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

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

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

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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