Устройство для измерения электрических параметров интегральных микросхем

,.ЫЛ 1775691 А 1 5 601 Й 31/2 1 й КОМИТЕТЯМ И ОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВ ПО ИЗОБРЕТ ПРИ ГКНТ СС-Е ИЗОБРЕТЕН СА ЕТЕЛЬСТ К АВТОРСКОМ 2СТРОЙСТВО ДЛЯ И РИЧЕСКИХ ПАРАМЕТ ЫХ МИКРОСХЕМ тройство содержит из ель 1, блок задания масш р 3, первый источник ния 4, второй источн ения 5, повторитель 6, и 9, первый резистивный ния 10, второй резистив ения 11 с соответствую л,ЗМЕРЕНИ РОВ ИНТЕ(54) У ЭЛЕКТ РАЛЬН (57) Ус усилит парато пряже напряж ли 8 и пряже напряж ми.2 и мерительныи тэбов 2, компорного нак опорного ереключатеделитель наый делитель щими связяИзобретение касается контроля качества и надежности интегральных микросхем (ИМС), электрорадиоэлементов, электронных устройств и блоков и может быть использовано для контроля их статистических параметров и функционального контроля,Известно устройство задания входных воздействий и измерения при контроле статических параметров ИМС, содержащее повторитель, усилитель мощности, усилитель с масштабными резисторами, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), измерительные резисторы тока и напряжения. Данное .устройство является по своей сути преобразователем напряжения и тока и предназначено для работы в составе системы, выполненной по так называемой централизованной структуре размещения измерительных ресурсов, В известном устройстве не рационально используются измерительные ресурсы, что приводит к значительным аппаратным затратам,В указанной структуре устройство находится на значительном удалении от контролируемой ИМС, к тому же, может поочередно подключаться к нескольким рабочим местам при помощи релейного коммутатора. Все перечисленное представляет наличие длинных связей (измерительных линий), имеющих в своем составе, как правило, и контакты реле коммутатора. Это, с одной стороны, приводит к увеличению электрической емкости укаэанных связей, а с другой стороны - активного сопротивления. С целью уменьшения влияния перечисленных факторов на точностные характеристики устройства с него введены дополнительные элементы, выполненные на основе операционныхусилителей (ОУ), которые характеризуются таким параметром влияющим на точность работы устройства, как напряжение смещения, Известно, что приведенная ко входу преобразователей напряжения и тока погрешность прямо пропорциональна сумме напряжений смещений входящих в устройство ОУ. В данном устройстве таких ОУ три, Наличие указанных дополнительных элементов обуславливает не только низкую точность измерения устройства, но и его низкую устойчивость за счет повышения чувствительности к высокочастотным воздействиям, неизбежным при контроле ИМС, вызванной расширением полосы пропускания при последовательном включении нескольких ОУ,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения электрических параметров интегральных микросхем, которое содержит измерительный усилитель, блок задания масштабов, входом соединенный с выходом измерительного усилителя, выходом- с первым выходом устройства, компаратор, первый вход которого подключен к вы 5 ходной клемме первого источника опорногонапряжения, а выход связан с вторым выходом устройства, второй источник опорногонапряжения, повторитель, блок задания режимов, блок вычитания.10 Основными недостатками устройстваявляются, во-первых, большие аппаратныезатраты, вызванные нерациональным использованием имеющихся блоков на основеОУ, во-вторых, недостаточно высокие точно 15 сти измерения и устойчивость, вызванные. наличием блока вычитания в цепи обратнойсвязи (ОС) - источника дополнительных погрешностей и дестабилизирующих факторов в режиме задания тока и измерения20 напряжения,Целью изобретения является упрощение устройства и повышение точности измерения при обеспечении устойчивостиработы.25 Поставленная цель достигается тем, чтов устройство для измерения электрическихпараметров интегральных микросхем, содержащее измерительный усилитель, блокзадания масштабов, входом соединенный сЗО выходом измерительного усилителя, выхо, дом - с первым выходом устройства, компаратор, первый вход которого подключен квыходной клемме первого источника опорного напряжения, а выход связан с вторымЭ 5 выходом устройства, второй источник опорного напряжения, повторитель, вход кото.- рого связан с выходом блока заданиямасштабов, блок задания режимов, в неговведены первый резистивный делитель на 40 пряжения, первый вход которого связан свыходом второго источника опорного напряжения, второй вход через первый переключатель блока задания режимовсоединен с выходом повторителя, а выход45 связан с первым входом измерительногоусилителя, и второй резистивный делительнапряжения, первый, вход которого подключен к общей шине, второй вход связан свыходом измерительного усилителя, а вы 50 ход связан с вторым входом компаратора,при этом второй вход измерительного усилителя через второй переключатель блоказадания режимов соединен либо со входомповторителя, либо со вторым входом компа 55 ратора,Благодаря тому, что в предложенном устройстве к неинвертирующему входу измерительного усилителя подключен выходпервого резистивного делителя, в режимезадания тока на вход измерительного усилителя подается разностный сигнал О 0 в 1 -Вых(в то время, как в прототипе на неинвертирующий вход измерительного усилителя подавался только сигнал Оп 1).Следовательно, на выходе измерительного 5усилителя выдается сигнал, пропорциональный разности указанных сигналов безиспользования блока вычитания. В результате обеспечивается рациональное использование измерительного усилителя и 10достигается сокращение аппаратных затрат, что позволяет значительно упроститьустройство, Данный положительный эффектеще более ощутим при контроле сложныхобъектов, имеющих большое количество выводов и требующих, следовательно, адекватное количество заявляемых устройств.Кроме того, искл 1 очение блока вычитания позволяет исключить одно иэ слагаемых, а именно напряжение смещения в 20формуле, приведенной погрешности преобразователей тока и напряжения, что позволяет увеличить точность измерения.С другой стороны, наличие в устройстверезистивных делителей вместо блока вычитания в цепи обратной связи измерительного усилителя позволяет сузить полосупропускания и снизить, тем самым, чувствительность к ВЧ воздействиям, неизбежнымпри контроле ИМС при последовательном 30включении нескольких операционных усилителей,В научно-технической и патентной литературе не обнаружены технические решения, содержащие признаки, сходные с 35признаками, отличающими заявляемое устройство от прототипа,На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; нэ фиг. 2 - вариантвключения устройства в систему контроля 40ИМ С.Устройство содержит измерительныйусилитель 1, выходом подкваченный ко входу блока задания масштабов 2, выход которого соединен с первым выходом 45устройства, компаратор 3, первый вход котарога подключен к выходной клемме первого источника опорного напряжения 4, авыход связан са вторым выходом устройства, второй источник опорного напряжения 505, повторитель 6, выход которого подключенко входу блока задания масштабов 2, Блокзадания режимов с переключателями 8 и 9,первый реэистивный делитель напряжения10, первый вход которого соединен с источником опорного напряжения 4, второй егавход связан через переключатель 8 с выходом повторителя 6, э выход связан с первымвходам измерительного усилителя 1, второйрезистивный делитель напряхения 11, первый вход которого подключен к общей шине, второй вход связан с выходом измерительного усилителя 1, а выход связан свторым входом компаратора 3. при этомвторой вход измерительного усилителя 1чрез переключатель 9 блока задания режимов 7 соединен либо с входом повторителяб либо с вторым входом компаратора 3,Измерительный усилитель 1 представляет собой ОУ, включенный по схеме вычитания напряжений и может быть выполненна микросхеме К 544 УД 1.Блок задания масштабов 2 представляет собой магазин образцовых резисторов,Блок задания режимов 7 предназначен дляуправления переключателями 8 и 9, определяющими режим работы устройства, Компаратор 3 может быть выполнен намикросхеме К 554 САЗ,Повторитель б может быть выполнен намикросхеме К 554 УД 1.Устройство работает следующим образом. Входными сигналами устройства являются оп орн ые напряжен ия Оол 1, Ооп 2. Квыходу "Вых, " устройства нодклочаетсявывод проверяемой ИМС, с выхода "Вых, "снимается информация о взаимном соответствии контролируемой величины и зэданного интервала допустимых значений,Устройство работает в трех режимах,Положение переклочателей блока заданиярежимов 7 соответствующее каждому режиму работы указано в таблице,Режим "исходное состояние" соответствует режиму задания напряжения равного нулю на Вых, 1, что обеспечиваетсяпрограммной установкой второго источникаопорного напряжения 5 в коль, Так как измерительный усилитель 1 через блок задания масштабов 2 и контакты второгопереключателя 9 схвачен отрицательной Обратной связью, то напряжение на инвертирующем входе измерительного усилителя 1,а значит и на выходе устройства "Бых, ",поддерживается равным напряжснио наего неинвертирующем входе, то есть, равным нулю.В режиме задания напряжения и контроля така входным сигналом измерительного усилителя 1 является апарнаанапояжение Оол 2 Напряжение на инвертнрующем входе измерительного усилителяравна выходному нэп 1:ях:ения второго источника опсрнага напряжения 5. Выходноенапряхение измерительного усилител; 1Овых 1 пои этом РавноОвьх 1 =- Ооп",1 + Бо/Рн), Р где О- э - выходнс.е напряжение:;сточни;эопорнага напряхения, 1775691Во - сопротивление образцового резистора блока задания масштабов 2,Вн - сопротивление нагрузки.ПРИЧЕМ Вн = Овых 1/ н, ГдЕ 1 -таК НаГрузки,Овых 1 - Ооп 2равный Ь =ВоВ формуле (1) все величины в правойчасти известны. Величина Овых 1 опРеделЯется с помощью компаратора 3. ПодбираяВЕЛИЧИНУ ВЫХОДНОГО НаПРЯжЕНИЯ Ооп 1 ПЕРваго источника опорного напряжения 4, по. ступающего на вход компаратора 3, можно,используя известные алгоритмы, опредеЛИТЬ ТОЧНОЕ ЗНаЧЕНИЕ НалРЯжЕНИЯ Ов,х 1, аследовательно, и величину тока нагрузки 1.В случае, когда нет необходимости определять точное значение 1 н, можно ограничиться информацией с нахакдения величины 1 нв заданном интервале (допусковый вид контроля),В режиме задания тока и контроля напряжения при помощи переключателей 8 и9 формируется схема источника тока с заземленной нагрузкой.Выходной ток определяется падениемнапрякения на образцовом резисторе Во.Выходное напряжение измерительного усилителя 1 устанавливается при этом таким,чтобы падение напряжения на образцовомРезистоРе Во было Равным Ооп 2 и апРеДелЯется из соотношения:Овых 1 = Ооп 2(1+ Внйо) (2)Величина тока, задаваемого при этом внагрузку, равна;Овых 1 - Овых 1 Ооп 2нВо Вогде О вых 1= Вн = Ооп 2/ВоВн.Точное измерение величины выходногонапряжения измерительного усилителя 1, а значит и величины напряжения Овых производитс как и в предыдущем случае, изменение величины напРЯжениЯ Ооп 1 пеРваго источника опорного напряжения 4 па известному алгоритму,Пример конкретной реализации автоматизированной системы входного контроля ИМС на основе описанного устройства показан на фиг. 2. Контролироваться, мажет одна или несколько ИМС с суммарным количеством выводов не превышающим количества усТройств в системе, Все устройства для измерения электрических параметров ИМС одинаковы ло схеме (см, фиг, 1), поэтому возможен одновременный контроль разных типов ИМС в зависимости от потребностей производства, Работай системы управляет ЭВМ. В начале производится установка исходного состояния, масштаба преобразования (величина Во) и режим работы, Затем устанавливаются необходимые для контроля конкретного параметра величины Ооп 1 и Ооп 2 И ПраИЗВадИтСя СраВНЕНИЕ НалаяжЕНИй Овых 1 И Ооп 1 ХВРаКтЕРИЗУЮЩИХ СаатВЕтственно реальное и допустимое значение параметра, В случае необходимости, как уже указывалось, изменением. Ооп 1 по известному алгоритму производится точное измерение параметра, Результат сравнения поступает в ЭВМ и там сравнива:тся с ожидаемым, В случае нахождения значения параметра в заданном интервале происходит переход к контролю следующего параметра с предварительной установкой необходимых:масштаба преобразования и режима работы устройства, В случае выхода значе 20 ния параметра за пределы заданноголнтер. вала производится остановка программы испытаний ИМС и выдается сообщение а браке, одновременно с этим фиксируется значение указанного параметра и номер вышение точности измерения и устойчивость работы устройства.40 Формула изобретенияУстройство для измерения электрических параметров интегральных микросхем, содержащее измерительный усилитель, блок задания масштабов, вход которого соединен с Выходам измерительного усилите. пя, а выход - с первым выходам устройства, компаратар, первый вход которого подключен к выходной клемме первого источника опорного напряжения, а выход связан с вто 50 рым Выходам устройства, второй источник опорного напряжения, повторитель, первый вход которого связан с выходам блока задания масштабов, блок задания режимов, первый и второй реэистивные делители напряжения, при этом первый вывод второго реэистивнога делителя напряжения подключен к общей шине, второй вывод соединен с выходом измерительного усилителя, а третий вывод - с инверсным входом компаратара, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,вода неисправной ИМС, соответствующий номеру канала в системе. Значегнле вышедшего за установленные пределы параметра мажет быть использовано, например, при 30 предьявлении рекламаций изгатовителаИМС; сборе статистических данных и т. д.В предлагаемом устройстведля измерения электрических параметров интегральных микросхем па сравнениа с прототипом 35 сокращены аппаратные затраты, чта позволяет упростить устройства, Кроме того, па сравнениа с прототипом, достигается павы10 1775691 П р и м е ч э н и е: 0- переключатель в положении, указанном на схеме 1- в противоположном положении.Составитель Т,ХолонцевТех е М.Мо гентал едактор Т.Иванова Р д Р Корректор З,Салк Заказ 4033 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 у 5 нат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарин изводственно-издательский ко с целью упрощения устройства и повышения точности измерения, выход второго источника опорного напряжения соединен с первым выводом первого резистивного делителя, второй вывод которого подключен к выходу повторителя через первый ключ, а третий вывод соединен с первым входом измерительного усилителя, инверсный вход измерительного усилителя соединен с инверсным входом компаратора и через второй ключ с первым выходом устройства, а 5 входы блока задания режимов подключенык выходам от ЭВМ,