电压比较器VIO 的开环测试

电压比较器 VIO 的开环测试
Testing the VIO of the voltage comparator in open loop circuit
王卫民 Wang Weimin
谢力 Xie Li
(国电公司自动化研究院 210003) 电力系统自动化设备检测实验室元器件测试部 (The National Power Corporation, Nanjing Automation Research Institute 210003)
VE
又 VB＝0 ，
通过测量辅助运放 A 的输出电压 VE，便可换算出 VIO。 在上述的闭环回路中，DUT 工作状态与普通运算放大器无异，这种测试的好处是可
以通过外加电源 VS1 ，方便的将 DUT 的输出嵌位在规定值，同时由于 VIO 多为 mV 级， 而将 VIO 放大至伏特级进行测试，对测试设备的要求不高，但受干扰信号影响较大。
关键词 输入失调电压、闭环、嵌位、规定电压、开环、逐次逼近 Key words: Input offset voltage, loop circuit , clamp output voltage ,
provision voltage , open loop circuit, gradual approaching
取 VIO 的测试方案，从而提高测试的分辨率，实现由间接测试向直接测试的转化。 Abstract: In the test of the input offset voltage （VIO）of voltage comparator ,
traditional test equipments take the test mode of “DUT –auxiliary OP AMP” . In a stable
int
i;
board_hardware_init();
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oal_8->open_relay(HV_BUF_CONN); oal_8->open_relay(LOAD_REF_GND); oal_8->close_relay(CONNECT_LOADS); oal_8->close_relay(LOAD_REF_EXT); oal_8->close_relay(LOAD_600); dvi_9->set_current(DVI_CHANNEL_0, 0.2); dvi_11->set_current(DVI_CHANNEL_0, 0.2); dvi_9->set_voltage(DVI_CHANNEL_0, 15); // VCC dvi_11->set_voltage(DVI_CHANNEL_0, -15); // GND delay(1); oal_8->close_relay(DUT_OUT_OUT); dvi_9->set_voltage_range(DVI_CHANNEL_1,POSITIVE_V_OUT,VOLT_20_RANGE, FAST_VOLTAGE_MODE); // set measure range dvi_9->set_current(DVI_CHANNEL_1, 1.0e-6); dvi_9->set_meas_mode(DVI_CHANNEL_1, DVI_MEASURE_VOLTAGE); func.dlog->power = POWER_MILLI; Vadj=0.0; V=0.0120; for(i=0; i<40; i++) { Vadj=Vadj/3-3.0e-4; dvi_11->set_voltage(DVI_CHANNEL_1,V); dvi_11->set_current(DVI_CHANNEL_1,1.0e-3); delay(1); measured_V=dvi_9->measure(); if (measured_V>1.4000) V=V+Vadj; else i=40; } if ((Vio ==0.0120 ) || (measured_V>1.4000)) Vio = 0.9999999; else Vio=V; do_dlog(func, 0, Vio, ours->fail_bin, ""); board_hardware_init(); }
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上述电压比较器 VIO 的开环测试，实现了由间接测试向直接测试的转化，适当减小 步进（测试时间延长）可提高测试的分辨率，但却将我院 ASL-1000 配置中所有的 Force 和 Measure 资源全部用完，因而在测试双比较器和四比较器时，我们将器件所有输入和 输出端接至 mux_20，通过 ASL-1000 的内部继电器矩阵切换，完成了各通道的串行测试。
输入失调电压（VIO）是电压比较器（以下简称比较器）一个重要的电性能参数，GB/T 6798－1996 中，将其定义为“使输出电压为规定值时，两输入端间所加的直流补偿电压”。 传统测试设备大都采用“被测器件（DUT，Device Under Test）－辅助运放”的测试模 式，测试原理图见图 1。
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摘要
传统测试设备对电压比较器输入失调电压（VIO）的测试，采用“被测
器件－辅助运放”的模式，稳定的闭环网络可以方便的将 DUT 的输出电压嵌位在规
定值。而在开环测试电路中，无法实现 DUT 的输出嵌位，本文提出了利用 ASL-1000
的开环测试特性，采用逐次逼近测试法，当 DUT 的输出电压无限接近于规定值时获
loop circuit network, the output voltage of the DUT can be easily clamped at the
provision voltage while in the open loop circuit it cannot be done. Depending on the
我院 2002 年引进了美国 Credence 公司研制的 IC 测试设备 ASL-1000，配置为 DVI_300 二块,ACS、TMU、DOAL、MUX 各一块, 而比较器与运算放大器在输出特性上 的差异以及运放测试回路 DOAL（Dual Op Amp Loop）的电路特点，决定了比较器在 ASL-1000 上的测试，不能象测试运放那样，利用 DOAL 形成一个闭环网络，来实现 DUT 的输出嵌位。所以，我们用两块 Force 和 Measure 源 dvi_9、dvi_11，辅之以 doal_8 的部 分资源，构成了 VIO 的开环测试电路，图 2 为 LM311（单比较器）VIO 的测试原理图。
参考文献 [1] GB/T 6798－1996 半导体集成电路电压，籍贯：江苏省南京市，学士学位，工程师，长期从事元器件失效分析工作。 谢 力（1972- ），男，籍贯：江苏省南京市，学士学位，工程师，长期从事元器件失效分析工作。
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与闭环网络不同，这样的开环测试电路无法将 DUT 的输出电压（Vout）嵌位于任意 的规定值，因此我们采取了逐次逼近测试法，dvi_9_channel_0 和 dvi_11_channel_0 被用 作给 DUT 提供工作电源，前者同时给上拉电阻 R1 供电，显然如果不提供 R1，DUT 的 Vout 不可能逼近规定的 1.4V。dvi_11_channel_1 对 DUT 同向端施加电压，初始值为 12mV，
voltage of the DUT infinitely close to the required value. By doing so, the resolution of
the test will be risen and the conversion from indirect test to direct test will be realized.
图 2 LM311 的 VIO 开环测试原理图
以下是我们在 ASL-1000 上自行开发的 LM311 的 VIO 测试程序 Vio_2.cpp ：
#include "asl.h"
#pragma warning (disable : 4244)
#include "Vio_2.h"
void Vio_2_user_init(test_function& func)
{
Vio_2_params *ours;
ours = (Vio_2_params *)func.params;
}
void Vio_2(test_function& func)
{
Vio_2_params *ours;
ours = (Vio_2_params *)func.params;
float measured_V,Vadj,V, Vio ;
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由于反向端接地，正常情况下，在 DUT 输出端测量 Vout 的 dvi_9_channel_1 测值应大于 1.4V，然后按一定的步进减小同向端电压，一旦 Vout 从大于 1.4V 跃变到小于或等于 1.4V, 即 Vout 无限接近于 1.4V 时，便可认定此时施加在同向端的电压为目标测值 VIO。极端 情况下，Vout 的初始测值就不大于 1.4V 或始终大于 1.4V，则可置 VIO＝999.9999mV,判 定该芯片“fail”。
图 1 传统的电压比较器 VIO 测试原理图
在辅助运放 A 的作用下，整个系统构成稳定的闭环网络，从而使 VD=0，则
VC= -VS1﹒R1／R2
这样，调节外加电源 VS1 即可控制 DUT 的输出。当 VC 等于规定电压时，
VIO =VA－VB
显然
所以
VE − VA = VA
RF
RI
V
＝
IO
RI RI＋RF
character of the open loop test circuit of the ASL-1000, the article raises a method that