输入端的平均电流；输入失调电流Iio为在规定的电源电压下，使被测运算放大器输出电压为规定值时，流入或流出运算放大器两个输入端的电流之差。输入偏置电流、输入失调电流的测试方式如图2所示，包括依次串联在电源端与被测运算放大器反向输入端的电阻Rs及电阻Ra，依次串联在电源端与被测运算放大器同相输入端的电阻R及电阻Rb，并联在电阻Rb与被测运算放大器的输出端之间电阻Rf，分别并联在电阻Ra与电阻Rb两端的开关K2与开关K1，及连接在被测运算放大器输出端与测试端之间的电阻RL。
测试输入偏置电流和失调电流时，在器件电源端施加规定的电源电压V+、V-。通过设置Rf改变放大倍数，使被测运算放大器输出电压Vo接近规定值。闭合同相端和反相端开关K1和K2，在RL两端测试被测运算放大器输出电压VL0。断开同相端开关K1，在RL两端测试被测运算放大器输出VL1。计算同相端输入偏置电流IB+＝(VL1-VL0)×Rs/(Rf×Rb)。闭合同相端开关K1，断开反相端开关K2，在RL两端测试被测运算放大器输出电压VL2。计算反相端输入偏置电流IB-＝(VL2-VL0)×Rs/(Rf×Rb)。最后得到输入偏置电流IB＝(IB++IB-)/2。输入失调电流IIO＝IB+-IB-。该方法得到的测试结果与传统环路测试方法得到的结果可能存在差异，主要在于被测运算放大器的输出电压与手册规定有差异。如手册规定输出电压为0V，但实际被测运算放大器输出电压变化为10V，则因为被测运算放大器存在开环增益，假设开环增益为120dB，Rb＝1MΩ，则两次测量结果相差：10V/120dB≈10μV，10μV/1MΩ＝10pA。因此输入偏置电流和失调电流的测试误差与开环增益、环路电阻Rf和Rs的比值、采样电阻Rb的大小有关，通过合理设置可以大大减小测量误差。
运算放大器输出电压摆幅的参数定义为在规定电源电压和负载下，器件所能输出的最高和最低电平值。该参数的测试电路如图3所示，包括分别串联在电源端与被测运算放大器的反向输入端及同向输入端之间电阻Rs及R；并联在被测运算放大器反向输入端与输出端之间的电阻Rf；串联在被测运算放大器输出端的电阻RL；串联在电阻Rf一端的电阻R'与开关K；所述一端为电阻Rf与被测运算放大器的反向输入端连接的一端；
测试输出电压摆幅时，在器件电源端施加规定的电源电压V+、V-，通过设置输入电压Vi，使被测运算放大器输出VO为高电压或者低电压，被测运算放大器输出端接入规定的负载电阻，在被测运算放大器输出端测试不同负载电阻条件下输出电压的摆幅。
运算放大器电源电流的定义为在规定的电源电压下，流入器件正电源端的电流。该参数的测试电路如图4所示，包括分别串联在电源端与被测运算放大器的反向输入端及同向输入端之间电阻Rs及R；并联在被测运算放大器反向输入端与输出端之间的电阻Rf。
测试电源电流时，在器件电源端施加规定的电源电压V+、V-，在被测运算放大器输出端不接负载测试流入器件正电源端的电源电流IS，对于双电源器件静态功耗PS＝(V+×IS)×2，对于单电源器件静态功耗PS＝V+×IS。

Claims (1)

1.一种适用于辐射环境的运算放大器在线测试电路测试输出电压摆幅的方法，所述适用于辐射环境的运算放大器在线测试电路，包括电阻Rs、电阻R及电阻Rf；所述电阻Rs串联在电源端与被测运算放大器的反向输入端之间；所述电阻R串联在电源端与被测运算放大器的同向输入端之间；所述电阻Rf并联在被测运算放大器的反向输入端与输出端之间，被测运算放大器的输出端接测试端，所述电源端及测试端均位于辐射环境外；还包括电阻RL，电阻RL的一端连接在被测运算放大器的输出端，另一端接地；还包括电阻R'及开关K，电阻R'的一端与长距离输入端连接，电阻R'的另一端通过开关K与电阻Rf的一端连接，所述电阻Rf的一端为电阻Rf与被测运算放大器的反向输入端连接的一端；用于测试输出电压摆幅；
其特征在于：
在电源端施加规定的电源电压V+、V-，通过设置输入电压Vi，使测试端被测运算放大器输出电压VO为高电压或者低电压，测试当RL阻值不同时，测试端VO的摆幅。
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