ZHCAA57A November 2020 – December 2020 INA149 , INA818 , INA849 , OPA189 , OPA210 , OPA2182 , OPA2210 , OPA454 , OPA455 , OPA462 , THP210
如何為半導體測試儀選擇精密放大器
簡介
隨著半導體產業(yè)的不斷發(fā)展，半導體測試設備發(fā)揮著重要作用。由于半導體和集成電路的不斷發(fā)展以及對電子產品的越發(fā)嚴刻的要求，測試設備必須不斷改進。德州儀器 (TI) 提供了各種各樣的精密放大器，它們能為測試集成電路提供了更準確的結果。
電壓強勵（也稱為被測器件 (DUT) 或負載激勵）是一個重要方面。在半導體器件上施加某些電壓條件并觀察半導體的反應對于確保器件正確響應很重要。為提供理想的最終結果，必須精確進行電壓強勵。施加強勵電壓后，通過測試 DUT 反饋的信息來確定準確的施加電壓和電流值，可進一步提高準確性。
DUT 或負載激勵
將電壓或信號施加到半導體器件的引腳時，來自現場可編程門陣列 (FPGA) 的數字信號將控制數模轉換器 (DAC)。DAC 輸出會傳送到功率放大器或者是增益和功率放大器的組合，從而實現放大。然后將功率放大器的輸出應用到半導體器件的引腳上。
根據半導體測試設備的應用，可能需要增益級。在高增益配置中使用功率放大器會限制帶寬；因此，必須在增益放大器和功率放大器之間分配增益。這種分配支持更高的帶寬，同時仍可對 DAC 輸出端實現高增益。分配增益的做法還有助于提高一些所需的精度。因為從功率放大器中減輕一些增益，失調電壓和噪聲增益值會減小，從而提高了精度。
功率放大器是驅動測試電壓線路的一部分。電源電壓范圍是功率放大器中一個非常重要的參數。根據設計的測試儀類型，可能需要不同的電源電壓范圍。自動化測試設備 (ATE) 需要較高的電源電壓范圍，以便測試更多種類的器件。例如，OPA462 可提供高達 180V 的電源電壓。存儲器測試設備需要 –10V 至 +32V 的電源電壓范圍，而 OPA454 放大器能夠以 ±50V 的電源電壓范圍測試各種器件。
根據工藝技術的不同，某些放大器可能會出現較長的熱尾，從而使穩(wěn)定時間受到很大影響。這種現象歸因于放大器的失調電壓溫漂。選擇低溫漂放大器有助于顯著減少穩(wěn)定時間，對于 JFET 尤其如此。
為提供準確的結果，測試信號受到嚴格控制；因此，需要低溫漂才能滿足容差要求。另外，為了快速獲得結果，需要快速穩(wěn)定和高壓擺率等特點的放大器，因為測試時間會對器件成本造成重大影響。表 1 顯示了 OPA454、OPA455 和 OPA462 精度規(guī)格，以及穩(wěn)定時間和壓擺率。
| 器件 | 溫漂 （μV/°C，最大值） | 穩(wěn)定時間 (μs) | 壓擺率 (V/μs) |
|---|---|---|---|
| OPA462 | 20 | 5 （120V 階躍） | 32 （80V 階躍） |
| OPA454 | 10 | 10 （80V 階躍） | 13 （80V 階躍） |
| OPA455 | 20 | 5.2 （120V 階躍） | 32 （80V 階躍） |
除了寬電源電壓范圍、精度和快速穩(wěn)定特性之外，還需要其他特性來維持一個穩(wěn)定的輸出值，以便能夠驅動各種負載。高輸出負載驅動器、過熱保護、電流限制保護和獨立輸出禁用等特性不僅可以保護電路免受過載影響，而且還可以與低壓電路連接，而不會影響輸入信號或功率預算。
電壓和電流反饋
必須使用電壓和電流反饋電路進行測量，以確保在器件上施加了正確的測試條件。圖 1-1 顯示了使用儀表放大器 (IA) 進行電流測量，以及使用分壓器進行電壓測量，二者均通過驅動器饋送到單獨的模數轉換器 (ADC)。
圖 1-1 半導體測試儀的典型框圖為了測量電流，必須采用 IA。分立式解決方案可用來增加信號帶寬或電源電壓，為此可以使用功率放大器作為緩沖器以饋送到差分放大器（如 INA149）。為減小電路板尺寸和降低設計復雜性，可以使用單片 IA（例如具有 120V 輸入保護的 INA818）代替分立式解決方案。然后可以將輸出信號饋送到 ADC，以便可以通過測試接口讀取反饋數據。
但是，在將差分信號發(fā)送到 ADC 之前，ADC 必須由精密放大器驅動才能達到可接受的系統(tǒng)精度。這主要是因為大多數差分放大器或 IA 未進行低噪聲優(yōu)化，并且無法在 ADC 采集期間使信號穩(wěn)定。INA849 是一個例外，它具有超低本底噪聲和快速穩(wěn)定時間
為了獲得準確的結果，必須使用超低噪聲放大器來驅動 ADC。OPA2210 提供低 1/f 和寬帶噪聲以及足夠高的帶寬，旨在避免影響信號處理。
使用先進的 36V 精密全差分放大器 THP210，可將反饋差分放大器和 ADC 驅動器組合在一起。THP210 具有 3V 至 36V 的寬電源電壓范圍，可提供更寬的動態(tài)范圍。這些特性不僅可以節(jié)省布板空間，而且還能保持信號完整性并提供準確的結果。
進行電壓測量時，需要在 DUT 附近采用一個分壓器。分壓器的輸出通過驅動器發(fā)送到 ADC，該驅動器還必須緩沖信號。OPA2182 使用 TI 的零漂移技術提供出色的溫漂。該器件借助低溫漂特性消除了對溫度校準的需要，并可用作緩沖器和驅動器組合，從而降低電路板尺寸和電路復雜度。
結論
德州儀器 (TI) 提供可用于 ATE 和存儲器測試儀等多平臺的各種精密放大器。在對 DUT 進行電壓強勵的情況下，精密放大器可用于測量反饋電壓，并施加正確的強勵電壓。
表 1-2 是相關器件的匯總。