Емкостной датчик для съема диагностической информации с цифровых микросхем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11) 1)5 0 1/28 Н ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1182415, кл. 6 01 й 19/00, 1985,Авторское свидетельство СССРМ 1492323, кл. 6 01 В 31/28, 1987.(54) ЕМ КОСТНОЙ ДАТЧИК ДЛЯ СЪЕМА ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ С ЦИФРОВЫХ МИКРОСХЕМ(57) Изобретение относится к технике контроля микросхем. Цель изобретения - повышение достоверности встроенного контроля. Металлический электрод 1, на поверхность которого нанесен диэлектрический слой 2 переменной толщины, расположен на корпусе 3 микросхемы и перекрывает контактные площадки, Металлическая крышка 5 служит электростатическим экраном, Сигналы поступают на выход датчика через блок 6 согласования. 1 з.п.флы, 6 ил.Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в качестве встроенногоустройства для сьема информации с цифровых микросхем для контроля и диагностики,Целью изобретения является повышение достоверности контроля микросхем,На фиг. 1 показан емкостной датчик,выполненный в корпусе микросхемы; на фиг,2- 10сечение А-А на фиг, 1; на фиг, 3 - сечениеБ-Б на фиг. 1; на фиг, 4 - графики зависимости постоянной времени т от номера контролируемого вывОдэ для разных значенийи - общего числа контролируемых выводов; 151на фиг. 5 - графики зависимости д(3) толщины первого диэлектрического слоя от номера контролируемой контактной площадки:на фиг, 6 - графики зависимости разрешающей способности от числа контролируемых 20выводов для предлагаемого и известногодатчиков.Датчик содеркит металлический электрод 1, выполненный в виде тонкого проводника с круглым сечением, на поверхность 25которого нанесен первый диэлектрическийслой 2 с переменной толщиной по его длине,Металлическийл электрод 1 с нанесеннымпервым диэлектрическим слоем 2 располагается в корпусе микросхемы 3, перекрывая 30контролируемые контактные площадки 4,При этом роль электростатического экранавыполняет металлическая крышка 5 микросхемы 3, а второго слоя - воздушная прослойка между металлическим электродом 351 с нанесенным первым диэлектрическимслоем 2 и крышкой 5, Через блок согласования б электрод 1 соединен с выходнойклеммой.Между металлическим электродом и 40корпусом включается резистор, Резисторможет располагаться в блоке б согласования, обладающем большим входным сопротивлением и малой входной емкостью,конструктивно выполненной в виде ручного 45щупа, с помощью которого осуществляютсьем и контроль результирующей ичформации с датчика.Закон изменения толщины первогодиэлектрического слоя 2, обеспечивающий максимальную разрешающую способность датчика, определяется следующимобразом.Известный датчик дифференцирует исуммирует на резисторе Я первоначальные прямоугольные импульсы, т,е, преобразует форму импульсов по закону еч,где т; - ВС. Наиболее похожими будут результирующие сигналы, соответствующие кодовымкомбинациям с одинаковым числом логических единиц (комбинации вида 0111, 1110,1101, 1011). Причем наиболее неблагоприятная ситуация с точки зрения распознавания будет при одинаковой амплитуделогических единиц и при совпадении передних и задних фронтах импульсов в подобных комбинациях.В формальной постановке задачи рассматривают множество из и функций"1,Г-е= 1 п, где и - количество выводовмикросхемы, с которых снимается информация. Это множество линейно независимо ипредставляет собой базис и-мерногго векторного пространства Ч с векторами - функциями видал ае -/та;е1=1Так кэк мы имеем дело с цифровой информацией в виде логических нулей и единиц,то в векторном пространстве Ч выделимподпространство Ч с коэффициентами а ==(0,1) содержащее 2" векторов.Известно, что среднее значение любойфункции 1(х) на интервале от а до Ь определяется выражениемьт(х) бх.аТогда в качестве критерия или меры рэзличимости двух функций иэ векторного подпространства Ч удобно взять среднеерасстояние Лмежду этими функциями, равное модулю разности средних значенийэтих функций на интервале т = (О,Т, где Т -минимальная длительность контролируемых импульсов. При1 иЬ =.1";. а (1 е" бт -о =11 и- Д, а; еот = (1)о 1=1: 1 2" - 1 ", ф 1 = (- 1,о,1 ),Использование величины Ь удобно тем, что минимальная ееличина дичи м мин ся, = 2 т" - 2" т.е, среднее рас. стояние между наиболее блиэколежэщими кривыми из подпространства Ч как раз характеризует разреша 1 ощую способность датчика и может использоваться, например, для определения шага квантования Н. и количества уровней квантования на одинсигнал, если предполагается преобразование результирующего сигнала в код с помощью АЦП,Разрешающая способность датчика припрочих равных условиях определяется законом изменения емкости по длине металлического электрода.Исследования данного критерия длядатчиков с линейным и гиперболическимзаконом (датчик с линейно изменяющейсятолщиной диэлектрика) изменения емкости показали, что для датчика с гиперболическим законом изменения емкостивеличина разрешающей способности вдва раза выше.Очевидно, существует некоторый оптимальный закон изменения емкости, обеспечивающий максимальную разрешающуюспособность датчика.Таким образом, задача сводится к опреДЕЛЕНИЮ таКОГО ВЕКтОРа Т =(Т 1 Тг.,.Тп );ГДЕ Т 1 = Тмин И Тп = Тмакс ЗаДаны,Тмин (Т Хмакс = 2, И, ПРИ которомМИНИМаЛЬНОЕ СРЕДНЕЕ РаССтоЯНИЕ Ьмии бУдет максимальным. Сначала эта задача,была решена как задача оптимизации сцелевой функциейимин Я ут(1 - е ф) -+ макс,(2)при логическом ограничении на сравнениерезультирующих сигналов, соответствующих кодовых комбинациях с одинаковымчислом единиц:ф = о,= -1,о,1 ;(берутся вектора у, в которых количество 1равно количеству - 1, т,е, вида 1, -1, -1, 1, О,1, О, -1, - 1, 1 и т,д,).Но решение задачи в таком виде. не позволило обьяснить полученные результаты,Это можно сделать, если определить сначала оптимальные средние значения а;= 1 и,базисных функций е , при которых=1с теми же ограничениями (2) на вектора у,а затем путем решенья трансцедентныхуравненийт)(1 - е 1 т )=а,=2 и - 1(5)определить значения ть ЗНаЧЕНИЯ а 1 И ап ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ ПУТЕМ ПОСтаНОВКИ В (5) ЗНаЧЕНИй Тмин И Тмакс, аОП дд 2 ЗЬ 5 Ь10 0100 О г О при которома = а, - 1 + О, - 1 Л: - 2, н - 1: (6) 15 ап - а 1п 1и - 1где Я - 1 =, О - сумма ипервых1=120 чисел Фибоначчи;О = О 1-2+ 01-1, О 1 = О 2 = 1 - рекуррентное уравнение, определяющее )-й член последовательности чисел Фибоначчи. Этирезультаты (формулу 6) можно получить так же путем цепочки индуктивных рассуждений исходя иэ теории чисел Фибоначчи,Таким образом, при заданном и и извеСтНЫХ ЗНаЧЕНИЯХ а 1 И ап МОЖНО СНаЧаЛа ПОформулам (7) и (6) определить Ь и а ;" 2, 30 и-Т, а затем, решая трансцендентные уравнения (5), например, методом итерации,найти значения постоянных времени Т 1,На фиг. 4 показаны графики зависимости постоянной времени т от номера конт ролируемого выводадля разных значенийи. Частота контролируемой информации 1мГц, Тмин = 0,1 мКС Хмакс = 10 мкс,Кривая тплавно возрастает до==и - 1, а затем резко взмывает вверх. Значе НИЕ Тп ПРИ ЛЮбОМ И На ПОРЯДОК ПРЕВЫШаЕтзначение т - 1. Обратная же зависимости- (1) характеризуется плавным измене 1Тнием значения функции при всех значениях 45Поскольку толщина б 1 первого диэлектрического слоя 2 обратно пропорциональна т, то можно записать 50 А= -К(8)ТПоскольку максимальная толщина бмакспервого диэлектрического слоя ограничена размерами контактных площадок 4 вкорпусе микросхемы 3, то при определении коэффициента с необходимо исходитьиз бмакс, тогдаК = бмаксТмин. (9)Подставляя (9) в (8), получаем формулудля определения толщины первого диэлекостальные а - путем решения задачи (4), После анализа решения было установЛено, что полученные значения аь- 1, и отстают друг от друга на величины, пропорциональ-.5 ные числам Фибоначчи, Одним из вариантов такого расположения оптимальных значений а является следующий;трического слоя 2 в точке перекрытия металлического электрода 1 и -Й контактной площадкиб , бмаксС 10)ЦНа фиг. 5 приведены графики зависимости б) толщины первого диэлектрического слоя 2 от номера контролируемойплощадки,На фиг, 6 показаны зависимостифин (и) для предлагаемого датчика, а такх 1 е длЯ известного пРи тмин = 0,1 мкс,Тиакс = 10 мкс.Из графиков видно, что разрешающаяспособность данного датчика при любом иво много раз выше, чем у известных. Исход 1 ыми данными для расчетов параметровСатчика являются бмакс, тмин, 7 макс, бмин,дмакс и бмин определяются размерами контактных площадок в микросхеме. тмин, и.тмакс определяются частотой, на которойработает конкретная микросхема, и зависят от Величины Смини Смакс (емкости связи 1-го и и-го участков) и резистора В.Очевидно, что Смин должно быть какможно меньше, а Смакс как можно больше.Смакс выбирается такой, чтобы не происходило взаимного искажения сигналов, проходящих по двум соседним выводаммикросхемы, и может быть определена.Экспериментально. Из эквивалентной схемы известного датчика видночто междукаждого парой дорожек включено последовательно по две ейкости, поэтому величина результирующей емкости согласноС 1 С 2фоРмУле Сраа = С + С бУдет меньше изС 1+ С 2двух, Минимальная величина емкости СминОпределена величиной входной емкостисхемы согласования.Предлагаемый датчик характеризуетсяоптимальным законом изменения емкостиот одной контактной площадки к другой, чтопозволяет получить максимальную разрешающую способность датчика и значительно повысить достоверность снимаемойинформации. Малые габариты, и вес и гибкость позволяют выполнить датчик в корпусе микросхемы что дает возможностьполучить всю информацию о ее работе поодному дополнительному выводу. Датчикпозволяет получать информацию не толькоо наличии совокупностей логический "1" и"0", но и об их форме и длительности, дрейфе или уменьшении логических уровней ибыстродействия, т.е. получать дополнительную информацию, по которой можно судитьо вероятности безотказной работы микросхемы, Кроме того, металлический электрод с первым диэлектрическим слоем, дополненный электростатическим экраном, можно использовать и для контроля платпечатного монтажа, приклеив его в любом5 необходимом месте платы.Датчик может быть выполнен и в видеручного безконтактного щупа для съема информации с нескольких выводов микросхемы или дорожек платы,10 Формула изобретения1. Емкостной датчик для съема диагностической информации с цифровых микросхем, содержай 1 ий металлический электрод,первый диэлектрический слой, отделяющий15 металлический электрод от контактных площадок, электростатический экран, второйдиэлектрический слой; отделяющий металлический электрод с нанесенным первымдиэлектрическим слоем от электростатиче 20 скогоэкрана,отличающийся тем,что,с целью повышения достоверности контроля микросхем, металлический электрод выполнен в виде проводника с круглымсечением, на поверхность которого нане 25 сен первый диэлектрический слой с переменной толщиной, причем толщина бпервого диэлектрического слоя в точке перекрытия металлического электрода с 1-Йконтактной площадкой ( = 1, и, где ивЗО число контролируемых выводов микросхемы) определяется по формулеминб бмакс7где бмакс - толщина первого диэлектриче 35 ского слоя, соответствующая 1-й контактнойплощадке;4 - постоянная времени, соответствующая 1-му участку, является решениемтрансцендентного уравнения40lх - 1/т 1в которомап -а 1а =а - 1 +О - 1Зо45 где .л- -1)-й член последовательностичисел Фибоначчи;и - 13 и - 1 =, О;. - сумма первых и=150 чисел Фибоначчи;а 1=ьин(1 - Е " мин)где тмин и, тмакс - минимальное и максимальное значения постоянной времени, соответствующее 1-му и п-му участкам.2, Датчик по п. 1, отл ич а ю щи йс ятем, что металлический электрод с первымдиэлектрическим слоем располагается вкорпусе микросхемы с перекрытием1700500 10 фиа,контролируемых контактных площадок и соединен с дополнительным вы-,водом микросхемы, являющимсявыходом датчика, металлическая крышка микросхемы является электростатиче ским экраном, а воздушная прослойка между металлическим электродам с первым диэлектрическим слоем и металлической крышкой - вторым диэлектрическим слоем;1700500 0,17 В 9 Ю 8 Ф 6 . 14 ю 1 бСоставитель В.Степанкин тор М,Ликович Техред М,Моргентал Корректоравцов эказ 4465 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открцтиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина