CN114928338A - 一种混合集成运算放大器失调性能修调方法及其修调结构 - Google Patents
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Abstract
一种混合集成运算放大器失调性能修调方法及其修调结构,属于集成电路领域。包括一级或一级以上运算放大器,运算放大器包括两个失调电压修调端,在第一级运算放大器的两个失调电压修调端分别接入修调电阻网络,根据混合集成运算放大器的电路结构,推导出输出失调电压表达式,在输出失调电压表达式中,设输出失调电压等于零,除用于调节输出失调电压的修调电阻以外,其余电参数均可知定值,由此计算出修调电阻阻值,然后采用激光修调方式对修调电阻进行修调,实现设定精度的修调电阻阻值,从而实现混合集成运算放大器失调性能的修调。解决了修调盲目、修调效率低、产品良率低和占用空间较大的问题。广泛应用于小型化、高精密小信号放大电路中。
Description
技术领域
本发明属于集成电路领域,进一步来说涉及混合集成电路领域,具体来说,涉及一种混合集成运算放大器失调性能修调方法及其修调结构。
背景技术
在由运算放大器组成的多级放大器电路中,由于***放大倍数高,使得输出失调大,不满足使用要求。
通常单通道运算放大器具有正输入端、负输入端、输出端、电源端、接地端、两个修调端等七个引脚,即正输入端IN+,负输入端IN-,输出端Vout1,接地端GND、电源端VCC和VSS,修调端T11和T12,如图1中U1所示。***的输入端Vin通过电阻R1接运算放大器U1负输入端,电阻R1同时接电阻R2一端,电阻R2另一端接运算放大器U1的输出端Vout1,由此运算放大器U1与R1、R2形成负反馈。当***只有一级时,可得运算放大器U1构成的放大器的输出电压Vout1的表达式如下:
Vout1=Vin*A1+Vos1*A1
上式中A1表示第一级运算放大器U1闭环直流电压放大倍数,Vos1表示第一级运算放大器U1输入失调电压。
当如输入信号Vin为零时,输出电压Vout1即为运算放大器U1构成的闭环***输出失调电压Voos1,表达式如下:
Voos1=Vos1*A1
以此类推,当***由两级或多级构成时,整个***的输出失调电压为Voosn,表达式如下:
Voosn=Vos1*A1*A2*...*An+Vos2*A2*A3*...*An+...+Vosn*An
由此可以看出,需要获得满足设计要求的输出失调参数,第一级输出失调对***的贡献最大,理论上通过对每一级的Tn1和Tn2两个修调端,引入适当的电阻R1C和R2C,实现输出失调电压可调,从而可以获得满足使用要求的失调参数。一般情况对第一级的两个修调端进行修调即可满足要求。在混合集成电路运算放大器的众多参数中,输出失调电压的大小是衡量整个运算放大器的关键参数,表现为输出失调电压越小越好。
运算放大器修调端Tn1和Tn2的电路连接如图2所示。
传统的修调方法为:整个运算放大器在一块PCB上完成相应的焊接后,通过上电测试输出失调参数,来回更换运算放大器修调端Tn1和Tn2的修调电阻R1c和R2c,使得整个运算放大器输出失调满足***应用要求。
此方法在空间不受限的情况下虽然可以使用,但是比较费时。在R1c和R2c上的选择具有盲目性,一般需要外接滑动变阻器来确定修调电阻值,同时由于受限于电阻阻值为标称电阻,应用受到一定程度的限制。
为满足装备小型化、集成化、多功能化发展需求,提高装备可靠性,多数整机***包括所用到的电子元器件都需要同步小型化。为此,把一些电子元器件通过混合集成的方式集成在一起,形成一个小型化的新型器件,以满足***使用要求。如低失调运算放大器,就从传统的分别封装的分离器件更改为单一封装形式的器件。由此产生的问题是:由于混合集成电路内部修调方法单一、工序复杂,大部分器件直接混合集成在一起,而不能事先进行修调,导致产品合格率较低。
有鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:解决现有修调方法盲目、修调效率低、产品良率低和占用空间较大的问题。
为此,本发明提供一种混合集成运算放大器失调性能修调方法,所述混合集成运算放大器包括一级或一级以上运算放大器,所述运算放大器包括两个失调电压修调端;在第一级运算放大器的两个失调电压修调端分别接入修调电阻网络;根据混合集成运算放大器的电路结构,推导出输出失调电压表达式,在输出失调电压表达式中,设输出失调电压等于零,除用于调节输出失调电压的修调电阻以外,其余电参数均可知定值,由此计算出修调电阻阻值;将运算放大器采用半导体芯片技术进行集成,再与修调电阻网络进行混合集成;然后采用激光修调方式对修调电阻网络进行修调,实现设定精度的修调电阻阻值,从而实现混合集成运算放大器失调性能的修调。
一种混合集成运算放大器失调性能修调方法对应的修调结构,如图1、图2所示。
包括运算放大器U1、U2、...、Un,电阻R1、R2、...、R3n,所述每个运算放大器具有两个修调端子T11、T12、...、Tn1、Tn2,其中n为大于等于1的自然数。
所述电阻R1一端与输入端Vin连接,另一端与运算放大器U1的负相输入端IN-连接,同时与电阻R2一端连接,电阻R2另一端与运算放大器U1输出端Vout1连接,同时与电阻R4一端连接,电阻R4另一端与运算放大器U2的负相输入端IN-连接,同时与电阻R5一端连接,电阻R5另一端与运算放大器U2输出端Vout2连接。以此类推,电阻R3n-2(电阻序号3n-2中的“-”为减号,下同)一端与前级运算放大器输出端连接,另一端与运算放大器Un的负相输入端IN-连接,同时与电阻R3n-1一端连接,电阻R3n-1另一端与运算放大器Un输出端Voutn连接,最后由Voutn输出。
所述运算放大器为差分输入放大器,其修调端子Tn1与芯片内部电阻R1A的一端连接,同时与电阻R2A的一端连接;电阻R2A另一端与电源VCC连接,电阻R1A另一端与运算放大器差分输入级输出端VoA连接。修调端子Tn2与芯片内部电阻R1B的一端连接,同时与电阻R2B的一端连接;电阻R2B另一端与电源VCC连接,电阻R1B另一端与运算放大器差分输入级输出端VoB连接。其中,R1A、R2A、R1B、R2B为运算放大器内部电阻。
所述修调方法在对运算放大器***进行失调性能修调时,修调端子Tn1一端与R1A的一端连接,同时与R2A的一端连接,Tn1另一端与外部修调电阻R1c的一端连接,外部修调电阻R1c另一端与电源VCC连接;修调端子Tn2一端与R1B的一端连接,同时与电阻R2B的一端连接,Tn2另一端与外部修调电阻R2c的一端连接,外部修调电阻R2c另一端与电源VCC连接。所述外部修调电阻R2c设为固定电阻,外部修调电阻R1c设为可修调电阻,经过所述运算放大器输出失调电压表达式,计算出输出失调电压等于零的外部修调电阻R1c阻值,然后采用激光修调方式对外部修调电阻R1c修调,实现设定精度的外部修调电阻R1c阻值,从而实现所述运算放大器失调性能的修调。
所述电阻R1、R2、...、R3n均为金属膜电阻,所述修调电阻R1c和R2c为金属膜电阻阵列芯片。
所述运算放大器U1、U2、...、Un,电阻R1、R2、...、R3n,以及修调电阻R1c和R2c通过混合集成方式集成在一个封装体内。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
1、在不改变器件封装的前提下,无需外接滑动变阻器来确定修调电阻阻值,无需考虑修调电阻阻值是否为标称值。
2、无需进行多次修调,仅需通过上电测试运算放大器电路输出失调参数,通过计算得到修调电阻阻值,通过激光修调获得高精度修调电阻阻值,在器件内部完成对应的连接即可。
3、修调方法简单灵活,不受电阻阻值制约,有效提升了修调效率,降低器件成本。
4、可以将运算放大器电路在1500倍条件下输出失调参数控制到小于等于正负5mV,极大提高了电路的参数。
5、可广泛应用于小型化、高精密小信号放大电路中。
附图说明
图1为多级运算放大器电路原理示意图。
图2为修调电阻内外连接原理示意图。
图3为两级运算放大器电路原理示意图。
具体实施方式
以贵州振华风光半导体股份有限公司的FH2120低失调运算放大器为例,如图3所示,对具体实施例详述如下:
R1c电阻阻值计算表达式为:
Vout2=It*(R2B//R2c-R2A//R1c)*As+Vav (1)
表达式(1)中It、R2B、R2A以及R2c的值为固定值,根据具体电路及参数要求进行设定。Vav为放大器电路修正值,通过产品封盖前上电测试计算获得,As为电路放大倍数。为了获得输出失调电压Vout2为零,需要对产品进行失调性能修调。令表达式(1)中Vout2等于零,除了R1c电阻以外,其余参数均可知,则可以计算出修调电阻阻值。
在既定的封装内,通过混合集成电路方法完成运算放大器U1(OP77)和U2(OP77)粘接,完成电阻R1(1KΩ)、R2(30KΩ)、R3(0.97KΩ)、R4(2KΩ)、R5(100KΩ)、R6(1.96KΩ)和R1c粘接,电阻R2c为固定的10KΩ,并按电路原理图完成相应的电气连接。
表达式(1)中:It为0.000000615,R2B为15.405KΩ、R2A为15.405KΩ、R2c为10KΩ,As为1500倍。令表达式(1)中Vout2等于零,除了R1c电阻以外,其余参数均可知,则可以计算出修调电阻阻值。然后采用激光修调获取高精度的R1c电阻阻值,按图3虚线框中的电路在封装内基板上完成电气连接,随后完成封盖,完成产品修调,修调后的放大器输出失调电压可以控制在5mV以内。
上述修调方法能有效解决修调效率低、修调电阻阻值非标、产品良率低导致的问题,可大大提升产品的生产效率和质量一致性。
最后应说明的是:上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,本发明包括但不限于以上实施例,这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡符合本发明要求的实施方案均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种混合集成运算放大器失调性能修调方法,其特征在于:所述混合集成运算放大器包括一级或一级以上运算放大器,所述运算放大器包括两个失调电压修调端;在第一级运算放大器的两个失调电压修调端分别接入修调电阻网络;根据混合集成运算放大器的电路结构,推导出输出失调电压表达式,在输出失调电压表达式中,设输出失调电压等于零,除用于调节输出失调电压的修调电阻以外,其余电参数均可知定值,由此计算出修调电阻阻值;将运算放大器采用半导体芯片技术进行集成,再与修调电阻网络进行混合集成;然后采用激光修调方式对修调电阻网络进行修调,实现设定精度的修调电阻阻值,从而实现混合集成运算放大器失调性能的修调。
2.如权利要求1所述的一种混合集成运算放大器失调性能修调方法的修调结构,其特征在于:
包括运算放大器U1、U2、...、Un,电阻R1、R2、...、R3n,所述每个运算放大器具有两个修调端子T11、T12、...、Tn1、Tn2,其中n为大于等于1的自然数;
所述电阻R1一端与输入端Vin连接,另一端与运算放大器U1的负相输入端IN-连接,同时与电阻R2一端连接,电阻R2另一端与运算放大器U1输出端Vout1连接,同时与电阻R4一端连接,电阻R4另一端与运算放大器U2的负相输入端IN-连接,同时与电阻R5一端连接,电阻R5另一端与运算放大器U2输出端Vout2连接。以此类推,电阻R3n-2一端与前级运算放大器输出端连接,另一端与运算放大器Un的负相输入端IN-连接,同时与电阻R3n-1一端连接,电阻R3n-1另一端与运算放大器Un输出端Voutn连接,最后由Voutn输出;
所述运算放大器为差分输入放大器,其修调端子Tn1与芯片内部电阻R1A的一端连接,同时与电阻R2A的一端连接;电阻R2A另一端与电源VCC连接,电阻R1A另一端与运算放大器差分输入级输出端VoA连接;修调端子Tn2与芯片内部电阻R1B的一端连接,同时与电阻R2B的一端连接;电阻R2B另一端与电源VCC连接,电阻R1B另一端与运算放大器差分输入级输出端VoB连接。其中,R1A、R2A、R1B、R2B为运算放大器内部电阻;
修调端子Tn1一端与R1A的一端连接,同时与R2A的一端连接,Tn1另一端与外部修调电阻R1c的一端连接,外部修调电阻R1c另一端与电源VCC连接;修调端子Tn2一端与R1B的一端连接,同时与电阻R2B的一端连接,Tn2另一端与外部修调电阻R2c的一端连接,外部修调电阻R2c另一端与电源VCC连接。
3.如权利要求2所述的一种混合集成运算放大器失调性能修调方法的修调结构,其特征在于:所述电阻R1、R2、...、R3n为金属膜电阻,所述修调电阻R1c和R2c为金属膜电阻阵列芯片;所述运算放大器U1、U2、...、Un,电阻R1、R2、...、R3n,以及修调电阻R1c和R2c通过混合集成方式集成在一个封装体内。
4.如权利要求2所述的一种混合集成运算放大器失调性能修调方法的修调结构,其特征在于:所述外部修调电阻R2c为固定电阻,外部修调电阻R1c为可修调电阻,经过所述运算放大器输出失调电压表达式,计算出输出失调电压等于零的外部修调电阻R1c阻值,然后采用激光修调方式对外部修调电阻R1c修调,实现设定精度的外部修调电阻R1c阻值,从而实现所述运算放大器失调性能的修调。
5.如权利要求2所述的一种混合集成运算放大器失调性能修调方法的修调结构,其特征在于:所述n等于2。
6.如权利要求5所述的一种混合集成运算放大器失调性能修调方法的修调结构,其特征在于:所述外部修调电阻R1c的阻值计算表达式为:
Vout2=It*(R2B//R2c-R2A//R1c)*As+Vav;
所述It、R2B、R2A以及R2c的值为固定值,根据具体电路及参数要求进行设定;所述Vav为放大器电路修正值,通过产品封盖前上电测试计算获得,所述As为电路放大倍数,所述R1c可修调电阻。
7.如权利要求6所述的一种混合集成运算放大器失调性能修调方法的修调结构,其特征在于:U1、U2为OP77,R1=1KΩ、R2=30KΩ、R3=0.97KΩ、R4=2KΩ、R5=100KΩ、R6=1.96KΩ,R2c=10KΩ,It=0.000000615,R2B=15.405KΩ、R2A=15.405KΩ、R2c=10KΩ,As=1500。
8.如权利要求7所述的一种混合集成运算放大器失调性能修调方法的修调结构,其特征在于:输出失调电压在5mV以内。
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CN116388706A (zh) * | 2022-12-13 | 2023-07-04 | 无锡前诺德半导体有限公司 | 半导体器件 |
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