Устройство для определения нагрузочной способности микросхем
DEVICE FOR DETERMINING THE LOAD CAPACITY OF MICROCIRCUITS

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.