Измеритель временных параметров полупроводниковых приборов

, д.;."ж"Ф%умьущрп, . у дэвМхкф,-.ОПИСАНИЕИЗОВРЕтЕНИЯ 664 З 6К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфвз Советскик Сециалнстнческик Республик(51)М. К . Д 01 Ч 31/26 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР по делаю изобретений и открытий(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ - - ,из1устройство относится к области приборостроения и может быть использова. - но для измерения временнйх параметров, полупроводниковых приборов при и ав томатической разработке и классификации.Известны измерители 1;с промежуточным преобразованием измеряемого параметра в амплитуду напряжения, со( держайие преобразователи временного интервала в напряжение, компараторы, коммутационные и логические элементы.Измерители имеют невысокие стабильность и точность, а также сложны в настройке, Помимо время-амплитудно" го преобразователя, большое влияние на точность иэмерейия оказывают также параметры компараторов напряжения (стабильность, быстродействие и чувствительность), формирователей (собственные задержки и быстродействие),Известен также преобразователь 2 динамических параметров импульсных . схем в код, содержащий формирбватель импульсов, источники опорйых напряжений и напряжений смещения, два балансных каскада с генератораМй стабильного тока, включенными в цепь эмитте-. ров сравнивающих транзисторов,диоды ЗО 2и согласующие транзисторы, схему сдвига уровня, конденсаторы, к которым подключены отсчетные устройства,Известное устройство имеет низкую производительность, так как для измерения только одного параметра через испытуемый прибор нужно пропустить около десятка импульсов, Возникает йе" обходимость проведения большого объма вспомогательных подготовительных операций при измерении временных пара- . метров интегральных микросхем со средней и высокой степенью интеграции, Затрудняется также измерение параметров мощных транзисторов на предельных режимах. Последнее объясняется тем, что, во-первых, при большом числе включений транзистора для измерения нескольких параметров требуется установка испытуемого прибора на радиатор (в противном.случае дрейф измеряемого параметра, вызванный разогревом транзистора, может послужить причиной сбоя кодирующего преобразователя); во-вторых, ухудшается надежность ра" боты устройства,из-за интенсивных импульсных помех, возникающих прн переключении мощных вЪтсокочастотных транзисторов и отрицательно сказывающихся3 66143на работе высокочувствительного широкополосного устройства сравнения напряжений (туннельного диода) . Увеличение же периода следования тестовыхимпульсов, как и повторение измерений с целью получения достоверного результата, приводит к увеличению продолжительности измерений, что нежелательно в автоматических измерителях-классификаторах, устанавливаемыхдля 100-ного контроля качества выпускаемой продукции на технологических линиях завода.Целью изобретения является сокращение времени измерения,Поставленная цель достигается тем,что балансные каскады выполнены на 15транзисторах разной проводимости, йричем точки соединейия коллекторов балансных каскадов соединены через диоды с источником напряжения смещения,а через согласующие транзисторы - с 20конденсаторами, при этом формирователь импульсов соединен с входом одного балансного каскада через испытуемый прибор, а с входом другого балансного каскада - через схему сдвигауровня.функциональная схема измерителявременных параметров полупроводниковых приборов представлена на.фиг. 1.Измеритель содержит два балансныхкаскада, один из которых связан сформирователем импульсов 1 через схему 2 сдвига уровня, а другой - черезиспытуемый прибор 3. На вторые входыкаскадов поступают опорные напряженИя 1)пи П,1 п,2 . Балансные каскады36выполйены на сравнивающих транзисторах разной проводимости 4, 5 и б, 7с генераторами 8,:9 стабильного токав их эмиттерных цепях. Коллекторытранзисторов 4-7 попарно объединены 40и через диоды 10, 11 подключены к источнику напряжения смещения Ем , ачерез транзисторы 12 и 13, включенныепо схеме с общей базой;соединены сконденсаторами 14 и 15, параллельно 45которым включены отсчетные устройства16 и 17, К источнику напряжения сме-щения Ех, подключены также базы согласующих транзисторов 12 и 13На фиг, 2 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства при измерении например, за-держек включения 1 и выключенияиспытуемого прибора 3 по уровню 0,5,В исходном состоянии на базу транзистора 4 подается напряжение 0 вх(С)меньшее по величине, чем приложенное,к базе транзистора 5 опорное напряжение Поп . Поэтому р-и-р-транзистор5 закрыт (1 к 1 = 0), а через транзистор 4 протекает весь ток ЮГ генера"тора 8, т,е. 1 к - дг,1, Через открытый транзистор 3 протекает весь ток32 генератора 9, поскольку к базесравнивающего п-р-и-транзистора б второго балансного каскада приложен боб 4лее высокий потенциал, чем к базе транзистора 7; (1 В,Х (1) ПопТок дг,2 генератора 9 прй первона,чальной настройке схемы устанавливается несколько бОльшим тока Ю генег 1 ратора 8 с тем, чтобы в исходном состоянии согласующие транзисторы 12 и.13 были запертыми, а конденсаторы 14 и 15 были разряжейными, Небольшойразностный токЕ 1 К 1 КЗ Г 1 Г 21 Г 1 Г 2 Э Е уЪ)Г, гА КА КЬ(3) где П щ 25 мВ тепловой потенциал транзисторов, Поскольку значения зарядныхтоков 11 и 12 определяются экспоненциальными зависимостями (2) и (3),протекает через диод 10 и эа счет падения напряжения на нем транзистор12 надежно заперт. Через транзистор13 ток также не протекает, посколькузаперты транзисторы 5 и 7Пусковой импульс запускает формирователь 1 тестового импульса прямо-угольной формы. На фиг. 2,а показанслучай, когда длительность фронта тестового импульса не равна нулю. Придостижении входным напряжением 1)ВХ(1)уровня По ток Д,1 начинает перераспределяться между транзисторами 4 и 5,а несколько позже, когда Пвых(1) сравнивается с Поп 2, начинает йерераспре"деляться между транзисторами б, 7 иток генератора 9 Ю (фиг. 2,в,д). Пе-риоды времени между моментами пересечения входным напряжением Овх (1.)уровня Ццц и выходным Пвых (1) уровняравны измеряемью задержкам включения 1 и выключения 12 испытуемогоприбора 3., Поскольку переключениегтранзисторов балансных каскадов происходит не одновременно, то имеют место фвсплески разностных токов 1Е 1и 112 (заштрихованные участки нафиг, 2,в,д) . В зависимости от полярности разностные токи могут протекатьчерез диоды 10, 11 либо через транзисторы 12, 13,Токи 10 и 12О, протекающиечерез транзисторы 12, 13 и заряжающиеконденсаторы 14 и 15, равны:(5) Формула изобретения Измеритель временных параметров полупроводниковых приборов, содержащий формирователь импульсов, источники опорных уровней и напряжения смещения, два балансных каскада с генераторами стабильного тока, включеннЫми в цепь эмиттеров сравнивающих транзисторов, диода, согласующие транзисторы, схему сдвига уровня, конденсаторы, к которым подключены отсчетные устройства, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения времени измерения, балансные каскады выполнены на транзисторах разной проводимости, причем точки соединения коллекторов балансных каскадов соединены через диоды с источником напряжения смещения, а через согласующие транзисторы - с конто можно считать, что их-измененияпроисходят в диапазоне (3-4) дт изменения напряжений Пь(О) и (Зэ,х(1),от"носительно опорных уровней д и Цасоответственно, т.е. при измененииэтих напряжений примерно на 75-100 мВ.Амплитуда входных и выходных импульсов подавляющего большинства полупроводниковых приборов значительно пре-,вышает укаэанные значения, поэтомуможно считать, что напряжения Пх (1)и алых в таком диапазоне изменяются практически линейно. Следовательно, составляющие функций (1), (2) нечетным относительно точек Ув(1)= "оптвьх = опг, а площади,описываемые зависимостями (1) и (2), )5в точности равны площадям прямоугольников, показанных на фиг, 2,в,д, пунк"тиром. Можно записать: где о 1 - напряжение заряда на конденсаторе 14 емкостью С 1,1)ог - напряжение заряда на конденсаторе 15 емкостью Сг.На Фиг. 2,г,е, тонкой линией пока- ц заны иэмененйя напряжений 1)о 1 (1) и Бог (О на конденсаторах с 1 и сг, если бы их заряд производился постоянным током И в течение задержек о включения С; и выключения 12, выде ляемых с помощью идеальных компараторов напряжения, как это обычно и стремятся осуществить в измерителях подоб-ного типа, По временным диаграммам и зависимостям (4), (5) видно, что хотя заряд конденсаторов в предложенном устройстве протекает несколько иначе, чем в идеальном случае, однако напРЯжениЯ Уо 1и Бог (О достигают тех же значений, Эти напряжения измеряются (кодируются) с помощью отсчет ных устройств 16, 17.Отсутствие гистерезиса, быстрота переключения из-за исключения режимов насыщения транзисторов и небольшой величины их коллекторных нагрузок а 50 также высокая стабильность нуля ба-. лансных каскадов позволяют значительно упростить построение измерителя временных параметров с промежуточныю преобразованием и устранить погрешности, .вызванные неидеальностью компараторов. Благодаря объединению,коллекторов сравнивающих транзисторов балаисных каскадов и выполнению этих каскадов на транзисторах с разной проводимостью отпадает необходимость в дополнительных схемах блокировки, Фор" мирователях старт-стоповых импульсов ключах, триггерах, Этим исключаются погрешности, обусловленные собствен-. ными задержками, Флуктуациями фронтов 65 и неидеальной Формой выходных импульсов этих узлов. Согласующие транзисторы 12 и 13 позволяют повысить линейность преобразования, поскольку потенциалы на коллекторах сравнивающих транзисторов в процессе заряда кондейсаторов остаются неизменными,Перечисленные факторы позволяют достичь в предлагаемом устройстве точности иэмереиия, близкой точности прототипа при значительном сокращении числа измерительных операций. Действительно, при прохождении через испытуемый прибор всего одного импульса устройством измеряются сразу два временных параметра. Напряжение на конденсаторе 15 будет эквивалентно, например, времени включения Со испытуемого транзистора, а на конденсаторе 14 1 времени рассасываниянеосновных носителей 1, если Пдкг = 0 е 1 Пвьх тих либо соответственно задержке включения и времени выключения 1 о при ПОЕТЕ - 09 П Вы х щах. установкой величин токов ЛЛ либо емкостей С 1, Сг выбираются необходимые пределы измерения, а регулировкой уровня либо крутизны фронтов импульса ьх(Ф.), поступающего"через схему сдвига уровня на вход первого балансного каскада, изменяется, момент переключения этого каскада, т,е. подстраивается фнуль измерения. Схема сдвига уровня необходима, поскольку балансные каскады работают при напряжениях Пьщсх (ОЕ ем Пс ерхУ , (1)Ео,. В случае .необходимости входные напряжения балансных каскадов Пи 6 ,х ограничиваются. Дополнительным преимуществом схемы является инвариантность к фаэировке входных напряжений, Для того, чтобы измерять временные параметры, например, неинвертирующего испытуемого. прибора, не нужен дополнительный инвертор, Достаточно поменять местами входы второго балансного каскада.661436 Фиг. фщ 2 НИИПИ Заказ 2453/45 Тираж 1089 " Подписное филиал ППП фПатентф, г.ужгород, ул. Проектная, 4 7денсаторами, при этом формирователь ,импульсов соединен с .входом .одного балансиого каскада через испытуемый прибор, а с входом другого балансного каскада. - через схему сдвига уровия,г 8Источники информации, принятые вовнимание прн экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 438944, кл . Ч 01 Ч 31/26, 1970 .2. Авторское свидетельство СССРР 498733, кл. Н 03 К 13/02, 1971.