Устройство для контроля передаточной характеристики КМОП инвертора Советский патент 1984 года по МПК G01R31/28 

Изобретение относи ся к средствам контроля электронных узлов приборов времени, а именно к средствам контроля передаточной характеристики КМОП инвертора, используемого в качестве активного элемента кварцевого генератора кварцевых наручных часов и может быть .использовано в часовой промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения передаточной характеристики логических схем, содержащее источник линейно изменяющегося напряжения, источник смещения, средство для подключения контролируемого объекта, осциллограф, на вход X которого и на / вход контролируемого объекта подается линейно изменяющееся напряжение и необходимое напряжение смещения, а выход контролируемого объекта соединен с входом Y осциллографа , на экране которого при этом получается зависимость напряжения на выходе инвертора в функции от времени, которая для рассматриваемого случая, отображает зависимостьнапряжения на выходе от напряжения нл, входе, т.е. передаточную характеристику 11 .

Недостатками известного устройства являются малая разрешающая способность и как следствие низкая достоверность контроля и точность измерения длительности плоского jniacTKa в активной области передаточной характеристики, возникающего в процессе изготовления часовой интегральной микросхемы, в состав которой входит инвертор. о

Кроме того, известное устройство не позволяет автоматизировать процесс контроля.

Целью, изобретения является повышение разрешающей способности, дострй рности и точности контроля длительности плоского участка на передаточной характеристике КМОП инвертора, а также возможность автоматизации процесса контроля.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для контроля передаточной характеристики ШОП инвертора, содержащее источник питания, блок формирования линейно изменяюще1 ося напряжения, средство для подключения контролируемого объекта и блок индикации, введены формирователь опорньк напряжений, ключи, повторитель, дифференциатор, детектор уровня, измерительный блок, блок управления, причем вход формирователя опорных напряжений соединен с первым выходом источника питания, первый выход блока формирования линейно изменяющегося напряжения через ключ соединен с входом средства для подключения контролируемого объекта, другой вход которого через второй ключ соединен с вторым выходом источника питания, а выход средства для подключения контролируемого объекта через последовательно соединенные повторитель и дифференциатор подключен к входу детектора уровня, другой вход которого соединен с выходом формирователя опорных напряжений, а выход детектора уровня соединен с первым входом измери- . тельного блока и третьим входом блока управления, второй выход блока формирования линейно изменяющегося напряжения соединен с вторыми входами измерительного блока и блока управления, первый вход последнего соединен с клеммой сигнала Пуск, третий выход блока формирования ли-, нейно изменяющегося напряжения соединен с четвертым входом измерительного блока, первый выход блока управления соединен с первь входом блока формирования линейно изменяющегося напряжения, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя опорных напряжений, второй выход блока управления соединен с управляющими входами ключей, третий выход - с третьим входом измерительногоблока, четвертый и пятый выходы соединены соответственно с вторым и третьим входами блока индикации, первый вход которого соединен с выходом измерителвного блока.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства-, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит источник 1 питания, блок 2 формирования опорных напряжений, блок 3 формирования линейно изменяющегося напряжения, ключи 4 и 5, средство для подключения контролируемого объекта 6, повторитель 7, дифференциатор 8, детектор 9 уровня, измерительный блок

10, блок 11 управления, блок 12 индикации, причем первый выход 18 блока формирования линейно изменяющегося напряжения соединен через ключ 5 с входом средства для подключения контролируемого ъекта 6, выход которого через повторитель 7 и дифференциатор 8 соединен с первым входом детектора 9 уровня, второй вход которого соединен с первым выходом блока 2 формирования опорных напряжений, при этом второй выход последнего соединен с вторым входом 17 блока 3 формирования линейно изме-. няющегося напряжения, первый вход 16 которого соединен с первым выходом 41 блока 11 управления. Второй выход 19 блока формирования линейно изменяющегося напряжения соединен с вторым входом 33 блока 11 управления и вторым входом 22 измерительного блока 10, а третий выход 20 с четвертым входом 24 измерительного блока 10, третий вход которого 23 соединен с третьим выходом 43 блока 11 управления, а первый вход 21 - с выходом детектора 9 уровня и третьим входом 34 блока 11 управления, первый вход 32 которого соединен с клеммой сигнала Пуск, а второй выход 42 - с управляющими входами ключей 4 и 5, четвертый 44 и пятьй 45 выходы - соответственно с вторым 47 и третьим 48 входами блока 12 индикации, первьй вход 46 которого соединен с выходом 31 измерительного блока 10, первый выход источника 1 питания соединен с входом блока 2 формирования опорных напряжений, а второй выход через ключ 4 - с входом одного из полюсов питания средства для подключения контролируемого объекта 6, вход второго полюса питания которого соединен с общей шиной устройства.

Блок 3 формирования линейно изменяющегося напряжения содержит кварцевый генератор 13, счетчик 14 и интегратор 15, причем выход кварцевого генератора 13 соединен со счетным входом счетчика 14, и третьим выходом 20 блока, вход R счетчика 14 соединен с первым входом 16 блока, единичньй выход старшего разряда счетчика 14 соединен с вторым выходом 19 блока,инверсный выход старшего разряда

0940204

счетчика 14 соединен с первым входом интегратора 15, второй вход которого соединен с вторым входом 17 блока, а выход интегратора 15 соединен с

5 первым выходом 18 блока.

Измерительный блок 10 содержит инвертор 25, триггеры 26 и 27, элемент И 28, счетчик 29, схему 30 сравнения кодов, причем вход ин0 вертора 25 соединен с первым входом 21 блока, а выход инвертора 25 - с входом t триггера 26 и входом элемента И-28, другой вход которого соединен с единичным вы15 ходом триггера 26, и входом С триггера 27, а третий вход - с четвертым входом 24 блока, при этом второй вход 22 блока соединен с входами и Э триггера 26 и входом k триг20 гера 27, единичный выход которого соединен с входом схемы 30 сравнения, третий вход 23 блока сое.динения с входами R триггеров 26 и 27 и счетчика 29, вход D которо25 го соединен с выходом элемента И 28, а выходы счетчика 29 соединены с первой группой входов схемы 30 сравнения кодов, на вторую группу входов которой подан импульс соответствую30 щий по величине допустимой длительности плоского участка передаточной характеристики/- oft.

Блок 11 управления содержит триггеры 35-37, элементы ИЛИ 38 и 40 и

3 форм11рователь 39 сигнала начальной

установки, выход которого соединен с первыми входами элементов ИЛИ 28 и 40, при этом первый вход 32 блока . соединен с входом 5 триггера 35

40 и вторым входом элемента ИЛИ 38,выход которого соединен с входами триггеров 36 и 37 и третьим выходом 43 блока, инверсный выход триггера 35 соединен с первым выходом 41 бло45 ка, а единичный выход триггера 35 соединен с входом Б триггера ЗЪ и вторым выходом 42 блока, единичный выход триггера 36 соединен с втррым входом элемента ИЛИ 40 и пя50 тым выходом 45 блока, второй вход

33блока соединен с входом С триггера 36 и входом D триггера 37,единичный выход которого соединен с четвертым выходом 44 блока, выход

52 элемента ИЛИ 40 соединен с входом R триггера 35, а вход С триггера 37 соединен с третьим входом

34блока.

Блок 12 индикации содержит элементы И 49 и 30 и индикаторы 51-53, причем первый вход 46 блока соединен с индикатором 51 и инвертирующим входом элемента И 49, второй вход которого соединен с инвертирующим входом элемента И 50 и вторым входом 47 блока, третий вход 48 блока соединен с вторым входом элемента И 50 и третьим входом элемента И 49, выход которого соединен с индикатором 52, а выход элемента И 50 соединен с индикатором 53.

При включении питания формирователь 39 сигнала начальной установки в блоке 11 управления формирует на своем выходе импульс, который через элементы ИЛИ 38 и 40 поступает на вход R триггеров 35-37 и третий выход 43 блока 11 управления, откуда он поступает на третий вход 23 измерительного блока 10,и следовательно, на входы R триггеров 26 и 27 и счетчик 29, устанавливая: триггеры 35, 36, 37, 26, 27 и счетчик 29 в нулевое положение. Высокий уровень с инверсного выхода триггерг., 35 поступает на первый выход 41 блока управления, а с него - на первьй вход 16 блока 3 формирования линейно изменяющегося напряжения, и, следовательно, на вход R счетчика 14, удерживая его в нулевом состоянии. Уровень единицы с инверсного выхода старшего разряда счетчика 14 поступает на первьш вход интегратора 15, выполненного, например, на основе операционного усилителя. На выход интегратора 15, при наличии на пер-ъ вом его входе уровня единих Ь с помощью опорного напряжения, поступающего на его второй вход с второго входа 17 формирователя 3 линейно изменяющегося напряжения, и, елеДЬвательно, с второго выхода блока 2 формирования опорных напряжений, устнавливается напряжение равное Е , ,где Е - напряжение питания контролируемого объекта, равное в данном случае минус 1,4-1,6 В, и поступает на первый выход 18 блока 3 формирования линейно изменяющегося напряжения и, следовательно, на вход ключа 5, который также как и ключ 4 находится в непроводящем сое-тоянии, так как на их управляющие входы поступает уровень нуля с единичного выхода триггера 35 через второй выход 42 блока 11 управления При этом напряжение питания и входной сигнал на средство для подключения контролируемого объекта 6 не подается. На выходе повторителя 7 в этом случае устанавливается потенциал нуля. Потенциал нуля также устанавливается на выходе дифференциатора 8, что в свою очередь вызывает появление уровня нуля на выходе детектирования . На выходе измерительного блока 10 в исходном состоянии присутствует уровень нуля, что при наличии уровней нуля на единичном выходе триггеров 36 и 37, а следовательно, на пятом 45 и четвертом 44 выходах блока 11 управления, приводит к тому, что индикаторы 51-53 блока 12 индикации, в качестве которых могут быть использованы, например, светодиоды, или лампы накаливания, находятся в выключенном состоянии, т.е. не светятся.

Работа устройства для контроля передаточной характеристики КМОП инвертора начинается при поступлении команды Пуск, которая подается после соединения контролируемого КМОП инвертора (часовой микросхемы) и средства для подключения контролируемого объекта 6, в качестве которого используется либо контактное устройство, если контролируемым объектом является микросхема, вьшускаемая в стандартном корпусе, . либо система зондов, если контролируемым объектом является бескорпусная микросхема. При этом переднему фронту команды Пуск (фиг.2а) поступающей на первый вход 32 блоки 11 управления, триггер 35 устанавливается в состояние единицы и одновременно импульс Пуск поступает

I через элемент ИЛИ 38 на входы R триггеров 36 и 37, а через выход 43 блока 11 управления на третий вход измерительного блока 10, и, следовательно, на выходы R триггеров 26 и 27 и счетчика 29, подтверждающая их нулевое состояние. Уровень нуля с инверсного выхода триггера 35 поступает на первый выход 41 блока 11 управления и через первый вход, 16 блока 3 формирования линейно

.изменяющегося напряжения - на вход R счетчика 14, разрешая ему счет импульсов, поступающих на вход С с выхода кварцевого генератора 13, Одновременно уровень единичного выхода триггера 35 поступает на вход D триггера 36, разрешая в него запись единицы, и на второй выход 42 блока 11 управления, следовательно, - на управляющие входы ключей 4 и 5 (в качестве которых могут быть использованы например, МОП транзисторы со схемами управления), переводя их в проводящее состояние. Таким образом подается питание на контролируемый объект с второго выхода источника 1 питания и входной сигнал с первого выхода 18, блока 3 формирования линейно изменяющегося сигнала (фиг.2д), который в этот момент равен минус Е . Наличие на входе контролируемого объекта потенциала минус Е приводит к появлению на его выходе, и, следовательно, выходе средства для его подключения потенциала нуля (фиг.2а). Поскольку на втором выходе 19 блока 3 формирования линейно изменяющегося напряжения в этот момент орисутствует уровень нуля, поступаю щий на него с единичного выхода ста шего разряда счетчика 14, и, следовательно, через второй вход 22 изме рительного блока 10 на входы D и К триггера 26 и вход D триггера 27, а через вход 33 - на вход D триггера 37 и вход С триггера 36 в бло ке 11 управления, то возможное появление сигнала помехи на выходе ди ференциатора 8 и детектора 9 уровня при срабатывании ключей 4 и 5 не вы зывает срабатывания указанных триггеров в измерительном блоке 10 и в блоке 11 управления. После того, как в старшем разряд счетчика 14 будет записана единица (фиг.2,на инверсном выходе ноль) , на выходе интегратора 15 начнет формироваться линейно изменяющееся от минус Е до нуля напряжение (фиг.2д Изменение напряжения на выходе контролируемого инвертора, а следовательно, и на выходе повторителя 7 в этом случае автоматически соответствует его передаточной характеристике (фиг.2е). Для того, чтобы на п редаточной характеристике можно был обнаружить плоский участок, длитель .ность рабочего хода линейно изменяющегося напряжения, т.е. время изменения его от минус Е до нуля, выбирается достаточно большой, например, в пределах 0,5-1 с. В случае наличия на передаточной характеристике КМОП инвертора плоского участка (фиг.2е), выходной сигнал дифференциатора 8 имеет вид, представленный нэ фиг.2ж. Выходной импульс дифференциатора Вимеет плоскую вершину, соответствующую линейным участкам передаточной характеристики , просадку практически до нуля в месте формирования плоского участка (так как U,, Const,то ВХ .,v. И пологие передний и задний фронты, обусловленные отклонением передаточной характеристики от линейного закона изменения и погрешностью дифференцирования дифференциатора 8., Сигнал с выхода дифференциатора 8 поступает на вход детектора 9 уровня, который может быть выполнен на основе компаратора, порог срабатывания которого Up задается опорным напряжением, поступающим с первого выхода блока формирования опорных напряжений. Выходной сигнал детектора 9 уровня в виде двух прямоугольных импульсов (фиг.2и), пауза между которыми соответствует длительности плоского участка, поступает в измерительный блок 10 через первый вход 21, где предварительно инвертируется инвертором 25, а затем поступает с его выхода (фиг.2к) на вход С триггера 26 и второй вход элемента И 28, первый вход которого соединен с выходом триггера 26 и входом С триггера 27, а третий вход соединен с выходом кварцевого генератора 13 через третий выход 20 блока 3 формирования линейно изменяющегося напряжения и четвертый вход измерительного блока 10. Срабатывание триггера 26 происходит по перепаду из единицы в нуль на выходе инвертора 25, при этом с выхода триггера 26 на первый вход элемента И 8 поступает потенциал единицы. При поступлении с выхода инвертора .25 пбтенциала единицы, соответствующего длительности плоского участка, на выходе элемента И 28 (фиг.2н). формируется импульс длительностью t, заполненный импульсами кварцевого генератора 13. Выходной сигнал злемента И 28 представляет собой пачку импульсов, которые подсчитывают ся счетчиком 29. По перепаду из единицы в нуль на выходе детектора 9 уровня (фиг.2и) происходит срабатывание триггера 37 в блоке 11 управления. При этом с единичного выхода триггера 37 через четвертый выход 44 блока управления на второй вход устройства 12 индикации и, следовательно, на второй вход элемента И 49 и второй инвертирующий вход элемента И 50 поступает уровень единиЩ), открываюощй первый и закрывающий второй. По второму перепаду из единицы в нуль на выходе инвертора 25 триггер 26 вернется в исходное положение, закрывая элемент И 28 и одновременно по перепаду из единицы в нуль на единичном выходе триггера 26 произойдет запись единицы в триггер 27, уровень единицы с единичного выхода которого поступает на вход схемы 30 сравнения кодов и производит опрос результата сравнения содержимого счетчика 29, входы которого подключены к первой группе входов схемы 30 сравнения кодов, на вторую группу входов которой записан код максимально допустимой длительности плоского участка. Если число записанное в счетчике 29, превышает число, установленное на входах схемы 30 сравнения кодов, то на выходе схемы 30 сравнения кодов формируетс потенциал единицы (фиг.2п, сплошная линия), поступающий через выход 31 измерительного блока 10 на первый вход 46 блока 12 индикации-, вызывая загорание индикатора 51 . Если же число, записанное в счетчике 29, окажется меньше то на выходе схемы 30 сравнения кодов будет присутствовать потенциал нуля (фиг. 2п, пунктирная линия) и срабатывания индикатора 51 не произойдетi В этом случае результат контроля будет выведен на индикацию после переполнения счетчика 14 в блоке 3 формирования линейно изменяющегося напряжения. При этом по перепаду из единицы в нуль на единичном выходе старшего разряда счетчика 14 произойдет срабатывание триггера 63 в блоке управления, что в свою очередь приведет к тому,что потенциал единицы с единичного выхода триггера 36 через элемент ИЛИ 40 поступит на вход R триггера 35, возвращая его в исходное состояние (фиг.2б) и одновременно через пятый выход 45 блока управления и третий вход 48 блока 12 индикации - на третий вход элемента И 49 и второй вход элемента И 50, открывая элементы И 49 и 50 по указанным входам. При этом на выходе элемента И 49 будет сформирован потенциал единицы (фиг.2р, пунктирная линия), что приведет к загоранию индикатора 52 Годен. Поскольку триггер 35 вернулся в исходное состояние, то уровень единицы с его инверсного выхода, поступающий на вход R счетчика 14, будет удерживать последний в исходном состоянии. Уровень нуля с единичного выхода триггера 35, поступающий через второй выход 42 блока управления на управляющие входы ключей 4 и 5 установит в непроводящее состояние, отключая контролируемый объект от источника 1 питания и первого выхода 18 блока 3 формирования линейно изменяющегося напряжения. Сигнал на выходе повторителя 7 в этом случае упадет до нуля (фиг.2е).Таким образом, контроль КМОП инвертора закончен. При повторном поступлении Команды Пуск по переднему фронту происходит обнуление триггеров 36 (фиг.2г), 37 (фиг.26) 26 и 27 (фиг.2л,м) и счетчика 29. Одновременно происходит запись единицы в триггер 35. В дальнейшем цикл работы устройства повторяется. Если по какой-либо причине, например неисправности контролируемого объекта по вьпсоду, сигнал на выходе повторителя 7 будет отсутствовать, то при этом не произойдет -срабатывание детектора 9 уровня, и, следовательно, не произойдет и срабатывания триггера 37, а после срабатывания триггера 36, которое произойдет по перепаду из единицы в нуль на единичном выходе счетчика 14, произойдет загорание индикатора 53 Брак И,свидетельствующего о неисправности контролируемого объекта, так как на входы элемента И 50 будут поступать разрешающие потенциалы с единичных выходов триггеров 36 и 37, что приведет к появлению потенциала единицы на его выходе.

Если контролируемый объект не имеет плоского участка на передаточной характеристике, то сигнал на выходе дифференциатора не будет иметь участка U., .-хО, а следоваВЫ ...

тельно, на выходе детектора 9 уровня будет сформирован одинарный импульс. В этом случае не произойдет срабатывания триггера 27 поскольку триггер 26 будет оставаться в единице, и, следовательно не будет опрашиваться схема 30 сранения кодов и выходной сигнал измерительного блока 10 будет равен уровню нуля, что приведет к срабатыванию индикатора 52 Годен.

Предложенное устройство может работать как автономно, так и в составе автоматизированной системы контроля. При автономном использовании устройства команда Пуск может подаваться вручную, например, от кнопки. При использовании устройства в составе автоматизированной системы контроля выходные сигналы снимаются с выходов элементов И 49 и 50 и выхода измерительного блока 10.

Блок опорных напряжений в простейи м варианте представляет собой регулируемых резистивных делителя, питание которых осуществляется от одного источника опорного- напряжения, например, стабилизатора, питание которого в свою очередь осуществляется от источника 1 питания. Дифференциатор может быть вьтолнен на основе операционного усилителя.Формирователь сигнала начальной установки может быть выполнен либо на основе кнопки, либо на основе детектора уровня,вход которого подключен к интегрирующей цепи, либо может быть использовано сочетание указанных средств.

Использование предлагаемого устройства позволит предотвратить установку в часы микросхем, имеющих недопустимо большой плоский участок в активной области передаточной характеристики инвертора,вызывающих ухудшение параметров кварцевого генератора,и как следствие повысить качество кварцевых наручных часов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ КМОП ИНВЕРТОРА, содержащее источник питания, блок формирования линейно изменяющегося напряжения, средство для подключенияконтролируемого объекта и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, достоверности и точности контроля передаточной характеристики КМОП инвертора, а также с целью автоматизации процесса контроля, в него введены формирователь опорных напряжений, ключи, повторитель, дифференциатор, детектор уровня, измерительный блок, блок управления, причем вход формирователя опорных напряжений соединен с первым выходом источника питагшя, первый выход блока формирования линейно изменяющегося напряжения через ключ соединен с входом средства для подключения контролируемого объекта, другой вход которого через второй ключ соединен с вторым выходом источника питания, а выход средства для подключения контролируемого объекта через последовательно соединенные повторитель и дифференциатор подключен к входу детектору уровня, другой вход которого соединен с выходом формирователя опорных напряжений, а выход детектора уровня соединен с первым входом измерительного блока и третьим входом блока управления, второй выход блока формирования линейно изменяющегося напряжения соединен с вторыми входами измерительного блока и блока управления, первый вход последнего (Л соединен с клеммой сигнала Пуск, третий выход блока формирования линейно изменяющегося напряжения соединен с четвертым входом измерительного блока, первый выход блока управления соединен с первым входом блока формирования линейно изменяюсо щегося напряжения, второй вход коi4 О Ю торого соединен с вторым выходом формирователя опорных напряжений, второй выход блока управления соединен с управляющими входами ключей, О третий выход - с третьим входом измерительного блока, четвертый и пятый выходы соединены соответственно с вторым и третьим входами блока индикации, первый вход которого соеди нен с выходом измерительного блока.