集成運算放大器參數測試儀校準裝置

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

　　隨著(zhù)集成運算放大器參數測試儀（以下簡(jiǎn)稱(chēng)運放測試儀）在國防軍工和民用領(lǐng)域的廣泛應用，其質(zhì)量問(wèn)題顯得尤為重要。傳統的運放測試儀校準方案已不能滿(mǎn)足國防軍工的要求，運放測試儀的校準問(wèn)題面臨嚴峻的挑戰。因此，如何規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(guān)鍵問(wèn)題。

　　目前，國內外運放測試儀（或者模擬器件測試系統）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測試精度。而標準參數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(dòng)化程度等方面需要進(jìn)一步的研究。因此，通過(guò)對標準參數模擬法加以改進(jìn)，對運放測試儀進(jìn)行校準，開(kāi)發(fā)出集成運放參數測試儀校準裝置，在參數精度和校準范圍上，能滿(mǎn)足國內大多數運放測試儀；在通用性上，能夠校準使用“閉環(huán)測試原理”的儀器。

　　系統性能要求

　　本課題的主要任務(wù)是通過(guò)研究國內外運放測試儀的校準方法，改進(jìn)實(shí)用性較強的標準參數模擬法，用指標更高的參數標準來(lái)校準運放測試儀，實(shí)現運放測試儀的自動(dòng)化校準以及校準原始記錄、校準證書(shū)的自動(dòng)生成等。

　　校準裝置的硬件設計方案

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

　　1 校準電路設計

　　輸入失調電壓VIO的定義為使輸出電壓為零（或者規定值）時(shí)，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(guò)調節補償電源裝置給輸入一個(gè)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電壓為零的理想運算放大器。然后，調節模擬電源裝置，給定模擬標準運放輸入失調電壓參數值。通過(guò)數字多用表讀數與被校運放測試儀測試值比較，計算出誤差值，完成VIO參數校準。

　　2 單片機控制電路設計

　　單片機采用AT89S51，這是一個(gè)低功耗、高性能CMOS 8位單片機，片內含可反復擦寫(xiě)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(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統及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(lái)實(shí)現電路測試狀態(tài)轉換，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)的轉換，只需單片機5V供電電源即可，便于完成參數的校準。此外，繼電器跳變由PNP三極管S8550來(lái)驅動(dòng)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(wú)輔射、壽命長(cháng)、超薄、防振及防爆等特點(diǎn)。該LCD采用工業(yè)級的CPU，機內配置有二級字庫，可通過(guò)串口或三態(tài)數據總線(xiàn)并口接收控制命令數據，并自行對接收的命令和數據進(jìn)行處理，以實(shí)時(shí)顯示用戶(hù)所要顯示的各種曲線(xiàn)、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(gè)三態(tài)數據總線(xiàn)并口（并口為CMOS電平），可以同主機進(jìn)行通信。它外部有12條線(xiàn)同單片機相連，即D0～D7、WRCS、BUSY、INT和GND。其中，WRCS為片選信號和寫(xiě)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據處理等工作；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)的轉換、與上位機串行通信以及測試參數的實(shí)時(shí)顯示等。