由失調(diào)電壓導(dǎo)致故障的一則案例分析

放大器的失調(diào)電壓是工程師在直流耦合電路設(shè)計(jì)中，評(píng)估頻次極高的參數(shù)，本篇通過(guò)一個(gè)案例介紹失調(diào)電壓的影響方式，以及探討產(chǎn)生原因。

1．由失調(diào)電壓導(dǎo)致故障的一則案例

2019年8月11日（星期日）晚，筆者接到負(fù)責(zé)電源領(lǐng)域同事的信息，一家上市公司在汽車(chē)電子領(lǐng)域首款產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)測(cè)試中出現(xiàn)異常，其中使用ADI放大器設(shè)計(jì)的電路發(fā)生“失效”問(wèn)題，急需申請(qǐng)失效分析。8月12日上午現(xiàn)場(chǎng)拜訪該企業(yè)，工程師講述電路設(shè)計(jì)不存在問(wèn)題，并且通過(guò)ADI官方指定渠道購(gòu)買(mǎi)15片ADA4851－1，其中2片芯片所在的板卡出現(xiàn)“失效”，將“失效”板卡中ADA4851－1芯片與正常工作板卡的ADA4851－1芯片進(jìn)行互換，“失效”現(xiàn)象跟隨“異常芯片”繼續(xù)復(fù)現(xiàn)，因此要求進(jìn)行失效分析。

面對(duì)上述問(wèn)題的現(xiàn)象描述，筆者無(wú)法定位問(wèn)題的根源。與項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人詳細(xì)了解電路圖和測(cè)試過(guò)程。如圖2．7，使用ADA4851－1組建差動(dòng)放大電路，電路由＋5V單電源供電，TP1000網(wǎng)絡(luò)由參考電壓源提供。工作中在輸入端TP1001網(wǎng)絡(luò)與TP1006網(wǎng)絡(luò)連接到地時(shí)，如果ADA4851－1的輸出端（TP1011網(wǎng)絡(luò)）電壓超出±38．7mV時(shí)，系統(tǒng)判定電路出現(xiàn)異常并終止工作，上述2片“異常芯片”的輸出電壓均超過(guò)±38．7mV。

圖2．7 ADA4851－1應(yīng)用電路

參考ADA4851－1的電氣參數(shù)進(jìn)行分析，如圖2．8。在25℃環(huán)境中，＋5V供電，電路增益為1時(shí)，輸入失調(diào)電壓的典型值為0．6mV ，最大值為3．4mV。

圖2．8 ADA4851－1輸入失調(diào)電壓

假定圖2．7中的比例電阻完全匹配，即R1000與R1010為220Ω，R1001與R1011為12KΩ。該差動(dòng)放大電路的增益為54．4倍。輸入失調(diào)電壓經(jīng)過(guò)放大后的輸出應(yīng)為32．7mV（典型值）時(shí)電路正常工作，但是失調(diào)電壓最大值對(duì)應(yīng)的輸出值為185．5mV，已經(jīng)超出判定故障的閾值電壓。并且在＋5V電壓供電時(shí)，ADA4851－1失調(diào)電壓的分布如圖2．9，輸入失調(diào)電壓為±1mV附近的情況出現(xiàn)頻次較高，此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓為±54．4mV，同樣超出系統(tǒng)判定的閾值電壓。

圖2．9 ADA4851－1輸入失調(diào)電壓分布