開爾文連接是集成電路測試的基礎(chǔ)知識之一，一般線路中的電流大于10mA或者100mA以上，需要測量的電壓精度要求在mV級別時，就必須使用開爾文連接。

? ? ? ? 因為集成電路測試通常無法將測試電路做到被測器件附近，通常會有0.5米到2米的接線。另外，為了方便連接不同的DUT（Device Under Test，被測器件），這些接線通常會采用插接件，線路中也經(jīng)常會采用電子開關(guān)或者繼電器，而這些都會引入線路電阻。這時，導(dǎo)線就不再是理想的，必須考慮導(dǎo)線的電阻的影響。

? ? ? ?先從最簡單的緩沖器電路開始。

? ? ? ? 緩沖器的電路，只考慮了運放的輸出端，沒有考慮地線。實際電路中，地線上的電流更大，因為電路中的電流一般是通過地線返回的。因為要考慮地線一側(cè)的接線電阻，所以，這時反饋電壓必須采用差分輸入的形式。為了方便說明，這里使用電壓控制電壓源作為差分放大器使用。

? ? ? ? 下圖是一個簡單的直流電源的模型。VDAC，用于設(shè)置輸出電壓。EAMP代替運算放大器，注意，放大倍數(shù)很大，這里為1e8，也就是160dB。ESUM代替差分放大器，為了簡單，這里設(shè)置放大倍數(shù)為1。

? ? ? ? 開爾文連接通常叫做四線連接，因為有四條線，如下圖所示，分為 High Force，High Sense，Low Sense，Low Force。其中High Force和Low Sense就是走大電流的線路，統(tǒng)稱為Force線，線路上的電阻就不能忽略。而High Sense和Low Sense，用于檢測電壓，統(tǒng)稱為Sense線，通常電流很小，可以忽略不計，因此可以忽略線路上的電阻。

? ? ? ? 這里問一個小問題，如果負(fù)載RLoad需要并聯(lián)一個電容，那么電容應(yīng)該連接到Force線上還是Sense線上？

? ? ? ? 這個電路是可以在LTspice中仿真的。這里再提供一下開爾文連接的計算。

? ? ? ? 如上圖所示，當(dāng)EAMP的放大倍數(shù)a，a趨于無窮大的時候，Vsum=Vin，也就真正的實現(xiàn)了一個開爾文連接的緩沖器。

? ? ? ? 這種結(jié)構(gòu)，也就是集成電路自動測試設(shè)備ATE的V/I源的基本結(jié)構(gòu)。在High Force或者Low Force線路中串聯(lián)一個電阻，檢測電阻兩端的電壓，就可以實現(xiàn)電流測量。如果使用這個電流兩端的電壓作為反饋控制信號，就可以實現(xiàn)恒流源。V/I源就是通過切換不同的反饋控制方式來實現(xiàn)恒壓輸出(Force Voltage，F(xiàn)V模式)和恒流輸出(Force Current，F(xiàn)I模式)的。上圖在LTspice中仿真，還可以嘗試修改ESUM的放大倍數(shù)，可以觀察計算一下，這個放大倍數(shù)對VH和VL之間的電壓有什么影響。

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此為分割線，以下為蹭熱度補充內(nèi)容

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? ? ? ? 在IC測試中，或者分立元件的測試中，開爾文連接的作用就是為了獲取準(zhǔn)確的電壓測量，或者準(zhǔn)確的電壓輸出。

? ? ? ? 以簡單的電阻測量為例，如果使用兩線測量，無論是輸出電壓測量電流的方式，都會受到導(dǎo)線電阻的影響：

? ? ? ? 從集總參數(shù)角度來說，串聯(lián)電路中，電流處處相等，那么很容易從串聯(lián)的電流采樣電阻上獲得串聯(lián)電路的電流值。但是電壓值，就會受到線路電阻的影響。因此開爾文連接的本質(zhì)就是將電壓分開測量。簡化電路如下圖所示。

? ? ? ? 在實際電路中，利用運放放大器的“虛斷”，即輸入端電流為零來實現(xiàn)零輸入電流的電壓測量。低輸入偏置電流的運算放大器的實際輸入端電流大約是fA級，f是10的-15冪。其實際電壓測量電路如下圖所示：

? ? ? ? 利用儀器放大器，或者緩沖器加差分放大電路，就能夠?qū)崿F(xiàn)相對比較精確的電壓測量。能測量到精密的電壓，利用這個電壓進行反饋，就能夠得到準(zhǔn)確的輸出電壓：

? ? ? ? 上圖x和y之間的電壓就是輸出到電阻RDUT兩端的電壓，即C點的電壓，再利用運算放大器的“虛短”，則A點電壓與C點電壓相等，那么Vin（或者說Uforce）就等于了UDUT。這樣就實現(xiàn)了精確電壓輸出。補充部分，就是對前面的模型的進一步補充說明。