高精度电压基准测试的问题及对策

介绍混合集成电路测试系统进行高精度电压基准器件测试相关内容，针对测试中的相关问题，分析问题产生原因，提出解决方法。通过分析及验证总结测试经验、方法并可以在其他类似的高精度测试中应用。

【关键词】电压基准 高精度 验证

电压基准在电路中为其他需要输入基准电压的电子器件提供稳定的，高精度的电压。可以应用在便携式仪器，数模模数转换电路，智能传感器中。因为其本身精度高，稳定性好，所以要对其相关参数测试就需要比其更稳定，精度更好的仪器或测试系统来实现。下面就实际测试过程中遇到的相关问题进行简单的讨论。

1 电压基准介绍

电压基准（Voltage Reference）通常是指在电路中用作电压基准的高稳定度的电压源，在精密的测量仪器仪表和广泛的通信系统中通常把电压基准用作系统测量和校准的基准，因此电压基准在模拟集成电路中占有很重要的地位，直接影响着电子系统的性能和精度。

2 高精度电压基准测试问题介绍

2.1 电压基准测试介绍

电压基准一般包括输入端、输出端、地端，在一些有补偿的电路中还包括了补偿端，有节电功能的电路中，还包括了节电端。测试参数包括基准输出电压、线性调整率、负载调整率及电源电流等。采用混合集成电路测试系统STS8105A进行测试，针对这些基本参数，测试需要的系统资源包括：输入源Vs、输出负载源VLoad、输出测量源Vm，Vs连接在电压基准的输入端，VLoad和Vm连接在电压基准的输出端，地端直接连接测试系统地。

2.2 测试要求及问题

高精度电压基准其输出基准电压的误差要求较小，一般在几到十几毫伏，不同的基准可承受负载能力不同，一般在10mA～100mA左右，但由于其精度高，误差要求小，不僅要求测试过程中器件输入输出的稳定性，还对测试系统的稳定性和测试精度提出了高的要求。

我们也在实际测试过程中遇到了基准输出超限、输入和输出调整率超限等问题，然而对于精度高要求系统精度和稳定性好的情况下，就要求我们辨别这些问题究竟是器件本身的误差，还是仪器的带来的误差。当排除仪器件本身误差问题后，我们如何去除非器件问题带来的误差影响呢？下面针对非器件因素做以分析，并给出解决。

3 影响因素分析及解决

通过对测试的了解，需要的系统资源主要包括输入、负载源，输出测量源这三大部分，在不考虑射频干扰、热电动势带来的误差下，影响测试结果的非器件原因主要就是测试系统的输入、负载源的稳定性及精度以及测试系统通路带来的误差。

3.1 影响因素分析

输入源的稳定性及精度主要影响到输出电压和调整率计算，一般电压基准的输入范围大于5V，所以输入源的稳定性和电压精度在±0.5%范围内，可以满足要求。负载源主要提供测试过程中电压基准需要的电流负载，测量源在主要负责测试电压基准在各种情况下的基准电压输出值。那么负载源则需要提供稳定精准的电流负载，而测量源则需要提供精确的测量结果。

测试外围电路主要是提供器件正常稳定工作，起到滤波和防自激作用，测试连接通路因为其非理想通路，其通路电阻因施加电流的缘故会的影响测试电压。综合，影响测试结果的主要因素包括：

（1）源的稳定性和精度；

（2）外围滤波电路的施加；

（3）测试通路的连接。

3.2 解决

源的稳定性和精度。对于输入源，在给定的精度范围内其对器件的输出影响可略。负载源的0.5%的精度也满足器件负载范围的要求。输出测量源的精度直接关系到测量的准确度，如5V档0.05%的精度，其误差也在2.5mV，所以需要更高精度的测量表才能满足要求，测量系统提供了外部高精度测量表的软件API及硬件连接接口，可以通过使用外部0.005%高精度测量表来弥补自身系统测量源精度的不足。

外围滤波电路。系统的外围滤波电路主要考虑到被测芯片的输出稳定性，一般按照被测芯片的测试要求，连接在距器件管脚较近的位置即可，其使用的容值和阻值应当符合器件的资料要求。

测试通路连接。当输入输出源、负载源、外围电路满足稳定性要求的时候，那么测试电路连接中带来的测试误差主要由测试通路的连接决定。测试通路非理想通路，存在通路电阻，由于测试连接方式不同，导致该电阻带来的误差成为高精度测试中的主要误差。在测试系统中输出端的负载连接和测量源分别通过d、e继电器或者负载直接在适配器上连接，测量源通过e继电器连接到系统，开尔文连接可以避免在测试小的信号时通路电阻带来的误差。

在实际应用中，为避免负载和测量源的共用通路，带来的误差，可选择将负载继电器断开，而将负载直接连载适配器上，测量源继电器开，实现开尔文连接，减少通路无误差。每一个测试系统的连接都采用测试座与系统连接，如果测试座本身采用的是开尔文连接，那么可以最大限度的减少误差，如果不是，那么测试座本身的接触误差和测试座引脚到系统连线焊点之间的误差对于精度要求高的测量就可能产生较大的影响，但是这又是连接中不可避免的。在实际测量中我们可以采取将外界高精度测量表，直接连接在器件的根部（绕过测试座引脚与系统连接部分），那么便能最大限度的减小由负载施加与测量回路公用的通路及测试座接触电阻的误差带来的测量误差。

当然在测试连接通路中还存在着地回路引起的误差，当测试电路中存在着不同的接地点时，不同接地点之间的地线上会产生一定的电压降而导致测量中产生误差，所以应当保证系统中减少地回路，最好采用单点接地。

4 总结

通过对测试系统及连接电路的分析，找出相应的影响基准电压测试的因素，并通过实际搭接电路进行测试比对，在系统测试精度和稳定性满足要求的情况下，可以根据系统的实际连接，采取更小的系统通道误差、接触误差的通路进行测试，从而防止由于通路连接误差造成对器件的误判。

参考文献

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[2]舒梅.基准电压源[J].科技风，2010（13）.

[3]何江科，罗友哲，齐增亮等.ST8105A实现AD688AQ测试[J].电子设计工程，2014，22（04）：52.

作者简介

罗友哲（1984-），男，陕西省蓝田县人。大学本科学历。现为陕西省电子信息产品监督检验院工程师。主要研究方向为微电子产品检测。

作者单位

陕西省电子信息产品监督检验院 陕西省西安市 710004