GB/T 14114-1993 半导体集成电路电压 频率和频率 电压转换器测试方法的基本原理

　　UDC 621.382 L 56

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 14114—93

　　半导体集成电路电压/频率和频率/电压 转换器测试方法的基本原理

　　General principles of measuring methods of V/F

　　and F/V converters for semiconductor integrated circuits

　　1 9 9 3 - 0 1 - 2 1 发 布

　　国 家 技 术 监 督 局 发 布

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　半导体集成电路电压/频率和频率/电压转换器

　　测 试 方 法 的 基 本 原 理 GB/T 14114-93

　　General principles of measuring methods of V/F

　　and F/V converters for semiconductor integrated circuits

　　1 主题内容与适用范围

　　本标准规定了半导体集成电路电压/频率和频率/电压转换器(以下简称器件)测试方法的基本原 理 。

　　本标准适用于半导体集成电路电压/频率和频率/电压转换器的电参数测试。

　　2 引用标准

　　GB 3439 半导体集成电路TTL 电路测试方法的基本原理

　　GB 3442 半导体集成电路运算(电压)放大器测试方法的基本原理

　　GB 3834 半导体集成电路CMOS 电路测试方法的基本原理

　　3 总的要求

　　3.1 若无特殊说明，测试期间，环境或参考点温度偏离规定值的范围应符合器件详细规范的规定。

　　3.2 测试期间，应避免外界干扰对测试精度的影响，测试设备引起的测试误差应符合器件详细规范的 规 定 。

　　3.3 测试期间，施于被测试器件的电参量应符合器件详细规范的规定。

　　3.4 被测器件与测试系统连接或断开时，不应超过器件的使用极限条件。

　　3.5 若有要求时，应按器件详细规范规定的顺序接通电源。

　　3.6 测试期间，被测器件应按器件详细规范的规定连接外接网络。

　　3.7 测试期间，被测器件应避免出现自激现象。

　　3.8 若电参数值是由几步测试的结果经计算而确定时;这些测试的时间间隔应尽可能短。

　　4 电压/频率转换器参数测试

　　4.1 失调误差 Eo

　　4.1.1 目的

　　测试器件输出频率为规定的起始值时实际输入电压与理想输入电压之差。

　　4.1.2 测试原理图

　　测试原理图如图1所示。

　　国家技术监督局1993-01-21批准 1993-08-01实施

　　图 1

　　4.1.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定：

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外接网络(定频、定标网络);

　　d. 起始输出频率;

　　e. 满量程输入电压;

　　f. 满量程输出频率。

　　4.1.4 测试程序

　　4.1.4.1 按规定条件将被测器件接入测试系统中。

　　4.1.4.2 接通规定的电源电压。

　　4.1.4.3 调节直流输入电压，使被测器件输出频率达到规定的起始值fo, 读出这时的输入电压V₁。

　　4.1.4.4 按式(1)计算对应于起始输出频率fo 的理想输入电压 Vn;

　　………………………

　　(1)

　　式中：VFsi——满量程输入电压;

　　frso-— 满量程输出频率。

　　4.1.4.5 按式(2)计算失调误差Eo:

　　Eo=V₁-V …………………(2)

　　4.2 失调误差温度系数 αEO

　　4.2.1 目 的

　　在规定的温度范围内，测试单位温度变化引起的器件失调误差的变化。

　　4.2.2 测试原理图

　　测试原理图如图2所示。

　　图 2

　　4.2.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定：

　　a. 环境温度范围;

　　b. 电源电压;

　　c. 外接网络(定频、定标网络);

　　d. 起始输出频率;

　　e. 满量程输入电压;

　　f. 满量程输出频率。

　　4.2.4 测试程序

　　4.2.4.1 将被测器件置于规定的环境温度T₁, 按规定条件接入测试系统中。

　　4.2.4.2 接通规定的电源电压，待稳定后按4.1.4.3～4.1.4.4条的程序测出T₁ 下的失调误差 Eo (T₁)。

　　4.2.4.3 将被测器件置于另一规定温度T₂, 待稳定后按4.1.4.3～4.1.4.4条的程序测出T₂ 下的失 调误差Eo(T₂)。

　　4.2.4.4 按式(3)计算失调误差温度系数 αEO:

　　………………………

　　(3)

　　4.3 增益误差 EG

　　4.3.1 目的

　　测试器件实际满量程输出频率与规定的满量程输出频率的相对偏差。

　　4.3.2 测试原理图

　　测试原理图如图3所示。

　　图 3

　　4.3.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定：

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外接网络(定频、定标网络，失调误差调节网络);

　　d: 输出逻辑电平;

　　e. 满量程输入电压;

　　f. 满量程输出频率。

　　4.3.4 测试程序

　　4.3.4.1 按规定条件将被测器件接入测试系统中。

　　4.3.4.2 接通规定的电源电压。

　　4.3.4.3 调节失调误差，使失调误差为零。

　　4.3.4.4 调节直流输入电压，使被测器件输入电压为满量程电压VesL,测出这时的输出频率f'Fso。

　　4.3.4.5 按式(4)计算增益误差 EG:

　　…………………………

　　(4)

　　式中：frso—— 满量程输出频率。

　　4.4 增益误差温度系数 αEG

　　4.4.1 目的

　　在规定的温度范围内，测试单位温度变化引起的器件增益误差的变化。

　　4.4.2 测试原理图

　　测试原理图如图4所示。

　　图 4

　　4.4.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度范围;

　　b. 电源电压;

　　c. 外接网络(定频、定标网络，失调误差调节网络);

　　d. 输出逻辑电平;

　　e. 满量程输入电压;

　　f. 满量程输出频率。

　　4.4.4 测试程序

　　4.4.4.1 将被测器件置于规定的环境温度T₁, 按规定条件接入测试系统中。

　　4.4.4.2 接通规定的电源电压，待稳定后调节失调误差，使失调误差为零。

　　4.4.4.3 按4.3.4.4～4.3.4.5条的程序测出T₁ 下的增益误差E₆(T₁)。

　　4.4.4.4 将被测器件置于另一规定温度T₂, 待稳定后调节失调误差，使失调误差为零。按4.3.4.4~ 4.3.4.5条的程序测出T₂ 下的增益误差E₆(T₂)。

　　4.4.4.5 按式(5)计算增益误差温度系数 αEG:

　　………………………

　　(5)

　　4.5 线性误差 EL

　　4.5.1 目 的

　　在失调误差和增益误差都调节到零后，测试器件转换特性曲线与其最佳拟合直线间的最大相对偏 差。

　　4.5.2 测试原理图

　　测试原理图如图5所示。

　　图 5

　　4.5.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定：

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外接网络(定频、定标网络，失调误差调节网络，增益误差调节网络);

　　d. 输出逻辑电平;

　　e. 满量程输入电压;

　　f. 满量程输出频率。

　　4.5.4 测试程序

　　4.5.4.1 按规定条件将被测器件接入测试系统中。

　　4.5.4.2 接通规定的电源电压。

　　4.5.4.3 调节失调误差，使失调误差为零。

　　4.5.4.4 调节增益误差，使增益误差为零。

　　4.5.4.5 调节直流输入电压，在规定的满量程输入电压范围内，逐点测试输入电压V₁(j), 并测出对应 于这些输入电压的输出频率fo(j)。

　　4.5.4.6 根据4.5.4.5条的测试结果，确定最佳拟合直线。

　　4.5.4.7 找出实际特性曲线与最佳拟合直线之间的最大偏差|△f 1 mx。

　　4.5.4.8 按式(6)计算线性误差 EL:

　　……………………

　　(6)

　　式中：frso—— 满量程输出频率。

　　4.6 电源电压灵敏度Ksvs

　　4.6.1 目 的

　　测试单位电源电压变化引起的器件输出频率的相对变化。

　　4.6.2 测试原理图

　　测试原理图如图6所示。

　　图 6

　　4.6.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定：

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压范围;

　　c. 外接网络(定频、定标网络，失调误差调节网络，增益误差调节网络);

　　d. 输出逻辑电平;

　　e. 输入电压。

　　4.6.4 测试程序

　　4.6.4.1 按规定条件将被测器件接入测试系统中。

　　4.6.4.2 接通规定的电源电压。

　　4.6.4.3 调节失调误差，使失调误差为零。

　　4.6.4.4 调节增益误差，使增益误差为零。

　　4.6.4.5 调节直流输入电压，使被测器件输入规定的测试电压V₁, 并测出对应的输出频率fo。

　　4.6.4.6 在规定的电源电压范围内，将电源电压 Vs 变化△Vs, 并测出对应的输出频率fo₂e

　　4.6.4.7 按式(7)计算电源电压灵敏度Ksvs:

　　………………………

　　(7)

　　4.7 静态电源电流 Ip

　　4.7.1 目 的

　　在空载和静态条件下，测试电源供给器件的电流。

　　4.7.2 测试原理图

　　测试原理图如图7所示。

　　图 7

　　4.7.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外接网络(定频、定标网络)。

　　4.7.4 测试程序

　　4.7.4.1 按规定条件将被测器件接入测试系统中。

　　4.7.4.2 接通规定的电源电压。

　　4.7.4.3 调节直流输入电压，使被测器件停止振荡。

　　4.7.4.4 读出流经器件的电源电流即为I。

　　4.8 满量程建立时间ts(FS)

　　4.8.1 目 的

　　在器件输入端施加满量程阶跃电压，测试输出频率达到规定的满量程频率误差范围所需要的时间。

　　4.8.2 测试原理图

　　测试原理图如图8所示。测试波形图见图9。

　　图 9

　　4.8.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定：

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 满量程输入阶跃电压;

　　d. 外接网络(定频、定标网络，增益误差调节网络);

　　e. 输出逻辑电平;

　　f. 满量程输出频率及误差范围。

　　4.8.4 测试程序

　　4.8.4.1 按规定条件将被测器件接入测试系统中。

　　4.8.4.2 接通规定的电源电压。

　　4.8.4.3 输入规定的满量程阶跃电压，调节增益误差，使输出为满量程频率。

　　4.8.4.4 再次输入规定的满量程阶跃电压，在波形记录仪的输出波形图上找出达到满量程输出频率误 差范围内的波形周期T;(T; 所对应的频率为在误差范围内的满量程输出频率)。

　　图 9 中 的t 即为满量程建立时间ts(FS)。

　　5 频率/电压转换器参数测试

　　5.1 失调误差Eo

　　5.1.1 目 的

　　测试器件输入频率为规定的起始值时的实际输出电压与理想输出电压之差。

　　5.1.2 测试原理图

　　测试原理图如图10所示。

　　图 1 0

　　5.1.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定。

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 输入信号波形及幅度;

　　d. 起始输入频率;

　　e. 满量程输入频率;

　　f. 满量程输出电压;

　　g. 外接网络(定频、定标网络)。

　　5.1.4 测试程序

　　5.1.4.1 按规定条件将被测器件接入测试系统中。

　　5.1.4.2 接通规定的电源电压。

　　5.1.4.3 调节信号源频率，使之达到规定的起始值f₁, 测出这时的输出电压Vo。

　　5.1.4.4 按式(8)计算对应于f₁ 的理想输出电压Vo:

　　……………………(8)

　　式中：frsI—— 满量程输入频率;

　　VFso——满量程输出电压。

　　5.1.4.5 按式(9)计算失调误差Eo:

　　Eo=Vo-Vor ………………………(9)

　　5.2 失调误差温度系数 αEO

　　5.2.1 目 的

　　在规定的温度范围内，测试器件单位温度变化引起的器件失调误差的变化。

　　5.2.2 测试原理图

　　测试原理图如图11所示。

　　图 1 1

　　5.2.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定：

　　a. 环境温度范围;

　　b. 电源电压;

　　c. 输入信号波形及幅度;

　　d. 起始输入频率;

　　e. 满量程输入频率;

　　f. 满量程输出电压;

　　g. 外接网络(定频、定标网络)。

　　5.2.4 测试程序

　　5.2.4.1 将被测器件置于规定的环境温度T₁, 按规定条件接入测试系统中。

　　5.2.4.2 接通规定的电源电压，待稳定后按5.1.4.3～5.1.4.4条的程序测出T₁ 下的失调误差 Eo (T'1)。

　　5.2.4.3 将被测器件置于另一规定温度T₂, 待稳定后按5.1.4.3～5.1.4.4条测出T₂ 下的失调误差 Eo(T₂)。

　　5.2.4.4 按式(10)计算失调误差温度系数 αEO:

　　……………………

　　(10)

　　5.3 增益误差EG

　　5.3.1 目 的

　　测试器件实际满量程输出电压与规定的满量程输出电压的相对偏差。

　　5.3.2 测试原理图

　　测试原理图如图12所示。

　　图 1 2

　　5.3.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定：

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外接网络(定频、定标网络，失调误差调节网络);

　　d. 输入信号波形及幅度;

　　e. 满量程输入频率;

　　f. 满量程输出电压。

　　5.3.4 测试程序

　　5.3.4.1 按规定条件将被测器件接入测试系统中。

　　5.3.4.2 接通规定的电源电压。

　　5.3.4.3 调节失调误差，使失调误差为零。

　　5.3.4.4 调节方波信号源频率，使之达到满量程输入频率frsI,测出这时的输出电压V'FS₀。

　　5.3.4.5 按式(11)计算增益误差EG。

　　…………………

　　(11)

　　式中：VFso-- 器件的满量程输出电压。

　　5.4 增益误差温度系数 αEG

　　5.4.1 目 的

　　在规定的温度范围内，测试单位温度变化引起的器件增益误差的变化。

　　5.4.2 测试原理图

　　测试原理图如图13所示。

　　图 1 3

　　5.4.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定：

　　a. 环境温度范围;

　　b. 电源电压;

　　c. 外接网络(定频、定标网络，失调误差调节网络);

　　d. 输入信号波形及幅度;

　　e. 满量程输入频率;

　　f. 满量程输出电压。

　　5.4.4 测试程序

　　5.4.4.1 将被测试器件置于规定的环境温度T₁, 按规定条件接入测试系统中。

　　5.4.4.2 接通规定的电源电压，待稳定后调节失调误差，使失调误差为零。

　　5.4.4.3 按5.3.4.4～5.3.4.5条的程序测出T₁ 下的增益误差E₆(T₁)。

　　5.4.4.4 将被测器件置于另一规定温度T₂, 待稳定后调节失调误差，使失调误差为零。按5.3.4.4~ 5.3.4.5条的程序测出 T₂ 下的增益误差EG(T₂)。

　　5.4.4.5 按式(12)计算增益误差温度系数 αEG:

　　…………………

　　(12)

　　5.5 线性误差EL

　　5.5.1. 目的

　　在失调误差和增益误差都调节到零后，测试器件转换特性曲线与其最佳拟合直线间的最大相对偏 差。

　　5.5.2 测试原理图

　　测试原理图如图14所示。

　　图 1 4

　　5.5.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定：

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外接网络(定频、定标网络，失调误差调节网络，增益误差调节网络);

　　d. 输入信号波形及幅度;

　　e. 满量程输入频率;

　　f. 满量程输出电压。

　　5.5.4 测试程序

　　5.5.4.1 按规定条件将被测器件接入测试系统中。

　　5.5.4.2 接通规定的电源电压。

　　5.5.4.3 调节失调误差，使失调误差为零。

　　5.5.4.4 调节增益误差，使增益误差为零。

　　5.5.4.5 调节信号源，在规定的满量程输入频率范围内，逐点测试输入频率 f₁(j), 并测出对应于这些 输入频率的输出电压Vo(j)。

　　5.5.4.6 根据5.5.4.5条的测试结果，确定最佳拟合直线。

　　5.5.4.7 找出实际特性曲线与最佳拟合直线之间的最大偏差|△Vo:|mx。

　　5.5.4.8 按式(13)计算线性误差EL:

　　………………………

　　(13)

　　式中：VFSo——满量程输出电压。

　　5.6 电源电压灵敏度Ksvs

　　5.6.1 目 的

　　测试单位电源电压变化引起的器件输出电压的相对变化。

　　5.6.2 测试原理图

　　测试原理图如图15所示。

　　图15

　　5.6.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定：

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压范围;

　　c. 外接网络(定频、定标网络，失调误差调节网络，增益误差调节网络);

　　d. 输入信号频率;

　　e. 输入信号波形及幅度。

　　5.6.4 测试程序

　　5.6.4.1 按规定条件将被测器件接入测试系统中。

　　5.6.4.2 接通规定的电源电压。

　　5.6.4.3 调节失调误差，使失调误差为零。

　　5.6.4.4 调节增益误差，使增益误差为零。

　　5.6.4.5 调节信号源，使被测器件输入规定的测试频率f, 并测出对应的输出电压Vo₁。

　　5.6.4.6 在规定的电源电压范围内，将电源电压Vs 变化△Vs,并测出对应的输出电压Vo₂。

　　5.6.4.7 按式(14)计算出电源电压灵敏度Ksvs:

　　…………………

　　(14)

　　5.7 静态电源电流ID

　　5.7.1 目的

　　在空载和输入频率为零的条件下，测试电源供给器件的电流。

　　5.7.2 测试原理图

　　测试原理图如图16所示。

　　图16

　　5.7.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定：

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 外接网络(定频、定标网络)。

　　5.7.4 测试程序

　　5.7.4.1 按规定条件将被测器件接入测试系统中。

　　5.7.4.2 接通规定的电源电压。

　　5.7.4.3 调节信号源，使输入频率为零。

　　5.7.4.4 读出流经器件的电源电流即为 Ip。

　　5.8 输出纹波电压VoR

　　5.8.1 目的

　　在规定的输入频率下，测试器件输出直流电平上的交流电压峰—峰值。

　　5.8.2 测试原理图

　　测试原理图如图17所示。

　　图17

　　5.8.3 测试条件

　　测试期间，下列测试条件应符合器件详细规范的规定：

　　a. 环境温度;

　　b. 电源电压;

　　c. 输入信号波形及幅度;

　　d. 输入信号频率;

　　e. 外接网络(定频、定标网络，失调误差调节网络，增益误差调节网络);

　　5.8.4 测试程序

　　5.8.4.1 按规定条件将被测器件接入测试系统中。

　　5.8.4.2 接通规定的电源电压。

　　5.8.4.3 调节失调误差，使失调误差为零。

　　5.8.4.4 调节增益误差，使增益误差为零。

　　5.8.4.5 调节信号源，使被测器件输入规定的测试频率。

　　5.8.4.6 读出输出电压交流分量的峰一峰值即为VoR。

　　GB/T 14114—93

　　附 录 A

　　电参数符号与名称对照表

　　(补充件)

　　表A1

　　附加说明：

　　本标准由全国集成电路标准化分技术委员会提出。 本标准由上海元件五厂负责起草。

　　主要起草人洪运丰、高信龄、刘国荣。