Устройство для измерения параметров линейных микросхем

О П И С-А:-НИ Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистических Республик(22) Заявлено 190678 (21) 2631566/18-21 с присоединением заявки Ио -С 01 й 31/28 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 300780(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНЫХ МИКРОСХЕМ1Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве линейных микросхем компараторов напряжений и операционных усилителей) для измерений с по военной точностью группы параметров, требующих предварительной балансировки испытуемой микросхемы.Известно устройство для измерения параметров линейных микросхем,Ю использующее вспомогательные усилители в цепи обратной связи в целях автобалансировки и автоматизации измерений параметров 1 .Недостатком устройства является то,что оно не может обеспечить требуемой точности измерения в случаях когда выход испытуемой микросхемы зашумлен.Наиболее близким к предлагаемому 29 является устройство для измерения параметров линейных микросхем, содержащее первый и второй компараторы, неинвертирующие входы которых соединены с выходами соответствующих 25 источников опорного напряжения, первый В 5-триггер, 5-вход которогосоединен с контактами кнопки "Пуск", генератор синхроимпульсов, управляемый с выхода первого задающего ген. в . 30 2ратора, первый цифроаналоговый преобразователь, согласующие резисторы, блок индикации 21 .Недостатком известного устройства является низкая точность измерений.Цель изобретения - повышение точности измерений.Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров линейных микросхем, содержащее первый и второй компараторы, неинвертирующие входы которых соединены с выходами соответствующих источников опорного напряжения, первый В 5-триггер, 5-вход которого соединен с контактами кнопки "Пуск", генератор синхроимпульсов, упрйвляемый с выхода первого задающего генератора блока управления, первый цифроаналоговый преобразователь, согласующие резисторы, блок индикации, введены второй цифроаналоговый преобразователь, третий компаратор, В 5-триггеры, элементы 2 И-НЕ, элемент "Исключающее ИЛИ", счетчик числа ступенек, счетчик циклов, вычислительный блок, двухпозиционные и четырехпозиционный переключатели, причем выходные зажимы испытуемой линейной микросхемы соединены с инвертирующимивходами первого, второго и третьегокомпараторов, неинвертирующийвход которых соединен с выходомсоответствующего источника опорногонапряжения, выход первого компаратора соединен с В-входом первого85-триггера, а его выход соединенс запрещающим входом первого цифроаналогового преобразователя, счетный вход которого соединен со счет"ным входом второго цифроаналогового преобразователя, с первым входомпервого элемента 2 И-НЕ и.первым выходом генератора синхроимпульсов,второй выход которого соединенсо входами "Строб" первого, второгои третьего компараторов, а третийвыход генератора синхроимпульсов соединен с одним из входных зажимов испытуемой линейной микросхемы, кажцыйиз других входных зажимов которойчерез согласующий резистор, шунтированный двухпозиционным переключателем,соединен с соответствующим контактомчетырехпозиционного переключателя,который через соответствующий согласующий резистор соединен с общей шиной,выход первого цифроаналогового преобразователя и аналоговый выход второго цифроаналогового преобразователя через соответствующие согласующиерезисторы соединены с одним из кон.тактов и общим контактом четырехпозиционного переключателя соответственно, а управляющие входы первогои второго цифроаналоговых преобразователей соединены с выходами соответствующих задающих генераторовблока управления, цифровой выход второго цифроаналогового преобразователясоединен с первыми входами второгои третьего элементов 2 И-НЕ, а егоразрешающий вход соединен с выходомвторого 85-триггера, В-вход которогосоединен с выходом второго элемента2 И-НЕ, а его 5-вход соединен с5"выходом третьего 85-триггера,.с В-входами четвертого и пятого 85-триггеров, с четвертым выходомгенератора синхроимпульсов, первыйи второй выходы третьего 85-триггерасоединены соответственно со вторымивходами второго и третьего элемента2 И-НЕ, а В-вход 85-триггера. соединенс выходом счетчика ступенек, параллельный цифровой выход которогосоединен со входом вычислительногоблока, а его счетный вход соединенс выходом первого элемента 2 И-НЕ,второй вход которого соединен с выходом элемента "Исключающее ИЛИ",входыкоторого соединены с выходами четвертого и пятого 85-триггеров, 5-входыкоторых соединены с выходами второгои третьего компараторов, при этомвыход третьего элемента 2 И-НЕ соединен со счетным входом счетчика циклбв, параллельный выход которого соединен со вторым входом вычислительного блока, выход которого соединен с первым входом блока индикации, второй вход которого и один из входов вычислительного блока соединены с выходами соответствующих задающих генераторов блока управления.На чертеже представлена принципиальная схема устройства,Устройство состоит иэ линейноймикросхемы 1, выход которой подключен к инвертирующему аналоговомувходу первого компаратора 2, на неинвертирующий аналоговый вход которогоподается фиксированное опорное на пряжение 00 3, (+1,1 В),выход которого подключен ко входу В первого85-триггера 3, на 5-вход которогоподают команду "Пуск", выход которого подключен к запрещающему входу 2 О первого цифроаналогового преобразователя 4. Счетный вход последнего подключен к первому выходу синхрогенератора 5. Третий выход последнегоподключен ко входу "Строб" испытуемой микросхемы 1. Второй выход синхрогенератора 5 подключен ко входу"Строб" первого компаратора 2. Напрограммно управляемый вход цифроаналогового преобразователя 4 подаютсоответствующий потенциал О изблока управления (на схеме не показан). Аналоговый выход цифроаналогового преобразователя 4 подключенчерез один из согласующих резисторов6 и соответственно скоммутированныйодин из ключей 7 к неинвертирующему входу испытуемой линейной микросхемы 1, причем ее инвертирующий входчерез согласующие резисторы б и другой ключ 7 подсоединенк земле.40 Аналоговый выход второго цифроаналогового преобразователя 8 черезодин из резисторов б подключен ксредней точке четырехпозиционногоключа 9, первое положение 1 которогонейтрально, второе положение 11 коммутирует аналоговый выход цифроаналогового преобразователя 8 к неинвертирующему входу испытуемой микросхемы 1, третье положение 111 коммутирует аналоговый выход цифроаналогового преобразователя 8 к инвертирующему входу испытуемой микросхемы1, четвертое положение 1 Ч коммутируетаналоговый выход цифроаналоговогопреобразователя 8 к соединенным вмес- Ы те аналоговым входам испытуемоймикросхемы 1, Счетный вход цифроаналогового преОбразователя 8 подключенк третьему выходу синхрогенератора5, разрешающий вход цифроаналоговощ го преобразователя 8 подключен квыходу третьего 85-триггера 10. Напрограммно управляемый вход цифроаналогового преобразователя 8 подается потенциал 0 из блока управления. Цифровой выход цифроаналоговогому входу первого элемента 2 И-НЕ 11, выход которого подключен к Р-входутретьего В 5-триггера 10, 5-вход которого покдлючен к четвертому выходу синхрогенератора 5. Выход третьего элемента 2 И-НЕ подключен к счетному входу счетчика 22 циклон, параллельный выход которого подключен к соответствующему нходу вычислительного блока 20, на управляющий вход которого подан соответствующий потенциал из блока управления. Выход вычислительного блока 20 подключен ко входублока 23 индикации,на другой вход которого из блока управления подан соответствующих потенциал.В режиме измерения коэффициента усиления испытуемой линейной микросхемы устройство работает следующим образом.В исходном состоянии ключи 7 замкнуты, ключ 9 в нейтральном, положении, В 5-триггер 3 опрокинут, на его выходе низкий логический потенциал, вследствие чего цифроаналоговый преобразователь 4 заторможен, выход испытуемой микросхемы принимает значениелогического нуля либо логическойединицы. С подачей команды "Пуск"на 5-вход триггера 3 на его выходеустанавливается состояние единицы,цифроаналоговый преобразователь 4 35 преобразователя 8 (выход импульса переноса) подключен к первым входам первого 11 и третьего 12 элементов 2 И-НЕ. Входы "Строб" второго 13 и третьего 14 вспомогательных компараторов подключены к первому выходу синхрогенератора 5, а инвертирующие аналоговые входы - к выходу испытуемой микросхемы 1, на неиннертирующие входы вспомогательных компараторов 13 и 14 подаются опорные напряжения О пи Онп э соответственно. Выходы вспомогательных компараторов 13 и 14 подключены к 5-нходам четвертого 15 и пятого 16 В 5-триггеров, обьединенные входы В которых подключены к четвертому выходу синхрогенератора 5. Выходы Р 5-триггеров 15 и 16 подключены к соответствующим входам элемента "Исключающее ИЛИ" 17, выход которого подключен к одному из нходон второго элемента 2 И-НЕ 20 18, другой вход которого подключен к третьему выходу синхрогенератора 5. Выход второго элемента 2 И-НЕ 18 подключен к счетному входу счетчика 19 числа ступенек, параллельный 25 выход которого подключен к соответствующему нходу вычислительного блока 20. Выход старшего разряда счетчика19 числа ступенек подключен к В-входувторого Р 5-триггера 21, 5-вход кото рого подключен к четвертому выходу синхрогенератора 5, 5-выход подключенко нторому входу третьего элемента2 И-НЕ 12, В-выход подключен ко второвырабатывает ступенчато изменяющееся компенсирующее напряжение, которое с аналогового выхода цифроаналогового преобразователя 4 через один иэ резисторов б подается на неинвертируюг,ий вход испытуемой микросхемы. При выполнении на выходе испытуемой микросхемы соотношения(Овк Ом)Ку 1, 48,где Оэ- компенсирующее напряжение;вырабатываемое цифроаналоговым преобразователем 4;О , - напряжение смещения входаиспытуемой микросхемы 1;Ку - коэффициент усиления испытуемой микросхемы 1;(О -О )- алгебраическая разность,компаратор 2 срабатывает, вызываяопрокидывание триггера 3, вследствиечего с выхода последнего на разрешающий вход цифроаналогового преобразователя 4 подается нижний логическийпотенциал, Таким образом осу Юествляется грубая компенсация напряжениясмещения испытуемой микросхемы 1.далее четырахпоэиционный ключ 9ставится в положение 111, коммутируятем самым аналоговый выход второгоцифроаналогового преобразователя 8к инвертирующему входу испытуемоймикросхемы 1. На программно управляемые входы схемы подаются соответствующие потенциалы Оу Оуь 054 Оощ "оптиэ блока управления, Вследствие этогоцифроаналоговый преобразователь 8вырабатывает ступенчато-изменяющеесянапряжение с весом ступеньки Ь, значительно меньшим веса ступеньки цифроаналогового преобразователя 4, Импульсы "Строб", снимаемые со второго выхода синхрогенератора 5, сдвинуты по времени относительно тактирующих импульсов, снимаемых с третьего выхода синхрогенератора, на величину, превышающую время установления цифроаналогового преобразователя 8, а импульсы "Строб", подаваемые с первого выхода синхрогенератора 5 налогические нходы "Строб" компараторов 2, 13, 14, сдвинуты по времени относительно тактирующих импульсов на величину, учитывающую также время задержки испытуемой микросхемы 1. Опорные напряжения Ооп +0,7 8 и Ооэ = +2,18 образуют потенциальный коридор, попадая в который, выходное напряжение испытуемой микросхемы 1 вызывает поочередное срабатывание либо триггера 15, либо 16, вследствие чего элемент "Исключающее ИЛИ" 17 вырабатывает логическую единицу, подаваемую на вход второго элемента 2 И-НЕ 18, который при поступлении на его второй вход тактирующих импульсов с третьего выхода синхрогенератора 5, инвертирует последние и подает на счетный вход счетчика 19ступенек. Число ступенек, записывае.мое в счетчик 19 за один цикл работы:.цифроаналогового преобразователя8 равно и - О, - Ооэ/Ь Ку5Следовательно, число ступенек и обратно пропорционально КУ. Так как выход микросхемы 1 при развертывании ее работы в коридоре Оопп Оовз= Ок зашумлен вследстние больших токов (аддитинным шумом), то дискретность изменения выходного напряжения испытуемой линейной микросхемы 1 записывается н ниде АОвы= ЬКУ+, гдецентриронанная случайная величина с равномерностью напряжения. Поэтому число ступенек, записываемое в счетчик 19 при одиночном измерении, т.е. за один цикл развертывания работы выхода испытуемой микросхемы 1, по времени равноОи = Ох /(ЬК + 3) = и+п;0=1О, 1, 2учитывая спектральную плотность распределения и ограничивая ее мгновенное амплитудное значение, следует ожидать, чтоЕ Г,с 1+ОНили ап; - О-вОбТак как КУ является неизвестной величиной, случайной вследствие технологического разброса этого параметраот микросхемы к микросхеме, либо под З 5воздействием термонестабильности,причем этот параметр КУ являетсяискомым, запишем его значение дляодиночного измерения числа иК = К +40У УК= ЬОз/дОВ= О /(Ь(п +ь 1) ),где КУ - расчетная величина,случайная величина,1. 2Для уменьшения влияния Ьп; на точность измерений целесообразно прибегнуть к процедуре усреднениял 1; тогдал й - лКУ=О)И)/(Ь Е и); К - К сс КУ,где К - математическое ожиданиеслучайной величины;УКУ - оценка случайной величины;К" - одиночная (-тая) реализация.Для этой цели цифроаналоговый пре образователь 8 циклически повторяет развертывание работы выхода испытуемой микросхемы 1, в потенциальном коридоре О, = Ооз - Оод = 1,4 В, причем в счетчик 19 заносятся получаемые таким образом значения, а в счетчик22 циклов записывается количество циклов М, для чего цифровой выход (выход переноса счетчика) циф.оаналогового преобразователя 8 подключается ко входу элемента 12 2 И-НЕ, другой выход которого подключается к выходу 5-триггера 21, который взведен соответствующий перепадом, снимаемым с четвертого выхода синхрогенаратора 5. Счетчики 19 и 22 таким образом накапливают общие числа 1; - ступенек и И циклов до тех пор, пока на циФровом выходе счетчика 19 (выход старшего разряда) не появляется отрицательный перепад, который опрокидывает триггер 21, выход 5 которого запрещает подсчет следующего цикла через элемент 12 2 И-НЕ, выход й которого подает разреша.ощий потенциал на вход элемента 11 2 И-НЕ, вследствие чего на ныходе этого элемента устанавливается отрицательный потенциал, опрокидывающий триггер 10, выход которого подает запрещающий потенциал на соответствующий вход цифроаналогового преобразователя 8. В результате в счетчик 19 записывается сумма 1 п,в счетчик 22 - число циклов И. Параллельные выходы этих счетчиков подключаютоя к соответствующим входам вычислительного блока, который по команде О, также посстунаощей на соответствующий вход, осуществляетлИоперации усреднения и= - Еп произведения и Ь и деления О/и Ь Величинал полученного таким образом КУ выводится на блок 23 индикации.Для измерений других параметров испытуемой линейной микросхемы осуществляют соответствующую манипуляцию состояний ключей 7 и 9, программно управляемых потенциалов ОУ, ОУ, Оод ОозПри работе устройства в режиме адаптивного усреднения чем больше коэффициент усиления испытуемой микросхемы, тем меньше ступенек в одном цикле развертывания. Для того, чтобы заполнить счетчик 18 до заданного числа требуется больше циклов, что, в свою очередь, уменьшает случайную погрешность измерений. С другой стороны, при меньших коэффициентах усиления испытуемой микросхемы число ступечек на цикл увеличивается, число циклов уменьшается, стабилизируя таким образом погрешность измерения в окрестности задаваемой величины, рассчитываемой с учетом уровня шумов Е, разрядности цифроаналогового преобразователя 8, емкости счетчика 19. Такое решение обеспечивает повышенную тЪчность измерений в широком ,диапазоне изменений коэффициента ,усиления испытуемых микросхем.5 1 О 5 20 40 45 50 Кроме того, предлагаемое устройство, имеет более широкую область применения, позволяет контролировать параметры как компараторов напряжений, так и операционных усилителей различных классов и назначений, Предлагаемое устройство может быть использовано в качестве базового для построения автоматизированных информационно-измерительных систем. Формула изобретения Устройство для измерения параметров линейных микросхем, содержащее первый и второй компараторы, неинвертирующие входы которых соединены с выходами соответствующих источников опорного напряжения, первый В 5-триггер, 5-вход которого соединен с контактами кнопки "Пуск", генератор синхроимпульсов, управляемый с выхода первого задающего генератора блока управления, первый цифроаналоговый преобразователь, согласующие резисторы, блок индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены второй цифроаналоговый преобразователь, третий компаратор, В 5-триггеры, элементы 2 И-НЕ, элемент "Исключающее ИЛИ", счетчик числа ступенек, счетчик циклов, вычислительный блок, двухпозиционные и четырехпозиционный переключатели, причем выход,ые зажимы испытуемой линейной микросхемы соединены с инвертирующими входами первого, второго и третьего компараторов, неинвертируюший вход которых соединен с выходом соответствующего источника опорного напряжениявыход первого компаратора соединен с б-входом первого б 5-триггера, а его выход соединен с запрещающим входом первого цифроаналогового преобразователя, счетный вход которого соединен со счетным входом второго цифроаналогового преобразователя, с первым входом первого. элемента 2 И-НЕ и первым выходом генератора синхроимпульсов, второй выход которого соединен со входами "Строб" первого, второго и третьего компараторов, а третий выход генератора синхроимпульсов соединен с одним из входных зажимов испытуемой линейной микросхемы, каждый из других входных зажимов которой через согласующий резистор, щунтированный двухпозиционным переключателем, соединенс соответствующим контактом четырехпозиционного переключателя, которыйчерез соответствующий согласующийрезистор соединен с обшей шииой,выход гервого цифроаналогового преобразователя и аналоговый выходвторого цифроаналогового преобразователя через соответствующие согласующие резисторы соединены с однимиз контактов и общим контактом четырехпозицпонного переключателя соответственно, а управляющие входыпервого и второго цифроаналоговыхпреобразователей соединены с выходами соответствующих задающих генераторов блока управления, цифровой выход второго цифноаналогового преобразователя соединен с первыми входами второго и третьего элементов2 И-ИЕ, а его разрешающий вход соединен с выходом второго В 5-триггера,В-вход которого соединен с выходом второго элемента 2 И-НЕ, а его 5-вход соединен с 5-выходом третьего В 5- -триггера с В-входами четвертого и пятого В 5-триггеров, с четвертым выходом генератора синхроимпульсов,первый и второй выходы третьего В 5-триггера соединены соответственносо вторыми входами второго и третьегоэлемента 2 И-НЕ, а В-вход В 5-триггерасоединен с выходом счетчика ступенек,параллельный цифровой выход которого соединен со входом вычислительногоблока, а его счетный вход соединенс выходом первого элемента 2 И-НЕ,второй вход которого соединен с выходом элемента "Исключающее ИЛИ", входы которого соединены с выходами четвертого и пятого В 5-триггеров, 5-входыкоторых соединены с выходами второгои третьего компаратаров, при этомвыход третьего элемента 2 И-НЕ соединен со счетным входом счетчикациклов, параллельный выход которогосоединен со вторым входом вычислительного блока, выход которого соединен с первым входом блока индикации, второй вход которого и один извходов вычислительного блока соединены с выходами соответствующих задающих генераторов блока управления,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. ГОСТ СССР Р 19799-74, методы 15116504. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2501943/18-21, кл. 0 01 В 31/28, 06,07.77.752207 оставитель 4 Иваноехред Я.Кузьма ректор Н.Григор аказ 4736 ПодписноеСР ПП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,Фил Редактор С. Тимохина Тир ЦНИИПИ Государствен по делам изобрет 13035, Москва, Ж, 1019го комитета ССий и открытийаушская наб. д.