Устройство для контроля параметров линейных интегральных микросхем Советский патент 1982 года по МПК G01R31/303 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано Для автоматического контроля и измерения параметров линейных интегральных микросхем на различных эта пах их производства. Известно устройство для контроля па раметров линейных интегральных микросхем, содержащее генератор испытательных сигналов, преобразователь сигналов, блок сравнения Cl . Однакое известное устройство характеризуется ограниченными функциональными возможностями, так как не обеспечивает измерения и контроля полного набора параметров, характеризующих качество линейных интегральных микросхем Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для контроля работоспособности линейных интегральных микросхем, содержащее задающий генератор, коммутатор режимов работы, измеритель среднеквад- ратического значения напряжения, блок согласования, вычислитель, блок вывода информации, блок сравнения,, источник опорного напряжения, блок управления, блок эталонных нагрузок и фильтр высоких частот. В известном устройстве путем замены программ имеется возможность вычисления большинства параметров, оценивающих качество линейных интегральных микросхем 2. Однако известное устройство имеет низкую достоверность контроля, так как динамический диапазон контроля некоторых параметров интегральных схем (в частности, входных и выходных импедансов) ограничен частотными свойствами блоков коммутации и каналов связи. Так, например, для расщирения динамического диапазона измеряемь Х импедансов в данном устройстве путем подачи на последовательно включенные эталонный резистор, находящийся в блоке эталонных нагрузок, и измеряемый импеданс напряжения сину- соидальной формы, необходимо повышать частоту задающих сигналов, так как аргумент импеданса зависит от частоты воспринимаемых сигналов. При передаче высокочастотных сигналов от генератора задающих сигналов ко входу интегральной схемы и с выхода ее через коммутатор режимов работы к измерителю среднеквадратического значения напряжения требуется построение каналов связи в ви де согласованных коаксиальных кабелей, а при измерении,, например входных и вы ходных импедансов микросхем волновое сопротивление кабеля будет шунтировать измеряемые входной и выходной импедан сы. При этом значител:ьная погрешность вносится не только при измерении модуля импедансов, но и, что значительно существеннее) при измерении их аргумен- тов. Известное устройство не может автоматически измерять аргумент импедансов, а также комплексный коэффициент передачи испытуемых микросхем, что в совокупности с узким динамическим диапазонрм контроля в значительной степени снижает достоверность проводимого контроля. Кроме того, известное устройство имеет выходы для подключения только К двум выводам (вход, выход) испытуемых схем, что не позволяет автоматизировать процесс контроля параметров, тре бующий возможности передачи и съема сигналов с любого вывода микросхемы. Например, при смене типов или корпусов микросхем могут меняться номера вывода, соответствующих одинаковым функциональным точкам схемной реализации. Цель изобретения - повышение достоверности и производительности контроля линейных интегральных микросхем. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля параметров линейных интеральных микросхем, со держащее блок управления, соединенный выходами с соответствующими первыми входами задающего генератора, блока вы вода, коммутатора режимов работы и блоков эталонных нагрузок, соединенные выходами с выводами контролируемой микросхемы, фильтр высоких частот, сое диненный выходом с вторым входом коммутатора режимов работы, выход которого соединен через измеритель средне- квадратического значения напряжения.с первым входом блока согласования, соединенного выходом с первым входом вычислителя, соединенного выходом с вторым входом блока вывода, вторым входом - с соответствующим выходом блока управления, вход которого соединвЕ с выходом блока сравнения, соединенного первым входом с источником опорного напряжения, вторым входом - с входом фильтра ВЫС01СИХ частот, введены формирователь строб-импульсов, первый и второй нормирующие усилители, высокочастотный и низкочастотный коммутаторы. фазометр, измеритель амагштудных значений напряжения, первый смеситель и по числу выводов контролируемой микросхемы вторые смесители, соединенные первыми входами с выводами контролируемой микросхемы, выходами - с первыми входами низкочастотного коммутатора, вторыми входами с выходом формирователя строб-импульсов и первым входом первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора и через высокочастотный коммутатор - с вторыми входами соответствующих блоков эталонных нагрузок, выход через первый нормирующий усилитель - с первым входом фазометра и с третьим ВХОДОМ коммутатора режимов работы, соединенного выходом через измеритель амплитудных значений напряжеНИИ с вторым входом блока согласования. третий вход которого соединен с выходом фазометра, соединенного вторым входом с выходом коммутатора режимов работы, соединенного четвертым входом непосредственно с входом фильтра высоких частот и через второй нормирующий усилитель С выходом низкочастотного комму- татора, соединенного вторым входом с соответствующим выходом блок& управления, соединенного выходами с первым входом формирователя строб-импульсов, вторыми входами высокочастотного и низкочастотного коммутаторов. На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства;на фиг. 2блок-схема блока управления; на фиг. 3 блок-схема блока эталонных нагрузок; на фиг, 4 - векторная диаграмма и эквивалентная схема измерения параметров микросхемы. Устройство содержит задающий генератор 1, первый смеситель 2, первый нормирующий усилитель 3, высокочастотный коммутатор 4, контролируемую микросхему 5, вторые смесители п блоки эталонных нагрузок, формирователь 8 строб-импульсов, низкочастотный коммутатор 9, второй нормирующий усилитель 10, фильтр 11 высоких частот, коммутатор 12 режимов работы измеритель 13 среднеквадратического значения напряжения, измеритель . 14 ам плитудного значения напряжения, фазометр 15, блок 16 сравнения, источник 17 опорного напряжения, блок 18 согла сования, вычислитель 19, блок 20 вывода информации и блок 21 управления. Блок 21 управления (фиг. 2) содержит считыватель 22 с перфоленты, ад- ресный регистр 23 и регистр 24 команд Каждый блок эталонных нагрузок (фиг. 3) содержит резистор 25 согласования эталонные резисторы а и переключатель 27.. Эквивалентная схема измерения параметров (фиг. 4) содержит последователь но соединенные сопропвления R э эталонного резистора каждого блока , эталонных нагрузок и входного или выходного импеданса 2 . При этом на век торной диаграмме и на эквивалентной схеме - .. - UPP - вектор напряжения,, формируемого задающим генератором; V - вектор напряжения, падающе го на эталонном сопротивлении эталонного резистора блока 7; Zy вектор напряжения, падающего на входном или выходном импедансе непыт гемой микросхемы; и вых вектор выходного напряжения испытуемой микросхемы; - вектор тока, протекающего по цепи последовательно соединенных эталонного сопротивления и входного или выходного импеданса; ,, с1 - сдвиги фаз соответственно ме ду векторамр тока Э и напряжения и напряжений U HUgj,,UonH СУ хЭталонные резисторы 26 имеют акти ное сопротивление, их номиналы подби раются с учетом пределов значений вход ных и выходных импедансов испытуемых лЛ1кросхем. Устройство работает следующим otSразом. В режиме контроля модуля и аргумен та входного сопротивления микросхемы 5 блок 21 управления выдает команду на дающий генератор 1, по которой последний формирует напряжение синусоидальной формы высокой частоты (например, f 100 мГц) и нормированной амплитуды. Команда от блока 2й управления поступает также на высокочастотный ком мутатор 4. По полученной команде выхо генератора 1 соединяется с входом блока эталонных нагрузок, соединенного с первым выводом микросхемы 5, блок эталонных нагрузок, по которой эталонный резистор 26 (например ) соответствующий пределу модуля измеряемого импеданса, включается последовательно с первым выводом микросхемы 5. Формирователь строб-импульсов 8 по команде блока 21 задает определенную частоту следования строб-импульсов с его выхода на смесители 2 и п опорного и сигнального каналов. Низкочастотный коммутатор 9 подключает выход смесителя , соединенного с первым выводом микросхемы, к нормирующему усилителю 10 сигнального канала. Коммутатор 12 режимов работы подключает выход нормирующего усилителя 10 сигнального канала ко входу измерителя амплитудного значения напряжения и второму входу фазометра 15. Формирователь 8 строб-импульсов под управлением команд из блока 21 управления в зависимости от частоты сигнала, выдаваемого генератора 1, устанавливает на своем выходе такую частоту строб-им п ьсов, чтобы в смесителях 2 и п происходило Стробоскопическое преобразование выходного сигнала генератора 1 в сигнал промежуточной частоты одного и того же значения независимо от частоты выходного сигнала Генератора 1 в сигнал промежуточной частоты одного и того же значения независимо от частоты выходного сигнала генератора 1 (например, сигнал частоты Ю кГц). Напряжение синусоидальной формы высокой частоты, модуль и фаза которого определяются входным импедансом микросхемы 5 и значением активного сопротивления последовательно включенного с ним эталонного резистора 26, снимаемое с первого вывода микросхемы 5, поступает на вход смесителя , где происходит стробоскопическое преобразование этого сигнала в сигнал промежуточной частоты. Нормирукиций усилитель 10 сигнального канала устанавливает нормированное значение коэффициента передачи пре:образуемого смесителями 6 сигнала с целью устранения влияния искажений сигнала на результат контроля. Нормирующий усилитель 3 формирует преобразованное опорное напряжение Uj. Измеритель 14 амплитудного значения измеряет амплитудное значение напря.жения формируемого нормирующим 798 усилителем 10 сигнального канала, а фазометр 15 измеряет сдвиг фаз /..оМеж--л- ivjy напряжениями U и ( сигналов, формируемых нормирующими усилителями З и 10. Значение по команде блока 21 управления передаются через блок 18 согласования в вычислитель 19. Затем коммутатор 12 режимов работы подключает выход нормирующег о усилитеli JfJiJC lX Cl i JUDirfW/- .f. л.. V j -.-vля 3 на вход измерителя 14 амплитудноГО значения напряжения и последний измеряет амплитудное значение U з U, формируемого нормирующим усилителем 3 опорного канала и это значение такж« передается в вычислитель. В последующем такте блок 21 управления задает в вычислитель 19 микропрограмму осуществляющую вычисление значения,модуля контролируемого входного импеданса по формуле lzxl L Sio-2U 3UM o °5 3-foгде Rj - значение сопротивления, соответствующего эталонного резистора в-блоке эталонных нагрузок значение аргумента .х оитродируемого входного импеданса по формуле .arcic мз . э-fo .ct -yrл o мз ,3 вычислителе 19 значения модуля I zx 1и аргумента Ч входного импеданса микросхемы сравниваются с заданными установками, занесенными с блока 121 управления, а результаты сравнения и измерения поступают в блок 2О вывода информации для регистрации. Аналогичным образом измеряется и контролируется выходной импеданс микро схемы 5. Для этого выход задающего ге нератора 1 подключается через высокочастотный коммутатор 4 к блоку 7 П эталонных нагрузок, соединенному с г) -ы выводом Микросхемы 5, являющемуся вы ходом; низкочастотный коммутатор 9 подключает ко входу нормирующего усилителя 1О сигнального канала выход см сителя 6 и сигнального канала, подклю ченного к ti -му выводу микросхемы 5. Для контроля комплексного коэффициента передачи микросхемы блок 21 управления .подключает низкочастотный коммута тор 9 поочереди к смесителям сигнального канала, соответствующим входу и ъыхору микросхемы 5,- измери6Sтеяь 14 амплитудных значений измеряет амплитудные значения и„ ,„ и U апряжения, формируемого в обоих случаях нормирующим усилителем 10 сигнального канала. Фазометр 15 измеряет при этом значения j. и сдвига фаз между напряжением Uj формируемым нормирующим усилителем 3, и напряжением и., формируемым нормирующим усилите(U т 1 лем 10 в обоих случаях. Измеренные значения и,„ и . напряжений и З-ю Р ® ° ласования передаются в вычислитель 19. В последующем такте вычислитель 19 . осуществляет вычисление модуля коэффишента передачи микросхемы по формуле и аргумента 4 L/ rlf -Ч К З-Ю 3--fO Значения модуля |К1 и аргумента коэффициента передачи микросхемы 5 сравнивается с заданными уставками, а результаты сравнения и измерения передаются в блок 20 вывода информации. Для вычисления коэффициента нелинейных искажений блок 21 управления выдает команду на задающий генератор 1, по которой последний через высокочастотный коммутатор.4 подает высокочастотный сигнал на первый вывод -микросхемы 5, соответствующий ее входу. Через низкочастотный коммутатор 9 и коммутатор 12 выход смесителя соединенный с выводом, соответствующим выходу микросхемы, подключается ко входу измерителя 13 среднеквадратических значений напряжения. Блок 21 управления регулирует уровень выходного напряжения на выходе задающего генератора 1 пока уровень выходного сигнала микросхемы 5, поступающий с выхода нормирующего усилителя 10 на блок 16 сравнения, не станет равным заданному, поступающему от источника опорных напряжений 17. При этом среднеквадратическое значение напряжения с выхода нормирующего усилителя 10 через измеритель 13 среднеквадратического значения напряжения передается в вычислитель 19. После этого коммутатор 12 режимов работы подклю-чает к измерителю 13 среднеквадратических значений напряжений выход фильтра 11 высших частот. Измеритель 13 среднеквадратических значений измеряет при этом среднеквадратическое значение g 98 и.ф., напряжения высших гармоник выходного сигнала микросхемы и это значение передается в вычислитель 19, где вычисляется отношение i СКФ-В.Ч являюще -еся оценкой коэффициента нелинейных искажений выходного сигнала микросхемы, возникающих на уровне выходного напряжения, равного заданному. На фиг. 4 приведена векторная диаграмма, соответствующая эквивалентной : схеме измерения параметров микросхемы 5, поясняющая работу устройства. -Как видно из векторной диаграммы При этом hi/i -21Со„|1и, по теореме косинусов, следовател лГГ Tl Г- 19 и от Tonll Z 11 опГЧ 2хГ-2Кп11 7 А при контроле входного и вы импеданса l-.M.o WzJ- i: Лля аргумента 80°-оС5 По теореме ксинусов IU. |-)и I c(,-o j 2arci(f o(,4 + ot5 feo°-ot3, следовательно о(.90 -у- агс-Ьс 2х ГПоп Для модуля I К1 коэффициента чи микросхемь) из векторной диа , . а для его аргумента .d( « 6. 10 При контроле комплексного коэффициента передачи микросхемы Э-fO Блок 21 управления выполнен по блок-схеме представленной на фиг. 2. Программа, контроля набивается на перфоленте в виде кодов команд, содержащих адресную и командную части. Адресная кодовая комбинация поступает в адресный регистр 23, коды команд - в регистр команд 24. Команды управления в виде адресных и командных кодов поступают на внешние устройства (в данном устройстве на блоки 1, 4, 7, 8, 9, 12 и 2О). Под их бездействием осуществляется контроль и измерение т зебуемых пара- - метров. Таким образом, предлагаемое устройство может измерять и контролировать не только модули входных и выходных импедансов, но и их аргументы, причем динамический диапазон измерения и контроля расширен за счет повьпиения частоты задающих сигналов. Имеется возможность контролировать и измерять комплексный коэффициент передачи испытуемых микросхем. Это в значительной степени повышает достоверность контроля микросхем. Кроме того, в предлагаемом устройстве имеется возможность автоматическоо подключения генератора задающих сигналов и измеряющей аппаратуры к любому выводу микросхем, что позволяет полностью автоматизировать процесс контконтропя в процессе производства различных типов линейных микросхем. Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить достоверность контроля преобразования высокочастотных сигналов, несущих информацию об измеряемых импедансах, в непосредственной близости от выводов микросхемы 5 смесителем 6 стробоскопического преобра-зователя, модуль входного сопротивления которого на частоте, например, 1, ЮО мГц составляет сотни, десятки килоом. Передача и измерение преобразованного напряжения низкой .фиксированной частоты (например, 1О кГц) может быть проведена с высокой точностью (0,1-0,2%) В связи с этим динамический диапазон измерения и контроля импедансов, а значит и достоверность контроля микросхем значительно повышается. 11 Формула изобретения Устройство для контропя параметров линейных интегральных микросхем, содер жащее блок управления, соединенный выходами с соответствующими первыми вхо дами задающего генератора, блока вывода, Коммутатора режимов работы и блоков эталонных нагрузок, соединенных выходами с .выводами контролируемой микросхемы, фильтр высоких частот, соединенный выходом с вторым входом коммутатора режимов работы, выход которого соединен через измеритель среднеквад ратического значения напряжения с первым входом блока соглах;ования, соединен ного выходом с первым входом вычислителя, соединенного выходом с вторым входом блока вывода, вторым входом с соответствующим выходом блока управ ления, вход которого соединен с выходом блока сравнения, соединенного первым входом с источником опорного напряжения, вторым входом - с входом фильтра высоких частот, отличающеес тем, что, с целью повыщения достоверности и производительности контроля, в устройство .введены формирователь строб импульсов, первый и второй нормирующие усилители, высокочастотный и низкочастотный коммутаторы, фазометр, измеритель амплитудных значений напряжения, первый смеситель и по числу выводов контролируемой микросхемы вторые смесители, соединенные первыми входами с 0612 выводами контролируемой микросхемы, выходами - с первыми входами низкочастотного коммутатора, вторыми входами с выходом формирователя строб-импульсов и первым входом первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом задакщего генератора и через высокочастотный коммутатор - с вторыми входами соответствующих блоков эталонных нагрузок, выход через первый нормирующий усилитель - с первым входом фазометра, третьим входом коммутатора режимов работы, соединенного выходом через измеритель амплитудных значений напряжения с вторым входом блока согласования, третий вход которого соединен с выходом фазометра, соединенного вторым входом с выходом коммутатора режимов работы, соединенного .четвертым входом непосредственно с входом фильтра высоких частот и через второй нормирующий усилитель с выходом низкочастотного коммутатора, соединенного вторым входом с соответствующим выходом блока управления, соединенного выходами с первым входом формирователя строб-импульсов,вторыми входами высокочастотного и низкочастнотного коммутаторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 661439, кл. G 01 R 31/28, 1979. 2.Авторское свидетельство СССР № 325571, кл. Q 01 R 31/28, 1972 (прототип).

J 1..гд,9,Н.2В

omW

Фиг.2

I

Dm21

Фт.З

7

(3

ДИ11I

I UT: Т7-П

wLIz

Д1L..

fe