1、集成運放參數測試儀 學號 10211810207 畢業設計（論文） 集成運放參數測試儀設計報告 教學系： 信息工程系 指導教師： _ 專業班級： 電信 1102 學生姓名： _ 二零一四年六月集成運放參數測試儀 畢業設計（論文）任務書 學生姓名 專業班級 電信 1102 班 指導教師 工作單位 武漢理工大學華夏學院 設計（論文）題目：集成運放參數測量儀設計 設計（論文）主要內容： 本次課題的任務是設計集成運放參數測試儀，該測試儀的測量參數包括：集成運 算放大器的輸入失調電壓、輸入失調電流、交流差模開環電壓增益、交流共模抑制比 和單位增益帶寬。該系統主要由參數測試電路、 繼電器開關切換電路、AD

2、轉換電路、 液晶顯示電路、單片機控制器電路組成。實現了自動切換、精確測量以及顯示的功能 （具體技術指標詳見畢業設計（論文）選題審核表）。 要求完成的主要任務及其時間安排： （1）掌握集成運放測量電路、 AD轉換電路、繼電器電路、液晶顯示電路的原理 及設計方法（第 35 周）； （2） 掌握集成運放參數測試儀的原理和設計方法（第 68 周）； （3） 掌握集成運放參數測試儀的參數設置（控制）模塊的設計方法（第 （4） 系統硬件、軟件設計（第 1113 周）； （5） 撰寫畢業論文，答辯材料編寫（ 14-15 周）； 必讀參考資料: 1.全國大學生電子競賽培訓系列教程 高吉祥、唐朝京編 電子工業出

3、版社, 2007。 910 周）； 集成運放參數測試儀 畢業設計（論文）開題報告 題目 集成運放參數測量儀設計 1目的及意義（含國內外的研究現狀分析） ： 運算放大器是具有高開環放大倍數并有深度負反饋的多級直接耦合放大電路。它首先應 用于電子模擬計算機上，作為基本運算單元，可以完成加減、乘除、積分和微分等數學運算。 早期的運算放大器是用電子管組成的，后來被晶體管分立元件元件運算放大器取代。隨著半 導體集成工藝的發展，自從六十年代初第一個集成運算放大器問世以來，才使得運算放大器 的應用遠遠的超出模擬計算機的界限，在信號運算、信號處理、信號測量及波形產生等方面 獲得廣泛的應用。 集成運放以其價格低

4、廉、性能優越等特點在個人數據助理、通信、汽車電子、音響產品、 儀器儀表、傳感器等領域得到廣泛應用。 隨著數字技術的不斷進步和集成電路市場的發展. 兼 有模擬和數字集成電路的 SOC 或混合集成電路將越來越受重視。 與此同時，集成運放參數的 測定也將對研發人員和技術儀器提出更高的要求，傳統的運放測試儀校準方案已不能滿足市 場特別是國防軍工的要求運放測試儀的校準面臨嚴峻挑戰。因此，提高運放測試儀的測試 精度，保證運放器件的準確性是目前應解決的關鍵問題。 而國標GB3442 -82運放測試電路，由于其電路結構簡單，測量精確，被廣泛的采用。本 設計所采用的也是國標 GB3442 -82運放測試電路。在

5、信號源部分，采用 DDS （直接數字式頻 率合成）專用芯片AD9851，輸出頻率穩定的正弦信號， 并且在單片機的控制下實現掃頻的功能。 對與測試儀來說，測量的精度是衡量儀器優劣的最重要指標， 而GB3442 - 82運放測試電路的本 質是通過測量輸出電壓，通過軟件計算得到各個目標測量值，所以儀器本身的測量精度取決于電 壓的測量精度。本設計采用凌利而特公司生產的 24 位高精度AD轉換芯片LTC 2400 ,實現了 對輸出電壓信號的精確測量，進而保證了測量精度。 2 基本內容和技術方案： 該系統意以 AVR 系列單片機 ATMEGA12 為控制核心，適當地改變國標GB3442 - 82運放測試

6、電路連接而成，利用繼電器切換的方式，實現了自動測量的功能。該系統通過 ADC采集得到一 系列運放的輸出電壓，通過軟件計算，可以得到運放的輸入失調電壓、輸入失調電流、交流差模 開環電壓增2. 運算放大器應用電路設計 3. LC 濾波器設計與制作 4. 模擬電子技術基礎 5. 運算放大器應用技術手冊 （日）馬場清太郎著何希才譯 森榮二、薛培鼎譯 童詩白、華成英 張樂峰、張鼎等譯 指導教師簽名：鐘學斌 科學出版社 2007 科學出版社 2006.1 高等教育出版社 2001 人民郵電出版社 2009.1 教研室主任簽名: 集成運放參數測試儀 益、交流共模抑制比和單位增益帶寬等參數并且使用液晶顯示屏

7、LCD1602顯示。該 系統主要由參數測試電路、繼電器開關切換電路、 AD轉換電路、液晶顯示電路、信號源產生電 路、單片機控制器電路組成。實現了自動切換、精確測量以及顯示的功能 。測量電路采用國標 GB3442 -82運放測試電路， AD轉換電路采用 AD轉換芯片LTC 2400與真有效值轉換芯片 AD637共同搭建，信號源電路采用 DDS芯片AD 9851搭建，整個系統的核心控制器采用 AVR 系列單片機 ATMEGA128 3 進度安排： （1）掌握集成運放測量電路、 AD轉換電路、繼電器電路、液晶顯示電路的原理及設計方法 （第 35 周）; （2） 掌握集成運放參數測試儀的原理和設計方法

8、（第 68 周）； （3） 掌握集成運放參數測試儀的參數設置（控制）模塊的設計方法（第 910 周）； （4） 系統硬件、軟件設計（第 1113 周）； （5） 撰寫畢業論文，答辯材料編寫（1415 周）；集成運放參數測試儀 4 指導老師意見: 指導教師簽名: 集成運放參數測試儀 鄭重聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成 果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經發表或 撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 本人簽名： _ 摘要 . 8 Abstract . 9 日期: 集成運放參數測試儀 1 緒論

9、. 10 1.1 集成運放參數測試概述 . 10 1.2 集成運放參數測試儀的發展趨勢 . 10 1.3 本次課題的任務和特點 . 11 2 系統設計思想 . 11 2.1 系統總體設計方案 . 11 2.2 系統框圖 . 12 2.3 系統軟件流程圖 . 12 2.3.1 單位增益帶寬測試子程序流程圖 . 12 2.3.2 系統主程序流程圖 . 13 3 系統各模塊電路分析與論證 . 14 3.1 測量電路方案選擇 . 14 3.1.1 VIO、I IO電參數測試原理與測試原理圖 . 14 3.1.2 AVD電參數的測試原理與測試原理圖 . 16 3.1.3 KCMR電參數的測試原理與測試原

10、理 . 17 3.1.4 BWG電參數的測試原理與測試原理圖 . 18 3.2 開關電路方案選擇 . 18 3.3 信號源方案選擇 . 19 3.4 交直流轉換電路選擇 . 19 3.5 AD 轉換電路選擇 . 19 3.6 顯示電路選擇 . 20 4 系統硬件實現 . 20 4.1 測試主電路 . 20 4.2 信號源電路 . 22 4.3 交直流電路與 AD 轉換電路 . 25 4.4 液晶顯示、鍵盤和單片機接口電路。 . 26 5 系統測試與改進 . 28 5.1 系統測試環境與準則 . 28 5.2 系統改進 . 28 5.2.1 輔助運放輸出電壓為負 . 28 5.2.2 輸入失調電

11、壓和輸入失調電流對其他測試的影響 . 28 5.2.3 單位增益帶寬測試信號源說明 . 28 5.3 系統所用輔助運放要求 . 28 5.4 測試結果 . 29 附錄一：系統電路圖 . 30 附錄二：芯片手冊部分參數表 . 34 附錄三：程序清單 .36 參考文獻 .38集成運放參數測試儀 第8頁共39頁 摘要 集成運放的帶寬與失調是衡量一個運放優劣的重要性能指標。該系統意以 AVR 系列單 片機 ATMEGA128 為控制核心，適當地改變國標 GB3442 82運放測試電路連接而成，利用 繼電器切換的方式，實現了自動測量的功能。該系統通過 ADC采集得到一系列運放的輸出 電壓，通過軟件計算，

12、可以得到運放的Vi。（輸入失調電壓）、ho （輸入失調電流）、AVD （交 流差模開環電壓增益）、KCMR （交流共模抑制比）和 BWG （單位增益帶寬）等參數并且使 用液晶顯示屏LCD 1602顯示。為LTC 2400 了保證測量的精度，該系統采用外接凌力爾特 公司的 24 位高精度AD轉換芯片。在自制信號源部分采用 DDS （直接數字式頻率合成） 專用芯片AD9851，產生掃頻信號。 該系統的成本低，設計簡單，測量精確，且具有良好的人機交互界面。 關鍵詞：運放；VIO ； IIO ； AVD ； KCMR ； BWG ；參數; 集成運放參數測試儀 第9頁共39頁 Abstract Inte

13、grated operational amplifier bandwidth and disorders are important performa nee in dicators to measure the performa nee of an op-amp. This desig n un der MCU control, properly change the op-amp test circuit connection, is obtained by collecting a series of operational parameters of physical quantiti

14、es. Through calculation, we can get the op-amp parameters such asVIO、IIO、A/D、KCMR and BWG and record parameters such as live right VIO、IIO、AVD、KCMR and BWG and has the function of automatic measureme nt. System built-i n sig nal source, can output high stability of the sinu soidal sig nal. System co

15、n sists of con trol module and system framework. Keywords： op-amp; Vi。; I IO ; AVD ; KCMR ; BWG ; Parameters; 集成運放參數測試儀 第10頁共39頁 1緒論 1.1集成運放參數測試概述 集成運放以其價格低廉、性能優越等特點在個人數據助理、 通信、汽車電子、音響產品、 儀器儀表、傳感器等領域得到廣泛應用。隨著數字技術的不斷進步和集成電路市場的發展. 兼 有模擬和數字集成電路的 SOC 或混合集成電路將越來越受重視。 與此同時，集成運放參數的 測定也將對研發人員和技術儀器提出更高的要求， 傳

16、統的運放測試儀校準方案已不能滿足市 場特別是國防軍工的要求. 運放測試儀的校準面臨嚴峻挑戰。 因此，提高運放測試儀的測試 精度，保證運放器件的準確性是目前應解決的關鍵問題。 集成電路測試儀是對集成電路進行測試的專用儀器設備。集成電路測試儀的分類很多， 按測試的集成電路的特點可以分為數字型和模擬型測試儀； 按功能可以分為集成電路功能測 試儀和集成電路參數測試儀；按形式可分為便攜式集成電路測試儀和臺式集成電路測試儀。 功能測試是對集成電路的功能進行判定， 看功能是否失效。而參數測試是對集成電路的各項 參數進行測試，看測試讀取的參數是否符合集成電路的設計要求。 市場上常見的便宜的集成 電路測試儀大多

17、是功能測試儀， 由于參數測試儀的生產成本較高， 一般參數測試儀的價格都 在幾萬，在實驗里， 集成電路的測試是一件經常性的工作，實驗做完后電路是好是壞從表 面上是看不出來的，如用簡單辦法給電路加信號源用萬用表和示波器測試則是一非常麻煩的 事，因為一塊集成電路有很多引腳， 一個一個的測試是一件非常費時費力的事， 在一般實驗 室條件下集成電路只需進行功能測試即可， 所以本文要設計一個簡易、 實用集成電路測試儀。 1.2集成運放參數測試儀的發展趨勢 集成電路測試是保證集成電路性能、 質量的關鍵手段之一。 集成電路測試技術也是發展 集成電路產業的三大支撐技術之一。 因此，集成電路測試儀作為一個測試門類受

18、到很多國家 的高度重視。隨著集成電路發展到第四代， 集成電路測試儀也從最初測試小規模集成電路發 展到測試中規模、大規模和超大規模集成電路。集成電路測試儀的發展過程可以粗略地分為 四個時代。第一代始于 1965 年，測試對象是小規模集成電路，可測管腳數達 16 只。用導線 連接、撥動開關、二極管矩陣等方法，編制自動測試序列，僅僅測量 IC 外部管腳的直流參 數。第二代始于 1969 年，此時計算機的發展已達到適用于控制測試儀的程度 ，測試對象擴 展到中規模集成電路，不但能測試 IC 的直流參數，還可用低速圖形測試 IC 的邏輯功能。第 三代始于 1972年，這時的測量對象擴展到大規模集成電路（

19、LSI ）,最突出的進步是把功能 測試圖形速率提高到 10MHz 從 1975 年開始，測試對象為大規模、超大規模集成電路 （LSI/VLSI ）,不但能有效地測量 CMOS!路，也能有效地測量 TTL、ECL 電路。此時作為獨 立發展的半導體自動測試設備，無論其軟件、硬件都相當成熟。 1980 年測試儀進入第四代， 測量對象為 VLSI，測試儀的智能化水平進一步提高，具備與計算機輔助設計（ CAD 連接能 力，加強了數字系統與模擬系統的融合。現在，測試儀的功能測試速率已達 500MHz 以上， 可測管腳數多達 1024 個，測試儀的發展速度是驚人的。 我國在 70 年代初就開始了集成電路測試

20、儀的研制工作， 80 年代后期國產集成電路測試 儀的水平，特別是自行設計能力有較大提高， 國內研究或制造集成電路測試儀的研究所與工 集成運放參數測試儀 第11頁共39頁 廠主要有中國科學院計算技術研究所、 半導體所、北京自動測試技術研究所、 光華無線電儀 器廠等。1986 年中國科學院計算技術研究所研制成功了 ICT-2 LSI/VISI 綜合測試系統，功 能測試速率 10MHz/20MHz 通道數 48。1987 年北京自動測試技術研究所研制成功了 BC3170 存儲器測試系統，功能測試速率 20MHz 通道數 32 個。同期光華無線電儀器廠推出 GH3123 型集成電路自動測試儀， 北京自

21、動測試技術研究所 BC3110X 型集成電路測試儀研制成功， 標 志著國產中小規模集成電路測試儀的技術水平進入新的發展時期和走向實用階段。 繼而北京 科力公司研制和生產測試速率 12.5MHz、64 通道大規模數字集成電路測試系統。此后不久， 光華無線電儀器廠又研制成功功能測試速率為 10MHz 的 16M 位 RAM 存儲器測試儀，大規模測 試系統獲得長足的發展。 1.3本次課題的任務和特點 該系統意以 AVR 系列單片機 ATMEGA12 為控制核心，適當地改變國標 GB3442-82 運放測 試電路連接而成，利用單片機控制繼電器切換的方式， 實現了自動切換測量參數的功能。 該 系統通過

22、ADC 采集得到一系列運放的輸出電壓，通過軟件計算，可以獲得運放的輸入失調 電壓、輸入失調電流、交流差模開環電壓增益、交流共模抑制比和單位增益帶寬等參數并在 液晶顯示屏 LCD1602 上顯示。 本系統由參數測試電路、繼電器開關切換電路、 AD 轉換電路、液晶顯示電路、信號源 產生電路、單片機控制器電路等部分組成。實現了自動切換、精確測量以及顯示的功能。系 統控制采用 AVR公司的高性能單片機 ATMEGA128 該單片機為高性能、低功耗的 AVR8 位微 處理器，是 AVR 系列中功能最強的單片機。測量電路采用國標 GB3442-82 運放測試電路，該 電路簡單，成本低。AD 轉換電路采用

23、AD 轉換芯片 LTC2400 與真有效值轉換芯片 AD637 共同 搭建，正弦信號首先經過 AD637,轉換成真有效值的直流信號后，經 AD 轉換芯片 LTC2400, 被單片機讀取，這樣比直接對正弦信號進行 AD 轉換產生的誤差小得多。 LTC2400 與 AD637 都是高精度器件，保證了測量精度。系統的信號源電路采用 DDS 芯片 AD9851 搭建，AD9851 的系統時鐘最大高達 180MHz 在啟動 6 倍頻的模式下只需提供 30MHz 的外部時鐘（刪掉）， 就能使系統時鐘達到最大的 180MHz AD9851 輸出波形的穩定性好，通過單片機控制可以實 現掃頻信號源的功能。 2系

24、統設計思想 2.1系統總體設計方案 該系統主要由參數測試電路、繼電器開關電路、 AD 轉換電路、液晶顯示電路、信號源 產生電路、單片機控制器電路組成。實現了自動切換、精確測量以及顯示的功能 。測量電 路采用國標 GB3442-82 運放測試電路，AD 轉換電路采用高精度 AD 轉換芯片 LTC2400 與真有 效值轉換芯片 AD637 共同搭建，信號源電路采用 DDS 芯片 AD9851 搭建。整個系統簡單，實 用。集成運放參數測試儀 第12頁共39頁 2.2系統框圖 DD 信號發 _ r r. 生器 - LC 顯示 被測運放 - 測試電路 - 信號處理 - A/D 轉換 - 單片機 鍵盤模塊

25、 0.707Vs 時，AD9851 輸出 正弦波的頻率增加 1KHz;當 Vo0.707Vs 時，AD9851 輸出正弦波的頻率停止自增 1KHz 此 時的頻率即為該運放的單位增益帶寬。 得到改頻率值，并顯示出來。 （流程要用文字描述）集成運放參數測試儀 第13頁共39頁 2.3.2 系統主程序流程圖 開始 測試功能 初始化 A轉換初始化 AD98初始化 圖2.3內容 如圖 2.3 所示，首先進行測試功能初始化，再進行 AD 轉換初始化，再進行 AD9851 初始化，在完成上述初始化后，控制 AD851 輸出一個 5Hz 的方波。然后進行按鍵檢測，當檢 測到 key_value=0 x3E 時

26、，進行輸入失調電壓測試； 當檢測到 key_value=0 x3D 時，進行輸入 電流檢測；當檢測到 key_value=0 x3B 時，進行差模開環增益測試； 當檢測到 key_value=0 x37產曲H信號 源 功能檢測 *啟動A轉換 啟動A轉換1 啟動自動循比啟動轉換 測試 轉換為輸入失 調電壓值- 轉換為輸人失 調電流值- 轉換為交流差- 模開環增益，廠 轉換為交流共 模抑制比值_ 測試元成? 測試元成 測試元成? 測試元成 測試元成 Y 7 key value=Ox N key value=0 x 啟動輸人失調 電流測試 啟動輸入失調 電壓測試 N 顯示 Y N 顯示 集成運放參數

27、測試儀 第14頁共39頁 時，進行交流共模抑制比測試；當檢測到 key_value=0 x2F 時，進行單位帶寬增益測試。測 試完成后，返回等待，下一個鍵按下。 流程要用文字描述 3系統各模塊電路分析與論證 3.1測量電路方案選擇 方案 1：采用集成運放參數的定義設計測試電路。 采用集成運放參數的定義設計測試電路。該方案原理簡單，電路簡潔，易于制作，但 是容易自激，噪聲比較大，會導致測試結果誤差較大。同時在測量失調電流時，采樣電阻的 阻值會大到數兆歐，因而容易在輔助運放的輸出端弓 I入很大的工頻干擾。 按定義設計的電路測量差模開環增益時，因為開環電壓增益通常很高，故要求輸入電 壓很小(幾百微伏

28、)才能保證對輸入信號線性放大。 但在小信號輸入條件下測試時， 易引入各 種干擾，而且獲得高質量的小信號也比較困難，所以該方案難以實現。 方案2： 利用GB3442 -82給出的電路， 配合單片機采集控制系統進行參數測試。 以下對國家GB3442 -82標準各參數測試原理圖進行分析。 3.1.1 VIO、丨丨I。電參數測試原理與測試原理圖 圖 3.1 VIO、IIO電參數測試原理圖 (1)在K1、閉K2合時測得輔助運放的輸出電壓為 VL。 設被測運放反相端電壓為 V_,由輔助運放反饋到被測運放的反相端的電壓為 V_，被測運放 同向輸入端的電壓為 V.,被測運放輸出端電壓為 VO，被測運放的開環放

29、大倍數為 Ax，輔 助運放的開環放大倍數為 AO。被測運放輸入端的輸入失調電壓為 Vi。 則有被測運放反向端輸入電壓為 V_ V VIO (3-1) 經過被測運放放大后的輸出電壓為 (3-2) 集成運放參數測試儀 第15頁共39頁 VO = -AX(V VIO)集成運放參數測試儀 第16頁共39頁 R2 VO = V - RI R2 過第二級放大后輸出電壓為 AX AOR2 R R2 WIO) (3-3)經 VLO = AOV .= 汽以。) (3 - 4)由 輔助運放反饋到被測運放的反相端的電壓為 V7VLO (3-5) 綜上，輔助運放的輸出電壓為 VLO -AXAOR2(RRRFVLVIO

30、) AX AO R2 則輸入失調電壓為 VIO 又？ AX、AO比較大，取R (2)、在已測出輸入失調電壓 由式(3 -8)可知，VIO 則此時輔助運放的輸出電壓為 AX AO Ri R2 X O 2 / VLO _ v IO R1 D6 OUTPUT1 圖 4.1 由于單片機本身驅動能較弱，故在實際電路中還采用了如圖 3.2 路，從而避免單片機不能直接夠驅動繼電器而導致測量過程中的測量錯誤。 單片機I/O 口 +5V 仝 1N41 017 510 48 Key_Ctrl_7 所示的繼電器驅動電 集成運放參數測試儀 第25頁共39頁 圖 4.3 量程切換電路 根據設計要求輸入失調電壓分為和 0

31、 4mV 和0 40 mV兩個量程，輸入失調電流分為 00.4叭和04uA兩個量程。由于量程要求少且每兩個量程之間剛好為 10 倍關系，故可 以通過改變放大倍數來實現，實現方法為：電路初始狀態接入的反饋電阻為 100 K1，對應 的量程為 040mV 或04吩。當需要切換量程時，通過單片機給圖 11 所示電路中繼電器 高電平使被測運放反向輸入端和輔助運放輸出端所接的反饋電阻切換為 10K,則此時對應 的放大倍數為反饋電阻為100K. 1時的十分之一從而使量程切換到0 40mV或 0 0.4uA 。 4.2信號源電路 圖 4.4 所示為AD9851引腳圖，弓I腳說明如下 D0 D7 :數據輸入口

32、，給內部寄存器裝入 40 位控制數據。 W_CLK :數據自裝入端口，上升沿有效。 FQ_UD :頻率更新控制信號，時鐘上升沿確認輸入數據有 效。 REFCLOCK :外部參考時鐘，在直接方式中，輸入頻率即 是系統時鐘；在 6 倍參考時鐘倍乘器方式， 系統時鐘為倍乘器輸 。 RSET: DAC外部參考電阻連接端，用于控制 DAC輸出電 流。 VOUTN /VOUTP :內部電壓比較器反向/同向輸出端。 VINN /VINP :內部電壓比較器方向/同向輸入端。 DACBP : DAC旁路連接端。 IOUTB /IOUT :互補/內部DAC輸出。 RESET :復位端，高電平時清除 DDS累加器和

33、相位延遲器，使得輸出信號為零赫茲 和零相位信號同時置數據輸入為并行模式并禁用參考時鐘六倍頻。 PGND /DGND /AGND : 6 倍參考時鐘倍頻器的地/數字地/模擬地。 PVCC /DVDD / AVDD : 6 倍參考時鐘倍頻器的電源/數字電源/模擬電源。 AD9851的出口 IOUTB與IOUT輸出的為電流信號，故需要外接一個電阻網絡才能接被測運放反 向端 圖 4.2 繼電器驅動電路 口 接輔助運放輸 出端 D7 PVCC D6 DVDD D5 AVDD D4 AVDD D3 D2 D1 IONT D0 IOUTB W_CLK VINP FQ_UD VINN FCLOCK RESET

34、 VOUTN Rset VOUTP DACBP PGND DGND AGND AGND AD9851 圖 4.4 17 13 14 25 26 27 28 1 2 3 4 7 9 22 12 5 24 10 19 21 20 16 75 6 23 7T 集成運放參數測試儀 第26頁共39頁 夠將電流信號轉換成為電壓信號。參考芯片資料得到的電路原理圖如圖 13 所示。 該電路圖中TLC 6902用于產生 AD9851的基準時鐘信號， TLC 6902的輸出信號頻率 受滑動變阻器 RP1控制。滑動變阻器RP1用于將TLC 6902的輸出控制在1MHz，電容C1用 于對TLC 6902進行退耦。RP

35、2控制AD9851的DAC輸出電流大小，并滿足下式 39.93 IOUT (3-31) RSET IOUT的DAC的輸出基準電流。由芯片資料可知， DAC輸出電流越大其輸出信號的諧 波也越大。所以 RP2滑動變阻器將基準電阻調為芯片資料上推薦的 3.9。 R1 R,為電 流電壓轉換網絡，能夠將 DAC 輸出電流轉換為電壓。 圖 4.5 AD9851接線圖 其中M值由管腳PH控制，N值由管腳DIV控制。OPEN表示管腳開路不接任何管 腳RP1 50K U1 )IV H V+ OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 4 5 6 7 GND TLC6902 +5V A C1 U0.1uf RP2 D

36、7 PVCC D6 DVDD D5 AVDD D4 AVDD D3 D2 D1 IONT D0 IOUTB W CLK VINP FQ UD VINN FCLOCK RESET VOUTN Rset VOUTP DACBP PGND DGND AGND AGND C2 O.luF R1 100 R2 100K R3 100K R4 00 在圖 4.5 中TLC6902為AD9851提供時鐘信號，下面對 如圖 4.6 所示為TLC 6902引腳圖，其引腳說明如下。 VCC :電源端， 2.7V 5.5V。 DIV :分頻器設置端口。 PH :模式設置端口，不同模式輸出頻率不同。 MODE :擴頻

37、調制輸入口。 SET :頻率設置，與電源端口接一個外部電阻來 設定輸出頻率。 GND :接地端。 OUT 1 OUT 4 : 4 路信號輸出端。 TLC 6902的輸出頻率滿足公式： TLC6902做簡要介紹。 DIV PH THMODE 如如SET V+ 10 GND fOUT 10MHz 20K1 1 N M RSET OUT1 - 5 OUT2二 OUT3L OUT4 TLC6902 圖 4.6 (3 - 32) MODE SET 8 8 21 20 16 15 13 14 17 19 AD9851 227 +5V 6 集成運放參數測試儀 第27頁共39頁 圖 4.7 圖 4.5 中u

38、1、U 2用來生成初始信號源， U 3用來將前面輸出初始信號放大至 VRMS =4V的信號提供給測量被測運放的開環放大倍數和交流共模抑制比使用， U 4用來將 初始信號調理為 VRMS二100mV作為測量被測運放單位增益帶寬的信號源使用。 U3、U 4采 用TI公司的高速運放 THS4631， 其單位增益帶寬為 325MHz， 這保證了在輸出信號源頻 率在40KHz 3.5MHz范圍內變化時THS4631輸出信號的穩定性，更好的共后級電路使 用。 另外，圖 4.7 中的繼電器K10、和K11用來在兩路信號源之間切換。在初始狀態下繼 電器K11保持常閉觸點V_sinV_sin_out1接通K10

39、常閉觸點 V _sin_out1or2 Vs1_in和產比觸點 Vs1_out Vs_out接通，此時引入信號調理電路 100 DIV 二V 4 PH =V N 二 10 DIV =OPEN M 二 3 PH =OPEN (3 - 33) 1 .1 DIV =0 1 PH =0 在本系統中TLC6902采用芯片手冊提供的經典接法，如圖 4.5 中所示的接法即可。 圖 4.7 為信號調理電路與繼電器電路: Vs1_out Vs2 out Key_Ctrl_9 (3) O +5V 集成運放參數測試儀 第28頁共39頁 U3部分；當繼電器 K10和K11得電后常閉觸點均斷開，常開觸點 V_s inV

40、 _sin_out2、 V _sin_ out1or2 Vs1_ in和Vs2_out Vs_out都接通，此時引入信號調理電路 U 2部 分。圖 15 中的電源對地接的10uF和0.1uF電容為退耦電容。 4.3交直流電路與 AD轉換電路 AD和AD轉化器配合使用，此時AD轉換器直接對正極性進行 本系統采用有效值轉換芯片 AD 637和AD轉換器LTC 2400來實現輸出電壓測量。 圖 4.8 為AD637引腳圖，其引腳說明如下： BUFF IN /OUT :緩沖器的輸入/出端口。 COMMON COMMON :公共接地端口。 OFFSET :輸出補償端口。 CS :使能端，高電平有限（供掉

41、電模式用） 。 DEN INPUT :基準輸入端，測均方值時使用。 dB OUTPUT :分貝電平輸出端。 VIN :信號輸入端口。 VS/-VS :正/負電源端。 RMS OUT輸出端口。 CAV :輸出保持端口。 NC :空引腳。 LTC 2400 介紹： 圖 4.9 為LTC 2400引腳圖，其引腳說明如下： VCC :電源。 VREF :參考電壓輸入端。 VIN :模擬信號輸入腳。 GND :接地端。 CS片選端，低電平有效。 圖 4.9 SDO :數據輸出端，同時也是轉換數據有效的指示端。 SCK :時鐘腳，雙向。 F0 :數字輸入腳，用于選擇需要抑制的頻率和 AD 轉換時間。 LT

42、C 2400 模擬信號輸入 VIN 的范圍為-0.125VREF 1.125VREF。LTC 2400 內 部已集成了高精度的振蕩器，因此采用片內振蕩器時不需 110dB要外接任何元件。 LTC2400的數字濾波器能夠抑制 50Hz或60Hz及其諧波。當芯片的F0腳接VCC時，使 用內部振蕩器可對輸入信號中的 50Hz干擾進行大于的抑制， AD轉換時間為160ms ； F0 腳接GND時，使用內部振蕩器可對輸入信號中的 60Hz干擾進行大于110dB的抑制，AD 轉換時間為133ms ；當使用真有效者轉換芯片 轉換同樣比較容易實現。 BUFF IN BUFF NC VIN COMMON NC

43、OFFSET +VS -VS DEN INPUT RMS OUT dB OUTPUT CAV AD637 圖 4.8 1 14 2 13 3 12 4 5 10 6 9 7 8 _ 11 集成運放參數測試儀 第29頁共39頁 F 0腳接外部振蕩器時，FEOSC其抑制的頻率為FEOSC /2560, AD轉 換時間為2048/ FEOSC。LTC 2400時序圖如圖 4.10 所示：集成運放參數測試儀 第30頁共39頁 由LTC 2400的時序圖可以看出，CS的初始狀態為高電平，當 CS由高電平變為低電 平時，LTC 2400開始輸出轉換結果，此時數據轉換沒有等待時間，輸出數據即為剛進行的 轉換

44、結果。該轉換結果是在時鐘的 SCK控制下由SDO輸出的，并在SCK的下降沿更新 而在SCK的上升沿可靠讀取。當 32 位數據從LTC 2400讀出或當CS被拉高時，數據輸出 結束。此后將LTC 2400自動開始新的數據轉換和重復周期。 大大的降低了編程難度。 系統交直流電路與 AD轉換電路級聯如圖 4.11 所示。 圖 4.11 中，電位器RP1用來作為AD637輸出失調的調整，當輸入信號為 0時, 整電位器RP1使AD637的輸出電壓值為 0。 電位器RP2作為輸出尺度因數的調整，以輸 入信號的最大值（交流或者直流）輸入，調整電位器 RP2，是輸出端得到相應的輸入信號 有效值。RP3用來調整

45、AD轉換器的參考電壓，所以每次燒寫程序前，必須用萬用表測量 該參考點電壓，在軟件中矯正，以便得到精確的測量值。 4.4液晶顯示、鍵盤和單片機接口電路LTC 2400的程序編寫簡單, 在圖 4.11 圖 4.10 +5V LTC2400_SCK LTC2400_SDO 集成運放參數測試儀 第31頁共39頁 ATMEGA128 圖 4.12 顯示、鍵盤及單片機端口分配模塊 如上圖所示，采用 AVR 系列單片機 ATMEGA12 作為該系統的核心控制器， LCD1602 液晶 顯示屏作為系統顯示模塊。該單片機為高性能、低功耗的 AVR 8 位微處理器，是 AVR 系列中 功能最強的單片機具有如下主要

46、特點： （1） 先進的 RISC 精簡指令集結構。 （2） 非易失性程序和數據存儲器。 （3） 具有 JTAG 接口。 （4） 增強的硬件工程。 ATMGEA12 單片機與外部電路的接口如下： （1） PA0 PA2 : LCD1602顯示模塊控制端口。 （2） PA5 PA7 :信號源 AD9851 控制端口。 （3） PB0PB7 : LCD1602顯示模塊數據端口。 LCD1602 RK RT -S E - SDE S W 0 1 2 3 4 5 6 7 V V V R R E DDDDDDDD O1 舊 31 21 yo+ E - 2wompl- 2womcL DLUAXLSA- gs

47、toLSCU r SDKe dv-A X_SA_ -QM-ISCULCD1602_RS LCD1602_R/W LCD1602_E AD9851_W_CLK AD9851_FQ_UD AD9851_RESET LCD1602_D0 LCD1602_D1 LCD1602_D2 LCD1602_D3 LCD1602_D4 LCD1602_D5 LCD1602_D6 LCD1602_D7 AD9851_D0 AD9851_D1 AD9851_D2 AD9851_D3 AD9851_D4 AD9851_D5 AD9851_D6 AD9851_D7 24 T3- s 51 50 ? 447 l - 46

48、 壬C 4 10 C 12 12 f 1 12 12 16 己性 35 ； J 3； f 3t 4 4f 62 64 RESEI PD0/SCL/INT0 PD1/SDA/INT1 XTAL1 PD2/RXD1/INT2 XTAL2 PD3/TXD1/INT3 PD4/ICP1 PA0/AD0 PD5/XCK1 PA1/AD1 PD6/T1 PA2/AD2 PD7/T2 PA3/AD3 PA4/AD4 PF0/RXD0/PDI PA5/AD5 PE1/TXD0/PDO PA6/AD6 PE2/XCK0/AIN0 PA7/AD7 PE3/OC3A/AIN1 PE4/OC3B/INT4 PB0/S

49、S PE5/OC3C/INT5 PB1/SCK PE6/T3/INT6 PE7/ICP3/INT7 PB2/MOSI PB3/MISO PB4/OC0 PF0/ADC0 PB5/OC1A PF1/ADC1 PF2/ADC2 PB6/OC1B PB7/OC2/OC1C PF3/ADC3 PF4/ADC4/TCK PC0/A8 PF5/ADC5/TMS PC1/A9 PF6/ADC6/TDO PC2/A10 PF7/ADC7/TDI PC3/A11 PC4/A12 PG0/WR PC5/A13 PG1/RD PC6/A14 PG2/AIF PC7/A15 PG3/TOSC2 PG4/TOSC1 A

50、REF AVCC PEN 25 26 27 28 29 30 31 32 2 3 4 -6 9 61 60 59 58 57 56 55 54 33 34 43 18 19 Test_Vio Test_lio Test_Avd Test_Kcmr Test_BWg Test_Auto LTC24OO_SDO LTC2400_SCK Key_Ctrl_1 Key_Ctrl_2 Key_Ctrl_3 Key_Ctrl_4 Key_Ctrl_5 Key_Ctrl_6 Key_Ctrl_7 Key_Ctrl_8 20 集成運放參數測試儀 第32頁共39頁 （4） PC0 PC7 :信號源 AD9851

51、 數據端口。 (5) PDO PD5 :功能切換檢測端口。 (6) PEO PE1 : LTC2400 AD轉換模塊數據端口和時鐘信號端口。 (7) PFO PF 7 :繼電器控制端口。 5系統測試與改進 5.1系統測試環境與準則 本系統被測運放所測參數以 ST(意法半導體)公司提供的 A741芯片手冊為標準，輔 助運放以 TI (德州儀器半導體)公司提供的 OP07芯片手冊為標準。 5.2系統改進 5.2.1 輔助運放輸出電壓為負 在測試輸入失調電壓和輸入失調電流時用萬用表測得輔助運放輸出電壓為負值， 這是由 系統本身使用的放大電路方式決定的，最后用 AD 637轉換為有效值檢測從而解決這一

52、問 題。 5.2.2 輸入失調電壓和輸入失調電流對其他測試的影響 在測試輸入失調電壓和輸入失調電流之外的參數時， 由于被測運放的輸入失調電壓和輸 入失調電流的存在會給其它參數測試時候引入一個固定的直流電壓偏移， 以及系統本身也會 引入直流偏移，故在測試交流差模開環電壓增益和交流共模抑制比以及單位增益帶寬時需在 輔助運放的輸出端口引入隔直電容用來減小輸入失調電壓和輸入失調電流的影響。 具體方法 見附錄一所示電路圖 K8以及K9切換模塊中的10uF電容的接法。 5.2.3 單位增益帶寬測試信號源說明 在測試單位增益帶寬時要求自制信號源的輸出有效值為 2V，在測試過程中發現如果將 此要求的信號源直接

53、引入系統測試單位增益帶寬會出現輸出波形失真， 故需要先將自制符合 要求的信號源進行處理后才能引入系統以供測試單位增益帶寬使用。 實際制作時候直接將信 號源輸出調整為有效值為 100mV。 5.3系統所用輔助運放要求 系統使用的輔助運放在個參數上必須優于被測運放， 如果輔助運放的輸入失調電壓和輸 入失調電流比被測運放大， 測最終結果中輔助運放占主要因素而被測運放成為次要因素。 這 集成運放參數測試儀 第33頁共39頁 位被測試原則，故在選擇輔助運放時需要注意這一問題。集成運放參數測試儀 第34頁共39頁 5.4測試結果 序號 VIO I IO A/D KCMR BWG 1 1.5 mV 27 n

54、A 104dB 96.3 dB 1163KHZ 2 1.5 mV 27.8 nA 105dB 94.5 dB 997KHz 3 2.2 mV 21.5 nA 105dB 97.8 dB 1023KHZ 4 1.4 mV 26 nA 105dB 95.5 dB 978KHz 表 5.1集成運放參數測試儀 第35頁共39頁 附錄一：系統電路圖 Key_Ctrl_9(3) 10 I 510 901Q9 D9 1N4148 Key_Ctrl_10(5) 10 901Q10 1N4148 Dib K10 GND SET PHDIV SEMODE U1 I I TLC6902 OUT4O3O0T1 V+

55、76 ZU V sin K11 V5 + 19 10 24 * +5V V_sin_out2_sin_out1 Vs out o Vs2 out Vs1 Vs2_in Vs1_in V sin out1 or 2 I V5+ Vs2 in 10uF 10u 10uF + +15V 0.1uF 0.1uF +5V 0.1uF RP PA7 20K 12 22 二 C1 PA6PA5 QQ Rset AGAGDGPGND RESETQWUCLK AD9851 20KRP5. KR6 4 R 20K 3 PCPCPCPCPCPCPCPC7 PQQQQQQQ 28 27 26 25 D0D1D2D3D

56、4D5D6D7 U2 DACBPOUO0TNINNINP IOUTNT AVADDVDDC 17 1413 15 16 20 21 18 11 23 _C2 0R3 0R2 100R4 V sin Vs1 in I 6 A RF 4_ TH631 R 500K RP3 4 、 -15V 1K R5 丄C3 THS4 631 Vs2 out Vs1 out C +5V 集成運放參數測試儀 第36頁共39頁 10UF O.luF +5V 1 + 1 10uF 7 -5V 0.1uF u u LTC2400_SDOO_SCK 集成運放參數測試儀 Key_Ctrl_1 OUTPUT1 OUTPUT1

57、Key_Ctrl_9 AD_test +15V 0.1uF 第32頁共39頁 集成運放參數測試儀 第38頁共39頁 TesteAvdiO_Vio Key_CeC8C_C6C_C4C3C_2_i TeS_A_OWmr LTCT4O40CKD0 AD98A85D786989898582CD1L060LCD!DC6R63D29DADREI3EIWDC DE_RWS LCD1602 TeTeTeTWg_Ae.dO_Vio QOQQQQ 12 DSW1 R1 R3 R4 R5 - 5.lR6 +5V 集成運放參數測試儀 第39頁共39頁 附錄二：芯片手冊部分參數表 ST （意法半導體）公司 A741提供

58、芯片手冊對應參數 Electrical characteristics Table 3. Electrical characteristics at = 15 V, = +25a C (unless otherwise specified) continued) Symbol Parameter Min. Typ. Max. Unit GBP TsMe 3. Gin bandw dti-i product Vj = 10 rnV, RL = 2 kil CL = 100 pF, I =100 kHz Eleeireal chpracieriBtics at Vcc = s15 V-T,* =

59、+25T C (unless aHlftrwifctr Specified 0.7 1 MHz Symbol Partrnetef mnu g unit J input Mm vonaae( (% 劊 o 鄧 Trt M +35 C TfflM、T.Eb *-Tm*x 1 5 0 mV input offseE cxirrmt Tjrrts=卡25 C 燈.nic 蟲 max 2 30 70 input tuas currant c 丫on ratio (電 10 k.) I Tt = +25* C TrflW amb fnai w ce cc Supply cutwM. no toad ir

60、t-+as-c Tran J.EtJ sm*x 1.7 2J 3.3 mA input oonmon mode voltage range Tta+25*C 下明燈in燈raw： 12 -Li 2 V CMR Common nrode rejeclWDn ral (Rs si 0 ULf J 259 Tmft 切arta 70 ? 90 tfi 06 OutpiJ short circufl current w 35 40 mA % Output voltage &wng TE = +25* C 兔0 W 氣 M 仝KI丄 Tn*t 燈nr* % 10 Kll % YkD 12 10 12 10 14 13 V S