运算放大器测试基础知识（1）： 三种测试电路拓扑对运算放大器DC参数测试

1979 年 1 月，《电子测试》发表了一篇文章称，一款单个测试电路可“执行对任何运算放大器全面检查所需的所有标准 DC 测试”（参考资料 1）。单个测试电路在那个时候可能够用，但今天并非如此，因为现代运算放大器具有更全面的规范。因此，单个测试电路不再包揽所有 DC 测试。

现在经常使用三种测试电路拓扑对运算放大器 DC 参数进行工作台及生产测试。这三种拓扑为 (1) 双运算放大器测试环路、(2) 自测试环路（有时称故障求和点测试环路）和 (3) 三运算放大器环路。您可使用这些电路测试 DC 参数，其中包括静态电流 (IQ)、电压失调 (VOS)、电源抑制比 (PSRR)、共模抑制比 (CMRR) 以及 DC 开环增益 (AOL)。

静态电流

静态电流是指器件输出电流等于零时其所消耗的电流。尽管 IQ 测试看起来相当简单，但也必须注意确保良好的结果，尤其是在处理极高或极低 IQ 部件时。图 1 是可用来测试 IQ 及其它参数的三种实用电路，其必须考虑若干负载电流情况。这包括测试环路中的反馈电流。实际上，反馈电阻器 Rf 也能给器件带来负载，影响 IQ 测量。

 

 

 

图 1.这三款电路可用来测量静态电流 (IQ) 。

我们以测试 OPA369 运算放大器为例来说明这些电路。该部件的最大静态电流是每通道 1µA。最大输入失调电压为 750µV。图 1 中的双运算放大器环路电路可为被测试器件的输出提供 750.75mV 的电压。这种输入电压可使 Rf 通过 15µA 的电流。该电流来自电源，会给任何测量增加误差。因此在进行 IQ 测量之前，必须采取措施确保输出电流真的等于零。

自测试电路不是测量极低静态电流的最高效电路，因为输出必须提供反馈电流。在该实施过程中，输出必须根据增益后的电压失调 VOS 调整（并非易事），或者需要断开以上原理图中的 50Ω 电阻器，以消除反馈电流。双放大器环路可通过增加另一个放大器来达到零输出要求。精心选择低输入偏置电流环路放大器，可使输出电流产生的误差非常小。

此外，三运算放大器环路也可帮您测量 IQ，但要注意被测量器件输出端的 1MΩ 电阻器，这将成为一个问题，因为无论测量哪种参数，它总是一个寄生负载。如果测量输出负载电流，该电阻器就代表一个附加负载。此外，还必须考虑该电阻器的噪声问题，在 0.1Hz 至 10kHz 的频率下 1MΩ 电阻器的噪声为 85μVp-p。使用 100kΩ 电阻器可将噪声降低至 27μVp-p。因此，降低电阻器值可降低噪声，但被测量器件输出端的寄生电阻器负载随后会更明显。

电压失调

VOS 测试是测量运算放大器大多数其它 DC 技术参数的基础。因此要格外注意测试电路，以确保在测试其它参数时电路也能良好工作。如果没有选择好该测试配置，会影响到其它 DC 测量。

VOS 的定义方式有多种，常见方式包括：“无输入信号或无电源电阻时提供零输出电压所需的差分 DC 输入电压”（参考资料 2），或者“在任一输入端至接地的路径中无其它输入信号及电阻为零时提供零输出电压所需的差分 DC 输入电压”（参考资料 3）。另一种定义方式为“在输入偏置电流为零时在运算放大器输出端提供零电压所需的差分 DC 输入电压”，这是测量输入失调电压的理想理论方法，并不具有实践意义，因为零输入偏置电流的运算放大器并不存在。

根据以上定义，您既可将低输出、高精度、高分辨率的可变电压电源连接至运算放大器的输入端，也可调节输入电压，直到输出电压为零。那么输入失调电压就只是所应用输入电压的反选。

这种方法存在两个严重问题。在测试具有极高开环增益的运算放大器时，必须确保电压电源的分辨率小于 1 微伏才能保证获得任意程度的可重复性。此外，还必须使用迭代接近法使输出电压为零。系统中的噪声会耦合到电压电源和运算放大器中，使高速自动化测试环境下的测量和控制几乎无法实现。

 

 

 

图 2. 使用该电路测量电压失调 VOS。

 

由于理想方法的这些问题，因此在工作台测试环境下所选择的常用方法是将被测试器件放在反相增益配置中，如图 2 所示。这种方法的优势在于不仅被测试器件很稳定，而且通常不需要额外的补偿。

此外，测试电路可能还需要在非反相输入与接地之间提供一个 50Ω 电阻器，以抵消输入偏置电流。不过，对于输入偏置电流极低的运算放大器而言，该电阻器的唯一真正“贡献”就是增加噪声。对于 100pA 的器件来说，没有该电阻器时附加误差只有 0.005µV。这种抵消作用只有在偏置电流的方向和量级都相等时才起作用。

图 2 中的电路是图 1 中自测试求和点方法的简略，但没有电阻器 R1 和 R2。该电路对大多数运算放大器来说具备固有的稳定性，其通常可压倒任何潜在的不足，使之成为首选测试电路。

如果使用图 2 中的测试电路进行其它测试，其缺点就会显现。例如，图 2 中的电路会对测量 IQ 和 AOL 等其它参数产生影响。

这种未驱动的电路会导致 VOS 误差，误差值等于（VOS* 闭环增益）* AOL（单位是V/V）。该误差可能无关紧要，也可通过应用适当的 VIN 使 VOUT 为 0.0V 来降低。

可使用以下计算公式 1 调整所需输出的输出端误差补偿公式。

VOUT = (2 * ASJ + ACL - ASJ) * VOUT（理想） （公式 1）