高精度電壓基準(zhǔn)測(cè)試的問題及對(duì)策

介紹混合集成電路測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行高精度電壓基準(zhǔn)器件測(cè)試相關(guān)內(nèi)容，針對(duì)測(cè)試中的相關(guān)問題，分析問題產(chǎn)生原因，提出解決方法。通過分析及驗(yàn)證總結(jié)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)、方法并可以在其他類似的高精度測(cè)試中應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】電壓基準(zhǔn) 高精度 驗(yàn)證

電壓基準(zhǔn)在電路中為其他需要輸入基準(zhǔn)電壓的電子器件提供穩(wěn)定的，高精度的電壓?？梢詰?yīng)用在便攜式儀器，數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，智能傳感器中。因?yàn)槠浔旧砭雀?，穩(wěn)定性好，所以要對(duì)其相關(guān)參數(shù)測(cè)試就需要比其更穩(wěn)定，精度更好的儀器或測(cè)試系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。下面就實(shí)際測(cè)試過程中遇到的相關(guān)問題進(jìn)行簡單的討論。

1 電壓基準(zhǔn)介紹

電壓基準(zhǔn)（Voltage Reference）通常是指在電路中用作電壓基準(zhǔn)的高穩(wěn)定度的電壓源，在精密的測(cè)量儀器儀表和廣泛的通信系統(tǒng)中通常把電壓基準(zhǔn)用作系統(tǒng)測(cè)量和校準(zhǔn)的基準(zhǔn)，因此電壓基準(zhǔn)在模擬集成電路中占有很重要的地位，直接影響著電子系統(tǒng)的性能和精度。

2 高精度電壓基準(zhǔn)測(cè)試問題介紹

2.1 電壓基準(zhǔn)測(cè)試介紹

電壓基準(zhǔn)一般包括輸入端、輸出端、地端，在一些有補(bǔ)償?shù)碾娐分羞€包括了補(bǔ)償端，有節(jié)電功能的電路中，還包括了節(jié)電端。測(cè)試參數(shù)包括基準(zhǔn)輸出電壓、線性調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率及電源電流等。采用混合集成電路測(cè)試系統(tǒng)STS8105A進(jìn)行測(cè)試，針對(duì)這些基本參數(shù)，測(cè)試需要的系統(tǒng)資源包括：輸入源Vs、輸出負(fù)載源VLoad、輸出測(cè)量源Vm，Vs連接在電壓基準(zhǔn)的輸入端，VLoad和Vm連接在電壓基準(zhǔn)的輸出端，地端直接連接測(cè)試系統(tǒng)地。

2.2 測(cè)試要求及問題

高精度電壓基準(zhǔn)其輸出基準(zhǔn)電壓的誤差要求較小，一般在幾到十幾毫伏，不同的基準(zhǔn)可承受負(fù)載能力不同，一般在10mA～100mA左右，但由于其精度高，誤差要求小，不僅要求測(cè)試過程中器件輸入輸出的穩(wěn)定性，還對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測(cè)試精度提出了高的要求。

我們也在實(shí)際測(cè)試過程中遇到了基準(zhǔn)輸出超限、輸入和輸出調(diào)整率超限等問題，然而對(duì)于精度高要求系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性好的情況下，就要求我們辨別這些問題究竟是器件本身的誤差，還是儀器的帶來的誤差。當(dāng)排除儀器件本身誤差問題后，我們?nèi)绾稳コ瞧骷栴}帶來的誤差影響呢？下面針對(duì)非器件因素做以分析，并給出解決。

3 影響因素分析及解決

通過對(duì)測(cè)試的了解，需要的系統(tǒng)資源主要包括輸入、負(fù)載源，輸出測(cè)量源這三大部分，在不考慮射頻干擾、熱電動(dòng)勢(shì)帶來的誤差下，影響測(cè)試結(jié)果的非器件原因主要就是測(cè)試系統(tǒng)的輸入、負(fù)載源的穩(wěn)定性及精度以及測(cè)試系統(tǒng)通路帶來的誤差。

3.1 影響因素分析

輸入源的穩(wěn)定性及精度主要影響到輸出電壓和調(diào)整率計(jì)算，一般電壓基準(zhǔn)的輸入范圍大于5V，所以輸入源的穩(wěn)定性和電壓精度在±0.5%范圍內(nèi)，可以滿足要求。負(fù)載源主要提供測(cè)試過程中電壓基準(zhǔn)需要的電流負(fù)載，測(cè)量源在主要負(fù)責(zé)測(cè)試電壓基準(zhǔn)在各種情況下的基準(zhǔn)電壓輸出值。那么負(fù)載源則需要提供穩(wěn)定精準(zhǔn)的電流負(fù)載，而測(cè)量源則需要提供精確的測(cè)量結(jié)果。

測(cè)試外圍電路主要是提供器件正常穩(wěn)定工作，起到濾波和防自激作用，測(cè)試連接通路因?yàn)槠浞抢硐胪?，其通路電阻因施加電流的緣故?huì)的影響測(cè)試電壓。綜合，影響測(cè)試結(jié)果的主要因素包括：

（1）源的穩(wěn)定性和精度；

（2）外圍濾波電路的施加；

（3）測(cè)試通路的連接。

3.2 解決

源的穩(wěn)定性和精度。對(duì)于輸入源，在給定的精度范圍內(nèi)其對(duì)器件的輸出影響可略。負(fù)載源的0.5%的精度也滿足器件負(fù)載范圍的要求。輸出測(cè)量源的精度直接關(guān)系到測(cè)量的準(zhǔn)確度，如5V檔0.05%的精度，其誤差也在2.5mV，所以需要更高精度的測(cè)量表才能滿足要求，測(cè)量系統(tǒng)提供了外部高精度測(cè)量表的軟件API及硬件連接接口，可以通過使用外部0.005%高精度測(cè)量表來彌補(bǔ)自身系統(tǒng)測(cè)量源精度的不足。

外圍濾波電路。系統(tǒng)的外圍濾波電路主要考慮到被測(cè)芯片的輸出穩(wěn)定性，一般按照被測(cè)芯片的測(cè)試要求，連接在距器件管腳較近的位置即可，其使用的容值和阻值應(yīng)當(dāng)符合器件的資料要求。

測(cè)試通路連接。當(dāng)輸入輸出源、負(fù)載源、外圍電路滿足穩(wěn)定性要求的時(shí)候，那么測(cè)試電路連接中帶來的測(cè)試誤差主要由測(cè)試通路的連接決定。測(cè)試通路非理想通路，存在通路電阻，由于測(cè)試連接方式不同，導(dǎo)致該電阻帶來的誤差成為高精度測(cè)試中的主要誤差。在測(cè)試系統(tǒng)中輸出端的負(fù)載連接和測(cè)量源分別通過d、e繼電器或者負(fù)載直接在適配器上連接，測(cè)量源通過e繼電器連接到系統(tǒng)，開爾文連接可以避免在測(cè)試小的信號(hào)時(shí)通路電阻帶來的誤差。

在實(shí)際應(yīng)用中，為避免負(fù)載和測(cè)量源的共用通路，帶來的誤差，可選擇將負(fù)載繼電器斷開，而將負(fù)載直接連載適配器上，測(cè)量源繼電器開，實(shí)現(xiàn)開爾文連接，減少通路無誤差。每一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的連接都采用測(cè)試座與系統(tǒng)連接，如果測(cè)試座本身采用的是開爾文連接，那么可以最大限度的減少誤差，如果不是，那么測(cè)試座本身的接觸誤差和測(cè)試座引腳到系統(tǒng)連線焊點(diǎn)之間的誤差對(duì)于精度要求高的測(cè)量就可能產(chǎn)生較大的影響，但是這又是連接中不可避免的。在實(shí)際測(cè)量中我們可以采取將外界高精度測(cè)量表，直接連接在器件的根部（繞過測(cè)試座引腳與系統(tǒng)連接部分），那么便能最大限度的減小由負(fù)載施加與測(cè)量回路公用的通路及測(cè)試座接觸電阻的誤差帶來的測(cè)量誤差。

當(dāng)然在測(cè)試連接通路中還存在著地回路引起的誤差，當(dāng)測(cè)試電路中存在著不同的接地點(diǎn)時(shí)，不同接地點(diǎn)之間的地線上會(huì)產(chǎn)生一定的電壓降而導(dǎo)致測(cè)量中產(chǎn)生誤差，所以應(yīng)當(dāng)保證系統(tǒng)中減少地回路，最好采用單點(diǎn)接地。

4 總結(jié)

通過對(duì)測(cè)試系統(tǒng)及連接電路的分析，找出相應(yīng)的影響基準(zhǔn)電壓測(cè)試的因素，并通過實(shí)際搭接電路進(jìn)行測(cè)試比對(duì)，在系統(tǒng)測(cè)試精度和穩(wěn)定性滿足要求的情況下，可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際連接，采取更小的系統(tǒng)通道誤差、接觸誤差的通路進(jìn)行測(cè)試，從而防止由于通路連接誤差造成對(duì)器件的誤判。

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作者簡介

羅友哲（1984-），男，陜西省藍(lán)田縣人。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為陜西省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)院工程師。主要研究方向?yàn)槲㈦娮赢a(chǎn)品檢測(cè)。

作者單位

陜西省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)院 陜西省西安市 710004