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一种直接测量运算放大器输入差分电容的方法(二)

2020.9.29
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

挑战:找到合适的设备和实际测试设置

如图1所示,将2 kΩ电阻串联在运算放大器的输出端,以将激励从电压源转换为电流源。这将允许节点“r”中存在小电压(它不会与在运算放大器的同相引脚中所看到的电压相差太远),并将导致小电流流入待测CDM的输入端之间。当然,现在的输出电压很小(由待测器件(DUT)进行缓冲),而且CDM中的电流也很小(在本仿真中为57 nA),因此在工作台上使用1 Ω电阻进行测量将很困难。LTspice.ac和LTspice.tran仿真没有电阻噪声,但现实世界中的1 Ω电阻具有130 pA/√Hz的噪声,从我们预期的57 nA电容电流中只能产生57 nV信号。进一步的仿真表明,用50Ω或1 kΩ代替R1不会导致在目标带宽范围内的频率下流入CCM+的损耗电流过大。为了获得比简单电阻更好的电流测量技术,可使用跨阻放大器(TIA)代替R1。TIA输入会连接到运算放大器的同相引脚,在该引脚上需要电流,同时电压固定为虚地以消除CCM–中的电流。事实上,这正是Keysight/Agilent HP4192A等四端口阻抗分析仪的实现方式。HP4192A可以在5 Hz至13 MHz的频率范围内进行阻抗测量。市场上采用相同阻抗测量技术的一些新设备包括具有10 Hz至120 MHz范围的E4990A阻抗分析仪和具有20 Hz至2 MHz范围的精密LCR表(如Keysight E4980A)。

如下面图2测试电路所示,由于阻抗分析仪内部的TIA,运算放大器的同相引脚保持虚地状态。正因如此,CCM+的两个端子都被视为处于地电位,因此不会影响测量。DUT的CDM两端产生的小电流将流经TIA的反馈电阻Rr,然后由内部电压表进行测量。

一种直接测量运算放大器输入差分电容的方法

图2.CDM测试电路。

任何使用自动平衡电桥1阻抗测量方法的四端口设备都是测量CDM的合适选择。它们设计为从内部振荡器产生正弦波,该内部振荡器以零为中心点,具有正负摆幅,可用于双电源供电。如果运算放大器DUT由单电源供电,则应调整偏置功能,以使信号不会发生对地削波。图3中使用了HP4192A,并显示了与DUT的详细连接。

一种直接测量运算放大器输入差分电容的方法

图3.CDM直接测量方法的测试设置。

图4显示了确切的测试设置,以使电路板和连线对CDM的寄生电容贡献极小。任何通用电路板均可用于低速运算放大器,而高速运算放大器则需要更严格的PCB板布局。垂直接地的铜分隔板能确保输入端和输出端看不到与DUT CDM平行的其他场路径。

一种直接测量运算放大器输入差分电容的方法

图4.HP4192A设置电路板演示。右侧为通过2 kΩ的激励和电压回读。所用DUT是贴于LB2223实验板上的8引脚SO封装的LT1792。TIA位于HP4192A内部的左侧。


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