Цифровой анализатор временных характеристик полупроводниковых приборов Советский патент 1979 года по МПК G01R31/26 G01R31/28 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к контро но-измерительному оборудованию для полупроводникового производс.тва и предназ начено, в частности, для измерения динамических параметров интегральных схем. Известно устройство для измерения параметров цифровых полупроводниковых элементов, содержащее генератор сигналов, систему автосдвига строб-импульсов и двухканальный стробоскопический преобразователь l . Однако это устройство имеет недостаточно высокую точность измерения, обусловленную неточностью и нестабильностью системы автосдвига строб-импул сов, выполненной на генераторах быстро го пилообразного напряжения (БПН), дающих значительную погрещность . Кроме того, неидентичность каналов дву канального стробоскопического преобразователя вызывает разность задержек между ними, дополнительно увеличнвак щую погрешность измерительного устройства . Известен также цифровой анализатор временных характеристик полупроводниковых приборов, содержащий контактное устройство для подключения испытуемого прибора, генератор тестовых импульсов, соединенный с контактным устройством и через коммутатор - со стробоскопическим дискриминатором, схему автосдвига строб-импульсов, включающую два кварцевых генератора, два счетчика, три схемы совпадения и триггер, блок управления, соединенный со схемой автосдвига, стробоскопическим дискриминатором, генератором тестовых импульсов и коммутатором 2. Однако это устройство имеет ограниченный диапазон измерения, обусловленный применением схемы автосдвига стробимпульсов на кварцевых генераторах, которая обеспечивает диапазон лишь в 1ООО днскретностей по 5 не и лает возможность проводить измерения только

на одной фиксированной частоте. Недостаточная разрешающая способность схем вычитания и амплитудных дискриминаторов обуславливает также относительно невысокую точность контроля. Особенно это проявляется в наносекундном диапазоне {1 - 1О) НС, где погрешность измерения составляет 15 - 25%. Кроме, того, на точности измерения отрицательно сказывается нестабильность шага считывания, обусловленная нестабильностью частотыкварцевых .генераторов, которая при отсутствии термостатироваШ1Я даеу погрешность 1 - 2 %.

Цель изобретения - повьпдение точности измерения.

Это достигается тем, что в цифровой анализатор временных характеристик полупроводниковых приборов введены схема фазовой абтоподстройки разности частот кварцевых генераторов, включающая два счетчика и фазовый детектор, и формирователь частоты тестовых им пульсов, включающий счетчики, триггер, схемы совпадения,. Каждый счетчик схемы фазовой автоподстройки разности частот соединен с одним из кварцевых генераторов и с фазовым детектором, выход которого соединен с одним из кварцевых генераторов. Формирователь частоты тестового импульса соединен с одним из счетчиков схемы автосдвига, с одним из.кварцевых генераторов, блоком управления и генератором тестовых импульсов.

Функциональная схема цифрового ана лизатора временных характеристик полупроводниковых приборов приведена на чертеже.

Устройство содержит систему автосдвига строб-импульсов 1, включающую в себя кварцевые генераторы 2 и 3, схему фазовой автоподстройки разности частот кварцевых генераторов 2 и 3, образованную фазовым детектором 4 и двумя десятичными счетчиками 5 и 6, схемы совпадения 7-9, триггер 10 и десятичные счетчики 11 и 12, блок управления 13, формирователь частоты тестовых импульсов 14, состо$пций из схем еовпадения 1 5 te 16, десятичных счетчиков 17 и 18 и триггера 19; генератор тестовых Шvmyльcoв 2О, контактное устройство ДЛЯвключения испытуемого прибора 21, коммутатор 22 та. стробоскопический дискриминатор 23. Режимные источники и нагрузки на чертеже не показаны

Блок управления измерением 13 координирует работу узлов анализатора. Через счетчики 11 и 12 он управляет работой системы автосдвига строб-импулсов 1; через счетчики 17 и 18 - формирователем частоты тестовых импульсов 14. Блок управления 13 связан своими выходами с генератором тестовых импульсов 20 и через коммутатор - 22 - со стробоскопическим -дискриминатором 23. Формирователь частоты тестовых импульсов 14 со вместно со схемой автоподстройки разности частот кварцевых генераторов 2 и 3 предназначен для задания частоты генератора тестоЕЛ.1х импульсов 20, который в свою очередь служит для ровашш амплитуды, смещеш1я, длительности и задержки тестовых импульсов, подаваемых на вход испытуемого прибора, например, интегральной схемы (ИС) помещенной в контшстное устройство 21. Коммутатор 22 осуществляет подключение выводов испытуемой ИС к стробоскопическому дискри динатору 23, источникам шпания и нагрузкам (на чертеже не показаны). Стробоскопический дискриминатор 23 выполняет функции амплитуг ных дискриминаторов.

Анализатор работает следующим образом.

Кварцевые генераторы 2 и 3 системы автосдвига строб-импульсов 1 вырабатывают импульсы с чатотами 1О,00 и 10,01 мГц соответственно. Импульсы через счетчики 5 и 6, имеющие соответственно коэффициенты деления 1000 и 1001, поступают на входы фазового детектора 4, Сигнал с выхода детектора 4 управляет кварцевым генератором 3 таким образом, что разность периодов генераторов 2 и 3 эталонного и управляемого соответственно - обеспечивается постоянной и равной 0,1 не, т.е.

At Л.Т 0,1 НС, где At - шаг считывания,

i.T- разность периодов кварцевых

генераторов.

Эта величина является шагом считывания для стробоскопического дискриминатора 23, Благодаря введению схемы фазовой автоподстройки, точность формирования шага считывания, равного разности периодов кварцевых генераторов практически соответствует точности формирования частоты кварцевого генератора (10 не). Импульсы с кварцевых генераторов 2 и 3 поступают на входы схемы совпадения 7, срабатывание которой служит началом отсчета, т.е. моментом, от кото-. рого счетчиком 11 отсчитывается число Периодов, через которое сдвиг между импульсами генераторов 2 и 3 изменитс на величину, равную шагу считывания Ai 0,1 НС, умноженную на значение числа Н в счетчике 11. Поскольку число в счетчике 11, работающем на вычитание, программируется посредством блока управления 13 ,от О до 999, то имеется возможность программировать задержку между импульсами кварцевых генераторов 2 и 3 от момента срабатывания схемы совпадения 7, когда задержка между им.пульсами генераторов принимается за нуль, до момента полног запрл1нения счетчика 11, т.е. в диапазоне 0-99,9 НС. Счетчик 12 систеьп 1 автосдвига строб-импульсов 1 также программируется посредством блока управления 13. В нем записывается число от О до 999, Момент полного заполнения счетчика .будет соответствовать значению задержек импульсов между выходами сче чиков 11 и 12 в диапазоне О - 99,9 м Полная задержка импульса, формируемая системой автосдвига 1, складывается из задержки, обусловленной счетчиком 11 импульсов кварцевых генераторов 2 и 3, задержка между которыми в диапазоне О - 99,9 НС определяется разнос тью периодов кварцевых генераторов, и задержки, определяемой счетчиком 12 и равной длительности определенного числа периодов от найденной счетчиком 11 пары импульсов. Эта задержка находится в диапазоне О - 99999,9 не. Импульс с выхода счетчика 12 системь автосдвига строб-импульсов 1 осуществл ет запуск стробоскопического преобразователя 23 с полученным сдвигом относительно импульсов генератора тестовых импульсов 20, запускаемого выходными импульсами эталонного генератора 2 через формирователь частоты тестовых импу сов 14. Поскольку, благодаря фазовой автоподстройке, частоты кварцевых генераторов различаются ровно на одну тысячную, и разность периодов кварцевых генераторов является шагом считывания для стробоскопического преобразователя 23, каждый последующий строб-импульс будет отстоять от предыдуш;его на время, равное времени прохождения 10О1 импульса частоты кварцевого ге- ератора 2. Чтобы приурочить тестовый мпульс генератора тестовых импульсов 2О к приходу строб-импульса, необходимо период импульсов генератора 20 задавать в соответствии с условием 100-1 Т N N.-T. где Т период импульсов кварцевого генератора 1; число, aanncajiHoe в счетчике 12, определяющее частоту тестовых импульсов; период импульсов генератора тёбтовых импульсов 20; число импульсов генератора тестовых импульсов, укладывающихся в интервале времеш, равном 1001 периоду импульсов кварцевого генератора; число нмпульсов кварцевого генератора, которые необходимо исключить после очередного строб-импульса, чтобы оставшееся число импульсов кварцевого генератора было кратно числу Ng . Таким образом осуществляется синхронизация стробоскопического дискриминатора 23 и широкодиапазонного генераора тестовых импульсов, образованного ормирователем частоты тестовых импульов 14 и генератором тестовых импульсов 20. Получаемая таким образом частота генератора тестовых импульсов имеет погрешность меньше 1О%. Изменение частоты генератора тестовых импульсов 20 осуществляется в соответствии с вьпиеприведенными условием посредством формирователя частоты тестовых импульсов 14. По выходному сигналу со. счетчика 12 системы автосд- вига строб-импульсов 1 посредством блока управления 13 в счетчик 17 записывается число Nj , а в счетчик 18 - число . По этому же сигналу триггер 19 переключается и тем самым разрешает поступление импульсов с эталонного кварцевого генератора 2 на вход счетчика 17, по заполнении которого триггер 19 возвращается в исходное состояние, что запрещает прохождение импульсов в счетчик 17, а в счетчик 18 - разрешает. Счетчик 18 формирует сигнал требуемой длительности, по истечении которого осуществляется запуск генератора тестовых импульсов 20. С приходом следующего импульса со счетчика 12 процесс формироваш1я частоты повторяет