CN110361646B - 一种运算放大器测试电路及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种运算放大器测试电路及测试方法，所述测试电路包括：辅助运放，其正输入端连接所述被测运放的输出端，其输出端输出辅助运放输出电压，其负输入端接地，该辅助运放的输出端与所述偏置电压源的负输出端之间连接有反馈电路；偏置电压源经两路串联的输入电阻和输入偏置电流采样电路连接至所述被测运放的正输入端和负输入端；所述输入偏置电流采样电路使所述输入电阻输出的电压与被测运放输入端的电压相同。本发明通过在被测运算放大器正负输入端使用精密高输入阻抗测流电路替代测流电阻，提高了测试效率和测试精度，使输入失调电压、输入偏置电流参数可同时测量。

Description

一种运算放大器测试电路及测试方法

技术领域

本发明涉及集成电路测试技术领域，特别涉及一种运算放大器测试电路及测试方法。

背景技术

集成运算放大器的基本电路是差分放大器，由于电路的不对称性必将产生输入误差信号，这个误差信号限制了运算放大器所能放大的最小信号，即限制了运算放大器的灵敏度。这种由于直流偏置不对称所引起的误差信号可以用输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流来描述。所述输入失调电压是使输出电压为零(或规定值)时，两输入端间所加的直流补偿电压；所述输入偏置电流是使输出电压为零(或规定值)时，流入输入端的电流；所述输入失调电流是使输出电压为零(或规定值)时，流入两输入端的电流之差。

在传统运算放大器测试电路中，测试运算放大器的输入失调电压VOS和运算放大器的正负输入偏置电流IB+、IB-的典型测试电路如图1所示，通过辅助运算放大器的反馈，使被测运算放大器的输出电压为零，被测运算放大器的两输入端分别串联电阻R1、R2后接地，并且使R1＝R2＝RG、R3＝R4＝RF，其中RG为被测运算放大器的输入电阻，RF为被测运算放大器的反馈电阻。

当测试输入失调电压VOS时，开关K1、K2闭合，此时电阻R5、R6被短路，传统方法给出的近似VOS的计算方法为：

其中Vm为辅助运算放大器输出端的电压，其电压值会随着开关K1、K2的闭合或断开而产生变化。

当测试正输入偏置电流IB+时，开关K1断开K2闭合，传统方法给出的近似IB+的计算方法为：

其中VOS可由式1得到，当开关K1断开、K2闭合时，辅助运算放大器输出端的电压Vm会发生变化，此时根据变化后的Vm可重新计算可得到该状态下的失调电压，根据该状态下的失调电压和式1得到的VOS，可计算该状态下的正输入偏置电流IB+。

当测试负输入偏置电流IB-时，开关K2断开K1闭合，传统方法给出的近似IB-的计算方法为：

同理，VOS可由式1得到，当开关K1闭合、K2断开时，辅助运算放大器输出端的电压Vm会发生变化，此时根据变化后的Vm可重新计算可得到该状态下的失调电压，根据该状态下的失调电压和式1得到的VOS，可计算该状态下的负输入偏置电流IB-。

然而，采用图1所示的传统测试电路测试VOS时，无法做到将IB+、IB-的差值即输入失调电流IOS对VOS的影响分离，导致VOS测试会出现误差，并影响后续IB+、IB-的计算。因此，将上述误差建模后等效电路如图2所示(测试VOS时，开关K1、K2闭合，R5、R6被短路，因此未在图2画出)。

图2中将被测运算放大器测试参数模型中的IB+、IB-的误差影响等效到Ve，其值为：

可见当Ve的大小接近被测运算放大器的VOS时，会对测试带来较大误差。

综上，传统运算放大器测试电路测试VOS、IB+、IB-三个参数需要通过K1、K2开关动作三次，分三次单独测试，这令测试时间较长，测试效率较低，同时输入失调电流IOS也会对VOS的测试也会产生较大误差的影响，造成VOS测试结果不准确。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种运算放大器测试电路及测试方法，通过在被测运算放大器(下文也称运放)正负输入端使用精密高输入阻抗测流电路替代测流电阻，不但解决了测试精度的问题，而且测试效率得到提高，使输入失调电压、输入偏置电流参数可同时测量。

本发明采用的技术方案为，

一种运算放大器测试电路，用于对被测运放进行测试，所述被测运放的输入端分别连接一输入电阻后接地，其输出端连接一辅助运放，该辅助运放的正输入端连接所述被测运放的输出端，负输入端接地，其输出端通过一反馈电阻连接所述被测运放的负输入端；

还包括：

连接在所述被测运放的输入端和输入电阻之间的输入偏置电流采样电路；

所述输入偏置电流采样电路使所述输入电阻输出的电压与被测运放输入端的电压相同。

由上，根据运算放大器的特性，辅助运放通过负输入端的接地反馈使其正输入端的电压为零，即被测运放输出端的电压为零，此时通过测量辅助运放输出端的电压，结合输入电阻的阻值和反馈电阻的比例，即可计算出被测运放的失调电压，根据输入偏置电流采样电路的电压和电阻可计算出流入被测运放输入端的输入偏置电流。并且本发明不需要调节切换测试电路，可在不调整测试电路的前提下满足输入失调电压和正负输入偏置电流的参数测试，提高了测试效率和测试精度。

其中，所述输入偏置电流采样电路包括：

高阻抗运放，其正输入端连接所述输入电阻，其负输入端连接所述被测运放的输入端，其输出端与其负输入端之间串联偏置电流采样电阻。

由上，根据运算放大器的工作特性，其正输入端和负输入端的电压相同，通过偏置电流采样电阻的电流即为被测运放输入端的偏置电流，测试通过测量上述高阻抗运放输出端和输入端的电压，并根据其差值即可得出偏置电流采样电阻两端的电压，根据电流计算公式即可计算得出被测运放输入端的偏置电流。

其中，还包括：

接地电阻，其一端接地，另一端连接所述被测运放的正输入端连接的输入电阻和输入偏置电流采样电路的连接节点。

由上，被测运放的正输入端通过一电阻接地，以使得被测运放两输入端的阻抗相同。

其中，所述反馈电阻一端连接所述辅助运放的输出端，另一端连接所述被测运放的负输入端连接的输入电阻和输入偏置电流采样电路的连接节点。

由上，通过测量辅助运放输出端的电压，结合输入电阻的阻值和反馈电阻的比例，即可计算出被测运放的失调电压，同时也不会对后端连接的输入偏置电流采样电路产生影响。

基于上述运算放大器测试电路，本发明还提供了一种运算放大器测试电路的测试方法，包括至少以下之一的参数测试：

对输入失调电压的参数测试：测试辅助运放的输出端的第一电压V1，根据第一电压V1、反馈电阻RF和输入电阻RG，计算被测运放的输入失调电压VOS，

对正负输入偏置电流的参数测试：测试高阻抗运放的输入端的第二电压V2和输出端的第三电压V3，根据第二电压V2、第三电压V3和偏置电流采样电阻R，计算被测运放的输入偏置电流IB，

由上，基于本发明所提出的测试电路，可实现对运算放大器的输入失调电压、输入偏置电流参数的测试，无需在进行某一个参数测试时再进行对应电路的调整，且互不影响，不仅提高了测试效率，还避免输入偏置电流对输入失调电压的影响。

附图说明

图1为现有技术运算放大器测试电路的电路连接图；

图2为对图1所示电路的误差建模后的等效电路图；

图3为本发明运算放大器测试电路的电路连接图。

具体实施方式

下面参照如图3对本发明所述的运算放大器测试电路的具体实施方式进行详细说明。

如图3所示的实施例中，本发明所提供的运算放大器测试电路通过在被测运算放大器的正负输入端使用精密高输入阻抗测流电路来替代原来的测流电阻，使输入失调电压和输入偏置电流在测试时互不影响，具体的，该运算放大器测试电路包括：

被测运算放大器的两输入端IN-、IN+分别串联一输入电阻R1、R2后连接接地端，其中R1＝R2＝RG(被测运算放大器T1的输入电阻)；

辅助运算放大器T2，其正输入端连接被测运算放大器T1的输出端，其负输入端接地，通过负输入端的反馈使被测运算放大器T1的输出电压VO为零，其输出端串联一反馈电阻R3连接至电阻R1与被测运算放大器T1的负输入端的连接节点；

同理，电阻R2与被测运算放大器T1的正输入端的连接节点处也串联一电阻R4后接地；

电阻R3在本电路中为被测运算放大器T1的反馈电阻，且R3＝R4＝RF(被测运算放大器T1的反馈电阻)；

通过图3可知，通过测量辅助运算放大器T2的输出端电压Vm，结合电阻R1、R3或R2、R4即可计算出被测运算放大器T1的输入失调电压VOS，即：

根据上述公式即可计算出被测运算放大器T1的输入失调电压VOS。

然而，本发明与背景技术的最大改进点在于，在满足上述输入失调电压VOS的测试基础上，还通过在被测运算放大器T1的输入电阻和输入端之间设置一精密高输入阻抗测流电路，替代现有技术中采用开关和电阻并联的方式来进行输入失调电压的测试，该精密高输入阻抗测流电路配合上述电路可同时对正输入偏置电流和负输入偏置电流的测试，具体的，该精密高输入阻抗测流电路包括：

运算放大器T3，其正输入端连接电阻R1和R3的连接节点，其负输入端连接被测运算放大器T1的负输入端IN-，其输出端串联偏置电流采样电阻R6后同样连接至被测运算放大器T1的负输入端；

运算放大器T4，其正输入端连接电阻R2和R4的连接节点，其负输入端连接被测运算放大器T1的正输入端IN+，其输出端串联偏置电流采样电阻R5后同样连接至被测运算放大器T1的正输入端；

根据运算放大器的工作原理，运算放大器正输入端和负输入端的电压相同，即V1＝Vin-，V3＝Vin+。同时由于运算放大器T3和运算放大器T4的输出端分别串联偏置电流采样电阻R6和R5后，则通过偏置电流采样电阻R6和R5的电流即为被测运算放大器T1的正反输入端的输入偏置电流IB-、IB+，分别测量运算放大器T3的正输入端的电压V1和输出端电压V2，以及运算放大器T4的的正输入端电压V3和输出端电压V4，分别进行计算，即可计算出被测运算放大器T1的正反输入端的输入偏置电流IB-、IB+，即

并且，根据图3原理可以得到，上述式6、式7计算得到的输入偏置电流IB-、IB+不会流经R1/R3、R2/R4电阻，因此被测运算放大器的输入失调电压VOS参数与输入偏置电流IB-、IB+的参数在测试电路上是分离的，不会出现背景技术中IOS影响VOS测试的情况。

因此，本发明不但解决了在对运算放大器进行相应参数测试时，测流精度的问题，降低测流误差，而且还提高了测试效率，实现同时测量被测运算放大器的输入失调电压VOS和正负输入端的输入偏置电流IB+、IB-三个参数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种运算放大器测试电路，用于对被测运放进行测试，所述被测运放的输入端分别连接一输入电阻后接地，其输出端连接一辅助运放，该辅助运放的正输入端连接所述被测运放的输出端，负输入端接地，其输出端通过一反馈电阻连接所述被测运放的负输入端；

其特征在于，还包括：

连接在所述被测运放的输入端和输入电阻之间的输入偏置电流采样电路；

所述输入偏置电流采样电路使所述输入电阻输出的电压与被测运放输入端的电压相同。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输入偏置电流采样电路包括：

高阻抗运放，其正输入端连接所述输入电阻，其负输入端连接所述被测运放的输入端，其输出端与其负输入端之间串联偏置电流采样电阻。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

接地电阻，其一端接地，另一端连接所述被测运放的正输入端连接的输入电阻和输入偏置电流采样电路的连接节点。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述反馈电阻一端连接所述辅助运放的输出端，另一端连接所述被测运放的负输入端连接的输入电阻和输入偏置电流采样电路的连接节点。

5.一种使用权利要求2所述运算放大器测试电路的测试方法，其特征在于，包括至少以下之一的参数测试：

对输入失调电压的参数测试：测试辅助运放的输出端的第一电压V1，根据第一电压V1、反馈电阻RF和输入电阻RG，计算被测运放的输入失调电压VOS，；对正负输入偏置电流的参数测试：测试高阻抗运放的输入端的第二电压V2和输出端的第三电压V3，根据第二电压V2、第三电压V3和偏置电流采样电阻R，计算被测运放的输入偏置电流IB，。