ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

МИКРОСХЕМЫ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

ГОСТ 23089.12-86

Издание официальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

Москва

УДК 621.3.049.77.001.4 : 006.354    Группа    Э29

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

МИКРОСХЕМЫ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ

Методы измерения шумовых параметров операционных усилителей

Integrated microcircuits. Methods for measuring noise parameters of operational amplifiers

ОКП 62 3100

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27 июня 1986 г. № 1938 срок действия установлен

с 01.07.87 до 01.07.92

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт распространяется на операционные усилители (ОУ) и устанавливает методы измерения:

нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума; эффективного значения напряжения шума; размаха шума.

Общие требования при измерении и требования безопасности по ГОСТ 23089.0-78.

1. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ НОРМИРОВАННОЙ Э.Д.С. ШУМА И НОРМИРОВАННОГО ТОКА ШУМА

11. Принцип, условия и режим измерения

1.1.1.    Метод измерения нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума основан на выделении отдельных участков спектра шума, осуществляемом узкополосными фильтрами с дальнейшим измерением нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума измерителем переменного напряжения.

1.1.2.    Электрический режим и условия измерения должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях (далее — ТУ) на ОУ конкретных типов.

Перепечатка воспрещена

© Издательство стандартов, 1986

2—2410

ГОСТ 23089.12-86 Стр. 11

где /С_у, и, min — минимальное значение коэффициента усиления проверяемого ОУ;

Uсм,max—максимальное абсолютное значение напряжения смещения проверяемого ОУ, В;

АС/_Ш , max—максимальное значение размаха шума проверяв-мого ОУ, В;

и_Вых,т&х — абсолютное значение выходного напряжения проверяемого ОУ, В;

/вх, max — максимальное абсолютное значение выходного тока проверяемого ОУ, А.

Резистор R3 должен быть без токовых шумов (например проволочный).

Допустимое отклонение сопротивления резистора R3 не должно выходить за пределы ±0,5%.

3.2.10. Измерительные приборы и элементы, указанные в электрической структурной схеме, допускается заменять другими устройствами, выполняющими те же функции и обеспечивающими точность измерения, указанную в настоящем стандарте.

3.3.    Подготовка и проведение измерений—по пп. 2.3.1—2.3.3,

3.4.    Обработка результатов

3.4.1. Размах шума Д[/_ш, В, определяют по сЬормуле

(26)

где Кия — коэффициент передачи детекторов;

К а — коэффициент передачи сумматора А;

Kz — коэффициент передачи фильтра Z.

3.5. Показатели точности измерений

3.5.1.    Погрешность измерения — по п. 1.5.1.

3.5.2.    Определение показателей точности измерения размаха шума приведено в рекомендуемом приложении 3.

Стр. 16 ГОСТ 23089.12-86

1.6. Погрешность 6_б, вызванную неточностью коэффициента передачи полосового фильтра Z, определяют по формуле

(6)

где 6    — погрешность коэффициента передачи полосового фильтра Z.

1.7. Погрешность 67, вызванную нестабильностью частот срезов полосы пропускания фильтра Z, определяют по формуле

6/

(7)

1/ ^УсР³» ^в ^срз, в

где Ь — погрешность верхней частоты среза фильтра Z;

/срз, в

fсрз,в — верхняя частота среза полосы пропускания фильтра Z, Гц.

1.8. Погрешность б₈, вызванную наличием собственных шумов полосового фильтра Z, определяют по формуле

-|/ и , / .*■+*» гг    V

(8)

у    ^и ш, Z ‘ I    £    ^и ш, эфф_г min J

R,+R*

эфф, min* и

■ - ■ ■ - ■ -—... ■ - ■ 11

где и_ш, _z — напряжение собственных шумов на входе полосового фильтра, В.

^иш, РК+(    _Эфф,    ш!п|    ^

(9)

Ri

ш, эфф, min

1.9. Погрешность 69, вызванную наличием собственных шумов измерителя PV_y определяют по формуле

где Um, pv—напряжение собственных шумов на входе измерителя PV;

Кг — коэффициент передачи фильтра Z.

2. Погрешность измерения

2.1. Погрешность измерения эффективного значения напряжения шума оп ределяют по формуле

+

(Ю)

где К £ — коэффициент, зависящий от закона распределения погрешности измерения и доверительной вероятности . Для нормального закона распределения и —0,997,    2,97;

Кь К2 — коэффициенты, зависящие от законов распределения частных погрешностей. Для частной погрешности с нормальным законом распределения К\~3 Для частной погрешности с равномерным законом распределения #2=1,73.

ГОСТ 23089.12-86 Стр. 1)

ПРИЛОЖЕНИЕ $ Рекомендуемое

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМАХА ШУМА

1. Составляющие погрешности измерения ж¹. Л    вызванную    конечным    значением    козффиниеатз    уснлъ.

ния проверяемого ОУ_? определяют по формуле

R¹'Ry_t (J, min

О)

1.2. Погрешность $₂₎ вызванную наличием напряжений собственных шумо_в и пульсации источников питания, определяют по формуле

V=K_B,, „,„</)

(2)

где AUш, g, max — максимальный размах напряжений собственных шумов _я пульсаций источников питания проверяемого ОУ, В;

Кв л, и, н (/) — коэффициент влияния нестабильности источников питания э. с. смещения нуля проверяемого ОУ от частоты;

AU_m, mm — минимальный размах шума проверяемого ОУ, В.

1.3. Погрешность fl_3j вызванную отклонением значений сопротивлений резне торов обратной связи _и R3, определяют по формуле

8₃<|/' 2 b_R ,

(3)

где бн — допустимое отклонение значения сопротивления резисторов R1 и R3.

1.4. Погрешность вызванную наличием собственных шумов резистора R% определяют по форму_ле

8₄=6,45-10“^ю-

min

(4)

где Л/*— эффективная полоса пропускания фильтра Z, Гц.

1.5.    Погрешность $_5> вызванную погрешностью измерителя PV, определяю по формуле

(5)

где бр^ — погрешность измерителя PV.

1.6.    Погрешность вызванную погрешностью коэффициента передачу фильтра нижних частот Z, определяют по формуле

В_е=5^ ,    (6)

Z

где бд. —погрешности коэффициента передачи фильтра нижних частот в полосу пропускания.

Стр. 18 ГОСТ 23089.12-86

1.7.    Погрешность б₇, вызванную погрешностью коэффициента преобразования пиковых детекторов UR1 и UR2, определяют по формуле

(7)

где d_UR — погрешность коэффициента передачи пиковых детекторов.

1.8.    Погрешность вызванную погрешностью суммирования сумматора А2, определяют по формуле

=Ь

'л,

(8)

где б_А —погрешность суммирования сумматора А.

1.9. Погрешность 6₉, вызванную конечным значением времени измерения, определяют по формуле

Ь

1

9—

(9)

где tn — время измерения, с.

1.10. Погрешность дю, вызванная конечным значением времени разряда детекторов, не должна превышать 1%.

2. Погрешность измерения

2.1. Погрешность измерения размаха шума определяют по формуле

стенте)

(h

2

+

(10)

где К _s— коэффициент, зависящий от закона распределения погрешности измерения и доверительной вероятности Для нормального закона распределения и =0,997, R=2,97;

Ки К2 — коэффициенты, зависящие от законов распределения частных погреши теЙ. Для частной погрешности с нормальным законом распределения К\—3. Для частной погрешности с равномерным законом распределения 7(2=1,73.

Редактор М. В. Глушкова Технический редактор М. И. Максимова Корректор Е. А. Богачкова

Сдано в наб J7 07 86 Подп в печ Ш 09 86 1,25 уел л л Ь25 уел кр отт 1,11 уч-изд л. Тир 12 000    Иена    5    коп.

Ордена «Знак Почета» Издательство стандартов, 123840, Москва, ГСП, Новопресненский пер , Ъ Тип «Московский печатник». Москва, Лялин пер , 8. Зак. 2410

Стр. 2 ГОСТ 23089.12-86

1.1.3. ОУ должен быть включен с корректирующими цепями, если данное требование установлено в стандартах или ТУ на ОУ конкретных типов.

Шумы устройства контактирования ОУ и уровень наводок не должны влиять на результаты измерения.

12. Аппаратура

1.2.1. Измерения следует проводить на измерительной установке, электрическая структурная схема которой приведена на черт. 1.

ю

DA —проверяемый ОУ, Glt G 2—источники постоянного напряже ния, Z—полосовой фильтр, РV—измеритель переменного напря жения, Rl, R3—резисторы обратной ‘связи, R2—резистор, имитирующий сопротивление источника шума, Я4—резистор нагрузки, С—конденсатор нагрузки, 5—устройство коммутации, а1—инвертирующий вход ОУ, а2—неинвертирующий вход ОУ

Черт 3

1.2.2. Источники питания G1 и G2 должны обеспечивать установление и поддержание напряжения питания ОУ с погрешностью, не выходящей за пределы ± 1 %, и удовлетворять условию

Я_ш, О, та)С^0,1 Е_ш, н, min,    (1)

где£_Ш(о,тах—максимальная спектральная плотность напряжений пульсаций и собственных шумов источников постоянного напряжения G1 и G2, приведенная ко входу проверяемого ОУ, В/V Гц;

Еш, н, min— минимальная нормированная э.д.с. шума проверяемого ОУ, В/УТйГ

ГОСТ 23089.12-8* Стр. 3

1.2.3. Полосовой фильтр Z должен обеспечивать эффективную полосу пропускания Д/*=0,3 f_a ±5%.

где /_ц — центральная частота полосы пропускания фильтра, Гц.

Центральную частоту полосы пропускания фильтров выбирают из ряда: 10, 20, 71, 120, 1000, 10⁴, 10⁵ Гц.

Неравномерность коэффициента передачи фильтра в полосе пропускания не должна выходить за пределы ±0,25 дБ.

Погрешность установления и поддержания коэффициента передачи полосового фильтра не должна выходить за пределы ±2,5%.

Затухание полосового фильтра вне полосы пропускания должно быть не менее 24 дБ/окт.

Приведенное ко входу напряжение собственных шумов 1У_Ш, _вх, г В, фильтра Z не должно превышать значения

и_ш, _вх, _г< 0,l-b±*-f„ шы-КАЛ ,    (2)

и_т, Z < о, 1    •    /_ш, _mIn • R, • утр,    (2а)

где Af* — эффективная полоса пропускания полосового фильтра, Гц;

/_ш, Н, min — минимальный нормированный ток шума проверяемого ОУ, А/К Гц.

1.2.4. Измеритель PV должен обеспечивать измерение переменного напряжения с погрешностью, не выходящей за пределы ±3%.

(3)

Время измерения t_a> с, измерителем PV определяют по формуле

дгЧл ’

где Оф_Л — среднее квадратическое отклонение значений флуктуаций на выходе сглаживающего фильтра детектора.

1.2.5.    Сопротивление резистора R1 должно быть от 10 до 100 Ом. Резистор R1 должен быть без токовых шумов (например проволочный).

Допустимое отклонение сопротивления резистора не должно выходить за пределы ±0,5%.

1.2.6.    Сопротивление резистора R3, Ом, выбирают из условий

ЯгН?з ''Ky.v.mn    (⁴>

(5)

fit _> ^сч.ппх+Ю ^£ш, н, шах • W ^вых, шах

Стр. 4 ГОСТ 23089.12-86

При измерении нормированного тока шума, кроме условия (4), должно выполняться неравенство

Я,

Я,+Я₃

>

^см, max+¹⁰ Ап

• Кдг-яи-/*

У.

(6)

вых, шах

где К_д, г/, тт — минимальное значение коэффициента усиления проверяемого ОУ;

П_см, шах— максимальное абсолютное значение напряжения смещения нуля проверяемого ОУ, В;

Е_ш<н,шах’> /ш,н,юах— максимальные значения нормированной э.д.с., ЫУ Гц, и нормированного тока шума проверяемого ОУ, А/У Гц; t/вых. max — абсолютное значение максимального выходного напряжения проверяемого ОУ, В.

Резистор R3 должен быть без токовых шумов (например проволочный) .

Допустимое отклонение сопротивления резистора R3 не должно выходить за пределы ±0,5%.

1.2.7. Сопротивление резистора R2, Ом, выбирают из условия

/?₂>

1,66-10—²⁰ /2

ш, н, min

(7)

где Лп, н, min — минимальное значение нормированного тока шума проверяемого ОУ, А/\У Гц.

Резистор R2 должен быть без токовых шумов (например проволочный).

Допустимое отклонение сопротивления резистора R2 не должно выходить за пределы ±0,5%.

1.2.8.    Сопротивление резистора R4, Ом, выбирают из условия

"лГ“ "яГ⁺ ~яГ⁺ я7’    ⁽⁸⁾

где /?н — сопротивление нагрузки ОУ, Ом;

R_z — входное сопротивление полосового фильтра, Ом, Допустимое отклонение сопротивления резистора R4 не должно выходить за пределы ±5%.

1.2.9.    Емкость конденсатора С, Ф, выбирают из условия

C_H=C+C_M+Cz,    (9)

где С_н— емкость нагрузки проверяемого ОУ, Ф;

С_м — паразитная емкость монтажа, выходной цепи ОУ, Ф;

С_z — входная емкость полосового фильтра, Ф.

ГОСТ 23089.12-86 Стр. 5

Допустимое отклонение емкости конденсатора С не должно выходить за пределы ±5%.

1.2.10. Суммарная паразитная емкость С_ш Ф, состоящая из собственной емкости резистора R2 и емкости монтажа, должна удовлетворять условию

С„<-

0,1

(Ю)

где f — частота, на которой проводят измерение, Гц.

1.2.11. Измерительные приборы и элементы, указанные на электрической структурной схеме, допускается заменять другими устройствами, выполняющими те же функции и обеспечивающими точность измерений, указанную в настоящем стандарте.

1.3. Подготовка и проведение измерений

1.3.1.    Подключают ОУ к измерительной установке.

1.3.2.    Подают на ОУ напряжения от источников постоянного напряжения G1 и G2 и любым известным способом убеждаются в отсутствии генерации ОУ и посторонних наводок.

1.3.3.    Ставят устройство хоммутации 5 в положение 1 и измерителем PV измеряют напряжение £/_ш. вы*, ь

1.3.4.    Ставят устройство коммутации S в положение 2 и измерителем PV измеряют напряжение вы*, 2-

1.3.5.    При необходимости допускается измерять нормированный ток шума и по инвертирующему входу ОУ подключением резистора R2 в цепь инвертирующего входа проверяемого ОУ.

1.4. О б р а б отк а результатов    _

1.4.1. Нормированную эд.с. шума £_ш,,н, В/ V Гц, определяют по формуле

-Ш,

н —

Ri+R,

РЫХ. 1

(11)

где K_z — коэффициент передачи полосового фильтра Z.

Эффективную полосу пропускания полосового фильтра А/* допускается принимать равной полосе пропускания того же фильтра на уровне 0,7 (минус 3 дБ).

1.4.2. Нормированный ток шума /_ш,н определяют по формуле

л[ ( ^Rt    вых.    2    ¹    У    1,66-    КГ²⁰

V \ Ri+Rz    R2    Kz’V&F*) ^Ri

(12)

1.5. Показатели точности измерений 1.5.1. Погрешность измерения нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума ОУ не должна выходить за пределы ±10% с доверительной вероятностью Р* =0.997.

1.5.2. Определение показателей точности измерения нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума приведено в рекомендуемом приложении 1.

2. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ШУМА

2.1.    Принцип, условия и режим измерений

2.1.1.    Метод измерения эффективного значения напряжения шума ОУ основан на выделении заданной полосы шумового спектра ОУ, осуществляемом широкополосным фильтром с дальнейшим измерением эффективного значения напряжения шума, приведенного ко входу.

2.1.2.    Условия и режим измерения — по пп. 1.1.2 и 1.1.3.

2.2.    Аппаратура

2.2.1.    Измерения следует проводить на измерительной установке, электрическая структурная схема которой приведена на черт. 2.

2.2.2.    Источники постоянного напряжения G1 и G2 должны обеспечивать установление и поддержание напряжения питания ОУ с погрешностью, не выходящей за пределы ±1%, и удовлетворять условию

U_m, о,

max <0,1 и_ш , эфф, mln>    (13)

где U_m> о, шах — максимальное эффективное значение напряжения пульсаций и собственных шумов источников постоянного напряжения G1 и G2, приведенное ко входу проверяемого ОУ,В;

Um, эфф, min — минимальное эффективное значение напряжения шума проверяемого ОУ, В.

2.2.3.    Полосовой фильтр z должен обеспечивать полосу пропускания (на уровне минус 3 дБ) от 20 Гц до 20 кГц. Погрешность частот срезов полосового фильтра не должна выходить за пределы ±5%.

Погрешность установления и поддержания коэффициента передачи фильтра не должна выходить за пределы ±2%,

Затухание фильтра вне полосы пропускания с обеих сторон должно быть не менее 24 дБ/окт.

Приведенное ко входу напряжение собственных шумов [/_ш, bxZp В фильтра Z не должно превышать значения

t/ш. „X, Z <0,1 ^R-'±^R^~. U_m, эфф, min*    (14)

'м

2.2.4.    Измеритель PV должен обеспечивать измерение эффективного значения переменного напряжения с относительной погрешностью, не выходящей за пределы ±3%.

ГОСТ 23089.12-88 Стр. 7

Частоты срезов полосы пропускания измерителя PV должны удовлетворять условиям;

/срз, н, PV^fсрз, Н, Zу    (15)

R2

л &1

(Ь Т> ОО ■о а __Г~7 I_ Р\/ VA

^„проверяемый ОУ, G1 G2—источники постоянного напряжени I, 2—полосовой фильтр, Я У*—измеритель эффективного значения переменного напряжения, RJ, R2—резисторы обратной связи, Я.?—резистор нагрузки, С — конденсатор нагрузки, ai — инвертирующий вход ОУ, а2 — неинвертирующий вход ОУ

Черт 2

/.

срз, в, PV

^/срз,

В, 2,

(16)

где fсрз, н, pv\ fсрз, в, pv и /срз, н, Z) fсрз, в, z — нижняя и верхняя частоты срезов полосы пропускания измерителя PV и фильтра г соответственно, Гц.

Приведенное ко входу напряжение собственных шумов Um, их, pv, В измерителя PV не должно превышать значения

и_Ш) вх,

эфф, min* к»

17)

где K_z — коэффициент передачи полосового фильтра.

2.2.5.    Сопротивление резистора R1 должно быть от 10 до 100 Ом. Резистор R1 должен быть без токовых шумов (например проволочный).

Допустимое отклонение сопротивления резистора R1 не должно выходить за пределы ±0,5%.

2.2.6.    Сопротивление резистора R2, Ом, выбирают из условий

R1    v. 'О²

sZ' -“-,

У, U, min

R,+R, К

(18)

Ri ^ ^см, тах"^~^ ^ш, эфф max    (19^

^1+^2 ^ и_выч> тах

где /Су, и,тт — минимальное значение коэффициента усиления проверяемого ОУ;

Uсм, max—максимальное абсолютное значение напряжения смещения проверяемого ОУ, В; и_ш,эфф,max—максимальное эффективное значение напряжение шума проверяемого ОУ, В;

£/вых, max— абсолютное значение максимального выходного напряжения проверяемого ОУ, В.

Резистор R2 должен быть без токовых шумов (например проволочный) .

Допустимое отклонение сопротивление резистора R2 не должно выходить за пределы ±0,5%.

(20)

2.2.7. Сопротивление резистора Ом, выбирают из условия

Ян я_г ⁺ /?з ⁺ Я₂ ’

где /?_н—сопротивление нагрузки проверяемого ОУ, Ом;

R₂ —входное сопротивление фильтра, Ом.

Допустимое отклонение сопротивления резистора R3 не должно выходить за пределы ±5%.

2.2.8. Емкость конденсатора С, Ф, выбирают из условия;

С_я=С+С_и+С₂,    (21)

где Си — емкость нагрузки проверяемого ОУ, Ф;

С_м — паразитная емкость монтажа входной цепи ОУ, Ф;

С_г — входная емкость фильтра, Ф.

Допустимое отклонение емкости конденсатора С не должно выходить за пределы ±5%.

2.2.9. Измерительные приборы и элементы, указанные на электрической структурной схеме, допускается заменять другими устройствами, выполняющими те же функции и обеспечивающими точность измерений, указанную в настоящем стандарте.

2.3. Подготовка и проведение измерений

2.3.1.    Подключают ОУ к измерительной установке.

2.3.2.    Подают на ОУ напряжение от источников постоянного напряжения G1 и G2 и любым известным способом убеждаются в отсутствии генерации ОУ и посторонних наводок.

2.3.3.    Измеряют напряжение £/_ш,вых измерителем PV.

2.4. Обработка результатов

ГОСТ 23089.12-86 Стр. 9

2.4.1.    Эффективное значение напряжения шума {/_ш,эфф, В, приведенное ко входу ОУ, определяют по формуле

6/ш.эфф=|/^Г    (22)

где Af*—эффективная полоса пропускания полосового фильтра Z, Гц.

2.5. П о к а з ате л и точности измерений

2.5.1.    Погрешность измерения — по п. 1.5.1.

2.5.2.    Определение показателей точности измерения эффективного значения напряжения шума приведено в рекомендуемом приложении 2.

з. метод измерения размаха шума

3.1.    Принцип, условия и режим измерения

3.1.1.    Метод измерения размаха шума основан на детектировании шумов двух полярностей с дальнейшим суммированием пиковых значений напряжений.

3.1.2.    Условия и режим измерения— по пп. 1.1.2 и 1.1.3.

3.2.    Аппаратура

3.2.1.    Измерения следует проводить на измерительной установке, электрическая структурная схема которой приведена на черт. 3.

3.2.2.    Источники питания G1 и G2 должны обеспечивать установление и поддержание напряжения питания ОУ с погрешностью, не выходящей за пределы ± 1 %, и удовлетворять условию

А ^Ли, О, mln^0»l А и_ш, min >    (23)

где ДНш,G.max—максимальный размах напряжений собственных шумов и пульсаций источников питания, приведенный ко входу проверяемого ОУ, В;

A U_m> min — минимальный размах шума проверяемого ОУ, В.

3.2.3.    Погрешность измерителя постоянного напряжения PV не должна выходить за пределы ±0,5%.

3.2.4.    Полосовой фильтр Z должен обеспечивать полосу пропускания Af от 0,1 до 10 Гц.

Погрешность установления и поддержания коэффициента передачи фильтра Z в полосе пропускания не должна выходить за пределы ±3%.

Затухание фильтра вне полосы пропускания с обеих сторон должно быть не менее 12 дБ/окт.