一種電壓跟蹤/嵌位電路的制作方法

本發明屬于半導體測試領域，具體涉及一種電壓跟蹤/嵌位電路。

背景技術：

在半導體分析儀測試、程控電源測試等領域中，往往需要進行正極性或負極性的電壓/電流輸出，這就需要控制結型功率管既能正向輸出，也能反向輸出，特別是對高頻晶體管進行特性參數測試時，尤其需要提供電壓極性可變、極性切換穩定可靠的高頻電壓信號序列進行測試分析。這些都要求一種電壓跟蹤/嵌位電路來實現對輸出結型功率管進行驅動控制。現有的電壓跟蹤/嵌位電路一般是采用運算放大器飽和電路法和運算放大器不飽和電路法。運算放大器飽和電路法在負電壓輸入時，運算放大器的輸出在內部達到飽和，從飽和到反向恢復時間的影響使響應變得非常慢；從飽和電平到正輸出電壓受轉換速率限制使響應更慢；反向恢復特性的影響還使輸出波形變壞，因此這種電路只能用于直流或低頻。運算放大器不飽和電路法是在運算放大器飽和電路法的基礎上增加了緩沖放大器及負反饋控制，需要增加相應的相位補償電容，才能使電路穩定工作，所以，雖然克服了運算放大器飽和電路法的缺點，但受到運算放大器轉換速率的限制，需要根據必要的頻率選用高速運算放大器，仍然無法克服相位補償電容等因素造成的速度影響。

由于快速自動測試以及高頻程控測試的日益發展需要，現有電壓跟蹤/嵌位電路已經無法滿足，因此需要一種可靠有效的電壓跟蹤/嵌位電路及實現方法來解決上述問題。

技術實現要素：

本發明的目的是針對上述不足，提出了一種轉換速率高、波形失真小、驅動能力強、功能準確可靠的電壓跟蹤/嵌位電路。

本發明具體采用如下技術方案：

一種電壓跟蹤/嵌位電路，包括差分放大電路、恒定電流源產生電路、恒流源控制電路、恒流源驅動放大電路和恒流源功率放大電路，所述差分放大電路位于輸入端作為前置放大器，將電壓誤差信號轉換成電流信號，轉換后的電流信號流入恒流源控制電路，流入恒流源控制電路的電流信號與恒定電流源產生電路產生的恒定電流進行電流比例控制運算，經電流比例控制運算后得到恒流源信號，恒流源信號分別進入恒流源驅動放大電路和恒流源功率放大電路。

優選地，所述差分放大電路采用完全對稱差分放大電路，等效為兩級差分放大，包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一三極管、第二三極管、第三三極管和第四三極管，所述第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻均為溫漂極低的精密電阻，保證差分運算放大電路輸出波形的對稱性，第一三極管、第二三極管、第三三極管和第四三極管均由三極管對管構成，其中第一三極管和第二三極管構成輸入信號和接地信號的輸入端。

優選地，所述恒定電流源產生電路包括第五電阻、第六電阻和第五三極管，所述第五三極管的電壓降恒定，第五電阻和第六電阻采用精密電阻，第六電阻的阻值遠遠大于第五電阻的阻值。

優選地，所述恒流源驅動放大電路采用鏡像電流源結構實現電流放大功能，包括第七電阻、第八電阻、第十電阻、第十一電阻、第六三極管和第十三極管，第七電阻、第八電阻、第十電阻和第十一電阻的取值與第五電阻的取值成對應比例，第六三極管與第十三極管均由三極管對管構成。

優選地，所述恒流源功率放大電路包括第七三極管的右三極管、第十一三極管、第二十電阻、第二十一電阻、第十二電阻至第十九電阻，第十一三極管采用八集成對稱三極管陣列，第十二電阻至第十九電阻的阻值完全相等，第十一三極管的八個陣列三極管的參數完全相同，第十二電阻至第十九電阻并聯工作。

本發明具有的有益效果是：

(1)采用恒流源控制電路，提高了轉換速率和可靠性，避免電路誤觸發現象。本發明在信號控制、信號放大以及信號功率驅動電路中，均采取了恒流源控制驅動電路模式，由于恒流源的內阻很大，且完全由電流信號控制，所以其響應速度快、控制可靠性高。另外，在輸入端采用對稱差分放大電路形式，等效為兩級放大，利用其對稱特性，提高了整個電路的共模抑制比和零點漂移抑制能力，電路具有靈敏度高、響應速度快等優點，使得本發明電路的轉換速率較高，且不會產生誤觸發現象。

(2)采用完全對稱差分放大電路，提高了電路響應速度和靈敏度。

(3)采用相同參數或相應對管設計方法，完全補償了零點交越失真。本發明在恒流源驅動放大電路和恒流源功率放大電路的前端均增加了電壓提升二極管，該二極管由三極管的b-e結構成，其參數和用于差分放大的三極管b-e結參數完全相同，以抵消輸入差分放大電路中三極管產生的b-e結壓降。而且，本發明電路中所有的三極管均采用了參數相同的三極管或其相應對管，由于它們的參數完全相同或對稱，以及電路的對稱設計，完全補償了零點交越失真，有效解決了波形失真問題。

(4)采用恒流源功率并聯放大陣列電路，克服了驅動能力不足問題。本發明在輸出端采用恒流源功率放大電路，由八集成對稱三極管陣列組成功率驅動陣列，八個陣列三極管的參數完全相同，這樣流過各驅動電阻的電流相同，實現均流功能，改善功率驅動的熱分布，且驅動電阻并聯工作，用以降低輸出阻抗，提高功率放大驅動電路的驅動能力，也進一步減小波形失真。

附圖說明

圖1為該電壓跟蹤/嵌位電路原理框圖；

圖2為輸入、輸出波形示意圖；

圖3為該電壓跟蹤/嵌位電路的具體電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明的具體實施方式做進一步說明：

如圖1所述，一種電壓跟蹤/嵌位電路，包括差分放大電路、恒定電流源產生電路、恒流源控制電路、恒流源驅動放大電路和恒流源功率放大電路，差分放大電路位于輸入端作為前置放大器，將電壓誤差信號轉換成電流信號，轉換后的電流信號流入恒流源控制電路，流入恒流源控制電路的電流信號與恒定電流源產生電路產生的恒定電流進行電流比例控制運算，經電流比例控制運算后得到恒流源信號，恒流源信號分別進入恒流源驅動放大電路和恒流源功率放大電路。

如圖2所示，當輸入信號Vi大于GND電平時，Vo輸出和Vi完全相同，實現同相電壓跟蹤功能；當輸入信號Vi小于等于GND電平時，Vo輸出被嵌位到地電平GND，實現反相電壓的地電平嵌位功能；從而實現輸出電壓Vo對輸入電壓Vi的同相跟蹤、反相嵌位功能。從圖中可看出，在信號的高速變換中，本發明電路響應速度快、靈敏度高，無零點失真，完全克服了傳統電路響應慢，波形諧波大，零點失真大等缺點，且本發明樣機電路具有較高的輸出驅動能力，達到了本發明專利的設計目標。

如圖3所示，差分放大電路采用完全對稱差分放大電路，等效為兩級差分放大，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第一三極管V1、第二三極管V2、第三三極管V3和第四三極管V4，第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4均為溫漂極低的精密電阻，保證差分運算放大電路輸出波形的對稱性，保證差分運算放大電路輸出波形的對稱性，使得差分運算放大電路的失調電壓及失調電流很低，第一三極管V1、第二三極管V2、第三三極管V3和第四三極管V4均由三極管對管構成，一方面起到輸入嵌位保護作用，另一方面由于其對稱特性，使得漏電流、噪聲等完全相同，進一步使得差分運算放大電路的失調電壓及失調電流等降至最低，以降低電壓跟蹤的波形失真度，其中第一三極管V1和第二三極管V2構成輸入信號和接地信號的輸入端。

恒定電流源產生電路包括第五電阻R5、第六電阻R6和第五三極管V5，第五三極管V5的b-e結電壓降恒定，第五電阻R5和第六電阻R6采用精密電阻，第六電阻R6的阻值較大。因為第五三極管V5的b-e結壓降恒定(Vbe約為0.5V)，所以其恒定電流即為：(15-0.5)/(R5+R6)，第五電阻R5，第六電阻R6均采用精密電阻，其第六電阻的阻值遠遠大于第五電阻的阻值(兩個電阻的阻值大小位于不同的數量級)，所以流過第五電阻R5的電流是恒定不變的。

恒流源驅動放大電路采用鏡像電流源結構實現電流放大功能，包括第七電阻R7、第八電阻R8、第十電阻R10、第十一電阻R11、第六三極管V6和第十三極管V10，第七電阻R7、第八電阻R8、第十電阻R10和第十一電阻R11的取值與第五電阻R5的取值成對應比例，第六三極管V6與第十三極管V10均由三極管對管構成，由于恒流源的內阻很大，且完全由電流信號控制，所以其響應速度快、控制可靠性高，使得放大控制電路的轉換速率很高，同時不會造成誤觸發現象。

恒流源功率放大電路包括第七三極管V7的右三極管、第十一三極管V11、第二十電阻R20、第二十一電阻R21、第十二電阻R12至第十九電阻R19，第十一三極管V11采用八集成對稱三極管陣列，電阻R12-R19的阻值完全相等，這樣流過第十二電阻R12至第十九電阻R19的電流相同，實現均流功能，改善功率驅動的熱分布，八個陣列三極管的參數完全相同，第十二電阻R12至第十九電阻R19并聯工作。

恒流源功率放大電路包括第七三極管V7的右三極管、第十一三極管V11、第二十電阻R20、第二十一電阻R21、第十二電阻R12至第十九電阻R19，第十一三極管V11采用采用八集成對稱三極管陣列，八個陣列三極管的參數完全相同，第十二電阻R12至第十九電阻R19并聯工作，第十二電阻R12至第十九電阻R19的阻值完全相等，用以降低輸出阻抗，提高了功率放大電路的輸出驅動能力，也進一步減小波形失真。

第六三極管的右三極管的集電極連接第七三極管，第七三極管由三極管對管組成，第七三極管的左三極管的發射集連接第八三極管，第八三極管連接第九電阻，第九電阻連接第九三極管，第九三極管的發射集與第十三極管的右三極管的集電極相連，第七三極管的左三極管和第八三極管串聯后連接到第七、第八三極管的基極，用于消除第七三極管的右三極管和第十一三極管的交越失真，第八三極管V8、第九三極管V9采用和第一三極管V1、第二三極管V2相同參數的三極管構成二極管，用于抵消輸入端第一三極管V1、第二三極管V2產生的b-e結壓降；另外，本發明電路中所有的三極管均采用了相同參數的三極管或其相應對管，由于它們的參數完全相同或對稱，補償了零點交越失真等波形失真。

當然，上述說明并非是對本發明的限制，本發明也并不僅限于上述舉例，本技術領域的技術人員在本發明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發明的保護范圍。