Емкостный датчик для съема диагностической информации с цифровых микросхем

)5 6 01 В 31/2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИЗОБРЕТЕН И ПИСА ВИДЕТЕЛЬСТ К АВТОРСКО ЪЕМА ЦИИ С Изобретение относится к контрольно-. лируемых выводов;на фиг.5 показаны графе.измерительной технике и может быть ис-: кИзависимостиразрешающейспособности от.пользовано в качестве встроенного числаконтролируемыхвыводовдля предлаустрОйства для съема информации с цифро- гаемого и.известного датчиков.вых микросхем для контроля и диагностики. Датчик содержит металлический элект-0Цель изобретения - повышение досто- род 1, выполненный в виде тонкого провод- Я верности контроля и расширение области ника с круглым сечением, на поверхность применения датчика на встроенный конт-. которого нанесен первый диэлектрический роль микросхем; слой 2, состоящий из участков с разной диНа фиг. 1 показан емкостный датчикэлектрической проницаемостью. Металливыполненный в корпусе микросхемы; на ческий электрод 1 с нанесенным первым фиг. 2 - .сечение А-А на фиг. 1; на. фиг. 3 - диэлектрическим слоем 2 располагается в сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг, 4 показаны корпусе микросхемы 3, перекрывая контрографики зависимости постоянной времени лируемые контактные площадки 4. При этом т. от номера контролируемого вывода для роль электростатического экрана выполняразых значений и - общего числа контро- . ет металлическая крышка 5 микросхемы, а(56) Авторское свидетельство СССРМ 1182415, кл. 6 01 й 19/00, 1985.Авторское свидетельство СССРЬЬ 1492323, кл, 6 01 й 31/28, 1988,(54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ СДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИФРОВЫХ МИКРОСХЕМ.(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в качестве встроенного.устройства для съема информации с цифровых микросхем для контроля и диагностики,Цель изобретения - повышение достовер- .ности контроля и расширение области,применения датчика на встроенный контрольмикросхем; В емкостном датчике для съемадиагностической информации с цифровыхмикросхем, содержащем, металлическийэлектрод 1, первый диэлектрический слой 2,расположенный между металлическим элек"тродом 1 и контактными площадками 4,элек,тростатический экран 5,второй диэлектриче-ский слой, расположенный между металлическим электродом 1 и электростатическимэкраном 5, металлический электрод 1выполнен в виде тонкого проводника скруглым сечением, причем первый диэлектрический слой 2 нанесен на поверхностьметаллического электрода 1 и выполнен состоящим из участков с различной.диэлектрической проницаемостью, диэлектрическая .проницаемость каждого из участков определяется по формуле, приведенной в описании изобретения. 1 з. и. ф-лы, 5 ил, 1691792второго диэлектрического слоя - воздушная прослойка, между металлическим электродом с первым диэлектрическим слоем и крышкой 5.Между металлическим электродом 1 с первым диэлектрическим слоем 2 и корпусом 3 включается резистор 6. Резистор 6 Может располагаться в блоке согласования 7, обладающем большим входным сопротивлением и малой входной емкостью, конСтруктивно выполненной в виде ручного щупа, с помощью которого осуществляют съем и контроль результирующей информации с датчика.Закон изменения диэлектрической проницаемости от одного участка первого диэлектрического слоя 2 к другому, обеспечивающий максимальную разрешающую способность, бпределяется следующим обазом.Датчик дифференцирует и суммирует на , резисторе 6 (й) первоначальные прямо угольные импульсы, т. е. преобразует форму импульсов по закону е , где % = ВС 1; й - сопротивление резистор 6; С - емкость Между датчиком и контролируемым проводником.Ясно, что наиболее "похожими" будутезультирующие сигналы, соответствуюие кодовым комбинациям с одинаковым ислом логических единиц (комбинации вида 0111, 1110, 1101, 1011), Причем наисолеееблагоприятная ситуация и с точки зрения аспознавания будет при одинаковой ампитуде логических единиц и при совпадаюих передних и задних фронтах. импульсов подобных комбинациях.. В формальной постановке задачи будемассматривать множество из функций е Ф = 1,п, где и - количество выводов,микросхеМыс которых снимается информация, Это Множество линейно-независимо и представляет собой базис и-мерного векторного йространства с векторами-функциями вида, адеТак как мы имеем дело с цифровой информацией в виде логических нулей и единиц,. то в векторном пространстве ч выделим подпространство ч с коэффициентами а 1 = 10,1), содержащем 2" векторовИзвестно, что среднее значение любой функции т(х) на интервале от а до Ь определяется выражениемХ Ф(х)дхТогда в качестве критерия или меры различимости двух функций из векторного,"=(-1,0,1)20 ИСпользование величины Л удобнотем, чтс минимальная величина Ь вл =м 1 л 1 Л 11-1 2 " - 2"1, т. Е, среднее расстояние между наиболее близколежащими кривыми из подпространства Ч как раз 25 характеризует разрешающую способность 30 35 40 45 50 55 аподпространстваЧ удобно взять "среднее расстояние" Л между этими функциями, равное модулю разности средних значений этих функций на интервале 1. = О,Т), где Т - минимальная длительность контролируемых импульсов: и; ит 1 а-т% л 1.ч),-ьтт 112 в 1 О 2 о 1 датчика и может использоваться, например,для определения шага квантования Н и количества уровней квантования на один сигнал, если предполагается преобразованиерезультирующего сигнала в код с помощьюаналого-цифрового преобразователя.Разрешающая способность датчика припрочих равных условиях определяется законом изменения емкости по длине датчика.Исследования данного критерия длядатчиков с линейным и гиперболическим законом (датчик с линейно-изменяющейсятолщиной диэлектрика) изменения емкостипоказали, что для датчика с гиперболическим законом изменения емкости величинаЬюп в два раза выше,Очевидно, существует некоторый оптимальный закон изменения емкости, обеспечивающий максимальную разрешающуюспособность датчика.Таким образом, задача сводится к определению такового вектора х = (х 1,х 2 х,),гдеХ 1 =%6 П И Хп = ХПаХ - ЗсйаНЫтХПФХХПВ 1) = 2,п, при котором минимальное среднеерасстояние Ью будет максимальным.Сначала эта задача была решена как задачаоптимизации с целевой, функциейИ 1 И т ь 11 т 1-р )-ае 1 ре, (2)при логическом ограничении на сравнениерезультирующих сигналов, соответствующих кодовым комбинациям с одинаковымчислом единиц:йу т 111, О т 1 Е). (.1, С, 1, Е 1,1".2"(т.е. берутся векторы у в которых количество 1 равно количеству -1, т. е. вида (1-1-1 1), (О 1 0 -1 -1 1) и т,д.).Но решение задачи в таком виде не позволило объяснить полученные результаты. 5 Это можно сделать, если определить сначала оптимальные средние значения аь= 1,п базисных фУнкцийе г пРи котоРыхВ111 Е Уа, о 14) 10хс теми же ограничениями (3) на векторе у,э затем путем решения трансцендентных уравненийг 1(1 - е г 1) =а,=2,п - 1 (5) определить значения гЗначения а 1 и а определяются путем подстановки в уравнение(5) значений Гвп и г вах, а остальные а - путем решения задачи (4), После анализа решения было установлено, что полученные значения аь=. =1,п отстоят друг от друга на величины, пропорциональные числам Фибоначчи, Одним из вариантов такого расположения оптимальных значений а является следующий; И Ьа.1ЗЬ 2 Ь ЬЬ (6)а о абоа Ф О ан.гм и30при которомап= ам+1 - О, Л;=1,п(7)где Л =(а- а 1)Яп;- 1Яп=О) - сумма ппервых чисел=.1Фибонэччи;О = 01-2+ 01-1; 01 = 02 = 1 - рекуррентное уравнение, определяющее)-й член последовательности чисел Фибоначчи, Формулу (6) можно получить также путем цепочки ин-,40 дуктивных рассуждений, исходя из теории чисел Фибоначчи,Таким образом, при заданном и и известных значениях э 1 и а можно сначала по формулам (7) и (6) определить Ь и аь 1= 45 "2,п, а затем, решая транцендентные уравнения(5), например, методом итерации найти значения постоянных времени гьДиэлектрическая проницаемость -го участка тогда определяется следующим об разом:е = ГЗ) . ГдЕ Е = Евп - дИЭЛЕКтрИЧЕСКая. ПрОНИцаЕ- масть 1-го участка.Исходными даннымидля расчетов являютсяевХви и гвах евь,выбирается в диапазоне 2-10, гвп и т вах определяются частотой, на которой работает конкретнэя микросхема, и зависят от величин Свга иСвах (емкости связи 1-го и и-го участков) ирезистора В,Очевидно, что Св должно быть какможно меньше, а Свах - как можно больше.Свах выбирается такой, чтобы не происходило взаимного искажения сигналов, проходящих по двум соседним выводам микросхемы,и может быть определена экспе риментально.Из эквивалентной схемы датчика видно, чтомежду каждой парой дорожек включено последовательно по две емкости, поэтому величина результирующей емкости согласноформулеСреэ = С 1 С 2/(С 1+ С 2)будет меньше меньшей из двух, Минимальная величина емкости Свв определяется величиной входной емкости схемы согласования,На фиг, 4 показаны графики зависимости постоянной времени г от номера контролируемого выводадля разных значенийи (от 8 до 20). Частота контролируемой информации 1 мГц, гвп. - 0,1 мкс,г вах =10 мкс,Графики показаны непрерывными, хотядиэлектрическая проницаемость от одногоучастка к другому изменяется дискретно.Поскольку т пропорционально Е, то графики е в точности повторяют графики Г,На фиг, 5 показаны зависимостиЬь(п) для предлагаемого датчика, а такжедля прототипа при гв = 0,1 мкс, т в=10 мкс. Из графиков видно, что разрешающая способность датчика весьма высока.Формула изобретения1, Емкостный датчик для съема диагностической информации с цифровых микросхем, содержащий металлический электрод,первый диэлектрический слой, расположенный между металлическим электродом иконтактными площадками, электростатический экран, второй диэлектрический слой,расположенный между металлическим электродом и электростатическим экраном, о тл ича ющийся тем, то, с целью повышения достоверности контроля и расширенияобласти применения на встроенный контроль микросхем, металлический электродвыполнен в виде тонкого проводника скруглым сечением, причем первый диэлектрический слой нанесен на поверхностьметаллического электрода и выполнен состоящим иэ участков с различной диэлектрической проницаемостью, причемдиэлектрическая проницаемость каждогоиэ участков определяется по формуле-1/Гап =Ъа (1 - е "),- 1/т где таи и айвах - минимальное и максимальное значения постоянной времени, соответствующие 1-му и и-му участкам.2, Датчик по п, 1, о тл и ч а ю щ и й с я 5 тем, что металлический электрод с нанесенным первым диэлектрическим слоем располагается в корпусе микросхемы с перекрытием контролируемых контактных площадок и соединен с дополнительным вы водам микросхемы, являющимся выходом.,датчика, металлическая крышка микросхемы является электростатическим экраном, а воэдушная прослойка между металлическим электродом с первым диэлектриче ским слоем и металлической крышкой,является вторым диэлектрическим слоем./ с Редактор Т,Клюкин Тираж Подписное .енного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 13035, Москва, Ж, Раушская наб;, 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 каз 3926 . ВНИИПИ Госуд Составит Техред М ь В.Степенкиноргентал