Устройство для автоматического контроля интегральных схем

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 615432, кл, С 01 К 31/26, 1975.2. Техническое описание тестера Тстатических параметров интегральных схем, ШЦМ 3.430,002, Воронеж. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, содержащее программируемый источник напряжения, первый повторитель, измерительный резистор инвертор, сумматор, источник граничных значений, источник опорного напряжения, компаратор, коммутатор, блок подключения, эадатчик кодов и команд, при этом первый вход программируемого источника напряжения подключен к выходу .источника опорного напряжения, а его выход - к первому выводу измерительного резистора, второй вывод которого через последовательно соединенные первый ключ коммутатора и первый ключ блока подключения соединен с клеммой для подключения выводов контролируемой схемы, к которой через последовательно соединенные второй ключ блока подключения и второй ключ коммутатора подключен вход первого повторителя, выход которого соединен с вторым входом программируемого источника напряжения и с входом инвертора, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен. с выходом 801145311 программируемого источника напряжения, а выход - с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника граничных значений, вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход компаратора соединен с выходом устройства, первая группа выходов задатчика кодов и команд соединена с управляющими входами клю" чей блока подключения, вторая группа выходов задатчика кодов и команд соединена с управляющими входами ключей коммутатора, .третья группа выхо дов задатчика кодов,и команд соединена с управляющим входом измеритель ного резистора, четвертая группа выходов эадатчика кодов и команд соединена с управляющими входами программируемого источника напряжения, пятый выход задатчика кодов и команд соединен с входом источника опорного напряжения, естая группа выходов задатчика кодо и команд соединена с управляющими входами источника граничных значений, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля параметров, в него введены инвертирующий усилитель, второй повторитель, входнойрезистор, резистор обратной связи, .суммирующий резистор третий и четвертый ключи, запоминающий конденсатор, причем вход инвертирующего усилителя через входной резистор соединен с выходо сумматора и через резистор обратной связи - с выходом второго повторителя, а выход через третий ключ - с первым выводом запоминающего конденсатора, второй вывод1145311 которого соединен с общей шиной,первый вывод запоминающего конденсатора соединен с входом второго повторителя, выход которого через четвертый ключ и суммирующий резистор со 4Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для контроля параметров интегральных схем, в частности для контроля статических параметров КМОП-. структур 5Известно устройство для контроля параметров микросхем, содержащее программньп источник напряжения, соединенный с генератором управляющего сигнала, регистратором, изме О рителем напряжения, коммутатором, а также через токосъемный резистор, снабженньп 1 схемой управления, с памятью и непосредственно с коммутатором, соединенным через измеритель ную линию с испытуемым прибором, последовательно соединенные генератор строб-сигнала, согласующий трансформатор и ключ, подключенные к генератору управляющих сигналов 1.11. ЮНедостатком устройства является ниэкая точность контроля параметров интегральных схем.Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является 23 тестер статических параметров интегральных схем, содержащий программируемый источник напряжения, повторитель, измерительный резистор, ин", вертор, сумматор, источник граничных щ значений, источник опорного напряжения, компаратор, коммутатор, блок подключения, блок управления и контролируемую микросхему, причем первый вход программируемого источника напряжения подключен к выходу источника опорного напряжения, выход - - к первому выводу измерйтельного ре-, зистора, второй вывод которого через последовательно соединенные первый ключ коммутатора и первый ключ блока подключения соединен с выводом контролируемой микросхемы, к которой через последовательно соединенные втоединен с третьим входом компаратора,.а управляющие входы третьего и четвертого ключей подключены к седьмомуи восьмому выходам задатчика кодови команд. 3рой ключ блока подключения и второй ключ коммутатора подключен вход повторителя, выход которого подключен к второму входу программируемого источника напряжения и к входу инвертора, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу программируемого источника напряжения, а выход - к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход компаратора является выходом устройства, при этом выходы блока управления подключены к соответствующим управляющим входам программируемого источника напряжения, измерительного резистора, коммутатора, блока подключения и источника граничных значений 21.Недостатком устройства является значительная, не поддающаяся учету, погрешность измерения токов в наноамперном диапазоне, определяемая токами утечки в.измерительных линиях и блоках устройств. Токи утечки и, соответственно, погрешности контроля и измерения токов изменяются при изменении параметров окружающей средь 1 и режима устройства, что не позволяет учесть их при калибровке устройств,Целью изобретения является повышение точности контроляпараметров.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащеепрограммируемый источник напряжения, первый повторитель, измерительный .резистор, инвертор, сумматор, источник граничных значений, источник опорного напряжения, компаратор, коммутатор, блок подключения, задатчик кодов и команд, при этом первый вход программируемого источника напряжения подключен к выходу источника3 1145 опорного напряжен 1 юя, а его выход - к первому выводу измерительного резистора, второй вывод которого через последовательно соединенные первый .: ключ коммутатора и первый ключ блока подключения соединен с клеммой для подключения выводов контролируемой схемы, к которой через последовательно соединенные второй ключ блока . подключения и второй ключ коммутато- О ра.подключен вход первого повторителя, выход которого соединен с вторым .входом программируемого источника напряжения и с входом инвертора, выход которого подключен к первому 15 входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом программируемого источника напряжения, а вы-. ход - с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника граничных значений, вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения а выход компаратора соединен с выходом устройства, первая группа выходов И задатчика кодов и команд соединена с управляющими входами ключей блока подключения, вторая группа выходов эадатчика кодов и команд соединена с управляющими входами ключей коммутатора, третья группа выходов задатчика кодов и команд соединена с уп равляюпрж входом измерительного резистора, четвертая группа выходов задатчика кодов и команд соединенас управляющими входами программиру 35 емого источника напряжения, пятый выход задатчика кодов и команд соединен с входом источника опорного напряжения, шестая группа выходов эадатчика кодов и команд соединена с управляющими входами источника граничных значений, введены инвертирующий усилитель, второй повторительУ входной резистор, резистор обратной ;связи, суммирующий резистор, третий и четвертый ключи, эаломинающий конденсатор, причем вход инвертирующего усилителя через входной резистор соединен с выходом сумматора и через резистор обратной связи - с выходом второго повторителя, а выход через третий ключ - с первым выводом запоминающего конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной,М первый вывод запоминающего,конденсатора соединен с входом второго по- . вторителя, выход которого через чет 311 4вертый ключ и суммирующий реэисторсоединен с тРетьим входом компарато.ра, а управляющие входы третьегои четвертого ключей подключены кседьмому и восьмому выходам задатчика кодов и команд,На чертеже представлена блок-схемаустройства.Устройство содержит задатчик 1кодов и команд, источник 2 опорногонапряжения, подключенный к первому.входу программируемого источника 3напряжения, который предназначендля задания испытательного напряжения и содержит инвертирующий усилитель 4 и резисторы 5 и 6, определяющие коэфФициент передачи, первыйповторитель 7, подключенный к цепиобратной связи программируемого источника 3 напряжения, измерительныйрезистор 8, коммутатор 9, содержащий первые 1 О и вторые 11 ключи ирезистор 12.Коммутатор 9 предназначен дляпередачи испытательного напряженияна соответствующий вывод блока 13подключения, содержащего первые 14и вторые 15 ключи. Источник 16 граничных значений, вход которого соединен с выходом источника 2 опорногонапряжения, вырабатывает напряжение,соответствующее граничному значениюполя допуска контролируемого тока,и включает в себя усилитель 17 и резисторы 18 и 19, определяющие коэффициент передачи. Инвертор 20, содержащий усилитель 21 и равные повеличине резисторы 22 и 23, подключен к сумматору 14, содержащему усилитель 25, резистор 26 обратной связи и.суммирующие резисторы 27 и 28.Компаратор 29, первый вход которого соединен с выходом сумматора 24,второй вход - с выходом источника 16граничных значений, третий вход -с суммирующим резистором 28, предназначен для сравнения поступающихна входы напряжений и содержит усилитель 30 и резисторы 31 и 32К блоку 13 подключения подсоединена контролируемая микросхема 33.Устройство содержит также инвертирующий усилитель 34, второй повторитель 35, входной резистор 36, резистор 37 обратной связи, суммирующий резистор 38, первый 39 и второй40 ключи, запоминающий конденсатор41, общую шину 42 причем запомина 1145311ющий конденсатор 41 подключен через второй повторитель 35 и второй ключ 40 к суммирующему резистору 38 и - через первый ключ 39 - к входу инвертирующего усилителя 34. 5Задатчик 1 обеспечивает требуемые режимы работы устройства (выбор необходимого коэдФициента передачи программируемого источника напряжения и необходимой величины измеритель ного резистора, включение необходимых ключей коммутатора и блока подключения), для чего вырабатывает соответствующие коды. Кроме того, задатчик 1 обеспечивает необходимую последовательность включения источника опорного напряжения и источника граничных значений, для чего вырабатывает соответствующие команды,Устройство работает следующим 20 образом.Процесс контроля состоит из двух этапов.Первый этап. По команде из задатчика 1 кодов и команд программиру- ,Ь емый источник 3 напряжения устанавливает необходимое напряжение на выходе с помощью источника 2 опорного напряжения и резисторов 5 и 6. Полученное напряжение через измеритель ный резистор 8 и замкнутые. контакты первого ключа 10 коммутатора 9 посту. пает в измерительную линию (на входе блока 13 подключения). Отрицательная обратная связь с вывода измерительного резистора 8 через резистор12 коммутатора 9 и повторитель 7 на второй вход программируемого источника 3 напряжения (резистор 5) обеспечивает компенсацию падения напряже ния на измерительном резисторе 8. Через измерительный резистор 8 при этом протекает ток утечки в измерительной линии, коммутаторе 9, цепяхобратной связи (связь второго ключа 4515 блока 13 подключения с входомповторителя 7 через второй ключ 11 коммутатора 9) и повторителе 7. Падение напряжения на измерительномрезисторе 8, пропорциональное току 50утечки, выделяетсясумматором 24с помощью инвертора 20. При этом напервый вход сумматора 24 (суммирующий резистор 27) поступает напряжение с выхода повторителя 7 через 55инвертор 20, выполненный на базеусилителя 21 с единичным коэФФициентом усиления, определяемым резисторами 22 и 23. На второй вход сумматора 24 (суммирующий резистор 28) поступает напряжение с выхода программируемого источника 3 напряжения. Коэффициент передачи сумматора 24 определяется резистором 26 обратной связи. Выделенное напряжение с выхода сумматора 24 поступает на запоминающий конденсатор 41 через входной резистор 36, инвертирующий усилитель 34 и замкнутые контакты первого ключа 39. Запоминающий кон. денсатор 41 подключен к входу второго повторителя 35 с высокоомным входом. Напряжение на запоминающем конденсаторе 41 под действием отрицательной обратной связи, образованной резистором 37 обратной связи, устанавливается таким, что на выходе второго повторителя 35 появляется напряжение, равное напряжению на выходе сумматора 24, но с противоположным. знаком. Равенство напряженийобеспечивается равенством величин сопротивлений резистора 37 обратной связи и входного резистора 36. Таким образом, на выходе второго повторителя 35 присутствует напряжение, пропорциональное току утечки. Второй ключ 40 разомкнут, при этом на вход компаратора 29 (резистора 31) поступает напряжение с выхода сумматора 24, пропорциональное току утечки, а с выхода источника 16 граничных значений - напряжение, соответствующее максимально допустимому току утечки. Необходимое напряжение на выходе источника 16 граничных значений устанавливается резисторами 18 и 19 по команде задатчика 1 кодов и команд спомощью источника 2 опорного напряжения.Затем по команде из эадатчика 1 кодов и команд первый ключ 39 размыкаетсй, а запоминающий конденсатор 41 поддерживает на выходе второго повторителя 35 напряжение, соответствующее току утечки.Второй этап. По команде задатчц- ка 1 кодов и команд замыкаются первый 14 и второй 15 ключи блока 13 подключения, и испытательное напряжение с выхода программируемого источника 3 напряжения через измерительный резистор 8, коммутатор 9 и блок 13 подключения поступает на вход контролируемой микросхемы 33. При этом через измерительный резистор 8оУравнение (1) можно записать в нидеП = -1 К К е + (1+1)КК-П (2)з где 1 - ток утечки;К - сопротивление измерительного резистора 8;- длительность измерения;Т - постоянная времени разрядазапоминающего конденсатора 41; 30 протекает сумма тока утечки и тока контролируемой микросхемы 33. Падение напряжения на измерительном резисторе 8 выделяется сумматором 24 с помощью ннвертора 20 и поступает на второй вход компаратора 29 (резистор 31), а также на входной резистор 36, При этом на первый вход компаратора 29 через суммирующий резистор 38 и замкнутый по команде 10 задатчика 1. кодов и команд второй ключ 40 поступает напряжение, соответствующее инвертированному току утечки, а на третий вход компаратора 29 (резистора 32) поступает на пряжение с выхода источника 16 граничных значений, соответствующее граничному значению тока контролиру емой микросхемы 33. В этом случае сумма сравниваемых на комнараторе рО 29 напряжений равна сумме напряжений на входахП: и+ Ц, + П (1) где П - напряжение на резисторе 38;0 - напряжение на резисторе 31;20 - напряжение на резисторе 32граничных значений,К - коэффициент пропорциональности;3 - контролируемый ток микросхемы 33.Из (2) следует, что без учета погрешности коЭффициента передачи с выхода сумматора 24 на выход второго новторителя 35 погрешность измерения, определяемая током утечки, определяется постоянной времени разряда запоминающего конденсатора 41 и составляетв 1 = 7 К К( - е ) (3)Например, если 1, 10 нА, т = 10 с, .= О, с, то из (3) следует.Ы = 0,.1 нАт.е. погрешность измерения, определяемая током утечки, снизилась в 100 раэ.Предполагаем, что ток утечки на первом и втором этапах измерения одинаков. Такое предположение обосновано, поскольку второй этап измерения следует непосредственно за первым этапом, то тепловой режим и влажность, обусловленные окружающей средой и внутренним состоянием уст- . ройства, практически не изменяются. Неучтенный ток утечки в отрезке линии от блока 13 подключения до контролируемой микросхемы 33 на порядок меньше общего тока утечки и на погрешность измерения не влияет.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет на несколько порядков уменьшить погреюность измерения, вносимую токами утечки при изменяющихся внутреннем состоянии устройства и параметрах окружающей среды,