CN117544121A - 差分放大器和仪表放大器的修调校准方法 - Google Patents

差分放大器和仪表放大器的修调校准方法 Download PDF

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阮为
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Abstract

本公开提供一种差分放大器的修调校准方法，包括：操作S1：通过修调第一运算放大器A1来修调差分放大器的失调电压；操作S2：通过修调第一电阻R1和/或第二电阻R2的阻值来校准第一运算放大器的反相端增益B；以及操作S3：通过修调第三电阻R3和/或第四电阻R4的阻值来校准第一运算放大器的同相端增益A以使共模增益满足修调目标，从而实现对共模抑制比的校准，完成对差分放大器的修调校准。同时本公开还提供一种仪表放大器的修调校准方法。

Description

差分放大器和仪表放大器的修调校准方法
技术领域
本公开涉及半导体、电子设备技术领域，尤其涉及一种差分放大器和仪表放大器的修调校准方法。
背景技术
放大器是目前电子系统中应用最为广泛的零部件之一。仪表放大器和差分放大器是将精密电阻网络和放大器集成在一起的放大器类型，该结构使得仪表放大器和差分放大器具有低失调电压、高增益精度和高共模抑制比的特性。仪表放大器和差分放大器在精密仪器仪表、精密信号链条等场景具有广泛的应用需求。而随着电子信息产业的快速发展，对仪表放大器和差分放大器的性能尤其是失调电压、增益精度和共模抑制比这三个参数，提出了越来越高的要求，于是对仪表放大器和差分放大器的修调技术受到了学术界和工业界的广泛关注。
仪表放大器和差分放大器中电阻网络的精密程度决定了增益精度，电阻网络的精密程度和内部运算放大器的共模抑制比共同决定了整体共模抑制比大小。传统的仪表放大器和差分放大器修调方法是修调电阻网络的精密程度，即通过修调电阻网络中每个电阻阻值的绝对精度或比例精度从而实现对增益精度和共模抑制比的校准。这种方法由于需要测试电阻网络中每个电阻的阻值，故需要在芯片内预留测试PAD或占据测试引脚，这会导致芯片面积和修调成本上升；这种方法由于测试得到的是电阻阻值并不能直接反映放大器的增益精度和共模抑制比，故还需要增加测试环节以实现对芯片的筛选，这种方法在修调共模抑制比时仅关注了电阻网络的匹配程度，无法考虑内部运算放大器共模抑制比对整体共模抑制比的影响。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于上述问题，本公开提供了一种差分放大器和仪表放大器的修调校准方法，以缓解现有技术中的上述技术问题。
(二)技术方案
本公开的一个方面，提供一种差分放大器的修调校准方法，所述差分放大器包括第一运算放大器和与所述第一运算放大器A1相连的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4构成的电阻网络，其中，第一运算放大器A1的反相输入端通过第一电阻R1连接至差分放大器的第一输入端Vn，第一运算放大器A1的同相输入端通过第三电阻R3连接至差分放大器的第二输入端Vp，第二电阻R2的两端分别连接至第一运算放大器A1的反相输入端和输出端之间，第四电阻R4的两端分别连接至第一运算放大器A1的同相输入端和参考电压端Vref之间；通过修调校准设备对所述差分放大器进行修调校准，所述修调校准方法包括：操作S1：通过修调第一运算放大器A1来修调差分放大器的失调电压；操作S2：通过修调第一电阻R1和/或第二电阻R2的阻值来校准第一运算放大器的反相端增益B；以及操作S3：通过修调第三电阻R3和/或第四电阻R4的阻值来校准第一运算放大器的同相端增益A以使共模增益满足修调目标，从而实现对共模抑制比的校准，完成对差分放大器的修调校准。
根据本公开实施例，操作S1包括：将修调校准设备分别连接至差分放大器的输出端Vout和地；将差分放大器的两个输入端以及参考电压端Vref均接地；通过修调校准设备测试输出电压得到失调电压测试值；修调第一运算放大器A1内部电阻以使得失调电压至满足修调目标。
根据本公开实施例，操作S2包括：将修调校准设备分别连接至差分放大器的输出端Vout和地；将第一运算放大器A1的同相输入端接地；将第一运算放大器A1的反相输入端连接测试激励源Vdc；通过使测试激励源Vdc分别输出两个测试电压，进而通过修调校准设备在第一运算放大器A1的输出端得到两个输出电压，从而得到反相端增益B的测试值；以及通过修调第一电阻R1和/或第二电阻R2的电阻值来校准反相端增益，使得反相端增益B满足修调目标。
根据本公开实施例，操作S3包括：将修调校准设备分别连接至差分放大器的输出端Vout和地；将第一运算放大器A1的同相输入端和反相输入端均连接测试激励源Vdc；通过使测试激励源Vdc分别输出两个测试电压，进而通过修调校准设备在第一运算放大器A1的输出端得到两个输出电压，从而得到差分放大器的共模增益的测试值；以及通过修调第三电阻R3与第四电阻R4的电阻值来校准同相端增益A以使共模增益满足修调目标，从而实现共模抑制比的校准。
本公开的另一方面，提供一种仪表放大器的修调校准方法，所述仪表放大器包括输出差分放大级和输入缓冲放大级，所述输出差分放大级包括第一运算放大器和与所述第一运算放大器A1相连的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4构成的电阻网络；所述输入缓冲放大级包括第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、连接于第二运算放大器A2的反相输入端和输出端之间的第五电阻R5、以及连接于第三运算放大器A3的反相输入端和输出端之间的第六电阻R6；其中，第一运算放大器A1的反相输入端通过第一电阻R1连接至第二运算放大器A2的输出端，第一运算放大器A1的同相输入端通过第三电阻R3连接至第第三运算放大器A3的输出端；第二电阻R2的两端分别连接至第一运算放大器A1的反相输入端和输出端之间，第四电阻R4的两端分别连接至第一运算放大器A1的同相输入端和参考电压端Vref之间；第二运算放大器A2的同相输入端连接至仪表放大器的第一输入端Vn；第三运算放大器A3的同相输入端连接至仪表放大器的第二输入端Vp；通过修调校准设备对所述仪表放大器进行修调校准，所述修调校准方法包括：操作S10：通过修调第一运算放大器A1来修调输出差分放大级的输出失调电压；操作S20：通过修调第一电阻R1和/或第二电阻R2的阻值来校准第一运算放大器的反相端增益B；操作S30：通过修调第三电阻R3和/或第四电阻R4的阻值来校准第一运算放大器的同相端增益A，以使输出差分放大级的共模增益满足修调目标；操作S40：在第二运算放大器A2和第三运算放大器A3的反相输入端之间接入外接电阻RG，通过修调第二运算放大器A2、第三运算放大器A3来修调输入缓冲放大级的输入失调电压；以及操作S50：过修调第五电阻R5和/或第六电阻R6的阻值来校准输入缓冲放大级的增益以满足修调目标，从而完成仪表放大器的修调校准。
根据本公开实施例，操作S10包括：将修调校准设备分别连接至仪表放大器的输出端Vout和地；将仪表放大器的两个输入端以及参考电压端Vref均接地；通过修调校准设备测试输出电压得到输出差分放大级的输出失调电压；以及修调第一运算放大器A1内部电阻以使得输出失调电压至满足修调目标。
根据本公开实施例，操作S20包括：将修调校准设备分别连接至仪表放大器的输出端和地；将仪表放大器的第二输入端Vp接地；将仪表放大器的第一输入端Vn连接测试激励源Vdc；通过使测试激励源Vdc分别输出两个测试电压，进而通过修调校准设备在第一运算放大器A1的输出端得到两个输出电压，从而得到第一运算放大器A1的反相端增益B的测试值；以及通过修调第一电阻R1和/或第二电阻R2的电阻值来校准第一运算放大器A1的反相端增益B，使得反相端增益B满足修调目标。
根据本公开实施例，操作S30包括：将修调校准设备分别连接至仪表放大器的输出端Vout和地；将第一输入端Vn和第二输入端Vp均连接测试激励源Vdc；通过使测试激励源Vdc分别输出两个测试电压，进而通过修调校准设备在第一运算放大器A1的输出端得到两个输出电压，从而得到第一运算放大器A1的共模增益的测试值；以及通过修调第三电阻R3与第四电阻R4的电阻值来校准同相端增益A以使所述共模增益满足修调目标。
根据本公开实施例，操作S40包括：在第二运算放大器A2和第三运算放大器A3的反相输入端之间接入设定阻值的外接电阻RG；将第一输入端Vn、第二输入端Vp、以及参考电压端Vref均接地；通过修调校准设备测试输出电压得到失调电压测试值；以及通过修调第二运算放大器A2、第三运算放大器A3的内部电阻来修调输入缓冲放大级的输入失调电压至目标值，从而使仪表放大器的失调电压满足修调目标。
根据本公开实施例，操作S50包括：在第二运算放大器A2和第三运算放大器A3的反相输入端之间接入设定阻值的外接电阻RG；将修调校准设备分别连接至仪表放大器的输出端Vout和地；将仪表放大器的第一输入端Vn和第二输入端Vp分别连接至极性相反的测试激励源Vdc；根据修调校准设备在仪表放大器的输出端测得的输出电压值，得到仪表放大器的增益测试值；以及通过修调第五电阻R5与第六电阻R6的电阻值来校准仪表放大器的增益以满足修调目标。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开差分放大器和仪表放大器的修调校准方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)涉及的三项测试均不需要在芯片内部预留测试PAD，仅需搭建简单的外围测试电路；
(2)可同时实现失调电压、增益误差和共模抑制比三项参数的校准、测试和筛选；
(3)使整体共模抑制比的校准精度不再受限于内部运算放大器的共模抑制比限制；
(4)相比于现有修调技术更节省芯片面积，修调流程灵活且完善，修调成本低，修调精度高；
(5)能够大幅度简化放大单元的加工制作，提高成品率，降低加工成本。
附图说明
图1为仪表放大器典型结构示意图。
图2为差分放大器典型结构示意图。
图3为传统绝对精度修调方法原理示意图。
图4为传统比例精度修调方法原理示意图。
图5为传统仪表放大器修调方法原理示意图。
图6为本公开实施例的差分放大器修调校准方法的原理示意图。
图7为本公开实施例的仪表放大器修调校准方法的原理示意图。
图8为本公开实施例的差分放大器修调校准方法的流程示意图。
图9为本公开实施例的仪表放大器修调校准方法的流程示意图。
图10为本公开实施例的差分放大器的失调电压修调原理示意图。
图11为本公开实施例的差分放大器的反相端增益修调原理示意图。
图12为本公开实施例的差分放大器的共模抑制比修调原理示意图。
图13为本公开实施例的仪表放大器的失调电压修调原理示意图。
图14为本公开实施例的仪表放大器的反相端增益修调原理示意图。
图15为本公开实施例的仪表放大器的共模增益修调原理示意图。
图16为本公开实施例的仪表放大器的增益误差修调原理示意图。
具体实施方式
本公开提供了一种差分放大器和仪表放大器的修调校准方法，该修调校准方法通过搭建外围测试电路来修调关键电阻，该修调方法无需测试PAD，可实现直接对仪表放大器、差分放大器的失调电压、增益误差和共模抑制比三项参数的测试、校准和筛选，由于可直接测试整体共模抑制比故可忽略内部运算放大器共模抑制比的影响。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开提供了一种针对仪表放大器的修调方法和差分放大器的修调方法，上述修调方法原理是分别通过测试放大器失调电压、反相端增益和共模抑制来修调关键电阻，实现对仪表放大器、差分放大器的失调电压、增益误差和共模抑制比三项参数的精密校准。如图6和图7所示为本发明的修调硬件结构示意图，差分放大器和仪表放大器的修调硬件结构类似，差分放大器具有R1～R4四颗待修调电阻，仪表放大器具有R1～R6六颗待修调电阻和两个RG端口用于设置输入缓冲放大级增益。外围测试电路可以是晶圆测试时的探卡电路也可以是自动化测试设备，待修调的差分放大器或仪表放大器可以是裸die形式也可以是封装后的形式。待修调放大器通过探针或夹座连接至外围测试电路，在修调不同参数时由继电器依次变化不同的外围测试电路和测试激励，通过测试设备监测被修调参数是否合格。电阻修调的形式可以是激光修调、熔丝修调等各种修调形式。如图8和图9所示为本发明的修调算法的实现。对于差分放大器而言，首先通过修调内部运算放大器A1校准失调电压参数，然后通过修调R1和/或R2电阻校准反相端增益即式8-1、8-2和式9中的B，最后通过修调R3和/或R4来修调同相端增益即式8-1、8-2和式9中的A，使共模抑制比符合要求，三项修调参数均达标后即可完成修调。对于仪表放大器而言，相比差分放大器修调算法需要增加输入失调电压和增益误差(需外接RG电阻)两项待修调参数，输入失调电压参数校准由修调内部第二运算放大器A2和/或第三运算放大器A3实现，增益误差(需外接RG电阻)。
仪表放大器和差分放大器的典型结构如图1和图2所示，可见差分放大器类似于仪表放大器中的输出差分放大级，故差分放大器的修调方法同仪表放大器的输出差分放大级的修调方法一致。R1～R4四个电阻构成的电阻网络决定了差分放大器和仪表放大器(无外接RG电阻时)的增益精度，R1～R4四个电阻构成的电阻网络和内部第一运算放大器A1的共模抑制比共同决定了差分放大器和仪表放大器的整体共模抑制比。
以差分放大器为例，其输出电压Vout公式为：
其中Vdm是指输入差分电压，如式2所示；Vcm为输入共模电压，如式3所示；Vref为参考电压端输入电压；VosA1为内部第一运算放大器A1的失调电压，CMRRA1表示(第一运算放大器A1的共模抑制比)。
Vdm＝Vp-Vn (2)；
其中A是指同相端增益，如式4所示；B是指反相端增益，如式5所示；C是指参考电压端增益，如式6所示；D是指内部第一运算放大器A1失调电压的放大倍数，如式7所示。
由式1可得差分放大器的差模增益Gaindm、共模增益Gaincm和共模抑制比表达式如式8和式9所示：
由式8-1、8-2和式9可知修调A和B即可实现对放大器增益和共模抑制比的修调，而A和B又和电阻网络R1～R4的电阻阻值相关。故传统的仪表放大器和差分放大器的修调方法都是通过修调电阻网络即R1～R4阻值的绝对精度或比例精度来实现对增益误差和共模抑制比的校准的。如图3和图4所示为传统的修调方法示意图，图3所示的以电阻绝对精度进行修调的方法就是指通过修调R1～R4每个电阻，使每个电阻的阻值达到理想值以实现对增益误差和共模抑制的校准。图4所示的以电阻比例精度进行修调的方法就是指通过修调RT1和RT2的抽头位置，使抽头与Vout/Vref间的电阻和抽头与Vn/Vp间的电阻达到理想值以实现对增益误差和共模抑制的校准。两种修调方法都需要Test PAD 1和Test PAD 2才能实现对每个电阻的阻值测试。
对于仪表放大器，由于其输入缓冲放大级无共模抑制作用，所以仪表放大器输入缓冲放大级在不外接RG电阻时不发挥作用，其增益(不外接RG电阻)和共模抑制比公式也符合式8和式9，这两个参数的传统修调方法也同图3和图4描述的一致。在有外接RG电阻时仪表放大器的增益不仅取决于输出差分放大级，也同输入缓冲放大级相关，信号会先由输入缓冲级进行放大再传递至第二级的输出差分放大级，第二级的输出差分放大级的增益仍同式8.1、8-2所示，第一级输入缓冲级的增益Gaininput可表达为式10所示。可见外接RG电阻后仪表放大器增益同R5和R6相关。
所以传统的仪表放大器修调方法如图5所示，需要使用Test PAD 1～4四个测试PAD，在修调时R1～4的修调方法同差分放大器描述一致，而外接RG电阻时的增益由修调R5和/或R6实现，具体实现方式时将RG1、RG1和Test PAD 3/4间的R5和/或R6电阻阻值修调至理想值。
由上可见，目前传统的差分放大器和仪表放大器的修调校准方法有以下劣势：需要在芯片内故需要在芯片内预留测试PAD或占据测试引脚，从而导致芯片面积和修调成本上升；测试得到的电阻阻值并不能直接反映放大器的增益精度和共模抑制比，故还需要增加测试环节对增益误差和共模抑制比进行测试，才能实现对芯片的筛选；在修调共模抑制比时仅关注了电阻网络的匹配程度，无法考虑内部运算放大器共模抑制比对整体共模抑制比的影响。
仪表放大器和差分放大器传统的修调方法都需要在芯片内预留测试PAD来实现修调时对电阻的测量，这会导致芯片面积增加，且如果要进行封装后修调还需要在封装时预留两个测试引脚；传统的基于测试阻值的修调方法都无法直接表征出增益误差和共模抑制比的大小，这是由于实际上走线、封装等因素都会造成测试得到的阻值不能准确表示待修调的增益误差和共模抑制比的大小；传统的修调方法在修调共模抑制比时仅考虑到了电阻网络的匹配，而忽略了内部第一运算放大器A1的共模抑制比对整体共模抑制比的影响。由此，本公开提出一种更有效的差分放大器和仪表放大器的修调校准方法。
根据本公开实施例，通过修调校准设备对差分放大器进行修调校准，结合图6和图10-图12所示，差分放大器包括第一运算放大器和与所述第一运算放大器A1相连的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4构成的电阻网络，其中，第一运算放大器A1的反相输入端通过第一电阻R1连接至差分放大器的第一输入端Vn，第一运算放大器A1的同相输入端通过第三电阻R3连接至差分放大器的第二输入端Vp，第二电阻R2的两端分别连接至第一运算放大器A1的反相输入端和输出端之间，第四电阻R4的两端分别连接至第一运算放大器A1的同相输入端和参考电压端Vref之间。通过修调校准设备对所述差分放大器进行修调校准；修调校准设备例如可以包括外围测试电路、测试设备、测试激励源、修调单元等。
在本公开实施例中，提供一种差分放大器的修调校准方法，通过修调校准设备对所述差分放大器进行修调校准，结合图6、图8、图10、图11、图12所示，差分放大器的的修调校准方法包括：
操作S1：通过修调第一运算放大器A1来修调差分放大器的失调电压；
操作S2：通过修调第一电阻R1和/或第二电阻R2的阻值来校准第一运算放大器的反相端增益B；以及
操作S3：通过修调第三电阻R3和/或第四电阻R4的阻值来校准第一运算放大器的同相端增益A以使共模增益满足修调目标，从而实现对共模抑制比的校准，完成对差分放大器的修调校准。
更具体地，根据本公开实施例，操作S1中包括：
将修调校准设备分别连接至差分放大器的输出端Vout和地；
将差分放大器的两个输入端以及参考电压端Vref均接地；
通过修调校准设备测试输出电压得到失调电压测试值；
修调第一运算放大器A1内部电阻以使得失调电压至满足修调目标。
更具体地，根据本公开实施例，操作S2中包括：
将修调校准设备分别连接至差分放大器的输出端Vout和地；
将第一运算放大器A1的同相输入端接地；
将第一运算放大器A1的反相输入端连接测试激励源Vdc；
通过使测试激励源Vdc分别输出两个测试电压，进而通过修调校准设备在第一运算放大器A1的输出端得到两个输出电压，从而得到反相端增益B的测试值；以及
通过修调第一电阻R1和/或第二电阻R2的电阻值来校准反相端增益，使得反相端增益B满足修调目标。
更具体地，根据本公开实施例，操作操作S3包括：
将修调校准设备分别连接至差分放大器的输出端Vout和地；
将第一运算放大器A1的同相输入端和反相输入端均连接测试激励源Vdc；
通过使测试激励源Vdc分别输出两个测试电压，进而通过修调校准设备在第一运算放大器A1的输出端得到两个输出电压，从而得到差分放大器的共模增益的测试值；以及
通过修调第三电阻R3与第四电阻R4的电阻值来校准同相端增益A以使共模增益满足修调目标，从而实现共模抑制比的校准。
结合以上并以差分放大器为例，详细说明修调动作。应注意差分放大器的修调流程与为仪表放大器的部分修调流程基本一致，包括修调算法、测试电路均一致。
1、失调电压校准
差分放大器的失调电压取决于内部第一运算放大器A1，故通过修调内部第一运算放大器A1来修调差分放大器的失调电压，如图10所示为测试电路。将差分放大器输入端都接到地，此时测试设备测到的输出电压即为失调电压。修调至失调电压满足要求就停止修调进入下一项。对于仪表放大器而言修调的就是输出失调电压，测试电路和修调算法均一致。
2、反相端增益校准
差分放大器的增益如式8-1、8-2所示取决于同相端增益A和反相端增益B。在这一步我们先通过修调R1和/或R2来校准反相端增益B，如图11所示为测试电路。将差分放大器同相输入端接地，反相输入端接输入信号，此时输入信号至测试设备测到的输出电压间的增益即为反相端增益。可通过给定两个输入电压测试两个输出电压来实现反相端增益的测试，如式11所示。修调至反相端增益满足要求就停止修调进入下一项。对于仪表放大器而言修调项相同，测试电路和修调算法也一致。
3、共模抑制比校准
差分放大器的共模抑制比如式9所示取决于同相端增益A、反相端增益B和内部第一运算放大器A1的共模抑制比。在这一步我们通过修调R3和/或R4来校准同相端增益A，从而实现对共模抑制比和增益的校准，如图12所示为测试电路。将差分放大器同相输入端和反相输入端共同接输入信号，此时输入信号至测试设备测到的输出电压间的增益即为共模增益。如式9所示共模抑制比为差模增益与共模增益之比，由于共模增益的修调目标是趋近于0，故共模抑制比的大小主要取决于共模增益的大小，差模增益可直接使用B来替代。可通过给定两个输入电压测试两个输出电压来实现共模增益的测试，从而实现共模抑制比的测试，如式12所示。修调至共模抑制比满足要求就停止修调进入下一项。对于仪表放大器而言修调项相同，测试电路和修调算法也一致。
本公开的另一方面，还提供一种仪表放大器的修调校准方法，通过修调校准设备对所述仪表放大器进行修调校准。
根据本公开实施例，结合图7和图13-图16所示，所述仪表放大器包括输出差分放大级和输入缓冲放大级，所述输出差分放大级包括第一运算放大器和与所述第一运算放大器A1相连的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4构成的电阻网络；所述输入缓冲放大级包括第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、连接于第二运算放大器A2的反相输入端和输出端之间的第五电阻R5、以及连接于第三运算放大器A3的反相输入端和输出端之间的第六电阻R6；其中，第一运算放大器A1的反相输入端通过第一电阻R1连接至第二运算放大器A2的输出端，第一运算放大器A1的同相输入端通过第三电阻R3连接至第第三运算放大器A3的输出端；第二电阻R2的两端分别连接至第一运算放大器A1的反相输入端和输出端之间，第四电阻R4的两端分别连接至第一运算放大器A1的同相输入端和参考电压端Vref之间；第二运算放大器A2的同相输入端连接至仪表放大器的第一输入端Vn；第三运算放大器A3的同相输入端连接至仪表放大器的第二输入端Vp。如图7、图13所示，虚线框中的电阻RG表示根据测试的需求，可选择性的决定是否在所述第二运算放大器A2和第三运算放大器A3的反相输入端之间接入外接电阻RG。
根据本公开实施例，结合图9、图7、图13-图16所示，仪表放大器的修调校准方法包括：
操作S10：通过修调第一运算放大器A1来修调输出差分放大级的输出失调电压；
操作S20：通过修调第一电阻R1和/或第二电阻R2的阻值来校准第一运算放大器的反相端增益B；
操作S30：通过修调第三电阻R3和/或第四电阻R4的阻值来校准第一运算放大器的同相端增益A以使输出差分放大级的共模增益满足修调目标；
操作S40：在第二运算放大器A2和第三运算放大器A3的反相输入端之间接入外接电阻RG，通过修调第二运算放大器A2、第三运算放大器A3来修调输入缓冲放大级的输入失调电压；以及
操作S50：过修调第五电阻R5和/或第六电阻R6的阻值来校准输入缓冲放大级的增益以满足修调目标，从而完成仪表放大器的修调校准。
根据本公开实施例，结合图7、图9、图13所示，操作S10中包括：
将修调校准设备分别连接至仪表放大器的输出端Vout和地；
将仪表放大器的两个输入端以及参考电压端Vref均接地；
通过修调校准设备测试输出电压得到输出差分放大级的输出失调电压；以及
修调第一运算放大器A1内部电阻以使得输出失调电压至满足修调目标。
需要说明的是，图13中虚线框中的电阻RG表示根据测试的需求，可选择性的决定是否在所述第二运算放大器A2和第三运算放大器A3的反相输入端之间接入外接电阻RG，而操作S10中，并未选择接入外接电阻RG。
根据本公开实施例，结合图7、图9、图14所示，操作S20中包括：
将修调校准设备分别连接至仪表放大器的输出端和地；
将仪表放大器的第二输入端Vp接地；
将仪表放大器的第一输入端Vn连接测试激励源Vdc；
通过使测试激励源Vdc分别输出两个测试电压，进而通过修调校准设备在第一运算放大器A1的输出端得到两个输出电压，从而得到第一运算放大器A1的反相端增益B的测试值；以及
通过修调第一电阻R1和/或第二电阻R2的电阻值来校准第一运算放大器A1的反相端增益B，使得反相端增益B满足修调目标。
根据本公开实施例，结合图7、图9、图15所示，操作S30中包括：
将修调校准设备分别连接至仪表放大器的输出端Vout和地；
将第一输入端Vn和第二输入端Vp均连接测试激励源Vdc；
通过使测试激励源Vdc分别输出两个测试电压，进而通过修调校准设备在第一运算放大器A1的输出端得到两个输出电压，从而得到第一运算放大器A1的共模增益的测试值；以及
通过修调第三电阻R3与第四电阻R4的电阻值来校准同相端增益A以使所述共模增益满足修调目标。
根据本公开实施例，结合图7、图9、图13所示，操作S40中包括：
在第二运算放大器A2和第三运算放大器A3的反相输入端之间接入设定阻值的外接电阻RG；
将第一输入端Vn、第二输入端Vp、以及参考电压端Vref均接地；
通过修调校准设备测试输出电压得到失调电压测试值；以及
通过修调第二运算放大器A2、第三运算放大器A3的内部电阻来修调输入缓冲放大级的输入失调电压至目标值，从而使仪表放大器的失调电压满足修调目标。
需要说明的是，图13中虚线框中的电阻RG表示根据测试的需求，可选择性的决定是否在所述第二运算放大器A2和第三运算放大器A3的反相输入端之间接入外接电阻RG，而操作S40中，需要接入外接电阻RG。
根据本公开实施例，结合图7、图9、图16所示，操作S50中包括：
在第二运算放大器A2和第三运算放大器A3的反相输入端之间接入设定阻值的外接电阻RG；
将修调校准设备分别连接至仪表放大器的输出端Vout和地；
将仪表放大器的第一输入端Vn和第二输入端Vp分别连接至极性相反的测试激励源Vdc；
根据修调校准设备在仪表放大器的输出端测得的输出电压值，得到仪表放大器的增益测试值；以及
通过修调第五电阻R5与第六电阻R6的电阻值来校准仪表放大器的增益以满足修调目标。
由上可见，对于仪表放大器而言，需要增加输入失调电压和外接RG电阻时的增益误差。
4、输入失调电压校准
仪表放大器的失调电压分为输入失调电压和输出失调电压，前者是由内部运算放大器A2、A3造成，后者是由内部第一运算放大器A1造成的。在外接RG电阻时输入缓冲放大级会将输入失调电压放大至输出端，依据这种关系就可以实现对输入失调电压的校准。如图13所示为测试电路。将仪表放大器输入端都接到地，并选择外接合适的RG电阻，此时测试设备测到的输出电压即为被放大后的输入失调电压。修调至失调电压满足要求就停止修调进入下一项。
5、增益误差(选择外接RG电阻)校准
仪表放大器的增益误差分为未外接RG电阻和外接RG电阻两种情况，未外接RG电阻时的增益误差是由输出差分放大级即R1～4四个电阻的匹配性决定，外接RG电阻时的增益误差是由输入级和输出级即R1～6六个电阻共同决定。由于该项参数是在最后一步进行修调，此时R1～4已经修调完毕，所以只需考虑R5和R6对外接RG电阻时的增益的影响。如式10所示，依据这种关系就可以实现通过修调R5/6对增益误差(外接RG电阻)的校准。如图16所示为测试电路。将仪表放大器输入端分别接至相反的输入信号源，并外接合适的RG电阻，此时测试设备测到的输出电压与输入差模信号之比即为当前增益，如式13所示。当前增益与期望增益之差即为增益误差，修调至增益误差满足要求就停止修调进入下一项。
按图8和图9所示修调顺序进行修调后，即可完成对差分放大器和仪表放大器的校准。可见修调过程无需使用芯片内部测试节点，外围测试电路只需连接芯片引脚即可。外围测试电路可直接对差分放大器的失调电压、增益误差、共模抑制比和对仪表放大器的输入和输出失调电压、增益误差(接或未接RG电阻)、共模抑制比进行测试、校准和筛选。由式9和式12可见，共模抑制比的修调直接以测试值为目标，不受内部运算放大器的限制。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开差分放大器和仪表放大器的修调校准方法有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供了一种差分放大器和仪表放大器的修调校准方法，无需在芯片内部预留测试PAD，仅需搭建简单的外围测试电路；可直接实现失调电压、增益误差和共模抑制比三项参数的测试、校准和筛选；共模抑制比的校准精度不再受限于内部运算放大器的限制。还需要说明的是，以上为本公开提供的不同实施例。这些实施例是用于说明本公开的技术内容，而非用于限制本公开的权利保护范围。一实施例的一特征可通过合适的修饰、置换、组合、分离以应用于其他实施例。
应注意的是，在本文中，除了特别指明的之外，具备“一”元件不限于具备单一的该元件，而可具备一或更多的该元件。
此外，在本文中，除了特别指明的之外，“第一”、“第二”等序数，只是用于区别具有相同名称的多个元件，并不表示它们之间存在位阶、层级、执行顺序、或制程顺序。一“第一”元件与一“第二”元件可能一起出现在同一构件中，或分别出现在不同构件中。序数较大的一元件的存在不必然表示序数较小的另一元件的存在。
在本文中，除了特别指明的之外，所谓的特征甲“或”(or)或“及/或”(and/or)特征乙，是指甲单独存在、乙单独存在、或甲与乙同时存在；所谓的特征甲“及”(and)或“与”(and)或“且”(and)特征乙，是指甲与乙同时存在；所谓的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”，是指包括但不限于此。
此外，在本文中，所谓的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、或“之间”等用语，只是用于描述多个元件之间的相对位置，并在解释上可推广成包括平移、旋转、或镜像的情形。此外，在本文中，除了特别指明的之外，“一元件在另一元件上”或类似叙述不必然表示该元件接触该另一元件。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种差分放大器的修调校准方法，所述差分放大器包括第一运算放大器和与所述第一运算放大器A1相连的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4构成的电阻网络，其中，第一运算放大器A1的反相输入端通过第一电阻R1连接至差分放大器的第一输入端Vn，第一运算放大器A1的同相输入端通过第三电阻R3连接至差分放大器的第二输入端Vp，第二电阻R2的两端分别连接至第一运算放大器A1的反相输入端和输出端之间，第四电阻R4的两端分别连接至第一运算放大器A1的同相输入端和参考电压端Vref之间；通过修调校准设备对所述差分放大器进行修调校准，所述修调校准方法包括：
操作S1：通过修调第一运算放大器A1来修调差分放大器的失调电压；
操作S2：通过修调第一电阻R1和/或第二电阻R2的阻值来校准第一运算放大器的反相端增益B；以及
操作S3：通过修调第三电阻R3和/或第四电阻R4的阻值来校准第一运算放大器的同相端增益A以使共模增益满足修调目标，从而实现对共模抑制比的校准，完成对差分放大器的修调校准。
2.根据权利要求1所述的差分放大器的修调校准方法，所述操作S1包括：
将修调校准设备分别连接至差分放大器的输出端Vout和地；
将差分放大器的两个输入端以及参考电压端Vref均接地；
通过修调校准设备测试输出电压得到失调电压测试值；
修调第一运算放大器A1内部电阻以使得失调电压至满足修调目标。
3.根据权利要求1所述的差分放大器的修调校准方法，所述操作S2包括：
将修调校准设备分别连接至差分放大器的输出端Vout和地；
将第一运算放大器A1的同相输入端接地；
将第一运算放大器A1的反相输入端连接测试激励源Vdc；
通过使测试激励源Vdc分别输出两个测试电压，进而通过修调校准设备在第一运算放大器A1的输出端得到两个输出电压，从而得到反相端增益B的测试值；以及
通过修调第一电阻R1和/或第二电阻R2的电阻值来校准反相端增益，使得反相端增益B满足修调目标。
4.根据权利要求1所述的差分放大器的修调校准方法，所述操作S3包括：
将修调校准设备分别连接至差分放大器的输出端Vout和地；
将第一运算放大器A1的同相输入端和反相输入端均连接测试激励源Vdc；
通过使测试激励源Vdc分别输出两个测试电压，进而通过修调校准设备在第一运算放大器A1的输出端得到两个输出电压，从而得到差分放大器的共模增益的测试值；以及
通过修调第三电阻R3与第四电阻R4的电阻值来校准同相端增益A以使共模增益满足修调目标，从而实现共模抑制比的校准。
5.一种仪表放大器的修调校准方法，所述仪表放大器包括输出差分放大级和输入缓冲放大级，所述输出差分放大级包括第一运算放大器和与所述第一运算放大器A1相连的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4构成的电阻网络；所述输入缓冲放大级包括第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、连接于第二运算放大器A2的反相输入端和输出端之间的第五电阻R5、以及连接于第三运算放大器A3的反相输入端和输出端之间的第六电阻R6；其中，第一运算放大器A1的反相输入端通过第一电阻R1连接至第二运算放大器A2的输出端，第一运算放大器A1的同相输入端通过第三电阻R3连接至第第三运算放大器A3的输出端；第二电阻R2的两端分别连接至第一运算放大器A1的反相输入端和输出端之间，第四电阻R4的两端分别连接至第一运算放大器A1的同相输入端和参考电压端Vref之间；第二运算放大器A2的同相输入端连接至仪表放大器的第一输入端Vn；第三运算放大器A3的同相输入端连接至仪表放大器的第二输入端Vp；通过修调校准设备对所述仪表放大器进行修调校准，所述修调校准方法包括：
操作S10：通过修调第一运算放大器A1来修调输出差分放大级的输出失调电压；
操作S20：通过修调第一电阻R1和/或第二电阻R2的阻值来校准第一运算放大器的反相端增益B；
操作S30：通过修调第三电阻R3和/或第四电阻R4的阻值来校准第一运算放大器的同相端增益A，以使输出差分放大级的共模增益满足修调目标；
操作S40：在第二运算放大器A2和第三运算放大器A3的反相输入端之间接入外接电阻RG，通过修调第二运算放大器A2、第三运算放大器A3来修调输入缓冲放大级的输入失调电压；以及
操作S50：过修调第五电阻R5和/或第六电阻R6的阻值来校准输入缓冲放大级的增益以满足修调目标，从而完成仪表放大器的修调校准。
6.根据权利要求5所述的仪表放大器的修调校准方法，所述操作S10包括：
将修调校准设备分别连接至仪表放大器的输出端Vout和地；
将仪表放大器的两个输入端以及参考电压端Vref均接地；
通过修调校准设备测试输出电压得到输出差分放大级的输出失调电压；以及
修调第一运算放大器A1内部电阻以使得输出失调电压至满足修调目标。
7.根据权利要求5所述的仪表放大器的修调校准方法，所述操作S20包括：
将修调校准设备分别连接至仪表放大器的输出端和地；
将仪表放大器的第二输入端Vp接地；
将仪表放大器的第一输入端Vn连接测试激励源Vdc；
通过使测试激励源Vdc分别输出两个测试电压，进而通过修调校准设备在第一运算放大器A1的输出端得到两个输出电压，从而得到第一运算放大器A1的反相端增益B的测试值；以及
通过修调第一电阻R1和/或第二电阻R2的电阻值来校准第一运算放大器A1的反相端增益B，使得反相端增益B满足修调目标。
8.根据权利要求5所述的仪表放大器的修调校准方法，所述操作S30包括：
将修调校准设备分别连接至仪表放大器的输出端Vout和地；
将第一输入端Vn和第二输入端Vp均连接测试激励源Vdc；
通过使测试激励源Vdc分别输出两个测试电压，进而通过修调校准设备在第一运算放大器A1的输出端得到两个输出电压，从而得到第一运算放大器A1的共模增益的测试值；以及
通过修调第三电阻R3与第四电阻R4的电阻值来校准同相端增益A以使所述共模增益满足修调目标。
9.根据权利要求5所述的仪表放大器的修调校准方法，所述操作S40包括：
在第二运算放大器A2和第三运算放大器A3的反相输入端之间接入设定阻值的外接电阻RG；
将第一输入端Vn、第二输入端Vp、以及参考电压端Vref均接地；
通过修调校准设备测试输出电压得到失调电压测试值；以及
通过修调第二运算放大器A2、第三运算放大器A3的内部电阻来修调输入缓冲放大级的输入失调电压至目标值，从而使仪表放大器的失调电压满足修调目标。
10.根据权利要求5所述的仪表放大器的修调校准方法，所述操作S50包括：
在第二运算放大器A2和第三运算放大器A3的反相输入端之间接入设定阻值的外接电阻RG；
将修调校准设备分别连接至仪表放大器的输出端Vout和地；
将仪表放大器的第一输入端Vn和第二输入端Vp分别连接至极性相反的测试激励源Vdc；
根据修调校准设备在仪表放大器的输出端测得的输出电压值，得到仪表放大器的增益测试值；以及
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