Устройство для измерения электрических параметров интегральных микросхем Советский патент 1992 года по МПК G01R31/28 

Фиг.1

Изобретение касается контроля качества и надежности интегральных микросхем (ИМС), электрорадиоэлементов, электронных устройств и блоков и может быть использовано для контроля их статистических параметров и функционального контроля.

Известно устройство задания входных воздействий и измерения при контроле статических параметров ИМС, содержащее повторитель, усилитель мощности, усилитель с масштабными резисторами, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), измерительные резисторы тока и напряжения. Данное устройство является по своей сути преобразователем напряжения и тока и предназначено для работы в составе системы, выполненной по так называемой централизованной структуре размещения измерительных ресурсов. В известном устройстве не рационально используются измерительные ресурсы, что приводит к значительным аппаратным затратам.

В указанной структуре устройство находится на значительном удалении от контролируемой ИМС, к тому же, может поочередно подключаться к нескольким рабочим местам при помощи релейного коммутатора. Все перечисленное представляет наличие длинных связей (измерительных линий), имеющих в своем составе, как правило, и контакты реле коммутатора. Это, с одной стороны, приводит к увеличению электрической емкости указанных связей, а с другой стороны - активного сопротивления. С целью уменьшения влияния перечисленных факторов на точностные характеристики устройства с него введены дополнительные элементы, выполненные на основе операционных усилителей (ОУ), которые характеризуются таким параметром влияющим на точность работы устройства, как напряжение смещения. Известно, что приведенная ко входу преобразователей напряжения и тока погрешность прямо пропорциональна сумме напряжений смещений входящих в устройство ОУ. В данном устройстве таких ОУ три. Наличие указанных дополнительных элементов обуславливает не только низкую точность измерения устройства, но и его низкую устойчивость за счет повышения чувствительности к высокочастотным воздействиям, неизбежным при контроле ИМС, вызванной расширением полосы пропускания при последовательном включении нескольких ОУ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения электрических параметров интегральных микросхем, которое содержит измерительный усилитель, блок задания масштабов, входом соединенный с выходом измерительного усилителя, выходом - с первым выходом устройства, компаратор, первый вход которого подключен к выходной клемме первого источника опорного напряжения, а выход связан с вторым выходом устройства, второй источник опорного напряжения, повторитель, блок задания режимов, блок вычитания.

Основными недостатками устройства являются, во-первых, большие аппаратные затраты, вызванные нерациональным использованием имеющихся блоков на основе ОУ, во-вторых, недостаточно высокиеточности измерения и устойчивость, вызванные наличием блока вычитания в цепи обратной связи (ОС) - источника дополнительных погрешностей и дестабилизирующих факторов в режиме задания тока и измерения

напряжения.

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение точности изме- рения при обеспечении устойчивости работы.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения электрических параметров интегральных микросхем, содержащее измерительный усилитель, блок задания масштабов, входом соединенный с

выходом измерительного усилителя, выходом - с первым выходом устройства, компаратор, первый вход которого подключен к выходной клемме первого источника опорного напряжения, а выход связан с вторым

выходом устройства, второй источник опорного напряжения, повторитель, вход которого связан с выходом блока задания масштабов, блок задания режимов, в него введены первый резистивный делитель напряжения, пераый вход которого связан с выходом второго источника опорного напряжения, второй вход через первый пере- ключатель блока задания режимов соединен с выходом повторителя, а выход

связан с первым входом измерительного усилителя, и второй резистивный делитель напряжения, первый вход которого подключен к общей шине, второй вход связан с выходом измерительного усилителя, а вы0 ход связан с вторым входом компаратора, при этом второй вход измерительного усилителя через второй переключатель блока задания режимов соединен либо со входом повторителя, либо со вторым входом компа5 ратора.

Благодаря тому, что в предложен ном устройстве к неинвертирующему входу измерительного усилителя подключен выход первого резистивного делителя, в режиме

задания тока на вход измерительного усилителя подается разностный сигнал U0ni - Вых I (в то время, как в прототипе на неинвертирующий вход измерительного усилителя подавался только сигнал Uoni). Следовательно, на выходе измерительного усилителя выдается сигнал, пропорциональный разности указанных сигналов без использования блока вычитания. В результате обеспечивается рациональное использование измерительного усилителя и достигается сокращение аппаратных затрат, что позволяет значительно упростить устройство. Данный положительный эффект еще более ощутим при контроле сложных объектов, имеющих большое количество вы- водов и требующих, следовательно, адекватное количество заявляемых устройств.

Кроме того, исключение блока вычитания позволяет исключить одно из слагаемых, а именно напряжение смещения в формуле„приведенной погрешности преобразователей тока и напряжения, что позволяет увеличить точность измерения.

С другой стороны, наличие в устройстве резистивных делителей вместо блока вычи- тания в цепи обратной связи измерительного усилителя позволяет сузить полосу пропускания и снизить, чем самым, чувствительность к ВЧ воздействиям, неизбежным при контроле ИМ С при последовательном включении нескольких операционных усилителей.

В научно-технической и патентной литературе не обнаружены технические решения, содержащие признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое устройство от прототипа.

На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - вариант включения устройства в систему контроля ИМС.

Устройство содержит измерительный усилитель 1, выходом подключенный ко входу блока задания масштабов 2, выход которого соединен с первым выходом устройства, компаратор 3, первый вход которого подключен к выходной клемме первого источника опорного напряжения 4, а выход связан со вторым выходом устройства, второй источник опорного напряжения 5, повторитель 6, выход которого подключен ко входу блока задания масштабов 2. Блок задания режимов с переключателями 8 и 9, первый резистивный делитель напряжения 10, первый вход которого соединен с источ- ником опорного напряжения 4, второй его вход связан через переключатель 8 с сыхо- дом повторителя 6, а выход связан с первым входом измерительного усилителя 1,второй резистивный делитель напряжения 11, первый вход которого подключен к общей шине, второй вход связан с выходом тельного усилителя 1, а выход связан с вторым входом компаратора 3. при этом второй вход измерительного усилителя 1 чрез переключатель 9 блока задания режимов 7 соединен либо с входом повторителя б либо с вторым входом компаратора 3.

Измерительный усилитель 1 представляет собой ОУ, включенный по схеме вычитания напряжений и может быть выполнен на микросхеме К544УД1.

Блок задания масштабов 2 представляет собой магазин образцовых резисторов. Блок задания режимов 7 предназначен для управления переключателями 8 и 9, определяющими режим работы устройства. Компаратор 3 может быть выполнен на микросхеме К554САЗ.

Повторитель 6 может быть выполнен на микросхеме К554УД1,

Устройство работает следующим образом. Входными сигналами устройства являются опорные напряжения Uoni, U0n2. К выходу Вых. I устройства подключается вывод проверяемой ИМС, с выхода Вых. II снимается информация о взаимном соответствии контролируемой величины и заданного интервала допустимых значений,

Устройство работает в трех режимах. Положение переключателей блока задания режимов 7 соответствующее каждому режиму работы указано в таблице.

Режим исходное состояние соответствует режиму задания напряжения равного нулю на Вых. 1, что обеспечивается программной установкой второго источника опорного напряжения 5 в ноль, Так как измерительный усилитель 1 через блок задания масштабов 2 и контакты второго переключателя 9 схвачен отрицательной обратной связью, то напряжение на инвертирующем входе измерительного усилителя I, а значит и на выходе устройства Вых. I, поддерживается равным напряжению на его неинвертирующем зходе, то есть, равным нулю.

В рэжимс задания напряжения и контроля тока зходным сигнале;.; измерительного усилителя 1 язлкетея опорное напряжение U0n2. Нагф5-,жзние на инвертирующем сходе измерительного усилителя 1 равно выходному мспрч::сенил второго источника оперного напряжения 5. Выходное напряжение измерительного усилителя 1 ивых 1 при этом равно

Ueuxl - Uon:(1 + RO/RH),(1)

где Uoi - выходное напряжение псточьи/з опорного напряжения,

RO сопротивление образцового резистора блока задания масштабов 2,

RH - сопротивление нагрузки.

Причем RH ивых 1 Лн, где In - ток нагрузки,

равный n

ПО

В формуле (1) все величины в правой части известны. Величина определяется с помощью компаратора 3. Подбирая величину выходного напряжения Uoni первого источника опорного напряжения 4, поступающего на вход компаратора 3, можно, используя известные алгоритмы, определить точное значение напряжения , а следовательно, и величину тока нагрузки ц.

8случае, когда нет необходимости определять точное значение н, можно ограничиться информацией с нахождения величины IH в заданном интервале (допусковый вид контроля)

В режиме задания тока и контроля напряжения при помощи переключателей 8 и

9формируется схема источника тока с заземленной нагрузкой.

Выходной ток определяется падением напряжения на образцовом резисторе R0. Выходное напряжение измерительного усилителя 1 устанавливается при этом таким, чтобы падение напряжения на образцовом резисторе RO было равным Uon2 и определяется из соотношения:

ивых1 - Uon2(1 + Ни/Но)(2)

Величина тока, задаваемою при этом в нагрузку, равна:

, Unuxi Цвых1 1)оп2

IHоо 1

КоКо

Где U Вых1 In RH Uon2/Ho KH.

Точное измерение величины выходного напряжения измерительного усилителя 1, а значит и величины напряжения UBWXI производится, как и в предыдущем случае, изменение величины напряжения Uoni первого источника опорного напряжения 4 по известному алгоритму.

Пример конкретной реализации автоматизированной системы входного контроля ИМС на основе описанного устройства показан на фиг. 2. Контролироваться, может одна или несколько ИМС с суммарным количеством выводов не превышающим количество устройст в в системе. Все устройст- ва для измерения электрических параметров ИМС одинаковы по схеме (см. фиг, 1), поэтому возможен одновременный контроль разных типов ИМС о зависимости от потребностей производства.

Работой системы управляет ЭВМ. В начале производится установка исходного со- стояния, масштаба преобразования (величина Ro) и режим работы. Затем уста

навливаются необходимые для контроля конкретного параметра величины Uom и Uon2 и производится сравнение напряжений Uebixi и Uoni характеризующих соответственно реальное и допустимое значение

0 параметра. В случае необходимости, как уже указывалось, изменением Uoni по известному алгоритму производится точное измерение параметра. Результат сравнения поступает в ЭВМ и там сравнива зтсл с ожи5 даемым. В случае нахождения значения параметра в заданном интервале происходит переход к контролю следующего параметра с предварительной установкой необходимых: масштаба преобразования и режима

0 работы устройства. В случае выхода значения параметра за пределы заданного интервала производится остановка программы испытаний ИМС и выдается сообщение о браке, одновременно с этим фиксируется

5 значение указанного параметра и номер вывода неисправной ИМС, соответствующий номеру канала в системе. Значение вышедшего за установленные пределы параметра может быть использовано, например, при

0 предъявлении рекламаций изготовителю ИМС, сборе статистических данных и т. д.

В предлагаемом устройстве для измерения электрических параметров интегральных микросхем по сравнению с прототипом

5 сокращены аппаратные затрать, что позволяет упростить устройство. Кроме того, по сравнению с прототипом, достигается повышение точности измерения и устойчивость работы устройства.

0 Формула и, обретения

Устройство для измерения электрических параметров интегральных микросхем, содержащее измерительный усилитель, блок задания масштабов, вход которого со5 единен с выходом измерительного усилителя, а выход - с первым выходом устройства, компаратор, первый вход которого подключен к выходной клемме первого источника опорного напряжения, а выход связан с вто0 рым выходом устройства, второй источник опорного напряжения, повторитель, первый вход которого связан с выходам блока задания масштабов, блок задания режимов, первый и второй резистивные делители

5 напряжения, при этом первый вывод второго рсзистивного делителя напряжения подключен к общей шине, второй вывод соединен с выходом измерительного усилителя, а третий вывод - с инверсным входом компаратора, отличающееся тем, что,

с целью упрощения устройства и повышения точности измерения, выход второго источника опорного напряжения соединен с первым выводом первого резистивного делителя, второй вывод которого подключен к выходу повторителя через первый ключ, а третий вывод соединен с первым входом

измерительного усилителя, инверсный вход измерительного усилителя соединен с инверсным входом компаратора и через второй ключ с первым выходом устройства, а входы блока задания режимов подключены к выходам от ЭВМ.

Устройство содержит измерительный усилитель 1, блок задания масштабов 2, компаратор 3, первый источник опорного напряжения 4, второй источник опорного напряжения 5, повторитель 6, переключатели 8 и 9, первый резистивный делитель напряжения 10, второй резистивный делитель напряжения 11с соответствующими связями. 2 ил.

Примечание: 0- переключатель в положении, указанном на схеме 1 - в противоположном положении.