【正文】 班 指導(dǎo)教師 工作單位 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 設(shè)計(jì) (論文 )題目 : 集成運(yùn)放參數(shù)測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容： 本次課題的任務(wù)是設(shè)計(jì) 集成運(yùn)放參數(shù)測(cè)試儀，該測(cè)試儀的測(cè)量參數(shù)包括：集成運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、交流差模開(kāi)環(huán)電壓增益、交流共模抑制比和單位增益帶寬。在信號(hào)源部分，采用 DDS （直接數(shù)字式頻率合成）專用芯片 9851AD ，輸出頻率穩(wěn)定的正弦信號(hào)，并且在單片機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)掃頻的功能。 在自制信號(hào)源部分采用 DDS （直接數(shù)字式頻率合成）專用芯片 9851AD ，產(chǎn)生掃頻信號(hào)。隨著集成電路發(fā)展到第四代，集成電路測(cè)試儀也從最初測(cè)試小規(guī)模集成電路發(fā)展到測(cè)試中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。 本次課題的任務(wù)和特點(diǎn) 該系統(tǒng)意以 AVR系列單片機(jī) ATMEGA128為控制核心，適當(dāng)?shù)馗淖儑?guó)標(biāo) GB344282運(yùn)放測(cè)試電路連接而成，利用單片機(jī)控制繼電器切換的方式，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)切換測(cè)量參數(shù)的功能。 DDS信號(hào)發(fā)生器的作用是為系統(tǒng)提供 5Hz穩(wěn)定的正弦波，以及在測(cè)量單位增益帶寬時(shí)，實(shí)現(xiàn)掃頻的功能。 設(shè)被測(cè)運(yùn)放反相端電壓為 ?V ，由輔助運(yùn)放反饋到被測(cè)運(yùn)放的反相端的電壓為 39。LOV ， LOV 反饋到輔助運(yùn)放的信號(hào) 39。而且模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻在不同情況下導(dǎo)通電阻不同，這對(duì)本設(shè)計(jì)中測(cè)試輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流不利。由于受到運(yùn)放級(jí)連帶寬的限制，該電路的高頻特性不好，且輸出直流信號(hào)的紋波過(guò)大，影響系統(tǒng)測(cè)量的精度。 12864LCD 液晶顯示器能夠顯示 128*64個(gè)點(diǎn)的字符，而且可以較為方便的顯示漢字，但較前面兩種方案的成本高出很多。 A G NDD G NDP G ND // ： 6倍參考時(shí)鐘倍頻器的地 /數(shù)字地 /模擬地。 SET ：頻率設(shè)置，與電源端口接一個(gè)外部電阻來(lái) 設(shè)定輸出頻率。 DEN INPUT ：基準(zhǔn)輸入端，測(cè)均方值時(shí)使用。 2400LTC 內(nèi)部已集成了高精度的振蕩器，因此采用片內(nèi)振蕩器時(shí)不需 dB110 要外接任何元件。 液晶顯示、鍵盤(pán)和單片機(jī)接口電路。 圖 SDO ：數(shù)據(jù)輸出端，同時(shí)也是轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)有效的指示端。 圖 637AD 引腳圖，其引腳說(shuō)明如下： BUFF OUTIN/ ：緩沖器的輸入 /出端口。 VCC ：電源端， VV ~ ?? 。 圖 VINPVINN/ ：內(nèi)部電壓比較器方向 /同向輸入端。 通過(guò)單片機(jī)控制數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管的亮滅，來(lái)顯示不同的數(shù)值。并且能在單片機(jī)的控制下，實(shí)現(xiàn)掃頻的功能，完全滿足設(shè)計(jì)的要求。在電子系統(tǒng)中則顯得耗時(shí)、費(fèi)力，使用不變。 圖 當(dāng)只有信號(hào)源 SV 作用時(shí) ， 等效電路如圖 。但在小信號(hào)輸入條件下測(cè)試時(shí)，易引入各種干擾，而且獲得高質(zhì)量的小信號(hào)也比較困難，所以該方案難以實(shí)現(xiàn)。測(cè)量電路采用國(guó)標(biāo) GB344282運(yùn)放測(cè)試電路， AD轉(zhuǎn)換電路采用高精度 AD轉(zhuǎn)換芯片 LTC2400與真有效值轉(zhuǎn)換芯片 AD637共同搭建，信號(hào)源電路采用 DDS 芯片 AD9851搭建。 1987年北京自動(dòng)測(cè)試技術(shù)研究所研制成功了 BC3170存儲(chǔ)器測(cè)試系統(tǒng)，功能測(cè)試速率 20MHz，通道數(shù) 32 個(gè)。市場(chǎng)上常見(jiàn)的便宜的集成電路測(cè)試儀大多是功能測(cè)試儀，由于參數(shù)測(cè)試儀的生產(chǎn)成本較高，一般參數(shù)測(cè)試儀的價(jià)格都在幾萬(wàn)，在實(shí)驗(yàn)里， 集成電路的測(cè)試是一件經(jīng)常性的工作，實(shí)驗(yàn)做完后電路是好是壞從表面上是看不出來(lái)的，如用簡(jiǎn)單辦法給電路加信號(hào)源用萬(wàn)用表和示波器測(cè)試則是一非常麻煩的事，因?yàn)橐粔K集成電路有很多引腳，一個(gè)一個(gè)的測(cè)試是一件非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力的事，在一般實(shí)驗(yàn)室條件下集成電路只需進(jìn)行功能測(cè)試即可，所以本文要設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易、實(shí) 用集成電路測(cè)試儀。 ............................................. 26 5系統(tǒng)測(cè)試與改進(jìn) .................................................................... 28 系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境與準(zhǔn)則 .......................................................... 28 系統(tǒng)改進(jìn) .................................................................... 28 輔助運(yùn)放輸出電壓為負(fù) .................................................. 28 輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流對(duì)其他測(cè)試的影響 ............................. 28 單位增益帶寬測(cè)試信號(hào)源說(shuō)明 ............................................. 28 系統(tǒng)所用輔助運(yùn) 放要求 ........................................................ 28 .................................................................... 29 附錄一：系統(tǒng)電路圖 .................................................................. 30 集成運(yùn)放參數(shù)測(cè)試儀 附錄二：芯片手冊(cè)部分參數(shù)表 .......................................................... 34 附錄三：程序清單 .................................................................... 36 參考文獻(xiàn) ............................................................................ 38 集成運(yùn)放參數(shù)測(cè)試儀 第 8 頁(yè) 共 38 頁(yè) 摘 要 集成運(yùn)放的帶寬與失調(diào)是衡量一個(gè)運(yùn)放優(yōu)劣的重要性能指標(biāo)。與此同時(shí)，集成運(yùn)放參數(shù)的測(cè)定也將對(duì)研發(fā)人員和技術(shù)儀器提出更高的要求，傳統(tǒng)的運(yùn)放測(cè)試儀校準(zhǔn)方案已不能滿足市場(chǎng)特別是國(guó)防軍工的要求．運(yùn)放測(cè)試儀的校準(zhǔn)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 必讀參考資料： 1. 全國(guó)大學(xué)生電 子競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程 高吉祥、唐朝京編 電子工業(yè)出版社，2020。 該系統(tǒng)主要由參數(shù)測(cè)試電路、繼電器開(kāi)關(guān)切換電路、 AD 轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路、信號(hào)源產(chǎn)生電路、單片機(jī)控制器電路組成。隨著數(shù)字技術(shù)的不斷進(jìn)步和集成電路市場(chǎng)的發(fā)展．兼有模擬和數(shù)字集成電路的 SOC或混合集成電路將越來(lái)越受重視。第三代始于 1972 年，這時(shí)的測(cè)量對(duì)象擴(kuò)展到大規(guī)模集成電路（ LSI），最突出的進(jìn)步是把功能測(cè)試圖形速率提高到 10MHz。測(cè)量電路采用國(guó)標(biāo) GB344282 運(yùn)放測(cè)試電路，該電路簡(jiǎn)單，成本低。然后進(jìn)行按鍵檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到 key_value=0x3E時(shí)，進(jìn)行輸入失調(diào)電壓測(cè)試；當(dāng)檢測(cè)到 key_value=0x3D時(shí)，進(jìn)行輸入電流檢測(cè)；當(dāng)檢測(cè)到 key_value=0x3B時(shí)，進(jìn)行差模開(kāi)環(huán)增益測(cè)試；當(dāng)檢測(cè)到 key_value=0x37開(kāi) 始測(cè) 試 功 能初 始 化A D 轉(zhuǎn) 換 初 始 化A D 9 8 5 1 初 始 化產(chǎn) 生 5 H z 信 號(hào)源功 能 檢 測(cè)k e y _ v a l u e = 0 x 3 E ?k e y _ v a l u e = 0 x 3 D ?k e y _ v a l u e = 0 x 3 B ?k e y _ v a l u e = 0 x 3 7 ?k e y _ v a l u e = 0 x 2 F ?k e y _ v a l u e = 0 x 1 F ?啟 動(dòng) 輸 入 失 調(diào)電 壓 測(cè) 試啟 動(dòng) 輸 入 失 調(diào)電 流 測(cè) 試啟 動(dòng) 差 模 開(kāi) 環(huán)增 益 測(cè) 試啟 動(dòng) 交 流 共 模抑 制 比 測(cè) 試啟 動(dòng) 單 位 增 益帶 寬 測(cè) 試啟 動(dòng) 自 動(dòng) 循 環(huán)測(cè) 試啟 動(dòng) A D 轉(zhuǎn) 換啟 動(dòng) A D 轉(zhuǎn) 換啟 動(dòng) A D 轉(zhuǎn) 換啟 動(dòng) A D 轉(zhuǎn) 換啟 動(dòng) A D 轉(zhuǎn) 換啟 動(dòng) A D 轉(zhuǎn) 換轉(zhuǎn) 換 為 輸 入 失調(diào) 電 壓 值轉(zhuǎn) 換 為 輸 入 失調(diào) 電 流 值轉(zhuǎn) 換 為 交 流 差模 開(kāi) 環(huán) 增 益 值轉(zhuǎn) 換 為 交 流 共模 抑 制 比 值轉(zhuǎn) 換 為 單 位 增益 帶 寬 值啟 動(dòng) A D 轉(zhuǎn) 換YYYYYYNNNNN結(jié) 束N顯 示顯 示顯 示顯 示顯 示顯 示測(cè) 試 完 成 ？測(cè) 試 完 成 ？測(cè) 試 完 成 ？測(cè) 試 完 成 ？測(cè) 試 完 成 ？測(cè) 試 完 成 ？NNNNNNYYYYYY集成運(yùn)放參數(shù)測(cè)試儀 第 14 頁(yè) 共 38 頁(yè) 時(shí)，進(jìn)行交流共模抑制比測(cè)試；當(dāng)檢測(cè)到 key_value=0x2F 時(shí)，進(jìn)行單位帶寬增益測(cè)試。(21 221 2 IOOXO VVRR RAAVRR RV ?????? ?? 3 3)?經(jīng)過(guò)第二級(jí)放大后輸出電壓為 )39。 (3 24)? 即：CSXFi iOLO AVARR RAV ???? )2( 3 25) 因?yàn)?)60(1000 dBAO ? 故式(3 25)可化簡(jiǎn)為： iFiLOSCX R RRVVAA ???? (3 26)?所以，內(nèi)側(cè)運(yùn)放的共模抑制比為： )lg(20iFiLOSC M R R RRVVK ??? ( 27) GBW 電參數(shù)的測(cè)試原理與測(cè)試原理圖 設(shè)該 電路信號(hào)源初始輸出信號(hào)峰峰值為 SV ，頻率 KHzf 400 ? 時(shí)被測(cè)運(yùn)放的輸出信號(hào)為SiFO VRRV ?? (3 28)? 在 不 改 變 信 號(hào) 源 幅 值 的 情 況 下 改 變 信 號(hào) 的 頻 率 ， 使 輸 出 為 :OO VV 2239。 方案 2：鎖相式頻率合成。 AD 轉(zhuǎn)換電路選擇 方案 1： 使 用單片機(jī)內(nèi)部自帶 AD C。當(dāng)需要切換量程時(shí)，通過(guò)單片機(jī)給圖 11 所示電路中繼電器高電平使被測(cè)運(yùn)放反向輸入端和輔助運(yùn)放輸出端所接的反饋電阻切換為 ?K10 ，則此時(shí)對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)為反饋電阻為 ?K100 時(shí)的十分之一從而使量程切換到 mV40~0 或~0 ?；瑒?dòng)變阻器 1RP 用于將 6902TLC 的輸出控制在 MHz1 ，電容 1C 用于對(duì) 6902TLC 進(jìn)行退耦。 圖 ： 圖 圖 中 1U 、 2U 用來(lái)生成初始信號(hào)源， 3U 用來(lái)將前面輸出初始信號(hào)放大至VVRMS 4? 的信號(hào)提供給測(cè)量被測(cè)運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)和交流共模抑制比使用， 4U 用來(lái)將初始信號(hào)調(diào)理為 mVVRMS 100? 作為測(cè)量被測(cè)運(yùn)放單位增益帶寬的信號(hào)源使用。 圖 CAV ：輸出保持端口。當(dāng) 32位數(shù)據(jù)從 2400LTC 讀出或當(dāng) __CS 被拉高時(shí)，數(shù)據(jù)輸出結(jié)束。 2400LTC 的程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單，大大的降低了編程難度。 2400LTC 介紹： 圖 2400LTC 引腳圖，其引腳說(shuō)明如下： VCC ：電源。 另外，圖 10K 、和 11K 用來(lái)在兩路信號(hào)源之間切換。由芯片資料可知， DAC 輸出電流越大其輸出信號(hào)的諧波也越大。 CLKW_ ：數(shù)據(jù)自裝入端口，上升沿有效。但不足的是大部分單片機(jī)的內(nèi)部自帶 AD 的精度不高，該系統(tǒng)使用的 ATMEGA128單片機(jī)內(nèi)部自帶 8位 AD ，對(duì)于精度要求非常高的儀器來(lái)說(shuō)，往往達(dá)不到要求。此方法產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定度高，但波形頻譜做純很困難，幅度也不恒定，實(shí)現(xiàn)也麻煩 ,不適合采用。所以采用這種模式。 3 5)? 綜上，輔助運(yùn) 放的輸出電壓為 )(21 2 IOLOFi iOXLO VVRR RRR RAAV ????? ? ?? ?IOOXLOFi iOX VRR RAAVRRRR RRAA 21 221 2 ?????? 3 6) 則輸入失調(diào)電壓為 ?