Устройство для допускового контроля токов

СОЮЗ СОБЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 2 191 Н 1) О 7 51) 4 ВТОРСНОМУ СВ ЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ОПИСАНИЕ ИЗ(56) Авторское свидетельство СССРФ 1128224 кл. С 05 В 23/02, 1983.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ ТОКОВ(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано для автоматизированного контроля токов электронных схем,в частности при контроле интегральных микросхем, и является усовершенст.вованием изобретения по авт.св.Р 1128224.Цель изобретения - повышение точности контроля малых токов.Устройство содержит блок 1 управления,программируемые источники 3, 7, 16напряжений, компаратор 12, ключи 21,24, 26, управляемые от блока 1, пов"торитель 25 напряжения, токоизмерительный резистор 20, программируемыерезисторы 22 и 23, компенсирукнцийконденсатор 58 и управляемый источник 35 компенсирующего тока утечки.Вновь введенный управляемый источник 35 компенсирующего тока утечкипри подготовке к измерениям (и дальнейшем периодически) настраиваетсяна компенсацию токов утечки в измерительной линии и других связанныхс ней элементах (ключах, входах усилителей и т.д.), Благодаря этому значительно повышается точность автоматического контроля малых токов(в диапазоне 1-100 нА). Управляемыйисточник 35 компенсирующего токаутечки реализован на основе трех усилителей, двух программируемых резисторов и четырех дополнительных резисторов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано для автоматизированного контроля токов электронных схем, в частности для контроля интеграль ных микросхем.Цель изобретения - повышение точности контроля малых токов.Ка Фиг. 1 представлена блок-схе- ма устройства; на Фиг. 2 - структур ная схема блока управления.Устройство содержит блок 1 управления, первый выход 2 блока управления, программируемый источник 3 напряжения, усилитель 4, резисторы 5 и 6,15 источник 7 граничных значений, усилитель 8, резисторы 9 и 1 О, второй выход 11 блока управления, компаратор 12, усилитель 13, суммирующие резисторы 14 и 15, программируемый источник 16 напряжения, усилитель 17, входной резистор 18, третий выход 19 блока управления, токоизмерительный .резистор 20 ключ 21 програмУ Э25 мируемый резистор 22, программируемый резистор 23, ключ 24, повторитель 25 напряжения, ключ 26, контролируемую электронную схему 27, четвертый - девятый выходы 28-33 блока управления, вход 34 блока управления, З 0 управляемый источник 35 компенсирующего тбка, усилитель 36, входной регулируемый резистор 37, первый резистор 38 обратной связи, суммирующий резистор 39, усилитель 40, вто рой резистор 41 обратной связи, токозадающий резистор 42, усилитель 43, ограничивающий резистор 44, десятый выход 45 блока управления, микропроцессор 46, контроллер 47, синхрони затор 48, магистраль 49, постоянное запоминающее устройство 50, оперативное запоминающее устройство 51, блок 52 обработки прерываний, таймер 53, терминал 54, блок 55 ввода вывода, источник 56 опорного напряжения,емкость С 57 нагрузки и измерительной линии и корректирующую емкость С 58.кУстройство работает следующим об разом.Управление работой всех основных элементов осуществляет блок 1 управления, реализованный на основе микропроцессора 46. В постоянном запо минающем устройстве (ПЗУ) 50 хранятся программы управления для различных режимов подготовки и измерений. Эти программы содержат подпрограммы вво" да-вывода с терминала, вычисления нап.ряжения источника 7 при калибровке,перевода величин напряжений в кодыдля программируемых резисторов, вычисления величины компенсирующего тока. и др.В оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) 51 хранятся переменныеданные, такие как величина задаваемого испытательного напряжения, граничное значения контролируемого тока,величины задержек между включениемразличных блоков и ключей. Указанныеданные вводятся в ОЗУ 51 с терминала 54 под управлением микропроцессора 46 по подпрограмме ввода, Крометого, в ОЗУ 51 хранятся преобразованные коды программируемых резистороввеличины напряжений. Эти коды формируются в процессе ввода информациис терминала.Процесс контроля тока электроннойсхемы 27 начинается с ввода соответствующей директивы от терминала, Приэтом блок 52 обработки прерыванийвырабатывает сигнал запроса прерывания. Микропроцессор 46 выдает сигналразрешения прерывания, вектор прерывания и через блок 55 ввода-выводавыдает коды в управляемые источникинапряжения и тока, а также управляющие сигналы включения и выключенияопорного напряжения, Синхронизацияпроцесса контроля, формирование задержек включения и выключения ключейи источников осуществляется таймером 53. Синхронизатор 48 обеспечиваетмикропроцессор 46 тактовой частотой.Результат контроля от компаратора 12через вход 34 и блок 55 ввода-вывода принимается микропроцессором 46и запоминается, Далее начинается новое измерение или процесс контролязаканчивается,По запросу от терминала 54 можно вызвать из ОЗУ 51 величину установленного граничного значения контролируемого тока, а гакже результат контроля -больше" или "меньше нормы. На индикацию может быть вызвана также измеренная величина тока утечки и величины напряжений на выходах источников напряжения.Перед началом работы устройства осуществляется автокалибровка, при которой производится компенсация токов утечки в измерительных линиях, ключах 21 и 26, повторителе 25, Она129701 проводится, когда контролируемаяэлектронная схема 27 отсутствует,В этом режиме устройство работаетв следующей последовательности.Исходное состояние, Блок 1 управления подает на входы резисторов 6,10, 18 и 37 напряжение, равное "0".При этом ключ 26 разомкнут, а ключи21 и 24 замкнуты в соответствии с кодами с выходов 28, 29 и 31 блока 1 Юуправления. Соотношение программируемых резисторов 5 и 6 по командам блока 1 устанавливается таким, чтобыпосле передачи на резистор 6 опорного напряжения на выходе источника 3 15появилось испытательное напряжение(т.е. напряжение, при котором будетизмеряться ток), Соответственно соотношение резисторов 18 и 22 устанавливается таким, чтобы после подачи на 20резистор 18 опорного напряжения навыходе программируемого источника 16установилось напряжение, равное испытательному. В исходном состоянии навыходе управляемого источника 35 нулевой ток, так как на регулируемыйрезистор,37 подано нулевое напряжениеот блока 1, Таким образом, в исходномсостоянии на выходе устройства задано нулевое напряжение и установленынеобходимые величины резисторов, Навходе компаратора 12 присутствует нулевое напряжение,Измерение тока утечки. По командам с выходов 28 и 29 блока 1 управления ключ 26 замыкается, ключ 24 размыкается. На вход источника 3 (резистор 6) блок 1 подается опорноенапряжение, вследствие чего на выходе источника 3 устанавливается напряжение, равное испытательному, Опорное напряжение подается от источника56 и может быть любой полярности.Выходное напряжение источника 3 череззамкнутый ключ 26 поступает на выход 45устройства(на фиг.1 - вход контролируемой электронной схемы 27). Одновременно, на вход источника 16 (на.входной резистор 18) также подаетсяопорное напряжение, При этом на его 50выходе устанавливается напряжение,равное напряжению на выходе источника 3. Время заряда емкостей С и Счерез выходное сопротивление йсточников 3 и 16 будет определяться собст 55венным временем установления напряжения на выходах этих источников,поскольку их выходное сопротивлениеблизко к нулю, в результате время пе 7 4реходного процесса составляет менее0,1 мс, После завершения переходногопроцесса найряжение на обоих выводахтокоизмерительного резистора 20 будет одинаковым, поэтому ток черезрезистор не протекает,Блок 1 управления подает напряжение на вход источника 7. При этомнапряжение на его выходе также устанавливается равным испытательному(т,е. таким же по величине, как и навыходе источников 3 и 16). Ключи 21и 26 размыкаются, а ключ 24 замыкается, При этом соотношение резисторов18 и 23 установлено таким, что навыходе источника 16 устанавливаетсянапряжение, равное испытательному(т,е. такое же, как на выходе источника 3).После этого возникает переходнойпроцесс, который в зависимости оттоков утечки на выходе устройства может протекать двумя путями.Если ток утечки равен нулю, топереходного процесса не будет и напряжение на выходе источника 16 остается неизменным, что фиксируется компаратором 12,Если ток утечки отличен от нуля,то напряжение на выходе источника 16начинает изменяться (вследствие действия отрицательной обратной связи через резистор 20, который подключенодним выводом к выходу усилителя 17,,а другим - к входу устройства, т.е.к линии на контролируемую электронную схему 27 и далее через повторитель 25, ключ 24 и программируемыйрезистор 23 - на вход усилителя 17).В зависимости от знака тока утечки напряжение будет либо увеличиваться, либо уменьшаться относительноиспытательного напряжения (т.е. напряжения на выходе источника 3), покане установится некоторая постояннаявеличина.Величина установившегося напряжения на выходе источника 16 определяется следующим образом.Путем изменения собтношения резис"торов 9 и 10 командам блока 1 управления на выходе источника 7. устанавливается напряжение, равное напряжению на выходе источника 16. Моментравенства напряжений на выходах источников 7 и 16 фиксируется компаратором 12, с которого подается соответствующий сигнал в блок 1 управления (на входе 34).(2) К 7 Р 1 + н По этому сигналу блок 1 вычисляет значение тока утечки 1 по формулезтЯ СО(1)з 5 где П - установившееся напряжение на выходе источника 16;П, - испытательное напряжениена выходе устройства (вход линии контролируемой электронной схемы 23К, - величина измерительногорезистора 20.По вычисленному значению тока утечки 1 блок 1 управления определяет величину регулируемого (программируемого) резистора 37, необходимую для задания компенсирующего тока управляемьм источником 35, по формуле 20 где У - опорное напряжение, задаопу 5ваемое блоком 1 управления с выхода 45 на входуправляемого источника Ф 35 компенсирующего тока. ЗОПо команде с выхода 45 блока 1 сопротивление программируемого резисшора 37 устанавливается равным вычисленному значению, после чего на вход управляемого источника 35 блок 1 подает опорное напряжение соответствующей полярности. На выходе управляемого источника 35 появляется ток, противоположный по знаку току утечки 1 . Затем компенсирующий ток корМт40 ректируется, для чего измерение тока утечки повторяется указанным способом. Блок управления вычисляет и устанавливает по измеренному значению тока утечки 1 новое значение прогчт 45 раммируемого резистора 37, в результате чего корректируется величина компенсирующего тока утечки на выходе управляемого источника 35. Процесс коррекции продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе источника 16 не устанавливается равным испытательному напряжению с заданной погрешностью (величина погрешности задана й блоке ). Процесс калибровки на этом заканчивается. Его длительность составляет примерно 10 К Суао к Практически длительность процесса калибровки не превышает 1 с. После окончания калибровки начинается контроль тока, следующим образом,Ключ 26 разомкнут, а ключи 21 и24 замкнуты. Напряжение на выходепрограммируемого источника 3 равнонулю, что обеспечивается соответствующим сигналом с блока 1 управления, а именно, на вывод резистора 6программируемого источника 3 подается нулевое напряжение с выхода 2блока 1, Напряжение на соединяющемсяс контролируемой электронной схемой27 выводе токоизмерительного резистора 20 также устанавливается равнымнулю. Это обеспечивается тем, чтоключи 24 и 21 замкнуты по командамс выходов 29 и 31 блока 1 управления,а на вход программируемого источника. 16 (на вывод резистора 10) отблока 1 управления поступает нулевоенапряжение. На выходе источника 7граничных значений также устанавливается нулевое напряжение. К устройству подключается контролируемая схема 27. С помощью резисторов 5 и 6по команде с выхода 2 блока 1 управления (в соответствии с данным вблоке 1 управления) устанавливаетсякоэффициент передачи программируемого источника 3 напряжения таким,чтобы после передачи на его вход(резистор б) опорного напряженияиз блока 1 управления, напряжение навыходе программируемого источника 3установилось равным необходимомунапряжению для контролируемой электронной схемы 27.Перепрограммирование резисторов5 и б происходит при нулевом напряжении на входе программируемого источника 3.По командам с выходов 19 и 30блока 1 соотношение резисторов 18 и23 устанавливается таким, чтобы обеспечить на входе контролируемой схемы 27 (правом выводе токоизмеритель -ного резистора 20) заданное испытательное напряжение. При этой по команде с выхода 32 блока 1 величина резистора 22 устанавливается такой,чтобы совместно с резистором 18 обеспечить на выходе программируемогоисточника 16 напряжение, соответствующее граничному значению тока контролируемой схемы 27, т.е, 1297017где К = К - сопротивление токоизмерительного резистора 20.Поскольку все переключения резисторов 23, 22 и 18 происходят при равном нулю напряжении на входе программируемого источника 16, то напряжение на выводе контролируемой схемы27 сохраняется нулевым, Благодаря наличию емкости (С), на контролируемой схеме 27 практически. отсутствуютвыбросы напряжения, возникающие вмомент обрыва цепи обратной связи,в которую входят повторитель 25,ключ 24 и резистор 23 (при перепрограммировании резистора). Время перепрограммирования резисторов 18, 22и 23 значительно меньше времени установления режима на выводе контролируемой схемы 27, если ключ 26 раэомкнут,Токоиэмерительный резистор 20 покоманде из блока 1 управления устанавливается такой величины, котораясоответствует необходимому диапазонуконтролируемого тока. По командеиз блока 1 управления ключ 26 замыкается, после чего размыкается ключ24. Затем на входы программируемогоисточника 3, программируемого источника 16 и источника 7 граничных значений поступает опорное напряжениеиз блока 1, При этом на выходе второго программируемого источника 3появляется необходимое испытательное 35напряжение 0, , которое череззамкнутый ключ 26 поступает на контролируемую схему 27 и заряжает емкость нагрузки и измерительной линии(С). При этом управляемый источник 4035 компенсирующего тока генерируетток, установленный при калибровке,компенсирующий ток утечки в измерительной линии, входных цепях повторителя и ключей. Время установления 45напряжения П, определяется, в основном, собственным временем установления напряжения на выходе программируемого источника 3, выходноесопротивление которого близко к нулю. 50 Одновременно на выходе программируемого источника 16 устанавливается напряжение У , соответствующее граничному эначению контролируе мого тока. Время установления 11, равно собственному времени установ.ления программируемого источника 16 напряжения. Корректирующая емкость (С ) заряжается по цепи: выход программируемого источника 16, ключ 26 и выход программируемого источника 3, Цепь имеет близкое к нулю сопротивление.На выходе источника 7 граничных значений появляется напряжение ПгР которое поступает на первый вход компаратора 12, на второй вход которого также поступает напряжение 11, с выхода программируемого источника 16. При этом через токоизмерительный реЧ зистор 20 протекает ток 1 который замыкается через выходное сопротивление программируемого источника 3.Затем ключ 24 замыкается и образуется цепь отрицательной обратной связи через повторитель 25 напряжения, ключ 24 и программируемый резистор 23 на второй вход программируемого источника 16. При этом, учитывая соотношение величин резисторов 25 и 18, изменекия напряжения 11, практически не происходит или оно изменяется со скоростью, определяемой постоянной времени цепи, образованной токоизмерительным резистором 20 и корректирующим конденсатором СЭта постоянная времени составляет десятки мс, Поэтому быстродействующий программируемый источник 3 удерживает напряжение почти без измене-. ний, тем, более, что через время менее 1 мс ключ 26 по команде из блока 1 управления размыкается. Далее напряжение поддерживается за счет отрицательной обратной связи по цепи; повторитель 25, ключ 24 и резистор 23. Если ток контролируемой схемы 27 отличается от граничного значения 1, , то напряжение на выходе программируемого источника 16 начинает изменяться со скоростью, определяемой постоянной времени цепи, образованной токоизмерительным резистором 20, корректирующей емкостью С, ем- костьЮ нагрузки и измерительной линии С и входным сопротивлением конт. ролируемой электронной схемы 27, а также коеффициентом передачи программируемого источника 16, определяемого соотношением резисторов 18 и 22 (ключ 21 замкнут),Далее ключ 21 размыкается и скоРость изменения напряжения на выходе программируемого источника 16Составитель В,Ивановедактор И.Касарда Техред А.Кравчук Корректор А.Тяск каз 779/ Тираж Яб 4 Подпигосударственного комитета ССС лам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб д ВНИИА по 30354/5 оизводственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4 129701 увеличивается. Направление изменения напряжения зависит от того, больше контролируемый ток, чем 1 , или меньше,Через время, определяемое заданной погрешностью контроля, чувствительностью компаратора 12, уровнем шума на выходе программируемого источника 16, а также скоростью изменения напряжения на его выходе, блок 1 10 управления опрашивает компаратор 12 по входу 34. Компаратор 12 фиксирует отклонение (или стабильность)напряжения. И на этом измерение заканчивается. 15Таким образом, значительно повышается точность автоматического конт, роля токов в диапазоне 1-100 нА за счет компенсации токов утечки в измерительных линиях. 20 Формула изобретения 1. Устройство для допускового конт роля токов по авт.св. Р 1128224,о т л и ч а ю щ е е с я тем, чтос целью повышения точности контроля 7 10малых токов, в него введен управляемый источник компенсирующего тока,соединенный входом с десятым выходом блока управления, а выходом - свходом контролируемой электроннойсхемы,2. Устройство по и. 1 о т л ич а ю щ е е с я тем, что управляемый источник компенсирующего токасодержит входной регулируемый резистор, токозадающий резистор, суммирующий резистор, ограничивающий резистор,два резистора обратной связи и триусилителя, вход первого усилителя через входной регулируемый резистор соединен с входом источника, а выходчерез токозадающий резистор - с выходом источника и через первый резистор обратной связи - с собственнымвходом, выход источника подключенк входу второго усилителя, выходкоторого через ограничивающий резистор подключен к входу третьего усилителя, соединенного выходом черезсуммирующий резистор с входом первого усилителя и через второй резистор обратной связи - с собственнымвходом,