电测仪表:电压比较器VIO的开环测试(图)(LM311)

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。

　　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　　又VB=0
　

　所以

　　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，方便地将DUT的输出钳位在规定值，同时由于VIO多为毫伏级，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。
　　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，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。

　　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钳位于任意的规定值，因此采取了逐次逼近测试法，dvi_9_channel_0和dvi_11_channel_0被用做给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，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“损坏”。

　　以下是在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;
int i;
board_hardware_init();
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();
}

　　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，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。

参考文献
GB/T 6798－1996 半导体集成电路电压比较器测试方法的基本原理