本文我們將介紹使用推薦測試電路時所涉及的補償問題。如果測試電路中的環(huán)路不穩(wěn)定，那它就沒有用。在測試過程中要一直監(jiān)控被測試器件測試環(huán)路的輸出。如果環(huán)路發(fā)生振蕩，而您不知道，您可能會報告不好的結果。更糟糕的是，您可能很晚才發(fā)現(xiàn)，而此時糾正該問題已經更難了。

　　自測試補償

　　使用大型電阻器測試 時，需要為每個 Ib 電阻器布置一個小電容器，以保持環(huán)路穩(wěn)定（請參考之前的文章）。添加該電容器可降低電阻器噪聲，但要注意在測量之前要完全充電電容器。

　　雙放大器環(huán)路補償

　　有幾款運算放大器適合環(huán)路放大器，它們包括 OPA445、OPA454、OPA551 和 OPA627BP，但其它類似器件也沒問題。表 1 針對該目的使用的任何放大器列出了重要的特性參數(shù)：

　　表1.第 1 類及第 2 類補償所需的放大器特性。

　　如果失調電壓時間增益會導致環(huán)路放大器輸出進入電軌，您可能需要一款電源大于被測試器件電源的環(huán)路放大器。這種情況下可能需要對被測試器件的最終性能進行微調。例如，如果最初未微調的失調電壓是 20mV，那么環(huán)路放大器就需要能夠支持 20V 擺動。這種問題在測量 時也會出現(xiàn)。

　　指零放大器的輸入共模范圍是重要的考慮因素。將環(huán)路放大器的電源與共模范圍進行部分結合，必須有助于實現(xiàn)被測試器件的軌至軌輸出。您可以通過偏移被測試器件的電源來實現(xiàn)這一點。在環(huán)路放大器中獲得額外的共模范圍非常便捷。

　　一旦選擇環(huán)路放大器，您就需要獲取環(huán)路放大器和被測試器件的波特圖。圖 4 是 OPA551 和 OPA227 的波特圖。這些波特圖都是來自產品說明書的典型曲線。我們將 OPA551 作為環(huán)路放大器，將 OPA227 作為被測試器件，如圖 4 中的實例所示。

　　從圖 4 中的波特圖可以看到，OPA551 的增益帶寬 （GBW） 是 3MHz，OPA227 的增益帶寬是 8MHz。OPA551 的 DC 增益大約為 125dB，OPA227 的 DC 增益大約是 160dB。

　　第 1 類補償法

　　有了環(huán)路放大器和被測試放大器的波特圖，您可以繪制出代表測試環(huán)路的波特圖?？墒褂脤?shù)標尺方格紙手工繪制波特圖來確定補償電容器值，這種方法固然可靠，不過使用電子數(shù)據表會使該任務得到大幅簡化。一旦設定好了電子數(shù)據表，再為任何新部件確定補償值都會很輕松。

　　第 1 類補償需要用到幾個公式。被測試器件使用公式 1：

　　公式 1 應該創(chuàng)建一個與被測試器件產品說明書中開環(huán)增益曲線匹配的曲線。您可通過調整 3dB 點來確定曲線，獲得正確的帶寬。

　　在雙放大器環(huán)路中，被測試器件的輸出可作為輸入連接至環(huán)路放大器。因此，這些運算放大器可進行級聯(lián)。增益是兩個放大器增益的乘積。以分貝為單位時，增益乘積就是求和。由于我們以分貝為單位，因此應將公式 1 和公式 3 相加得到兩個放大器的總和。

　　在Excel表格中應為：=B10+C10

　　圖 6 中的電路可仿真第 1 類環(huán)路響應。

　　我們分別針對 C1=2.2nF、7.7nF 和 22nF 運行了瞬態(tài)仿真。環(huán)路控制輸入從 0V 變成了 10V，就像測量運算放大器 Aol 時的情況一樣。圖 7 是所得的輸出波形。三種情況環(huán)路都很穩(wěn)定，但小于 7.7nF 時有明顯的振鈴。因此，環(huán)路為欠阻尼。電容器值高于 7.7nF 時，環(huán)路為過阻尼狀態(tài)。電容器為 22nF 時，環(huán)路在 1.0ms 內還未趨穩(wěn)。它最終還是會趨穩(wěn)，但會消耗更多的測試時間。

　　第 2 類補償法

　　對于第 2 類補償，我們需要繪制出被測試器件和環(huán)路放大器的波特圖。公式 4 至 5 相同，但一個代表被測試器件，另一個代表環(huán)路放大器。

　　接下來繪制這兩條增益曲線的總和圖。

　　最后，使用公式 6 繪制反饋網絡的曲線

　　在 Excel 表格中應為：=20*LOG10（$B$7/（SQRT（1+（$A10/$B$6）^2））），其中 $B$7 是環(huán)路放大器的 DC 增益，$A10 是頻率，而 $B$6 則是環(huán)路放大器的 3dB 衰減頻率。

　　接下來繪制這兩條增益曲線的總和圖。

　　最后，使用公式 6 繪制反饋網絡的曲線：

　　圖 8 是所得到的曲線。

　　圖 9 是不同補償電容器對環(huán)路趨穩(wěn)時間的影響。選擇用于提供 30dB 交點頻率的電容器，可獲得臨界阻尼響應。

　　現(xiàn)在我們可以比較兩類補償?shù)沫h(huán)路響應。當是臨界阻尼時，第 2 類補償可使電路在大約 27μs 內趨穩(wěn)。這就意味著它的趨穩(wěn)時間是 17μs，因為圖 9 中環(huán)路控制在 10μs 時被改變。第 1 類補償直到大約 450μs 時才穩(wěn)定。第 2 類補償趨穩(wěn)時間要快 26 倍。即使第 2 類補償是欠阻尼和過阻尼狀態(tài)，趨穩(wěn)速度也比使用第 1 類補償快。

　　最后，在使用大型電阻器測量輸入偏置電流時，大電阻與被測試器件輸入電容的相互作用，會導致足夠的相移使環(huán)路不穩(wěn)定。輸入偏置電流的測試電路可顯示大型電阻器的電容器。正確值通常必須通過試驗確定。別忘了在測量之前必須完全充電電容器。在測試進行過程中使用示波器監(jiān)控測試環(huán)路，可確保所有測量的準確性和可重復性。

　　用來選擇 的數(shù)學方法

　　您可計算理想的 值，而不是使用波特圖或 SPICE 仿真。圖 10 是每種補償類型的電容器 布置位置。

　　如果仍然有振蕩，該怎么辦？

　　即便進行了適當補償，兩個放大器環(huán)路仍然可能會有振蕩，特別是在測試 時。這就是第 3 部分所介紹拓撲的實用性所在。這樣，在雙放大器環(huán)路出現(xiàn)問題時，您可使用自測試環(huán)路。而且，可使用兩種不同的方法測試，其可用來驗證測試功能。在不發(fā)生振蕩并有足夠趨穩(wěn)時間的情況下，兩種環(huán)路應該得到相同的結果。盡管可能似乎有些多余，但仍然有必要再次提醒一下：在測試過程中必須一直使用示波器監(jiān)控測試。

　　開發(fā)運算放大器測試方案時，電路板布局非常重要。在我們的一種最初探測解決方案中，有一條跡線從被測試器件的輸出引入到了被測試器件輸入引腳的底部。該寄生電容創(chuàng)建了一個正向反饋回路，導致環(huán)路發(fā)生了振蕩。圖 11 顯示了該布局錯誤。這個問題花了很長時間才找到。解決辦法是切斷電路板內層上這條松動的跡線，然后在圍繞該問題連接一根藍色跳線。因此，在審核印刷電路板 （PCB） 布局時，應多加小心，特別是在使用自動布線功能時。

　　結論

　　對于測試各種 DC 運算放大器而言，這些測試方法和電路都非常有用。自測試與雙放大器環(huán)路相結合，可為解決煩人的振蕩問題帶來極大優(yōu)勢。記住，趨穩(wěn)時間非常重要，因為測試時間很寶貴。還得強調一下，在開發(fā)測試解決方案時要一直使用示波器。開發(fā)時，得將示波器連接在測試電路上，這樣可保無憂。