跨阻放大器增益筛选测试的方法及电路与流程

本发明涉及对跨阻放大器增益的筛选领域，具体指一种跨阻放大器增益筛选测试的方法及电路。

背景技术：

跨阻放大器的作用是将输入电流信号转化并放大为电压信号，主要应用在光电转换领域，尤其在现代高速光通信应用中的前端接收电路，跨阻放大器是最核心的接收机器件。

为保证批量生产的产品质量、性能参数良好的一致性，商用的跨阻放大器集成电路产品需要在产品出厂前对所有产品做筛选测试，筛除不符合指标规范的不良品。不同于在实验室的测试，这种大批量地对集成电路产品的测试要求测试方案简便、低成本、高效率、自动化同时还有高可靠性。商用的高速跨阻放大器产品的跨阻参数是一项十分重要的指标，因此保证其值的一致性良好，离散小是非常重要的。实验室中应用的检测方法为先将跨阻放大器与光电二极管封装成光接收次模块后，再通过带光口输出网络分析仪进行精确测量。该检测方法用到的带光口高速网络分析仪十分昂贵，导致该检测方法测试成本高；且网络分析仪的测试方案复杂，提高了检测难度，降低检测效率，不利于大批量生产。若产品投入大批量生产，实验室所使用的方案则不适用于批量生产的自动化测试。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种跨阻放大器增益筛选测试的方法及电路。一方面利用一个测试芯片，无需过多外接设备就可得到测试结果，测试方案简单高效，成本低廉；另一方面还可以实现自动化生产，降低产品生产成本，有效地提高了产品的市场竞争力。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种跨阻放大器增益筛选测试的方法，包括跨阻放大器测试芯片；跨阻放大器测试芯片发送一个交流电流信号至待测跨阻放大器中，待测跨阻放大器输出交流电压信号至跨阻放大器测试芯片中；所述交流电压信号在跨阻放大器测试芯片中进行线性放大、整流，转化为一个直流电压信号vout输出，放大增益为a，整流转换系数为k；直流电压信号vout的计算公式为

vout＝i*gain*a*k

gain为跨阻放大器增益，i为交流电流信号的幅值、放大增益a、整流转换系数k均为预设的恒定值，直流电压信号vout仅与跨阻放大器增益gain有关；跨阻放大器测试芯片输出的直流电压信号离散性即为待测跨阻放大器的增益离散性。

本发明还提供了一种跨阻放大器增益筛选测试的电路，采用所述的跨阻放大器增益筛选测试的方法；跨阻放大器测试芯片包括第一输入端、第二输入端、交流信号输出端、直流电压输出端；待测跨阻放大器包括交流信号输入端、第一输出端、第二输出端；交流信号输出端连接交流信号输入端；第一输出端连接第一输入端，第二输出端连接第二输入端。

在一较佳的实施例中，所述交流信号输出端发送交流电流信号至交流信号输入端，待测跨阻放大器分别自第一输出端、第二输出端输出交流电压信号至第一输入端、第二输入端。

在一较佳的实施例中，所述跨阻放大器测试芯片包括交流电流信号形成模块、直流电压信号形成模块；

交流电流信号形成模块包括基准电压、定值电阻、开关器；由基准电压值除以定值电阻值得到电流值；开关器按照预设频率开关，形成交流电流信号；

直流电压信号形成模块包括交直流转换装置、电压放大装置；交直流转换装置将第一输入端、第二输入端接收的交流电压信号转换为直流电压信号，形成转化系数；电压放大装置放大转换系数。

在一较佳的实施例中，所述交流电流信号形成模块包括运算放大器i3、pmos管m0、pmos管m1、nmos管m2、定值电阻r0、时钟信号clock；运算放大器i3的反相输入端设置基准电压；运算放大器i3的输出端连接pmos管m0的栅极与pmos管m1的栅极；运算放大器i3的正相输入端与pmos管m0的漏极连接定值电阻r0的一端，定值电阻r0的另一端接地；pmos管m0的源极与pmos管m1的源极连接电源vdd；pmos管m1的漏极连接pmos管m2的漏极，pmos管m2的栅极由时钟信号clock控制，pmos管m2的源极为所述交流信号输出端。

在一较佳的实施例中，所述运算放大器i3、pmos管m0、定值电阻r0构成反馈电路；定值电阻r0由于反馈电路的钳制作用两端电压与基准电压相同；pmos管m0与pmos管m1形成电流镜，流经pmos管m1、pmos管m2的电流i1等于电流i0；电流i1自pmos管m1的漏极流至pmos管m2的漏极；当时钟信号clock发出高电平时，pmos管m2导通，i1流出pmos管m2的源极，交流信号输出端输出i1；当时钟信号clock发出低电平时，pmos管m2不导通，交流信号输出端无输出。

在一较佳的实施例中，所述交直流转换装置包括差分放大器、二极管d0、二极管d1、电容c0；所述第一输入端、第二输入端即为差分放大器的两个输入端，差分放大器的两个输出端为第一差分输出端、第二差分输出端并且分别连接二极管d0的正极、二极管d1的正极；二极管d0的负极、二极管d1的负极连接电容c0的正极，电容c0的负极接地，二极管d0、二极管d1与电容c0形成全波整流电路；

所述电压放大装置包括nmos管m3、nmos管m4、电阻r1；nmos管m3的栅极、nmos管m3的漏极、nmos管m4的栅极均连接电容c0的正极，nmos管m3的源极、nmos管m4的源极均接地，nmos管m4的漏极接电阻r1的一端和直流电压输出端，电阻r1的另一端接电源。

在一较佳的实施例中，差分交流电压信号自第一输入端、第二输入端输入到差分放大器，再由第一差分输出端、第二差分输出端输出；当第一差分输出端输出为正摆幅时，二极管d0导通，电流流通，差分交流电压信号对电容c0充电；当第一差分输出端输出负摆幅时，二极管d0截止，电容c0不充电；当第二差分输出端输出正摆幅时，二极管d1导通，电流流通，差分交流电压信号对电容c0充电；当第二差分输出端输出负摆幅时，二极管d1截止，电容c0不充电；

当第一差分输出端为正摆幅时，第二差分输出端为负摆幅；当第一差分输出端为负摆幅时，第二差分输出端为正摆幅；差分交流电压信号通过二极管d0、二极管d1不断地对电容c0充电，形成稳定直流电流信号；

在一较佳的实施例中，nmos管m3与nmos管m4形成一个比例电流镜；流经nmos管m3的电流i2经过比例电流镜放大与电阻r1，直流电压输出端输出直流电压信号。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

本技术方案应用在跨阻放大器芯片的批量自动化生产测试中，利用跨阻放大器测试芯片与待测跨阻放大器连接来检测待测跨阻放大器增益离散性。只需判断跨阻放大器测试芯片输出的直流电压信号的离散性即可判断待测跨阻放大器增益离散性，即可实现对跨阻放大器跨阻增益的快速稳定测试筛选。还可以将本检测电路制作成一个专用测试芯片。本检测方法及电路无需过多外接设备和昂贵辅助设备就可得到测试结果，测试方案简单高效，极大地降低了检测成本；实现了自动化生产，有效地提高了产品的市场竞争力。

附图说明

图1为本发明优选实施例中跨阻放大器增益筛选测试的方法示意框图；

图2为本发明优选实施例中跨阻放大器增益筛选测试电路中交流电流信号形成模块的电路图；

图3为本发明优选实施例中跨阻放大器增益筛选测试电路中直流电压信号形成模块的电路图。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种跨阻放大器增益筛选测试的方法，参考图1，包括跨阻放大器测试芯片(tiatest)；跨阻放大器测试芯片发送一个交流电流信号至待测跨阻放大器(tia)中，待测跨阻放大器输出交流电压信号至跨阻放大器测试芯片中；所述交流电压信号在跨阻放大器测试芯片中进行线性放大、整流，转化为一个直流电压信号vout输出，放大增益为a，整流转换系数为k；直流电压信号vout的计算公式为

vout＝i*gain*a*k

gain为跨阻放大器增益，i为交流电流信号的幅值、放大增益a、整流转换系数k均为预设的恒定值，直流电压信号vout仅与跨阻放大器增益gain有关；跨阻放大器测试芯片输出的直流电压信号离散性即为待测跨阻放大器的增益离散性。

根据上述的跨阻放大器增益筛选测试的方法，可设计出跨阻放大器增益筛选测试的电路；

跨阻放大器测试芯片与待测跨阻放大器通过各个接口连接，具体为：跨阻放大器测试芯片包括第一输入端inp、第二输入端inn、交流信号输出端iout、直流电压输出端；待测跨阻放大器包括交流信号输入端iin、第一输出端voutp、第二输出端voutn；交流信号输出端iout连接交流信号输入端iin；第一输出端voutp连接第一输入端inp，第二输出端voutn连接第二输入端inn。

交流信号输出端iout发送交流电流信号至交流信号输入端lin，待测跨阻放大器分别自第一输出端voutp、第二输出端voutn输出交流电压信号至第一输入端inp、第二输入端inn。

跨阻放大器测试芯片内部有多个功能模块，包括交流电流信号形成模块、直流电压信号形成模块；

交流电流信号形成模块包括基准电压、定值电阻、开关器；跨阻放大器测试芯片内部提供基准电压，用基准电压值除以定值电阻值得到电流值；开关器按照预设频率开关，形成交流电流信号；

直流电压信号形成模块包括交直流转换装置、电压放大装置；交直流转换装置将第一输入端inp、第二输入端inn接收的交流电压信号转换为直流电压信号vout，形成转化系数；电压放大装置放大转换系数。

更详细地，参考图2，交流电流信号形成模块包括运算放大器i3、pmos管m0、pmos管m1、nmos管m2、定值电阻r0、时钟信号clock；运算放大器i3的反相输入端设置基准电压；运算放大器i3的输出端连接pmos管m0的栅极与pmos管m1的栅极；运算放大器i3的正相输入端与pmos管m0的漏极连接定值电阻r0的一端，定值电阻r0的另一端接地；pmos管m0的源极与pmos管m1的源极连接电源vdd；pmos管m1的漏极连接pmos管m2的漏极，pmos管m2的栅极由时钟信号clock控制，pmos管m2的源极为所述交流信号输出端。

具体来说，运算放大器i3、pmos管m0、定值电阻r0构成反馈电路；定值电阻r0由于反馈电路的钳制作用两端电压与基准电压相同；pmos管m0与pmos管m1形成电流镜，流经pmos管m1、pmos管m2的电流i1等于电流i0；电流i1自pmos管m1的漏极流至pmos管m2的漏极；当时钟信号clock发出高电平时，pmos管m2导通，i1流出pmos管m2的源极，交流信号输出端输出i1；当时钟信号clock发出低电平时，pmos管m2不导通，交流信号输出端无输出。这样就可以产生一个确定时钟频率的交流电流信号，交流电流信号的幅值由基准电压值除以定值电阻r0的值得到。

交流信号输出端iout输出交流电流信号至待测跨阻放大器内转化为交流电压信号后又输出至跨阻放大器测试芯片，通过跨阻放大器测试芯片内的直流电压形成模块转换成直流电压信号vout输出。

首先，将交流电压信号转换为直流电压信号vout，需要用到交直流转换装置。

参考图3，交直流转换装置包括差分放大器i4、二极管d0、二极管d1、电容c0；所述第一输入端inp、第二输入端inn即为差分放大器的两个输入端，差分放大器的两个输出端为第一差分输出端outp、第二差分输出端outn并且分别连接二极管d0的正极、二极管d1的正极；二极管d0的负极、二极管d1的负极连接电容c0的正极，电容c0的负极接地，二极管d0、二极管d1与电容c0形成全波整流电路；

其次，交流电压信号转换为直流电压信号vout后需要再进行放大，才能形成最终的直流电压信号vout输出。

参考图3，电压放大装置包括nmos管m3、nmos管m4、电阻r1；nmos管m3的栅极、nmos管m3的漏极、nmos管m4的栅极均连接电容c0的正极，nmos管m3的源极、nmos管m4的源极均接地，nmos管m4的漏极接电阻r1的一端和直流电压输出端，电阻r1的另一端接电源。

具体来说，差分交流电压信号自第一输入端inp、第二输入端inn输入到差分放大器，再由第一差分输出端outp、第二差分输出端outn输出；当第一差分输出端outp输出为正摆幅时，二极管d0导通，电流流通，差分交流电压信号对电容c0充电；当第一差分输出端outp输出负摆幅时，二极管d0截止，电容c0不充电；当第二差分输出端outn输出正摆幅时，二极管d1导通，电流流通，差分交流电压信号对电容c0充电；当第二差分输出端outn输出负摆幅时，二极管d1截止，电容c0不充电；

又因为当第一差分输出端outp为正摆幅时，第二差分输出端outn为负摆幅；当第一差分输出端outp为负摆幅时，第二差分输出端outn为正摆幅；

所以，差分交流电压信号通过二极管d0、二极管d1不断地对电容c0充电，形成稳定直流电流信号；

nmos管m3与nmos管m4形成一个比例电流镜；交流电压信号转换为直流电流信号后，流经nmos管m3的电流i2经过比例电流镜放大与电阻r1作用，直流电压输出端输出直流电压信号。

综上所述，直流电压输出信号vout的计算为：

vout＝i*gain*a*k

i＝vbg/rset

其中，vbg为跨阻放大器测试芯片内部设定的基准电压，rset为定值电阻r0的阻值，放大增益a、整流转换系数k、基准电压vbg、定值电阻r0阻值rset均为预设的恒定值，所以待测跨阻放大器的增益离散性仅与直流电压信号输出端输出的直流电压信号vout有关。直流电压信号vout的离散性即为待测跨阻放大器增益离散性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。