集成参数测试仪

集成参数测试仪

伍翔，甘卫锋，张帅

（武汉大学电子信息学院，湖北武汉430079）

作者简介：伍翔，武汉大学电子信息学院。

摘要：本系统基于GB3442-82国家标准,采用辅助运放测试法,对运算放大器的各基本参数进行精确测量。整个系统以单片机和FPGA为控制核心，通过对继电器的控制，实现各处开关的通断，从而以较为简单的电路实现多种参数测试。

关键词：集成运放参数；辅助运放；测试法

1方案论证与比较

1.1集成运放参数核心测量电路方案

由于放大器电参数种类很多，有静态参数和动态参数，对不同的参数测试方法不一样，主要分为：①定义法，即按照运放各种参数定义将待测运放接成共模或差模输入方式来测量。根据运放定义电路，由各定义公式计算各值。②采用“被测器件－辅助运放”模式，籍以构成稳定的负反馈网络，将小电压电流转换为伏特级的大电压进行测试，

根据定义法测量的精度高，但各种参数测试电路差别很大，不利实现自动测量。而采用辅助进行测试既符合GB3442-82标准测试原理又能实现自动测试，故本设计采用方案二。

1.2信号源的设计方案

①根据直接数字频率合成器（DDFS）基本原理，充分利用FPGA的内部资源，在FPGA中设计一个DDS。DDS可以合成任意波形，且可以十分精确的控制相位,频率。但是，由于受到DＡC芯片转换速率及后级运放的限制，不适合于较高频率段。②采用专门的DDS集成芯片。专用DDS集成芯片的功能较完善，尤其在频率较高时，其性能大大优于方案一获得的波形。本系统设计能同时提供5Hz和40kHz到4MHz的信号，基于方案一和二各有优点，系统采取两方案综合的方法，即5Hz信号由FPGA经D/A滤波来产生，40kHz到4MHz的信号由DDS集成芯片产生。DDS集成芯选用AD9851。

.3测量参数切换的方案

①使用模拟开关CD4051或AD7501等选择不同的元器件来实现测量某种参数所需的测量电路。但是模拟开关具有一定的导通电阻（几十欧到几百欧），测试微弱信号时必然导致很大误差。②使用继电器阵列。继电器的导通电阻近似零欧，误差相对而言要少很多。另外，继电器有单刀双掷的功能，对于实现切换非常有优势，且可以由一个控制信号实现两路信号同时切换。基于这些，系统采用方案二，用继电器作为切换单元。

2系统总体设计

由单片机控制继电器阵列选择测试运放的不同参数，由DDS芯片及FPGA产生精度满足系统的检测信号对运放进行测量。其测试数据经过适当的切档滤波、放大、检波、采样后交由单片机数据处理并显示出来。

3理论分析及各功能模块设计

3.1各参数定义及理论分析

①输入失调电压VIO。由于运放电路参数的不对称，使得两个输入端都接地时，输出电压不为零，称为放大器的失调，用VIO表示。直流电路通过RI和RF接成闭合环路。通常RI的取值不超过100Ω，RF>>RI，这时若测得输出电压为VO1，就可推算出输入端的失调电压为VIO=RIVO1/(RI+RF)。

②输入失调电流。IIOIO的定义为补偿失调电压后，使输出电压为零，而流入运算放大器两输入端的电流之差。

③交流差模开环电压增益。交流差模开环电压增益是指运放没有反馈时的直流差模电压增益。但在小信号输入条件下测试时，易引入各种干扰，所以，本设计用交流闭环量方法。当R1+R2>>R3时，开环电压增益。

④交流共模抑制比的测量。运放应对共模信号有很强的抑制能力。表征这种能力的参数叫共模抑制比，用kCMR表示，kCMR=∣AvD/Avc∣。共模信号增益AvC=（VO/VS)。

⑤3dB带宽的测量。3dB带宽的测量，通过AD9851产生高精确度的扫频信号，扫频信号从40kHz开始按1K步进增大，同时检测峰值检测模块的输出电压。当输出电压下降到原来的0.707倍时记下此时频率值既是-3dB带宽截止频率。

3.2AD采样模块

测试输入失调电压和输入失调电流时，电路输出为直流信号，测试交流开环增益和共模抑制比时，电路输出为交流信号，这些信号都必须先滤波再经ADC采样，ADC模块系统采用了Maxim公司的12位A/D转换器MAX197，它的输入范围软件可调具有0–5V,0–10V,-5–5V,-10–10V四种模式，同时具有八个模拟通道，可以巡回测量。

3.3峰值检波模块

由于系统扫频时限为10秒，峰值检波的速度必须跟得上频率步进的速度，而检波速度取决于充放电电容的取值，电容越小，越容易充电达到饱和，即检波速度越快，通过实际测试选择选用低漏电的0.1uF的钽电容，也可以并一个100K的电阻大大加快电容的放电，节省时间。

4系统软件设计

本系统软件部分由C51编写，使用KeilC51编译器。主要完成LCD的初始化，读取键值，发送控制字及控制相关模块正常进行工作。

参考文献：

[1]李朝青.单片机原理及接口技术.北京:航空航天大学出版社,2005.

[2]谢自美.电子线路设计•实验•测试.武汉:华中科技大学出版社,2000.