Компаратор сопротивлений Советский патент 1979 года по МПК G01R17/06 

Изобретение относится к измеритель ной технике, предназначено для измерения отношений сопротивлений либо проводимостей набора резисторов и может быть использовано при входном диагностическом и технологическом контроле микросхем, в частности наборов резисторов и дискретных делителей. Известен компаратор сопротивлений, содержащий два усилителя постоянного то ка, компарируемые сопротивления, два ис точника питания н два измерителя тока U1. Однако значительное влияние на метро логические характеристики компаратора вызывают систематические погрешности, обусловленные неидеальностью операционных усилителей, измерителей тока, и т.д. отсутствие в измерительной схеме обшей точки у сравниваемых сопротивлений во многих случаях ограничивает функдиональные возможности устройства (например. делает невозможным контроль дискретных делителей). Наиболее близким по техническому .решению к предлагаемому является компаратор сопротивлений, содержащий компарируемые сопротивления, два источника питания, причем в качестве одного из них может быть использован калибратор тока, два операционных усилителя, два резистивных масштабирующих звена и измеритель выхода .На метрологические характеристики этого устройства влияют систематические погрешности, обусловленные неидеальностью операдионных усилителей, измерителя выхода и т.п. Кроме того, вариант компаратора для измерения относительной разности сопротивлений не позволяет контролировать сопротивление резисторов, имеющих общую точку соединения, что сужает фушшиональные возможности устройства, так как не позволяет контролировать, например, дискретные делители без их разборки.

36873964

Цель изобретения расширение функин- киями соединен с входом усилителя 9; изопальных возможностей и повышение точности измерении. Для этого в предлагаемый компаратор сопротивлений, содержащий источник напря. § женйя, первый операционный усилитель, выход которого соединен с первыми выводами измеряемых резисторов, второй one рацаонный усилитель, выход которого чеpea набор резисторов с известными сопро«. ю тйвлениями соединен с его же входом, из« меритель выходного параметра, один вход которого соединен с выходом второго one. радионного усилителя, введены резистивный делитель, аналоговые ключи тока, задатчик кода, резистор, коммутатор, норми рующий масштабный преобразователь, задатчнк масштаба и переключатель, при этом выход источника напряжения через последовательно соединенные реанстивный делитель н аналоговые ключи тока соеди- нен с входом первого операционного усилителя, выход которого через резистор соединен с инвертирующим входом этого усилителя, вторые входы аналоговых ключей соединены с.эадатчнком кода, неподвижные контакты коммутатора соедннешл со вторыми выводами измеряемых резйС торов, а подвагкные контахсты коммутато- ра соединены с инвертирующим входом второго операционного усилителя, первый вход но мирующего масштабного преобра зователя соединен с выходом источника напряжения, второй вход соединен с задатчаком масштаба, а выход преобразова- теля соединен с одним неподвижным кон тактом переключателя, второй неподвкж ный контакт которого соединен с обшей (земляной) шиной, а подвижный контакт соединен со вторым входом измерителя выходного караметра, третий вход которого соединен с выходом источника напрягкення. На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник 1 напри женйя, выход которого через масштабный преобразователь 2, включающий резистив ный делитель 3, аналоговые ключи 4 тока, соединенные с эадатчиком 5 кода, пер вый операционный усилитель 6, выход ко торого через резистор 7 соединен с гшвер тирующим входом усилителя, соединен с первыми выводами измеряемых резисторов S, Q, „., 8f набора 8 с сопротавлени ямв Й .Я, , .... операдионны усилитель 9, выход которого через набор IP резисторов с известными сопротивлемеритель 11 вьгходного параметра, выполненный в виде аналого-цифрового преобра эователя для обеспечения цифрового вьтхо- да, например в виде компенсатора, один входной зажам которого соединен с выходом вто|юго оиерацаонного усилителя коммутатор 12, неподвижные контакты кото|зого соединены со вторыми выводами резисторов измеряемого набора 8, а под нжные с инвертирующим входом второго операционного усилителя 9; нормирующий масштабный преобразователь 13, соединенный с задатчиком масштаба 14, вход ко торого соединен с выходом источника на- пряжения, а выход с одним неподвиж- ным контактом переключателя 15; второй неподвижный контакт переключателя сое динен с общей (земляной) шиной устройства, а подвижный - со вторым входом измерителя выхода, на который в качестве внутреннего эталонного напряжения по дается напряжение от внешнего автономного источника 1 напряжения. Работа устройства обеспечивает измерение отношенай сопротивлений набора резисторов иутем обеспечения настройки компаратора сопротивлений сначала на сопротивление одного из набора резисторов (на опорное сопротивление), а затем измерение сопротивлений других резисторов по отношению к опорному. На первом такте, на котором происходит настройка компаратора сопротивлений на значение сопротавления одного из набора резисторов, коммутатор 12, подключает на инвертирующий вход операдионногч: усилителя 9 один из резисторов набора 8, например резисторов S. При этом переключатель 15 находится в первом положении, а компенсатор 11 работает в режиме нуль органа (для этого напряжение источника 1 отключается от компенсатора 11, что можно сделать, включая аналоговые ключи внутреннего цифроаналогового преобразователя (ЦАП) компенсатора на выход второго операционного усилителя 9, т.е. практически на общую шину устройства через очень малое выходное сопротЕвление, кла иначе осушествля.. перекоммута ншо в компенсаторе). При этом на выходе второхю операционного усилителя 9 возникает сигнал Uwn . , где Uwn напряжение на выходе масштабного преобра зОБателя 2, Йо « одно из известных сопротивлении набора 10, а на выходе нор« мирующего масштабного преобразователя 13 (у которого коэффициент передачи вы ходаого напряжения Uo источника 1 устанавливается равным М ) напряжение равно MUo При HJf неравенстве на выходе нуль-органа компенсатора индицируется си нал, который свидетельствует о необходимости регулировки напряжения и МП ,с по лощью задатчака 5 кода, так чтобы вы« полнялось равенство Ымп RO Регулировка напряжения может выполнять ся автоматически, например, с помощью задатчика кода по сигналу с нуль-органа входящего в компенсатор 11. Из описанного равенства следует, чтоимп,;м.-ио-111/ На следующих тактах по соответствующим положениям коммутатора 12 проас ходит подключение других резисторов S;,, ,.,, Rf, набора. 8. При этом на выходе вто рого операционного усилителя 9 поспедО вательно, по соответствующим положениям коммутатора 12, возникают сигналы W(Jo(. MUo-Ri/l j,... M, . Эту информацию можно использовать либо для контроля технологической операции подгонки сопротивлений , ..-i Rn, по отношению к опорному сопротивлению ГК-, используя компенсатор в том же режиме нуль-органа, либо измерить ее компенсатором 11, для чего необходимо перевести переключатель во второе положение. При этом, учитывая, что в качестве внутреннего эталонного источника компенсатора используется напряжение источника 1, получбиот, что коэффициент передачи Кц внутреннего ЦД.П конпенсатора несет.информацию об отношений опорного рэзистоpa 1.} с измеряемыми ч , «, Kri Ki wrgi/i i , Ki M a/Yi, либо t MXs/Yi; Kt S-IViVS I 1Ч„ , где Yd - проводимость h -го резЕстора. При изменении коэффициента передачи К можно компарировать относительно сопротивления совокупность сопротивлений Т j , ..., Когда компаратор работает в режиме определения относительной разности сопротивленвй, то напряжение внешнехх источ ника 1 от компенсатора отключается, используется внутренний источник эталонного напряжения, а переключатель 15 Heixo- дится в первом доложении. При этом компенсатором измеряется разность напряжений6 96 Таким образом, в регистрирующем устройстве компенсатора получают отсчет (с учетом масштаба MUo/Uo ) Г Ч) X n При измерении отнощений сопротивлений напряжения Uo , снимаемое с источника 1, является вспомогательной величиной, значение которой не входит в резуль тирующие выражения, а к его долговременной стабильности требований не предъявляется. При измерении относительной разности сопротивлений также не требуется абсолютной стабильности напряжений источников и CD н Uo , а только стабильность отношения UO/UQ , что достигается более просто средствами интегральной технологии. Масштабный преобразователь 2 предназначен для уравновешивания запоминания отрабатываемого напряжения с точностью до шага квантования, который определяет- ся значением ступени напряжения, приходящийся на единицу младшего разряда кода, и может быть сделан сколь угодно малым, если преобразователь отрегулировать так, чтобь исключать скачкн выходного напряжения при допустимости ее неоднозначности. Предлагаемое устройство может быть изготовлено, например, в виде сменного блока к цифровому вольтметру на типовых ункциональных элементах в интегральном исполнении. Формула изобретения Компаратор сопротивлений, содержащий сточник напряжения, первый операционный силитель, выход которого соединен с пер-