Устройство бесконтактного диагностирования логических состояний цифровых интегральных схем Советский патент 1993 года по МПК G01R31/28 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в устройствах контроля цифровых интегральных схем (ЦИС) и позволяет расширить функциональные возможности.

Цель изобретения является расширение функциональных возможностей за счет учета, формы переходного процесса выходного напряжения схемы при переходе из одного логического состояния в другое.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, где изображена схема устройства бесконтактного диагностирования логических состояний цифровых интегральных схем; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит бесконтактный электромагнитный датчик 1, широкополосный усилитель 2, первый формирователь импульсов 3, второй формирователь импульсов 4. третий формирователь импульсов 5. сумматор 6, элемент запрета 7,

четвертый формирователь импульсов 8. RS- триггер 9.

В качестве бесконтактного электромагнитного датчика используется контур ударного возбуждения, содержащий один или более витков катушки индуктивности и меж- витковой емкости.

Конструкция датчика приведена на фиг.З, где введены следующиеобозначения: 10 - металлическая пластина; 11 - контактная область, 12 - изоляционный материал: 13 - место нахождения вывода ЦИС; 14 - межвитковые соединения; 15, 16 - точки подключения сигнала и корпуса, коаксиального кабеля, соответственно.

На фиг.З представлен датчик, состоящий из 3-х последовательно соединенных самозамыкающихся витков с межвитковы- ми соединениями.

Эквивалентная схема конструкции датчика представлена на фиг.4 где введены следующие обозначения - эквивалентсл

с

ная суммарная индуктивность датчика и ко- аксиала; Ск - эквивалентная емкость контура, состоящая из межвитковой емкости датчика и вносимой емкости кабеля; М - взаимная индукция между выводом ЦИС и индуктивностью датчика; Сев емкость связи между выводом ЦИС и конструкцией датчика; R - активное сопротивление контура, определяющее его добротность.

Схематичное представление датчика приведено на фиг.5. Такая конструкция датчика выбрана исходя из получения наибольшей емкости связи Сев и следовательно, лучшего возбуждения контура ударного возбуждения, а также повышения помехозащищенности датчика которая обеспечивается выполнением условия:

пар,

(1)где Спар - паразитная емкость связи с другими токоведущими линиями.

Схема расположения датчика относительно соседних выводов контролируемой ЦИС приведена на фиг.6, где введены следующие обозначения:

Ечпар - паразитная напряженность электрического поля 1;

§2пар - паразитная напряженность электрического поля 2;

Е - полезная напряженность электрического поля;

СПар1 - паразитная емкость связи 1;

Спар2 - паразитная емкость связи 2.

Рассмотрим принцип работы датчика на примере контроля схем 133 серии. При переходе логического элемента из состояния лог. 1, в лог. О (или наоборот) происходит изменение напряжения на контролируемом выводе ЦИС с 0,2В до 3В (или наоборот) за время переключения, которое для ЦИС 133 серии составляет 25 не. При этом за счет емкости связи происходит возбуждение контура ударного возбуждения, образованного элементами Ск, Lk, R на резонансной частоте

2 VUCK-(2)

Кроме того, при протекании тока по выводу ЦИС за счет взаимной индукции М происходит возбуждение контура, а также за счет излучения электромагнитной энергии выводом ЦИС. Скачок напряжения от 0,2В до 3В длительностью не имеет ширину спектра порядка

I Тс

1

25-10 9 с

40 мГц

(3)

Совокупность всех этих 3-х факторов приводит к ударному возбуждению контура, физические процессы в котором носят характер апериодических колебаний (за счет

влияния R), вид которых приведен на фиг.7, где введены следующие обозначения: Кцис напряжение на выходе ЦИС; Уд - напряжение на выходе датчика; t - время; ц, t2 - моменты времени, соответствующие началу

формирования переднего и заднего фронтов импульса выходного напряжения ЦИС; соответственно.

Анализируя вид апериодических колебаний контура однозначно можно определить и направление перехода логического элемента ЦИС с 0,2В до 3,0В (момент времени ti) или с 3,0 до 0,2В (момент времени t2), т.к. процессы при переходах имеют противофазный характер. Амплитудные характеристики колебаний не симметричны, так как различны времена переключении из лог,1 в лог,0 и наоборот, а также из-за несимметричного подключения коаксиала к контуру.

При проведении эксперимента на логическом элементе 2И-НЕ (ЦИС 133ЛАЗ) датчиком являлись три витка провода ПЭВ-2 00,21 вокруг вывода ЦИС. Измерения проводились с использованием осциллографа

С1-99 с коаксильным кабелем РК-75 и выходным сопротивлением 1 мОм. Эпюры напряжений, снятых с осциллографа приведены на фотографии (фиг. 8), где развертка А - соответствует импульсу на выводе элемента 2ИНЕ, развертка Б - сигнал, снимаемый с датчика.

Выбор датчика, состоящего из 3-х витков объясняется компромиссом между сложностью конструкции датчика и собственной резонансной частотой контура, т.к. увеличение числа витков приводит к увеличению , росту Ск и, следовательно, к уменьшению резонансной частоты fpS3 и снижению требований к широкополосности

и быстродействию последующих устройств. Переколебательный процесс контура ударного возбуждения при необходимости можно демпфировать, введением активного сопротивления или уменьшением величины нагрузочного сопротивления. В дальнейшем будем рассматривать глубоко демпфированный переколебательный процесс.

Выход электромагнитного датчика 1 является входом широкополосного усилителя 2, выход которого соединен со входом трех формирователей импульсов 3, 4, 5 выход первого формирователя импульсов 3 и выход второго формирователя импульсов 4 соединены со входом сумматора 6, выход которого и выход третьего формирователя импульсов 5 являются входом элемента запрета 7, выход которого соединен со входом четвертого формирователя импульсов 8, первый выход которого соединен с S-входом RS-триггера 9, второй выход четвертого формирователя импульсов 8 соединен с R-входом RS-триггера 9, прямой выход которого 10 является выходом устройства. Работа устройства бесконтактного диагностирования логических состояний цифровых интегральных схем поясняется на фиг.2.

Если в исходном состоянии выход ЦИС имеет высокий уровень, в момент времени ti происходит переход в состояние низкого уровня UBX, данный переходный процесс производит ударное возбуждение датчика, в котором происходит переходный процесс ударного возбуждения (U). Наводимое в датчике 1 напряжение усиливается широкополосным усилителем 2 и подается на входы трех формирователей 3, 4, 5 импульсов. Первый формирователь импульсов 3 при достижении на его входе напряжения срабатывания (порог 1) вырабатывает импульс с задержкой гз длительности т. Длительность импульса выбирается из условия

Тз + r. Tmin/2,

(4)

где Tmin - минимально возможная длительность импульса для устройства, в котором используется ЦИС (иф1). Для второго формирователя импульсов 4 порогом срабатывания является отрицательное напряжение (порог 2) и его срабатывание возможно при высокой добротности контура ударного возбуждения, по второй отрицательной полуволне контура. В этом случае на выходе второго формирователя 4 также вырабатывается импульс той же длительности (выбранный из тех же условий), по отрицательной полярности. В этом случае на сумматор 6 поступают биполярные импульсы, передние фронты которых сдвинуты на время равное полупериоду колебаний контура ударного возбуждения. На выходе сумматора 6 появятся два коротких разнополярных импульса, сдвинутых на время т. Третий формирователь 5 срабатывает в то же время, что и первый формирователь 3, но вырабатывает импульс, задержанный на время 1з2(11фз). Время т.з2 и ТБ выбирается из условия надежного накрывания второго импульса сумматора 6 для его бланкирования. Импульсы с выхода сумматора б и третьего формирователя 5 поступают на соответствующие входы элемента запрета,

где происходит бланкирование вторых по счету импульсов выхода сумматора 6 (Uc).

Импульсы с выхода элемента запрета 7 поступают на четвертый формирователь импульсов 8, который в зависимости от полярности импульсов на выходе ЦИС вырабатывает импульсы положительной полярности на первом или на втором выходе, соответственно (, 1)ф42). Длительность

импульса выбирается из условия

Тср Т4

Tmin

(5)

где тср - минимально возможная длительность импульса, при которой надежно срабатывает логический элемент.

Импульсы с выхода четвертого формирователя подаются на соответствующие

входы RS-триггера 9. Выход RS-триггера 9 повторяет состояние выхода контролируемой ЦИС с некоторой задержкой по времени t3, обусловленный задержкой срабатывания первого формирователя импульсов 2 (или 3), четвертого формирователя импульсов 8 и RS-триггера 9. Импульс с первого выхода формирователя устанавливает RS-триггер 9 в 1 состояние (). Процессы, протекающие в устройстве, при

переходе напряжения на выходе ЦИС с низкого уровня в высокий аналогичны.

Таким образом, устройство обеспечивает бесконтактное определение логического состояния на контролируемом выходе ЦИС без

нарушения защитного покрытия (лак) токове- дущих частей типового элемента замены, что свидетельствует о расширении функциональных возможностей устройства.

Технико-экономическая эффективность

достигается за счет использования заявляемого устройства, обладающего более широкими функциональными возможностями по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Устройство бесконтактного диагностирования логических состояний цифровых интегральных схем, включающее бесконтактный электромагнитный датчик, выход

которого является входом широкополосного усилителя, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет учета формы переходного процесса выходного напряжения схемы

при переходе из одного логического состояния в другое, в него введены три формирователя импульсов, входы которых соединены с выходом широкополосного усилителя, сумматор, входом которого являются выходы первого и второго формирователей импульсов, выходы сумматора и третьего формирователя импульсов соединены с входом элемента запрета, выход которого соединен с входом четвертого формирователя импульсов, первый выход

которого соединен с S-входом RS-триггера, второй выход четвертого формирователя импульсов соединен с R-входом RS-триггера, прямой выход которого является выходом устройства.

Использование: в контрольно-измерительной технике. Сущность изобретения: устройство содержит бесконтактный электромагнитный датчик 1, широкополосный усилитель 2, формирователи импульсов 3, 4, 5, сумматор 6, элемент запрета 7, четвертый формирователь импульсов 8, RS-триггер 9. Устройство обеспечивает бесконтактное определение логического состояния на контролируемом выходе ЦИС без нарушения защитного покрытия токоведущих частей типового элемента замены. 8 ил.

Фиг. I

/s

ФМГЗ

Ф//Г7 5

Ccf

м

т

twC

ФНГ. tf

Зг.сГ.Ј w .

лс/х/ Ог.,5

ФИГ. 6

С%бг.7

.,

V