Brevet FR2787196A1 — publié le 20000616

GENERATEUR DE COURANT MULTINIVEAUX A COMMANDE NUMERIQUE ET SYSTEME DE TEST D'ENDURANCE DE COMPOSANT EQUIPE D'UN TEL GENERATEUR Domaine technique La présente invention concerne un générateur de courant multiniveaux à commande numérique, en particulier de type bidirectionnel, et un système de test d'endurance de composants équipé d'un tel générateur. Les tests d'endurance de composants permettent d'établir des durées de vie de composants, de circuits ou de parties de circuit, c'est-à-dire la période d'utilisation après laquelle les éléments considérés sont détruits ou susceptibles de dysfonctionnements. La destruction des éléments est généralement caractérisée par une brusque variation d'un courant qu'on leur applique, c'est-à-dire par une brusque variation d'impédance. Pour des circuits de micro- électronique, un type particulier de test d'endurance peut consister à mesurer au cours du temps les effets de la migration du matériau de bandes d'interconnexion vers d'autres parties du circuit. L'invention s'applique ainsi, de façon générale à la mise en oeuvre de tests d'endurance d'éléments ou de composants électriques et en particulier de composants résistifs. Etat de la technique antérieure Les tests d'endurance de composants comportent des phases de vieillissement des composants, lors desquels on fait circuler dans les composants un AI 1 - lfu courant présentant généralement une intensité supérieure à l'intensité d'un courant nominal des composants, et des phases de test lors desquelles on mesure leurs caractéristiques électriques. Les phases de vieillissement peuvent encore être accélérées en faisant subir aux composants d'autres contraintes telles que des contraintes de température ou de rayonnement. Les composants sont par exemple placés dans une étuve. Ainsi, les équipements destinées à réaliser les tests d'endurance comportent des générateurs de courant pour appliquer aux composants un courant de vieillissement ou de mesure. La figure 1 annexée est un graphique indiquant la valeur du courant Ia imposée à un circuit testé pendant une durée ta. Le courant Ia, continu, est maintenu constant pendant toute la phase de vieillissement, c'est-à-dire pendant toute la durée ta. Selon un perfectionnement, le courant appliqué peut être un courant impulsionnel sous la forme d'un signal rectangulaire. Comme le montre la figure 2, pendant une durée tb de la phase de vieillissement le circuit testé reçoit alternativement un courant d'intensité Ib et un courant d'intensité nulle. En désignant respectivement par P1 et P2 les périodes dans lesquelles est appliqué le courant d'intensité Ib et le courant d'intensité nulle on définit un rapport cyclique P1/P2 qui peut être ajusté. De même, la fréquence de signal peut être ajustée. Selon un autre perfectionnement, le signal impulsionnel rectangulaire peut être du type bidirectionnel, c'est-à-dire prendre alternativement 411 - lin des valeurs positives et négatives de l'intensité du courant. Une illustration des différents types de générateurs de courant, et de systèmes de test d'endurance, décrits ci-dessus, peut être trouvée dans les documents (1), (2) et (3) dont les références sont précisées à la fin de la présente description. Le document (3) décrit en particulier un système de test d'endurance avec des générateurs multiniveaux (deux niveaux). Les dispositifs connus pour la réalisation de tests d'endurance souffrent d'un certain nombre de limitations parmi lesquelles on peut retenir, la durée relativement longue des périodes de vieillissement, l'encombrement des générateurs et leur prix. L'encombrement et le coût des générateurs constitue un handicap lorsqu'un grand nombre de circuits (identiques) doit être testé simultanément à des fins d'étude statistique de leur vieillissement. L'encombrement des générateurs constitue également une gêne lorsque les circuits doivent être soumis à un environnement particulier tel qu'une étuve par exemple. Par ailleurs, dans un certain nombre de générateurs, tels que notamment celui décrit dans le document (3), la vitesse de commutation entre les valeurs de courant du signal multiniveaux appliqué aux composants lors des phases de vieillissement n'est pas très rapide. Or, une fréquence de commutation lente a pour effet de prolonger la durée des phases de vieillissement. i U1 T - lm Exposé de l'invention La présente invention a pour but de proposer un générateur de courant et un système de test, équipé du générateur, permettant de surmonter les difficultés mentionnées ci-dessus. Un but est en particulier de proposer un générateur capable de délivrer un signal à haute fréquence avec des transitions abruptes entre différents niveaux de courant. Un autre but est de proposer un générateur économique et compact construit autour d'un nombre réduit de composants. Un but est encore de proposer un générateur de type multiniveaux et à courant bidirectionnel. Un autre but de l'invention est de proposer un tel générateur qui soit pilotable et programmable numériquement, par exemple à partir d'un ordinateur personnel, de façon à adapter ses caractéristiques au type de circuits à tester. Un but est enfin de proposer un système de test complet, intégrant un ou plusieurs générateurs de courant de l'invention et permettant de réaliser les tests d'endurance de façon automatique. Pour atteindre les buts mentionnés ci-dessus, l'invention a plus précisément pour objet un générateur de courant multiniveaux à commande numérique, qui comporte: - une entrée numérique apte à recevoir des données numériques correspondant notamment à des niveaux de courant, - au moins un convertisseur numérique-anologique, apte à convertir les données numériques en tensions analogiques, - un commutateur électronique cadencé, connecté entre le convertisseur numérique- analogique et une sortie de courant dudit générateur de courant, par l'intermédiaire d'un convertisseur tension courant. Le commutateur électronique cadencé est l'organe essentiel qui fixe la fréquence, la période et le rapport cyclique du signal multiniveaux délivré par le générateur. Un tel commutateur, d'un type connu en soi, est capable de réaliser des transitions abruptes entre valeurs de tension à une fréquence bien supérieure à la fréquence de commutation logique des dispositifs connus. Des durées de commutation inférieures à 10 nsec sont possibles alors que les durées de conversion numérique-analogique sont supérieures à 100 nsec. Dans son expression la plus simple, le commutateur électronique comporte deux entrées, l'une étant reliée à un convertisseur numérique-analogique et l'autre étant reliée à la masse. La commutation se fait alors entre les deux entrées. Le commutateur peut cependant avoir un nombre plus grand d'entrées, reliées à deux convertisseurs ou plus. La commutation se fait alors entre les différentes entrées reliées aux convertisseurs et éventuellement une (ou plusieurs) entrée(s) reliée(s) à la masse. Les valeurs de tension à la sortie du commutateur sont transformées en un signal de courant de sortie par le convertisseur tension-courant. La fréquence de ce signal peut atteindre et même dépasser la dizaine de mégahertz. L'entrée numérique, qui peut être reliée à un ordinateur, reçoit des données numériques permettant de [I lmI" fixer la valeur des niveaux de tension délivrés par chaque convertisseur numérique-analogique et donc les niveaux de courant à la sortie du générateur. Le générateur est de préférence du type multiniveaux et comprend, comme indiqué ci-dessus, pour chaque niveau de sortie, à l'exception du niveau de sortie à courant nul (masse), un convertisseur analogique-numérique. Chaque convertisseur est relié à une voie d'entrée du commutateur électronique cadencé. Selon un aspect particulier, le générateur peut comporter pour chaque convertisseur numérique- analogique une mémoire correspondante pour stocker une donnée numérique. Grâce. à cette caractéristique, une configuration particulière du générateur, c'est-à-dire un jeu de valeurs particulières des courants de sortie peut être mémorisé directement dans le générateur. Ceci permet de limiter le nombre de connexions électriques entre le générateur et les moyens de programmation de ce dernier. Selon une possibilité de réalisation particulière du générateur, celui-ci peut comporter: - au moins un premier convertisseur numérique analogique pour délivrer des tensions analogiques positives, et - au moins un deuxième convertisseur numérique- analogique pour délivrer des tensions analogiques négatives. En particulier, le générateur peut comporter une pluralité de convertisseurs pour délivrer des tensions positives et fixer, par exemple, une pluralité de valeurs positives du courant de sortie, ainsi qu'une i- T- 1X-7 pluralité de convertisseurs correspondant à des valeurs négatives du courant. L'invention a également pour objet un système de test d'endurance de composants comprenant: - au moins un générateur de courant, tel que décrit ci-dessus, apte à délivrer aux composants un signal multiniveaux, - des moyens de pilotage du générateur de courant connectés à l'entrée numérique du générateur de courant, et - des moyens de test des composants, Les moyens de test des composants sont compris comme étant des moyens permettant de mesurer une ou plusieurs caractéristiques physiques, et en particulier électriques, des composants et évaluer ainsi leur vieillissement, leur état de fonctionnement ou leur destruction. Par ailleurs, on entend par moyens de pilotage du générateur des moyens permettant de fixer au moins un paramètre choisi parmi les valeurs des courants de sortie délivrés par le générateur, la fréquence, la durée et le rapport cyclique de son signal de sortie. Les moyens de pilotage peuvent être en particulier connectés à l'entrée numérique du ou des générateurs de courant pour modifier la valeur numérique d'entrée des convertisseurs numérique- anologique. Les moyens de pilotage peuvent aussi comporter, des générateurs de signaux d'horloge, ou "générateurs d'horloge", connectés aux générateurs de courant pour piloter respectivement les commutateurs électroniques cadencés. Les signaux d'horloge sont par exemple des signaux en créneaux (rectangulaires). i'1I- -im En particulier, les générateurs de courant peuvent comporter un nombre N de convertisseurs numérique-analogique et être associés à un nombre N équivalent de générateurs de signaux d'horloge. Les générateurs de signaux d'horloge sont connectés aux commutateurs cadencés desdits générateurs de courant pour les piloter. Les générateurs de signaux d'horloge peuvent être associés éventuellement à une unité logique, et sont conçus pour contrôler, par exemple, la fréquence et le rapport cyclique du ou des commutateurs cadencés. - Le système de test de l'invention peut être utilisé pour un unique composant. Il est cependant conçu de préférence pour le test d'endurance d'une pluralité de composants comprenant une pluralité correspondante de générateurs de courant, chaque générateur de courant étant respectivement connecté à un composant. Dans ce cas, les moyens de pilotage peuvent être conçus ou programmés de façon à établir chaque générateur de courant soit dans un régime de vieillissement du composant, soit dans un régime de test. Dans le régime de vieillissement, le commutateur cadencé est actionné et le générateur délivre une sortie de courant multiniveaux. Dans le régime de test, le commutateur cadencé est maintenu dans un état de commutation déterminé et délivre une sortie de courant correspondante, constante et continue. Dans une mise en oeuvre particulière, dans laquelle le système de test est pourvu d'une pluralité de générateurs de courant associée à une pluralité de composants, au moins un générateur peut être établi dans le régime de test tandis que les autres E, T- 1 générateurs sont établis dans un régime de vieillissement. En outre, un multiplexeur peut être prévu pour connecter séquentiellement les moyens de test à un composant associé au générateur établi dans le régime de test. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés. Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif. Brèv. description des figures - La figure 1, déjà décrite, est un graphique indiquant une forme de signal de courant pouvant être délivré par un générateur de courant connu dans un système de test d'endurance. - La figure 2, déjà décrite, est un graphique indiquant une autre forme de signal de courant pouvant être délivré par un générateur de courant connu dans un système de test d'endurance. - La figure 3 est une vue schématique simplifiée d'un système de test avec une pluralité de générateurs de courant, conforme à l'invention. - La figure 4 est une vue schématique simplifiée d'un générateur de courant conforme à l'invention. - La figure 5 est une vue schématique simplifiée d'un détail d'une variante de réalisation du générateur de la figure 4. - La figure 6 est un graphique indiquant un exemple de signal de sortie pouvant être délivré par un générateur conforme -à l'invention. niul lIiin Description détaillée de modes de réalisation de l'invention Le schéma synoptique de la figure 3 montre un équipement de test d'endurance pour une pluralité de composants, repérés par la référence 10 et dont seuls trois sont représentés. Chaque composant 10 est connecté aux bornes de sortie 12 d'un générateur de courant 14 conforme à l'invention. Les générateurs de courant présentent chacun une entrée numérique de programmation 16, qui est reliée à un micro-ordinateur personnel 18. La référence désigne un bus qui relie le micro-ordinateur 18 à l'entrée numérique de chacun des générateurs de courant. Le générateur de courant associé à chaque composant à tester est conçu pour fonctionner soit dans un régime de vieillissement du composant, lors duquel il applique au composant un signal multiniveaux bidirectiononel de haute fréquence soit dans un régime de test. Lors du régime de test, différentes mesures du composant peuvent être effectuées. Il s'agit par exemple de l'analyse de la déformation d'un signal ou de la mesure d'un temps de propagation d'un signal dans le composant. Dans l'exemple illustré par la figure, le test du composant consiste simplement à mesurer son impédance. Pendant le régime de test, un courant continu et constant est appliqué au composant testé tandis que l'on mesure la tension résultante aux bornes du composant. i irs T -im Dans la mise en oeuvre décrite ici, un seul des composants subit le régime de test pendant que les autres composants du système sont alimentés selon le régime de vieillissement. Le composant fonctionnant selon le régime de test est relié à un voltmètre 22. Un multiplexeur 24 est prévu à cet effet pour relier successivement et de façon séquentielle chaque composant au voltmètre par l'intermédiaire d'un bus 26. Le voltmètre est également relié au micro- ordinateur 18 pour autoriser la saisie et l'exploitation des résultats de mesure. Les références 30 indiquent des générateurs d'horloge délivrant des signaux rectangulaires en créneaux. Les générateurs d'horloge 30 sont connectés au micro-ordinateur, de façon à pouvoir contrôler la fréquence et le rapport cyclique des signaux en créneaux. De plus, chaque générateur d'horloge 30 est relié à un ou plusieurs générateurs de courant 14 par l'intermédiaire d'un bus 32. Dans l'exemple illustré, chaque générateur d'horloge 30 est ainsi relié à l'ensemble des générateurs de courant. Toutefois, dans une variante, un nombre réduit de générateurs de courant peuvent être connectés à un groupe de générateurs d'horloge. L'ensemble formé par le micro-ordinateur et les générateurs d'horloge est considéré comme constituant des moyens de pilotage des générateurs de courant. Les références 34 et 36 désignent respectivement une mémoire et une imprimante connectées au micro-ordinateur. Elles servent à enregistrer et à i-1[- 1 imprimer les paramètres de fonctionnement des générateurs, ainsi que les mesures de test des composants. Il convient à présent de décrire de façon plus détaillée le fonctionnement d'un générateur de courant; les générateurs étant identiques les uns aux autres. Le générateur de courant de la figure 4 est du type multiniveaux et bidirectionnel, c'est- à-dire qu'il est capable de délivrer plusieurs valeurs de courant et un courant circulant alternativement dans des sens oppos-és. Le générateur de courant est construit pour l'essentiel autour d'un commutateur électronique cadencé 40. Un tel commutateur est connu en soi et désigné parfois par "multiplexeur analogique". Piloté par un système de commande, tel que par exemple un système d'horloges programmables (générateurs d'horloge), il permet de relier à une borne de sortie l'une de ses bornes d'entrée. Une commutation entre la borne de sortie et les différentes bornes d'entrée peut avoir lieu selon une séquence prédéterminée. Dans l'exemple de la figure, le commutateur électronique 40 comporte une voie d'entrée positive 42a, une voie d'entrée négative 42b et une voie d'entrée neutre 46 recevant un potentiel de masse. La sortie du commutateur porte la référence 50. Aux voies d'entrée positive et négative 42a et 42b sont respectivement appliquées des tensions de consigne, qui comme expliqué plus loin, permettent de fixer des valeurs du courant de sortie du générateur. Les tensions de consigne sont respectivement délivrées par un convertisseur numérique-analogique (N/A) 52a pour la voie positive et un convertisseur N/A 52b pour la voie négative. Les convertisseurs délivrent des tensions analogiques qui sont fonction de valeurs numériques reçues depuis l'entrée numérique 16 et mémorisées respectivement dans des mémoires 54a et 54b associées aux convertisseurs N/A. Grâce aux mémoires 54a, 54b, associées aux convertisseurs N/A 52a, 52b, il est possible de reprogrammer et modifier les valeurs des tensions de consigne, c'est-à-dire les niveaux de courant du signal de sortie du générateur. Le générateur peut ainsi être reconfiguré à volonté en fonction des circuits ou composants à tester. Dans l'exemple de la figure, le commutateur électronique reçoit des signaux de cadencement ou d'horloge depuis deux générateur d'horloge 30a et 30b. Ces signaux, rectangulaires, présentent chacun une fréquence, une phase et un rapport cyclique ajustables par l'intermédiaire du micro-ordinateur déjà évoqué. Le fonctionnement du commutateur, c'est-à-dire la séquence de commutation qu'il opère, peut être compris comme résultant d'une combinaison (linéaire) des signaux de cadencement. A titre d'exemple, les signaux du premier générateur d'horloge 30a peuvent être utilisés pour commuter la sortie du commutateur entre une valeur nulle (masse) et une valeur non nulle. En même temps, les signaux du deuxième générateur d'horloge 30b peuvent être utilisés pour déterminer laquelle des voies d'entrée, positive ou négative, est reliée à la sortie pendant la commutation correspondant à la valeur non nulle. D'autres types de combinaisons des signaux sont également possibles. A titre de variante simplifiée, une seule indication de cadencement peut suffire pour faire parcourir les voies d'entrée par le commutateur selon une séquence de permutation prédéterminée. La sortie 50 du commutateur électronique 40 est reliée à l'une des bornes de sortie 12 par l'intermédiaire d'un convertisseur tension-courant 56 qui délivre un courant proportionnel à la tension qui lui est appliquée. La seconde borne de sortie est reliée à la masse. On observe que, selon un perfectionnement, la sortie du convertisseur tension-courant 56 est reliée à la borne de sortie 12 par l'intermédiaire d'une résistance de calibrage sélectionnée par un inverseur 58 entre deux résistances 60 de valeurs différentes. Dans une version plus sophistiquée, la résistance de calibrage peut être sélectionnée également parmi un nombre plus grand de résistances. Une flèche de liaison 62 indique la possibilité de commander l'inverseur 58 à partir d'un signal appliqué à l'entrée numérique 16. Selon le choix de la résistance de calibrage, l'ensemble des valeurs du courant délivré peuvent être augmentées ou diminuées. Une résistance de mesure 64 additionnelle prévue entre la seconde borne de sortie 12 et la masse est prévue pour éventuellement observer le courant de sortie sur un oscilloscope. Alors que le générateur de courant de la figure 4 est du type à 3 valeurs de sortie (une valeur IïI1'-M - positive, une valeur négative et la valeur nulle), la figure 5 montre une partie d'un générateur multiniveaux avec un nombre plus important de valeurs de sortie. Le générateur comporte un nombre i de convertisseurs N/A 52al à 52ai avec des mémoires 54al à 54ai, correspondant à des voies d'entrée positives d'un commutateur électronique 40, et un nombre i de convertisseurs 52bl à 52bi avec des mémoires 54bl à 54bi, correspondant aux voies d'entrée négatives du commutateur. Le cadencement du commutateur, c'est-à-dire la séquence de commutation des entrées et la durée pendant laquelle chaque entrée est connectée à la sortie du commutateur est assuré par un ou plusieurs générateurs d'horloge 30. Les signaux provenant des générateurs d'horloge programmables peuvent être transmis au commutateur 40 par l'intermédiaire d'une unité logique 31 pour effectuer une combinaison linéaire des signaux d'horloge (créneaux). Un nombre n de générateurs d'horloge permet d'obtenir un nombre 2' de combinaisons linéaires. Dans un exemple de la figure, on peut utiliser un nombre i de générateurs d'horloge. La figure 6 montre le signal de sortie d'un générateur de courant conforme à l'invention comprenant deux convertisseurs N/A pour les voies positives du commutateur électronique et trois convertisseurs N/A pour les voies négatives. Les valeurs positives du courant sont Ip et Ip2, les valeurs négatives du courant sont In1, In2 et In3-. Les références P1, P2, O, NI, N2, N3 les durées pendant lesquelles sont respectivement maintenues les valeurs de courant Ipl, Ip2, O, Inl, In2 et In3. Les l 1i. li lettres t,, indiquent la durée totale d'un cycle de vieillissement. Finalement, il est possible d'obtenir, grâce aux caractéristiques de l'invention un générateur capable de délivrer un signal en courant de fréquence élevée. Comme le générateur ne comporte qu'un nombre réduit de composants, il peut être miniaturisé et placé à proximité des composants à tester. L'utilisation de générateurs de courant placés proximité des composantes à tester permet de réduire la longueur de fils de connexion et d'augmenter encore le comportement en haute fréquence lors des phases de vieillissement. DOCUMENTS CITES (1) FR-A-2 627 918 (2) US-A-5 592 031 (3J EP-A-0 298 865 TGuIT uf- REVENDICATIONS 1. Générateur de courant multiniveaux à commande numérique, caractérisé en ce qu'il comporte: - une entrée numérique (16) apte à recevoir des données numériques correspondant à des niveaux de courant de sortie, - au moins deux convertisseurs numérique-anologique (52a, 52b, 52ai, 52bi), aptes à convertir les données numériques en tensions analogiques, - un commutateur électronique cadencé (40), avec au moins deux entrées (42a, 42b), connecté respectivement entre les convertisseurs numérique- analogique, et une sortie de courant (12) par l'intermédiaire d'un convertisseur tension courant (56). 2. Générateur de courant selon la revendication 1, comprenant pour chaque convertisseur numérique- analogique une mémoire (54a, 54b, 54ai, 54bi) pour stocker une donnée numérique. 3. Générateur de courant multiniveaux selon la revendication 1, comprenant: - au moins un premier convertisseur numérique analogique (52a) pour délivrer des tensions analogiques positives, et - au moins un deuxième convertisseur numérique- analogique (52b) pour délivrer des tensions analogiques négatives. 4. Système de test d'endurance de composants (10) comprenant: - au moins un générateur de courant (14) apte à délivrer aux composants (10) un signal multiniveaux, i Mr -su- - des moyens de pilotage (18, 30) du générateur de courant, connectés à l'entrée numérique (16) du générateur de courant, et - des moyens (22, 24) de test des composants, caractérisé en ce que le générateur de courant est conforme à l'une des revendications 1 à 3. 5. Système selon la revendication 4, dans lequel les moyens de pilotage comprennent des générateurs d'horloge (30) connectés aux générateurs de courant (14), pour piloter respectivement les commutateurs électroniques cadencés desdits générateurs de courant. 6. Système selon la revendication 5, dans lequel les générateurs d'horloge sont connectés à un micro-ordinateur 18 destiné à piloter, pour chaque générateur d'horloge, une fréquence de signal et un rapport cyclique de signal d'horloge. 7. Système selon la revendication 4, dans lequel les générateurs de courant (14) comportent un nombre N de convertisseurs numériqueanalogique et dans lequel un nombre N équivalent de générateurs d'horloge sont associés aux générateurs de courant. 8. Système selon la revendication 4, pour le test d'endurance d'une pluralité de composants (10) comprenant une pluralité correspondante de générateurs de courant (14), chaque générateur de courant étant respectivement connecté à un composant. 9. Système selon la revendication 4, dans lequel les moyens de pilotage (18, 30) sont conçus pour établir chaque générateur de courant soit dans un régime de vieillissement de composant dans lequel le commutateur électronique cadencé du générateur est actionné et dans lequel le générateur délivre une 7 Ji-,, - iU sortie de courant multiniveaux, soit dans un régime de test dans lequel le commutateur cadencé est maintenu dans un état de commutation déterminé et dans lequel le générateur délivre une sortie de courant correspondante constante et continue. 10. Système selon la revendication 9, comprenant une pluralité de générateurs de courant associée à une pluralité de composants et dans lequel au moins un générateur peut être établi dans le régime de test tandis que les autres générateurs sont établis dans un régime de vieillissement, et comprenant un multiplexeur pour connecter les moyens de test à un composant associé audit générateur établi dans le régime de test.