Устройство для допускового контроля токов

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для автоматизированн ого контроля токов электронных схем, в частности при контроле интегральных микросхем, и является усовершенствованием изобретения по авт.св. N 1128224.Цель изобретения - повышение точности контроля малых токов. Устройство содержит блок 1 управления, программируемые источники 3, 7, 16 напряжений, компаратор 12, ключи 21, 24, 26, управляемые от блока 1, повторитель 25 напряжения, токоизмернтельный резистор 20, программируемые резисторы 22 и 23, компенсирукиций конденсатор 58 и управляемый источник 35 компенсирующего тока утечки. Вновь введенный управляемый источник 35 компенсирующего тока утечки при подготовке к измерениям (и дальнеДшем периодически) настраивается на компенсацию токов утечки в измерительной линии и других связанных с ней элементах (ключах, входах усилителей и т.д.). Благодаря этому значительно повышается точность автоматического контроля малых токов (в диапазоне 1-100 нА). Управляемый источник 35 компенсирующего тока утечки реализован на основе трех усилителей , двух программируемых резисторов и четырех дополнительных резисторов . 1 з.п. ф-ль1, 2 ил. i (Л ю со-4 N) рие.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А2

„„SU„„12970 7 (51)4 005 В 23 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1 ,Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1128224 (21) 3965516/24-.24 (22) l4. 10.85 (46) 15.03.87, .Бюл. Р 10 (72) В.В.Белогуб и Б.И.Бровко (53) 621.396 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1128224 кл. С 05 В 23/02, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ ТОКОВ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для автоматизированного контроля токов электронных схем, в частности при контроле интегральных микросхем, и является усовершенствованием изобретения по авт.св.

Р 1128224.Цель изобретения — повышение точности контроля малых токов.

Устройство содержит блок 1 управления, программируемые источники 3, 7, 16 напряжений, компаратор 12, ключи 21, 24, 26, управляемые от блока 1, повторитель 25 напряжения, токоизмерительный резистор 20, программируемые резисторы 22 и 23, компенсирукнций конденсатор 58 и управляемый источник 35 компенсирующего тока утечки.

Вновь введенный управляемый источник 35 компенсирующего тока утечки при подготовке к измерениям (и дальнейшем периодически) настраивается на компенсацию токов утечки в измерительной линии и других связанных с ней элементах (ключах, входах усилителей и т.д.). .Благодаря этому значительно повышается точность автоматического контроля малых токов Ф (в диапазоне 1-100 нА). Управляемый источник 35 компенсирующего тока утечки реализован на основе трех усилителей, двух программируемых резис-. торов и четырех дополнительных резисторов.-1 з.п. ф-лы, 2 ил.

9ювр в

1297017

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для автоматизированного контроля токов электронных схем, в частности для контроля интеграль- 5 ных микросхем.

Цель изобретения — повышение точности контроля малых токов.

Ка фиг. 1 представлена блок-схе- ма устройства; на фиг. 2 — структурная 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 10 второй выход 11 блока управления, компаратор 12, усилитель 13, суммирующие резисторы 14 и 15, программируемый 20 источник 16 напряжения, усилитель 17, входной резистор 18, третий выход

19 блока управления, токоизмерительный .резистор 20 ключ 21 програмУ Э

25 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, З0 управляемый источник 35 компенсирующего тбка, усилитель 36, входной регулируемый резистор 37, первый резистор 38 обратной связи, суммирующий резистор 39, усилитель 40, вто- 35 рой резистор 41 обратной связи, токозадающий резистор 42, усилитель 43, ограничивающий резистор 44, десятый выход 45 блока управления, микропроцессор 46, контроллер 47, синхрони- 40 затор 48, магистраль 49, постоянное запоминающее устройство 50, оперативное запоминающее устройство 51, блок 52 обработки прерываний, таймер 53, терминал 54, блок 55 ввода- 45 вывода, источник 56 опорного напряжения,емкость С„ 57 нагрузки и измерительной линии и корректирующую емкость С 58.

«к

Устройство работает следующим об- 50 разом.

Управление работой всех основных элементов осуществляет блок 1 управления, реализованный на основе микропроцессора 46. В постоянном запо- 55 минающем устройстве (ПЗУ) 50 хранятся программы управления для различных режимов подготовки и измерений.

Эти программы содержат подпрограммы ввода-вывода с терминала, вычисления напряжения источника 7 при калибровке, перевода величин напряжений в коды для программируемых резисторов, вычисления величины компенсирующего тока. и др.

В оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) 51 хранятся переменные данные, такие как величина задаваемого испытательного напряжения, граничное значения контролируемого тока, величины задержек между включением различных блоков и ключей. Указанные данные вводятся в ОЗУ 51 с терминала 54 под управлением микропроцессора 46 по подпрограмме ввода, Кроме того, в ОЗУ 51 хранятся преобразованные коды программируемых резисторов величины напряжений. Эти коды формируются в процессе ввода информации с терминала.

Процесс контроля тока электронной схемы 27 начинается с ввода соответствующей директивы от терминала, При этом блок 52 обработки прерываний вырабатывает сигнал запроса прерывания. Микропроцессор 46 выдает сигнал разрешения прерывания, вектор прерывания и через блок 55 ввода-вывода выдает коды в управляемые источники напряжения и тока, а также управляю— щие сигналы включения и выключения опорного напряжения. Синхронизация процесса контроля, формирование задержек включения и выключения ключей и источников осуществляется таймером 53. Синхронизатор 48 обеспечивает микропроцессор 46 тактовой частотой.

Результат контроля от компаратора 12 через вход 34 и блок 55 ввода-вывода принимается микропроцессором 46 и запоминается, Далее начинается новое измерение или процесс контроля заканчивается.

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. Она

129701 проводится, когда контролируемая электронная схема 27 отсутствует.

В этом режиме устройство работает в следующей последовательности.

Исходное состояние. Блок 1 управления подает на входы резисторов 6, t0 18 и 37 напряжение, равное "0".

При этом ключ 26 разомкнут, а ключи

21 и 24 замкнуты в соответствии с кодами с выходов 28, 29 и 31 блока 1 10 управления. Соотношение программируемых резисторов 5 и 6 по командам блока 1 устанавливается таким, чтобы после передачи на резистор 6 опорного напряжения на выходе источника 3 15 появилось испытательное напряжение (т.е. напряжение, при котором будет измеряться ток). Соответственно соотношение резисторов 18 и 22 устанавливается таким, чтобы после подачи на 20 резистор 18 опорного напряжения на выходе программируемого источника 16 установилось напряжение, равное испытательному. В исходном состоянии на выходе управляемого источника 35 ну- 25 левой ток, так как на регулируемый резистор .37 подано нулевое напряжение от блока 1. Таким образом, в исходном состоянии на выходе устройства задано нулевое напряжение и установлены 30 необходимые величины резисторов. На входе 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 опорное напряжение, вследствие чего на выходе источника 3 устанавливается нап- 40 ряжение, равное испытательному. Опорное напряжение подается от источника

56 и.может быть любой полярности.

Выходное напряжение источника 3 через замкнутый ключ 26 поступает на выход 45 устройства(на фиг.1 — вход контролируемой электронной схемы 27). Одновременно, на вход источника 16 (на .входной резистор 18) также подается опорное напряжение. При этом на его 50 выходе устанавливается напряжение, равное напряжению на выходе источника 3. Время заряда емкостей С и С„ через выходное сопротивление йсточников 3 и 16 будет определяться собст.55 венным временем установления напряжения на выходах этих источников, поскольку их выходное сопротивление близко к нулю, в результате время пе7 4 реходного процесса составляет менее

0,1 мс. После завершения переходного процесса напряжение на обоих выводах токоизмерительного резистора 20 будет одинаковым, поэтому ток через резистор не протекает.

Блок 1 управления подает напряжение на вход источника 7. При этом напряжение íà его выходе также устанавливается равным испытательному (т.е. таким же по величине, как и на выходе источников 3 и 16). Ключи 21 и 26 размыкаются, а ключ 24 замыкается. При этом соотношение резисторов

18 и 23 установлено таким, что на выходе источника 16 устанавливается напряжение, равное испытательному (т.е. такое же, как на выходе источника 3).

После этого возникает переходной процесс, который в зависимости от токов утечки на выходе устройства может протекать двумя путями.

Если ток утечки равен нулю, то переходного 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 16 начинает изменяться (вследствие действия отрицательной обратной связи через резистор 20, который подключен одним 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 программируемый резистор 23 — на вход усилителя 17).

В зависимости от знака тока утечки напряжение будет либо увеличиваться, либо уменьшаться относительно испытательного напряжения (т.е. напряжения на выходе источника 3), пока не установится некоторая постоянная величина.

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. Момент равенства напряжений на выходах источников 7 и 16 фиксируется компаратором 12, с которого подается соответствующий сигнал в блок 1 управления (на входе 34).

1297017

По 38

R о2 37 R

42 чт (2) По этому сигналу блок 1 вычисляет значение тока утечки I по формуле зт

HCf1 (1)

"3 5 где U — установившееся напряжение на выходе источника. 16;

U„,„ — испытательное напряжение на выходе устройства (вход линии контролируемой электронной схемы 23;

RÄ, — величина измерительного резистора 20.

По вычисленному значению тока утеч- 5 ки I,„, блок 1 управления определяет величину регулируемого (программируемого) резистора 37, необходимую для задания компенсирующего тока управляемь>м источником 35, по формуле 20 где U — опорное напряжение, задаоп

75 ваемое блоком 1 управления с выхода 45 на вход управляемого источника

Ф 35 компенсирующего тока.

ЗО

По команде с выхода 45 блока 1 сопротивление программируемого резисшора 37 устанавливается равным вычислен-. кому 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 I . Затем компенсирующий ток корМт 40 ректируется, для чего измерение тока утечки повторяется указанным спосо бом. Блок управления вычисляет и устанавливает по измеренному значению тока утечки I 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 50 пор, пока напряжение на выходе источника 16 не устанавливается равным испытательному напряжению с заданной погрешностью (величина погрешности задана в блоке i). Процесс калибровки на этом заканчивается. Его длитель— ность составляет примерно 10 R С у

2о К

Практически длительность процесса калибровки не превышает 1 с.

После окончания калибровки начинается контроль тока .следующим образом.

Ключ 26 разомкнут, а ключи 21 и

24 замкнуты. Напряжение на выходе программируемого источника 3 равно нулю, что обеспечивается соответствующим сигналом с блока 1 управления, а именно, на вывод резистора 6 программируемого источника 3 подается нулевое напряжение с выхода 2 блока 1, Напряжение на соединяющемся с контролируемой электронной схемой

27 выводе токоизмерительного резистора 20 также устанавливается равным нулю. Это обеспечивается тем, что ключи 24 и 21 замкнуты по командам с выходов 29 и 31 блока 1 управления, а на вход программируемого источника. 16 (на вывод резистора 10) от блока 1 управления поступает нулевое напряжение. На выходе источника 7 граничных значений также устанавливается нулевое напряжение. К устройству подключается контролируемая схема. 27. С помощью резисторов 5 и 6 по команде с выхода 2 блока 1 управления (в соответствии с данным в блоке 1 управления) устанавливается коэффициент передачи программируемого источника 3 напряжения таким, чтобы после передачи на его вход (резистор 6) опорного напряжения из блока I управления, напряжение на выходе программируемого источника 3 установилось равным необходимому напряжению для контролируемой электронной схемы 27.

Перепрограммирование резисторов

5 и 6 происходит при нулевом напряжении на входе программируемого источника 3.

Ilo командам с выходов 19 и 30 блока 1 соотношение резисторов 18 и

23 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 программируемого источника 16 напряжение, соответствующее граничному значению тока контролируемой схемы 27, т.е, U„= R„ I„+ П„, (3) 1297017 где R„= К„- сопротивление токоизмерительного резистора 20.

Поскольку все переключения резисторов 23, 22 и 18 происходят при рав- 5 ном нулю напряжении на входе программируемого источника 16, то напря.жение на выводе контролируемой схемы

27 сохраняется нулевым. Благодаря наличию емкости (С„), на контролируемой схеме 27 практически. отсутствуют выбросы напряжения, возникающие в момент обрыва цепи обратной связи, в которую входят повторитель 25, ключ 24 и резистор 23 (при перепрограммировании резистора). Время перепрограммирования резисторов 18, 22 и 23 значительно меньше времени установления режима на выводе контролируемой схемы 27, если ключ 26 ра- 20 эомкнут.

Токоиэмерительный резистор 20 по команде из блока 1 управления устанавливается такой величины, которая соответствует необходимому диапазону контролируемого тока. Ilo команде из блока 1 управления ключ 26 замыкается, после чего размыкается ключ

24. Затем на входы программируемого источника 3, программируемого источ- 30 ника 16 и источника 7 граничных значений поступает опорное напряжение из блока 1. При этом на выходе второго программируемого источника 3 появляется необходимое испытательное 35 напряжение U, которое через замкнутый ключ 26 поступает на контролируемую схему 27 и заряжает емкость нагрузки и измерительной линии (С„). При этом управляемый источник 40

35 компенсирующего тока генерирует ток, установленный при калибровке, компенсирующий ток утечки в изм "рательной линии, входных цепях повторителя и ключей. Время установления 45 напряжения U„« определяется, в основном, собственным временем установления напряжения на выходе программируемого источника 3, выходное сопротивление которого близко к нулю. 50

Одновременно на выходе программируемого источника 16 устанавливается напряжение U„, соответствующее граничному эначению контролируе- 55 мого тока. Время установления U, 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 U гЕ которое поступает на первый вход компаратора 12, на второй вход которого также поступает напряжение U, с выхода программируемого источника 16.

При этом через токоизмерительный ре„ч зистор 20 протекает ток I 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 2 и

18, изменекия напряжения U„,„ практически не происходит или оно изменяется со скоростью, определяемой постоянной времени цепи, образованной токоизмерительным резистором 20 и корректирующим конденсатором С„

Эта 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 то напряжение на выходе программируемого источника 16 начинает изменяться со скоростью, определяемой постоянной времени цепи, образованной токоизмерительным резистором

20, корректирующей емкостью С„, емкостьЮ нагрузки и измерительной линии С„ и входным сопротивлением контролируемой 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 16

Составитель В.Иванов

Редактор И.Касарда Техред А.Кравчук Корректор А.Тяско

Заказ 779/50 Тираж 8б4 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Ужгород, ул. Проектная, 4

9 129701 увеличивается. Направление изменения напряжения зависит от того, больше контролируемый ток, чем ?, 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. 15

Таким 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-25 роля токов по авт.св. Р 1128224, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что„ с целью повышения точности контроля

7 10 малых токов, в него введен управляемый источник компенсирующего тока, соединенный входом с десятым выходом блока управления, а выходом — с входом контролируемой электронной схемы.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что управляемый источник компенсирующего тока содержит входной регулируемый резистор, токозадающий резистор, суммирующий резистор, ограничивающий резистор, два резистора обратной связи и три усилителя, вход первого усилителя через входной регулируемый резистор соединен с входом источника, а выход через токозадающий резистор — с выходом источника и через первый резистор обратной связи — с собственным входом, выход источника подключен к входу второго усилителя, выход которого через ограничивающий резистор подключен к входу третьего усилителя, соединенного выходом через суммирующий резистор с входом первого усилителя и через второй резистор обратной связи — с собственным входом,