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Dokumentenidentifikation DE102004031044A1 27.10.2005
Titel Elektronische Testschaltung zum Messen der Leerlaufverstärkung eines Operationsverstärkers sowie Verfahren zum Bestimmen dieser Leerlaufverstärkung
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Reithofer, Andreas, Dipl.-Ing., Villach, AT
Vertreter Schweiger & Partner, 80333 München
DE-Anmeldedatum 25.06.2004
DE-Aktenzeichen 102004031044
Offenlegungstag 27.10.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.10.2005
IPC-Hauptklasse G01R 19/10
IPC-Nebenklasse G01R 31/26   G01R 31/28   
Zusammenfassung Die erfindungsgemäße elektronische Testschaltung umfasst eine Spannungsquelle (VIN), jeweils gleich große erste, zweite und dritte ohmsche Widerstände (R1, R2, R3) und einen vierten ohmschen Widerstand (R/K), der um einen Faktor K kleiner ausgebildet ist als der erste, der zweite und der dritte ohmsche Widerstand (R1, R2, R3) und verfügt des weiteren über drei Anschlusskontakte (41, 42, 43), von denen der erste über den ersten und über den zweiten ohmschen Widerstand (R1, R2) sowie über den vierten ohmschen Widerstand (R/K) mit der Spannungsquelle (VIN), der zweite über den ersten und über den zweiten ohmschen Widerstand (R1, R2) mit der Spannungsquelle (VIN) und der dritte über den zweiten und über den dritten ohmschen Widerstand (R2, R3) mit der Spannungsquelle (VIN) verbunden ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine elektronische Testschaltung zum Messen der Leerlaufverstärkung eines Operationsverstärkers sowie ein Verfahren zum Bestimmen dieser Leerlaufverstärkung.

Es sind elektronische Testschaltungen bekannt, mit denen die Leerlaufverstärkung bzw. Open Loop Gain von solchen Operationsverstärkern gemessen werden kann, bei denen beide Eingänge frei beschaltbar sind. Viele Halbleiterchips bzw. elektronische Schaltkreise verfügen über einen oder mehrere Operationsverstärker, deren positiver Eingang fix mit einer nicht veränderbaren Referenzspannungsquelle verbunden ist. Die Leerlaufverstärkung von solchen Operationsverstärkern kann mit den bekannten elektronischen Testschaltungen sowie mit den bekannten Messverfahren bislang nicht ermittelt werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Testschaltung sowie ein Verfahren bereitzustellen, mit denen die Leerlaufverstärkung eines Operationsverstärkers gemessen werden kann, dessen positiver Eingang fix mit einer nicht veränderbaren Referenzspannungsquelle verbunden ist.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Mit der erfindungsgemäßen elektronischen Testschaltung kann die Leerlaufverstärkung eines Operationsverstärkers gemessen werden. Dafür verfügt die elektronische Testschaltung über eine Spannungsquelle sowie über ein Netzwerk von insgesamt vier ohmschen Widerständen. Die ersten drei ohmschen Widerstände sind jeweils gleich groß. Der vierte ohmsche Widerstand ist um einen Spannungsteiler-Faktor K kleiner ausgebildet als die ersten drei ohmschen Widerstände. Des weiteren verfügt die elektronische Testschaltung über drei Anschlusskontakte. Der erste Anschlusskontakt ist über den zweiten und über den vierten ohmschen Widerstand, der zweite Anschlusskontakt über den ersten und über den zweiten ohmschen Widerstand und der dritte Anschlusskontakt über den zweiten und über den dritten ohmschen Widerstand mit der Spannungsquelle verbunden.

Mit der beschriebenen elektronischen Testschaltung kann die Leerlaufspannung eines Operationsverstärkers mit einer vorhersagbaren Ausgangsspannung gemessen werden, wobei der positive Eingang des Operationsverstärkers nicht geschaltet, sondern fix mit einer nicht veränderbaren Referenzspannung verbunden ist. Dieser positive Eingang des Operationsverstärkers weist häufig einen Eingangsoffset auf, der charakteristisch für den Operationsverstärker ist und dem Fachmann in der Regel bekannt ist.

Gemäß vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung sind der erste Anschlusskontakt zum Kontaktieren eines mit dem positiven Eingang des zu testenden Operationsverstärkers verbundenen ersten Außenkontakts eines elektronischen Schaltkreises, der zweite Anschlusskontakt zum Kontaktieren eines mit einem negativen Eingang des Operationsverstärkers verbundenen zweiten Außenkontakts des elektronischen Schaltkreises bestimmt und der dritte Anschlusskontakt ist zum Kontaktieren eines mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbundenen dritten Außenkontakts des elektronischen Schaltkreises bestimmt.

Somit können durch die Spannungsquelle der elektronischen Testschaltung eine definierte Spannung über den ersten und zweiten ohmschen Widerstand an den negativen Eingang des Operationsverstärkers angelegt werden und die in Abhängigkeit dieser Spannung sowie in Abhängigkeit der an dem positiven Eingang des Operationsverstärkers anliegenden Referenzspannung von dem Operationsverstärker erzeugte Ausgangsspannung gemessen werden, bspw. mittels eines Voltmeters.

Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung kann die Leerlaufverstärkung Gain des Operationsverstärkers gemäß der Gleichung (1) berechnet werden

Dies setzt voraus, dass hintereinander jeweils zwei Spannungswerte VIN1 und VIN2 von der Spannungsquelle der elektronischen Testschaltung generiert und über den ersten und den zweiten ohmschen Widerstand an den negativen Eingang des Operationsverstärkers angelegt werden, und dass die zwei in Abhängigkeit dieser Eingangsspannungen VIN1 und VIN2 vom Operationsverstärker erzeugten Ausgangsspannungen VOUT1 und VOUT2 gemessen werden. Der Faktor K in der Gleichung (1) ist aufgrund der Auswahl des vierten ohmschen Widerstands bekannt.

Wie sich aus der Gleichung (1) ergibt, haben die Widerstandswerte der ohmschen Widerstände keinen Einfluss auf die Berechnung der Leerlaufverstärkung des Operationsverstärkers. Für die Dimensionierung der ohmschen Widerstände in der Praxis ist es jedoch ratsam, den Ausgangslast-Faktor bzw. Fan-Out des Operationsverstärkers und die an seinem positiven Eingang anliegende Referenzspannung zu berücksichtigen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass es schwierig ist, eine Spannung direkt an den Eingang eines Operationsverstärkers anzulegen, ohne ihn zur Sättigung zu bringen und den Ausgang auf eine Stromversorgungsverbindung zu legen, zumal viele Operationsverstärker eine Leerlaufverstärkung von 10.000 V/V oder mehr aufweisen. Zusätzlich haben viele Operationsverstärker eingangsabhängige Offsets, die sich in einem Bereich von mehreren Millivolt bewegen. Daher ist es schwierig vorherzusagen, welche Eingangsspannung einen ungesättigten Ausgangsspannungspegel bewirkt.

Besonders präzise Ergebnisse für die Leerlaufverstärkung erhält man, wenn der Faktor K einen Wert von K = 100 aufweist, wenn die ersten drei ohmschen Widerstände jeweils einen Widerstandswert im Bereich von 10 k&OHgr; bis 100 k&OHgr;, insbesondere einen Wert von 100 k&OHgr; sowie eine Toleranz von 0,1% aufweisen.

Die Erfindung betrifft auch einen integrierten Schaltkreis, der einen zu überprüfenden Operationsverstärker aufweist, dessen positiver Eingang fix mit einer nicht veränderbaren chipinternen Referenzspannungsquelle verbunden ist. Auf diesem integrierten Schaltkreis ist erfindungsgemäß zusätzlich zu den übrigen Elementen dieses Schaltkreises eine vorstehend beschriebene elektronische Testschaltung bei dem Operationsverstärker monolithisch integriert. Dabei sind die Anschlusskontakte der elektronischen Testschaltung und die jeweiligs zugehörigen Kontakte des integrierten Schaltkreises jeweils in Form von Verbindungsleitungen ausgebildet. Mit einer solchen platzsparenden Onchip-Lösung können präzise Rechen- bzw. Messergebnisse für die Leerlaufspannung des Operationsverstärkers erzielt werden, wobei lediglich die von der Spannungsquelle der elektronischen Testschaltung erzeugten Spannungswerte VIN und die von dem Operationsverstärker erzeugten Ausgangsspannungswerte VOUT in geeigneter Weise abgegriffen und gemäß der Gleichung (1) von einer beliebigen Recheneinheit ausgewertet werden müssen. Für einen derartigen, zuverlässigen Built In Self Test BIST braucht lediglich die Spannungsquelle VIN sowie das Widerstandsnetzwerk mit den vier ohmschen Widerständen bei dem zu testenden Operationsverstärker angeordnet werden.

Die Erfindung betrifft des weiteren ein Loadboard zur Aufnahme einer Nadelkarte zum Testen von integrierten Schaltkreisen und/oder mit einem oder mehreren Testsockeln zum Testen von integrierten Schaltkreisen und/oder zum Anschluss eines Handlers an ein Messgerät zum Testen von integrierten Schaltkreisen, das eine vorstehend beschriebene Testschaltung aufweist. Mit einem solchen Loadboard kann die Leerlaufspannung eines Operationsverstärkers zuverlässig gemessen werden, wobei beim Messvorgang die jeweiligen Außen- und Anschlusskontakte miteinander verbunden werden müssen und zusätzlich die von Operationsverstärker erzeugte Ausgangsspannung VOUT auf geeignete Weise von dem getesteten integrierten Schaltkreis abgegriffen werden muss.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bestimmen der Leerlaufverstärkung eines Operationsverstärkers eines elektronischen Schaltkreises. Dabei wird zunächst ein elektronischer Schaltkreis bereitgestellt, der einen mit dem positiven Eingang eines Operationsverstärkers verbundenen ersten Außenkontakt, einen mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers verbundenen zweiten Außenkontakt und einen mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbundenen dritten Außenkontakt aufweist. Der positive Eingang des Operationsverstärkers steht dabei fix mit einer chipinternen Referenzspannungsquelle in Verbindung und wird von dieser ständig mit einer Referenzspannung VREF gespeist. Weiterhin wird eine vorstehend beschriebene elektronische Testschaltung bereitgestellt, deren Außenkontakte mit den entsprechenden Anschlusskontakten des elektronischen Schaltkreises verbunden werden oder im Fall einer on-chip-Lösung schon sind.

Dann wird durch die Spannungsquelle VIN eine erste Spannung VIN1 über den zweiten Außenkontakt an den negativen Eingang des Operationsverstärkers angelegt und die an dem dritten Außenkontakt anliegende erste Ausgangsspannung VOUT1 des Operationsverstärkers bspw. mittels eines Voltmeters gemessen. Anschließend wird eine zweite Spannung VIN2 angelegt und die zweite Ausgangsspannung VOUT2 des Operationsverstärkers an dem dritten Außenkontakt gemessen. Bei dem Anlegen der Spannung VIN1 und VIN2 durch die Spannungsquelle der elektronischen Testschaltung ist zu beachten, dass eine geeignete Spannung zum Messen der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers gewählt wird, die bspw. in dem Wertebereich zwischen –4 V und +4 V liegt.

Anschließend kann die Leerlaufverstärkung Gain des Operationsverstärkers durch Berechnen der Gleichung (1) bestimmt werden. Während der Berechnung der Leerlaufverstärkung Gain ist es ratsam, zu überprüfen, dass der Nenner der Gleichung (1) nicht null wird sowie dass sich kein negativer Denominator in der Gleichung befindet.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung lässt sich durch das beschriebene Verfahren die Leerlaufverstärkung Gain eines Operationsverstärkers eines beliebigen elektronischen Schaltkreises schon anhand von zwei Messungen präzise bestimmen.

Wenn die von der Spannungsquelle angelegte zweite Spannung gegenüber der ersten angelegten Spannung vorzugsweise um einen Betrag von 1 V erhöht oder abgesenkt ist, ergeben sich bereits genaue Ergebnisse für die Leerlaufspannung des Operationsverstärkers.

Wegen der zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens noch unbekannten Leerlaufverstärkung des Operationsverstärkers können die von der Spannungsquelle der elektronischen Testschaltung angelegten Spannungen VIN1 und VIN2 so gewählt werden, dass die voraussichtlichen Ausgangsspannungen VOUT1 und VOUT2 ≤ 7 V sind. Dadurch lassen sich besonders genaue Ergebnisse für die Leerlaufspannung bestimmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich mit einer vorstehend beschriebenen, auf einem integrierten Schaltkreis monolithisch integrierten elektronischen Testschaltung ausführen. Dabei erfolgt das Anlegen der Spannungswerte VIN1 und VIN2 durch die chipinterne Spannungsquelle. Hierbei ist zu beachten, dass die Spannungswerte VIN1 und VIN2 der chipinternen Spannungsquelle sowie die Ausgangsspannungswerte VOUT1 und VOUT2 nur noch geeignet abgegriffen und einer Auswerteeinheit zugeleitet werden müssen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit einem vorstehend beschriebenen Loadboard ausgeführt werden, auf dem eine elektronische Testschaltung derart aufgebracht wird, dass ihre Außenkontakte mit den zugehörigen Anschlusskontakten des Loadboards in Verbindung stehen. Bei einer derartigen Testanordnung erfolgt das Anlegen und das Messen der Spannungswerte VIN1 VIN2, VOUT1 und VOUT2 auf dem Loadboard.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Messanordnung mit einem Operationsverstärker,

2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Messanordnung mit einem Halbleiterchip und mit einem Loadboard,

3 zeigt eine tabellarische und eine zugehörige grafische Messergebnisdarstellung.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Messanordnung 1.

Die erste Messanordnung 1 verfügt über einen Operationsverstärker OP mit einem positiven Operationsverstärkereingang OPIN+, mit einem negativen Operationsverstärkereingang OPIN- und mit einem Operationsverstärkerausgang OPOUT, über eine Referenzspannungsquelle VREF, die über einen Eingangsspannungs-Offset Voff mit dem positiven Operationsverstärkereingang OPIN+ verbunden ist, und über eine elektronische Testschaltung.

Der Eingangsspannungs-Offset Voff bildet eine charakteristische Größe für den Operationsverstärker OP. Die elektronische Testschaltung kann auch ohne den Eingangsspannungs-Offset Voff verwendet werden.

Die elektronische Testschaltung setzt sich zusammen aus einer Spannungsquelle VIN und aus einem Widerstandsnetzwerk mit einem ersten ohmschen Widerstand R1, mit einem zweiten ohmschen Widerstand R2, mit einem dritten ohmschen Widerstand R3 und mit einem vierten ohmschen Widerstand R/K. Die ohmschen Widerstände R1, R2 und R3 sind gleich groß und haben im vorliegenden Ausführungsbeispiel den gleichen Widerstandswert R = 100 k&OHgr;. Der vierte ohmsche Widerstand R/K ist um einen frei wählbaren Spannungsteiler K kleiner ausgebildet als die ohmschen Widerstände R1, R2 und R3. Der Spannungsteiler K ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel K = 100, sodass der vierte ohmsche Widerstand R/K den Widerstandswert R = 1 k&OHgr; innehat. Die Toleranz der ohmschen Widerstände R1, R2, R3 und R/K ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils +/- 0,1%.

Zwischen der Referenzspannungsquelle VREF und dem Eingangsspannungs-Offset Voff befindet sich ein erster Knoten K1, von dem eine elektrische Leitung zu der Spannungsquelle VIN der elektronischen Testschaltung abzweigt und auf der nacheinander der vierte ohmsche Widerstand R/K, der erste ohmsche Widerstand R1 und der zweite ohmsche Widerstand R2 angeordnet sind.

Zwischen dem vierten ohmschen Widerstand R/K und dem ersten ohmschen Widerstand R1 befindet sich ein zweiter Knoten K2, von dem eine elektrische Verbindungsleitung zu dem negativen Operationsverstärkereingang OPIN- abzweigt.

Am Ausgang OPOUT des Operationsverstärkers OP liegt eine Ausgangsspannung VOUT an. Nach dem Ausgang OPOUT ist von einem dritten Knoten K3 eine elektrische Verbindungsleitung zurückgeführt, auf der sich der dritte ohmsche Widerstand R3 befindet, und zwar auf einen sich zwischen dem ersten ohmschen Widerstand R1 und dem zweiten ohmschen Widerstand R2 befindenden vierten Knoten K4.

Der Operationsverstärker OP wird mit einer Versorgungsspannung VDD gespeist. Der Operationsverstärker OP, die Referenzspannungsquelle VREF, die Spannungsquelle VIN und der Operationsverstärkerausgang OPOUT sind jeweils mit einer Erdung GND versehen. Des weiteren ist in 1 noch der Spannungsabfall an dem vierten ohmschen Widerstand R/K mit dem Bezugszeichen Vd gekennzeichnet.

In der sich zwischen der Referenzspannungsquelle UREF und der Spannungsquelle VIN befindenden ersten Masche, auf der sich der vierte ohmsche Widerstand R/K, der erste ohmsche Widerstand R1 und der zweite ohmsche Widerstand R2 befinden, fließt eine erste Stromstärke I1. In der Masche, die an dem dritten Knoten K3 ansetzt und sich bis zu der Spannungsquelle VIN erstreckt und auf welcher der zweite ohmsche Widerstand R2 und der dritte ohmsche Widerstand R3 angeordnet sind, fließt eine zweite Stromstärke I2.

Für die Berechnung der Ausgangsspannung VOUT können die folgenden Gleichungen aufgestellt werden.

Für die erste Masche ergibt sich die folgende Gleichung (I).

Dabei fließt der erste Strom I1 durch den vierten ohmschen Widerstand R/K, durch den ersten ohmschen Widerstand R1 und durch den zweiten ohmschen Widerstand R2. Der zweite Strom I2 fließt zusätzlich noch durch den zweiten ohmschen Widerstand R2. Die Spannungsquelle VIN hat ein anderes Vorzeichen als die Referenzspannungsquelle VREF.

Für den Spannungsabfall Vd am vierten ohmschen Widerstand R/K ergibt sich die Gleichung (II).

Die Referenzspannungsquelle VREF gewährleistet die interne Spannungsversorgung.

Für die zweite Masche lässt sich die folgende Gleichung (III) aufstellen. VOUT–VIN = 2R·I2+R·I1(III)

Die Gleichung (IV) ergibt sich daraus, dass die Ausgangsspannung VOUT des Operationsverstärkers OP gleich seiner Eingangsspannung VIN multipliziert mit seiner Verstärkung Gain ist. VOUT = (Vd +Voff)·Gain(IV)

Durch Auflösen der Gleichungen (I), (II), (III) und (IV) erhält man die folgende Gleichung (V), mit welcher sich die Ausgangsspannung VOUT des Operationsverstärkers OP berechnet zu:

Unter Verwendung der dem Fachmann bekannten Definition der Verstärkung Gain des Operationsverstärkers OP erhält man die folgende Gleichung (1), mit welcher die Leerlaufverstärkung Gain des Operationsverstärkers OP berechnet werden kann.

In dieser Gleichung (1) sind zwei nacheinander von der Spannungsquelle VIN an den negativen Operationsverstärkereingang OPIN- angelegte Eingangsspannungen VIN1 und VIN2 sowie zwei in Abhängigkeit dieser Eingangsspannungen VIN1 und VIN2 vom Operationsverstärker OP erzeugte Ausgangsspannungen VOUT1 und VOUT2 enthalten. Die Gleichung (1) setzt demnach voraus, dass eine Spannungsdifferenz, nämlich zunächst ein erster Eingangsspannungswert VIN1 und danach ein zweiter Eingangsspannungswert VIN2 von der Spannungsquelle VIN generiert und angelegt wird.

Bei den Gleichungen (V) und (1) fällt auf, dass die Widerstandswerte R herausgefallen sind und dass diese daher keinen Einfluss auf die Ausgangsspannung VOUT sowie auf die Leerlaufverstärkung Gain haben.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Messanordnung 2 mit einem Halbleiterchip 3 und mit einem Loadboard 4.

Die zweite Messanordnung 2 stimmt hinsichtlich ihres Aufbaus mit der ersten Messanordnung 1 überein, wobei die Referenzspannungsquelle VREF und der Operationsverstärker OP mit seinem Eingangsspannungs-Offset Voff auf dem Halbleiterchip 3 und die Spannungsquelle VIN mit dem Widerstandsnetzwerk auf dem Loadboard 4 ausgebildet sind. Die Referenzspannungsquelle VREF gewährleistet dabei die interne Spannungsversorgung des Halbleiterchips 3. Sowohl auf dem Halbleiterchip 3 als auch auf dem Loadboard 4 sind weitere Elemente vorgesehen, die hier aus Gründen der besseren Darstellung nicht gezeigt sind.

Der Halbleiterchip 3 weist eine direkt nach dem ersten Knoten K1 angeordneten ersten Außenkontakt 31, einen mit dem negativen Operationsverstärkereingang OPIN- verbundenen zweiten Außenkontakt 32 und einen mit dem dritten Knoten K3 verbundenen dritten Außenkontakt 33 auf.

Auf dem Loadboard sind ein erster Anschlusskontakt 41 direkt nach dem vierten ohmschen Widerstand R/K, ein zweiter Anschlusskontakt 42 nach dem zweiten Knoten K2 und ein nach dem dritten ohmschen Widerstand R3 angeordneter dritter Anschlusskontakt 43 vorgesehen.

In der zweiten Messanordnung 2 sind der erste Außenkontakt 31 und der erste Anschlusskontakt 41, der zweite Außenkontakt 32 und der zweite Anschlusskontakt 42 sowie der dritte Außenkontakt 33 und der dritte Anschlusskontakt 43 jeweils elektrisch miteinander verbunden.

3 zeigt eine Messergebnisdarstellung 5, die sich in eine tabellarische Messergebnisdarstellung 51 und in eine zugehörige grafische Messergebnisdarstellung 52 gliedert.

Die Messergebnisdarstellung 5 veranschaulicht für drei verschiedene Operationsverstärker OP die gemessenen Ausgangsspannungswerte VOUT und die für diese gemäß der Gleichung (1) berechnete Leerlaufverstärkung Gain.

In der ersten Spalte der tabellarischen Messergebnisdarstellung 51 sind insgesamt 15 von der Spannungsquelle VIN nacheinander erzeugte Eingangsspannungen VIN aufgelistet, in der zweiten Spalte ist der jeweils konstante Spannungswert von 2,5 V der Referenzspannungsquelle VREF und in der dritten Spalte der jeweils konstante Wert von K = 100 für den Spannungsteiler K enthalten.

Die gemessenen Ausgangsspannungswerte VOUT des ersten Operationsverstärkers OP sind in der vierten Spalte der tabellarischen Messergebnisdarstellung 51 und durch die dunkelste Linie in der grafischen Messergebnisdarstellung 52 dargestellt. Die gemessenen Ausgangsspannungswerte VOUT für den zweiten und für den dritten Operationsverstärker sind in der fünften und sechsten Spalte der tabellarischen Messergebnisdarstellung 51 und durch die mittlere und durch die hellste Linie in der grafischen Messergebnisdarstellung 52 dargestellt.

Die Messergebnisdarstellungen 51 und 52 zeigen die Ergebnisse von jeweils fünfzehn Messungen für die drei Operationsverstärker OP. Dabei wurde die Eingangsspannung VIN beginnend mit einem Wert von 3,0 V sukzessive um jeweils 0,5 V abgesenkt, bis der Eingangsspannungswert von –4,0 V erreicht wurde. In Abhängigkeit der Eingangsspannung VIN, der Referenzspannung VREF und des Spannungsteilers T sowie in Abhängigkeit der gemessenen Ausgangsspannung VOUT konnte für alle Messwerte unter Anwendung der Gleichung (1) jeweils ein übereinstimmender Wert für die Leerlaufverstärkung Gain der drei Operationsverstärker OP berechnet werden, was eine hohe Reproduzierbarkeit, Wiederholbarkeit und Stabilität der erfindungsgemäßen Berechung nachweist, die sogar bei hohen Leerlaufverstärkungen gegeben ist.

Die Messergebnisse sind in der grafischen Messergebnisdarstellung 52 visualisiert, wobei auf der waagrechten Achse die Eingangsspannungswerte VIN im Bereich von –4 bis 3 Volt und auf der senkrechten Achse die Ausgangsspannung VOUT im Wertebereich von 0 bis 10 aufgetragen ist.

Vor der Berechnung der Leerlaufverstärkung muss jeweils überprüft werden, dass es in der Gleichung (1) keine negativen Denominatoren gibt und dass der Nenner ungleich null ist.

Für die Messung der Ausgangsspannungen VOUT wurde jeweils ein Operationsverstärker OP eines Halbleiterchips 3 mit seinen Außenkontakten 31, 32 und 33, wie in 2 gezeigt, mit den Anschlusskontakten 41, 42 und 43 eines Loadboards 4 verbunden. Dann wurden sukzessive die in der Spalte 1 der tabellarischen Messergebnisdarstellung 51 enthaltenen Eingangsspannungswerte VIN von der Spannungsquelle VIN generiert und die von dem Operationsverstärker OP jeweils erzeugten Ausgangsspannungen VOUT mittels eines in den 1 bis 3 nicht gezeigten Voltmeters gemessen. Daraus wurde dann mittels einer ebenfalls nicht gezeigten Auswerteeinheit unter Verwendung der Gleichung (1) die Leerlaufverstärkungswerte Gain berechnet, die allesamt in einem geringen Streubereich von weniger als 1% um den Leerlaufverstärkungswert Gain = 60 dB für den ersten Operationsverstärker, um den Leerlaufverstärkungswert Gain = 70 dB für den zweiten Operationsverstärker und um den Leerlaufverstärkungswert Gain =80 dB für den dritten Operationsverstärker lagen.

Eine besonders genaue Bestimmung der Leerlaufverstärkung Gain der Operationsverstärker ergibt sich, wenn die Ausgangsspannung VOUT einen Wert erreicht, der nur geringfügig kleiner als 7 V ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, die Ausgangsspannung von Operationsverstärkern für verschiedene Leerlaufverstärkungswerte und für unterschiedliche Eingangsspannungs-Offsets zu bestimmen.

1erste Messanordnung OPOperationsverstärker OPIN+positiver Operationsverstärkereingang OPIN-negativer Operationsverstärkereingang OPOUTOperationsverstärkerausgang VREFReferenzspannungsquelle VINSpannungsquelle VoffEingangsspannungs-Offset R1erster ohmscher Widerstand R2zweiter ohmscher Widerstand R3dritter ohmscher Widerstand R/Kvierter ohmscher Widerstand K1erster Knoten K2zweiter Knoten K3dritter Knoten K4vierter Knoten VdSpannungsabfall I1erste Stromstärke I2zweite Stromstärke GRDErdung VDDOperationsverstärker-Versorgungsspannung VOUTOperationsverstärker-Ausgangsspannung 2zweite Messanordnung 3Halbleiterchip 31erster Außenkontakt 32zweiter Außenkontakt 33dritter Außenkontakt 4Loadboard 41erster Anschlusskontakt 42zweiter Anschlusskontakt 43dritter Anschlusskontakt 5Messergebnisdarstellung 51tabellarische Messergebnisdarstellung 52grafische Messergebnisdarstellung

Anspruch[de]
  1. Elektronische Testschaltung zum Messen der Leerlaufverstärkung eines Operationsverstärkers, wobei die elektronische Testschaltung die folgenden Merkmale aufweist:

    – eine Spannungsquelle (VIN),

    – einen ersten ohmschen Widerstand (R1), einen zweiten ohmschen Widerstand (R2) und einen dritten ohmschen Widerstand (R3), die jeweils gleich groß sind,

    – einen vierten ohmschen Widerstand (R/K), der um einen Faktor K kleiner ausgebildet ist als der erste ohmsche Widerstand (R1), als der zweite ohmsche Widerstand (R2) und als der dritte ohmsche Widerstand (R3),

    – ein erster Anschlusskontakt (41), der über den ersten ohmschen Widerstand (R1), über den zweiten ohmschen Widerstand (R2) und über den vierten ohmschen Widerstand (R/K) mit der Spannungsquelle (VIN) verbunden ist,

    – ein zweiter Anschlusskontakt (42), der über den ersten ohmschen Widerstand (R1) und über den zweiten ohmschen Widerstand (R2) mit der Spannungsquelle (VIN) verbunden ist,

    – ein dritter Anschlusskontakt (43), der über den zweiten ohmschen Widerstand (R2) und über den dritten ohmschen Widerstand (R3) mit der Spannungsquelle (VIN) verbunden ist.
  2. Elektronische Testschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlusskontakt (41) zum Kontaktieren eines mit dem positiven Eingang (OPIN+) eines Operationsverstärkers (OP) verbundenen ersten Außenkontakts (31) eines elektronischen Schaltkreises (3) bestimmt ist, wobei der positive Eingang (OPIN+) des Operationsverstärkers (OP) fix mit einer Referenzspannungsquelle (VREF) in Verbindung steht.
  3. Elektronische Testschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschlusskontakt (42) zum Kontaktieren eines mit einem negativen Eingang (OPIN-) des Operationsverstärkers (OP) verbundenen zweiten Außenkontakts (32) eines elektronischen Schaltkreises (3) bestimmt ist.
  4. Elektronische Testschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Anschlusskontakt (43) zum Kontaktieren eines mit einem Ausgang des Operationsverstärkers (OPOUT) verbundenen dritten Außenkontakts (33) eines elektronischen Schaltkreises (3) bestimmt ist.
  5. Elektronische Testschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor K einen Wert von K = 100 aufweist.
  6. Elektronische Testschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste ohmsche Widerstand (R1), der zweite ohmsche Widerstand (R2) und der dritte ohmsche Widerstand (R3) jeweils einen Wert im Bereich von 10 k&OHgr; bis 100 k&OHgr;, insbesondere von 100 k&OHgr; aufweisen.
  7. Elektronische Testschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste ohmsche Widerstand (R1), der zweite ohmsche Widerstand (R2) und der dritte ohmsche Widerstand (R3) jeweils eine Toleranz von +/- 0,1 % aufweisen.
  8. Integrierter Schaltkreis mit wenigstens einem Operationsverstärker, dessen positiver Eingang (OPIN+) fix mit einer Referenzspannung (VREF) in Verbindung steht, wobei auf dem integrierten Schaltkreis (3) eine elektronische Testschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 monolithisch integriert ist, wobei der erste Anschlusskontakt (41) sowie der erste Außenkontakt (31) als erste Verbindungsleitung, der zweite Anschlusskontakt (42) sowie der zweite Außenkontakt (32) als zweite Verbindungsleitung und der dritte Anschlusskontakt (43) sowie der dritte Außenkontakt (33) als dritte Verbindungsleitung ausgebildet sind.
  9. Loadboard zur Aufnahme einer Nadelkarte zum Testen von integrierten Schaltkreisen und/oder mit einem oder mehreren Testsockeln zum Testen von integrierten Schaltkreisen und/oder zum Anschluss eines Handlers an ein Messgerät zum Testen von integrierten Schaltkreisen, wobei das Loadboard (4) eine elektronische Testschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
  10. Verfahren zum Bestimmen der Leerlaufverstärkung eines Operationsverstärkers eines elektronischen Schaltkreises mit den folgenden Schritten:

    a) Bereitstellen eines elektronischen Schaltkreises (3), der einen mit dem positiven Eingang (OPIN+) eines Operationsverstärkers (OP) verbundenen ersten Außenkontakt (31), einen mit dem negativen Eingang (OPIN-) des Operationsverstärkers (OP) verbundenen zweiten Außenkontakt (32) und einen mit dem Ausgang (OPOUT) des Operationsverstärkers (OP) verbundenen dritten Außenkontakt (33) aufweist, wobei der positive Eingang (OPIN+) des Operationsverstärkers (OP) fix mit einer Referenzspannungsquelle (VREF) in Verbindung steht,

    b) Bereitstellen einer elektronischen Testschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

    c) Verbinden des ersten Anschlusskontakts (41) mit dem ersten Außenkontakt (31), des zweiten Anschlusskontakts (42) mit dem zweiten Außenkontakt (32) und des dritten Anschlusskontakts (43) mit dem dritten Außenkontakt (33),

    d) Anlegen einer ersten Spannung VIN1 an die Spannungsquelle (VIN) der elektronischen Testschaltung, (VREF ist schon da, kommt von innen)

    e) Messen der an dem dritten Außenkontakt (33) anliegenden ersten Ausgangsspannung VOUT1 des Operationsverstärkers (OP) (mittels eines Voltmeters),

    f) Anlegen einer zweiten Spannung VIN2 an die Spannungsquelle (VIN) der elektronischen Testschaltung,

    g) Messen der an dem dritten Außenkontakt (33) anliegenden zweiten Ausgangsspannung VOUT2 des Operationsverstärkers (OP),

    h) Bestimmen der Leerlaufverstärkung Gain des Operationsverstärkers (OP) durch Berechnen der Gleichung:
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt f) von der Spannungsquelle (VIN) der elektronischen Testschaltung angelegte zweite Spannung VIN2 gegenüber der in Schritt d) von der Spannungsquelle (VIN) der elektronischen Testschaltung angelegte erste Spannung VIN1 vorzugsweise um einen Betrag von 1V erhöht oder abgesenkt ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Schritten d) und f) von der Spannungsquelle (VIN) der elektronischen Testschaltung angelegten Spannungen VIN1 und VIN2 so gewählt werden, dass die Ausgangsspannungen VOUT1 und VOUT2 ≤ 7 V sind.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt b) bereitgestellte elektronische Testschaltung gemäß Anspruch 8 auf dem elektronischen Schaltkreis (3) monolithisch integriert ist und dass das Anlegen der Spannungswerte VIN1 und VIN2 in den Schritten d) und f) auf dem elektronischen Schaltkreis (3) erfolgt und dass die Spannungswerte VIN1, VIN2, VOUT1 und VOUT2 in den Schritten d) bis g) geeignet abgegriffen werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt b) bereitgestellte elektronische Testschaltung gemäß Anspruch 9 auf dem Loadboard (4) ausgebildet ist und dass das Anlegen und das Messen der Spannungswerte in den Schritten d) bis g) auf dem Loadboard (4) erfolgt.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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