設計背景
集成運算放大器（以下簡稱集成運放）以小尺寸、輕重量、低功耗、高可靠性等優點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關鍵器件之一。近年來，隨著微電子技術飛速發展，集成運放無論在技術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，其質量好壞，關系到具體工程乃至國家安危。
隨著集成運算放大器參數測試儀（以下簡稱運放測試儀）在國防軍工和民用領域廣泛應用，其質量問題顯得尤為重要。傳統運放測試儀校準方案已不能滿足國防軍工要求，運放測試儀校準問題面臨嚴峻挑戰。因此，如何規范和提高運放測試儀測試精度，保證軍用運放器件準確性是目前應該解決關鍵問題。
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。各校準方案校準項目、優缺點和相關情況比較如表1所示。
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PMU單元、電流源、電壓源等，并不涉及到儀器本身閉環測試電路部分，局限性很大，很難保證運放測試儀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、測試自動化程度等方面需要進一步研究。因此，通過對標準參數模擬法加以改進，對運放測試儀進行校準，開發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，能滿足國內大多數運放測試儀；在通用性上，能夠校準使用“閉環測試原理”儀器。
系統性能要求
本課題主要任務是通過研究國內外運放測試儀校準方法，改進實用性較強標準參數模擬法，用指標更高參數標準來校準運放測試儀，實現運放測試儀自動化校準以及校準原始記錄、校準證書自動生成等。
表2為本課題中研制集成運放參數測試儀校準裝置與市場上典型運放測試儀技術指標比較情況。從表2可以看出，校準裝置技術指標可以校準市場上典型運放測試儀。
校準裝置硬件設計方案
校準方案覆蓋了市場上運放測試儀給出大部分參數，其中包括輸入失調電壓、輸入失調電流、輸入偏置電流等10個參數。通過研究集成運放參數“閉環測試原理”可知：有參數校準要用到“閉環測試回路”，有直接接上相應標準儀器進行測量即可實現對儀器校準。對于用到“閉環測試回路”幾個參數而言，主要通過補償電源裝置和模擬電源裝置來校準。運放測試儀總體校準方案如圖1所示。
圖1 運放測試儀總體校準框圖
1 校準電路設計
輸入失調電壓VIO定義為使輸出電壓為零（或者規定值）時，兩輸入端所加直流補償電壓。集成運放可模擬等效為輸入端有一電壓存在理想集成運算放大器，校準原理如圖2所示。通過調節補償電源裝置給輸入一個與VIO電壓等量相反電壓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。
圖2 輸入失調電壓參數VIO校準原理圖
2 單片機控制電路設計
單片機采用AT89S51，這是一個低功耗、高性能CMOS 8位單片機，片內含可反復擦寫1000次4kB ISP(In-system programmable) Flash ROM。其采用ATMEL公司高密度、非易失性存儲技術制造，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實現電路測試狀態轉換，信號繼電器選用是HKE公司HRS2H-S-DC5V，能夠快速完成測試狀態轉換，只需單片機5V供電電源即可，便于完成參數校準。此外，繼電器跳變由PNP三極管S8550來驅動完成。
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產品，具有體積小、功耗低、無輔射、壽命長、超薄、防振及防爆等特點。該 LCD采用工業級CPU，機內配置有二級字庫，可通過串口或三態數據總線并口接收控制命令數據，并自行對接收命令和數據進行處理，以實時顯示用戶所要顯示各種曲線、圖形和中西文字體。AT89S51與智能化液晶VK56B接口電路如圖3所示。單片機與LCD采用并行通信設計，LCD自身具有一個三態數據總線并口（并口為CMOS電平），可以同主機進行通信。它外部有12條線同單片機相連，即D0～D7、WRCS、BUSY、INT和GND。其中，WRCS 為片選信號和寫信號邏輯或非，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。
圖3 單片機與智能化液晶接口電路圖