毕业设计论文集成运放参数测量仪设计

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1、集成运放参数测试仪学号10211810207毕 业 设 计（论 文）集成运放参数测试仪设计报告教 学 系： 信息工程系 指导教师： 专业班级： 电信1102 学生姓名： 二零一四年六月 毕业设计(论文)任务书学生姓名专业班级 电信1102班指导教师工作单位 武汉理工大学华夏学院设计(论文)题目: 集成运放参数测量仪设计 设计（论文）主要内容： 本次课题的任务是设计集成运放参数测试仪，该测试仪的测量参数包括：集成运算放大器的输入失调电压、输入失调电流、交流差模开环电压增益、交流共模抑制比和单位增益带宽。该系统主要由参数测试电路、继电器开关切换电路、转换电路、液晶显示电路、单片机控制器电路组成。实

2、现了自动切换、精确测量以及显示的功能（具体技术指标详见毕业设计（论文）选题审核表）。要求完成的主要任务及其时间安排： （1）掌握集成运放测量电路、转换电路、继电器电路、液晶显示电路的原理及设计方法（第35周）； （2）掌握集成运放参数测试仪的原理和设计方法（第68周）；（3）掌握集成运放参数测试仪的参数设置（控制）模块的设计方法（第910周）；（4）系统硬件、软件设计（第1113周）；（5）撰写毕业论文，答辩材料编写（14-15周）;必读参考资料： 1. 全国大学生电子竞赛培训系列教程 高吉祥、唐朝京编 电子工业出版社，2007。 2. 运算放大器应用电路设计 （日）马场清太郎著 何希才译 科

3、学出版社2007 3. LC滤波器设计与制作 森荣二、薛培鼎译 科学出版社 2006.1 4. 模拟电子技术基础 童诗白、华成英 高等教育出版社 2001 5. 运算放大器应用技术手册 张乐峰、张鼎等译 人民邮电出版社 2009.1 指导教师签名：钟学斌 教研室主任签名： 毕业设计(论文)开题报告题目 集成运放参数测量仪设计1目的及意义（含国内外的研究现状分析）：运算放大器是具有高开环放大倍数并有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。它首先应用于电子模拟计算机上，作为基本运算单元，可以完成加减、乘除、积分和微分等数学运算。早期的运算放大器是用电子管组成的，后来被晶体管分立元件元件运算放大器取代。随

4、着半导体集成工艺的发展，自从六十年代初第一个集成运算放大器问世以来，才使得运算放大器的应用远远的超出模拟计算机的界限，在信号运算、信号处理、信号测量及波形产生等方面获得广泛的应用。集成运放以其价格低廉、性能优越等特点在个人数据助理、通信、汽车电子、音响产品、仪器仪表、传感器等领域得到广泛应用。随着数字技术的不断进步和集成电路市场的发展兼有模拟和数字集成电路的SOC或混合集成电路将越来越受重视。与此同时，集成运放参数的测定也将对研发人员和技术仪器提出更高的要求，传统的运放测试仪校准方案已不能满足市场特别是国防军工的要求运放测试仪的校准面临严峻挑战。因此，提高运放测试仪的测试精度，保证运放器件的准

5、确性是目前应解决的关键问题。 而国标运放测试电路，由于其电路结构简单，测量精确，被广泛的采用。本设计所采用的也是国标运放测试电路。在信号源部分，采用（直接数字式频率合成）专用芯片，输出频率稳定的正弦信号，并且在单片机的控制下实现扫频的功能。对与测试仪来说，测量的精度是衡量仪器优劣的最重要指标，而运放测试电路的本质是通过测量输出电压，通过软件计算得到各个目标测量值，所以仪器本身的测量精度取决于电压的测量精度。本设计采用凌利而特公司生产的24位高精度转换芯片，实现了对输出电压信号的精确测量，进而保证了测量精度。 2基本内容和技术方案： 该系统意以AVR系列单片机ATMEGA128为控制核心，适当地

6、改变国标运放测试电路连接而成，利用继电器切换的方式，实现了自动测量的功能。该系统通过采集得到一系列运放的输出电压，通过软件计算，可以得到运放的输入失调电压、输入失调电流、交流差模开环电压增益、交流共模抑制比和单位增益带宽等参数并且使用液晶显示屏显示。该系统主要由参数测试电路、继电器开关切换电路、转换电路、液晶显示电路、信号源产生电路、单片机控制器电路组成。实现了自动切换、精确测量以及显示的功能 。测量电路采用国标运放测试电路，转换电路采用转换芯片与真有效值转换芯片共同搭建，信号源电路采用芯片搭建，整个系统的核心控制器采用AVR系列单片机ATMEGA128。3进度安排： （1）掌握集成运放测量电

7、路、转换电路、继电器电路、液晶显示电路的原理及设计方法（第35周)； （2）掌握集成运放参数测试仪的原理和设计方法（第68周）；（3）掌握集成运放参数测试仪的参数设置（控制）模块的设计方法（第910周）；（4）系统硬件、软件设计（第1113周）；（5）撰写毕业论文，答辩材料编写（1415周）；4指导老师意见：指导教师签名： 年 月 日 郑重声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 本人签名： 日期： 目 录摘 要12Abst

8、ract131 绪论141.1 集成运放参数测试概述141.2 集成运放参数测试仪的发展趋势141.3本次课题的任务和特点152 系统设计思想162.1 系统总体设计方案162.2 系统框图162.3 系统软件流程图162.3.1单位增益带宽测试子程序流程图162.3.2 系统主程序流程图183 系统各模块电路分析与论证193.1 测量电路方案选择193.1.1 、电参数测试原理与测试原理图193.1.2 电参数的测试原理与测试原理图203.1.3 电参数的测试原理与测试原理223.1.4 电参数的测试原理与测试原理图223.2 开关电路方案选择233.3信号源方案选择233.4 交直流转换电

9、路选择24 3.5 AD转换电路选择243.6显示电路选择244系统硬件实现254.1测试主电路25 4.2信号源电路264.3交直流电路与AD转换电路294.4液晶显示、键盘和单片机接口电路。305系统测试与改进325.1 系统测试环境与准则325.2 系统改进325.2.1 辅助运放输出电压为负325.2.2 输入失调电压和输入失调电流对其他测试的影响325.2.3 单位增益带宽测试信号源说明325.3 系统所用辅助运放要求325.4测试结果33附录一：系统电路图34附录二：芯片手册部分参数表39附录三：程序清单41参考文献43 摘 要 集成运放的带宽与失调是衡量一个运放优劣的重要性能指标

10、。该系统意以AVR系列单片机ATMEGA128为控制核心，适当地改变国标运放测试电路连接而成，利用继电器切换的方式，实现了自动测量的功能。该系统通过采集得到一系列运放的输出电压，通过软件计算，可以得到运放的（输入失调电压）、（输入失调电流）、（交流差模开环电压增益）、（交流共模抑制比）和（单位增益带宽）等参数并且使用液晶显示屏显示。为了保证测量的精度，该系统采用外接凌力尔特公司的24位高精度转换芯片。在自制信号源部分采用（直接数字式频率合成）专用芯片，产生扫频信号。该系统的成本低，设计简单，测量精确，且具有良好的人机交互界面。 关键词：运放；参数； AbstractIntegrated ope

11、rational amplifier bandwidth and disorders are important performance indicators to measure the performance of an op-amp. This design under MCU control, properly change the op-amp test circuit connection, is obtained by collecting a series of operational parameters of physical quantities. Through cal

12、culation, we can get the op-amp parameters such as、and and record parameters such as live right、 and and has the function of automatic measurement. System built-in signal source, can output high stability of the sinusoidal signal. System consists of control module and system framework. Keywords: op-

13、amp;； Parameters;1 绪论1.1 集成运放参数测试概述 集成运放以其价格低廉、性能优越等特点在个人数据助理、通信、汽车电子、音响产品、仪器仪表、传感器等领域得到广泛应用。随着数字技术的不断进步和集成电路市场的发展兼有模拟和数字集成电路的SOC或混合集成电路将越来越受重视。与此同时，集成运放参数的测定也将对研发人员和技术仪器提出更高的要求，传统的运放测试仪校准方案已不能满足市场特别是国防军工的要求运放测试仪的校准面临严峻挑战。因此，提高运放测试仪的测试精度，保证运放器件的准确性是目前应解决的关键问题。 集成电路测试仪是对集成电路进行测试的专用仪器设备。集成电路测试仪的分类很多，按

14、测试的集成电路的特点可以分为数字型和模拟型测试仪；按功能可以分为集成电路功能测试仪和集成电路参数测试仪；按形式可分为便携式集成电路测试仪和台式集成电路测试仪。功能测试是对集成电路的功能进行判定，看功能是否失效。而参数测试是对集成电路的各项参数进行测试，看测试读取的参数是否符合集成电路的设计要求。市场上常见的便宜的集成电路测试仪大多是功能测试仪，由于参数测试仪的生产成本较高，一般参数测试仪的价格都在几万，在实验里， 集成电路的测试是一件经常性的工作，实验做完后电路是好是坏从表面上是看不出来的，如用简单办法给电路加信号源用万用表和示波器测试则是一非常麻烦的事，因为一块集成电路有很多引脚，一个一个的

15、测试是一件非常费时费力的事，在一般实验室条件下集成电路只需进行功能测试即可，所以本文要设计一个简易、实用集成电路测试仪。1.2 集成运放参数测试仪的发展趋势 集成电路测试是保证集成电路性能、质量的关键手段之一。集成电路测试技术也是发展集成电路产业的三大支撑技术之一。因此，集成电路测试仪作为一个测试门类受到很多国家的高度重视。随着集成电路发展到第四代，集成电路测试仪也从最初测试小规模集成电路发展到测试中规模、大规模和超大规模集成电路。集成电路测试仪的发展过程可以粗略地分为四个时代。第一代始于1965年，测试对象是小规模集成电路，可测管脚数达16只。用导线连接、拨动开关、二极管矩阵等方法，编制自动

16、测试序列，仅仅测量IC外部管脚的直流参数。第二代始于1969年，此时计算机的发展已达到适用于控制测试仪的程度 ，测试对象扩展到中规模集成电路，不但能测试IC的直流参数，还可用低速图形测试IC的逻辑功能。第三代始于1972年，这时的测量对象扩展到大规模集成电路（LSI），最突出的进步是把功能测试图形速率提高到10MHz。从1975年开始，测试对象为大规模、超大规模集成电路（LSI/VLSI），不但能有效地测量CMOS电路，也能有效地测量TTL、ECL电路。此时作为独立发展的半导体自动测试设备，无论其软件、硬件都相当成熟。1980年测试仪进入第四代，测量对象为VLSI，测试仪的智能化水平进一步提高

17、，具备与计算机辅助设计（CAD）连接能力，加强了数字系统与模拟系统的融合。现在，测试仪的功能测试速率已达500MHz以上，可测管脚数多达1024个，测试仪的发展速度是惊人的。 我国在70年代初就开始了集成电路测试仪的研制工作，80年代后期国产集成电路测试仪的水平，特别是自行设计能力有较大提高，国内研究或制造集成电路测试仪的研究所与工厂主要有中国科学院计算技术研究所、半导体所、北京自动测试技术研究所、光华无线电仪器厂等。1986年中国科学院计算技术研究所研制成功了ICT-2 LSI/VISI综合测试系统，功能测试速率10MHz/20MHz，通道数48。1987年北京自动测试技术研究所研制成功了B

18、C3170存储器测试系统，功能测试速率20MHz，通道数32个。同期光华无线电仪器厂推出GH3123型集成电路自动测试仪，北京自动测试技术研究所BC3110X型集成电路测试仪研制成功，标志着国产中小规模集成电路测试仪的技术水平进入新的发展时期和走向实用阶段。继而北京科力公司研制和生产测试速率12.5MHz、64通道大规模数字集成电路测试系统。此后不久，光华无线电仪器厂又研制成功功能测试速率为10MHz的16M位RAM存储器测试仪，大规模测试系统获得长足的发展。1.3本次课题的任务和特点该系统意以AVR系列单片机ATMEGA128为控制核心，适当地改变国标GB3442-82运放测试电路连接而成，

19、利用单片机控制继电器切换的方式，实现了自动切换测量参数的功能。该系统通过ADC，采集得到一系列运放的输出电压，通过软件计算，可以获得运放的输入失调电压、输入失调电流、交流差模开环电压增益、交流共模抑制比和单位增益带宽等参数并在液晶显示屏LCD1602上显示。本系统由参数测试电路、继电器开关切换电路、AD转换电路、液晶显示电路、信号源产生电路、单片机控制器电路等部分组成。实现了自动切换、精确测量以及显示的功能。系统控制采用AVR公司的高性能单片机ATMEGA128，该单片机为高性能、低功耗的AVR 8位微处理器,是AVR系列中功能最强的单片机。测量电路采用国标GB3442-82运放测试电路，该电

20、路简单，成本低。AD转换电路采用AD转换芯片LTC2400与真有效值转换芯片AD637共同搭建，正弦信号首先经过AD637，转换成真有效值的直流信号后，经AD转换芯片LTC2400，被单片机读取，这样比直接对正弦信号进行AD转换产生的误差小得多。LTC2400与AD637都是高精度器件，保证了测量精度。系统的信号源电路采用DDS芯片AD9851搭建，AD9851的系统时钟最大高达180MHz，在启动6倍频的模式下只需提供30MHz的外部时钟（删掉），就能使系统时钟达到最大的180MHz。AD9851输出波形的稳定性好，通过单片机控制可以实现扫频信号源的功能。2 系统设计思想2.1 系统总体设计

21、方案 该系统主要由参数测试电路、继电器开关电路、AD转换电路、液晶显示电路、信号源产生电路、单片机控制器电路组成。实现了自动切换、精确测量以及显示的功能 。测量电路采用国标GB3442-82运放测试电路，AD转换电路采用高精度AD转换芯片LTC2400与真有效值转换芯片AD637共同搭建，信号源电路采用DDS芯片AD9851搭建。整个系统简单，实用。2.2 系统框图 图2.1 内容要写 如图2.1所示，整个系统以单片机为核心协调工作。通过按键选择测量参数，通过ADC采集一系列运放的输出电压，通过软件计算，可以得到运放的各种参数。DDS信号发生器的作用是为系统提供5Hz稳定的正弦波，以及在测量单

22、位增益带宽时，实现扫频的功能。2.3 系统软件流程图2.3.1单位增益带宽测试子程序流程图 图2.2如图2.2所示，单片机首先控制AD9851输出一特定频率的正弦波Vs，将Vs作为测试电路的输入信号。然后启动AD转换，得到最终输出电压Vo,当Vo0.707Vs时，AD9851输出正弦波的频率增加1KHz；当Vo0)?x:(-x) /*ADC端口定义*/#define SDO_IN DDRE&=BIT(0)#define SDO PINE#define SCK_OUT DDRE|=BIT(1)#define SCK_H PORTE|=BIT(1)#define SCK_L PORTE&=BIT(

23、1)/*档位按键端口定义*/#define key_DDR DDRF#define key_PORT PORTF/*/*DDS端口引脚预定义*/fout=(data*System Clock)/232 #define W_CLK 5#define FQ_UD 6#define RESET 7/*DDS端口预定义*/#define DATA_9851 PORTC#define DATADDR DDRC#define CRDDR DDRA#define CROUT PORTA/*各函数申明*/long LTC2400();void write_dat(uchar dat);void write_c

24、om(uchar com);void show_1602(ulong x,uint y);void init_1(void);/void io_init(void);/void delay(uint ms);void Vio_test(void);/void Iio_test(void);/void Avd_test(void);/void Kcmr_test(void);/void BWg_test(void);/void Auto_test_1(void);/void Auto_test_2(void);/void W_CLK_R(void);/void FQ_UD_R(void);/vo

25、id RESET_9851(void);/void init_9851(void);void start_9851(void);void start1_9851(void);void start2_9851(void);void start3_9851(void);void start4_9851(void);void Wait_test(void);/*/*主函数main.c*/*/#include#include#include#includeAD.h#define SCK_H PORTE|=BIT(1)#define SCK_L PORTE&=BIT(1)long LTC2400();/

26、*主函数*/void main(void) uint key_value=0x00; /*档位初始化*/ key_DDR=0xFF; key_PORT=0x00; /*ADC初始化*/ init_1(); io_init(); /*DDS初始化*/ init_9851(); /*5Hz信号源*/ start1_9851(); /*主测量模块*/ / while(1) / key_value=PIND;/读取测试指令 switch(key_value) case 0x3E:Vio_test();break;/启动Vio测试 case 0x3D:Iio_test();break;/启动Iio测试

27、case 0x3B:Avd_test();break;/启动Avd测试 case 0x37:Kcmr_test();break;/启动Kcmr测试 case 0x2F:BWg_test();break;/启动BWg测试 case 0x1F:Auto_test_1();break;/启动自动测量 default:key_PORT=0x00;break;/无动作 / /*/ 参考文献1 高吉祥 主编全国大学生电子设计竞赛培训系列教程-高频电子线路设计。北京：电子工业出版社。2009.52 谢自美 主编电子线路设计实验测试（第二版）。武汉：华中科技大学出版社。2000.73 铃木雅臣 主编高低频电路设计与制作。北京：科学出版社。20074 市川裕一，青木 胜 主编高频电路设计与制作。北京：科学出版社。20075 作者不详 无线电。北京：人民邮电出版社。19