Емкостный датчик для съема диагностической информации с цифровых микросхем

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в качестве встроенного устройства для съема информации с цифровых микросхем для контроля и диагностики. Цель изобретения - повышение достоверности контроля и расширение области.применения датчика на встроенный контроль микросхем. В емкостном датчике для съема диагностической информации с цифровых микросхем, содержащем металлический электрод 1, первый диэлектрический слой 2, расположенный между металлическим электродом 1 и контактными площадками 4,электростатический экран 5,второй диэлектриче- ( ский слой, расположенный между металлическим электродом 1 и электростатическим экраном 5, металлический электрод 1 выполнен в виде тонкого проводника с круглым сечением, причем первый диэлектрический слой 2 нанесен на поверхность металлического электрода 1 и выполнен состоящие из участков с различной диэлектрической проницаемостью, диэлектрическая проницаемость каждого из участков определяется по формуле, приведенной в описании изобретения. 1 з. п. ф-лы, 5 ил. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (l l) (si)s G 01 R 31/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗО6РЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4725605/21 (22) 27.07.89 (46) 15.11.91. Бюл. М 42 (72) В.A. Линьков, Г.А. Филин и В,И. Антошкин (53) 621.317.799 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1182415, кл. G 01 R 19/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

hL 1492323, кл, G 01 R 31/28, 1988, (54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ СЪЕМА

ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ С

ЦИФРОВЫХ МИКРОСХЕМ. (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в качестве встроенного .устройства для съема информации с цифровых микросхем для контроля и диагностики, Цель изобретения — повышение достовер-ности контроля и расширение области,приИзобретение относится к контрольно-. измерительной технике и может быть ис-: пользовано в качестве встроенного устройства для съема информации с цифровых микросхем для контроля и диагностики.

Цель изобретения — повышение досто-верности контроля и расширение области применения датчика на встроенный конт-. роль микросхем;

На фиг. 1 показан емкостный датчик, . выполненный в корпусе микросхемы;. на фиг. 2 —.сечение А-А на фиг. 1; на. фиг. 3.— . сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 показаны графики зависимости постоянной времени от номера l контролируемого вывода для раз))ых значений и — общего числа контроменения датчика на встроенный контроль микросхем; В емкостном датчике для съема диагностической информации с цифровых микросхем, содержащем .металлический электрод 1, первый диэлектрический слой 2, расположенный между металлическим электродом 1 и контактными площадками 4,электростатический экран 5,второй диэлектрический слой, расположенный между металлическим электродом 1 и электростатическим экраном 5, металлический электрод 1 выполнен в виде тонкого проводника с круглым сечением, причем первый диэлектрический слой 2 нанесен на поверхность металлического электрода 1 и выполнен состоящим из участков с различной.диэлектрической проницаемостью, диэлектрическая проницаемость каждого из участков определяется по формуле, приведенной в описании изобретения. 1 з. и. ф-лы, 5 ил, лируемых выводов;на фиг.5 показаны графикИЭавйсимости разрешающей способности от . числа контролируемых выводов для предлагаемого и.известного датчиков. 3

Датчик содержит металлический элект- Q род 1, выполненный в виде тонкого провод- Я ника с круглым сечением, на поверхность которого нанесен первый диэлектрический слой 2, состоящий из участков с разной диэлектрической проницаемостью. Металлический электрод 1 с нанесенным первым диэлектрическим слоем 2 располагается в корпусе микросхемы 3, перекрывая контролируемые контактные площадки 4. При этом роль электростатического экрана выполняет металлическая крышка 5 микросхемы, а

1691792 второго диэлектрического слоя — воздушная прослойка, между металлическим электродом с первым диэлектрическим слоем и крышкой 5.

Между металлическим электродом 1 с первым диэлектрическим слоем 2 и корпусом 3 включается резистор 6. Резистор 6 чожет располагаться в блоке согласования

7, обладающем большим входным сопротивлением и малой входной емкостью, конСтруктивно выполненной в виде ручного щупа, с помощью которого осуществляют съем и контроль результирующей информации с датчика.

Закон изменения диэлектрической проницаемости от одного участка первого диэлектрического слоя 2 к другому, обеспечивающий максимальную разрешающую способность, бпределяется следующим обазом.

Датчик дифференцирует и суммирует на, резисторе 6 (R) первоначальные прямо угольные импульсы, т. е. преобразует форму импульсов по закону, e где % = RCi; R— сопротивление резистор 6; Ci — емкость

{иежду датчиком и контролируемым проводником.

Ясно, что наиболее "похожими" будут езультирующие сигналы, соответствуюие кодовым комбинациям с одинаковым ислом логических единиц (комбинации вида 0111, 1110, 1101, 1011), Причем наисолее еблагоприятная ситуация и с точки зрения аспознавания будет при одинаковой ампитуде логических единиц и при совпадаюих передних и задних фронтах. импульсов подобных комбинациях. . В формальной постановке задачи будем ассматривать множество из функций е

= 1,п, где n — количество выводов.микросхеМы„с которых снимается информация, Это

Множество линейно-независимо и представляет собой базис и-мерного векторного йространства с векторами-функциями вида

, а{в

l = i

Так как мы имеем дело с цифровой информацией в виде логических нулей и единиц, то в векторном пространстве ч выделим подпространство V÷ с коэффициентами а =(0,1), содержащем 2" векторов

Известно, что среднее значение любой функции f(x) на интервале от а до Ь определяется Выражением

f f(x) dx.

Тогда в качестве критерия или меры различимости двух функций из векторного

10 и .Е v ({-е {{" ) 1 т р1

АЕ еi « (i) (").j=12n;k=12п";,jP k;

2 П вЂ” 2П.

/,"= (-1,0,1), 20 ИСпользование величины Лi удобно тем, чтс минимальная величина Л вщл =

° ет1п{ Ail -1,2 "-2"), т. е. среднее расстояние между наиболее близколежащими кривыми из подпространства V как раз

25 характеризует разрешающую способность а

35 ь

Ф подпространства Ч удобно взять "среднее расстояние" h,i между этими функциями, равное модулю разности средних значений этих функций на интервале t-= (O,Т), где Т— минимальная длительность контролируемых импульсов:

{1 (Е И!" е """ ({{- {Х < " а т ({1

1 ,{. 1

0 1в{ О 2о1 датчика и может использоваться, например, для определения шага квантования Н и количества уровней квантования на один сигнал, если предполагается преобразование результирующего сигнала в код с помощью аналого-цифрового преобразователя.

Разрешающая способность датчика при прочих равных условиях определяется законом изменения емкости по длине датчика.

Исследования данного критерия для датчиков с линейным и гиперболическим законом (датчик с линейно-изменяющейся толщиной диэлектрика) изменения емкости показали, что для датчика с гиперболическим законом изменения емкости величина

dmin В дВа раэа ВЫШЕ, Очевидно, существует некоторый оптимальный закон изменения емкости, обеспечивающий максимальную разрешающую способность датчика.

Таким образом, задача сводится к определению такового вектора t = (ti,tz.. х,),где

Т1 =

Сначала эта задача была решена как задача оптимизации с целевой. функцией т ь;(1-e ) - ill«, (2) при логическом ограничении на сравнение результирующих сигналов, соответствующих кодовым комбинациям с одинаковым числом единиц:

Ь фМ=О; Г,. = -1,О,I), {.I,г,...,е -2

2л

1691792 (т.е. берутся векторы у в которых количество 1 равно количеству -1, т. е. вида (1-1-1 1), (О 1 0 - 1 -1 1) и т.д.).

Но решение задачи в таком виде не позволило объяснить полученные результаты. 5

Это можно сделать, если определить сначала оптимальные средние значения ai, I = 1,п базисных фУнкЦийе т1 пРи котоРых

l1

В щ1и,К,, "о. „„(4)

1=1 с теми же ограничениями (3) на векторе y,à затем путем решения трансцендентных уравнений

Zl(1 — е ) =а1, I =2,n — 1 (5) определить значения zi

ЗНаЧЕНИЯ а1 И an ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ ПУТЕМ

ПОДСтаНОВКИ В УРаВНЕНИЕ (5) ЗНаЧЕНИй 7 min

И Z max, а ОСтаЛЬНЫЕ al — ПУТЕМ РЕШЕНИЯ задачи (4). После анализа решения было установлено, что полученные значения аь I =.

=1,п отстоят друг от друга на величины, пропорциональные числам Фибоначчи, Одним из вариантов такого расположения оптимальных значений ai является следующий:

0 d а-1

36 26 ьЬ {6) а a a

"-4- -3 н-г -i "

30 при котором ап-1 = ам+1 - Ui, Л; I = 1,A-2., (7)

ГДЕ Л = (an - a 1)I Sn-1

n — 1

Sn-1 = g Uj — сумма п-1 первых чисел

j =.1

Фибоначчи;

Ц = UI-2+ UI-1; 01= 02 =1 — рекуррентное уравнение, определяющее j-й член последовательности чисел Фибоначчи, Формулу (6) можно получить также путем цепочки ин-.40 дуктивных рассуждений, исходя из теории чисел Фибоначчи.

Таким образом, при заданном и и извеСтНЫХ ЭНаЧЕНИЯХ а1 И an МОЖНО СНаЧаЛа ПО формулам (7) и (6) определить Л и ai 1= 45

-2,п-1, а затем, решая транцендентные уравнения (5), например, методом итерации найти значения постоянных времени zi.

Диэлектрическая проницаемость 1-го участка тогда определяется следующим об- 50 разом:

Е1 =Z (3) где 5 = dmin — диэлектрическая. проницаемость 1-го участка.

Исходными даннымидля расчетов являются 6nin,тв!и и трах dmin . выбирается в диапазоне 2-10, гп ып и т max определяются частотой, на которой работает конкретная микросхема, и зависят от величин Cmin u

Cmax (емкости связи 1-го и и-го участков) и резистора R.

Очевидно, что Cmin должно быть как можно меньше, а Cmaõ — как можно больше.

Cmax выбирается такой, чтобы не происходило взаимного искажения сигналов, проходящих по двум соседним выводам микросхемы, и может быть определена экспе риментально.

Из эквивалентной схемы датчика видно, что между каждой парой дорожек включено последовательно по две емкости, поэтому величина результирующей емкости согласно формуле

Срез С1С2/(С1+ C2) будет меньше меньшей из двух, Минимальная величина емкости Cmin определяется величиной входной емкости схемы согласования.

На фиг, 4 показаны графики зависимости постоянной времени г от номера контролируемого вывода i äëÿ разных значений и (от 8 до 20). Частота контролируемой информации 1 мГц, zmin 0,1 мкс,z max =10MKc, Графики показаны непрерывными, хотя диэлектрическая проницаемость от одного участка к другому изменяется дискретно.

Поскольку т пропорционально @, то графики ф) в точности повторяют графики ГИ.

На фиг, 5 показаны зависимости

bin(n) для предлагаемого датчика, а также

ДЛЯ ПРОтатИПа ПРИ 1 1 = 0,1 МКС, Z max =

10 мкс. Из графиков видно, что разрешающая способность датчика весьма высока.

Формула изобретения

1. Емкостный датчик для съема диагностической информации с цифровых микросхем, содержащий металлический электрод, первый диэлектрический слой, расположенный между металлическим электродом и контактными площадками, электростатический экран, второй диэлектрический слой, расположенный между металлическим электродом и электростатическим экраном, о тл ича ющийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля и расширения области применения на встроенный контроль микросхем, металлический электрод выполнен в виде тонкого проводника с круглым сечением, причем первый диэлектрический слой нанесен на поверхность металлического электрода и выполнен состоящим иэ участков с различной диэлектрической проницаемостью, причем диэлектрическая проницаемость каждого иэ участков определяется по формуле Е? tain

"1

"min где Я 1 . †. диэлектрическая проницаемость участка с заданным номером 1;

1691792

Е min — диэлектрическая и роницаемость

1-го участка; х — постоянная времени, соответствующая 1-му.участку, являющаяся решением транцендентного уравнения

1 - ai/ ri = e . "" i = 2, и — 1, в котором Bn-I = Bn-I+ 1- Ui,! = 1,п-2, an а1, Sn — 1 где Ui - l-й член последовательности чисел

Фибоначчи; и — 1

Sn — 1.=, Ui — сумма первых и - 1 чисел

1=1

Фибоначчи; а1= rmln(1-е );

-1! Г а, =

2, Датчик по и, 1, о тл и ч а ю шийся

5 тем, что металлический электрод с нанесенным первым диэлектрическим слоем располагается в корпусе микросхемы с перекрытием контролируемых контактных площадок и соединен с дополнительным вы10 водам микросхемы, являющимся выходом., датчика, металлическая крышка микросхемы является электростатическим экраном, а воэдушная прослойка между металлическим электродом с первым диэлектриче15 ским слоем и металлической крышкой . является вторым диэлектрическим слоем.

1691792

8 4 56 7 3 У r0rr rgb W Srz rp м ran

У Ю Н rp rg М т,5 6

Составитель В.Степенкин

Техред М.Моргентал

Корректор Э.Лончакова—

Редактор Т.Клюкина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3926 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, 4/5