集成運算放大器參數(shù)測試儀校準裝置

集成運算放大器（以下簡稱集成運放）以小尺寸、輕重量、低功耗、高可靠性等優(yōu)點廣泛應用于眾多軍用和民用電子系統(tǒng)，是構成智能武器裝備電子系統(tǒng)的關鍵器件之一。近年來，隨著微電子技術的飛速發(fā)展，集成運放無論在技術性能上還是在可靠性上都日趨完善，并在我國軍用系統(tǒng)中被大量使用，其質(zhì)量的好壞，關系到具體工程乃至國家的安危。

　　隨著集成運算放大器參數(shù)測試儀（以下簡稱運放測試儀）在國防軍工和民用領域的廣泛應用，其質(zhì)量問題顯得尤為重要。傳統(tǒng)的運放測試儀校準方案已不能滿足國防軍工的要求，運放測試儀的校準問題面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。因此，如何規(guī)范和提高運放測試儀的測試精度，保證軍用運放器件的準確性是目前應該解決的關鍵問題。

　　目前，國內(nèi)外運放測試儀（或者模擬器件測試系統(tǒng)）主要存在以下幾種校準方案：校準板法、標準樣片法和標準參數(shù)模擬法。

　　比較以上三種方案可知，前兩種方法只是校準儀器內(nèi)部使用的PMU單元、電流源、電壓源等，并不涉及到儀器本身閉環(huán)測試電路部分，局限性很大，很難保證運放測試儀的集成運放器件參數(shù)測試精度。而標準參數(shù)模擬法直接面向測試夾具，其校準方法具有一定可行性，只是在校準精度、通用性、測試自動化程度等方面需要進一步的研究。因此，通過對標準參數(shù)模擬法加以改進，對運放測試儀進行校準，開發(fā)出集成運放參數(shù)測試儀校準裝置，在參數(shù)精度和校準范圍上，能滿足國內(nèi)大多數(shù)運放測試儀；在通用性上，能夠校準使用“閉環(huán)測試原理”的儀器。

　　系統(tǒng)性能要求

　　本課題的主要任務是通過研究國內(nèi)外運放測試儀的校準方法，改進實用性較強的標準參數(shù)模擬法，用指標更高的參數(shù)標準來校準運放測試儀，實現(xiàn)運放測試儀的自動化校準以及校準原始記錄、校準證書的自動生成等。

　　校準裝置的硬件設計方案

　　校準方案覆蓋了市場上運放測試儀給出的大部分參數(shù)，其中包括輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流等10個參數(shù)。通過研究集成運放參數(shù)“閉環(huán)測試原理”可知：有的參數(shù)校準要用到“閉環(huán)測試回路”，有的直接接上相應的標準儀器進行測量即可實現(xiàn)對儀器的校準。對于用到“閉環(huán)測試回路”的幾個參數(shù)而言，主要通過補償電源裝置和模擬電源裝置來校準。

　　1 校準電路設計

　　輸入失調(diào)電壓VIO的定義為使輸出電壓為零（或者規(guī)定值）時，兩輸入端所加的直流補償電壓。集成運放可模擬等效為輸入端有一電壓存在的理想集成運算放大器。通過調(diào)節(jié)補償電源裝置給輸入一個與VIO電壓等量相反的電壓V補，輸入就可等效為V=VIO+V補=0，則被測集成運放與接口電路等效為一輸入失調(diào)電壓為零的理想運算放大器。然后，調(diào)節(jié)模擬電源裝置，給定模擬標準運放輸入失調(diào)電壓參數(shù)值。通過數(shù)字多用表讀數(shù)與被校運放測試儀測試值比較，計算出誤差值，完成VIO參數(shù)校準。

　　2 單片機控制電路設計

　　單片機采用AT89S51，這是一個低功耗、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含可反復擦寫1000次的4kB ISP(In-system programmable) Flash ROM。其采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元。

　　本設計中，采用單片機控制信號繼電器來實現(xiàn)電路測試狀態(tài)轉(zhuǎn)換，信號繼電器選用的是HKE公司的HRS2H-S-DC5V，能夠快速完成測試狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，只需單片機5V供電電源即可，便于完成參數(shù)的校準。此外，繼電器跳變由PNP三極管S8550來驅(qū)動完成。

　　3 液晶顯示電路設計

　　智能彩色液晶顯示器VK56B是上海廣電集團北京分公司的產(chǎn)品，具有體積小、功耗低、無輔射、壽命長、超薄、防振及防爆等特點。該LCD采用工業(yè)級的CPU，機內(nèi)配置有二級字庫，可通過串口或三態(tài)數(shù)據(jù)總線并口接收控制命令數(shù)據(jù)，并自行對接收的命令和數(shù)據(jù)進行處理，以實時顯示用戶所要顯示的各種曲線、圖形和中西文字體。AT89S51與智能化液晶VK56B的接口電路如圖3所示。單片機與LCD采用并行通信設計，LCD自身具有一個三態(tài)數(shù)據(jù)總線并口（并口為CMOS電平），可以同主機進行通信。它外部有12條線同單片機相連，即D0～D7、WRCS、BUSY、INT和GND。其中，WRCS為片選信號和寫信號的邏輯或非，上升沿有效；BUSY信號為高（CMOS電平）表示忙；INT為中斷申請信號，低電平有效。

　　集成運放參數(shù)測試儀校準裝置軟件設計

　　軟件部分包括上位機軟件和下位機軟件設計。上位機軟件完成PC與單片機的通信以及校準數(shù)據(jù)處理等工作；下位機軟件即單片機源程序。本設計使用Keil C完成測試狀態(tài)的轉(zhuǎn)換、與上位機串行通信以及測試參數(shù)的實時顯示等。