高精度電壓基準測試的問題及對策

介紹混合集成電路測試系統進行高精度電壓基準器件測試相關內容，針對測試中的相關問題，分析問題產生原因，提出解決方法。通過分析及驗證總結測試經驗、方法并可以在其他類似的高精度測試中應用。

【關鍵詞】電壓基準 高精度 驗證

電壓基準在電路中為其他需要輸入基準電壓的電子器件提供穩定的，高精度的電壓。可以應用在便攜式儀器，數模模數轉換電路，智能傳感器中。因為其本身精度高，穩定性好，所以要對其相關參數測試就需要比其更穩定，精度更好的儀器或測試系統來實現。下面就實際測試過程中遇到的相關問題進行簡單的討論。

1 電壓基準介紹

電壓基準（Voltage Reference）通常是指在電路中用作電壓基準的高穩定度的電壓源，在精密的測量儀器儀表和廣泛的通信系統中通常把電壓基準用作系統測量和校準的基準，因此電壓基準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的性能和精度。

2 高精度電壓基準測試問題介紹

2.1 電壓基準測試介紹

電壓基準一般包括輸入端、輸出端、地端，在一些有補償的電路中還包括了補償端，有節電功能的電路中，還包括了節電端。測試參數包括基準輸出電壓、線性調整率、負載調整率及電源電流等。采用混合集成電路測試系統STS8105A進行測試，針對這些基本參數，測試需要的系統資源包括：輸入源Vs、輸出負載源VLoad、輸出測量源Vm，Vs連接在電壓基準的輸入端，VLoad和Vm連接在電壓基準的輸出端，地端直接連接測試系統地。

2.2 測試要求及問題

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

我們也在實際測試過程中遇到了基準輸出超限、輸入和輸出調整率超限等問題，然而對于精度高要求系統精度和穩定性好的情況下，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。當排除儀器件本身誤差問題后，我們如何去除非器件問題帶來的誤差影響呢？下面針對非器件因素做以分析，并給出解決。

3 影響因素分析及解決

通過對測試的了解，需要的系統資源主要包括輸入、負載源，輸出測量源這三大部分，在不考慮射頻干擾、熱電動勢帶來的誤差下，影響測試結果的非器件原因主要就是測試系統的輸入、負載源的穩定性及精度以及測試系統通路帶來的誤差。

3.1 影響因素分析

輸入源的穩定性及精度主要影響到輸出電壓和調整率計算，一般電壓基準的輸入范圍大于5V，所以輸入源的穩定性和電壓精度在±0.5%范圍內，可以滿足要求。負載源主要提供測試過程中電壓基準需要的電流負載，測量源在主要負責測試電壓基準在各種情況下的基準電壓輸出值。那么負載源則需要提供穩定精準的電流負載，而測量源則需要提供精確的測量結果。

測試外圍電路主要是提供器件正常穩定工作，起到濾波和防自激作用，測試連接通路因為其非理想通路，其通路電阻因施加電流的緣故會的影響測試電壓。綜合，影響測試結果的主要因素包括：

（1）源的穩定性和精度；

（2）外圍濾波電路的施加；

（3）測試通路的連接。

3.2 解決

源的穩定性和精度。對于輸入源，在給定的精度范圍內其對器件的輸出影響可略。負載源的0.5%的精度也滿足器件負載范圍的要求。輸出測量源的精度直接關系到測量的準確度，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量表才能滿足要求，測量系統提供了外部高精度測量表的軟件API及硬件連接接口，可以通過使用外部0.005%高精度測量表來彌補自身系統測量源精度的不足。

外圍濾波電路。系統的外圍濾波電路主要考慮到被測芯片的輸出穩定性，一般按照被測芯片的測試要求，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當符合器件的資料要求。

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

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

當然在測試連接通路中還存在著地回路引起的誤差，當測試電路中存在著不同的接地點時，不同接地點之間的地線上會產生一定的電壓降而導致測量中產生誤差，所以應當保證系統中減少地回路，最好采用單點接地。

4 總結

通過對測試系統及連接電路的分析，找出相應的影響基準電壓測試的因素，并通過實際搭接電路進行測試比對，在系統測試精度和穩定性滿足要求的情況下，可以根據系統的實際連接，采取更小的系統通道誤差、接觸誤差的通路進行測試，從而防止由于通路連接誤差造成對器件的誤判。

參考文獻

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作者簡介

羅友哲（1984-），男，陜西省藍田縣人。大學本科學歷。現為陜西省電子信息產品監督檢驗院工程師。主要研究方向為微電子產品檢測。

作者單位

陜西省電子信息產品監督檢驗院 陜西省西安市 710004