【经验】浅析芯谷科技D324运算放大器测试原理

时间： 2023-01-03 来源：绍兴芯谷科技公众号

技术问答

本文中将为大家叙述运算放大器原理结构，介绍了芯谷科技运算放大器D324的管脚定义、内部架构等效图和主要电性能参数，以及D324运算放大器主要参数测试原理。

运算放大器（简称运放），它的英文全称是Operation Amplifier，简写为OP AMP。顾名思义，运算放大器的初衷是用于执行数学计算，比如加、减、乘、除、函数运算等。在当前的技术条件下，运算放大器的数学运算功能已不再突出，现在主要应用于信号放大及有源滤波器设计。在多数的常规设计中，我们使用运放的理想模型,忽略其内部结构。把它当作一个“其有放大作用的元件”，接上电源，便可以让它发挥放大的作用。所谓理想的运算放大器具有无限开环增益、无限输入阻抗、零输出阻抗、无限电压摆幅、无限带宽、无限压摆率和零输入失调电压。如图1.1所示。

理想的运放电路分析有两大重要原则贯穿始终，即“虚短”与“虚断”。“虚短”的意思是正端和负端接近短路，即V+=V-，看起来像“短路”；“虚断”的意思是流入正端及负端的电流接近于零，即1+=1-=0，看起来像断路（因为输入阻抗无穷大）。

一. D324四通道运算放大器简介

D324是一款内部具有四个独立的、高增益、低功耗的运算放大器电路。可采用单电源或双电源工作模式。芯片内部包括增益、缓冲、滤波和电平转换等单元功能。D324运算放大器适用于信号变换、增益控制等应用场合。

D324采用SOP14，DIP14以及TSSOP14封装形式，管脚排列图详见如下图1.2

D324等效结构图（1/4单元）

二. D324电性能参数

D324运算放大器的电性能参数是非常多的，而它最主要的参数有如下几个——

不同于一般集成电路的输入输出电压参数，上述参数都是运算放大器特有的。

三. D324四通道运算放大器测试原理目前已有许多测试集成运放参数的专用仪器，也有许多测试方法，但各种参数测试电路出入很大。为了用统一的测量电路来自动测定集成运放的主要直流参数，已发展了利用辅助放大器的测试方法。这是目前比较完善的一种方法并由国际电气技术委员会（EC）通过，被列为国际通用的测试方法。因此在这里我们只介绍采用辅助放大器（AMP）与被测器件（DUT）构成闭合环路的方法来测试集成运放主要直流参数的原理，基本测试原理图如图1.4所示。

上述运放测试原理图是把辅助放大器AMP、待测集成运放DUT一起构成闭环运用。要求辅助运放的A_OV≥80dB，V_ICM应大于DUT的输出电压摆幅（至少大±10V），VOM≥10V。R1般选择50~100Ω，F=（R1+RF）/R1=1000，若R1=500，则RF=50kΩ，R=RJ1X=RJ2X通常选为10kΩ，负载R2=2kΩ，R3=10kΩ，为了保证闭环网络能稳定工作，DUT、AMP补偿成单极点频率特性。并在RF（RJ4）上并联一个超前补偿电容C2，RF，R1值决定了运放测试精度，但须保证辅助放大器（AMP）工作在线性区。

1. 输入失调电压V_IO

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。

D324电源电压端口施加+5V（pin4，DVI0=5V），pin11端口设置为oV（DVI1=0V），每路正、负输入端口分别接入DUT对应的输入+/-端口，OVI0施加-0.7V，K1/K4/K5/K6/K7/K12/K17继电器保持闭合，用OVI2源测量辅助运放AMP输出端直流电平VM，采用以下公式可以计算出VIO——

R1，RF应满足下列要求:

其中，I_IO是D324的输入失调电流

V_OPP是辅助放大器（AMP）的输出峰-峰值电压。

R1和RF的精度决定了VIO的测试精度。

2. 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。

D324电源电压端口施加+5V（pin4，DVI0=5V），pin11端口设置为0V（DVI1=0V），每路正、负输入端口分别接入DUT对应的输入+、-端口，OVI0施加-0.7V，K5继电器断开、K1/K4/K6/K7/K12/K17继电器保持闭合，用OVI2源测量辅助运放AMP输出端直流电平VM1；接着K6继电器断开、K1/K4/K5/K7/K12/K17继电器保持闭合，用OV12源测量辅助运放AMP输出端直流电平VM2。采用以下公式可以计算出IIB参数——

R、R1、RF应满足下列要求：

其中，IIO是D324的输入失调电流，R1和RF的精度决定了测试精度。

3. 输入失调电流I_IO

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。

参见图1.6，D324电源电压端口施加+5V（pin4，DVI0=5V），pin11端口设置为0V（DVI1=0V），每路正、负输入端口分别接入DUT对应的输入+、-端口，OVI0施加-0。7V。K1/K4/K5/K6/K7/K12/K17继电器保持闭合，用OVI2源测量辅助运放AMP输出端直流电平VM1；接着K5/K6继电器断开，其它继电器仍保持闭合，用OVI2源测量辅助运放AMP输出端直流电平VM2。

采用以下公式可以计算出IIO参数——

R、R1、RF应满足下列要求：

其中，IIO是D324的输入失调电流，R1、RF和R的精度决定了测试精度。

4. 大信号（开环）电压增益A_VO

定义：运放器件开环时，输出电压变化与差模输入电压变化之比。

D324电源电压端口施加+5V（pin4，DVI0=5V），pin11端口设置为0V（DVI1=0V），每路正、负输入端口分别接入DUT对应的输入+、-端口，K1/K4/K5/K6/K7/K12/K17继电器保持闭合，OVI0施加VI1=5。5V，用OVI2源测量辅助运放AMP输出端直流电平VM1；OVI0施加VI2=-0.5V，用OVI2源测量辅助运放AMP输出端直流电平VM2。

采用以下公式可以计算出AVO参数——

注意事项

其中，V_OPP是D324的输出峰-峰值电压。

RI、RF的精度决定了测试精度。

5. 共模抑制比CMRR

定义：差模电压增益与共模电压增益之比。

CMRR采用变电源电压法，电源端分别施加规定的电压V₊+△V_IC和V_-+△V_IC，在辅助放大器AMP的输出端测得电压。

D324电源电压端口施加+5V（pin4，DVI0=5V），pin11端口设置为0V（DVI1=0V），每路正、负输入端口分别接入DUT对应的输入+、-端口，K1/K4/K5/K6/K7/K12/K17继电器保持闭合，OVI0施加-0.7V。用OVI2源测量辅助运放AMP输出端直流电平VM1:电源电压端口施加+3.5V（pin4，DVI0=5V-△VIC），pin11端口设置为-1.5V（DVI1=0V-△VIC），其中△VIC=1.5V，用OVI2源测量辅助运放AMP输出端直流电平VM2。

采用以下公式可以计算出CMRR参数——

RI、RF的精度决定了测试精度。

6. 电源电压抑制比PSRR

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。

D324电源电压端口施加VCC1=+5V（pin4，DVI0=5V），pin11端口设置为0V（DVI1=0V），每路正、负输入端口分别接入DUT对应的输入+、-端口，K1/K4/K5/K6/K7/K12/K17继电器保持闭合，OVI0施加-0.7V。用OVI2源测量辅助运放AMP输出端直流电平VM1：电源电压端口施加VCC2=+30V（pin4，DVI0=30V），pin11端口设置为0V（DVI1=0V），用OVI2源测量辅助运放AMP输出端直流电平VM2。

采用以下公式可以计算出PSRR参数——

RI、RF的精度决定了测试精度。

7. 输出高电平VOH

定义：器件在规定电源电压和负载下，所能输出的最大高电平电压。

D324电源电压端口施加+5V（pin4，DVI0=5V），pin11端口设置为0V（DVI1=0V），每路正、负输入端口分别接入DUT对应的输入+、-端口，K1、K3、K5、K6、K18、K11（RL=R2=2KΩ）继电器闭合，OVI1端施加1V电平。用DVI3源测量DUT输出端带载2KΩ时的高电平VOH电压值。

8. 输出低电平VOL

定义：器件在规定电源电压和负载下，所能输出的最小低电平电压。

D324电源电压端口施加+5V（pin4，DVIO=5V），pin11端口设置为0V（DVI1=0V），每路正、负输入端口分别接入DUT对应的输入+、-端口，K2、K4、K5、K6、K18、K10（RL=R3=10KΩ）继电器闭合，OVI1端施加1V电平，用DVI3源测量DUT输出端带载10KΩ时的低电平VOL电压值。

9. 输出源电流ISOURCE

定义：器件在规定电源电压和负载下，所能输出的最大源电流。

D324电源电压端口施加+15V（pin4，DVI0=15V），pin11端口设置为ov（DVI1=0V），每路正、负输入端口分别接入DUT对应的输入+、-端口，K1、K3、K5、K6、K18继电器闭合，OVI0端施加1V电平。用DVI3源施加1V条件下测量DUT输出端源电流ISOURCE。

10. 输出陷电流ISINK

定义：器件在规定电源电压和负载下，所能输出的陷电流。

D324电源电压端口施加+15V（pin4，DVI0=15V），pin11端口设置为0V（DVI1=0V），每路正、负输入端口分别接入DUT对应的输入+、-端口，K2、K4、K5、K6、K18继电器闭合，OVI0端施加1V电平。用DVI3源施加1V条件下测量DUT输出端陷电流ISINK1；用DVI3源施加200mV条件下测量DUT输出端陷电流ISINK2。

11. 静态电流ICC

定义：输入端无信号且输出端无负载时，器件所消耗的电源工作电流。

D324电源电压端口施加V+=+30V（pin4，DVI0=30V），pin11端口设置为V-=0V（DVI1=0V），每路正负输入端口分别接入DUT对应的输入+、-端口，K1、K4、K5、K6、K7、K12继电器闭合，OVI0端施加-0.7V电平。用DVI0源测量DUT静态电流ICC1：D324电源电压端口施加V+=+5V（pin4，DVI0=5V），用DVI0源测量DUT静态电流ICC2。

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