集成参数测试仪

集成参数测试仪
摘要:本系统采用辅助运放测试法,对运算放大器的各基本参数进行精确测量,以单片机和FPGA为控制核心,通过对继电器的控制,实现各处开关的通断,从而以较为简单的电路实现多种参数测试,文章对该系统作简要分析。

关键词:集成运放参数;辅助运放;测试法
1方案论证与比较
1.1集成运放参数核心测量电路方案
由于放大器电参数种类很多,对不同的参数测试方法不一样,主要分为:①定义法,即按照运放各种参数定义将待测运放接成共模或差模输入方式来测量。

根据运放定义电路,由各定义公式计算各值。

②采用“被测器件-辅助运放”模式,籍以构成稳定的负反馈网络,将小电压电流转换为伏特级的大电压进行测试,根据定义法测量的精度高,但各种参数测试电路差别很大,不利实现自动测量。

而采用辅助进行测试既符合GB3442-82标准测试原理又能实现自动测试,故本设计采用方案二。

1.2信号源的设计方案
①根据直接数字频率合成器(DDFS)基本原理,充分利用FPGA的内部资源,在FPGA中设计一个DDS。

DDS可以合成任意波形,且可以十分精确的控制相位,频率。

但是,由于受到DAC芯片转换速率及后级运放的限制,不适合于较高频率段。

②采用专门的DDS集成芯片。

专用DDS集成芯片的功能较完善,尤其在频率较高时,其性能大大优于方案一获得的波形。

本系统设计能同时提供5 Hz和40 kHz 到4 MHz的信号,基于方案一和二各有优点,系统采取两方案综合的方法,即5 Hz信号由FPGA经D/A滤波来产生,40 kHz到4 MHz的信号由DDS集成芯片产生。

DDS集成芯选用AD9851。

1.3测量参数切换的方案
①使用模拟开关CD4051或AD7501等选择不同的元器件来实现测量某种参数所需的测量电路。

但是模拟开关具有一定的导通电阻,测试微弱信号时必然导致很大误差。

②使用继电器阵列。

继电器的导通电阻近似零欧,误差相对而言要少很多。

基于这些,系统采用方案二,用继电器作为切换单元。

2系统总体设计
由单片机控制继电器阵列选择测试运放的不同参数,由DDS芯片及FPGA产生精度满足系统的检测信号对运放进行测量。

其测试数据经过适当的切档滤波、放大、检波、采样后交由单片机数据处理并显示出来。

3理论分析及各功能模块设计
3.1各参数定义及理论分析
3.2AD采样模块
测试输入失调电压和输入失调电流时,电路输出为直流信号,测试交流开环增益和共模抑制比时,电路输出为交流信号,这些信号都必须先滤波再经ADC采样,ADC模块系统采用了Maxim公司的12位A/D转换器MAX197,它的输入范围软件可调具有0～5 V,0～10 V,-55 V,-10～10 V四种模式,可以巡回测量。

3.3峰值检波模块
由于系统扫频时限为10 s,峰值检波的速度必须跟得上频率步进的速度,而检波速度取决于充放电电容的取值,电容越小,越容易充电达到饱和,即检波速度越快,通过实际测试选择选用低漏电的0.1 uF的钽电容,也可以并一个100K的电阻大大加快电容的放电,节省时间。

4系统软件设计
本系统软件部分由C51编写,使用Keil C51编译器。

主要完成LCD的初始化,读取键值,发送控制字及控制相关模块正常进行工作。

参考文献:
[1] 李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京:航空航天大学出版社,2005.。