Измеритель временных параметров полупроводниковых приборов
ро661436
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 280177 (21) 2447811/18-25
Союз Советскик
Социалистических
Республик
У)М. Кл.2
Д 01 Ч 31/26 с присоединением заявки 1(о
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 621. 382 (088 ° 8) ОпублмкованоОЮ579. Бюллетень Ио 17
Дата опубликования описання070579
В. И. Ковальков, В. A. Медведев и A. А. Ошемков + :".1 И t (72) Авторы изобретения (71) Заявитель
I (54) измеРитель ВРеменных пАРАметРОВ пОлупРОВ(Щ1ЙЕОВый =: —., -.»
ПРИБОРОВ
1 устройство относится к области приборостроения и может быть исйользова.— но для измерения временнйх параметров, полупроводниковых приборов. при и ав- 5 томатической разработке и классификации.
Известны измерители (1);с промежуточным преобразованием измеряемого параметра в амплитуду напряжения, со- 1(1 держа@не преобразователи временного интервала в напряжение, компараторы, коммутационные и логические элементы.
Измерители имеют невысокие стабильность и точность, а также сложны
s настройке. Помимо время-амплитудного преобразователя, большое влияние на точность иэмерейия оказывают также параметры компараторов напряжения (стабильность, быстродействие и чувст:вительность), формирователей (собственные задержки и быстродействие).
Известен также преобразователь (2) динамических параметров импульсных cxeM в код, содержащий формирователь импульсов,.источники опорйых напряжений и напряжений смещения, два балансных каскада с генераторамй стабильного тока, включенными в цепь эмиттеров сравнивающих транзисторов, диоды ЗО
2 и согласующие транзисторы, схему сдвига уровня, конденсаторы, к которым подключены отсчетные устройства.
Известное устройство имеет низкую производительность, так как для измерения только одного параметра через испытуемый прибор нужно пропустить около десятка импульсов, Возникает необходимость проведения большого объма вспомогательных подготовительных операций при измерении временных пара- . метров интегральных микросхем со средней и высокой степенью интеграции..
Затрудняется также йзмерение параметров мощных транзисторов на предельных режимах. Последнее объясняется тем, что, во-первых, при большом числе включений транзистора для измерения нескольких параметров требуется установка испытуемого прибора на радиатор (в противном. случае дрейф измеряемого параметра, вызванный разогревом транзистора, может послужить причиной сбоя кодирую@его преобразователя); во-вторых, ухудшается надежность работы ф"тройства.из-за интенсивных импульсных помех, возникающих при пере ключении мощных высокочастотных транзисторов и отрицательно сказывающихся
3 66143 на работе высокочувствительного широкополосного устройства сравнения напряжений (туннельного диода) . Увеличение же периода следования тестовых импульсов, как и повторение измерений с целью получения достоверного ре зультата, приводит к увеличению продолжительности измерений, что нежелательно в автоматических измерителях-классификаторах, устанавливаемых для 100%-ного контроля качества выпускаемой продукции на технологичес- 10 ких линиях завода, Целью изобретения является сокращение времени измерения, Поставленная цель достигается тем, что балансные каскады выполнены на )5 транзисторах разной проводимости, йричем точки соединейия коллекторов балансных каскадов соединены через диоды с источником напряжения смещения, а через согласующие транзисторы - с .20 конденсаторами, при этом формирователь импульсов соединен с входом одного балансного каскада через испытуемый прибор, а с входом другого балансного каскада — через схему сдвига уровня.
Функциональная схема измерителя временных параметров полупроводниковых приборов представлена на фиг. 1.
Измеритель содержит два балансных каскада, один из которых связан с формирователем-импульсов 1 через схему 2 сдвига уровня, а другой - через испытуемый прибор 3. На вторые входы каскадов поступают опорные напряженИя U >1 и П,п,2 . Балансные каскады
35 выполйены на сравнивающих транзисторах разной проводимости 4, 5 и 6,.7 с генераторами 8,:9 стабильного тока в их эмиттерных цепях. Коллекторы транзисторов 4-7 попарно объединены 40 и через диоды 10, 11 подключены к источнику напряжения смещения Е, а через транзисторы 12 и 13, включенные по схеме с общей базой; соединены с конденсаторами 14 и 15, параллельно 45 которым включены отсчетные устройства
16 и 17, К источнику напряжения сме- щения Е х, подключены также базы согласующих транзисторов 12 и 13 °
На фиг, 2 приведены временные ди- 50 аграммы, иллюстрирующие работу устройства при иэмерениих например, за- держек включения t и выключения испытуемого прибора 3 по уровню 0,5, В исходном состоянии на базу транзистора 4 подается напряжение Uz,x(t),: меньшее по величине, чем приложенное . к базе транзистора 5 опорное напряжение U „ Поэтому р-и-р-транзистор
5 закрыт (ix1 = О), а через транзистор 4 протекает весь ток ЮГ1 генера- 60 тора 8, т,е. 1к = дГ.1, Через открытый транзистор 6 протекает весь ток
J 2 генератора 9, поскольку к базе сравнивающего.n-p-n-транзистора б второго балансного каскада приложен боб 4 лее высокий потенциал, чем к базе транзистора 7: Пэых (t) < U „z
Ток Jqz генератора 9 прй первона,чальной настройке схемы устанавливается несколько бОльшим тока J: генег. 1 ратора 8 с тем, чтобы в исходном состоянии согласующие транзисторы 12 и.
13 были запертыми, а конденсаторы
14 и 15 были разряжейными, Небольшой разностный ток
Е1 К1 КЬ Г1 Г2 Г1 Г2
A Г, .1 1 К1 КЬ )оп.1 эх Н)
1+ехрЭ ф, Э„
002 1(вы х ()
1+ ехр
3 (2) Д.
1 =1 - ф r.1 х2 к2 кз U ц (1) 1 ехр
Эт
:) Г.2
1+ех ОП2 эыХ() )т (3) где J+ + 25 мВ тепловой потенциал транзисторов. Поскольку значения зарядных токов i>1 и i 12 надежно заперт. Через транзистор 13 ток также не протекает, поскольку заперты транзисторы 5 и 7 ° Пусковой импульс запускает формирователь 1 тестового импульса прямо-. угольной формы. На фиг. 2,а показан случай, когда длительность фронта тестового импульса не равна нулю. При достижении входным напряжением Uzx(t) уровня ПО„1 ток J,1 начинает перераспределяться между транзисторами 4 и 5 а несколько позже, когда П ых() сравнивается с Б п 2, начинает йерераспре деляться между транзисторами б, 7 и ток генератора 9 Ю (фиг. 2,в,д). Пе-.. риоды времени между моментами пересечения входным напряжением Uax (t.) уровня Ц,щ и выходным П®gx (t) уровня равны измеряемьм задержкам включения tg и выключения tz испытуемого прибора 3., Поскольку переключение . г транзисторов балансных каскадов происходит не одновременно, то имеют место всплески разностных токов i К1 и i 661436 6 и неидеальной формой выходных импульсов этих узлов. Согласующие транзисторы 12 и 13 позволяют повысить линейность преобразования, поскольку готенциалы на коллекторах сравнивающих транзисторов в процессе заряда кондейсаторов остаются неизменными. Перечисленные факторы позволяют достичь в предлагаемом устройстве точности иэмереиия, близкой точности прототипа при значительном сокращении числа измерительных операций. Действительно, при прохождении через испытуемый прибор всего одного импульса устройством измеряются сразу два временных параметра. Напряжение на конденсаторе 15 будет эквивалентно, например, времени включения Са„ испытуемого транзистора, а на конденсаторе 14 1времени рассасывания неосновных носиt g г если П3т2 = 0 1 1)вь|х а3, либо соответственно задержке включения и времени выключения toff npu Uter = Оr9 ПВых л3ах. (4) . 2 2 (5) Формула изобретения Измеритель временных параметров полупроводниковых приборов, содержащий формирователь импульсов, источники опорных уровней и напряжения смещения, два балансных каскада с генераторами стабильного тока, включеннЫми в цепь эмиттеров сравнивающих транзисторов, диода, согласующие транзисторы, схему сдвига уровня, конденсаторы, к которым подключены отсчетные устройства, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерения, балансные каскады выполнены на транзисторах разной проводимости, причем точки соединения коллекторов балансных каскадов соединены через диоды с источником напряжения смещения, а через согласующие транзисторы — с конто можно считать, что их-изменения происходят в диапазоне (3-4) Jz изменения напряжений U>„(t) и U»< (t) îò« носительно опорных уровней (Зд„ и Ца соответственно, т. е. при изменении этих напряжений примерно на 75-100 мВ. Амплитуда входных и выходных импульсов подавляющего большинства полупроводниковых приборов значительно пре-. вышает укаэанные значения, поэтому можно считать, что напряжения Uyy (t) и Uyb3x (t) в таком диапазоне изменяют- 10 ся практически линейно. Следовательно, составляющие функций (1), (2) нечетным относительно точек Uz,„(t) ()Оп < (Ugü „(t) — U> z a площаДи описываемые зависимостями (1) и (23, )5 в точности равны площадям прямоугольников, показанных на фиг. 2,в,д, пунк тиром. Можно записать: где Uqf - напряжение заряда -на конденсаторе 14 емкостью С1, U z - напряжение заряда на конденсаторе 15 емкостью CZ. На фиг. 2,r,е, тонкой линией пока- ц заны иэмененйя напряжений Uqf (t) и Uz2 (t) на конденсаторах с3 и с2, если бы их заряд производился постоянным током е7« в течение задержек включения t 1 и выключения t 2 g выде ляемых с помощью идеальных компараторов напряжения, как это обычно и стремятся осуществить в измерителях подобного типа. По временным диаграммам и зависимостям (4), (5) видно, что хотя заряд конденсаторов в предложенном устройстве протекает несколько иначе, чем в идеальном случае, однако напряжения Ugf (t) и Upz (t) достигают тех же значений, Эти напряжения измеряются (кодируются) с помощью отсчет- 45 ных устройств 16, 17. Отсутствие гистерезиса, быстрота переключения из-за исключения режимов насыщения транзисторов и небольшой величины их коллекторных нагрузок а 50 также высокая стабильность нуля ба-. лансных каскадов позволяют значительно упростить построение измерителя временных параметров с промежуточнйа преобразованием и устранить погрешности, .вызванные неидеальностью компараторов. Благодаря объединению,коллекторов сравнивающих транзисторов балансных каскадов и выполнению этих каскадов на транзисторах с разной проводимостью отпадает необходимость в дополнительных схемах блокировки, формирователях старт-стоповых импульсов ключах, триггерах. Этим исключаются погрешности, обусловленные собствен-. ными задержками, флуктуациями фронтов 65 установкой величин токов J«Л„ либо емкостей С1, С2 выбираются необходимые пределы йзмерения, а регулировкой уровня либо крутизны фронтов импульса Ugz(t), поступающего"через схему сдвига уровня на вход первого балансного каскада, изменяется, момент переключения этого каскада, т.е. подстраивается нуль измерения. Схема сдвига уровня необходима, поскольку балансные каскады работают при напряжениях Ugхгпс х (О с Eсм U< aq> Уэ„,„ ;„(t) > Е . В с1тучае .необходимости входные напряжения балансных каскадов U „и ti „, jt) ограничиваются. Дополнительным преимуществом схемы является инвариантность к фаэировке входных напряжений, Для того, чтобы измерять временные параметры, например, неинвертирующего испытуемого. прибора, не нужен дополнительный инвертор. Достаточно поменять местами входы второго балансного каскада. 661436 оп2 Фиг. / г(с Фиг.2 ЦНИИПИ Заказ 2453/45 Тираж 1089 Подписное Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîö, ул. Проектная, 4 7 денсаторами, при этом формирователь ,импульсов соединен с .входом .одного балансиого каскада через испытуемый прибор, а с входом другого балансного каскада. - через схему сдвига уровИЯ» Источники информации, принятые Во внимание прн экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 438944, кл .(01 Ч 31/26, 1970 . 2. Авторское свидетельство СССР Р 498733, кл. Н 03 К 13/02, 1971.
