CN117805535A - 一种高速比较器输入失调电压测试电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速比较器输入失调电压测试电路和方法，包括被测器件DUT；被测器件DUT的同相输入端连接电压Vin；被测器件DUT的反相输入端分别连接第一缓冲器BUF的输入端、电容C的一端、反馈电阻R的一端；电容C的另一端连接放电电阻R’的一端并接地；放电电阻R’的另一端通过开关K连接反馈电阻R的一端，反馈电阻R的另一端连接被测器件DUT的输出端Vout1；第一缓冲器BUF的输出端连接第一电阻RI的一端。本发明能够准确的测试高速比较器输入失调电压；大大降低了对设备能力的要求，适用于各种集成电路测试***开发，能够便捷的实现自动化量产测试。

Description

一种高速比较器输入失调电压测试电路和方法

技术领域

本发明属于高速比较器测试领域，具体属于一种高速比较器输入失调电压测试电路和方法。

背景技术

高速比较器输入失调电压一般采用扫描法测试，该方法将比较器的一个输入端固定到某一规定电压，另一输入端阶梯扫描，当输出电压恰好跳变时，测出正向、负向两个阈值点，计算其均值，该均值就是输入失调电压。

现有的方法测试精度完全取决于设备精度，若设备精度不高，则测试结果准确度不高，必须使用高精度程控源设备，才能保证测试结果准确度。然而高精度程控源设备，对环境要求高，需要专业维护，且造价高，不利于进行产业化。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种高速比较器输入失调电压测试电路和方法，用以解决背景技术中的问题，本发明对设备精度要求低，可以非常便捷应用到各种集成电路测试***上，实现量产测试。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高速比较器输入失调电压测试电路，包括被测器件DUT；

所述被测器件DUT的同相输入端连接电压Vin；所述被测器件DUT的反相输入端分别连接第一缓冲器BUF的输入端、电容C的一端、反馈电阻R的一端；

所述电容C的另一端连接放电电阻R’的一端并接地；放电电阻R’的另一端通过开关K连接反馈电阻R的一端，反馈电阻R的另一端连接被测器件DUT的输出端Vout1；

第一缓冲器BUF的输出端连接第一电阻RI的一端；第一电阻RI的另一端连接差分运放OPA的反相输入端；差分运放OPA的同相输入端分别连接第二电阻RI的另一端和第一环路电阻RF的一端，第二电阻RI的一端连接第二缓冲器BUF的输出端；第二缓冲器BUF的输入端连接电压Vin；第一环路电阻RF的另一端接地；差分运放OPA的反相输入端和输出端上并联第二环路电阻RF。

优选的，所述第一电阻RI和第二电阻RI为高精度电阻。

优选的，所述第一电阻RI和第二电阻RI的阻值相同。

优选的，所述电压Vin的公式为：Vin＝1/2*VCC1。

优选的，所述电容C的容量范围为5uF～50uF。

优选的，所述反馈电阻R的阻值范围为10KΩ～100KΩ。

一种高速比较器输入失调电压测试方法，包括，

将被测器件DUT的同相输入端连接电压Vin，待被测器件DUT的同相输入端和反相输入端压差进入周期性变化时，差分运放OPA的输出端输出三角波，测量若干周期平均值Vout2，依据三角波若干周期平均值Vout2计算得到失调电压Vos。

优选的，被测器件DUT将输出高电平通过反馈电阻R反馈到反相输入端电容C，电容C充电，反相输入端的电压线性增大，与同相输入端的输入电压比较，当同相输入端和反相输入端的压差达到负向阈值时输出跳变为低电平，此时电容C放电，反相输入端电压线性减小，当输入压差达到正向阈值时输出跳变回高电平，同相输入端和反相输入端压差始终在阈值范围内呈周期性三角形变化，周期性波形的平均值就是输入失调电压。

优选的，所述失调电压Vos公式为：

Vos＝Vout2/G

其中，G为差分运放OPA环路放大倍数。

进一步的，差分运放OPA环路放大倍数G的公式为：

G＝(RF+RI)/RI。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供一种高速比较器输入失调电压测试方法，通过利用电容充放电的特性，将比较器输入差分电压恰好钳位在阈值电压范围内，再使用差分放大电路放大测量，最终计算得出失调电压。本发明对设备精度要求低，可以非常便捷应用到各种集成电路测试***上，实现量产测试。本发明能够准确的测试高速比较器输入失调电压；大大降低了对设备能力的要求，适用于各种集成电路测试***开发，能够便捷的实现自动化量产测试。

附图说明

图1为失调电压测试原理示意图。

图2为失调电压定义示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例

如图1所示，本发明一种高速比较器输入失调电压测试电路，包括被测器件DUT、第一缓冲器BUF、电容C、反馈电阻R、放电电阻R’、第一电阻RI、差分运放OPA、第二电阻RI、第二缓冲器BUF、第一环路电阻RF和第二环路电阻RF。

被测器件DUT的同相输入端连接电压Vin；被测器件DUT的反相输入端分别连接第一缓冲器BUF的输入端、电容C的一端、反馈电阻R的一端。

电容C的另一端连接放电电阻R’的一端并接地；放电电阻R’的另一端通过开关K连接反馈电阻R的一端，反馈电阻R的另一端连接被测器件DUT的输出端Vout1。

第一缓冲器BUF的输出端连接第一电阻RI的一端；第一电阻RI的另一端连接差分运放OPA的反相输入端；差分运放OPA的同相输入端分别连接第二电阻RI的另一端和第一环路电阻RF的一端，第二电阻RI的一端连接第二缓冲器BUF的输出端；第二缓冲器BUF的输入端连接电压Vin；第一环路电阻RF的另一端接地；差分运放OPA的反相输入端和输出端上并联第二环路电阻RF。

本发明一种高速比较器输入失调电压测试方法，包括以下过程，

将被测器件DUT的同相输入端连接电压Vin，待被测器件DUT的同相输入端和反相输入端压差进入周期性变化时，差分运放OPA的输出端输出三角波，测量若干周期平均值Vout2，依据三角波若干周期平均值Vout2计算得到失调电压Vos。

具体的，被测器件DUT将输出高电平通过反馈电阻R反馈到反相输入端电容C，电容C充电，反相输入端的电压线性增大，与同相输入端的输入电压比较，当同相输入端和反相输入端的压差达到负向阈值时输出跳变为低电平，此时电容C放电，反相输入端电压线性减小，当输入压差达到正向阈值时输出跳变回高电平，同相输入端和反相输入端压差始终在阈值范围内呈周期性三角形变化，周期性波形的平均值就是输入失调电压。

本发明针对现有测试方法的缺点，设计了一套可行性高的测试方法。该方法巧妙的利用了电容充放电的特性，将比较器输入差分电压恰好钳位在阈值范围内，再使用差分放大电路放大测量，最终计算得出失调电压。该方法对设备精度要求低，可以非常便捷应用到各种集成电路测试***上，实现量产测试。

本方法先将高速比较器同相输入端固定到规定直流电压，将输出高电平通过电阻反馈到反相输入端接地电容，电容充电，反相端口电压线性增大，与另一端输入电压比较，当两输入端压差恰好达到负向阈值时输出跳变为低电平，此时电容放电，反相输入端电压线性减小，当输入压差达到正向阈值时输出跳变回高电平，两输入端压差始终在阈值范围内呈周期性三角形变化，该周期性波形的平均值就是输入失调电压，再用高精密运算放大器、缓冲器组成差分放大电路，放大两输入端差分信号，测量放大信号，计算得出输入失调电压。

本发明一种高速比较器输入失调电压测试方法的操作方案包括以下过程，

1、按图1连接线路，组成高速比较器失调电压测试线路；

2、线路正常供电，被测器件DUT同相输入端施加规定直流电压Vin，待高速比较器两输入端压差进入周期性变化时，测试差分放大部分OPA输出三角波若干周期平均值Vout2，按公式(1)计算出失调电压Vos。

Vos＝ Vout2/G 公式(1)

公式(1)中G为差分运放OPA环路放大倍数，G＝(RF+RI)/RI。

3、线路下电后，闭合开关K，对电容C放电。

4、对上述1、2、3三个步骤基于集成电路测试***进自动化处理。

具体的，本实施例中一种高速比较器输入失调电压测试电路，缓冲器BUF、差分运放OPA必须是高带宽的，防止测试结果失真；本实施例中缓冲器BUF优选为BUF634，差分运放OPA优选为OP37A。

差分运放OPA具备超低失调(几十uV)，环路电阻RF和第一电阻RI使用高精度电阻，提升线路测试精度；本实施例中环路电阻RF的阻值优选为100Ω，第一电阻RI的阻值根据倍数G计算。

电容C漏电流要小，反馈电阻R通用的即可，放电用的电阻R’阻值要小，一般取几十欧。本实施例中电容C容量优选为5uF～50uF，反馈电阻R优选为10KΩ～100KΩ。

输入端锯齿波频率通过调节反馈电阻R、电容C可以控制频率大小，其频率不得超出缓冲器BUF、差分运放OPA带宽。

一般高速比较器失调电压为mV级，可以忽略超低失调运放OPA失调电压的影响，环路倍数G设置要合理，根据被测器件DUT失调电压容差计算放大后的电压必须在运放线性输出范围内，以保证测试结果准确性。

测试时高速比较器输入端电压呈一个周期性三角形变化，而该波形若干周期平均值就是失调电压(参见图2)。因此测得差分运放OPA输出平均值Vout2，按公式(1)可计算出失调电压Vos。

若实际测试开发中若找不上高带宽、超低失调差分运放OPA，可以使用失调电压大一些的运放，但是必须测出差分运放OPA实际失调电压值，在测试结果中计算去除。

本发明将被测器件输入电压钳位在阈值范围内，且呈周期性变化，得到一个稳定信号。使用差分运放放大输入信号进行测量，大大降低了对设备精度的要求。本发明所描述的具体实施方式可以实现高速比较器输入失调电压的测试，该实施方式可以非常便捷的延申到失调电压测试关联的共模抑制比、电源电压抑制比等其他参数的测试，此类延申使用也是本发明的欲保护点。

本发明对高速比较器输入失调电压的测试方法进行了较为详细的描述，但并不能因此理解为对本发明范围的限制。需要指出的是，对于本领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高速比较器输入失调电压测试电路，其特征在于，包括被测器件DUT；

所述被测器件DUT的同相输入端连接电压Vin；所述被测器件DUT的反相输入端分别连接第一缓冲器BUF的输入端、电容C的一端、反馈电阻R的一端；

所述电容C的另一端连接放电电阻R’的一端并接地；放电电阻R’的另一端通过开关K连接反馈电阻R的一端，反馈电阻R的另一端连接被测器件DUT的输出端Vout1；

第一缓冲器BUF的输出端连接第一电阻RI的一端；第一电阻RI的另一端连接差分运放OPA的反相输入端；差分运放OPA的同相输入端分别连接第二电阻RI的另一端和第一环路电阻RF的一端，第二电阻RI的一端连接第二缓冲器BUF的输出端；第二缓冲器BUF的输入端连接电压Vin；第一环路电阻RF的另一端接地；差分运放OPA的反相输入端和输出端上并联第二环路电阻RF。

2.根据权利要求1所述的一种高速比较器输入失调电压测试电路，其特征在于，所述第一电阻RI和第二电阻RI为高精度电阻。

3.根据权利要求1所述的一种高速比较器输入失调电压测试电路，其特征在于，所述第一电阻RI和第二电阻RI的阻值相同。

4.根据权利要求1所述的一种高速比较器输入失调电压测试电路，其特征在于，所述电压Vin的公式为：Vin＝1/2*VCC1。

5.根据权利要求1所述的一种高速比较器输入失调电压测试电路，其特征在于，所述电容C的容量范围为5uF～50uF。

6.根据权利要求1所述的一种高速比较器输入失调电压测试电路，其特征在于，所述反馈电阻R的阻值范围为10KΩ～100KΩ。

7.一种高速比较器输入失调电压测试方法，其特征在于，包括，

将被测器件DUT的同相输入端连接电压Vin，待被测器件DUT的同相输入端和反相输入端压差进入周期性变化时，差分运放OPA的输出端输出三角波，测量若干周期平均值Vout2，依据三角波若干周期平均值Vout2计算得到失调电压Vos。

8.根据权利要求7所述的一种高速比较器输入失调电压测试方法，其特征在于，被测器件DUT将输出高电平通过反馈电阻R反馈到反相输入端电容C，电容C充电，反相输入端的电压线性增大，与同相输入端的输入电压比较，当同相输入端和反相输入端的压差达到负向阈值时输出跳变为低电平，此时电容C放电，反相输入端电压线性减小，当输入压差达到正向阈值时输出跳变回高电平，同相输入端和反相输入端压差始终在阈值范围内呈周期性三角形变化，周期性波形的平均值就是输入失调电压。

9.根据权利要求7所述的一种高速比较器输入失调电压测试方法，其特征在于，所述失调电压Vos公式为：

Vos＝Vout2/G

其中，G为差分运放OPA环路放大倍数。

10.根据权利要求9所述的一种高速比较器输入失调电压测试方法，其特征在于，差分运放OPA环路放大倍数G的公式为：

G＝(RF+RI)/RI。