一种高精度运算放大器测试系统校准方法及装置与流程

1.本发明涉及集成电路测试系统计量技术领域，尤其是涉及一种高精度运算放大器测试系统校准方法及装置。


背景技术：

2.运算放大器是线性集成电路里种类以及数量最多的器件，作为电子电路的核心元器件被广泛应用在武器装备的传感器系统、控制系统和通信系统等部件，高度集成化、低成本以及高可靠性是集成运算放大器的特点。
3.为了确保武器装备中运算放大器的性能与稳定性，目前国防军工行业装备了相应的测试系统对其进行测试和筛选。对运放的校准主要围绕其主要参数进行，保证运能性能能够满足要求的前提下，剔除冗余参数，提高校准效率。这些主要参数可以作为代表运算放大器性能的特征参数，测试系统的性能直接决定了这些参数的测试结果准确性。因此对于运算放大器测试系统的校准是十分有必要的。
4.目前国防军工领域在服务运算放大器测试系统应用覆盖面十分广泛，当前用于测试运算放大器的测试系统，均是利用系统本身的运放测试模块完成对器件的测试，由于测试系统生产厂家不同模块的外围辅助电路以及测试原理也不同，这些模块，没有现成的校准规范参考。目前主流的方式是依据其功能参照对应的无线电仪表的校准规范。但测试系统不同于普通的仪表，不可能将这些模块从测试系统中拆出来依据相应的规范分别来校准。一是因为这些板卡本身就属于测试系统的一部分，需要测试系统其它部件与之一起配合才能正常工作；二是因为缺乏考虑测试系统与被校对象之间的连接电缆、接插件、测试适配电路等对测试信号的影响，使校准结果缺乏完整性；三是当前的测试系统需要通过校准板以及线缆将信号转接到台式通用仪表上测量，这种接入方式会影响运放测试辅助电路的性能，会增加引入校准结果误差的可能；四是当前的校准方法是基于测试系统内部模块，并没有针对器件以及测试系统的指标参数进行校准，没有形成具有微电子计量特征的校准方法。因此亟待提供一种运算放大器测试系统校准方法及装置，使之能够提高运算放大器测量准确度以进一步提高武器装备中运算放大器的性能与稳定性的。


技术实现要素：

5.本发明提出一种高精度运算放大器测试系统校准方法及装置，以克服上述技术不足。
6.为达到上述技术目的，本发明提供一种高精度运算放大器测试系统校准方法，其包括如下步骤：
7.依据运算放大器特征参数的测试原理构建特征参数的测试模型；
8.将运算放大器测试系统校准通用装置与特征参数的测试模型进行结合，得到运算放大器测试系统校准复现装置；
9.将运算放大器测试系统校准复现装置接入运算放大器测试系统中，根据运算放大
器测试系统向运算放大器测试系统校准复现装置的输入信号确定特征参数的复现结果，并根据运算放大器测试系统对运算放大器测试系统校准复现装置的输出信号进行测试得到特征参数的测量结果；
10.将复现结果与测量结果进行比较，根据比较结果对运算放大器测试系统进行校准。
11.本发明还提供一种高精度运算放大器测试系统校准系统，其包括主控模块、信号测量模块、标准信号源，所述信号测量模块、标准信号源均与所述主控模块通信连接；其中，
12.所述主控模块用于根据运算放大器测试系统向运算放大器测试系统校准复现装置输入的信号大小，并基于根据特征参数的测试模型控制标准信号源输出特征参数的复现信号；
13.所述信号测量模块用于测量所述运算放大器测试系统向运算放大器测试系统校准复现装置输入的信号大小，以及运算放大器测试系统校准复现装置输出的信号大小；
14.所述标准信号源用于根据主控模块的指令输出相应指标范围内特征参数的复现信号。
15.与现有技术相比，本发明所述一种高精度运算放大器测试系统校准方法及装置，其利用等效测试模型对运算放大器测试系统校准通用装置进行改进，使改进后的运算放大器测试系统校准复现装置能够复现运算放大器重点参数，实现运算方法大器测试系统的量值溯源，并通过复现结果与测量结果之间的差异，对运算放大器测试系统进行校准，从而能够确保校准过程与其实际测试工作过程保持相一致的工况，使得校准结果更加精准，实现高精度运算放大器测试系统的校准。
16.通过定量计算运算放大器测试系统的参数测量误差，以提高运算放大器器件重要参数测量的准确度，解决武器装备中大量使用的高精度运算放大器典型参数的量值溯源问题，保障运算放大器参数的量值准确可靠,提升武器装备核心技战指标。
附图说明
17.图1是本发明实施例所述一种高精度运算放大器测试系统校准方法的流程框图；
18.图2是本发明实施例所述运算放大器共模抑制比的测试模型的原理示意图；
19.图3是本发明实施例所述运算放大器失调电压的测试模型示意图；
20.图4是本发明实施例所述运算放大器偏置电流的测试模型示意图；
21.图5是本发明实施例所述运算放大器增益带宽的测试模型示意图；
22.图6是本发明实施例所述运算放大器共模抑制比的测试系统校准复现装置的模块示意图；
23.图7是本发明实施例所述运算放大器失调电压的测试系统校准复现装置的模块示意图；
24.图8是本发明实施例所述运算放大器偏置电流的测试系统校准复现装置的模块示意图；
25.图9是本发明实施例所述运算放大器增益带宽的测试系统校准复现装置的模块示意图；
26.图10是本发明实施例所述一种高精度运算放大器测试系统校准装置的模块示意
图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.基于上述内容，本发明实施例提供一种高精度运算放大器测试系统校准方法，如图1所示，其包括如下步骤：
29.s1、依据运算放大器特征参数的测试原理构建特征参数的测试模型。
30.本发明实施例中，根据运算放大器的性能以及使用需求，选取运算放大器的特征参数，依据选取运算放大器特征参数的测试原理构建特征参数的测试模型。所述运算放大器的特征参数包括共模抑制比、失调电压、偏置电流、增益带宽，依据选取运算放大器特征参数的测试原理构建特征参数的测试模型。具体测试模型如图2-5所示。
31.如图2所示，所述运算放大器共模抑制比的测试模型以运算放大器结构为基础，设置两个输入端，一个输出端；其中两个输入端接入电压测量模块，输出端连接电压设置模块。
32.如图3所示，所述运算放大器失调电压的测试模型与运算放大器共模抑制比的测试模型一致。
33.如图4所示，所述运算放大器偏置电流的测试模型以运算放大器结构为基础，设置两个输入端，一个输出端；其中两输入端接入电流测量模块，输出端连接电压设置模块。
34.如图5所示，所述运算放大器增益带宽的测试模型以运算放大器结构为基础，设置两个输入端，一个输出端；其中两输入端连接交流信号源，输出端连接交流电压测量模块。
35.s2、将运算放大器测试系统校准通用装置与特征参数的测试模型进行结合，得到运算放大器测试系统校准复现装置。
36.通过将运算放大器测试系统校准通用装置分别与各个特征参数的测试模型进行结合，得到各个特征参数的运算放大器测试系统校准复现装置。
37.具体的，将运算放大器测试系统校准通用装置与共模抑制比的测试模型进行结合，得到运算放大器共模抑制比的测试系统校准复现装置，如图6所示，所述运算放大器共模抑制比的测试系统校准复现装置包括主控模块、电压测量模块、标准电压源，所述电压测量模块、标准电压源均与所述主控模块通信连接。
38.其中，所述主控模块用于根据运算放大器测试系统向运算放大器测试系统校准复现装置的输出端输入的电压大小，并基于根据共模抑制比的测试模型控制标准电压源输出共模抑制比的复现电压。
39.所述电压测量模块用于测量所述运算放大器测试系统向运算放大器测试系统校准复现装置输入的电压大小，以及运算放大器测试系统校准复现装置输出的电压大小。
40.所述标准电压源用于根据主控模块的指令自运算放大器测试系统校准复现装置的正、负输入端输出相应指标范围内共模抑制比的复现电压。
41.将运算放大器测试系统校准通用装置与失调电压的测试模型进行结合，得到运算放大器失调电压的测试系统校准复现装置，如图7所示，所述运算放大器失调电压的测试系
统校准复现装置与运算放大器共模抑制比的测试系统校准复现装置的结构一致。
42.其中，所述主控模块用于根据运算放大器测试系统向运算放大器测试系统校准复现装置的输出端输入的电压大小，并基于根据失调电压的测试模型控制标准电压源输出失调电压的复现电压。
43.所述电压测量模块用于测量所述运算放大器测试系统向运算放大器测试系统校准复现装置输入的电压大小，以及运算放大器测试系统校准复现装置输出的电压大小。
44.所述标准电压源用于根据主控模块的指令自运算放大器测试系统校准复现装置的正、负输入端输出相应指标范围内失调电压的复现电压。
45.将运算放大器测试系统校准通用装置与偏置电流的测试模型进行结合，得到运算放大器偏置电流的测试系统校准复现装置，如图8所示，所述运算放大器偏置电流的测试系统校准复现装置包括主控模块、电压测量模块、电流测量模块、标准电流源，所述电压测量模块、电流测量模块以及标准电压源均与所述主控模块通信连接。
46.其中，所述主控模块用于根据运算放大器测试系统向运算放大器测试系统校准复现装置的输出端输入的电压大小，并基于根据偏置电流的测试模型控制标准电压源输出偏置电流的复现电流。
47.所述电压测量模块用于测量所述运算放大器测试系统向运算放大器偏置电流的测试系统校准复现装置输入的电压大小。
48.所述电流测量模块用于测量运算放大器偏置电流的测试系统校准复现装置输出的电流大小。
49.所述标准电压源用于根据主控模块的指令自运算放大器测试系统校准复现装置的正、负输入端输出相应指标范围内偏置电流的复现电流。
50.将运算放大器测试系统校准通用装置与增益带宽的测试模型进行结合，得到运算放大器增益带宽的测试系统校准复现装置，如图9所示，所述运算放大器增益带宽的测试系统校准复现装置包括主控模块、电压测量模块、标准交流电压源，所述电压测量模块、标准交流电压源均与所述主控模块通信连接。
51.其中，所述主控模块用于根据运算放大器测试系统向运算放大器测试系统校准复现装置的正、负输入端输入的交流电压大小，并基于根据增益带宽的测试模型控制标准电压源输出增益带宽的复现交流电压。
52.所述电压测量模块用于测量所述运算放大器测试系统向运算放大器测试系统校准复现装置输入的交流电压大小，以及运算放大器测试系统校准复现装置输出的交流电压大小。
53.所述标准电压源用于根据主控模块的指令自运算放大器测试系统校准复现装置的输出端输出相应指标范围内增益带宽的复现交流电压。
54.上述各个特征参数的运算放大器测试系统校准复现装置中存在很多相同的功能模块，因此，集成所有特征参数的运算放大器测试系统校准复现装置的特征，可以制作一个综合性的运算放大器测试系统校准复现装置。
55.s3、将运算放大器测试系统校准复现装置接入运算放大器测试系统中，根据运算放大器测试系统向运算放大器测试系统校准复现装置的输入信号确定特征参数的复现结果，并根据运算放大器测试系统对运算放大器测试系统校准复现装置的输出信号进行测试
得到特征参数的测量结果。
56.将所述运算放大器测试系统校准复现装置采用集成设计嵌入运算放大器测试系统中，由运算放大器测试系统向运算放大器测试系统校准复现装置输入测试信号，运算放大器测试系统校准复现装置中的主控模块检测到输入测试信号后，控制相应的信号测量模块对输入信号进行测量，并根据待校准特征参数的测试模型，控制标准信号源输出对应大小的特征参数的复现信号，即复现结果，运算放大器测试系统根据运算放大器测试系统校准复现装置输出的复现信号对运算放大器测试系统校准复现装置进行测试，得到特征参数的测量结果。
57.s4、将复现结果与测量结果进行比较，根据比较结果对运算放大器测试系统进行校准。
58.本发明所述一种高精度运算放大器测试系统校准方法，其利用等效测试模型对运算放大器测试系统校准通用装置进行改进，使改进后的运算放大器测试系统校准复现装置能够复现运算放大器重点参数，实现运算方法大器测试系统的量值溯源，并通过复现结果与测量结果之间的差异，对运算放大器测试系统进行校准，从而能够确保校准过程与其实际测试工作过程保持相一致的工况，使得校准结果更加精准，实现高精度运算放大器测试系统的校准。
59.通过定量计算运算放大器测试系统的参数测量误差，以提高运算放大器器件重要参数测量的准确度，解决武器装备中大量使用的高精度运算放大器典型参数的量值溯源问题，保障运算放大器参数的量值准确可靠,提升武器装备核心技战指标。
60.基于特征参数的测试模型原理，本发明还提供一种高精度运算放大器测试系统校准装置，其包括主控模块、信号测量模块、标准信号源，所述信号测量模块、标准信号源均与所述主控模块通信连接；其中，
61.所述主控模块用于根据运算放大器测试系统向高精度运算放大器测试系统校准装置输入的信号大小，并基于根据特征参数的测试模型控制标准信号源输出特征参数的复现信号；
62.所述信号测量模块用于测量所述运算放大器测试系统向高精度运算放大器测试系统校准装置输入的信号大小，以及运算放大器测试系统校准复现装置输出的信号大小；
63.所述标准信号源用于根据主控模块的指令输出相应指标范围内特征参数的复现信号。
64.因此，所述高精度运算放大器测试系统校准装置能够根据输入的信号能够直接得到特征参数的复现结果。
65.综合各个特征参数的测试模型特征，具体如图10所示，本发明实施例所述高精度运算放大器测试系统校准装置包括主控模块10、电流测量模块20、电压测量模块30、标准电压源40、标准电流源50、标准交流电压源60，所述电流测量模块20、电压测量模块30、标准电压源40、标准电流源50、标准交流电压源60均与所述主控模块10通信连接；其中，
66.所述主控模块10用于根据运算放大器测试系统向高精度运算放大器测试系统校准装置输入的信号大小，并基于根据特征参数的测试模型控制标准电压源40、标准电流源50、标准交流电压源60其中一个标准信号源输出特征参数的复现信号；
67.所述电流测量模块20用于测量所述运算放大器测试系统向高精度运算放大器测
试系统校准装置输入的电流大小，以及运算放大器测试系统校准复现装置输出的电流大小；
68.所述电压测量模块30用于测量所述运算放大器测试系统向高精度运算放大器测试系统校准装置输入的电压大小，以及运算放大器测试系统校准复现装置输出的电压大小；
69.所述标准电压源40用于根据主控模块10的指令输出相应指标范围内特征参数的复现电压；
70.所述标准电流源50用于根据主控模块10的指令输出相应指标范围内特征参数的复现电流；
71.所述标准交流电压源60用于根据主控模块10的指令输出相应指标范围内特征参数的复现交流电压。
72.通过主控模块10调用不同模块组合，从而复现不同特征参数在指标范围内的数值，模拟运算放大器在测试过程中的信息特性。且通过改变标准信号源的生成信号范围，实现覆盖参数的范围。
73.所述高精度运算放大器测试系统校准装置中各个模块器件均采用集成器件，集成后的式的高精度运算放大器测试系统校准装置尺寸大小与运算放大器的尺寸一致；且所述高精度运算放大器测试系统校准装置的输入、输出端口与运算放大器的输入、输出端口一致，具体的，高精度运算放大器测试系统校准装置的外部接口适配运算放大器测试系统的测试夹具，以管脚形式进行封装设计。
74.虽然不同的运算放大器测试系统的外围辅助电路以及测试原理均不相同，但是其对运算放大器的测试位大小以及测试接口均与运算放大器一致，而本发明所述高精度运算放大器测试系统校准装置的大小与接口均与运算放大器一致，因此本发明所述高精度运算放大器测试系统校准装置能够适应不同的运算放大器测试系统，具有较高的自动化程度、通用性和一定的便携性，便于用在不同现场环境下与不同种类运算放大器测试系统实现校准。
75.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
76.以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。