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1、半导体集成运算放大器测试方法基本原理,培训课程系列一,测试方法基本原理是依据中华人民共和国标准GB 3442-86 讲授内容： 1、总的要求 2、参数测试 输入失调电压VIO 输入失调电流IIO 输入偏置电流IIB 静态功耗PD 开环电压增益AVD 共模抑制比K CMR 电源电压抑制比KSVR 开环差模输入电阻RID 开环输出电阻ROS,输出峰-峰电压VOPP 最大共模输入电压VICM 最大差模输入电压VIDM 最大输出电流I OM 输出短路电流I OS 通道分离度CSR 等效输入噪声电压VN 开环带宽fBW 全功率带宽fBWP 返回,总的要求： 无特殊说明，测试期间，环境或参考点温度偏离规定
2、值的范围应符合器件详细规范的规定； 测试期间，应避免外界干扰对测试精度的影响。测试设备引起的测试误差应符合器件详细规范的规定； 测试期间，施于被测器件的电源的内阻在讯号频率下应基本为零；电源电压的偏差应在规定值的正负1%以内。 在被测器件线性工作区测试时，交流小讯号幅度的逐渐减少，不应引起参数值的变化。 被测器件与测试系统连接或断开时，不应超过器件的使用极限条件。 若有要求时，应按器件详细规范规定的顺序接通电源。 测试期间，被测器件应连接器件详细规范规定的辅助电路和补偿网络。 测试期间，被测器件应避免出现自激现象。 若电参数值是由几步测试的结果经计算而确定时，这些测试的时间间隔应尽可能短。 采
3、用辅助放大器（A）与被测器件（DUT）构成闭合环路的方法测试时，基本测试原理图如图一所示。,（图一）,辅助放大器应满足下列要求： A、开环增益大于60dB； B、输入失调电流和输入偏置电流应很小； C、动态范围足够大。 环路元件满足下列要求： A、满足下列表达式 RI . IIBVIO ； R RID ； R . IIB VIO ； ROS RF RID ； R1=R2 ； RL R1 。 其中，IIB 是被测器件的输入偏置电流； VIO是被测器件的输入失调电压； RID是被测器件的开环差模输入电阻； ROS是辅助放大器的开环输出电阻。 B、RF/RI值决定了测试精度，但须保证辅助放大器在线性
4、区工作。 返回 ,输入失调电压VIO 定义： 使输出电压为零（或规定值）时，两输入端间所加的直流补偿电压。 测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。 d、在辅助放大器A的输出端测得电压VLO。 由下式计算求出VIO： VIO=RI/（RI+RF）. VLO 注意事项 RI、RF应满足下列要求： IIO . RI . RF/(RI+RF) VIO； RF . VIOVOPP 。 其中，IIO是被测器件的输入失调电流； VOPP是辅助放大器的输出峰-峰电压。 RI和RF的精度决定了测试精度。 （
5、返回）,输入失调电流IIO 定义： 使输出电压为零（或规定值）时，流入两输入端的电流之差。 测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。 d、开关K1，K2闭合，在辅助放大器A的输出端测得电压VL0。 e、开关K1，K2断开，在辅助放大器A的输出端测得电压VL1。 由下式计算求出IIO： IIO=RI/（RI+RF）. （VL1-VL0）/R 注意事项 R、RI、RF应满足下列要求： IIO.R VIO IIO . RI . RF/(RI+RF) VIO； RI和RF的精度决定了测试精度 （返回
6、）,输入偏置电流IIB 定义： 使输出电压为零（或规定值）时，流入两输入端电流的平均值。 测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。 d、开关K1断开，K2闭合，在辅助放大器A的输出端测得电压VL2。 e、开关K1闭合，K2断开，在辅助放大器A的输出端测得电压VL3。 由下式计算求出IIO： IIB=RI/（RI+RF）. （VL2-VL3）/2R 注意事项 R、RI、RF应满足下列要求： IIO.R VIO IIO . RI . RF/(RI+RF) VIO； RI和RF的精度决定了测试精度
7、 （返回）,静态功耗PD 定义： 输入端无信号且输出端无负载时，器件所消耗的电源功率。 测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。 d、在电源端V+及V分别测得I+及I。 由下式计算求出PD： PD=V+.I+V.I 注意事项 RI的精度决定了测试精度 （返回）,开环电压增益AVD 定义： 器件开环时，输出电压变化与差模输入电压变化之比。 测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、方法A直流测试法。 1、开关K4置“1”，在辅助放
8、大器A的输出端测得电压VL4。 2、开关K4置“2”，在辅助放大器A的输出端测得电压VL5。 由下式计算求出AVD： AVD=（VS+-IS-）/（VL4-VL5）.（RI+RF）/R1 或 AVD=20Lg （VS+-IS-）/|VL4-VL5|.（RI+RF）/R1 （dB） d、方法B交流测试法。 开关K4置“3”，在辅助放大器A的输出端测得电压V0。 由下式计算求出AVD： AVD=（VS/V0）.（RI+RF）/R1 或 AVD=20Lg （VS/V0）.（RI+RF）/R1 （dB） 注意事项 a、（ VS+-IS-） VOPP；,VS VOPP 其中，VOPP是被测器件输出峰-峰
9、电压。 b、交流信号的频率应足够低。 C、RI、RF、R1和R2的精度决定了测试精度。 （返回）,共模抑制比KCMR 定义： 差模电压增益与共模电压增益之比。 测试原理图 KCMR的共模输入法测试原理图,KCMR的变电源法测试原理图,测试程序 方法1共模输入法： a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 C、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。 d、方法A直流测试法。 1、输入端施加规定的直流共模信号电压VIC+，在辅助放大器A的输出端测得电压VL6。 2、输入端施加规定的直流共模信号电压VIC-，在辅助放大器A的输出端测得电压VL7。 由下式计算求出K
10、CMR： KCMR=（VIC+-VIC-）/（VL6-VL7）.（RI+RF）/RI 或 KCMR =20Lg （VIC+-VIC-）/（VL6-VL7） .（RI+RF）/R1 （dB） e、方法B交流测试法。 输入端施加规定的交流共模信号电压VIC，在辅助放大器A的输 出端测得电压V0。 由下式计算求出KCMR： KCMR=（VIC/VO）.（RI+RF）/RI 或 KCMR=20Lg（VIC/VO）.（RI+RF）/RI （dB）,方法2变电源法： a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、方法A直流测试法（VIC为直流电压） 1、电源端施加规定的电压V+ VIC 和V-+
11、 VIC。 2、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。 3、在辅助放大器A的输出端测得电压VO。 由下式计算求出KCMR： KCMR=VIC /VO.（RI+RF）/RI 或 KCMR =20Lg| VIC |/|VO|.（RI+RF）/RI （dB） C、方法B交流测试法（VIC为交流电压）。 1、电源端施加规定的电压V+ VIC 和V-+ VIC。 2、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。 3、在辅助放大器A的输出端测得电压VO。 由下式计算求出KCMR： KCMR=VIC /VO.（RI+RF）/RI 或 KCMR =20Lg （VIC /VO）.（RI+RF）/RI （dB） 注意事
12、项： a、采用方法1共模输入法测试时：,VIC VICM 其中，VICM是被测器件的最大共模输入电压。 b、采用方法2变电源法测试时： VIC 0.5VOPP 其中,VOPP是被测器件的输出峰-峰电压。 C、交流共模信号的频率应足够低。,（返回）,电源电压抑制比KSVR 定义： 电源的单位电压变化所引起的输入失调电压的变化率。 测试原理图 KSVR的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。 c、开关K置“1”，在辅助放大器A的输出端测得电压VL8。 d、开关K置“2”（即正、负电源电压绝对值同时增大V），在 辅助放大器
13、A的输出端测得电压VL9。 由下式计算求出KSVR： KSVR=（VL9-VL8）/2 V.RI/（RI+RF） e、开关K置“3”（即正、负电源电压绝对值同时减小V），在 辅助放大器A的输出端测得电压VL10。 由下式计算求出KSVR： KSVR=（VL10-VL8）/2 V.RI/（RI+RF） f、正电源电压变化V，负电源电压为V-，在辅助放大器A的输 出端测得电压VL9。 由下式计算求出KSVR+： KSVR+=（VL9-VL8）/ V.RI/（RI+RF）,g、负电源电压变化V，正电源电压为V+，在辅助放大器A的输 出端测得电压VL10。 由下式计算求出KSVR-： KSVR-=（V
14、L10-VL8）/ V.RI/（RI+RF） 注意事项 如果辅助放大器A的电源电压也随之变化，则要求其KSVR值比被 测器件的KSVR值至少高一个数量级。,（返回）,开环差模输入电阻RID 定义： 差模输入电压变化与对应的输入电流变化之比。 测试原理图 RID的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、开关K1、K4闭合，在辅助放大器A的输出端测得电压VL11。 开关K1、K4断开，在辅助放大器A的输出端测得电压VL12。 由下式计算求出RID： RID=VL11/（VL12-VL11）.2R 注意事项 a、R值应与RID相适应；
15、 b、交流信号的频率应足够低；幅度应在动态范围以内。,（返回）,开环输出电阻RID 定义： 外加输出电压变化与对应的输出电流变化之比。 测试原理图 ROS的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、开关K3闭合，在辅助放大器A的输出端测得电压VL14。 开关K3断开，在辅助放大器A的输出端测得电压VL13。 由下式计算求出ROS： ROS=（VL14-VL13）/VL13.RL 注意事项 a、 RL值应与ROS相适应； b、交流信号的频率应足够低；幅度应在被测器件的输出峰-峰电压VOPP以内。,（返回）,输出峰峰电压Vopp 定义
16、： 器件在规定电源电压和负载下，所能输出的最大峰峰电压。 测试原理图 ROPP的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、方法A直流测试法。 1、开关K4置“1”，在被测器件的输出端测得电压VOP-。 2、开关K4置“2”，在被测器件的输出端测得电压VOP+。 由下式计算求出VOPP： VOPP=|VOP+|VOP-| d、方法B交流测试法。 开关K4置“3”，在被测器件输出端测得电压VOPP。 注意事项 Vs应大于被测器件的VOPP；交流信号的频率应在大讯号带宽以内。 （返回）,最大共模输入电压VICM 定义： 比规定的共模抑制
17、比下降6dB时的共模输入电压。 测试原理图 VICM的共模输入法测试原理图,VICM的变电源法测试原理图,测试程序 方法1共模输入法： a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 C、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。 d、方法A直流测试法。 1、输入端施加规定的直流共模信号电压VIC+，在辅助放大器A的输出端测得电压VL6。 2、输入端施加规定的直流共模信号电压VIC-，在辅助放大器A的输出端测得电压VL7。 由下式计算求出KCMR（1）： KCMR（1）=（VIC+-VIC-）/（VL6-VL7）.（RI+RF）/RI 或 KCMR（1） =20Lg
18、 （VIC+-VIC-）/（VL6-VL7） .（RI+RF）/R1 （dB） e、方法B交流测试法。 输入端施加规定的交流共模信号电压VIC，在辅助放大器A的输 出端测得电压V0。 由下式计算求出KCMR（1）： KCMR（1）=（VIC/VO）.（RI+RF）/RI 或 KCMR（1）=20Lg（VIC/VO）.（RI+RF）/RI （dB）,f、增大VIC+/减小VIC-（或增大VIC ），使KCMR（2）比 KCMR（1）小6dB时，该共模输入电压即为VICM 方法2变电源法： a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、方法A直流测试法（VIC为直流电压） 1、电源端施加
19、规定的电压V+ VIC 和V-+ VIC。 2、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。 3、在辅助放大器A的输出端测得电压VO。 由下式计算求出KCMR（1）： KCMR（1）=VIC /VO.（RI+RF）/RI 或 KCMR（1） =20Lg| VIC |/|VO|.（RI+RF）/RI （dB） C、方法B交流测试法（VIC为交流电压）。 1、电源端施加规定的电压V+ VIC 和V-+ VIC。 2、开关K4置“地”（或规定的参考电压）。 3、在辅助放大器A的输出端测得电压VO。 由下式计算求出KCMR（1）： KCMR（1）=VIC /VO.（RI+RF）/RI 或 KCMR（1） =
20、20Lg （VIC /VO）.（RI+RF）/RI （dB） d、增大/减小VIC（或增大VIC ），使KCMR（2）比 KCMR（1）小6dB时，该VIC即为VICM 。,注意事项： a、采用方法1共模输入法测试时： VIC VICM,（返回）,最大差模输入电压VIDM 定义： 两输入端所能承受的最大反向电压。 测试原理图 VIDM的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、开关K置“1”，调节输入端电压V，使输入端电流为规定值IR， 在输入端测得电压差VR1。 开关K置“2”，调节输入端电压V，使输入端电流为规定值IR， 在输
21、入端测得电压差VR2。 VR1及VR2中较小者即为VIDM。 （返回）,最大输出电流IOM 定义： 在最大输出峰峰电压下，所能输出的最大电流。 测试原理图 IOM的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、调节负载电阻RL，使输出电压为规定值。测的流过RL的电流 IOM。 注意事项： a、可变电阻RL应防止短路； b、信号频率应足够低；幅度应能使放大器有满幅输出。 （返回）,输出短路电流IOS 定义： 同相输入端在施加规定的直流电压下，输出端对地短路时的直流输出电流。 测试原理图 IOS的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度
22、下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、同相输入端施加规定的正输入直流电压，在输出端测得流出被测器件的电流，即IOS（+）。 d、同相输入端施加规定的负输入直流电压，在输出端测得流入被测器件的电流，即IOS（-）。 注意事项： a、电流表内阻应小于1欧姆； b、输入电压VI应满足： VIDMVIVIO （返回）,通道分离度CSR 定义： 器件中，有信号通道的规定输出电压与无信号通道输入端的串扰（耦合）电压之比。 测试原理图 CSR的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、开关K4置“1”（或“2”）。 d
23、、按下表安置开关，使被测器件DUTA通道有信号输入，被测器件DUTB通道无信号输入。 K16置“1”， K17置“2”， K11置“1” ，K12置“2”， K13置“2”， K14置“1”， K15置“2” e、调节VI，使DUTA的输出电压VOA为规定值。 f、开关K15置“1”，在辅助放大器A的输出测得电压VLB（A）。即相当于DUTB的输入电压为： VIB=RI/（RI+RF）.VLB（A） 由下式计算求出DUTA对DUTB的分离度CSR（AB）： CSR（AB）=20LgVOA/VLB（A）.（RI+RF）/RI（dB） g、按下表安置开关，使被测器件DUTB通道有信号输入，被测器件
24、DUTA通道无信号输入。 K16置“2”， K17置“1”， K11置“2” ，K12置“1”， K13置“1”， K14置“2”， K15置“2”,h、调节VI，使DUTB的输出电压VOB为规定值。 i、开关K15置“1”，在辅助放大器A的输出测得电压VLA（B）。即相当于DUTA的输入电压为： VIA=RI/（RI+RF）.VLA（B） 由下式计算求出DUTB对DUTA的分离度CSR（BA）： CSR（BA）=20LgVOB/VLA（B）.（RI+RF）/RI（dB） j、对大于二重的器件，应测试所有组合状态，并表明无关通道的状态（如：对地的跟随器）。 注意事项： a、输入信号的频率应足够
25、低； b、有效的电源旁路及接地点； C、输出信号应在被测器件的动态范围以内。 （返回）,等效输入噪声电压VN 定义： 输出端的噪声电压在输入端的等效值。 测试原理图 VN的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、 开关K1、K2闭合，在输出端用“有效值电压表”测得输出电压VL（BB）。 由下式计算求出宽带噪声电压VN（BB）： VN（BB）=RI/（RI+RF）.VL（BB）（uVrms） d、开关K1、K2断开，在输出端用“峰值电压表”测得输出电压VL（PC）。 由下式计算求出爆烈噪声电压VN（PC）： VN（PC）=RI/（
26、RI+RF）.VL（PC）（uVP-P） e、开关K1，K2闭合，在输出端用“选频放大器”测得输出电压的均方根值VL（ f）。 VN（ f ）=RI/（RI+RF）.VL（ f）/（ f）1/2 （uF/（Hz）1/2） f、开关K1断开，K2闭合，在输出端用“选频放大器”测得输出电压的均方根值VL（ f）。 由下式计算求出窄带（点频）噪声电流IN： IN=RI/（RI+RF）.VL（ f）/（ f）1/2.RS）,（nA/（Hz）1/2） 注意事项： a、选择RI与RF，使放大倍数能包括所测试的频带宽度。 b、选择电阻RS，使IN.RS在IN测试中占绝对优势。RS应屏蔽，最好采用无噪声电阻。
27、 c、源电阻RI，应选择足够小。 d、RF、CF值决定噪声测试带宽，对不同品种器件应有所不同，在宽带噪声测试中应注意选取。 （返回）,开环带宽fBW 定义： 开环电压增益下降到基准频率时的0.707倍（-3dB）所对应的频率。 测试原理图 fBW的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、辅助放大器A的同相输入端施加规定幅度和频率的信号电压，在辅助放大器A的输出端测得电压VO。 d、调节信号电压的频率，使输出电压幅度为VO的0.707倍，该频率范围即为fBW。 注意事项： a、信号电压的幅度应小于VoPP； b、辅助放大器的带宽应大于被测放大器的带宽。 （返回）,全功率带宽fBWP 定义： 输出最大幅度时的最高工作频率。 测试原理图 fBWP的测试原理图,测试程序 a、在规定的环境温度下，将被测器件接入测试系统中。 b、电源端施加规定的电压。 c、输入端施加规定的低频信号电压，使输出电平的幅度在规定的失真系数下（如1%）达到最大。 d、提高输入信号电压的频率，使输出电压的幅度仍为原值，当失真系数增大到规定值（如3%）时，该频率范围即为fBWP。 注意事项： 输入信号的失真系数要小到可以忽略不计。 （返回）,