Система для автоматизированного проведения испытаний полупроводниковых приборов Российский патент 2024 года по МПК G01R31/26 G05B23/02 

Область техники

Изобретение относится к области техники сверхвысоких частот (СВЧ) и предназначено для проведения испытаний с целью подтверждения заявленных характеристик цифровых полупроводниковых приборов в граничных режимах работы.

Уровень техники

Известна автоматизированная система контроля электрических величин электронной аппаратуры (Патент RU2727336, опубл. 21.07.2024, МПК G01R31/28), которая содержит ЭВМ, объект контроля, регулируемый блок питания, регистр управления, первая группа выходов которого соединена с группой входов программируемого таймера, группа выходов которого соединена с первой группой входов формирователя команд, вторая группа входов которого соединена со второй группой выходов регистра управления, третья группа выходов которого соединена с группой управляющих входов коммутатора, блок цифро-аналогового преобразования, ЭВМ соединена с принтером через первый порт, контроллер, коммутатор напряжений питания, блок нагрузок и приемо-передающее устройство 13. Недостатком данной системы является невозможность осуществления контроля СВЧ характеристик испытываемого прибора, поскольку в данной системе отсутствует векторный анализатор цепей. Также в данной системе отсутствует возможность программного изменения напряжения питания, что исключает возможность автоматизации испытаний в граничных режимах работы прибора.

Известна система измерения избранных эксплуатационных характеристик СВЧ-компонентов (Патент US6484124, опубл. 19.11.2002, МПК G01R29/26), которая позволяет измерять различные СВЧ характеристики двухпортовых устройств, и которая содержит генератор сигналов, твердотельный усилитель, усилитель мощности, электровакуумный усилитель, испытываемый полупроводниковый прибор, векторный демодулятор, систему переключения векторного демодулятора между генератором сигналов и испытываемы полупроводниковым прибором, цифровой преобразователь сигнала, выход которого подключен к ЭВМ, в памяти которой сохраняются результаты измерений СВЧ характеристик испытываемого прибора.

Недостатком данной системы является отсутствие модулей контроля и подачи напряжений питания, а также модуля измерения токов, что не позволяет фиксировать параметры рабочей точки, в которой находится испытываемый полупроводниковый прибор во время измерения СВЧ характеристик, а также исключает возможность автоматизации испытаний в граничных режимах работы прибора.

Наиболее близким решением по технической сущности, выбранной за прототип, является система автоматизированной проверки устройств распределения и фазирования СВЧ сигнала (Патент RU2790278, опубл. 15.02.2023, МПК G01R29/10), которая содержит мультиметр, источник питания, персональный компьютер, в память которого установлена программа для проверки объекта контроля, создания данных, управления автоматизированным процессом проверки, осциллограф, пульт проверки, генератор сигналов, анализатор цепей, адаптер.

Недостатком известной системы является наличие исключительно одного канала для подачи питания на испытываемый прибор, что ограничивает ее применение для цифровых СВЧ полупроводниковых приборов.

Раскрытие изобретения

Основной технической задачей заявляемого изобретения является создание системы для автоматизированного проведения испытаний полупроводниковых приборов в граничных режимах работы.

Технический результат заключается в расширении области применения.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что в систему для автоматизированного проведения испытаний полупроводниковых приборов, содержащую персональный компьютер, один из входов которого подключен к выходу векторного анализатора цепей, подключенному к объекту проверки, а два других – к выходам вольтметра и амперметра, блока подачи питания, вход которого подключен к выходу блока управления, подключенного к персональному компьютеру, согласно предложенному решению, дополнительно введены блок коммутации логических уровней, входы которого подключены к выходам блока подачи питания и выходу блока управления, а выходы которого подключены ко входам объекта проверки, блок измерения напряжений, входы которого подключены к выходам блока подачи питания, и блок измерения токов, входы которого подключены к выходам блока коммутации логических уровней, при этом блок измерения напряжений и блок измерения токов подключены к блоку управления, а их выходы подключены ко входам вольтметра и амперметра, соответственно, при этом блок управления выполнен в виде микроконтроллера.

Осуществление изобретения

Заявляемая система поясняется демонстрационными материалами, где представлены: на фиг. 1 - функциональная схема системы для автоматического проведения испытаний СВЧ полупроводниковых приборов в граничных режимах работы; на фиг. 2. - электрическая схема блока измерения напряжений; на фиг. 3 - электрическая схема блока измерения токов.

Заявляемая система состоит из следующих основных блоков (фиг. 1):

1 - блок подачи питания;

2 - блок управления;

3 - электронно-вычислительная машина (ЭВМ);

4 - блок коммутации логических уровней;

5 - блок измерения напряжений;

6 - блок измерения токов;

7 - векторный анализатор цепей (ВАЦ);

8 - цифровой вольтметр;

9 - цифровой амперметр;

10 - испытываемый прибор;

11 – ключ К1 блока измерения напряжений 5;

12 – ключ К2 блока измерения напряжений 5;

13 - ключ К1 блока измерения токов 6;

14 – ключ К2 блока измерения токов 6;

15 – ключ К3 блока измерения токов 6;

16 - ключ К4 блока измерения токов 6.

В заявляемой системе блок подачи питания входом 1 подключен к выходу блока управления 2, представляющего собой микроконтроллер, который подключен к ЭВМ 3, а выходом – ко входу блока коммутации логических уровней 4. Выход блока управления 2 подключен к блокам измерений напряжений и токов 5 и 6, соответственно. Блок подачи питания 1 выходами подключен ко входам блока коммутации логических уровней 4, подключаемого выходами к испытываемому прибору 10 и к блоку измерения токов 6, выходом подключенного к амперметру 9. Блок подачи питания 1 выходами также подключен ко входам блока измерения напряжений 5, выход которого подключен к вольтметру 8. Ко входу ЭВМ 3 подключены выходами ВАЦ 7, вольтметр 8 и амперметр 9.

Заявляемая система работает следующим образом.

Управление проведением испытаний прибора 10 производят с помощью программного обеспечения, установленного в память ЭВМ 3. К ЭВМ 3 подключают блок управления 2, выполненный в виде микроконтроллера, ВАЦ 7 и цифровые вольтметр 8 и амперметр 9. Блок управления 2 принимает команды от ЭВМ 3 через интерфейс COM-порта, с помощью которых происходит установка соответствующих уровней питающих напряжений для логического нуля (V_Low), логической единицы (V_High) и отрицательного питания V_Power через блок подачи питания 1. Выставление логических уровней для выводов испытываемого прибора 10 осуществляется через блок коммутации логических уровней 4. Измерение питающих напряжений для их фиксации в журнале испытаний осуществляют через блок измерения напряжений 5 (фиг. 2), который схемотехнически представляет собой две комплементарные пары MOSFET транзисторов в каскадном включении. С помощью ключа 11 K1 происходит выбор напряжения V_Power или V_Low, которое будет подано на следующую комплементарную пару. Далее с помощью ключа 12 K2 происходит выбор между напряжением, поступившим на вход второй комплементарной пары, и напряжением логической единицы V_High, которое будет подано на вход цифрового вольтметра 8. Таким образом, с помощью двух выводов микроконтроллера блока управления 2 возможно измерение трех различных напряжений с использованием одного вольтметра. Особенностью применения данной схемы является то, что измеряемые уровни напряжений должны быть выстроены сверху вниз в порядке увеличения их величины для предотвращения утечек тока через паразитные диоды MOSFET транзисторов. Блок измерения токов (фиг. 3) представляет собой систему из шести ключей на MOSFET транзисторах n и p типа, которые позволяют измерять питающий ток (I_power) и ток логической единицы (I_high) на каждом из каналов испытываемого прибора 10 без прерывания протекания тока через них. В изначальном состоянии ключи К1 13 и К4 16 находятся в открытом состоянии, а ключи K2 14 и K3 15 в закрытом состоянии. Для измерения I_power необходимо открыть транзисторы ключа K2 14. После этого ключ K1 13 закрывается, и ток I_power будет протекать через цепь амперметра 9. После этого происходит переключение ключей в обратной последовательности для возобновления протекания тока через ключ K1 13. Аналогично происходит измерение тока логической единицы I_high.

Процесс измерения СВЧ характеристики испытываемого прибора 10 в заявляемой системе происходит следующим образом:

1. ЭВМ 3 передает команду блоку управления 2 на установку начальной комбинации питающих напряжений (V_Power, V_High, V_Low);

2. ЭВМ 3 передает команду блоку управления 2 на выставление начальной комбинации логических уровней (000000), подаваемых на вход испытываемого прибора 10 (bit1 – bit6) с помощью блока коммутации логических уровней 4;

3. ЭВМ 3 передает команду блоку управления 2 для измерения питающих напряжений и токов на испытываемом приборе 10. Полученные данные от цифровых вольтметра 8 и амперметра 9 передаются на ЭВМ 3 и фиксируются в журнале измерений;

4. ЭВМ 3 передает команду ВАЦ 7 на подачу СВЧ мощности на СВЧ вход испытываемого прибора 10.

5. ВАЦ 7 проводит измерения параметров рассеяния испытываемого прибора 10 при выставленных режимах работы;

6. ВАЦ 7 передает пакет данных с параметрами рассеяния на ЭВМ, где полученные зависимости фиксируются в журнале измерений;

7. ЭВМ 3 передает команду ВАЦ 7 на отключение подачи СВЧ мощности;

8. п.2 – п.7 повторяются для всех комбинаций логических уровней (000000, 000001 …111111), подаваемых на вход испытываемого прибора 10.

9. п.1 – п.8 повторяется для всех комбинаций питающих напряжений, описанных в технических условиях для испытываемого прибора 10.

После завершения проведения измерений система для автоматизированного проведения испытаний СВЧ полупроводниковых приборов в граничных режимах работы переводится в исходное состояние.

Таким образом, технический результат в заявляемой системе достигают за счет введения в нее блока подачи питания 1 с программной установкой питающих напряжений, блока измерения напряжений 5, блока измерения токов 6, а также блока коммутации логических уровней 4, управляемых с помощью блока управления 2, подключаемого к ЭВМ 3.

Промышленная применимость

Заявляемая система применима в области СВЧ техники, полупроводниковой электроники, системах связи и космической технике.

Изобретение относится к области техники сверхвысоких частот и предназначено для проведения испытаний с целью подтверждения заявленных характеристик цифровых полупроводниковых приборов в граничных режимах работы. В заявляемой системе блок подачи питания входом подключен к выходу блока управления, представляющего собой микроконтроллер, который подключен к ЭВМ, а выходом – ко входу блока коммутации логических уровней. Выход блока управления подключен к блокам измерений напряжений и токов, соответственно. Блок подачи питания выходами подключен ко входам блока коммутации логических уровней, подключаемого выходами к испытываемому прибору и к блоку измерения токов, выходом подключенного к амперметру. Блок подачи питания выходами также подключен ко входам блока измерения напряжений, выход которого подключен к вольтметру. Ко входу ЭВМ подключены выходами ВАЦ, вольтметр и амперметр. Техническим результатом при реализации заявленного решения является расширение области применения. 3 ил.

Система для автоматизированного проведения испытаний полупроводниковых приборов, содержащая персональный компьютер, один из входов которого подключен к выходу векторного анализатора цепей, подключенному к объекту проверки, а два других – к выходам вольтметра и амперметра, блока подачи питания, вход которого подключен к выходу блока управления, подключенного к персональному компьютеру, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит блок коммутации логических уровней, входы которого подключены к выходам блока подачи питания и выходу блока управления, а выходы которого подключены ко входам объекта проверки, блок измерения напряжений, входы которого подключены к выходам блока подачи питания, и блок измерения токов, входы которого подключены к выходам блока коммутации логических уровней, при этом блок измерения напряжений и блок измерения токов подключены к блоку управления, а их выходы подключены ко входам вольтметра и амперметра, соответственно, при этом блок управления выполнен в виде микроконтроллера.