RU2612872C1 - Устройство для измерения электрических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения - Google Patents

Устройство для измерения электрических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения Download PDF

Info

Publication number
RU2612872C1
RU2612872C1 RU2016100933A RU2016100933A RU2612872C1 RU 2612872 C1 RU2612872 C1 RU 2612872C1 RU 2016100933 A RU2016100933 A RU 2016100933A RU 2016100933 A RU2016100933 A RU 2016100933A RU 2612872 C1 RU2612872 C1 RU 2612872C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
voltage
inverting input
digital
input
Prior art date
Application number
RU2016100933A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Львович Нуров
Роман Сергеевич Долгов
Юрий Иванович Шустов
Original Assignee
Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") filed Critical Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы")
Priority to RU2016100933A priority Critical patent/RU2612872C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2612872C1 publication Critical patent/RU2612872C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/316—Testing of analog circuits

Landscapes

  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при входном контроле аналоговых микросхем при производстве радиоэлектронной аппаратуры. Сущность: устройство содержит испытываемый операционный усилитель или компаратор напряжения, неинвертирующий вход которого через параллельно подключенные первый резистор и первый элемент коммутации соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя, инвертирующий вход которого через параллельно включенные второй резистор и второй элемент коммутации соединен с «землей». При этом выход испытываемого операционного усилителя или компаратора напряжений соединен с неинвертирующим входом компаратора напряжения, инвертирующий вход компаратора напряжения соединен с выходом второго цифроаналогового преобразователя, а выход компаратора напряжения подключен к входу контроллера, выходы которого шиной данных соединены с цифровыми входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей. Технический результат: устранение паразитной генерации при проведении измерений. 5 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при входном контроле аналоговых микросхем при производстве радиоэлектронной аппаратуры с целью предотвращения попадания в аппаратуру компонентов, имеющих скрытые дефекты.
Значительная часть аналоговых интегральных микросхем (ИС) относится к операционным усилителям (ОУ) и компараторам напряжения(КН).
Важнейшими электрическими параметрами ОУ и КН являются:
- входное напряжение смещения нуля (Uсм) - значение постоянного напряжения на входах, при котором выходное напряжение равно заданному значению; диапазон значений Uсм простирается от единиц микровольт до десятков милливольт;
- входной ток (Iвх) - ток, протекающий по входным цепям операционного усилителя (обычно среднее значение входного тока, определяемое выражением
QUOTE
Figure 00000001
Figure 00000001
,
диапазон значений от единиц пикоампер до десятков микроампер);
- разность входных токов (ΔIвх) - разность значений токов, протекающих по входным цепям операционного усилителя, диапазон значений от единиц пикоампер до десятков микроампер;
- коэффициент усиления напряжения (Ку) - отношение приращения величины выходного напряжения операционного усилителя к вызвавшему это приращение изменению входного напряжения, диапазон значений от 103 до 107;
- коэффициент ослабления синфазного входного напряжения (Коссф) - отношение величины входного синфазного сигнала к входному дифференциальному напряжению, вызывающему такое же приращение выходного напряжения, диапазон значений от 30 до 130 дБ;
- коэффициент влияния нестабильности источников питания (Квлип) - отношение приращения напряжения смещения операционного усилителя к вызвавшему его изменению напряжения источника питания, диапазон значений от 0.01 до 0.5 мкВ/В.
Методы измерения статических и динамических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения регламентированы в 17 нормативных документах (ГОСТ 23089.1-83 – 23089.17-83).
В настоящее время на предприятиях по производству радиоэлектронной аппаратуры находят применение тестеры аналоговых микросхем. В отечественном приборостроении наиболее широко применяются:
- универсальный тестер функционального контроля и параметрических измерений цифровых и аналоговых микросхем FORMULA 2K;
- тестер операционных усилителей, разработанных ОАО «ЦНИИИА»;
- измеритель параметров аналоговых микросхем Л2-71.
Классическая схема измерения вышеуказанных параметров, применяемая в большинстве тестеров аналоговых ИС и используемая при измерении параметров в соответствии с вышеуказанными ГОСТами, приведена на рис. 1. Здесь объект контроля – ОУ или КН (ОУ1) – совместно с вспомогательным ОУ или КН (ОУ2) охвачен цепью отрицательной обратной связи, образованной делителем напряжения из резисторов R1 и R2. Благодаря вспомогательному ОУ2 напряжение на выходе объекта контроля устанавливается равным напряжению на выходе источника ИСТ1.
Так, при измерении Uсм (см., напр. ГОСТ 23089.3-83. Микросхемы интегральные. Методы измерения напряжения и эдс смещения операционных усилителей и компараторов напряжения) с использованием данной схемы напряжение на выходе ИСТ1 устанавливается равным 0, при этом напряжение на выходе схемы, измеряемое вольтметром V, связано с величиной Uсм соотношением:
Figure 00000002
При измерении Iвх1, Iвх2 в цепь каждого входа включается резистор Ri с помощью ключей К1 и К2, величина входного тока оценивается по отклонению величин ΔUсм1,2 относительно Uсм, измеренной ранее:
QUOTE
Figure 00000003
Figure 00000003
, QUOTE
Figure 00000004
Figure 00000004
Разность входных токов:
Figure 00000005
Измерение коэффициента усиления проводится путем измерения Uсм при двух различных значениях напряжений на выходе ОУ, устанавливаемых с помощью источника ИСТ1:
Figure 00000006
Измерение коэффициентов Коссф и Квлип аналогично сводится к измерению изменения Uсм, обусловленного изменением, соответственно, синфазного сигнала и напряжения источников питания:
Figure 00000007
Figure 00000008
Известна схема для измерения параметров операционных усилителей, использующая дополнительный операционный усилитель (патент на полезную модель CN202025069, компания BONRISH MICROELECTRONICS TECHNOLOGY, публикация 02.11.2011), которая представляет собой один из возможных вариантов реализации классической схемы для измерения параметров операционных усилителей и компараторов напряжения (Рис.2).
Данное изобретение относится к схеме для тестирования операционного усилителя с использованием вспомогательного операционного усилителя. В данной схеме один вывод сопротивления R1 подключен к источнику питания переменного тока VI1, а другой вывод сопротивления R1 соединен с сопротивлением R11 и сопротивлением R3 последовательно, при этом другой вывод сопротивления R11 соединен с инвертирующим входом тестируемого операционного усилителя A1, один вывод сопротивления R2 соединен с источником питания VI1, а другой конец сопротивления R2 соединен с сопротивлением R10 и сопротивлением R4 последовательно, а другой вывод сопротивления R11 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя А1, подлежащего испытанию, другой вывод источника питающего напряжения VI1 заземлен, другой вывод сопротивления R4 заземлен, а другой вывод сопротивления R3 связан с одним выводом двустороннего переключателя S4, другой вывод переключателя S4 соединен с выходом вспомогательного операционного усилителя, выход тестируемого операционного усилителя А1 соединен с одним выводом другого отделения двухсторонней переключатель S4, на другом конце переключатель S4 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя A2 , выход тестируемого операционного усилителя А1 соединен с одним выводом переключателя S3, другой конец переключателя S3 соединен с сопротивлением RL последовательно, другой вывод которого заземлен, неинвертирующий вход вспомогательного операционного усилителя А2 соединен с источником тока VI2, а другой вывод которого VI2 заземлен, переключатели S1 и S2 соответственно соединены на обоих выводах с сопротивлениями R11 и R10 параллельно, и два вывода сопротивления R3 соединены с выводами компенсационного конденсатора С2.
Данная схема позволяет производить измерение следующих параметров операционных усилителей и компараторов напряжения:
- входного напряжения смещения нуля UСМ;
- входных токов Iвх1,2 и разности входных токов QUOTE
Figure 00000009
Figure 00000009
;
- коэффициентов усиления напряжения QUOTE
Figure 00000010
Figure 00000010
, ослабления синфазного сигнала QUOTE
Figure 00000011
Figure 00000011
влияния нестабильности источников питания QUOTE
Figure 00000012
Figure 00000012
К недостаткам рассмотренной схемы следует отнести наличие отрицательной обратной связи через R3С2, охватывающей оба операционных усилителя, что с большой вероятностью может привести к возникновению паразитной генерации, приводящей к недостоверным результатам измерений.
Ближайшим известным аналогом предлагаемого технического решения является метод измерения входного напряжения смещения нуля, предложенный в патенте на изобретение JPS54126476, NIPPON ELECTRIC CO, публикация 22.02.2012 (схема рис.3).
Данная схема включает тестируемый операционный усилитель 1, вспомогательный операционный усилитель 2, измерительный модуль 3 и модуль арифметической обработки 4, неинвертирующий вход операционного усилителя 1 через последовательно соединенные резисторы Rsa и R1 соединен с «землей», инвертирующий вход операционного усилителя 1 через последовательно соединенные резисторы Rsb и R2 соединен с «землей», а выход операционного усилителя 1 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 2, инвертирующий вход которого соединен с землей, при этом выход операционного усилителя 2 через резистор Rf соединен с выводом резистора R2, не соединенным с землей, и входом измерительного модуля, выход которого соединен со входом модуля арифметической обработки. В процессе измерений резисторы Rsa и Rsb шунтируются замкнутыми контактами а и b реле К1.
При измерении входного напряжения смещения нуля Uсм контакты a и b замкнуты, результат измерения – напряжение на выходе операционного усилителя 2, связанное с величиной Uсм соотношением
Figure 00000013
- измеряется модулем 3 и оцифровывается, затем это цифровое значение сохраняется в модуле арифметической обработки 4.
Описанная операция повторяется дважды при поочередно разомкнутых контактах а и b. Из полученных результатов определяются значения входных токов:
Figure 00000014
Figure 00000015
QUOTE
Figure 00000016
Figure 00000016
= QUOTE
Figure 00000017
Figure 00000017
- QUOTE
Figure 00000018
Figure 00000018
Главным недостатком ближайшего аналога и других известных устройств для измерения параметров операционных усилителей и компараторов напряжения является необходимость при реализации рассмотренной схемы включения подавления паразитной генерации, которая неизбежно возникает в схеме за счет наличия вспомогательного ОУ. Борьба с паразитной генерацией требует принятия специальных мер, индивидуального подхода к поиску схемы включения для каждого типа ИС. Ситуация усугубляется при контроле параметров компараторов напряжения – устройств, которые в принципе не имеют предусмотренных средств контроля формы частотной и фазовой характеристик.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое техническое решение, является устранение паразитной генерации при измерении параметров операционных усилителей или компараторов напряжения.
Предлагается использовать схему включения ИС ОУ и КН при измерении электрических параметров, которая представлена на рис.4, в примере для измерения напряжения смещения Uсм, входных токов (Iвх), разности входных токов (ΔIвх) и коэффициента усиления Ку.
Устройство для измерения электрических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения содержит объект контроля - первый операционный усилитель или компаратор напряжения ОУ (КН), инвертирующий вход которого через параллельно включенные резистор R2 и элемент коммутации K2 соединен с «землей», а неинвертирующий вход которого через параллельно подключенные резистор R1 и элемент коммутации K1 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя ЦАП1, при этом выход первого операционного усилителя или компаратора напряжений ОУ (КН) соединен с неинвертирующим входом компаратора напряжения КН, инвертирующий вход компаратора напряжения КН соединен с выходом второго цифроаналогового преобразователя ЦАП2, а выход компаратора КН подключен к входу контроллера, выходы которого соединены с цифровыми входами цифроаналоговых преобразователей ЦАП1 и ЦАП2.
Главной особенностью этой схемы является отсутствие у контролируемого ОУ (КН) цепи отрицательной обратной связи, что сразу же снимает вопрос о паразитной генерации и позволяет заявить о наличии универсальной схемы включения при измерении электрических параметров всех типов ОУ и КН.
С помощью приведенной схемы измерение практически всех параметров сводится к измерению напряжения смещения нуля Uсм в различных режимах.
Формирование кода Uсм выполняется контроллером в соответствии с блок-схемой алгоритма, показанной на рис. 5. С помощью ЦАП2 устанавливается требуемое напряжения на выходе ОУ Uоу (1). На выходе контроллера устанавливается старший разряд кода, в соответствии с которым на выходе ЦАП1 и на неинвертирующем входе ОУ формируется соответствующее этому разряду напряжение (2). Выполняется сравнение выходного напряжения ОУ с напряжением ЦАП2 и в зависимости от результата сравнения в данный разряд кода записывается 1 (4) либо 0 (5). Далее контроллер устанавливает следующий (младший) разряд кода (6) и повторяются вышеописанные операции (2 … 6). После завершения перебора всех разрядов контроллера работа программы по формирования кода Uсм завершается.
Таким образом, код на входах ЦАП1 соответствует величине Uсм, а напряжение на выходе ЦАП1 будет равно величине Uсм с погрешностью, определяемой дискретностью.
Так, параметр Uсм измеряется следующим образом: на выходе цифроаналогового преобразователя ЦАП2 устанавливается значение напряжения, равное выходному напряжению ОУ (КН), при котором должно быть измерено Uсм; на выходе ЦАП1 устанавливается напряжение, предельно близкое к величине порога переключения выходного напряжения ОУ (КН), фиксируемого компаратором КН и контроллером.
Это напряжение на выходе ЦАП1 и будет равно величине Uсм с погрешностью, определяемой дискретностью ЦАП1 и тщательностью подхода к порогу переключения ОУ (КН).
Удобнее всего для подбора величины выходного напряжения ЦАП1 использовать известный метод поразрядного взвешивания. При этом на выходах логического анализатора формируется цифровой код измеренной величины Uсм.
При измерении входных токов вначале производится измерение Uсм при замкнутых контактах элементов коммутации К1 и К2, как это было описано выше.
Затем контакт элемента коммутации К1 размыкается и измеряется Uвх1 с учетом падения напряжения на резисторе R1:
QUOTE
Figure 00000019
Figure 00000019
.
Далее измеряется Uвх2 при разомкнутом элементе коммутации К2 (контакт элемента коммутации К1 при этом замкнут):
QUOTE
Figure 00000020
Figure 00000020
.
После вышеприведенных измерений вычисляются результаты:
QUOTE
Figure 00000021
Figure 00000021
;
QUOTE
Figure 00000022
Figure 00000022
;
ΔIвх = Iвх2 - Iвх1.
Измерение коэффициента усиления Ку производится в два шага.
Вначале на выходе ЦАП2 устанавливается напряжение Uвыхмин и производится измерение Uсммин для этого значения выходного напряжения ОУ (КН). Затем на выходе ЦАП2 устанавливается напряжение Uвыхмакс и измеряется Uсммакс. По окончании этого цикла измерений рассчитывается коэффициент усиления по формуле:
Figure 00000023
Аналогично проводятся измерения коэффициентов Коссф и Квлип: выполняются измерения значений Uсм, для различных значений синфазного сигнала и напряжений источников питания. Результаты вычисляются с использованием соотношений:
Figure 00000007
Figure 00000008
При практическом использовании предложенного технического решения устраняется паразитная генерация, присущая известным методам, а также упрощается измерение и снижается погрешность измерения важнейших параметров операционных усилителей и компараторов напряжения.

Claims (1)

  1. Устройство для измерения электрических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения содержит испытываемое средство: операционный усилитель или компаратор напряжения, неинвертирующий вход испытываемого средства через параллельно подключенные первый резистор и первый элемент коммутации соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя, инвертирующий вход испытываемого средства через параллельно включенные второй резистор и второй элемент коммутации соединен с «землей», а при этом выход испытываемого средства соединен с неинвертирующим входом вспомогательного компаратора напряжения, инвертирующий вход которого соединен с выходом второго цифроаналогового преобразователя, а выход компаратора напряжения подключен к входу контроллера, выходы которого шиной данных соединены с цифровыми входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей.
RU2016100933A 2016-01-14 2016-01-14 Устройство для измерения электрических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения RU2612872C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016100933A RU2612872C1 (ru) 2016-01-14 2016-01-14 Устройство для измерения электрических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016100933A RU2612872C1 (ru) 2016-01-14 2016-01-14 Устройство для измерения электрических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2612872C1 true RU2612872C1 (ru) 2017-03-13

Family

ID=58458218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016100933A RU2612872C1 (ru) 2016-01-14 2016-01-14 Устройство для измерения электрических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2612872C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU191613U1 (ru) * 2019-03-21 2019-08-14 Публичное акционерное общество "Микрон" (ПАО "Микрон") Схема измерения параметров входных и передаточных характеристик операционных усилителей и компараторов напряжения
CN117092484A (zh) * 2023-07-04 2023-11-21 江苏润石科技有限公司 高速运算放大器测试电路及其测试方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54126476A (en) * 1978-03-24 1979-10-01 Nec Corp Offset voltage measuring method of semiconductor integrated operational amplifier circuit
SU1226364A1 (ru) * 1984-10-28 1986-04-23 Организация П/Я М-5222 Устройство дл измерени параметров операционных усилителей
SU1287059A1 (ru) * 1984-10-05 1987-01-30 Предприятие П/Я Г-4322 Измеритель напр жени смещени нул компараторов напр жени
SU1372238A1 (ru) * 1985-09-30 1988-02-07 Организация П/Я М-5222 Устройство дл измерени напр жени смещени стробируемых компараторов
CN202025069U (zh) * 2011-01-13 2011-11-02 博嘉圣（福州）微电子科技有限公司 利用辅助运放测试运放类ic参数的电路
CN203800895U (zh) * 2013-11-20 2014-08-27 北京华峰测控技术有限公司 一种可程控失调电流参数的运算放大器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54126476A (en) * 1978-03-24 1979-10-01 Nec Corp Offset voltage measuring method of semiconductor integrated operational amplifier circuit
SU1287059A1 (ru) * 1984-10-05 1987-01-30 Предприятие П/Я Г-4322 Измеритель напр жени смещени нул компараторов напр жени
SU1226364A1 (ru) * 1984-10-28 1986-04-23 Организация П/Я М-5222 Устройство дл измерени параметров операционных усилителей
SU1372238A1 (ru) * 1985-09-30 1988-02-07 Организация П/Я М-5222 Устройство дл измерени напр жени смещени стробируемых компараторов
CN202025069U (zh) * 2011-01-13 2011-11-02 博嘉圣（福州）微电子科技有限公司 利用辅助运放测试运放类ic参数的电路
CN203800895U (zh) * 2013-11-20 2014-08-27 北京华峰测控技术有限公司 一种可程控失调电流参数的运算放大器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU191613U1 (ru) * 2019-03-21 2019-08-14 Публичное акционерное общество "Микрон" (ПАО "Микрон") Схема измерения параметров входных и передаточных характеристик операционных усилителей и компараторов напряжения
CN117092484A (zh) * 2023-07-04 2023-11-21 江苏润石科技有限公司 高速运算放大器测试电路及其测试方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110361646B (zh) 一种运算放大器测试电路及测试方法
JP5423953B2 (ja) 電池模擬装置
US11402456B2 (en) High voltage current sensing circuit with adaptive calibration
US20050231189A1 (en) Measurement circuit with improved accuracy
CN109813455B (zh) 一种cmos温度传感器
KR20140051054A (ko) 능동 션트 전류계 장치 및 방법
RU2612872C1 (ru) Устройство для измерения электрических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения
US20090027125A1 (en) Common mode rejection calibration method for difference amplifiers
Moradpour et al. Measurement uncertainty in battery electrochemical impedance spectroscopy
US11567121B2 (en) Integrated circuit with embedded testing circuitry
US8013589B2 (en) Semiconductor device
CN107561339B (zh) 嵌套式安培表
US10088858B2 (en) Power supply apparatus
Peic Simple and accurate nonlinear macromodel for operational amplifiers
Batista et al. Analysis and practical implementation of a high-power Howland Current Source
US7332958B2 (en) Analog-differential-circuit test device
Crisp A generic DMM test and calibration strategy
RU2135987C1 (ru) Кулонометрическая установка с контролируемым потенциалом
CN113030689B (zh) 运算放大器的测试电路、测试方法以及测试装置
RU2556301C2 (ru) Измеритель параметров многоэлементных rlc-двухполюсников
CN214252434U (zh) 引脚等效电阻检测电路及芯片
JP4909192B2 (ja) コンデンサ容量測定装置
RU2545318C1 (ru) Кулонометрическая установка с контролируемым потенциалом
Wan et al. An embedded offset and gain instrument for OpAmp IPs
Laknaur et al. Design of a window comparator with adaptive error threshold for online testing applications

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180115

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190520