CN114518486A

CN114518486A - 一种输入失调电压的测量方法及电路

Info

Publication number: CN114518486A
Application number: CN202011290624.3A
Authority: CN
Inventors: 张伟; 丁行波
Original assignee: Huada Semiconductor Co ltd
Current assignee: Xiaohua Semiconductor Co ltd
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2022-05-20

Abstract

本发明公开一种输入失调电压的测量电路，包括：第一电阻R1，其第一端连接到运算放大器的第一电压输入端，第二端连接到第二开关的第一端；第二开关，其第二端连接到运算放大器的电压输出端并且连接到第三开关的第一端；第三开关，其第二端连接到第一开关的第一端并且连接到模数转换器ADC的输入端；以及第一开关，其第二端连接到直流电压源的输出端。

Description

一种输入失调电压的测量方法及电路

技术领域

本发明涉及集成运放领域，特别涉及一种输入失调电压的测量电路及方法。

背景技术

集成运算放大器，简称集成运放，是具有高放大倍数的集成电路，其包括输入级、中间级、输出级三部分。其中，输入级通常采用差分放大电路。理想情况下，当输入电压为0时，其输出电压也应为0V，但在实际应用中，由于输入级的差分放大电路很难做到完全对称，因此，在输入电压为0时，通常存在一定的输出电压。在此情况下，为了使得输出电压为0，就需要在输入级加一个补偿电压，即输入失调电压。

目前，主要采用外接放大电路的形式，在成品测试(FT)或晶圆测试(CP测试)阶段对输入失调电压进行测量，如图1所示，其主要通过片上运算放大器AMP与片外电阻R_p及R_n一起组成比例放大器，对运算放大器的输入失调电压V_os进行比例放大A_v倍后，用高性能万用表量测输出电压V_out,进而计算得出V_os＝V_out/A_v。该方法对输入电压源和测试机台的精度要求高且需要片外设备参与测试，增加了测试方法的复杂度和成本。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明提供一种输入失调电压的测量电路及方法，其中，所述输入失调电压的测量电路为片上电路，包括：

第一电阻R1，其第一端连接到运算放大器AMP的第一电压输入端，第二端连接到第二开关的第一端；

第二开关，其第二端连接到运算放大器的电压输出端并且连接到第三开关的第一端；

第三开关，其第二端连接到第一开关的第一端并且连接到模数转换器ADC的输入端；以及

第一开关，其第二端连接到片外直流电压源的输出端。

进一步地，所述测量电路还包括：

第二电阻R2，其第一端连接到片外直流电压源的输出端，第二端连接到运算放大器的第一电压输入端；以及

第三电阻R3，其第一端连接到片外直流电压源的输出端，第二端连接到运算放大器的第二电压输入端。

进一步地，所述测量电路还包括第四开关，其连接在运算放大器的第一电压输入端与第一电阻R1之间。

进一步地，所述第一开关和/或第二开关和/或第三开关和/或第四开关为CMOS传输门。

进一步地，所述第一电阻R1与第二电阻R2的阻值比R1/R2的取值范围为20-200。

基于所述测量电路，本发明还提供一种输入失调电压的测量方法，包括：

使第一开关导通并且使第三开关截止；

由模数转换器测量运算放大器的输入电压Vin；

使第二开关和第三开关导通并且使第一开关截止；

由模数转换器测量运算放大器的输出电压Vout；以及

根据输入电压Vin和输出电压Vout确定运算放大器的输入失调电压Vos。

进一步地，所述输入失调电压Vos根据如下公式确定：

Vos＝(Vout-Vin)/(1+R1/R2)。

本发明提供的一种输入失调电压的测量电路及方法，通过片上运算放大器、电阻以及开关组成比例放大器，并采用片上模数转换器测量运算放大器的输入及输出电压，通过控制各个开关的通断，可以方便地测量测量运算放大器的输入及输出电压，进而计算得到输入失调电压。相较于现有技术而言，其有效提高了测试速度，并降低了对测试机台精度的要求，达到了降低测试成本的目标。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出现有技术中输入失调电压的测量电路的示意图；

图2示出本发明一个实施例的一种输入失调电压的测量电路的示意图；

图3示出本发明又一个实施例的一种输入失调电压的测量电路的示意图；以及

图4示出本发明一个实施例的一种输入失调电压的测量方法的流程示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

为降低在集成运放的输入失调电压量测时对于测试机台精度的要求，进而降低测试成本，本发明提供一种输入失调电压的测量电路及方法，采用了片上(on-chip)电路和基于片上电路的测试流程，下面结合实施例附图对本发明的方案做进一步描述。

下面阐述本发明所基于的原理。

本发明基于发明人的如下洞察:本发明人通过研究发现，现有输入失调电压测量方案难以集成到放大器电路的同一芯片上的主要原因在于：首先，用于测量输出电压的高精度测量设备、如高精度数字万用电表的集成成本较高，其次，电压的测量需要毫秒级的切换和稳定时间；为此，本发明人通过如下独创性方案解决了上述技术难题：首先，采用模数转换器作为测量设备，由此实现了其片上的容易集成以及精确的测量精度(模数转换器可根据需要实现非常高的转换精度)；其次，采用MOS开关来控制输入输出电压的切换输入，实现了所测量电压的非常短的切换和稳定时间，同时，MOS开关还可容易地集成到片上。由此，发明人将高精度的测量电路集成到了放大器电路的同一芯片上，即实现了高集成度和高精度两个目标；同时，通过布置额外的开关，可以在放大器电路的正常工作模式与输入失调电压测量模式之间容易地切换，而不影响放大器电路的正常运行或测量精度。

下面通过具体实施方式进一步阐述本发明。

图2示出本发明一个实施例的一种输入失调电压的测量电路的示意图。如图2所示，一种输入失调电压的测量电路，采用片上电阻与运算放大器AMP组成比例放大电路，并采用片上模数转换器ADC测量所述运算放大器的输出电压，进而得到输入失调电压，其中，所述运算放大器的两个电压输入端连接至同一个片外共模直流电压源上，以及所述测量电路包括下列部件(符号“·”表示相应部件)：

·第一电阻R1，其第一端连接到运算放大器AMP的第一电压输入端，第二端连接到第二开关S2的第一端；所述第一电阻R1、运算放大器AMP以及第二开关S2均为片上元件。

·第二开关S2，其第二端连接到运算放大器AMP的电压输出端并且连接到第三开关S3的第一端；在本发明的一个实施例中，所述第二开关S2例如为CMOS传输门。

·第三开关S3，其第二端连接到第一开关S1的第一端并且连接到模数转换器ADC的输入端；其中，所述模数转换器ADC为片上元件，在本发明的一个实施例中，所述第三开关S3例如为CMOS传输门。

·第一开关S1，其第二端连接到所述直流电压源的输出端，在本发明的一个实施例中，所述第一开关S1例如为CMOS传输门。

在本实施例中，所述测量电路可选地还包括下列部件：

·第二电阻R2，其第一端连接到所述直流电压源的输出端，第二端连接到运算放大器的第一电压输入端；考虑到所述运算放大器的工作电压和ADC的精度，在本发明的一个实施例中，所述第一电阻R1与第二电阻R2的阻值比R1/R2的取值范围为20-200之间。

·第三电阻R3，其第一端连接到所述直流电压源的输出端，第二端连接到运算放大器的第二电压输入端。

图3示出本发明又一个实施例的一种输入失调电压的测量电路的示意图。

图3的实施例与图2的实施例之间的主要区别在于，在图3中，在所述运算放大器的第一电压输入端与第一电阻R1之间还设置有第四开关S4，如图3所示，所述第四开关S4例如为CMOS传输门。

当所述运算放大器处于正常工作状态时，所述第一开关S1及所述第三开关S3导通，且所述第二开关S2截止，为了进一步避免所述第一电阻R1可能产生的寄生电容等对运放的影响，在如图3所示的实施例中，在正常工作状态时，所述第四开关S4也保持截止状态，使得所述第一电阻R1与运放电路完全断开；

测量输入失调电压时，则通过如上所述切换各开关的状态，以分别测量得到所述运算放大器的输入电压Vin及输出电压Vout，进而根据如下公式得到输入失调电压Vos：

Vos＝(Vout-Vin)/(1+R1/R2)，

测量输入电压Vin时，所述第一开关S1导通，且所述第三开关S3截止，所述第二开关S2及第四开关S4(如果有S4的话)状态不限，但优选截止，在此状态下，所述运算放大器不工作，因此，所述ADC测量得到的为所述直流电压源的输出电压，即所述运算放大器的输入电压Vin。

测量输出电压Vout时，所述第一开关S1截止，且所述第二开关S2、第三开关S3及第四开关S4(如果有S4的话)导通，在此状态下，各电阻与所述运算放大器形成比例放大电路，由于存在输入失调电压，因此，此时，所述ADC测量得到的输出电压值Vout为按比例放大的所述直流电压源的输出电压Vin与输入失调电压Vos之和，即：

Vout＝Vos(1+R1/R2)+Vin。

在本发明的一个实施例中，所述测量电路还包括非易失存储器，所述非易失存储器用于存储测量得到的输入电压、输出电压以及和计算得到的输入失调电压。

首先，在步骤401，测试准备。对芯片上电，并配置模数转化器及运算放大器，使其正常工作；

接下来，在步骤402，测量输入电压。使第一开关S1导通并且使第三开关S3截止；然后通过模数转换器测量运算放大器的输入电压Vin；此时，所述第二开关S2和/或所述第四开关S4优选处于截止状态；

接下来，在步骤403，测量输出电压。使第二开关S2、第三开关S3以及第四开关S4导通并且使第一开关S1截止；然后由模数转换器测量运算放大器的输出电压Vout；以及

最后，在步骤404，计算输入失调电压。根据输入电压Vin和输出电压Vout确定运算放大器的输入失调电压Vos。在本发明的一个实施例中，所述放大后的输入失调电压Vos根据如下公式确定：

Vos_(放大)＝Vout-Vin＝Vos(1+R1/R2)+Vin-Vin＝Vos(1+R1/R2)，

那么，可以得到：

Vos＝Vos_(放大)/(1+R1/R2)＝(Vout-Vin)/(1+R1/R2)。

若所述测量电路包括非易失存储器，则可将所述输入电压Vin、输出电压Vout以及输入失调电压Vos的值写入所述非易失存储器中，并在测量完成后，使得所述第二开关S2及第四开关S4截止，使得运算放大器处于正常工作状态。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims

1.一种输入失调电压的测量电路，其特征在于，所述测量电路为片上电路，包括：

第一电阻R1，其第一端连接到运算放大器的第一电压输入端，第二端连接到第二开关的第一端；

第三开关，其第二端连接到第一开关的第一端并且连接到模数转换器的输入端；以及

第一开关，其第二端连接到直流电压源的输出端。

2.如权利要求1所述的测量电路，其特征在于，还包括：

第二电阻R2，其第一端连接到所述直流电压源的输出端，第二端连接到运算放大器的第一电压输入端；以及

第三电阻R3，其第一端连接到所述直流电压源的输出端，第二端连接到运算放大器的第二电压输入端。

3.如权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述直流电压源为片外电压源，且所述运算放大器的第一电压输入端及第二电压输入端均连接至所述直流电压源上。

4.如权利要求1-3任一所述的测量电路，其特征在于，所述测量电路还包括第四开关，其连接在运算放大器的第一电压输入端与第一电阻R1之间。

5.如权利要求4所述的测量电路，其特征在于，所述第一开关和/或第二开关和/或第三开关和/或第四开关为CMOS传输门。

6.如权利要求2所述的测量电路，其特征在于，所述第一电阻R1与第二电阻R2的阻值比R1/R2的取值范围为20-200。

7.一种输入失调电压的测量方法，其特征在于，包括步骤：

使第一开关导通并且使第三开关截止；

由模数转换器测量运算放大器的输入电压Vin；

使第二开关和第三开关导通并且使第一开关截止；

由模数转换器测量运算放大器的输出电压Vout；以及

8.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述输入失调电压Vos根据如下公式确定：

Vos＝(Vout-Vin)/(1+R1/R2)。