Стробоскопический измеритель параметров наносекундных импульсов Советский патент 1984 года по МПК G01R13/34 

I1 Изобретение относится к электрои мерительной технике и может быть ис пользовано в автоматизированных измерительных системах контроля параметров полупроводниковых элементов . Известен стробоскопический.измеритель параметров наносекундных импульсов, содержащий генератор строб импульсов, дискриминатор на туннель ном диоде, регулируемый опорный источник напряжения, преобразователь напряжение - задержка и блок регистрации ij . Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает возмож- ности автоматизации измерений. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является стробоскопический измеритель параме ров наносекундных импульсов, содерж щий задающий генератор импульсов, в ход которого соединен с входом первого .блока электронной задержки и входом второго блока электронной задержки, выходом подключенного к входу преобразователя напряжение задержка, управлякяций вход которого связан с подвижным контактом первой секции второго переключателя, а выход - с входом генератора строб-имп льсов, выходом соединенного через дифференциатор со стробирующим входом амплитудного дискриминатора, вход сброса которого подключен к выходу блока сброса, сигнальный вход к выходу блока подключения испытуемого элемента, вход обратной связи к подвижному контакту второй секции BTOjjpro переключателя, а выход - к входу интегрирующего блока, выход сброса которого связан с входом блока сброса, прямой выход - с первым неподвижным контактом первого переключателя, а инверсный выход с вторым неподвижным контактом перво го переключателя, подвижный контакт которого соединен с входом блока регистрации, причем вход формирователя испытательных сигналов подключей к выходу первого блока электрон ной задержки, а выход - к входу бло ка подключения испытуемого элемента выход регулируемого источника опорного напряжения связан с первым неп движным контактом первой секции второго переключателя и вторым непо ви;кным контактом второй секции второго переключателя, первый неподвиж-, ныи контакт которой соединен с вто.рым неподвижным контактом первой секции и входом блока регистрации, причем генератор строб-импульсов и амплитудный дискриминатор выполнены на туннельных диодах 2J . Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная отсутствием возможности автоматической установки нулевых уровней отсчета амплитуды и врег менного интервала, а также узкий диапазон функциональных возможностей. Цель изобретения - увеличение точности измерения и диапазона функциональных возможностей. Цель достигается тем, что стробоскопический измеритель параметров наносекундных импульсов, содержащий задающий генератор импульсов, выход которого соединен с входом первого блока электронной задержки и входом второго блока электронной задержки, выходом подключенного к входу преобразователя напряжение задержка, управляющий вход которого связан с подвижным контактом первой секции второго переключателя, а выход - с входом генератора стробимпульсов, выходом соединенного через дифференциатор с стробирующим входом амплитудного дискриминатора, вход сброса которого подключен к выходу блока сброса, сигнальный вход к выходу подключения испытуемого элемента, вход обратной связи - к подвижному контакту второй секции второго переключателя, а выход - к входу интегрирующего блока выход сброса которого связан с входом блока сброса, прямой выход - с первым неподвижным контактом первого переключателя, а инверсный выход с вторым -неподвижным контактом первого переключателя, подвижный контакт которого соединен с входом блока регистрации, причем вход формирог вателя испытательных сигналов под- . ключей к выходу первого блока электронной задержки, а выход - к входу блока подключения испытуемого элемента, выход регулируемого источника опорного напряжения связан с первым неподвижным контактом первой секции второго переключателя и вторым неподвижным контактом второй секции второго переключателя, первый непо движный контакт которой соединен с вторым неподвижным контактом первой секции, причем генератор строб-импульсов и амплитудный дискриминатор выполнены на туннельных диодах, снаб жен блоком выборки и запоминания, аналоговым сумматором и коммутатором первый неподвижный контажт которого подключен к .выходу интегрирующего блока и входу блока выборки и запоминания, второй неподвижный контакт к общей шине, а подвижный контакт к второму входу аналогового сумматора, первый вход которого связан с выходом блока выборки и запоминания, а выход - с первым неподвижным конта ктом второй секции второго переключате;ля. На фиг. 1 показана структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.1 - временные диаграммы. , Устройство состоит из задающего генератора 1 импульсов, первого 2 и второго 3 блоков электронной задержки, формирователя .4 испытательных импульсов, блока 5 подключения испытуемого элемента, преобразователя 6 напряжение - задержка, генератора 7 строб-импульсов, дифференциатора 8, амплитудного дискриминатора 9, интегрирующего блока 10, первого переключателя П, блока 12 сброса, блока 13 регистрации, регулируемого источника 14 опорного напряжения. блока 15 выборки и запоминания, аналогового сумматора 16, коммутатора 17 и второго переключателя 18. Блоки 7 и 9 выполнены на туннельных диодах (ТД). Интегрирующий блок 10 включает входной одновибратор, стабилизаторы токов заряда и разряда накопительног го конденсатора, повторитель и инвер тор. Амплитудный дискриминатор 9, интегрирующий блок 10 и цепь обратной связи, соединяющая выход блока 10 с дискриминатором 9, образуют импульсную следящую систему. Выход задающего генератора 1 им-пульсов соединен с входом первого блока 2 электронной задержки и входом второго блока 3 электронной задержки, выходом подключенного к входу преобразователя 6 напряжение задержка, управляющий вход которого .связан с подвижным контактом первой секции второго, перключателя 18, а выход - с входом генератора 7 строб; импульсов, выходом соединенного че- рез дифференциатор 8 с стробирующим 1 02 входом амплитудного дискриминатора 9 вход сброса кат.орого подключен к выходу блока 12 сброса, сигнальный вход - к выхрду блока 5 подключения испытуемого элемента, вход обратной связи - к подвижному контакту второй секции второго переключателя 18, а выход - к входу интегрирую1цего блока 10, выход сброса которого связан с входом блока 12 сброса, прямой вых0д - с первым неподвижным контактом первого переключателя II, а инверсный выход - с вторым неподвижным контактом первого переключателя 11, подвижный контакт которого соединен с входом блока I3 регистрации, причем вход формирователя 4 Испытательных сигналов подключен к выходу первого блока 2 электронной задержки, а выход - к входу-блока 5 подключения испытуемого элемента, выход регулируемого источника 14 . опорного напряжения связан с первым неподвижным контактом первой секции второго переключателя 18 и вторым неподвижным контактом второй секции второго переключателя 18, первый неподвижный контакт которой соединен с вторым неподвижным контактом первой секции. Первый неподвижный контакт коммутатора 17 подключен к выходу интегрирующего блока 10 и входу блока 15 выборки и запоминания, второй неподвижный контакт - к общей шине. 35 подвижный контакт - к второму вхо. ду аналогового сумматора 16, первый вход которого связан с выходом блока 15 выборки и (Запоминания, а выход с первым неподвижным контактом второй секции второго переключателя 18. Устройство работает следующим обр , I, . Генератор 1 импульсов с задержкой, задаваемой блоком 2, запускает формирователь 4 испытательных импуль. сов и с задержкой задаваемой блоком 3, запускает преобразователь напряжение - задержка. Испытательный импульс с .выхода формирователя 4 поступает на вход блока 5 подключения испытуемого элемента для его возбуждения или формирования входного имйульса. Задержка выходного импульса преобразователя 6 напряжение - задер- является линейной функцией напряжения на его управляющем входе. На сигнальный вход дискриминатора 9 потступает ток входного импульса, если измеряются его параметры или начало обсчёта временного параметра произвЫ дится с его определенного уровня. Ес ли измеряются параметры выходного импульса или отсчет временного параг метра заканчивается на его oпpeдeлeн ном уровне, то на сигнальнШ вход дискриминатора 9 поступает ток выходного импульса. На вход обратной связи дискриминатора 9 поступает компенсирующий ток по цепи обратной связи, а на стробирующий вход через дифференциатор 8 (конденсатор) короткий строб-импульс тока, фиксированный по амплитуде. Информация о состоянии туннельного вида дискриминатора 9 поступает на вход интегрирующего блока 0. Для правильной работы импульсной следящей системы устройства необходи мо, чтобы исследуемый импульс тока в дискриминаторе был меньше тока строб импульса. Если .при поступлении строб импульса сумма токов через ТД дискри минатора 9 меньше его пикового тока, то ТД не переключается и сигнал на вход интегрирующего блока 10 не поступа;ет, В этом случае, вследствие разряда накопительного конденсатора блока. 10, напряжение на инверсном выходе интегрирующего блока 0 возрастает и увеличивает положительный компенсирующий ток ТД дискриминатора 9. Если с приходом очередного строб-импульса суммарный ток чег рез ТД дискриминатора 9 станет равным пиковому току, то ТД перейдет в высоковольтное состояние и будет находиться в нем до поступления импульсу сброса. При поступлении сигнала на вход интегрирующего блока 10 потенциал его накопительного конденсатора увеличивается и напряжение на выходе интегрирующего блока 10 уменьшается. При этом сумма токов через ТД уменьшается и с приходом очередного строб-импульса он не срабатывает. В установившемся режиме .переключе ние ТД. будет происходить с частотой, примерно, вдвое меньшей частоты следования строб-импульсов. При этом напряжение на выходе интегрирую щег.о блока 10 поддерживается постоян «ым, а сумма токов через ТД станойится равной его пиковому току.Если tOK входного сигнала отсутствует или строб-импульс смещен на позицию t, то следящая система отработает компенсирующий ток Зо , который в сумме с током строб-импульса станет равным пиковому току. Процесс измерения амплитудных и временных параметров осуществляет- ся двумя тестами. , Б первом тесте блок 15 выборки и запоминания переводится в режим Вьгборка, а второй вход аналогового сумматора 16 посредстврм коммутатора, 17 соединяется с общей шиной. Во втором тесте блок 15 выборки Я запоминания переводится в режим Запоминание, а второй вход аналогового сумматора 16 посредством коммутатора 17 соединяется с выходом интегрирзгющего блока 10. Происходит суммирование или вычитание аналоговым сумматорам 16 двух напряжений напряжения запомненного в первом тесте блоком 15 выборки и запоминания поступающего на первый вход аналогового сумматора 16 и напряжения отрабатьшаемого импульсной следящей Системой во втором тесте и поступают щего на второй вход аналогового сумматора 16. Напряжение, отработанное следящей системой во втором тесте, регистрируется блоком 13. При измерении амплитуды входного импульса в первом тесте строб-импульс переводится на позицию t -| путем подачи напряжения регулируемого источника 14 опорного напряжения с помощью переключателя 18 на управляющий вход преобразователя 6 напряжение - задержка. Импульсная следящая система отрабатывает компенсирующий ток Зо, протекающий по цепи.обратной связи. Во втором тесте строб-импульс переводится на позицию t путем изменения напряжения регулируемого источника 14 опорного напряжения. Поскольку в момент строб-импульса на ТД поступает и входной ток Измеряемой амплитуды, то импульсная следящая система отработает компенсирующий ток, равный входному току измеряемой амплитуды. Напряжение, пропорциональное компенсирующему току и поступившее на второй вход аналогового сумматора 16, регистрируется блоком 13. Это напряжение масштабируется в сумматоре 16. При измерении спада вершины входного импульса (разность амплитуд Uftx.max и minTs первом тесте строб-импульс перемещается на позицию t-. Блок 15 выборки и запоминания запоминает напряжение на выходе интегрирующего блока 10, отработанное импульсной следящей системой. Во втором тесте строб-ймпульс переме щается на позицию Ц. Импульсная следящая система отрабатывает напряжение, поступивщее на второй вход аналогового сумматора 16, пропорциог нальное разнице между амплитудами max и Идх ;, . При измерении задержки включения (временной интервал t - tg) в первом тесте на сигнальный вход дискриминатора 9 поступает ток входного импульса, а иа вход обратной связи через переключатель I8 с выхода источника ГА опорного напряжения - ток равный сумме компенсирующего тока и тока, соответствующего уровню 50% ам плитуды входного импульса Ugx но противополозшой полярности. Цепь об ратной связи с прямого выхода интегрирующего .блока 10 замыкается на управляющий вход преобразователя 6 напряжение - задержка. Импульсная следящая система начинает управлять временным положением строб-импульса по временной оси. Если строб-импулье находится левее позиций tj, то ТД не переключается. Напряжение с прямого выхода интегрирующего блока It) посту пит на управляющий вход преобразоват теля 6 напряжение - задержка и сдвинет на один шаг строб-импульс вправо по временной оси. Процесс, продолжается до совмещения строб-импульса с точкой фронта в момент tj. После сов мещения строб-импульс колеблется вок руг точки фронта в момент tg, а пере ключение ТД происходит с частотой, вдвое меньшей частоты строб-импульсов. При этом напряжение на выходе интегрирующего блока поддерживается постоянным. Величина этого напряжения соответству.ет временному интерва лу между моментом запуска преобраэ6 вателя 6 напряжение - задержка и моментом, когда уровень входного импуг льса достигает 50% амплитуды в момент ie. Это напряжение запоминается блоком 15 выборки и запоминания. Во втором тесте на сигнальный вход дискриминатора 9 поступает ток выходного импульса, а на вход обратной связи с выхода источника 14 через переключатель 18 - ток, равный сумме тока 3 и тока, соответствующего уровню 50% амплитуды тока выходного импульса, но противоположной полярности. Цепь обратной связи с инверсного выхода интегрирующего блока 10 замыкается на управляющий вход преобразователя 6 напряжение задержка. . Импульсная следящая система отработает напряжение, необходимое для перемещения строб-импульса с позиции tg на позицию i-g . Это напряжение суммируется с запомненным напряжением первого теста аналоговым сум-, матором 16 исумма этих напряжений на выходе аналогового сумматора будет соответствовать временному интервалу между моментом запуска преобразователя 6 напряжение - задержка и моментом, когда уровень выходного импульса достигнет 50% амплитуды (момент tg). При измерении длительности импуль- са (например, входного) и в первом и во втром тестах на вход дискриминатора 9 поступает ток .входного импульса, а от регулируемого источника 14 опорного напряжения через перекпючатель 18 на вход обратной связи ток, равныйсумме тока З и тока, соответствующего уровню 50% амплитуды тока входного импульса но противоположной полярности. Цепь обратной связи в первом тесте соединяет преобразователь 6 напряжение - задержка с прямым выходом, а во втором тесте - с инверсным выходом блока 10. В первом тесте следящая система отработает напряжение, соОтветству- ющее временному интервалу между моментом запуска преобразователя 6 напряжение - задержка и моментом, когда уровень входного импульса достигнет 50% амплитуды. Во втором тесте следящая система отработает напря ение, необходимое для перемещения строб-импульса с позиции iy на позибПри измерении фронта импульса (например, выходного и в первом и во втором тесте на вход дискриминатора поступает ток выходного импульса. От регулируемого источника 14 опорного напряжения через переключатель 18 на вход обратной связи в первом тесте поступает ток, равный сумме токаЗ и тока, соответствующего уровню 10% (

амплитуды тока выходного импульса, но противоположной полярности, а во втором тесте ток, равный сумме тока Je и тока, соответствующего уровню 90% амплитуды тока выходного импульса, но противоположной полярности. Цепь обратной связи и в первом и во втором тестах соединяет преобразователь 6 напряжение - задержка с инверсным выходом блока 10. В первом-тесте следящая система отработает напряжение, соответствующее временному интервалу между моментом запуска преобразователя 6 напряжение - задержка и моментом, когда уровень выходного импульса достигнет 10% амплитуды. Во втором тесте следящая система отработает напряжение, необходимое для перемещения строб-импульса с позиции i на позицию i л

При измерении временных параметт ров на срезе импульса диапазон измег рений перемещается в район среза входного и выходного импульсов блоком 3 электронной задержки, а в остальном работа устройства аналогична вышеописанной.

Предлагаемое устройство обеспечивает возможность автоматической установки нулевых уровней отсчета амплитуды и, временного интервала, что повышает точность измерения и позволяет расширить диапазон функцио нальных возможностей.

W

l4k

СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий задающий генератор импульсов, выход которого соединен с входом первого блока электронной задержки и входом второго блока электронной задержки,.выходом подключённого к входу преобразователя напряжение - задержка, управляющий вход которого связан с подвижным контактом первой секции второго переключателя, а выход - с входом генератора строб-импульсов, выходом соединенного через дифференциатор с строг бирукщим входом амплитудного дискриг минатора, вход сброса которого подключен к выходу блока сброса, сигнальный вход - к выходу блока подключения испытуемого элемента, вход обратной связи - к подвижному контакту второй секции второго переключателя, а выход - к входу интегрирующего блока, выход сброса ко- . торого связан с входом блока сброса, прямой выход - с первым неподвижным контактом первого переключателя, а инверсньй выход - с вторым неподвижным контактом первого переключателя, подвижный контакт, которого соединен с входом блока регистрации, причем вход формирователя испытательных сигналов подключен к выходу. первого блока электронной задержки, а выход - к входу блока подключения испытуемого элемента, выход регулируемого источника опорного напряжения связан с первым неподвижным контактом первой секций второго переключателя и вторым неподвижным контактом второй секции второго переключателя, первый неподвижный контакт которой соединен с вторым неподвижным контактом первой секции, (Л причем генератор строб-импульсов и с амплитудный дискриминатор выполнены на туннельных диодах, о т л и ч а-, ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения точности измерения и диапазона функциональных возможностей, оон снабжен блоком выборки и запоминаэо ния, аналоговым сумматором и коммутатором, первый неподвижный контакт которого подключен к выходу интегрирующего блока и входу блока выборки о и запоминания, второй неподвижный ND контакт - к общей шине, а подвижнЬш контакт; - к второму входу аналогово. го сумматора, первый вход которого связан с выходом блока выборки и запоминания, а Выход - с первым неподвижным контактом второй секции второго переключателя. ,