共模輸入電壓范圍（CMVR）檢測：關鍵測試項目詳解

一、CMVR檢測的核心目的

1. 驗證器件規格：確認實際CMVR是否符合數據手冊標稱范圍。
2. 評估線性度：確保在標稱范圍內，放大器增益和輸出線性度滿足設計要求。
3. 保障系統兼容性：防止共模電壓偏移導致信號鏈異常（如傳感器接口、儀表放大器應用）。
4. 識別保護機制有效性：測試輸入級過壓保護電路（如鉗位二極管）的性能。

二、檢測條件與設備

• 環境條件：溫度（25℃±5℃）、濕度<60%（或按器件規格設定）。
• 關鍵設備：
  • 可編程電源（精度±1mV）
  • 信號發生器（支持差分/共模模式）
  • 高精度萬用表（6½位以上）
  • 示波器（帶寬≥100MHz）
  • 溫度試驗箱（若進行溫漂測試）
• 被測器件（DUT）：需預供電（如±15V），遵循數據手冊的推薦電路配置。

三、核心檢測項目與測試方法

1. 最大正/負共模電壓極限測試

• 目的：確定器件可承受的共模電壓上下限，同時保持輸出線性。
• 步驟：
  1. 設置差模輸入為0（V+ = V-），輸出端接負載電阻。
  2. 緩慢增加共模電壓（如從0V逐步升至+12V），監測輸出偏移和波形失真。
  3. 記錄輸出電壓偏離理論值±1%時的共模電壓，即為正/負極限值。
• 判定標準：實測值 ≥ 數據手冊標稱值。

2. 線性區域驗證

• 目的：在CMVR范圍內驗證增益一致性和線性誤差。
• 步驟：
  1. 在標稱CMVR內選取5~10個測試點（如-10V, -5V, 0V, +5V, +10V）。
  2. 每個點輸入固定差模信號（如10mVpp正弦波），測量輸出幅度和THD。
• 判定標準：增益波動<±0.5%，THD ≤ 0.1%。

3. 共模抑制比（CMRR）測試

• 目的：量化器件抑制共模干擾的能力。
• 公式： CMRR (dB)=20log?(?????)CMRR (dB)=20log(Acm?Ad??) 其中 ??Ad? 為差模增益，???Acm? 為共模增益。
• 步驟：
  1. 施加共模信號（如1Vpp, 1kHz），測量輸出端的共模增益。
  2. 對比差模增益（如輸入差模1mV信號）。
• 判定標準：CMRR ≥ 數據手冊標稱值（典型值80~120dB）。

4. 溫度漂移測試

• 目的：評估CMVR隨溫度的變化特性。
• 步驟：
  1. 在溫箱中設置溫度范圍（如-40℃~+85℃）。
  2. 在每個溫度點重復極限電壓測試，記錄CMVR偏移量。
• 判定標準：偏移量 ≤ 數據手冊溫漂系數（如±0.5mV/℃）。

5. 輸入偏置電流變化測試

• 目的：驗證共模電壓對輸入偏置電流（??IB?）的影響。
• 步驟：
  1. 在CMVR范圍內調節共模電壓，用微安表串聯輸入端子測量??IB?。
  2. 繪制??IB?-???VCM?曲線。
• 判定標準：??IB?波動幅度 ≤ 標稱值的20%。

6. 瞬態共模階躍響應

• 目的：測試器件對快速共模變化的響應能力（如電機驅動中的地彈干擾）。
• 步驟：
  1. 輸入共模階躍信號（如0V→5V，上升時間<1μs）。
  2. 用示波器捕捉輸出端的過沖和恢復時間。
• 判定標準：無持續振蕩，恢復時間 ≤ 1ms。

7. 輸入保護電路測試

• 目的：驗證超限共模電壓下的保護機制（如是否觸發鉗位）。
• 步驟：
  1. 施加超過CMVR的電壓（如標稱±12V時測試±15V）。
  2. 測量輸入電流，確認是否被限制在安全范圍內（如<10mA）。
• 判定標準：無閂鎖或永久性損壞，輸入電流可控。

四、測試結果分析與應用

• 合格判定：所有項目均需滿足數據手冊和設計冗余要求（如留10%余量）。
• 典型失效模式：
  • CMRR不足：可能由內部電阻失配或工藝缺陷導致。
  • 溫漂超標：需檢查輸入級晶體管的工作點穩定性。
• 優化建議：
  • 對于CMVR受限的器件，可通過外部電平移位電路擴展范圍。
  • 高精度場景優先選擇Rail-to-Rail輸入型運放。

五、注意事項

1. 防靜電措施：測試前確保設備與人員接地。
2. 避免過應力：超壓測試時間應≤1秒，防止累積損傷。
3. 信號完整性：高頻測試時使用屏蔽電纜，減少輻射干擾。
4. 數據記錄：需記錄環境參數，尤其是溫濕度敏感型器件。

六、總結