DE102004031044A1 - Operational amplifier open loop gain electronic test circuit has resistor network connecting input voltage to amplifier terminals with fixed reference voltage on positive input - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektronische Testschaltung zum Messen der Leerlaufverstärkung eines Operationsverstärkers sowie ein Verfahren zum Bestimmen dieser Leerlaufverstärkung.The The invention relates to an electronic test circuit for measuring the Open-loop gain an operational amplifier and a method for determining this open loop gain.
Es sind elektronische Testschaltungen bekannt, mit denen die Leerlaufverstärkung bzw. Open Loop Gain von solchen Operationsverstärkern gemessen werden kann, bei denen beide Eingänge frei beschaltbar sind. Viele Halbleiterchips bzw. elektronische Schaltkreise verfügen über einen oder mehrere Operationsverstärker, deren positiver Eingang fix mit einer nicht veränderbaren Referenzspannungsquelle verbunden ist. Die Leerlaufverstärkung von solchen Operationsverstärkern kann mit den bekannten elektronischen Testschaltungen sowie mit den bekannten Messverfahren bislang nicht ermittelt werden.It Electronic test circuits are known with which the idle gain or Open loop gain can be measured by such operational amplifiers where both inputs are freely connectable. Many semiconductor chips or electronic Circuits have one or several operational amplifiers, their positive input fixed with a non-variable reference voltage source connected is. The idling gain of such operational amplifiers can with the well-known electronic test circuits as well as with the known measuring methods have not yet been determined.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Testschaltung sowie ein Verfahren bereitzustellen, mit denen die Leerlaufverstärkung eines Operationsverstärkers gemessen werden kann, dessen positiver Eingang fix mit einer nicht veränderbaren Referenzspannungsquelle verbunden ist.It is therefore an object of the present invention, an electronic Test circuit and provide a method by which the Open-loop gain an operational amplifier can be measured, whose positive input fix with a not changeable Reference voltage source is connected.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.These The object is solved by the subject matter of the independent claims. advantageous Embodiments emerge from the respective subclaims.
Mit der erfindungsgemäßen elektronischen Testschaltung kann die Leerlaufverstärkung eines Operationsverstärkers gemessen werden. Dafür verfügt die elektronische Testschaltung über eine Spannungsquelle sowie über ein Netzwerk von insgesamt vier ohmschen Widerständen. Die ersten drei ohmschen Widerstände sind jeweils gleich groß. Der vierte ohmsche Widerstand ist um einen Spannungsteiler-Faktor K kleiner ausgebildet als die ersten drei ohmschen Widerstände. Des weiteren verfügt die elektronische Testschaltung über drei Anschlusskontakte. Der erste Anschlusskontakt ist über den zweiten und über den vierten ohmschen Widerstand, der zweite Anschlusskontakt über den ersten und über den zweiten ohmschen Widerstand und der dritte Anschlusskontakt über den zweiten und über den dritten ohmschen Widerstand mit der Spannungsquelle verbunden.With the inventive electronic Test circuit, the idle gain of an operational amplifier measured become. Therefore has the electronic test circuit via a voltage source as well as over a network of four ohmic resistors. The first three ohmschen Resistances are each same size. The fourth ohmic resistance is a voltage divider factor K smaller than the first three ohmic resistors. Of further features the electronic test circuit over three Terminals. The first connection contact is via the second and above the fourth ohmic resistance, the second terminal contact via the first and over the second ohmic resistance and the third terminal contact via the second and above the third ohmic resistor connected to the voltage source.
Mit der beschriebenen elektronischen Testschaltung kann die Leerlaufspannung eines Operationsverstärkers mit einer vorhersagbaren Ausgangsspannung gemessen werden, wobei der positive Eingang des Operationsverstärkers nicht geschaltet, sondern fix mit einer nicht veränderbaren Referenzspannung verbunden ist. Dieser positive Eingang des Operationsverstärkers weist häufig einen Eingangsoffset auf, der charakteristisch für den Operationsverstärker ist und dem Fachmann in der Regel bekannt ist.With The described electronic test circuit, the open-circuit voltage an operational amplifier be measured with a predictable output voltage, wherein the positive input of the operational amplifier is not switched, but fix with a non changeable Reference voltage is connected. This positive input of the operational amplifier points often an input offset which is characteristic of the operational amplifier and the skilled person is usually known.
Gemäß vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung sind der erste Anschlusskontakt zum Kontaktieren eines mit dem positiven Eingang des zu testenden Operationsverstärkers verbundenen ersten Außenkontakts eines elektronischen Schaltkreises, der zweite Anschlusskontakt zum Kontaktieren eines mit einem negativen Eingang des Operationsverstärkers verbundenen zweiten Außenkontakts des elektronischen Schaltkreises bestimmt und der dritte Anschlusskontakt ist zum Kontaktieren eines mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbundenen dritten Außenkontakts des elektronischen Schaltkreises bestimmt.According to advantageous Further developments of the invention are the first connection contact to Contacting a connected to the positive input of the op amp to be tested first external contact of a electronic circuit, the second terminal contact for contacting one connected to a negative input of the operational amplifier second external contact the electronic circuit determines and the third terminal contact is for contacting a connected to the output of the operational amplifier third external contact of the electronic circuit determined.
Somit können durch die Spannungsquelle der elektronischen Testschaltung eine definierte Spannung über den ersten und zweiten ohmschen Widerstand an den negativen Eingang des Operationsverstärkers angelegt werden und die in Abhängigkeit dieser Spannung sowie in Abhängigkeit der an dem positiven Eingang des Operationsverstärkers anliegenden Referenzspannung von dem Operationsverstärker erzeugte Ausgangsspannung gemessen werden, bspw. mittels eines Voltmeters.Consequently can through the voltage source of the electronic test circuit a defined voltage over the first and second ohmic resistance to the negative input of the operational amplifier be created and in dependence this voltage as well as in dependence the voltage applied to the positive input of the operational amplifier reference voltage from the operational amplifier generated output voltage can be measured, for example. By means of a voltmeter.
Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung kann die Leerlaufverstärkung Gain des Operationsverstärkers gemäß der Gleichung (1) berechnet werden According to one aspect of the invention, the open loop gain Gain of the operational amplifier can be calculated according to the equation (1)
Dies setzt voraus, dass hintereinander jeweils zwei Spannungswerte VIN1 und VIN2 von der Spannungsquelle der elektronischen Testschaltung generiert und über den ersten und den zweiten ohmschen Widerstand an den negativen Eingang des Operationsverstärkers angelegt werden, und dass die zwei in Abhängigkeit dieser Eingangsspannungen VIN1 und VIN2 vom Operationsverstärker erzeugten Ausgangsspannungen VOUT1 und VOUT2 gemessen werden. Der Faktor K in der Gleichung (1) ist aufgrund der Auswahl des vierten ohmschen Widerstands bekannt.This presupposes that in each case two voltage values V IN1 and V IN2 are generated by the voltage source of the electronic test circuit and applied via the first and the second ohmic resistance to the negative input of the operational amplifier, and that the two in response to these input voltages V IN1 and V IN2 output voltages V OUT1 and V OUT2 generated by the operational amplifier are measured. The factor K in the equation (1) is due to the selection of the fourth ohmic Resistance known.
Wie sich aus der Gleichung (1) ergibt, haben die Widerstandswerte der ohmschen Widerstände keinen Einfluss auf die Berechnung der Leerlaufverstärkung des Operationsverstärkers. Für die Dimensionierung der ohmschen Widerstände in der Praxis ist es jedoch ratsam, den Ausgangslast-Faktor bzw. Fan-Out des Operationsverstärkers und die an seinem positiven Eingang anliegende Referenzspannung zu berücksichtigen.As from the equation (1), the resistance values of the ohmic resistances does not affect the calculation of the idling gain of the Operational amplifier. For the However, it is the dimensioning of the ohmic resistors in practice advisable, the output load factor or fan-out of the operational amplifier and to take into account the voltage applied to its positive input reference voltage.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass es schwierig ist, eine Spannung direkt an den Eingang eines Operationsverstärkers anzulegen, ohne ihn zur Sättigung zu bringen und den Ausgang auf eine Stromversorgungsverbindung zu legen, zumal viele Operationsverstärker eine Leerlaufverstärkung von 10.000 V/V oder mehr aufweisen. Zusätzlich haben viele Operationsverstärker eingangsabhängige Offsets, die sich in einem Bereich von mehreren Millivolt bewegen. Daher ist es schwierig vorherzusagen, welche Eingangsspannung einen ungesättigten Ausgangsspannungspegel bewirkt.The Invention is based on the recognition that it is difficult to Apply voltage directly to the input of an operational amplifier, without him to saturation to bring and connect the output to a power supply connection especially since many operational amplifiers have an open-loop gain of 10,000 Have V / V or more. additionally have many operational amplifiers input-dependent Offsets that are in the range of several millivolts. Therefore, it is difficult to predict which input voltage a unsaturated Output voltage level causes.
Besonders präzise Ergebnisse für die Leerlaufverstärkung erhält man, wenn der Faktor K einen Wert von K = 100 aufweist, wenn die ersten drei ohmschen Widerstände jeweils einen Widerstandswert im Bereich von 10 kΩ bis 100 kΩ, insbesondere einen Wert von 100 kΩ sowie eine Toleranz von 0,1% aufweisen.Especially precise results for the idling gain receives one, if the factor K has a value of K = 100, if the first three ohmic resistances each a resistance value in the range of 10 kΩ to 100 kΩ, in particular a value of 100 kΩ as well have a tolerance of 0.1%.
Die Erfindung betrifft auch einen integrierten Schaltkreis, der einen zu überprüfenden Operationsverstärker aufweist, dessen positiver Eingang fix mit einer nicht veränderbaren chipinternen Referenzspannungsquelle verbunden ist. Auf diesem integrierten Schaltkreis ist erfindungsgemäß zusätzlich zu den übrigen Elementen dieses Schaltkreises eine vorstehend beschriebene elektronische Testschaltung bei dem Operationsver stärker monolithisch integriert. Dabei sind die Anschlusskontakte der elektronischen Testschaltung und die jeweiligs zugehörigen Kontakte des integrierten Schaltkreises jeweils in Form von Verbindungsleitungen ausgebildet. Mit einer solchen platzsparenden Onchip-Lösung können präzise Rechen- bzw. Messergebnisse für die Leerlaufspannung des Operationsverstärkers erzielt werden, wobei lediglich die von der Spannungsquelle der elektronischen Testschaltung erzeugten Spannungswerte VIN und die von dem Operationsverstärker erzeugten Ausgangsspannungswerte VOUT in geeigneter Weise abgegriffen und gemäß der Gleichung (1) von einer beliebigen Recheneinheit ausgewertet werden müssen. Für einen derartigen, zuverlässigen Built In Self Test BIST braucht lediglich die Spannungsquelle VIN sowie das Widerstandsnetzwerk mit den vier ohmschen Widerständen bei dem zu testenden Operationsverstärker angeordnet werden.The invention also relates to an integrated circuit having an operational amplifier to be tested, whose positive input is fixedly connected to a non-variable on-chip reference voltage source. In this integrated circuit according to the invention in addition to the other elements of this circuit, an electronic test circuit described above in the Operationsver monolithically integrated more. In this case, the terminal contacts of the electronic test circuit and the respective associated contacts of the integrated circuit are each in the form of connecting lines. With such a space-saving on-chip solution, precise calculation or measurement results for the open-circuit voltage of the operational amplifier can be achieved, wherein only the voltage values V IN generated by the voltage source of the electronic test circuit and the output voltage values V OUT generated by the operational amplifier are tapped in a suitable manner and according to FIG of equation (1) must be evaluated by any arithmetic unit. For such a reliable built-in self test BIST, only the voltage source V IN and the resistor network with the four ohmic resistors need to be arranged at the operational amplifier to be tested.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Loadboard zur Aufnahme einer Nadelkarte zum Testen von integrierten Schaltkreisen und/oder mit einem oder mehreren Testsockeln zum Testen von integrierten Schaltkreisen und/oder zum Anschluss eines Handlers an ein Messgerät zum Testen von integrierten Schaltkreisen, das eine vorstehend beschriebene Testschaltung aufweist. Mit einem solchen Loadboard kann die Leerlaufspannung eines Operationsverstärkers zuverlässig gemessen werden, wobei beim Messvorgang die jeweiligen Außen- und Anschlusskontakte miteinander verbunden werden müssen und zusätzlich die von Operationsverstärker erzeugte Ausgangsspannung VOUT auf geeignete Weise von dem getesteten integrierten Schaltkreis abgegriffen werden muss.The invention further relates to a load board for receiving a probe card for testing integrated circuits and / or with one or more test sockets for testing integrated circuits and / or for connecting a handler to a measuring device for testing integrated circuits, the test circuit described above having. With such a loadboard, the open-circuit voltage of an operational amplifier can be reliably measured, wherein the respective external and terminal contacts must be connected to each other during measurement and in addition the output voltage V OUT generated by operational amplifier must be tapped in a suitable manner from the tested integrated circuit.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bestimmen der Leerlaufverstärkung eines Operationsverstärkers eines elektro nischen Schaltkreises. Dabei wird zunächst ein elektronischer Schaltkreis bereitgestellt, der einen mit dem positiven Eingang eines Operationsverstärkers verbundenen ersten Außenkontakt, einen mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers verbundenen zweiten Außenkontakt und einen mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbundenen dritten Außenkontakt aufweist. Der positive Eingang des Operationsverstärkers steht dabei fix mit einer chipinternen Referenzspannungsquelle in Verbindung und wird von dieser ständig mit einer Referenzspannung VREF gespeist. Weiterhin wird eine vorstehend beschriebene elektronische Testschaltung bereitgestellt, deren Außenkontakte mit den entsprechenden Anschlusskontakten des elektronischen Schaltkreises verbunden werden oder im Fall einer on-chip-Lösung schon sind.The invention also relates to a method for determining the open-loop gain of an operational amplifier of an electronic circuit. In this case, an electronic circuit is initially provided which has a first external contact connected to the positive input of an operational amplifier, a second external contact connected to the negative input of the operational amplifier and a third external contact connected to the output of the operational amplifier. In this case, the positive input of the operational amplifier is permanently connected to an on-chip reference voltage source and is constantly fed by it with a reference voltage V REF . Furthermore, an above-described electronic test circuit is provided whose external contacts are connected to the corresponding terminal contacts of the electronic circuit or are already in the case of an on-chip solution.
Dann wird durch die Spannungsquelle VIN eine erste Spannung VIN1 über den zweiten Außenkontakt an den negativen Eingang des Operationsverstärkers angelegt und die an dem dritten Außenkontakt anliegende erste Ausgangsspannung VOUT1 des Operationsverstärkers bspw. mittels eines Voltmeters gemessen. Anschließend wird eine zweite Spannung VIN2 angelegt und die zweite Ausgangsspannung VOUT2 des Operationsverstärkers an dem dritten Außenkontakt gemessen. Bei dem Anlegen der Spannung VIN1 und VIN2 durch die Spannungsquelle der elektronischen Testschaltung ist zu beachten, dass eine geeignete Spannung zum Messen der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers gewählt wird, die bspw. in dem Wertebereich zwischen –4 V und +4 V liegt.Then, a first voltage V IN1 is applied via the second external contact to the negative input of the operational amplifier by the voltage source V IN and the first output voltage V OUT1 of the operational amplifier applied to the third external contact is measured by means of a voltmeter, for example. Subsequently, a second voltage V IN2 is applied and the second output voltage V OUT2 of the operational amplifier is measured at the third external contact. When applying the voltage V IN1 and V IN2 by the voltage source of the electronic test circuit, it should be noted that a suitable voltage is selected for measuring the output voltage of the operational amplifier, which is, for example, in the value range between -4 V and +4 V.
Anschließend kann die Leerlaufverstärkung Gain des Operationsverstärkers durch Berechnen der Gleichung (1) bestimmt werden. Während der Berechnung der Leerlaufverstärkung Gain ist es ratsam, zu überprüfen, dass der Nenner der Gleichung (1) nicht null wird sowie dass sich kein negativer Denominator in der Gleichung befindet.Then you can the idling gain Gain of the operational amplifier by calculating the equation (1). During the Calculation of the idling gain Gain it is advisable to check that the denominator of equation (1) does not become zero and that no negative denominator is located in the equation.
Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung lässt sich durch das beschriebene Verfahren die Leerlaufverstärkung Gain eines Operationsverstärkers eines beliebigen elektronischen Schaltkreises schon anhand von zwei Messungen präzise bestimmen.According to one Another basic idea of the invention can be described by the described Method the open-loop gain Gain of an operational amplifier any electronic circuit already on the basis of two Precise measurements determine.
Wenn die von der Spannungsquelle angelegte zweite Spannung gegenüber der ersten angelegten Spannung vorzugsweise um einen Betrag von 1 V erhöht oder abgesenkt ist, ergeben sich bereits genaue Ergebnisse für die Leerlaufspannung des Operationsverstärkers.If the voltage applied by the voltage source second voltage to the first applied voltage preferably by an amount of 1V elevated or lowered, results are already accurate results for the open circuit voltage of the operational amplifier.
Wegen der zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens noch unbekannten Leerlaufverstärkung des Operationsverstärkers können die von der Spannungsquelle der elektronischen Testschaltung angelegten Spannungen VIN1 und VIN2 so gewählt werden, dass die voraussichtlichen Ausgangsspannungen VOUT1 und VOUT2 ≤ 7 V sind. Dadurch lassen sich besonders genaue Ergebnisse für die Leerlaufspannung bestimmen.Because of the still unknown open loop gain of the operational amplifier at the beginning of the method according to the invention, the voltages V IN1 and V IN2 applied by the voltage source of the electronic test circuit can be selected so that the expected output voltages V OUT1 and V OUT2 are ≤ 7V . This makes it possible to determine particularly accurate results for the no-load voltage.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich mit einer vorstehend beschriebenen, auf einem integrierten Schaltkreis monolithisch integrierten elektronischen Testschaltung ausführen. Dabei erfolgt das Anlegen der Spannungswerte VIN1 und VIN2 durch die chipinterne Spannungsquelle. Hierbei ist zu beachten, dass die Spannungswerte VIN1 und VIN2 der chipinternen Spannungsquelle sowie die Ausgangsspannungswerte VOUT1 und VOUT2 nur noch geeignet abgegriffen und einer Auswerteeinheit zugeleitet werden müssen.The inventive method can be carried out with an above-described, monolithically integrated on an integrated circuit electronic test circuit. In this case, the voltage values V IN1 and V IN2 are applied by the on-chip voltage source. It should be noted here that the voltage values V IN1 and V IN2 of the on-chip voltage source as well as the output voltage values V OUT1 and V OUT2 need only be suitably tapped and forwarded to an evaluation unit.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit einem vorstehend beschriebenen Loadboard ausgeführt werden, auf dem eine elektronische Testschaltung derart aufgebracht wird, dass ihre Außenkontakte mit den zugehörigen Anschlusskontakten des Loadboards in Verbindung stehen. Bei einer derartigen Testanordnung erfolgt das Anlegen und das Messen der Spannungswerte VIN1 VIN2, VOUT1 und VOUT2 auf dem Loadboard.The inventive method can also be carried out with a loadboard described above, on which an electronic test circuit is applied such that their external contacts are in communication with the associated terminal contacts of the loadboard. In such a test arrangement, the voltage values V IN1 V IN2 , V OUT1 and V OUT2 are applied and measured on the loadboard.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht.The The invention is illustrated in more detail in the drawings by means of exemplary embodiments.
Die
erste Messanordnung
Der Eingangsspannungs-Offset Voff bildet eine charakteristische Größe für den Operationsverstärker OP. Die elektronische Testschaltung kann auch ohne den Eingangsspannungs-Offset Voff verwendet werden.The input voltage offset V off forms a characteristic quantity for the operational amplifier OP. The electronic test circuit can also be used without the input voltage offset V off .
Die elektronische Testschaltung setzt sich zusammen aus einer Spannungsquelle VIN und aus einem Widerstandsnetzwerk mit einem ersten ohmschen Widerstand R1, mit einem zweiten ohmschen Widerstand R2, mit einem dritten ohmschen Widerstand R3 und mit einem vierten ohmschen Widerstand R/K. Die ohmschen Widerstände R1, R2 und R3 sind gleich groß und haben im vorliegenden Ausführungsbeispiel den gleichen Widerstandswert R = 100 kΩ. Der vierte ohmsche Widerstand R/K ist um einen frei wählbaren Spannungsteiler K kleiner ausgebildet als die ohmschen Widerstände R1, R2 und R3. Der Spannungsteiler K ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel K = 100, sodass der vierte ohmsche Widerstand R/K den Widerstandswert R = 1 kΩ innehat. Die Toleranz der ohmschen Widerstände R1, R2, R3 und R/K ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils +/- 0,1%.The electronic test circuit is composed of a voltage source V IN and of a resistance network with a first ohmic resistance R 1 , with a second ohmic resistance R 2 , with a third ohmic resistance R 3 and with a fourth ohmic resistance R / K. The ohmic resistances R 1 , R 2 and R 3 are the same size and have the same resistance R = 100 kΩ in the present embodiment. The fourth ohmic resistor R / K is designed to be smaller by a freely selectable voltage divider K than the ohmic resistors R 1 , R 2 and R 3 . In the present exemplary embodiment, the voltage divider K is K = 100, so that the fourth ohmic resistance R / K has the resistance value R = 1 kΩ. The tolerance of the ohmic resistors R 1 , R 2 , R 3 and R / K is in the present embodiment in each case +/- 0.1%.
Zwischen der Referenzspannungsquelle VREF und dem Eingangsspannungs-Offset Voff befindet sich ein erster Knoten K1, von dem eine elektrische Leitung zu der Spannungsquelle VIN der elektronischen Testschaltung abzweigt und auf der nacheinander der vierte ohmsche Widerstand R/K, der erste ohmsche Widerstand R1 und der zweite ohmsche Widerstand R2 angeordnet sind.Between the reference voltage source V REF and the input voltage offset V off is a first node K 1 , from which an electrical line branches to the voltage source V IN of the electronic test circuit and on the successively the fourth ohmic resistance R / K, the first ohmic resistance R 1 and the second ohmic resistor R 2 are arranged.
Zwischen dem vierten ohmschen Widerstand R/K und dem ersten ohmschen Widerstand R1 befindet sich ein zweiter Knoten K2, von dem eine elektrische Verbindungsleitung zu dem negativen Operationsverstärkereingang OPIN- abzweigt.Between the fourth ohmic resistor R / K and the first ohmic resistor R 1 there is a second node K 2 , from which an electrical connection line branches off to the negative operational amplifier input OP IN- .
Am Ausgang OPOUT des Operationsverstärkers OP liegt eine Ausgangsspannung VOUT an. Nach dem Ausgang OPOUT ist von einem dritten Knoten K3 eine elektrische Verbindungsleitung zurückgeführt, auf der sich der dritte ohmsche Widerstand R3 befindet, und zwar auf einen sich zwischen dem ersten ohmschen Widerstand R1 und dem zweiten ohmschen Widerstand R2 befindenden vierten Knoten K4.At the output OP OUT of the operational amplifier OP is an output voltage V OUT . After the output OP OUT of a third node K 3, an electrical connection line is returned, on which the third ohmic resistor R 3 is located, namely to a located between the first ohmic resistor R 1 and the second resistor R 2 fourth node K 4 .
Der
Operationsverstärker
OP wird mit einer Versorgungsspannung VDD gespeist. Der Operationsverstärker OP,
die Referenzspannungsquelle VREF, die Spannungsquelle
VIN und der Operationsverstärkerausgang
OPOUT sind jeweils mit einer Erdung GND
versehen. Des weiteren ist in
In der sich zwischen der Referenzspannungsquelle UREF und der Spannungsquelle VIN befindenden ersten Masche, auf der sich der vierte ohmsche Widerstand R/K, der erste ohmsche Widerstand R1 und der zweite ohmsche Widerstand R2 befinden, fließt eine erste Stromstärke I1. In der Masche, die an dem dritten Knoten K3 ansetzt und sich bis zu der Spannungsquelle VIN erstreckt und auf welcher der zweite ohmsche Widerstand R2 und der dritte ohmsche Widerstand R3 angeordnet sind, fließt eine zweite Stromstärke I2.In the first loop located between the reference voltage source U REF and the voltage source V IN , on which the fourth ohmic resistor R / K, the first ohmic resistor R 1 and the second ohmic resistor R 2 are located, a first current intensity I 1 flows . In the mesh, which attaches to the third node K 3 and extends to the voltage source V IN and on which the second ohmic resistor R 2 and the third ohmic resistor R 3 are arranged, a second current I 2 flows .
Für die Berechnung der Ausgangsspannung VOUT können die folgenden Gleichungen aufgestellt werden.For the calculation of the output voltage V OUT , the following equations can be established.
Für die erste Masche ergibt sich die folgende Gleichung (I).For the first Mesh results in the following equation (I).
Dabei fließt der erste Strom I1 durch den vierten ohmschen Widerstand R/K, durch den ersten ohmschen Widerstand R1 und durch den zweiten ohmschen Widerstand R2. Der zweite Strom I2 fließt zusätzlich noch durch den zweiten ohmschen Widerstand R2. Die Spannungsquelle VIN hat ein anderes Vorzeichen als die Referenzspannungsquelle VREF.In this case, the first current I 1 flows through the fourth ohmic resistor R / K, through the first ohmic resistor R 1 and through the second ohmic resistor R 2 . The second current I 2 additionally flows through the second ohmic resistor R 2 . The voltage source V IN has a different sign than the reference voltage source V REF .
Für den Spannungsabfall Vd am vierten ohmschen Widerstand R/K ergibt sich die Gleichung (II).For the voltage drop V d at the fourth ohmic resistance R / K, equation (II) results.
Die Referenzspannungsquelle VREF gewährleistet die interne Spannungsversorgung.The reference voltage source V REF ensures the internal power supply.
Für die zweite
Masche lässt
sich die folgende Gleichung (III) aufstellen.
Die
Gleichung (IV) ergibt sich daraus, dass die Ausgangsspannung VOUT des Operationsverstärkers OP gleich seiner Eingangsspannung
VIN multipliziert mit seiner Verstärkung Gain
ist.
Durch Auflösen der Gleichungen (I), (II), (III) und (IV) erhält man die folgende Gleichung (V), mit welcher sich die Ausgangsspannung VOUT des Operationsverstärkers OP berechnet zu: By solving the equations (I), (II), (III) and (IV), the following equation (V) is obtained, with which the output voltage V OUT of the operational amplifier OP is calculated to:
Unter Verwendung der dem Fachmann bekannten Definition der Verstärkung Gain des Operationsverstärkers OP erhält man die folgende Gleichung (1), mit welcher die Leerlaufverstärkung Gain des Operationsverstärkers OP berechnet werden kann.Under Use of the definition of the gain gain known to the person skilled in the art of the operational amplifier OP receives the following equation (1), with which the idling gain Gain of the operational amplifier OP can be calculated.
In dieser Gleichung (1) sind zwei nacheinander von der Spannungsquelle VIN an den negativen Operationsverstärkereingang OPIN- angelegte Eingangsspannungen VIN1 und VIN2 sowie zwei in Abhängigkeit dieser Eingangsspannungen VIN1 und VIN2 vom Operationsverstärker OP erzeugte Ausgangsspannungen VOUT1 und VOUT2 enthalten. Die Gleichung (1) setzt demnach voraus, dass eine Spannungsdifferenz, nämlich zunächst ein erster Eingangsspannungswert VIN1 und danach ein zweiter Eingangsspannungswert VIN2 von der Spannungsquelle VIN generiert und angelegt wird.In this equation (1), two applied in succession from the voltage source V IN to the negative op-amp input OP IN input voltages V contained IN1 and V IN2 and two in dependence of these input voltages V IN1 and V IN2 generated by the operational amplifier OP output voltages V OUT1 and V OUT2 , Accordingly, equation (1) assumes that a voltage difference, namely first a first input voltage value V IN1 and then a second input voltage value V IN2 , is generated and applied by the voltage source V IN .
Bei den Gleichungen (V) und (1) fällt auf, dass die Widerstandswerte R herausgefallen sind und dass diese daher keinen Einfluss auf die Ausgangsspannung VOUT sowie auf die Leerlaufverstärkung Gain haben.In equations (V) and (1), it is noticeable that the resistance values R have dropped out and therefore they have no influence on the output voltage V OUT and on the open-loop gain Gain.
Die
zweite Messanordnung
Der
Halbleiterchip
Auf
dem Loadboard sind ein erster Anschlusskontakt
In
der zweiten Messanordnung
Die
Messergebnisdarstellung
In
der ersten Spalte der tabellarischen Messergebnisdarstellung
Die
gemessenen Ausgangsspannungswerte VOUT des
ersten Operationsverstärkers
OP sind in der vierten Spalte der tabellarischen Messergebnisdarstellung
Die
Messergebnisdarstellungen
Die
Messergebnisse sind in der grafischen Messergebnisdarstellung
Vor der Berechnung der Leerlaufverstärkung muss jeweils überprüft werden, dass es in der Gleichung (1) keine negativen Denominatoren gibt und dass der Nenner ungleich null ist.In front the calculation of the idling gain must be checked each time that there are no negative denominators in equation (1) and that the denominator is not zero.
Für die Messung
der Ausgangsspannungen VOUT wurde jeweils
ein Operationsverstärker
OP eines Halbleiterchips
Eine besonders genaue Bestimmung der Leerlaufverstärkung Gain der Operationsverstärker ergibt sich, wenn die Ausgangsspannung VOUT einen Wert erreicht, der nur geringfügig kleiner als 7 V ist.A particularly accurate determination of the open-loop gain Gain of the operational amplifiers results when the output voltage V OUT reaches a value which is only slightly smaller than 7 V.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, die Ausgangsspannung von Operationsverstärkern für verschiedene Leerlaufverstärkungswerte und für unterschiedliche Eingangsspannungs-Offsets zu bestimmen.With the method according to the invention it is also possible the output voltage of operational amplifiers for different open loop gain values and for to determine different input voltage offsets.
- 11
- erste Messanordnungfirst measuring arrangement
- OPoperating room
- Operationsverstärkeroperational amplifiers
- OPIN+ OP IN +
- positiver Operationsverstärkereingangpositive Operational amplifier input
- OPIN- OP IN
- negativer Operationsverstärkereingangnegative Operational amplifier input
- OPOUT OP OUT
- OperationsverstärkerausgangOperational amplifier output
- VREF V REF
- ReferenzspannungsquelleReference voltage source
- VIN V IN
- Spannungsquellevoltage source
- Voff V off
- Eingangsspannungs-OffsetInput voltage offset
- R1 R 1
- erster ohmscher Widerstandfirst ohmic resistance
- R2 R 2
- zweiter ohmscher Widerstandsecond ohmic resistance
- R3 R 3
- dritter ohmscher Widerstandthird ohmic resistance
- R/KR / K
- vierter ohmscher Widerstandfourth ohmic resistance
- K1 K 1
- erster Knotenfirst node
- K2 K 2
- zweiter Knotensecond node
- K3 K 3
- dritter Knotenthird node
- K4 K 4
- vierter Knotenfourth node
- Vd V d
- Spannungsabfallvoltage drop
- I1 I 1
- erste Stromstärkefirst amperage
- I2 I 2
- zweite Stromstärkesecond amperage
- GRDGRD
- Erdunggrounding
- VDDVDD
- Operationsverstärker-VersorgungsspannungOperational amplifier supply voltage
- VOUT V OUT
- Operationsverstärker-AusgangsspannungOperational amplifier output voltage
- 22
- zweite Messanordnungsecond measuring arrangement
- 33
- HalbleiterchipSemiconductor chip
- 3131
- erster Außenkontaktfirst outside Contact
- 3232
- zweiter Außenkontaktsecond outside Contact
- 3333
- dritter Außenkontaktthird outside Contact
- 44
- LoadboardLoad Board
- 4141
- erster Anschlusskontaktfirst connection contact
- 4242
- zweiter Anschlusskontaktsecond connection contact
- 4343
- dritter Anschlusskontaktthird connection contact
- 55
- MessergebnisdarstellungMeasurement of results
- 5151
- tabellarische Messergebnisdarstellungtabular Measurement of results
- 5252
- grafische Messergebnisdarstellunggraphic Measurement of results
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