CN111610424A - 运算放大器的测试电路、测试方法以及测试装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种运算放大器的测试电路、测试方法以及测试装置，测试电路包括第一测试模块，输入端经由开关模块连接至被测运算放大器的反相输入端，输出端连接至处理模块；以及第二测试模块，输入端经由开关模块连接至被测运算放大器的正相输入端，输出端连接至处理模块，其中，第一测试模块和第二测试模块根据开关模块的断开和闭合分别向处理模块提供多组测试电压，处理模块根据多组测试电压得到被测运算放大器的输入偏置电流，可实现各类型的运算放大器的测试，进一步提高测量精度。

Description

运算放大器的测试电路、测试方法以及测试装置

技术领域

本发明涉及集成电路测试技术领域，更具体地涉及一种运算放大器的测试电路、测试方法以及测试装置。

背景技术

运算放大器的制造工艺趋于使运算放大器的两个输入端的偏置电压相等，但不能保证两个输入端的偏置电流相等。在电流负反馈运放中，输入端的不对称特性意味着运算放大器的两个输入端的偏置电流几乎总是不相等的，这两个输入端的偏置电流之差即为输入失调电流(input offset current)。随着运算放大器的发展，对运算放大器的精度要求越来越高，因此对运算放大器的输入偏置电流(input bias current)和输入失调电流(input offset current)越来越重要。

图1示出根据现有技术的一种运算放大器的测试电路。如图1所示，测试电路包括辅助运算放大器U1。其中，所述辅助运算放大器U1的正相输入端经由电阻R3连接至被测运算放大器DUT的输出端，正相输入端接地，输出端用于输出测试电压VL。电阻R4的第一端连接至辅助运算放大器的反相输入端和电阻R3的中间节点，第二端接收参考电压Vref。辅助运算放大器U1和被测运算放大器DUT构成负反馈闭环系统。

测试电路还包括连接在所述被测运算放大器DUT的反相输入端和地之间的输入电阻Ri1和电阻R1、连接在所述被测运算放大器DUT的正相输入端和地之间的输入电阻Ri2和电阻R2、并联连接在电阻R1两端的开关S1和并联连接在电阻R2两端的开关S2、以及反馈电阻RF1和反馈电阻RF2。反馈电阻RF1的第一端连接至辅助运算放大器U1的输出端，第二端连接至输入电阻Ri1和电阻R1的中间节点。反馈电阻RF2的第一端连接至输入电阻Ri2和电阻R2的中间节点，第二端接地。

现有技术的测试电路具有以下不足：(1)测量精度不高，电路复杂，不易修改电路；(2)电路的适用性低，当被测运算放大器的输入偏置电流在10pA左右时，需要在测试电路中增加大电阻；(3)匹配电阻精度不高，环路不稳定等都会造成测量结果不准确；(4)现有的测试电路可重复性低，每次更换被测试运算放大器都需要重新调试测试电路的稳定性，增加了测试成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种运算放大器的测试电路、测试方法以及测试装置，可实现各类型的运算放大器的测试，进一步提高测量精度。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种测试电路，用于测试被测运算放大器，包括：第一测试模块，输入端经由开关模块连接至所述被测运算放大器的反相输入端，输出端提供第一测试电压至处理模块；以及第二测试模块，输入端经由所述开关模块连接至所述被测运算放大器的正相输入端，输出端提供第二测试电压至所述处理模块，其中，当所述开关模块在导通状态和关断状态之间切换时，所述处理模块根据所述第一测试电压的变化量和所述第二测试电压的变化量获得所述被测运算放大器的反相输入端的反相偏置电流和正相输入端的正相偏置电流。

优选地，所述处理模块还用于根据所述反相偏置电流和正相偏置电流之和获得所述被测运算放大器的输入偏置电流值。

优选地，所述处理模块还用于根据所述反相偏置电流和所述正相偏置电流之差获得所述被测运算放大器的输入失调电流。

优选地，所述第一测试模块和所述第二测试模块均包括：辅助运算放大器，反相输入端经由所述开关模块连接至所述被测运算放大器的反相输入端或者正相输入端，正相输入端用于接地，输出端用于提供所述测试电压。

优选地，所述第一测试模块和所述第二测试模块均还包括：反馈电阻和放大电阻，串联连接于所述辅助运算放大器的输出端和地之间，所述反馈电阻和所述放大电阻的中间节点用于连接所述辅助运算放大器的反相输入端，其中，所述反馈电阻和所述放大电阻的比例决定所述辅助运算放大器的闭环增益。

优选地，所述第一测试模块和所述第二测试模块均还包括：采样电阻，第一端连接至所述辅助运算放大器的反相输入端，第二端连接至所述反馈电阻和所述放大电阻的中间节点，用于所述辅助运算放大器和/或所述被测运算放大器的输入偏置电流的采样。

优选地，所述第一测试模块和所述第二测试模块均还包括：反馈电容，与所述反馈电阻并联连接于所述辅助运算放大器的反相输入端和输出端。

优选地，所述开关模块包括：第一开关，第一端连接至所述被测运算放大器的反相输入端，第二端连接至所述第一测试模块的输入端；以及第二开关，第一端连接至所述被测运算放大器的正相输入端，第二端连接至所述第二测试模块的输入端。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种运算放大器的测试方法，使用上述的测试电路，所述测试方法包括：将开关模块在导通状态和关断状态之间切换，采集第一测试模块的第一测试电压的变化量以及第二测试模块的第二测试电压的变化量；根据第一测试电压的变化量和所述第二测试电压的变化量获得所述被测运算放大器的反相输入端的反相偏置电流和正相输入端的正相偏置电流。

优选地，所述测试方法还包括根据所述反相偏置电流和正相偏置电流之和获得所述被测运算放大器的输入偏置电流值。

优选地，所述测试方法还包括根据所述反相偏置电流和所述正相偏置电流之差获得所述被测运算放大器的输入失调电流。

优选地，所述反相偏置电流为：

Ib1＝(Vout3-Vout1)/Rs1/(1+Rf1/R1)

其中，Vout3-Vout1为所述第一测试电压的变化量，Rs1为所述第一测试模块的采样电阻的阻值，Rf1为所述第一测试模块的反馈电阻的阻值，R1为所述第一测试模块的放大电阻的阻值。

优选地，所述正相偏置电流为：

Ib2＝(Vout4-Vout2)/Rs2/(1+Rf2/R2)

其中，Vout4-Vout2为所述第二测试电压的变化量，Rs2为所述第二测试模块的采样电阻的阻值，Rf2为所述第二测试模块的反馈电阻的阻值，R2为所述第二测试模块的放大电阻的阻值。

优选地，所述被测运算放大器的输入偏置电流为：

Ib＝(Ib1+Ib2)/2

其中，Ib1为所述反相输入端偏置电流，Ib2为所述正相输入端偏置电流。

优选地，所述被测运算放大器的输入失调电流为：

Ios＝Ib2-Ib1

其中，Ib1为所述反相输入端偏置电流，Ib2为所述正相输入端偏置电流。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种运算放大器的测试装置，包括上述的测试电路。

本发明实施例提供的运算放大器的测试电路、测试方法以及测试装置包括以下有益效果。

测试电路包括经由开关模块分别连接至被测运算放大器的反相输入端和正相输入端的第一测试模块和第二测试模块，第一测试模块和第二测试模块根据开关模块的工作状态得到多组测试电压。在开关模块断开时，第一测试模块和第二测试模块根据其内部辅助运算放大器的输入偏置电流得到第一组测试电压，在开关模块闭合时，第一测试模块和第二测试模块根据被测运算放大器的输入偏置电流和其内部辅助运算放大器的输入偏置电流得到第二组测试电压，根据第二组测试电压与第一组测试电压的压差即可以得到被测运算放大器的输入偏置电流，在测试过程中消除了测试电路内部辅助运算放大器的输入偏置电流对测量结果影响，测量精度更高，可实现pA级的输入偏置电流和输入失调电流测量。

此外，本发明实施例提供的测试电路辅助运算放大器与被测运算放大器构成开环系统，与现有技术的测试电路的闭环反馈系统相比，电路更加简单，稳定性更高，可实现各类型的运算放大器的测试。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出利用现有技术的运算放大器的测试电路的电路结构图；

图2示出根据本发明实施例的运算放大器的测试电路的结构示意图；

图3示出根据本发明实施例的运算放大器的测试电路的电路结构图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

图2示出根据本发明实施例的运算放大器的测试电路的结构示意图。如图2所示，测试电路包括开关模块210、第一测试模块220、第二测试模块230以及处理模块240。

其中，第一测试模块220的输入端经由开关模块210连接至被测运算放大器100的反相输入端，输出端连接至处理模块240，以向处理模块240提供第一测试电压。第二测试模块230的输入端经由开关模块210连接至被测运算放大器100的正相输入端，输出端连接至处理模块240，以向处理模块240提供第二测试电压。

当开关模块210在导通状态和关断状态之间切换时，处理模块240根据所述第一测试电压的变化量和所述第二测试电压的变化量获得所述被测运算放大器的反相输入端的反相偏置电流和正相输入端的正相偏置电流。

例如，当开关模块210断开时，第一测试模块220和第二测试模块230分别向处理模块240输出第一测试电压Vout1和第二测试电压Vout2；当开关模块210闭合时，第一测试模块220和第二测试模块230分别向处理模块240输出第一测试电压Vout3和第二测试电压Vout4。处理模块240根据第一测试电压的变化量(Vout3-Vout1)得到被测运算放大器100的正相输入端偏置电流，以及根据第二测试电压的变化量(Vout4-Vout2)得到被测运算放大器的反相输入端偏置电流。

继而处理模块240根据正相输入端偏置电流和反相输入端偏置电流得到被测运算放大器100的输入偏置电流(input bias current)和输入失调电流(input offsetcurrent)。

图3示出根据本发明实施例的运算放大器的测试电路的电路示意图。

如图3所示，开关模块210包括第一开关S1和第二开关S2。第一开关S1的第一端连接至被测运算放大器100的反相输入端，第二端连接至所述第一测试模块220的输入端。第二开关S2的第一端连接至所述被测运算放大器100的正相输入端，第二端连接至所述第二测试模块230的输入端。

其中，第一开关S1和第二开关S2选自机电开关、金属氧化物半导体场效应管、互补金属氧化物半导体或双极型晶体管中的一种。

第一测试模块220包括辅助运算放大器U1、采样电阻Rs1、反馈电阻Rf1、放大电阻R1以及反馈电容Cf1。辅助运算放大器U1的反相输入端经由第一开关S1连接至被测运算放大器100的反相输入端，正相输入端接地，输出端用于提供测试电压。反馈电阻Rf1和放大电阻R1串联连接于辅助运算放大器U1的输出端和地之间，反馈电阻Rf1和放大电阻R1的中间节点用于连接辅助运算放大器U1的反相输入端。其中，所述反馈电阻Rf1和所述放大电阻R1的比例决定辅助运算放大器U1的闭环增益。采样电阻Rs1的第一端连接至所述辅助运算放大器U1的反相输入端，第二端连接至所述反馈电阻Rf1和所述放大电阻R1的中间节点。采样电阻Rs1用于辅助运算放大器U1和/或所述被测运算放大器100的输入偏置电流的采样。反馈电容Cf1与所述反馈电阻Rf1并联连接于所述辅助运算放大器U1的反相输入端和输出端之间。

第二测试模块230包括辅助运算放大器U2、采样电阻Rs2、反馈电阻Rf2、放大电阻R2以及反馈电容Cf2。辅助运算放大器U2的反相输入端经由第二开关S2连接至被测运算放大器100的反相输入端，正相输入端接地，输出端用于提供测试电压。反馈电阻Rf2和放大电阻R2串联连接于辅助运算放大器U2的输出端和地之间，反馈电阻Rf2和放大电阻R2的中间节点用于连接辅助运算放大器U2的反相输入端。其中，所述反馈电阻Rf2和所述放大电阻R2的比例决定辅助运算放大器U2的闭环增益。采样电阻Rs2的第一端连接至所述辅助运算放大器U2的反相输入端，第二端连接至所述反馈电阻Rf2和所述放大电阻R2的中间节点。采样电阻Rs2用于辅助运算放大器U2和/或所述被测运算放大器200的输入偏置电流的采样。反馈电容Cf2与所述反馈电阻Rf2并联连接于所述辅助运算放大器U2的反相输入端和输出端之间。

此外，在本发明实施例中，Rs1＝Rs2，Rf1＝Rf2，R1＝R2，Rs1*Iba1>>Vos1，Rs2*Iba2>>Vos2。其中，Rs1、Rf1、R1以及Vos1分别为第一测试模块220中的采样电阻、反馈电阻、放大电阻以及辅助运算放大器U1的输入失调电流。Rs2、Rf2、R2以及Vos2分别为第二测试模块230中的采样电阻、反馈电阻、放大电阻以及辅助运算放大器U2的输入失调电流。Iba1和Iba2分别为被测运算放大器100的反相输入端偏置电流和正相输入端偏置电流。

根据本发明的第二方面，提供了一种运算放大器的测试方法，以下参照图3对本发明的测试方法进行说明。被测运算放大器100工作在电源电压V_EE和电源电压V_CC之间。所述测试方法包括以下步骤：

(1)断开第一开关S1和第二开关S2，采样电阻Rs1和采样电阻Rs2分别采样辅助运算放大器U1和辅助运算放大器U2的输入偏置电流Iba1和输入偏置电流Iba2，采集第一测试模块220的第一测试电压Vout1和第二测试模块230的第二测试电压Vout2。

其中，第一测试电压Vout1和第二测试电压Vout2分别为：

Vout＝Iba1*Rs1*(1+Rf1/R1)

Vout2＝Iba2*Rs2*(1+Rf2/R2)

其中，Iba1为辅助运算放大器U1反相输入端的偏置电流，Rs1为所述第一测试模块的采样电阻的阻值，Rf1为所述第一测试模块的反馈电阻的阻值，R1为所述第一测试模块的放大电阻的阻值。Iba2为辅助运算放大器U2反相输入端的偏置电流，Rs2为所述第二测试模块的采样电阻的阻值，Rf2为所述第二测试模块的反馈电阻的阻值，R2为所述第二测试模块的放大电阻的阻值。

(2)闭合第一开关S1和第二开关S2，采样电阻Rs1采样被测运算放大器100的反相输入端偏置电流Ib1和辅助运算放大器U1的输入偏置电流Iba1的合并电流，采样电阻Rs2采样被测运算放大器100的正相输入端偏置电流Ib2和辅助运算放大器U2的输入偏置电流Iba2，采集此时的第一测试模块220的第一测试电压Vout3以及所述第二测试模块230的第二测试电压Vout4。

其中，第一测试电压Vout3和第二测试电压Vout4分别为：

Vout3＝(Ib1+Iba1)*Rs1*(1+Rf1/R1)

Vout4＝(Ib2+Iba2)*Rs2*(1+Rf2/R2)

其中，Ib1为被测运算放大器100的反相输入端的反相偏置电流，Ib2为被测运算放大器100的正相输入端的正相偏置电流。

(3)根据第一测试电压的变化量得到被测运算放大器100的反相输入端的反相偏置电流Ib1，根据第二测试电压的变化量得到被测运算放大器100的正相输入端偏置电流Ib2。

其中，所述反相输入端偏置电流和所述正相输入端偏置电流分别为：

Ib1＝(Vout3-Vout1)/Rs1/(1+Rf1/R1)

Ib2＝(Vout4-Vout2)/Rs2/(1+Rf2/R2)

其中，Vout3-Vout1为第一测试电压的变化量，Vout4-Vout2为第二测试电压的变化量。

(4)根据所述反相输入端偏置电流Ib1和所述正相输入端偏置电流Ib2得到被测运算放大器100的输入偏置电流和输入失调电流。

其中，所述被测运算放大器100的输入偏置电流为：

Ib＝(Ib1+Ib2)/2

所述被测运算放大器100的输入失调电流为：

Ios＝Ib2-Ib1

其中，Ib1为所述反相偏置电流，Ib2为所述正相偏置电流。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种运算放大器的测试装置，包括上述的测试电路。

综上所述，本发明实施例提供的运算放大器的测试电路、测试方法以及测试装置，包括经由开关模块分别连接至被测运算放大器的反相输入端和正相输入端的第一测试模块和第二测试模块，第一测试模块和第二测试模块根据开关模块的工作状态得到多组测试电压。在开关模块断开时，第一测试模块和第二测试模块根据其内部辅助运算放大器的输入偏置电流得到第一组测试电压，在开关模块闭合时，第一测试模块和第二测试模块根据被测运算放大器的输入偏置电流和其内部辅助运算放大器的输入偏置电流得到第二组测试电压，根据第二组测试电压与第一组测试电压的压差即可以得到被测运算放大器的输入偏置电流，在测试过程中消除了测试电路内部辅助运算放大器的输入偏置电流对测量结果影响，测量精度更高，可实现pA级的输入偏置电流和输入失调电流测量。

此外，本发明实施例提供的测试电路辅助运算放大器与被测运算放大器构成开环系统，与现有技术的测试电路的闭环反馈系统相比，电路更加简单，逻辑控制更加简单，稳定性更高，可实现各类型的运算放大器的测试。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (16)

1.一种测试电路，用于测试被测运算放大器，其特征在于，包括：

第一测试模块，输入端经由开关模块连接至所述被测运算放大器的反相输入端，输出端提供第一测试电压至处理模块；

第二测试模块，输入端经由所述开关模块连接至所述被测运算放大器的正相输入端，输出端提供第二测试电压至所述处理模块，

其中，当所述开关模块在导通状态和关断状态之间切换时，所述处理模块根据所述第一测试电压的变化量和所述第二测试电压的变化量获得所述被测运算放大器的反相输入端的反相偏置电流和正相输入端的正相偏置电流。

2.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述处理模块还用于根据所述反相偏置电流和正相偏置电流之和获得所述被测运算放大器的输入偏置电流值。

3.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述处理模块还用于根据所述反相偏置电流和所述正相偏置电流之差获得所述被测运算放大器的输入失调电流。

4.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述第一测试模块和所述第二测试模块均包括：

辅助运算放大器，反相输入端经由所述开关模块连接至所述被测运算放大器的反相输入端或者正相输入端，正相输入端用于接地，输出端用于提供所述测试电压。

5.根据权利要求4所述的测试电路，其特征在于，所述第一测试模块和所述第二测试模块均还包括：

反馈电阻和放大电阻，串联连接于所述辅助运算放大器的输出端和地之间，所述反馈电阻和所述放大电阻的中间节点用于连接所述辅助运算放大器的反相输入端，

其中，所述反馈电阻和所述放大电阻的比例决定所述辅助运算放大器的闭环增益。

6.根据权利要求5所述的测试电路，其特征在于，所述第一测试模块和所述第二测试模块均还包括：

采样电阻，第一端连接至所述辅助运算放大器的反相输入端，第二端连接至所述反馈电阻和所述放大电阻的中间节点，用于所述辅助运算放大器和/或所述被测运算放大器的输入偏置电流的采样。

7.根据权利要求4所述的测试电路，其特征在于，所述第一测试模块和所述第二测试模块均还包括：

反馈电容，与所述反馈电阻并联连接于所述辅助运算放大器的反相输入端和输出端。

8.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述开关模块包括：

第一开关，第一端连接至所述被测运算放大器的反相输入端，第二端连接至所述第一测试模块的输入端；

第二开关，第一端连接至所述被测运算放大器的正相输入端，第二端连接至所述第二测试模块的输入端。

9.一种运算放大器的测试方法，使用权利要求1-8任一项所述的测试电路，其特征在于，所述测试方法包括：

将开关模块在导通状态和关断状态之间切换，采集第一测试模块的第一测试电压的变化量以及第二测试模块的第二测试电压的变化量；

根据第一测试电压的变化量和所述第二测试电压的变化量获得所述被测运算放大器的反相输入端的反相偏置电流和正相输入端的正相偏置电流。

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，还包括根据所述反相偏置电流和正相偏置电流之和获得所述被测运算放大器的输入偏置电流值。

11.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，还包括根据所述反相偏置电流和所述正相偏置电流之差获得所述被测运算放大器的输入失调电流。

12.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述反相偏置电流为：

Ib1＝(Vout3-Vout1)/Rs1/(1+Rf1/R1)

其中，Vout3-Vout1为所述第一测试电压的变化量，Rs1为所述第一测试模块的采样电阻的阻值，Rf1为所述第一测试模块的反馈电阻的阻值，R1为所述第一测试模块的放大电阻的阻值。

13.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述正相偏置电流为：

Ib2＝(Vout4-Vout2)/Rs2/(1+Rf2/R2)

其中，Vout4-Vout2为所述第二测试电压的变化量，Rs2为所述第二测试模块的采样电阻的阻值，Rf2为所述第二测试模块的反馈电阻的阻值，R2为所述第二测试模块的放大电阻的阻值。

14.根据权利要求10所述的测试方法，其特征在于，所述被测运算放大器的输入偏置电流为：

Ib＝(Ib1+Ib2)/2

其中，Ib1为所述反相输入端偏置电流，Ib2为所述正相输入端偏置电流。

15.根据权利要求11所述的测试方法，其特征在于，所述被测运算放大器的输入失调电流为：

Ios＝Ib2-Ib1

其中，Ib1为所述反相输入端偏置电流，Ib2为所述正相输入端偏置电流。

16.一种运算放大器的测试装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的测试电路。

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