Способ измерения параметров элементов многоэлементных нерезонансных линейных двухполюсников

Изобретение относится к технике измерения параметров элементов электрических цепей и может быть использовано для измерения параметров элементов многоэлементных двухполюсников, в том числе параметров элементов эквивалентных схем замещения полупроводниковых приборов. На контролируемый n-элементный двухполюсник подают напряжение в виде случайного сигнала, имеющего равномерный амплитудный спектр в диапазоне частот, перекрывающем диапазон частот, за пределами которого модуль импеданса двухполюсника можно считать не зависящим от частоты с заданной погрешностью. На образцовом резисторе, включенном последовательно с двухполюсником, измеряют напряжение, пропорциональное току двухполюсника. По двум параллельным каналам записывают в память ЭВМ временные реализации сигналов, подаваемого на двухполюсник и снимаемого с образцового резистора, после чего рассчитывают спектральные плотности напряжения и тока, рассчитывают частотные зависимости модуля и фазы импеданса двухполюсника, определяют характерные частоты. Составляют и решают систему из n уравнений относительно параметров эквивалентной схемы замещения n-элементного линейного двухполюсника. Технический результат заключается в сокращении времени измерения параметров эквивалентных схем замещения многоэлементных линейных двухполюсников. 2 ил.

 

Изобретение относится к технике измерения параметров элементов электрических цепей и может быть использовано для измерения параметров элементов многоэлементных двухполюсников, в том числе параметров элементов эквивалентных схем замещения полупроводниковых приборов.

Известен способ определения параметров элементов многоэлементных двухполюсников, заключающийся в том, что на полюса контролируемого двухполюсника, состоящего из n элементов с неизвестными параметрами, и на полюса эталонного двухполюсника, например резистора сопротивлением RЭТ, поочередно подают синусоидальное напряжение на n частотах, измеряют комплексный ток через контролируемый двухполюсник и эталон на n частотах и по фиксированным результатам измерения на каждой из n заданных частот, используя информацию об амплитуде комплексных токов, производят расчет параметров контролируемого двухполюсника по схеме его замещения путем решения соответствующей системы уравнений (см. Патент №2260809 РФ G01R 27/14).

Недостатком известного способа является большое время измерения, обусловленное необходимостью поочередного измерения комплексных токов через контролируемый двухполюсник и эталонный двухполюсник на n различных частотах.

Известно (см. Кнеллер В.Ю., Боровских Л.П. Определение параметров многоэлементных двухполюсников. - М.: Энергосггокиздат, 1986. - 144 с.), что погрешность определения параметров элементов двухполюсника сильно зависит от выбора частот тестового сигнала, для которых составляется и решается система уравнений, и при произвольном (неоптимальном) выборе частот может достигать десятков процентов. В общем случае для определения параметров элементов произвольного n-элементного двухполюсника с известной эквивалентной схемой замещения в отсутствие априорной информации о диапазоне изменения параметров его элементов необходимо измерять параметры импеданса двухполюсника во всем возможном диапазоне частот.

Известен способ измерения импеданса пассивного двухполюсника на заданной частоте путем измерения протекающего через двухполюсник переменного тока при подсоединении двухполюсника к генератору известного переменного напряжения (Мирский Г.Я. Электронные измерения. - М.: Радио и связь, 1986. - 440 с.). В известном способе с генератора синусоидального напряжения подают сигнал заданной амплитуды U0 и частоты на измеряемый двухполюсник с неизвестным комплексным импедансом Z ˙ , преобразователь ток-напряжение формирует пропорциональное комплексному току через двухполюсник I ˙ напряжение, которое измеряет фазочувствительный вольтметр. Комплексный импеданс получают по закону Ома: Z ˙ = U I ˙ .

Недостатком известного способа является большое время измерения, обусловленное необходимостью проводить измерения на нескольких частотах переменного напряжения, и невысокая точность, поскольку параметры двухполюсника определяются из решения системы нелинейных уравнений, точность решения которой определяется выбором частот измерения.

Прототипом предлагаемого способа является способ оценивания амплитудных и фазовых характеристик систем по наблюдениям входных и выходных случайных процессов (см. Бендат Дж., Пирсол А. Применения корреляционного и спектрального анализа: Пер. с англ. - М.: Мир, 1983. - 312 с.). Суть способа заключается в том, что на вход системы, имеющей комплексную частотную характеристику H(jω), подается случайный процесс UBX(t) со спектральной плотностью мощности GXX(jω), на выходе системы регистрируется случайный процесс UВЫХ(t) со спектральной плотностью мощности GYY(jω) (фиг.1) и частотная характеристика системы определяется из соотношения:

H(jω)=|H(ω)|e-jφ(ω)=GXY(jω)/GXX(jω),

где |Н(ω)| и φ(ω) - амплитудная и фазовая частотные характеристики системы соответственно; GXY(jω) - взаимная спектральная плотность мощности входного и выходного случайных процессов.

В данном методе оценивания под случайным процессом подразумевается множество (ансамбль) функций времени. Как известно (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Радио и связь, 1986. - 512 с.) усреднение по ансамблю амплитудного и фазового спектров реализаций, получаемых прямым Фурье-преобразованием, приводит к нулевому спектру процесса из-за случайности и независимости фаз спектральных составляющих в различных реализациях. В связи с этим для оценки характеристик случайных процессов используется спектральная плотность мощности случайного процесса. Однако если провести одновременную запись входного UBX(t) и выходного UВЫХ(t) сигналов, например, с использованием ЭВМ, и после этого осуществлять их математические преобразования, то такие сигналы можно считать детерминированными, и для анализа прохождения сигнала через систему (в случае ее линейности) можно использовать спектральный метод анализа прохождения детерминированного сигнала через линейные цепи, тем самым сокращая время вычисления (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Радио и связь, 1986. - 512 с.).

Технический результат - сокращение времени измерения параметров эквивалентных схем замещения многоэлементных линейных двухполюсников.

Технический результат достигается тем, что на контролируемый n-элементный двухполюсник подают напряжение в виде случайного сигнала, имеющего равномерный амплитудный спектр в диапазоне частот, перекрывающем диапазон частот, за пределами которого модуль импеданса двухполюсника можно считать не зависящим от частоты с заданной погрешностью, и на образцовом резисторе, включенном последовательно с двухполюсником, измеряют напряжение, пропорциональное току двухполюсника, по двум параллельным каналам записывают в память ЭВМ временные реализации сигналов, подаваемого на двухполюсник и снимаемого с образцового резистора, после чего рассчитывают спектральные плотности напряжения и тока, рассчитывают частотные зависимости модуля и фазы импеданса двухполюсника, определяют характерные частоты, составляют и решают систему из n уравнений относительно параметров эквивалентной схемы замещения n-элементного линейного двухполюсника.

Сущность способа состоит в следующем.

Шумовой сигнал UBX(t) с равномерным амплитудным спектром подается на делитель, составленный из контролируемого n-элементного линейного двухполюсника и образцового токосъемного резистора сопротивлением RОБР, и параллельно подается на первый канал устройства сбора данных. При измерении параметров эквивалентной схемы полупроводниковых диодов, представляемых двухполюсником, задается рабочая точка (I0; U0) от дополнительного источника смещения. С образцового резистора снимается выходной сигнал UВЫХ(t) и подается на второй канал устройства сбора данных. Сигналы UBX(t) и UВЫХ(t) подвергаются аналого-цифровому преобразованию и сохраняются в память компьютера в виде дискретной последовательности отсчетов UBX(iΔt) и UВЫХ(iΔt), где интервал Δt определяется частотой дискретизации: Δt=1/FД. Известно, что снизить погрешность оценивания спектральной плотности шумового сигнала можно путем усреднения оценок по ансамблю (см. Бендат Дж., Пирсол А. Применения корреляционного и спектрального анализа: Пер. с англ. - М.: Мир, 1983. - 312 с.). Поскольку белый шум является стационарным эргодическим процессом, то ансамбль реализаций можно получить путем разбиения (в том числе, с перекрытием по времени) исходных последовательностей отсчетов UBX(iΔt) и UВЫХ(iΔt) на K последовательностей U B X m ( i Δ t ) и U В Ы Х m ( i Δ t ) (1≤m≤K), состоящих из N отсчетов и имеющих длительность (N-1)Δt каждая. Применяя прямое Фурье-преобразование к каждой последовательности, получают K комплексных спектральных плотностей входного и выходного сигналов:

Для каждой m-й реализации ансамбля рассчитывается импеданс двухполюсника:

после чего вычисляются модуль и фаза импеданса:

Затем проводится усреднение полученных частотных характеристик по ансамблю:

Расчет параметров {Xi} n-элементного двухполюсника осуществляется на основании информации о структуре эквивалентной схемы двухполюсника путем составления и решения системы из n уравнений вида:

где Ф(ω,X) и Ψ(ω,X) - функциональные зависимости модуля и фазы импеданса от частоты и параметров элементов двухполюсника соответственно. С целью минимизации погрешности определения параметров n-элементного двухполюсника, обусловленной случайной погрешностью измерения частотных зависимостей модуля и фазы импеданса, частоты ωk и ωl выбираются в характерных точках частотной зависимости модуля и фазы импеданса: минимум фазы, точка перегиба модуля импеданса (см., например, A. Wadsworth. The Parametric Measurement Handbook. Third Edition. - USA: Agilent Technologies, Inc. 2012. - 214 p.) или определяются по алгоритму нахождения оптимальных частот (см. Кнеллер В.Ю., Боровских Л.П. Определение параметров многоэлементных двухполюсников. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 144 с.). В общем случае частоты ωk и ωl могут совпадать, поэтому n/2≤k+l≤n.

При использовании гармонического сигнала для сканирования импеданса двухполюсника в частотном диапазоне ΔF с фиксированным разрешением по частоте Δf минимальное время сканирования составляет T С К А Н _ Г А Р М = Δ F Δ f 2 . Минимальное время сканирования импеданса двухполюсника предложенным способом определяется нижней частотой заданного диапазона ΔF: T С К А Н _ Ш У М = 1 Δ f . Таким образом, выигрыш по времени сканирования составляет Δ F Δ f .

Способ может быть реализован с помощью устройства, структурная схема которого показана на фиг.2. Устройство содержит две клеммы 1 и 3 для подключения контролируемого двухполюсника 2, источника шумового сигнала 4, источника напряжения смещения 5, сумматора напряжений 6, образцового резистора 7, двухканального блока аналого-цифрового преобразования 8 и компьютера 9.

Шумовой тестовый сигнал UШ(t) с выхода генератора шума 4 и постоянное напряжение смещения U0 от источника напряжения смещения 5 поступают на сумматор напряжений 6. С выхода сумматора напряжений 6 напряжение UBX(t)=UШ(t)+U0 подается на делитель, составленный из исследуемого двухполюсника 2 и образцового резистора 7 с сопротивлением RОБР. Параллельно по опорному каналу напряжение UBX(t) поступает на первый канал блока аналого-цифрового преобразования 8. С токосъемного резистора RОБР напряжение UВЫХ(t) поступает на второй канал блока аналого-цифрового преобразования 8. По сигналу запуска производится измерение сигналов UBX(t) и UВЫХ(t) и пересылка оцифрованных данных UBX(iΔt) и UВЫХ(iΔt) в компьютер, где осуществляется расчет параметров элементов n-элементного двухполюсника по изложенному алгоритму.

Сопротивление образцового резистора RОБР выбирается из условия RОБР<<|Z(ω)| во всем диапазоне частот, при этом величина сопротивления RОБР должна быть такой, чтобы обеспечить требуемую чувствительность блока аналого-цифрового преобразования.

Способ измерения параметров элементов многоэлементных нерезонансных линейных двухполюсников, состоящий в том, что на контролируемый n-элементный двухполюсник подают напряжение в виде случайного сигнала, имеющего равномерный амплитудный спектр в диапазоне частот, перекрывающем диапазон частот, за пределами которого модуль импеданса двухполюсника можно считать не зависящим от частоты с заданной погрешностью, и на образцовом резисторе, включенном последовательно с двухполюсником, измеряют напряжение, пропорциональное току двухполюсника, по двум параллельным каналам записывают в память ЭВМ временные реализации сигналов, подаваемого на двухполюсник и снимаемого с образцового резистора, после чего рассчитывают спектральные плотности напряжения и тока, рассчитывают частотные зависимости модуля и фазы импеданса двухполюсника, определяют характерные частоты, составляют и решают систему из n уравнений относительно параметров эквивалентной схемы замещения n-элементного линейного двухполюсника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство для определения исправности полупроводниковых диодов и может быть использовано для автоматического бесконтактного контроля технического состояния мостовых диодных выпрямителей.

Изобретение относится к области тестирования дискретных объектов большой размерности. Техническим результатом является повышение глубины локализации неисправностей.

Изобретение относится к технике испытаний и может быть использовано при наземной экспериментальной отработке радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов в диапазоне давлений окружающей среды от атмосферного до соответствующего глубокому вакууму.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам испытаний интегральных схем (ИС) на коррозионную стойкость. Сущность: перед испытанием ИС проводят проверку внешнего вида, электрических параметров и проверку герметичности, нагревают до температуры плюс 125°С со скоростью не более 100°С/мин, выдерживают при этой температуре 1 ч, резко охлаждают до минус 55°С со скоростью не более 100°С/мин, выдерживают при данной температуре 0,5 ч, плавно нагревают до плюс 2°С в течение 1 ч.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения температуры активной области светоизлучающих диодов. Заявлен cпособ измерения переходных тепловых характеристик светоизлучающих диодов (СИД), при котором инжекционный ток подают в виде последовательности импульсов нарастающей длительности с периодом между импульсами, достаточными для остывания активной области и не менее времени считывания сигнала с выхода фотоприемной линейки.

Способ предназначен для использования на выходном и входном контроле качества сверхбольших интегральных схем (СБИС) - микропроцессоров и микроконтроллеров - и оценки их температурных запасов.

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для исследования измерительных характеристик и контроля точности работы измерительного устройства многоточечных измерительных систем с входной коммутацией датчиков.

Изобретение предназначено для использования на выходном и входном контроле качества цифровых КМОП интегральных микросхем и оценки их температурных запасов. Сущность: на входы одного или нескольких логических элементов контролируемой микросхемы подают последовательность высокочастотных переключающих греющих импульсов частотой Fгр, модулированных последовательностью прямоугольных видеоимпульсов с постоянным периодом следования Тсл, длительность τр которых изменяется по гармоническому закону с частотой ΩМ.

Изобретение относится к способам испытаний полупроводниковых приборов на стойкость к воздействию тяжелых заряженных частиц различных энергий космического пространства.
Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике и может быть использовано при создании и многократном регулировании сопротивления металлических перемычек, соединяющих электроды твердотельных приборов, работа которых основана на полярнозависимом электромассопереносе в кремнии (ПЭМП).

Использование: для контроля качества цифровых интегральных микросхем КМОП логическими элементами и оценки их температурных запасов. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает подачу напряжения на контролируемую микросхему, переключение логического состояния греющего логического элемента последовательностью периодических импульсов, измерение изменения температурочувствительного параметра, определение теплового сопротивления, при этом греющий логический элемент переключается высокочувствительными импульсами, а в качестве температурочувствительного параметра используют длительность периода следования низкочастотных импульсов, генерируемых мультивибратором, и мультивибратор состоит из логического элемента контролируемой микросхемы и логического элемента образцовой микросхемы, работающей вместе с пассивными элементами мультивибратора при неизменной температуре. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения времени измерения и погрешности измерения температурочувствительного параметра. 2 ил.

Изобретение относится к технике измерения тепловых параметров полупроводниковых приборов и интегральных микросхем и может быть использовано для контроля качества и оценки температурных запасов цифровых интегральных микросхем на выходном и входном контроле. Сущность: нечетное число (n>1) логических элементов контролируемой микросхемы соединяют по схеме кольцевого генератора. Замыкая цепь обратной связи кольцевого генератора на некоторое время цикла измерения, включают режим генерации высокочастотных импульсов, что приводит к нагреву микросхемы. В качестве температурочувствительного параметра измеряют частоту следования импульсов кольцевого генератора в начале fнач и в конце fкон цикла измерения. Измеряют средний ток, потребляемый микросхемой от источника питания. Определяют тепловое сопротивление переход-корпус по формуле: , где Δf=fнач-fкон - изменение частоты следования импульсов кольцевого генератора; - средний ток, потребляемый контролируемой микросхемой за время цикла измерения; Епит - напряжение питания микросхемы, Кf - температурный коэффициент частоты следования импульсов кольцевого генератора. Технический результат: уменьшение погрешности измерения. 2 ил.

Использование: для выяснения причин отказов устройства или для оценки качества процесса производства внутренней части электронного устройства. Сущность изобретения заключается в том, что способ, в котором выполняют анализ образца электронного устройства посредством замера некоторого свойства в нескольких точках указанного образца и подвергают, до выполнения анализа, указанные несколько точек, по меньшей мере, одной обработке, увеличивающей различие указанного свойства, по меньшей мере, в двух элементах образца электронного устройства, представляющих собой, по меньшей мере, два слоя пакета слоев, включенного в электронное устройство, при этом указанная обработка включает резку пакета слоев таким образом, что создается различие морфологии в поверхности среза, по меньшей мере, между двумя из указанных слоев пакета. Технический результат: обеспечение возможности облегчения исследования качества электронного устройства. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к встроенному логическому анализатору и, в частности, к программируемому встроенному логическому анализатору для анализа электронной схемы. Устройство для тестирования и отладки электронной схемы, содержащее логический анализатор, имеющий первый вход, принимающий множество сигналов, и выход для обеспечения индикации обнаружения, с помощью логического анализатора, по меньшей мере одного запускающего события; и блок со встроенным самотестированием (BIST), имеющий первый вход для приема одного или более сигналов, появляющихся на первом входе логического анализатора, второй вход, соединенный с выходом логического анализатора для избирательного задействования блока BIST, причем блок BIST генерирует и поддерживает сигнатуру на основании первого и второго его входов. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 17 ил.
Наверх