CN110470931A - 一种运算放大器辐射敏感参数的测量方法 - Google Patents

一种运算放大器辐射敏感参数的测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种运算放大器辐射敏感参数的测量方法，解决运算放大器辐射敏感参数耦合对传统测量技术带来的问题，提高了运算放大器在电离辐射环境中参数的准确测量。一种运算放大器辐射敏感参数的测量方法，包括以下步骤：步骤一、安装被测运算放大器；将被测运算放大器的电源端VCC和接地端VEE连接恒定电压源，正相输入端Vin+连接扫描电压源，负相输入端Vin‑连接恒定电压源，输出端Vout连接电压监测端；步骤二、设置测量参数；设定与负相输入端Vin‑连接的恒定电压源输出值为0V或规定值；依据被测运算放大器的器件手册和辐照后失调电压的漂移量，设置扫描电压源的扫描电压范围；步骤三、测试被测运算放大器；步骤四、提取敏感参数。

Description

一种运算放大器辐射敏感参数的测量方法
技术领域
本发明涉及电子元器件辐射效应测试领域，具体涉及一种运算放大器辐射敏感参数的测量方法。
背景技术
运算放大器是航天空间电子器件中不可或缺的一部分，而空间电子器件的电性能测试是必不可少的环节，通常空间电子器件在空间的抗辐射能力通过地面模拟试验来考核验证。目前，运算放大器常采用辅助运放法进行电特性测试，此种测量方法在常规测试中有较好的测试精度和速度，然而运算放大器在电离辐射环境中会受到辐射作用，辐照后运算放大器各性能参数发生不同程度的退化，此时退化参数之间的耦合以及辐照后较宽范围的测试需求，对现有运算放大器参数测试测量方法的适用性提出了新的挑战。
传统的运算放大器电特性测量采用辅助运放将被测器件的电特性参数进行放大，随后通过测量辅助运算放大器的输出，再结合计算获得被测样品的性能参数值。在常规性能测量及工程筛选过程中，该方法并无不妥，不仅可以快速鉴别器件的好坏，且较高的测试速度和精度。然而，在运算放大器辐射效应及损伤机制研究过程中，该方法却表现出一定的弊端，主要问题有以下几点：1)辅助运放测量过程中，需要依据器件参数的超差，调节辅助运放环路的放大倍数及稳定性；2)辐照后参数的测量只能在特殊的偏置条件下获得；3)被测器件辐照后的各个退化参数之间耦合，严重影响测试结果的准确性。
例如，辐照敏感参数偏置电流在电离辐射环境中，随着累积总剂量的增加会致使偏置电流增大。采用辅助运放进行测试时，输出级参数的退化会对整个辅助运放环路增益产生影响，从而影响偏置电流的计算；若器件的失调电压受辐射的影响而发生较大变化，会影响运放环路对于偏置电流测量的能力。同样，失调电压、失调电流等辐射敏感参数的测量也不同程度上存在一定的问题。因此，急需一种新的运算放大器辐射效应测量方法，解决其在辐照后参数准确测量的问题。
发明内容
为了提高运算放大器在电离辐射环境中参数的准确测量，解决运算放大器辐射敏感参数耦合对传统测量技术带来的问题，本发明提供一种运算放大器辐射敏感参数的测量方法。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种运算放大器辐射敏感参数的测量方法，包括以下步骤：
步骤一、安装被测运算放大器
将被测运算放大器的电源端VCC和接地端VEE连接恒定电压源，正相输入端Vin+连接扫描电压源，负相输入端Vin-连接恒定电压源，输出端Vout连接电压监测端；
步骤二、设置测量参数
设定与负相输入端Vin-连接的恒定电压源输出值为0V或规定值；
依据被测运算放大器的器件手册和辐照后失调电压的漂移量，设置扫描电压源的扫描电压范围；
步骤三、测试被测运算放大器
3.1)与负相输入端Vin-连接的恒定电压源输出0V或规定值，扫描电压源依照步骤二确定的扫描电压范围输出扫描电压；
3.2)实时监测正相输入端Vin+的电流值、负相输入端Vin-电流值，电源端VCC和接地端VEE的电流值、输出端Vout的电压值；
3.3)根据步骤3.2)得到的监测值，获得输出端Vout电压值随扫描电压的变化曲线、正相输入端Vin+电流值随扫描电压的变化曲线、负相输入端Vin- 电流值随扫描电压的变化曲线；
步骤四、提取敏感参数
敏感参数包括偏置电流Iib、失调电流Iio、电源电流ICC、失调电压Vio、输入高电平VOH、输出低电平VOL；
偏置电流
失调电流Iio＝|Iib-+Iib+|；
电源电流ICC为电源端VCC和接地端VEE的电流值；
失调电压Vio为输出端Vout电压为0时，此时输出端Vout电压值随扫描电压的变化曲线所对应的扫描电压值；
输入高电平VOH为输出端Vout电压值随扫描电压的变化曲线的电压最高值；
输出低电平VOL为输出端Vout电压值随扫描电压的变化曲线的电压最低值；
其中：输出端Vout电压为0时，确定该点对应的扫描电压，根据该扫描电压，得到正相输入端Vin+电流值随扫描电压的变化曲线上的电流值，该电流即为Iib+；
输出端Vout电压为0时，确定该点对应的扫描电压，根据该扫描电压，得到负相输入端Vin-电流值随扫描电压的变化曲线上的电流值，该电流即为 Iib-。
进一步地，步骤3.1)中，扫描电压源依照步骤二确定的扫描电压范围具体为：扫描电压从(-100mV～0mV)扫描至(0mV～100mV)，每(5uV～1mV)一个测量点进行测试。
进一步地，步骤一中，被测运算放大器为双运算放大器或四运算放大器，采用矩阵开关或者继电器进行正相输入端Vin+、V负相输入端Vin-和负相输入端Vin-的切换。
进一步地，步骤一中，电源端VCC和接地端VEE连接恒定电压源为单电源或双电源。
本发明的有益效果是：
1.本发明运算放大器辐射后参数的测量方法在测量过程中，无需辅助运放，测量电路简单，测量结果准确。
2.本发明方法的测量属于直接测量方法，对于运算放大器的辐照敏感参数通过高精度测试设备或源表来测量，而不是依赖于辅助运放的环路，回避了辐照后参数耦合和辅助运放环路稳定性对测量结果的影响，因此，对于辐照后敏感参数的测量具有较高的精度。
3.本发明提供测量方法具有较宽的测量范围，能满足累积高总剂量后运算放大器参数的测试，且针对不同类型运算放大器件均具有较好的测量精度。以往的测试方法需要借助于辅助运算放大器，测试过程中容易受到辐照后各个参数之间耦合的影响，而采用本发明的方法进行测量时，不需要辅助运算放大器，减小了各个参数之间的耦合影响，从而提高了测量范围，即在高总剂量照后器件参数能准确测量，且适用于不同的测试对象。
4.本发明提供的测量方法能有效解决运算放大器的辐照效应测试技术难题，方法简单有效，极大的简化了辐照后敏感参数测试过程。因此，本发明有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明运算放大器辐射敏感参数的测量方法中器件连接原理图；
图2为本发明运算放大器辐射敏感参数的测量方法测试流程图；
图3为本发明运算放大器辐射敏感参数的测量方法测试数据曲线示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
本发明提供一种简单可行用于运算放大器辐射后敏感参数的测量方法，解决了运算放大器在辐照后电参数准确测量的问题，该方法包括测量电路的搭建、辐射敏感参数测试流程和参数的提取等。该方法通过现有的测试设备或源表，直接给运算放大器的输入端提供扫描电压，监测各个端口的电流或电压变化信息，通过计算分析获得器件的辐射敏感参数。本方法的测量属于直接测量方法，对于运算放大器的辐照敏感参数通过高精度测试设备或源表来测量，而不是依赖于辅助运放的环路，回避了辐照后参数耦合和辅助运放环路稳定性对测量结果的影响。因此，具有对于辐照后敏感参数的测量具有较高的精度。
如图2所示，本发明提供的运算放大器辐射敏感参数的测量方法，包括以下步骤：
步骤一、安装被测运算放大器
如图1所示，将被测运算放大器的电源端VCC和接地端VEE连接恒定电压源，正相输入端Vin+连接扫描电压源，负相输入端Vin-连接恒定电压源，输出端Vout连接电压监测端；
步骤二、设置测量参数
设定与负相输入端Vin-连接的恒定电压源输出值为0V或规定值；
依据被测运算放大器的器件手册和辐照后失调电压的漂移量，设置Vin+ 扫描电压源的扫描电压范围，扫描电压起始范围可从(-100mV～0mV)扫描至 (0mV～100mV)选择，每(5uV～1mV中选择)一个测量点进行测试；
步骤三、测试被测运算放大器
3.1)与负相输入端Vin-连接的恒定电压源输出0V或规定值，扫描电压源依照步骤二确定的扫描电压范围输出扫描电压；
3.2)实时监测正相输入端Vin+的电流值、负相输入端Vin-电流值，电源端VCC和接地端VEE的电流值、输出端Vout的电压值；
3.3)根据步骤3.2)得到的监测值，如图3所示，获得输出端Vout电压值随扫描电压的变化曲线、正相输入端Vin+电流值随扫描电压的变化曲线、负相输入端Vin-电流值随扫描电压的变化曲线；
步骤四、提取敏感参数
敏感参数包括偏置电流Iib、失调电流Iio、电源电流ICC、失调电压Vio、输入高电平VOH、输出低电平VOL；
偏置电流
失调电流Iio＝|Iib-+Iib+|；
电源电流ICC为电源端VCC和接地端VEE的电流值；
失调电压Vio为输出端Vout电压为0时，此时输出端Vout电压值随扫描电压的变化曲线所对应的扫描电压值；
输入高电平VOH为输出端Vout电压值随扫描电压的变化曲线的电压最高值；
输出低电平VOL为输出端Vout电压值随扫描电压的变化曲线的电压最低值；
其中：如图3所示，输出端Vout的电压为0时，确定该点对应的扫描电压，根据该扫描电压，得到正相输入端Vin+电流值随扫描电压的变化曲线上的电流值，该电流即为Iib+；
输出端Vout的电压为0时，确定该点对应的扫描电压，根据该扫描电压，得到负相输入端Vin-电流值随扫描电压的变化曲线上的电流值，该电流即为 Iib-。
以下将详细说明本发明提供的一种用于运算放大器辐射效应测量方法。
在实施过程中，首先应该选取合适的测量设备。
测量设备需包括IV测量通道5路，其中必须保证：高精度电压源2路(用于被测器件输入级电压的提供和电流测量)，电压精度至少低于被测器件的失调电压典型值一个量级，电流测量精度至少低于被测器件的偏置电流典型值一个量级，支持线性扫描测量；中精度电压源2路(用于被测样品供电和电源电流测量)，将被测器件的供电端电压VCC和VEE端按照器件手册要求提供，选择单电源供电或者双电源供电测量，其精度满足器件手册测试中供电参数的要求；电压测量通道1路(被测器件输出电压的监测)。
其次，在测试过程中需要将被测样品的与测量设备进行连接。
按照图1所示，将被测器件各个端口连接至测量设备上，将被测器件的供电端电压VCC和VEE端按照器件手册要求提供，选择单电源供电或者双电源供电测量；Vin-端接恒定电压，Vin+接扫描电压源，输出端Vout接电压监测端；若器件属于双运算放大器或者四运算放大器，可采用矩阵开关或者控制继电器进行器件内部各运算放大器的Vin+、Vin-和Vout端口切换，从而实现多个运算放大器参数的快速测量。
第三，测试设备的设置。
Vin-接0V或规定值，Vin+接扫描电压，扫描电压范围依据器件手册和辐照后失调电压的漂移量进行设置。例如对于典型双极型运算放大器，失调电压在mV级，辐照前测量时，扫描电压设置从-10mV扫描至10mV，每50uV一个测量点进行测试；随着辐照进行，若被测样品的失调电压发生漂移，则可根据测试结果适当扩大扫描电压的范围(失调电压发生正向漂移，则扫描电压范围正向设置，例如辐照后失调电压正向漂移20mV，则扫描电压设置为0mV扫描至30mV；同理，若失调电压负向漂移，则扫描电压范围可向负向扩展)，扫描过程中实时监测输出电压值Vout的变化和Vin+、Vin-端电流值的变化。
最后，辐射敏感参数的提取。
测量数据包括Vin+和Vin-端口的电流、VCC和VEE端电流以及Vout端电压，其随Vin+端扫描电压的变化趋势如图3所示。依据参数的定义提取偏置电流Iib、失调电流Iio、失调电压Vio、电源电流ICC、输入输出高、低电平VOH、 VOL的值，具体参数提取方式如下：
a)偏置电流和失调电流
按照偏置电流的定义，在输出曲线为取Vout＝0V的点做垂直线①与IB+和 Iib-曲线的交点，所对应的Y2坐标值，即为Iib-和Iib+的值，通过公式：
Iio＝|Iib-+Iib+|
b)失调电压
按照失调电压的定义，在输出曲线取Vout＝0V时(标线②)所对应的X轴电压，即为Vio；
c)输出高、低电平
按照输出高、低电平的定义，Vout的输出曲线上的高、低值即为VOH和VOL，如图3中的标线④和标线③；
d)电源电流
在器件上电后直接读取即可。
以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理的情况下进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围内。

Claims (4)

1.一种运算放大器辐射敏感参数的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、安装被测运算放大器
将被测运算放大器的电源端VCC和接地端VEE连接恒定电压源，正相输入端Vin+连接扫描电压源，负相输入端Vin-连接恒定电压源，输出端Vout连接电压监测端；
步骤二、设置测量参数
设定与负相输入端Vin-连接的恒定电压源输出值为0V或规定值；
依据被测运算放大器的器件手册和辐照后失调电压的漂移量，设置扫描电压源的扫描电压范围；
步骤三、测试被测运算放大器
3.1)与负相输入端Vin-连接的恒定电压源输出0V或规定值，扫描电压源依照步骤二确定的扫描电压范围输出扫描电压；
3.2)实时监测正相输入端Vin+的电流值、负相输入端Vin-电流值，电源端VCC和接地端VEE的电流值、输出端Vout的电压值；
3.3)根据步骤3.2)得到的监测值，获得输出端Vout电压值随扫描电压的变化曲线、正相输入端Vin+电流值随扫描电压的变化曲线、负相输入端Vin-电流值随扫描电压的变化曲线；
步骤四、提取敏感参数
敏感参数包括偏置电流Iib、失调电流Iio、电源电流ICC、失调电压Vio、输入高电平VOH、输出低电平VOL；
偏置电流
失调电流Iio＝|Iib_+Iib+|；
电源电流ICC为电源端VCC和接地端VEE的电流值；
失调电压Vio为输出端Vout电压为0时，此时输出端Vout电压值随扫描电压的变化曲线所对应的扫描电压值；
输入高电平VOH为输出端Vout电压值随扫描电压的变化曲线的电压最高值；
输出低电平VOL为输出端Vout电压值随扫描电压的变化曲线的电压最低值；
其中：输出端Vout电压为0时，确定该点对应的扫描电压，根据该扫描电压，得到正相输入端Vin+电流值随扫描电压的变化曲线上的电流值，该电流即为Iib+；
输出端Vout电压为0时，确定该点对应的扫描电压，根据该扫描电压，得到负相输入端Vin-电流值随扫描电压的变化曲线上的电流值，该电流即为Iib-。
2.根据权利要求1所述的运算放大器辐射敏感参数的测量方法，其特征在于，步骤3.1)中，扫描电压源依照步骤二确定的扫描电压范围具体为：扫描电压从-100mV～0mV扫描至0mV～100mV，每5uV～1mV一个测量点进行测试。
3.根据权利要求1或2所述的运算放大器辐射敏感参数的测量方法，其特征在于：步骤一中，被测运算放大器为双运算放大器或四运算放大器，采用矩阵开关或者继电器进行正相输入端Vin+、V负相输入端Vin-和负相输入端Vin-的切换。
4.根据权利要求3所述的运算放大器辐射敏感参数的测量方法，其特征在于：步骤一中，电源端VCC和接地端VEE连接恒定电压源为单电源或双电源。
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