CN113030689B - 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、第二测试模块和处理模块，当分别在第一测试模块和第二测试模块施加不同的第一测试电压和第二测试电压时，第一测试模块和第二测试模块分别向处理模块提供不同的第一输出电压和第二输出电压，处理模块根据第一测试电压和第二测试电压的变化量以及第一输出电压和第二输出电压的变化量可得到被测运算放大器的差模输入电阻，可以提高测试精度和测试速度，降低测试成本。

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

运算放大器是一种具有很高放大倍数的电路单元，在实际电路中通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。运算放大器的差模输入电阻(Input Resistance)是指当运算放大器工作在线性区时，其两个输入端的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值，差模输入电阻对运算放大器的运算精度具有很大影响。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差模输入电阻也越来越重要重视。

现有技术的通常采用专用的测试仪器电阻计来测量运算放大器的差模输入电阻，这种测试方法具有以下不足：(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，可提高测试速度和精度，降低测试成本。

根据本发明的第一方面，提供了一种测试电路，用于测试被测运算放大器，包括：第一测试模块，具有连接至所述被测运算放大器的反相输入端的第一输入端、用于接收第一测试电压的第二输入端、以及用于提供第一输出电压至处理模块的输出端；第二测试模块，具有连接至所述被测运算放大器的正相输入端的第一输入端、用于接收第二测试电压的第二输入端、以及用于提供第二输出电压至所述处理模块的输出端，其中，当所述第一测试模块和所述第二测试模块施加不同的测试电压时，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输入电压的变化量，所述处理模块根据所述第一输出电压的变化量和所述第二输出电压的变化量获得所述被测运算放大器的输入失调电流的变化量，以及根据所述输入电压的变化量和所述输入失调电流的变化量得到所述被测运算放大器的差模输入电阻。

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，正相输入端用于接收所述测试电压，输出端用于提供所述输出电压。

优选地，所述第一测试模块和所述第二测试模块均还包括：采样电阻，串联连接在所述辅助运算放大器的反相输入端和输出端之间，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，与所述采样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，所述第一测试模块的采样电阻与所述被测运算放大器的反相输入端的偏置电流的乘积远大于所述第一测试模块的辅助运算放大器的输入失调电流，所述第二测试模块的采样电阻与所述被测运算放大器的正相输入端的偏置电流的乘积远大于所述第二测试模块的辅助运算放大器的输入失调电流。

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，使用上述的测试电路，其中，所述测试方法包括：调节第一测试模块的第一测试电压和第二测试模块的第二测试电压，采集第一输出电压的变化量和第二输出电压的变化量；根据第一测试电压的变化量和第二测试电压的变化量获得被测运算放大器的输入电压的变化量；根据所述第一输出电压的变化量和所述第二输出电压的变化量获得所述被测运算放大器的输入失调电流的变化量；以及根据所述输入电压的变化量和所述输入失调电流的变化量得到所述被测运算放大器的差模输入电阻。

优选地，所述被测运算放大器的差模输入电阻通过以下公式获得：

Rdiff＝ΔVin/ΔIos

其中，Rdiff为所述被测运算放大器的差模输入电阻，ΔVin为所述被测运算放大器的输入电压的变化量，ΔIos为所述被测运算放大器的输入失调电流的变化量。

优选地，所述被测运算放大器的输入电压的变化量通过以下公式获得：

ΔVin＝(Vcont_b2-Vcont_b1)-(Vcont_a2-Vcont_a1)

其中，Vcont_a2-Vcont_a1为所述第一测试电压的变化量，Vcont_b2-Vcont_b1为所述第二测试电压的变化量。

优选地，所述被测运算放大器的输入失调电流的变化量通过以下公式获得：

ΔIos＝(Vout_b2-Vout_b1)/Rs2-(Vout_a2-Vout_a1)/Rs1

其中，Vout_a2-Vout_a1为所述第一输出电压的变化量，Rs1为第一测试模块中采样电阻的阻值，Vout_b2-Vout_b1为所述第二输出电压的变化量，Rs2为第二测试模块中采样电阻的阻值。

根据本发明的第三方面，提供了一种运算放大器的测试装置，包括上述的测试电路。

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具有以下有益效果。

测试电路包括第一测试模块、第二测试模块和处理模块。第一测试模块具有连接至被测运算放大器的反相输入端的第一输入端、用于第一测试电压的第二输入端、以及用于提供第一输出电压至处理模块的输出端。第二测试模块具有连接至被测运算放大器的正相输入端的第一输入端、用于接收第二测试电压的第二输入端、以及用于提供第二输出电压至处理模块的输出端。当分别在第一测试模块和第二测试模块施加不同的第一测试电压和第二测试电压时，第一测试模块和第二测试模块分别向处理模块提供不同的第一输出电压和第二输出电压，处理模块根据第一测试电压和第二测试电压的变化量以及第一输出电压和第二输出电压的变化量可得到被测运算放大器的差模输入电阻。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级的运算放大器的差模输入电阻的测量。

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，有利于降低测试成本。

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2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；

图3示出被测运算放大器输入失调电流随输入电压的变化曲线图。

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1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1所示，测试电路包括第一测试模块210、第二测试模块220以及处理模块230。

其中，第一测试模块210具有连接至被测运算放大器100的反相输入端的第一输入端、用于接收第一测试电压Vcont_a的第二输入端、以及连接至处理模块230的输出端，第一测试模块210用于经输出端向处理模块230提供第一输出电压Vout_a。第二测试模块220具有连接至被测运算放大器100的正相输入端的第一输入端、用于接收第二测试电压Vcont_b的第二输入端、以及连接至处理模块230的输出端，第二测试模块220用于经输出端向处理模块230提供第二输出电压Vout_b。

在本实施例中，第一测试模块210和第二测试模块220分别根据不同的测试电压提供不同的第一输出电压和第二输出电压，处理模块230根据所述第一输出电压的变化量和所述第二输出电压的变化量获得所述被测运算放大器的输入失调电流(input offsetcurrent)的变化量，并根据被测运算放大器的输入电压的变化量和输入失调电流的变化量得到被测运算放大器的差模输入电阻。

例如，当第一测试模块210和第二测试模块220分别接收第一测试电压Vcont_a1和第二测试电压Vcont_b1时，第一测试模块210和第二测试模块220分别向处理模块230输出第一输出电压Vout_a1和第二输出电压Vout_b1。当第一测试模块210和第二测试模块220分别接收第一测试电压Vcont_a2和第二测试电压Vcont_b2时，第一测试模块210和第二测试模块220分别向处理模块230输出第一输出电压Vout_a2和第二输出电压Vout_b2。处理模块230根据第一输出电压的变化量(Vout_a2-Vout_a1)和第二输出电压的变化量(Vout_b2-Vout_b1)得到被测运算放大器100的输入失调电流的变化量。然后根据被测运算放大器的输入电压的变化量和输入失调电流的变化量得到被测运算放大器的差模输入电阻。

图2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2所示，第一测试模块210包括辅助运算放大器U1、采样电阻Rs1以及反馈电容Cf1。辅助运算放大器U1的反相输入端与被测运算放大器100的反相输入端连接，正相输入端用于接收第一测试电压Vcont_a，输出端用于提供第一输出电压Vout_a。采样电阻Rs1串联连接在所述辅助运算放大器U1的反相输入端和输出端之间。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与所述采样电阻Rs1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220包括辅助运算放大器U2、采样电阻Rs2以及反馈电容Cf2。辅助运算放大器U2的反相输入端与被测运算放大器100的正相输入端连接，正相输入端用于接收第二测试电压Vcont_b，输出端用于提供第二测试电压Vout_b。采样电阻Rs2串联连接在所述辅助运算放大器U2的反相输入端和输出端之间。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与所述采样电阻Rs2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，Rs1*Ib1>>Vos1，Rs2*Ib2>>Vos2。其中，Rs1和Vos1分别为第一测试模块210中的采样电阻和辅助运算放大器U1的输入失调电流。Rs2和Vos2分别为第二测试模块220中的采样电阻辅助运算放大器U2的输入失调电流。Ib1和Ib2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2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：调节第一测试模块的第一测试电压和第二测试模块的第二测试电压，采集第一输出电压的变化量和第二输出电压的变化量；根据第一测试电压的变化量和第二测试电压的变化量获得被测运算放大器的输入电压的变化量；根据所述第一输出电压的变化量和所述第二输出电压的变化量获得所述被测运算放大器的输入失调电流的变化量；以及根据所述输入电压的变化量和所述输入失调电流的变化量得到所述被测运算放大器的差模输入电阻。

图3示出被测运算放大器的输入失调电流随输入电压的变化曲线图，在图3中，横坐标为被测运算放大器的输入电压Vin，纵坐标为被测运算放大器的输入失调电流Ios。为了方便对本发明的测试方法进行说明，下面以一个具体的示例对本发明的测试方法进行说明。需要说明的是，本发明的测试方法不以此示例为限制。

(1)向第一测试模块210提供第一测试电压Vcont_a1＝0.5V，向第二测试模块220提供第二测试电压Vcont_b1＝-0.5V，分别采集第一测试模块210和第二测试模块220此时的第一输出电压Vout_a1和第二输出电压Vout_b1。并得到此时被测运算放大器100的输入电压和输入失调电流。

其中，被测运算放大器100的输入电压为：

Vin1＝Vcont_b1-Vcont_a1

被测运算放大器100的输入失调电流为：

Ios1＝Vout_b1/Rs2-Vout_a1/Rs1

其中，Rs1为所述第一测试模块的采样电阻的阻值，Rs2为所述第二测试模块的采样电阻的阻值。

(2)向第一测试模块210提供第一测试电压Vcont_a2＝1V，向第二测试模块220提供第二测试电压Vcont_b2＝-1V，分别采集第一测试模块210和第二测试模块220此时的第一输出电压Vout_a2和第二输出电压Vout_b2。并得到此时被测运算放大器100的输入电压和输入失调电流。

其中，被测运算放大器100的输入电压为：

Vin2＝Vcont_b2-Vcont_a2

被测运算放大器100的输入失调电流为：

Ios2＝Vout_b2/Rs2-Vout_a2/Rs1

其中，Rs1为所述第一测试模块的采样电阻的阻值，Rs2为所述第二测试模块的采样电阻的阻值。

(3)根据第一测试电压和第二测试电压的变化量得到被测运算放大器100的输入电压的变化量。

其中，被测运算放大器100的输入电压的变化量为：

ΔVin＝Vin2-Vin1

＝(Vcont_b2-Vcont_b1)-(Vcont_a2-Vcont_a1)

其中，Vcont_a2-Vcont_a1为第一测试电压的变化量，Vcont_b2-Vcont_b1为第二测试电压的变化量。

(4)根据第一输出电压和第二输出电压的变化量的被测运算放大器100的输入失调电流的变化量。

其中，被测运算放大器100的输入失调电流的变化量为：

ΔIos＝Ios2-Ios1

＝(Vout_b2-Vout_b1)/Rs2-(Vout_a2-Vout_a1)/Rs1

其中，Vout_a2-Vout_a1为第一输出电压的变化量，Rs1为第一测试模块210中采样电阻的阻值。Vout_b2-Vout_b1为第二输出电压的变化量，Rs2为第二测试模块220中采样电阻的阻值。

(5)根据被测运算放大器100的输入电压的变化量和输入失调电流的变化量得到被测运算放大器的差模输入电阻。

其中，被测运算放大器的差模输入电阻为：

Rdiff＝ΔVin/ΔIos

其中，ΔVin为被测运算放大器的输入电压的变化量，ΔIos为被测运算放大器的输入失调电流的变化量。

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中，测试电路第一测试模块、第二测试模块和处理模块。第一测试模块具有连接至被测运算放大器的反相输入端的第一输入端、用于第一测试电压的第二输入端、以及用于提供第一输出电压至处理模块的输出端。第二测试模块具有连接至被测运算放大器的正相输入端的第一输入端、用于接收第二测试电压的第二输入端、以及用于提供第二输出电压至处理模块的输出端。当分别在第一测试模块和第二测试模块施加不同的第一测试电压和第二测试电压时，第一测试模块和第二测试模块分别向处理模块提供不同的第一输出电压和第二输出电压，处理模块根据第一测试电压和第二测试电压的变化量以及第一输出电压和第二输出电压的变化量可得到被测运算放大器的差模输入电阻。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级的运算放大器的差模输入电阻的测量。

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，有利于降低测试成本。

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 (10)

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，具有连接至所述被测运算放大器的反相输入端的第一输入端、用于接收第一测试电压的第二输入端、以及用于提供第一输出电压至处理模块的输出端；

第二测试模块，具有连接至所述被测运算放大器的正相输入端的第一输入端、用于接收第二测试电压的第二输入端、以及用于提供第二输出电压至所述处理模块的输出端，

其中，当所述第一测试模块和所述第二测试模块施加不同的测试电压时，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输入电压的变化量，

所述处理模块根据所述第一输出电压的变化量和所述第二输出电压的变化量获得所述被测运算放大器的输入失调电流的变化量，以及

根据所述输入电压的变化量和所述输入失调电流的变化量得到所述被测运算放大器的差模输入电阻。

2.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，正相输入端用于接收所述测试电压，输出端用于提供所述输出电压。

3.根据权利要求2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，串联连接在所述辅助运算放大器的反相输入端和输出端之间，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。

4.根据权利要求3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，与所述采样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。

5.根据权利要求3所述的测试电路，其特征在于，所述第一测试模块的采样电阻与所述被测运算放大器的反相输入端的偏置电流的乘积远大于所述第一测试模块的辅助运算放大器的输入失调电流，

所述第二测试模块的采样电阻与所述被测运算放大器的正相输入端的偏置电流的乘积远大于所述第二测试模块的辅助运算放大器的输入失调电流。

6.一种运算放大器的测试方法，使用权利要求1-5任一项所述的测试电路，其特征在于，所述测试方法包括：

调节第一测试模块的第一测试电压和第二测试模块的第二测试电压，采集第一输出电压的变化量和第二输出电压的变化量；

根据第一测试电压的变化量和第二测试电压的变化量获得被测运算放大器的输入电压的变化量；

根据所述第一输出电压的变化量和所述第二输出电压的变化量获得所述被测运算放大器的输入失调电流的变化量；以及

根据所述输入电压的变化量和所述输入失调电流的变化量得到所述被测运算放大器的差模输入电阻。

7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述被测运算放大器的差模输入电阻通过以下公式获得：

Rdiff＝ΔVin/ΔIos

其中，Rdiff为所述被测运算放大器的差模输入电阻，ΔVin为所述被测运算放大器的输入电压的变化量，ΔIos为所述被测运算放大器的输入失调电流的变化量。

8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述被测运算放大器的输入电压的变化量通过以下公式获得：

ΔVin＝(Vcont_b2-Vcont_b1)-(Vcont_a2-Vcont_a1)

其中，Vcont_a2-Vcont_a1为所述第一测试电压的变化量，Vcont_b2-Vcont_b1为所述第二测试电压的变化量。

9.根据权利要求7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的变化量通过以下公式获得：

ΔIos＝(Vout_b2-Vout_b1)/Rs2-(Vout_a2-Vout_a1)/Rs1

其中，Vout_a2-Vout_a1为所述第一输出电压的变化量，Rs1为第一测试模块中采样电阻的阻值，Vout_b2-Vout_b1为所述第二输出电压的变化量，Rs2为第二测试模块中采样电阻的阻值。

10.一种运算放大器的测试装置，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的测试电路。