Устройство для определения нагрузочной способности микросхем

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство для определения нагрузочной способности микросхем содержит испытуемую микросхему 1, генератор прямоугольного напряжения 2, рабочую микросхему 3, вольтметр 4, первый источник опорного напряжения 5, первый компаратор 6, элемент И 7, счетчик импульсов 8, коммутатор 9, элементы нагрузки 10 - 1…10 - k, второй источник опорного напряжения 11, второй компаратор 12, преобразователь ток-напряжение 13. Технический результат - повышение точности и достоверности определения нагрузочной способности микросхем. 1 ил.

 

Изобретение относится к области микроминиатюризации и технологии радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано для контроля параметров микросхем при их производстве.

Известен способ для определения нагрузочной способности микросхем (Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные и цифровые устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1992. - 336 с: ил. - с. 127), связанный с нахождением наибольшего числа входов логических элементов, которые можно подключить к выходу испытуемой микросхемы без ухудшения ее параметров.

Недостатками устройств, реализующих этот способ, являются низкие точность и достоверность определения нагрузочной способности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для определения нагрузочной способности микросхем (патент на изобретение РФ №2613568, МПК G01R 31/28, опубл. 17.03.2017. Бюл. №8), содержащее генератор прямоугольного напряжения, испытуемую микросхему, рабочую микросхему, вольтметр, элементы нагрузки, коммутатор, элемент И, компаратор, счетчик импульсов и источник опорного напряжения.

Недостатками устройства являются низкие точность и достоверность определения нагрузочной способности.

В основу изобретения поставлена задача - повысить точность и достоверность определения нагрузочной способности микросхем.

Данная задача решается в устройстве для определения нагрузочной способности микросхем, которое содержит генератор прямоугольного напряжения, последовательно соединенные первый источник опорного напряжения, первый компаратор, элемент И и счетчик импульсов, рабочую микросхему, вход которой и входная клемма испытуемой микросхемы объединены и подключены к выходу генератора прямоугольного напряжения, вольтметр и коммутатор, управляющие входы которых и второй вход элемента И объединены и подключены к выходу рабочей микросхемы, сигнальный вход вольтметра подключен к выходной клемме испытуемой микросхемы, а его выход - ко второму входу первого компаратора, элементы нагрузки, вход каждого из которых подключен к одноименному выходу коммутатора, согласно изобретению, в него дополнительно введены последовательно соединенные второй источник опорного напряжения и второй компаратор, преобразователь ток-напряжение, вход и выход токовой цепи которого подключены соответственно к выходной клемме испытуемой микросхемы и сигнальному входу коммутатора, выход преобразователя ток-напряжение подключен ко второму входу второго компаратора, элемент И выполнен трехвходовым и его третий вход подключен к выходу второго компаратора.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит испытуемую микросхему 1, генератор прямоугольного напряжения 2, рабочую микросхему 3, вольтметр 4, первый источник опорного напряжения 5, первый компаратор 6, элемент И 7, счетчик импульсов 8, коммутатор 9, элементы нагрузки 10 - 1…10 - k, второй источник опорного напряжения 11, второй компаратор 12 и преобразователь ток-напряжение 13.

В устройстве последовательно соединены первый источник опорного напряжения 5, первый компаратор 6, элемент И 7 и счетчик импульсов 8, а также второй источник опорного напряжения 11 и второй компаратор 12. Выход генератора прямоугольного напряжения 2 подключен к входу рабочей микросхемы 3 и входной клемме испытуемой микросхемы 1. Управляющие входы вольтметра 4 и коммутатора 9, а также второй вход элемента И 7 объединены и подключены к выходу рабочей микросхемы 3. Третий вход элемента И 7 подключен к выходу второго компаратора 12. Сигнальный вход вольтметра 4 подключен к выходной клемме испытуемой микросхемы 1, а его выход - ко второму входу первого компаратора 6. Вход каждого из элементов нагрузки 10-1…10-k подключен к одноименному выходу коммутатора 9. Вход и выход токовой цепи преобразователя ток - напряжение 13 подключены соответственно к выходной клемме испытуемой микросхемы 1 и сигнальному входу коммутатора 9. Выход преобразователя ток-напряжение 13 подключен ко второму входу второго компаратора 12.

Устройство позволяет определять нагрузочную способность испытуемой микросхемы 1 по изменению высокого уровня (первый режим) и по изменению низкого уровня (второй режим) ее выходного напряжения, контролируя также в обоих режимах ее выходной ток.

В соответствии с первым режимом устройство работает следующим образом. Генератор прямоугольного напряжения 2 формирует первый импульс, который одновременно поступает на входы идентичных испытуемой 1 и рабочей 3 микросхем. На выходе каждой из этих микросхем формируется по импульсу высокого уровня с одинаковой длительностью. Выходной сигнал испытуемой микросхемы 1 одновременно поступает на сигнальный вход вольтметра 4 и вход токовой цепи преобразователя ток - напряжение 13, а с выхода токовой цепи - на сигнальный вход коммутатора 9. Последний выполнен на основе регистра сдвига и набора аналоговых ключей. Выходной сигнал рабочей микросхемы 3 одновременно поступает на управляющие входы вольтметра 4 и коммутатора 9, а также второй вход элемента И 7.

С приходом первого импульса высокого уровня на управляющий вход коммутатора 9 последний подключает свой сигнальный вход (выход испытуемой микросхемы 1 через токовую цепь преобразователя ток - напряжение 13) к входу первого элемента нагрузки 10-1.

На выходе вольтметра 4 в течение всего периода выходного сигнала рабочей микросхемы 3, совпадающего по времени с аналогичным периодом испытуемой микросхемы 1, поддерживается значение напряжения высокого уровня выходного сигнала последней. Первый компаратор 6 сравнивает значения выходных напряжений вольтметра 4 и первого источника опорного напряжения 5. Последнее совпадает с минимально допустимым значением напряжения высокого уровня выходного сигнала испытуемой микросхемы 1.

Одновременно с этим, на выходе преобразователя ток-напряжение 13 в течение времени существования выходного импульса высокого уровня испытуемой микросхемы 1 поддерживается значение напряжения, пропорциональное ее выходному току. Второй компаратор 12 сравнивает значения выходных напряжений преобразователя ток - напряжение 13 и второго источника опорного напряжения 11. Последнее пропорционально (с тем же коэффициентом, что и в блоке 13) максимально допустимому значению выходного тока испытуемой микросхемы 1 при изменении высокого уровня ее выходного напряжения.

В случае использования исправной испытуемой микросхемы 1, нагруженной по выходу элементом 10 - 1, происходит следующее:

1. Выходное напряжение вольтметра 4 превышает выходное напряжение первого источника опорного напряжения 5 и на выходе первого компаратора 6 формируется логическая "1". Она поступает на первый вход элемента И 7.

2. Выходное напряжение преобразователя ток-напряжение 13 не превышает выходное напряжение второго источника опорного напряжения 11 и на выходе второго компаратора 12 формируется логическая "1". Она поступает на третий вход элемента И 7.

При наличии логических "1" одновременно на первом и третьем входах элемента И 7, с его второго входа на выход проходит импульс высокого уровня. При этом счетчик импульсов 8 фиксирует поступление на свой вход первой логической "1". Это означает, что нагрузочная способность испытуемой микросхемы 1 в результате первого рабочего цикла ее определения составляет число не менее единицы.

Если испытуемая микросхема 1, нагруженная по выходу элементом 10-1, неисправна, то происходят следующие события (одно из двух или оба одновременно):

1. Выходное напряжение вольтметра 4 не превышает выходное напряжение первого источника опорного напряжения 5 и на выходе первого компаратора 6 формируется логический "0". Он поступает на первый вход элемента И 7.

2. Выходное напряжение преобразователя ток - напряжение 13 превышает выходное напряжение второго источника опорного напряжения 11 и на выходе второго компаратора 12 формируется логический "0. Он поступает на третий вход элемента И 7.

При наличии логического "0" на первом или третьем входах элемента И 7 (или на обоих входах одновременно), блокируется прохождение импульса высокого уровня с его второго входа на выход. При этом счетчик импульсов 8 останавливает счет.

В течение действия последующих выходных импульсов генератора прямоугольного напряжения 2 (в первом режиме) устройство в целом работает аналогично ранее описанному. Отличие состоит лишь в том, что с приходом очередного импульса (высокого уровня) на управляющий вход коммутатора 9, последний подключает свой сигнальный вход к входу одноименного элемента нагрузки, из имеющихся 10-2…10-k. Каждый из них включает в свой состав ряд (от одного до нескольких десятков) одинаковых логических элементов, число входов которых, объединенных друг с другом общим входом элемента нагрузки, совпадает с его номером. При этом с каждым новым переключением коммутатора 9, значение напряжения высокого уровня выходного сигнала испытуемой микросхемы 1 (в связи с падением сопротивления нагрузки) уменьшается, а значение ее выходного тока увеличивается.

Счетчик импульсов 8 фиксирует импульсы в течение всех рабочих циклов, производя тем самым запись числа (n), определяющего нагрузочную способность (в первом режиме) до тех пор, пока одновременно выполняются следующие условия:

1. Выходное напряжение вольтметра 4 превышает выходное напряжение источника опорного напряжения 5.

2. Выходное напряжение преобразователя ток-напряжение 13 не превышает выходное напряжение второго источника опорного напряжения 11.

Для обеспечения второго режима работы устройства, позволяющего определять нагрузочную способность испытуемой микросхемы 1 по изменению низкого уровня ее выходного напряжения, необходимо:

- первый вход первого компаратора 6 подключить к выходу вольтметра 4, а второй вход - к выходу источника опорного напряжения 5,

- значение выходного напряжения первого источника опорного напряжения 5 установить равным максимально допустимому значению напряжения низкого уровня выходного сигнала испытуемой микросхемы 1,

- значение выходного напряжения второго источника опорного напряжения 11 установить пропорциональным (с тем же коэффициентом, что и в блоке 13) максимально допустимому значению выходного тока испытуемой микросхемы 1 при изменении низкого уровня ее выходного напряжения.

При этом с каждым новым переключением коммутатора 9, значения напряжения низкого уровня и тока выходного сигнала испытуемой микросхемы 1 увеличиваются. Счетчик импульсов 8 фиксирует импульсы в течение всех рабочих циклов, производя тем самым запись числа (п), определяющего нагрузочную способность (во втором режиме) до тех пор, пока выполняются следующие условия:

1. Выходное напряжение вольтметра 4 остается меньше выходного напряжения источника опорного напряжения 5.

2. Выходное напряжение преобразователя ток - напряжение 13 не превышает выходное напряжение источника опорного напряжения 11.

В остальном работа всех блоков устройства в обоих режимах одинакова.

Введение второго источника опорного напряжения 11, второго компаратора 12, преобразователя ток-напряжение 13 и выполнение элемента И трехвходовым позволило обеспечить контроль выходного тока испытуемой микросхемы 1. Это дало возможность определять нагрузочную способность (в двух режимах) не только по изменению выходного напряжения, но и дополнительно по изменению выходного тока испытуемой микросхемы 1, исключив при этом ее тепловой пробой.

Устройство для определения нагрузочной способности микросхем, содержащее генератор прямоугольного напряжения, последовательно соединенные первый источник опорного напряжения, первый компаратор, элемент И и счетчик импульсов, рабочую микросхему, вход которой и входная клемма испытуемой микросхемы объединены и подключены к выходу генератора прямоугольного напряжения, вольтметр и коммутатор, управляющие входы которых и второй вход элемента И объединены и подключены к выходу рабочей микросхемы, сигнальный вход вольтметра подключен к выходной клемме испытуемой микросхемы, а его выход ко второму входу первого компаратора, элементы нагрузки, вход каждого из которых подключен к одноименному выходу коммутатора, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные второй источник опорного напряжения и второй компаратор, преобразователь ток-напряжение, вход и выход токовой цепи которого подключены соответственно к выходной клемме испытуемой микросхемы и сигнальному входу коммутатора, выход преобразователя ток-напряжение подключен ко второму входу второго компаратора, элемент И выполнен трехвходовым и его третий вход подключен к выходу второго компаратора.