УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения и визуального наблюдения статических параметров при проведении испытаний полупроводниковых приборов (ППП), таких как оптопары.
Настоящая полезная модель может быть использована как в процессе изготовления ППП, так и для анализа готовых изделий у потребителей.
В полупроводниковой промышленности автоматизация измерений является неотъемлемым звеном в процессе исследования, проектирования и изготовления приборов. Автоматизация измерений позволяет избавиться от рутинных однообразных действий и существенно уменьшить погрешность, вносимую человеческим фактором и увеличить производительность. Основными измеряемыми параметрами оптопар являются следующие:
- входное напряжение (Uвx) (входное напряжение оптопары) - значение напряжения на входе оптопары в заданном режиме входного тока (Iвх);
- остаточное напряжение 1 (Uост1) (выходное остаточное напряжение оптопары) - значение напряжения на выходе оптопары в открытом состоянии в первом режиме входного и выходного токов (Iвх и Iвых) из диапазона допустимых значений;
- остаточное напряжение 2 (Uост2) (выходное остаточное напряжение оптопары) - значение напряжения на выходе оптопары в открытом состоянии во втором режиме входного и выходного токов из диапазона допустимых значений;
- ток утечки (Iут) (ток утечки на выходе оптопары) - значение тока, протекающего в выходной цепи оптопары в заданном режиме напряжения на коллекторе в закрытом состоянии тразистора (Iвх=0);
- ток пробоя (Iпр) - значение тока, протекающего в выходной цепи оптопары в заданном режиме (при повышенном напряжении на коллекторе) в закрытом состоянии транзистора (Iвх=0).
Известно устройство для контроля параметров полупроводниковых приборов (SU 1810848 А1, МПК: G01R 31/26, опубликовано 23.04.1993 г.) - [1], которое относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для контроля напряжения стабилизации и дифференциального сопротивления стабилитронов. Устройство [1] содержит: блок задания постоянного тока, коммутатор, блок контроля напряжения стабилизации, измеритель дифференциального сопротивления, источник опорного напряжения, генератор кода, блок вычитания, блок индикации. При этом вход коммутатора соединен с выходом блока задания постоянного тока, выход которого соединен с первым входом блока вычитания и входом блока контроля напряжения стабилизации, выходы которого соединены с первым входом блока индикации и управляющим входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом генератора кода, управляющий вход которого соединен с управляющим входом блока задания постоянного тока и первым выходом измерителя дифференциального сопротивления, второй выход которого соединен с вторым входом блока индикации.
Недостатками известного устройства [1] являются: ограниченные функциональные возможности (только индикация годности полупроводникового прибора) и низкая производительность.
Известны устройства измерения параметров полупроводниковых приборов, например, цифровой запоминающий характериограф полупроводниковых приборов Л2-100 ТЕКО (http://www.kipia.info/publication/12-100-teko/) - [2], предназначенный для визуального наблюдения статических вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов, оценки значений напряжений на их электродах и токов в их цепях. Устройство [2] содержит: источник питания коллекторной цепи, генератор ступеней напряжения (тока), усилитель индикаторный по вертикали, усилитель индикаторный по горизонтали.
Недостатком технического решения [2] является низкая производительность устройства, отображение результатов измерения в графическом виде, что приводит к снижению точности измерений (присутствие человеческого фактора).
Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа предлагаемой полезной модели является устройство для контроля полупроводниковых изделий по производным вольт-амперных характеристик (RU 2308732 С1, МПК: G01R 31/26, опубликовано 20.10.2007 г.) - [3], содержащее источник питания, выход которого соединен с полупроводниковым изделием (ППИ), генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), выход которого соединен с ППИ, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), электронно-вычислительную машину (ЭВМ) и монитор, схему управления и запуска ГЛИН и преобразователь ток-напряжение, причем выходная клемма для подключения испытуемого ППИ соединена с входом преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен с входом АЦП, а выход АЦП соединен с ЭВМ, при этом вход ЦАП соединен с ЭВМ, а выход ЦАП соединен с входом схемы управления и запуска ГЛИН, выход которой соединен с входом ГЛИН.
Устройство [3] имеет ряд недостатков: низкая производительность из-за больших временных затрат при оценке результата одного изделия по вольт-амперной характеристике; высокая стоимость, так как работа с устройством не возможна без ЭВМ; недостаточная точность измерений, так как результат определяет оператор по вольт-амперным характеристикам на мониторе.
Задачей, поставленной в основу предлагаемой полезной модели, является создание измерительного устройства, которое позволяет проводить в едином автоматическом процессе измерение необходимого числа статических параметров без затрат времени на задание новых режимов и норм, на анализ полученных результатов измерений одновременно у партии ППП (таких как оптопары) с возможностью после многократных измерений представления окончательных результатов всех параметров в цифровом виде и последующей светодиодной индикацией годности (годен/брак) в партии.
Техническим результатом от реализации поставленной задачи является: повышение производительности устройства измерения за счет возможности проведения изменений конфигурации (переконфигурации) внутренних электрических связей устройства без прерывания измерительного процесса при измерении всех параметров у партии полупроводниковых приборов, что значительно сокращает время на измерение всех параметров как одного прибора так и группы приборов.
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1+n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
Решение поставленной задачи и соответствующий технический результат достигаются тем, что предлагаемое устройство измерения статических параметров ППП, содержащее присоединенный к сети интерфейс электропитания, генератор линейно изменяющегося напряжения, аналого-цифровой преобразователь, снабжено микроконтроллерным блоком, блоком задания режимов Iвх, блоком задания режимов Iвых, датчиком тока, блоком коммутации, блоком усиления и фильтрации сигналов, коммутационным устройством в виде многоканального электрического разъема, устройством подключения полупроводниковых приборов, блоком светодиодной индикации и блоком ввода и вывода информации, при этом интерфейс электропитания имеет первый независимый выход питания вых. 1 с напряжением питания равным 12 В, второй независимый выход питания вых.2 с напряжением питания равным 5 В и третий независимый выход питания вых.3 с напряжением питания равным 3,3 В, микроконтроллерный блок имеет группу из микроконтроллера Uвx, микроконтроллера Uост1, микроконтроллера Uост2, микроконтроллера Iут и микроконтроллера Iпр, число которых и последовательность их электрического соединения друг с другом в пределах микроконтроллерного блока определены количеством и очередностью измерения исследуемых параметров тока и напряжения, причем управляющий выход каждого предыдущего микроконтроллера в последовательности микроконтроллеров электрически соединен с управляющим входом следующего за ним микроконтроллера из группы микроконтроллеров Uвx, Uост1, Uост2, Iут и Iпр, а управляющий выход последнего в цепочке - микроконтроллера Iпр электрически соединен с управляющим входом первого в цепочке - микроконтроллера Uвх, при этом блок ввода и вывода информации имеет для микроконтроллера Uвх, микроконтроллера Uост1, микроконтроллера Uост2, микроконтроллера Iут и микроконтроллера Iпр микроконтроллерного блока наборы кнопок, каждый из которых электрически присоединен к соответствующему входу одного из микроконтроллеров микроконтроллерного блока и предназначен для задания в ручном режиме максимально допустимых значений измеряемого этим микроконтроллером параметра, и заземленные кнопки «ПУСК» и «СБРОС», при этом заземленная кнопка «ПУСК» соответственно электрически соединена с набором кнопок для первого в последовательности микроконтроллеров микроконтроллерного блока - микроконтроллера Uвх, а заземленная кнопка «СБРОС» электрически соединена с соответствующими входами всех микроконтроллеров микроконтроллерного блока и соответствующим входом блока светодиодной индикации, кроме этого, блок ввода и вывода информации имеет ЖК-дисплеи, число которых соответствует числу микроконтроллеров в микроконтроллерном блоке, при этом все микроконтроллеры микроконтроллерного блока выполнены с возможностью после проведения серии последовательных измерений одного определенного параметра получить на одном информационном выходе, к которому электрически присоединен ЖК-дисплей, сигнал с информацией о результате настройки и окончательных значениях измеряемого параметра всех n полупроводниковых приборов исследуемой партии, а на другом информационном выходе, к которому электрически присоединен блок светодиодной индикации, - сигнал с информацией о результатах сравнения вычисленных значений всех параметров с их максимально допустимыми значениями для всех n полупроводниковых приборов исследуемой партии, кроме того, размещенное за пределами измерительной части устройства измерения и присоединенное к ней посредством n-канальной прямой и обратной электрической связи устройство подключения полупроводниковых приборов имеет для присоединения к коллектору, аноду и общей точке (земли) каждого из n полупроводниковых приборов исследуемой партии электрические разъемы, которые посредством участка n-канальной электрической связи с отрезками электрических линий прямой и обратной связи 1-n и 2-n от электрических разъемов для присоединения коллектора и анода одного из n полупроводниковых приборов партии в каждом независимом канале электрической связи и, по крайней мере, одного общего для всех каналов электрической связи отрезка электрической линии связи 3-n от электрически соединенных разъемов для присоединения общих точек (земли) всех n полупроводниковых приборов партии присоединены с возможностью разъема и посредством многоканального электрического разъема коммутационного устройства к стационарной части n - канальной электрической связи, которая неразъемно электрически присоединена к электрическому многоканальному разъему коммутационного устройства с его противоположной стороны и имеет участки электрических линий прямой и обратной связи 1-n и 2-n в каждом канале n-канальной электрической связи и, по крайне мере, один общий для всех независимых n каналов электрической связи - участок 3-n, который присоединен к земле, при этом блок коммутации выполнен в виде группы переключающих узлов, число которых равно числу n полупроводниковых приборов в исследуемой партии, при этом каждый переключающий узел имеет электромагнитное реле P с обмоткой L, двумя позиционными контактами K1, К3 и общим контактом K2, N - канальный транзистор VT с заземленным истоком и конденсатор C, причем сток N - канального транзистора VT каждого переключающего узла электрически присоединен к одним концам соответствующих обмотки L и конденсатора С противоположные концы которых электрически соединены и присоединены ко второму независимому выходу питания вых.2 интерфейса электропитания с напряжением питания равным 5 В, при этом выход управления микроконтроллера Uвх и одни из выходов управления микроконтроллеров Uост1 и Uост2 электрически соединены с соответствующими входами управления блока задания режимов Iвх, n независимых выходов которого присоединены посредством n-канальной электрической связи и через сочлененные многоканальным электрическим разъемом коммутационного устройства независимые участки прямой и оюратной электрической связи 2-n стационарной и разъемной частей n-канальной электрической связи с электрическими разъемами для присоединения анодов в устройстве подключения полупроводниковых приборов, кроме того, микроконтроллеры Uост1 и Uост2 другими их выходами управления электрически соединены с входами управления блока задания режимов Iвых, n независимые выходы которого присоединены n-канальной электрической связью к контактам К1 каждого электромагнитное реле P блока коммутации, при этом общие контакты К2 всех электромагнитных реле P блока коммутации электрически соединены посредством n независимых каналов прямой и обратной электрической связи и через сочлененные многоканальным электрическим разъемом коммутационного устройства независимые участки прямой и обратной электрической связи 1-n стационарной и разъемной частей n-канальной электрической связи с электрическими разъемами для присоединения коллекторов в устройстве подключения полупроводниковых приборов, кроме того, независимые выходы микроконтроллеров Iут и Iпр посредством n-канальной электрической связи соединены с затворами N-канальных транзисторов T всех электромагнитных реле Р блока коммутации, при этом микроконтроллер Iут и микроконтроллер Iпр выполнены с возможностью формирования на каждом последующем из n независимом выходе сигнала с временной задержкой относительно сигнала на предыдущем n-1 выходе не менее времени достаточного для прохождения переходных процессов в электрических цепях, а выходы управления микроконтроллеров Iут и Iпр электрически соединены с соответствующими входами управления генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого электрически соединен с входом датчика тока, при этом выход датчика тока посредством прямой и обратной электрической связи соединен со всеми контактами К3 электромагнитных реле Р блока коммутации, а положительный и отрицательный выводы датчика тока электрически присоединены к соответствующим входам блока усиления и фильтрации сигналов, кроме этого, независимые электрические линии связи 1-n и 2-n стационарной части n-канальной электрической связи обратной электрической связью присоединены к n независимым входам блока усиления и фильтрации сигнала, n независимых выходов которого n-канальной электрической связью соединены с независимыми входами аналого-цифрового преобразователя, а выход аналого-цифрового преобразователя электрически соединен с соответствующими входами микроконтроллера Uвх, микроконтроллера Uост1, микроконтроллера Uост2, микроконтроллера Iут и микроконтроллера Iпр, при этом интерфейс электропитания первым независимым выходом питания вых.1 с напряжением питания равным 12 В электрически присоединен к входам питания блока усиления и фильтрации сигналов, аналого-цифрового преобразователя, блока задания режимов Iвх, блока задания режимов Iвых и генератора линейно изменяющегося напряжения, вторым независимым выходом питания вых.2 с напряжением питания равным 5 В электрически присоединен к входам питания микроконтроллера Uвх, микроконтроллера Uост1, микроконтроллера Uост2, микроконтроллера Iут, микроконтроллера Iпр и всех ЖК-дисплеев блока ввода и вывода информации, а третьим независимым выходом питания вых.3 с напряжением питания равным 3,3 В электрически присоединен к входу питания блока светодиодной индикации.
Использование в предлагаемом устройстве измерения статических параметров полупроводниковых приборов микроконтроллерного блока, в котором каждый из входящих в его состав микроконтроллеров Uвх, Uост1, Uост2, Iут и Iпр отвечает за процесс измерения одного из исследуемых статических параметров партии из п полупроводниковых приборов, в совокупности с АЦП, ГЛИН, блоками задания режимов 1вх и 1вых, датчиком тока, блоком усиления и фильтрации сигналов, блоком светодиодной индикации, блоком ввода и вывода информации и блоком коммутации, которые находятся в измерительной части предлагаемого устройства, и устройством подключения полупроводниковых приборов со съемной п -канальной линией прямой и обратной электрической связи, которые размещены за пределами измерительной части предлагаемого устройства, обеспечивает одновременное или в определенной последовательности задание необходимых для измерений режимов на соответствующие электроды полупроводниковых приборов и измерение в автоматическом режиме всех предусмотренных микроконтроллерами статических параметров исследуемых полупроводниковых приборов (например, оптопар) и вывод информации о результатах сравнения вычисленных значений всех параметров с их максимально допустимыми значениями на экран блока светодиодной индикации и информации о полученных значениях параметров в цифровом виде для всех т полупроводниковых приборов исследуемой партии на экраны соответствующих ЖК-дисплеев блока ввода и вывода информации.
Конструкция устройства подключения полупроводниковых приборов (с использованием электрических разъемов) и использование n-канальной электрической связи, каждый независимый канал которой имеет независимые линии электрической связи 1-n, 2-n и 3-n для электрического соединения соответственно коллектора, анода и общей точки (земли) каждого полупроводникового прибора с измерительной частью предлагаемого устройства измерения, обеспечивает исследование параметров всех приборов партии в одном автоматизированном и непрерывном измерительном процессе. При этом выполнение, по меньшей мере, части n-канальной электрической связи, между электрическими разъемами устройства подключения полупроводниковых приборов и многоканальным электрическим разъемом коммутационного устройства с возможностью разъема позволяет расширить диапазон видов полупроводниковых приборов которые могут быть исследованы с использованием предлагаемого уствройства и, кроме того, способствует сокращению временных затрат при замене одной партии приборов на другую.
При этом использование при измерении Uвх у партии полупроводниковых приборов прямой n-канальной электрической связи между блоком задания режимов Iвх (входного тока) и коммутационным устройством, в котором стационарная часть n-канальной электрической связи по электрическим линиям 2-n во всех n каналах осуществляет прямую и обратную электрическую связь, съемного участка n-канальной прямой и обратной электрической связи между многоканальным электрическим разъемом коммутационного устройства и электрическими разъемами устройства подключения полупроводниковых приборов, обратной электрической связи по независимым линиям связи 2-n между стационарной частью n-канальной электрической связи и блоком усиления и фильтрации сигналов, а так же обратной электрической связи по независимым линиям связи 2-n между блоком усиления и фильтрации сигналов и АЦП позволяет минимизировать время проведения процесса задания режимов входного тока Iвх и измерения входного напряжения Uвх за счет возможности одновременного задания Iвх по независимым линиям электрической связи 2-n в каждом канале прямой электрической связи на аноды всех приборов исследуемой партии и одновременного поступления в АЦП по независимым каналам обратной электрической связи сведений о величинах Uвх всех полупроводниковых приборов партии.
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
Кроме этого, выполнение блока коммутации в виде группы переключающих узлов на основе электромагнитных реле P, N-канальных транзисторов VT и конденсаторов C позволяет при закрытых N -канальных транзисторах VT во всех электромагнитных реле P через первоначально замкнутые контакт К1 и общий контакт K2 осуществлять одновременно по независимым каналам электрической связи от блока задания режимов Iвых и по линиям электрической связи 1-n статической и съемной частям n-канальной электрической связи задание режимов Iвых на коллекторы всех полупроводниковых приборов партии, а при последовательном включении очередного N-канального транзистора VTпо команде от микроконтроллеров Iут или Iпр с определенным интервалом времени для переключения общего контакта K2 на контакт К3 в соответствующем реле P осуществлять своевременную переконфигурацию измерительной схемы предлагаемого устройства измерения конкретно для одного полупроводникового прибора из партии, задание режима от генератора линейно изменяющегося напряжения через датчик тока, контакт K3 и общий контакт K2 по линии электрической связи 1-n одного из каналов соответствующих участков n-канальной электрической связи на коллектор одного определенного полупроводникового прибора, измерение с помощью датчика тока Iут или Iпр, возникшего в цепи коллектора исследуемого полупроводникового прибора, при исследовании Iут или Iпр у всей партии полупроводниковых приборов, выключение N-канального транзистора VT с целью возвращения измерительной схемы к первоначальной конфигурации и повторение процесса для очередного полупроводникового прибора партии по команде очередного независимого канала электрической связи от микроконтроллера Iут или Iпр.
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
При измерении Uост1 или Uост2 помимо одновременного задания Iвх на аноды всех полупроводниковых приборов использование n-канальной электрической связи между блоком задания режимов Iвых (выходного тока) и замкнутыми контактами К1 и К2 при закрытых N-канальных транзисторах VT во всех электромагнитных реле P блока коммутации, n-канальной прямой и обратной электрической связи по линиям электрической связи 1-n, которые присоединены к линиям электрической связи 1-n во всех каналах стационарной части n-канальной прямой и обратной электрической связи коммутационного устройства, обратной электрической связи по независимым линиям электрической связи 1-n между стационарной частью n-канальной прямой и обратной электрической связи коммутационного устройства и блоком усиления и фильтрации, а также обратной электрической связи по независимым линиям электрической связи 1-n между блоком усиления и фильтрации и АЦП позволяет минимизировать время проведения этого этапа измерений за счет возможности одновременного задания режимов Iвх и Iвых соответственно на аноды и коллекторы всех приборов исследуемой партии и одновременного получения сведений о величине Uост1 или Uост2 всех полупроводниковых приборов для передачи их в АЦП.
1÷n
1÷n
При измерении Iут или Iпр использование n-канальной электрической связи, каждый независимый канал которой соединен с независимым выходом микроконтроллера Iут или микроконтроллера Iпр и затвором соответствующего N-канального транзистора VT одного из переключающих узлов блока коммутации, и выполнение микроконтроллеров Iут и Iпр с возможностью формирования на каждом последующем независимом выходе из n выходов сигнала с временной задержкой относительно сигнала на предыдущем n-1 выходе не менее времени достаточного для прохождения переходных процессов и измерения сформированного на датчике тока напряжения с момента включения до полного отключения N-канального транзистора VT в соответствующем переключающем узле блока коммутации обеспечивает последовательное измерение в автоматическом режиме Iут или Iпр каждого полупроводникового прибора партии. При этом полное время процесса измерения одного из параметров у одного прибора из партии регламентировано временной задержкой между сигналами на соседних выходах микроконтроллера Iут или Iпр, что обеспечивает полный контроль за продолжительностью процесса измерения параметров всех полупроводниковых приборов партии.
При этом временная задержка сигналов на независимых выходах микроконтроллеров Iут или Iпр гарантирует достаточный промежуток (интервал) времени, чтобы успели пройти переходные процессы: включение одного транзистора, переключение контактов электромагнитного реле, стабилизация напряжения в ГЛИН, измерение тока, возникшего в цепи соответствующего коллектора полупроводникового прибора и снимаемого с отрицательного и положительного выводов датчика тока (шунта с заданным омическим сопротивлением Rш), оцифровка в АЦП и отключение транзистора для возвращения измерительной схемы в первоначальный вид. Причем величина временной задержки определяется заранее экспериментальным путем (эмпирически) или расчетным путем и учитывается программами микроконтроллеров Iут и Iпр.
Перечисленные выше отличительные признаки предлагаемого устройства измерения обеспечивают в совокупности высокую производительность за счет возможности проводить в автоматическом режиме без лишних временных затрат на анализ полученных результатов измерения необходимых электрических параметров у большой партии полупроводниковых приборов и быструю замену уже исследованной партии приборов на новую партию.
Сопоставленный анализ предлагаемого устройства измерения статических параметров ППП с известными устройствами аналогичного назначения и отсутствие таковых в известных источниках информации позволят сделать вывод о соответствии предлагаемой полезной модели критерию «новизна».
Предлагаемое устройство измерения иллюстрируется Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3.
На Фиг. 1 приведена функциональная блок-схема предлагаемого устройства измерения статических параметров полупроводниковых приборов.
На Фиг. 2 схематически показано выполнение устройства подключения полупроводниковых приборов.
На фиг. 3 схематически показано выполнение блока коммутации.
1÷n
Показанное на фиг. 1 устройство измерения статических параметров полупроводниковых приборов содержит: интерфейс электропитания - 1, который имеет независимые выходы питания (вых. 1 с 12 В, вых. 2 с 5 В, вых. 3 с 3,3 В); генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) - 2; аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - 3; микроконтроллерный блок - 4; блок задания режимов Iвх - 5; блок задания режимов Iвых - 6; датчик тока - 7, который выполнен в виде шунта с заданным значением омического сопротивления Rш; блок коммутации - 8, который выполнен в виде группы переключающих узлов 8; блок усиления и фильтрации сигнала - 9; коммутационное устройство - 10, которое выполнено в виде многоканального электрического разъема со стационарной частью n-канальной электрической связи; устройство подключения полупроводниковых приборов (УППП) - 11; блок светодиодной индикации - 12; блок ввода-вывода информации - 13.
Микроконтроллерный блок 4 имеет: микроконтроллер Uвх - 14; микроконтроллер Uост1 - 15; микроконтроллер Uост2 - 16; микроконтроллер Iут - 17; микроконтроллер Iпр - 18. При этом число микроконтроллеров Uвх, Uост1, Uост2, Iут, Iпр 14-18 и последовательность электрического соединения их управляющих выходов с управляющими входами в микроконтроллерном блоке 4 определено количеством исследуемых параметров и очередностью их измерения.
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1-n
2-n
3-n
1-n
2-n
3-n
1÷n
Показанное на Фиг. 2 устройство подключения полупроводниковых приборов (УППП) 11 содержит группу n электрических разъемов, гнезда XSK, XSA и XSO, каждого из которых служат для подключения соответственно коллектора, анода и общей точки одного из полупроводниковых приборов исследуемой партии. При этом к штырям XPK, XPA, XPO каждого электрического разъема УППП 11 концами XS, ХS, и ХS подсоединены соответственно линии 1-n, 2-n и 3-n прямой и обратной электрической связи с коллектором, анодом и общей точкой (землей) одного из n полупроводниковых приборов партии. Из этих линий электрической связи формируется каждый канал n-канальной прямой и обратной электрической связи. Противоположные концы XP, ХР и XP n-канальной прямой и обратной электрической связи состыкованы разъемным соединением с многоканальным электрическим разъемом коммутационного устройства 10. Причем гнезда XSO для общих точек полупроводниковых приборов партии могут быть электрически соединены, при этом n-канальная прямая и обратная электрическая связь может содержать, по меньшей мере, одну линию 3-n прямой и обратной электрической связи от общих точек всех полупроводниковых приборов исследуемой партии.
Коммутационное устройство 10 выполнено в виде многоканального электрического разъема с возможностью подсоединения к его штырям нескольких электрических линий связи. С этой целью к его штырям присоединена стационарная часть n-канальной прямой и обратной электрической связи, необходимая для обеспечения возможности подсоединения нескольких линий связи от различных элементов предлагаемого устройства измерения. При этом в гнездах n-канального электрического разъема коммутационного устройства 10 с возможностью разъема крепятся линии электрической связи всех каналов n-канальной прямой и обратной электрической связи (выполненной в виде жгута), которая служит для присоединения находящегося за пределами измерительной части предлагаемого устройства измерения устройства подключения полупроводниковых приборов 11 (например, в термостате) и имеет в каждом независимом канале электрической связи отрезки электрических линий 1-n и 2-n прямой и обратной электрической связи соответственно коллектора и анода одного из исследуемых приборов партии, и, по меньшей мере, один общий для всех каналов и соответственно полупроводниковых приборов отрезок электрической линии связи 3-n для присоединения общих точек всех исследуемых приборов посредством многоканального электрического разъема и, по меньшей мере, одной линии 3-n электрической связи в стационарной части n-канальной электрической связи к «земле» в пределах измерительной части предлагаемого устройства измерения.
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
Показанный на фиг. 3 блок коммутации 8 выполнен в виде группы из n переключающих узлов 8, число которых определено числом полупроводниковых приборов в исследуемой партии. При этом каждый переключающий узел 8 выполнен на основе электромагнитного реле Р с обмоткой L, двумя позиционными контактами К1,, К3 и общим контактом К2, имеет N-канальный транзистор VT с заземленным истоком и конденсатор C. Причем сток N-канального транзистора VTкаждого переключающего узла 8 электрически присоединен к одним концам соответствующих ему обмотки L и конденсатора С, противоположные концы которых электрически соединены и присоединены ко второму независимому выходу питания вых. 2 интерфейса электропитания 1 с напряжением питания 5 В.
Блок ввода-вывода информации 13 содержит: набор кнопок - 19 для настройки микроконтроллера Uвх 14; набор кнопок - 20 для настройки микроконтроллера Uост1 15; набор кнопок - 21 для настройки микроконтроллера Uост2 16; набор кнопок - 22 для настройки микроконтроллера Iут 17; набор кнопок - 23 для настройки микроконтроллера Iпр 18; ЖК-дисплей - 24 для отображения результатов измерений микроконтроллера Uвх 14; ЖК-дисплей - 25 для отображения результатов измерений микроконтроллера Uост1 15; ЖК-дисплей - 26 для отображения результатов измерений микроконтроллера Uост2 16; ЖК-дисплей - 27 для отображения результатов измерений микроконтроллера Iут 17; ЖК-дисплей - 28 для отображения результатов измерений микроконтроллера Iпр 18; заземленную кнопку «ПУСК» (не обозначена), которая предназначена для запуска процесса измерения электрических параметров ППП и присоединена к набору кнопок 19 микроконтроллера Uвх 14; заземленную кнопку «СБРОС» (не обозначена), которая предназначена для сброса результатов измерения.
При этом каждый из наборов кнопок 19-23 электрически присоединен к соответствующему входу одного из микроконтроллеров Uвх, Uост1, Uост2, Iут, Iпр 14-18 микроконтроллерного блока 4, заземленная кнопка «СБРОС» электрически соединена с соответствующими входами всех микроконтроллеров 14-18, а каждый ЖК-дисплей 24-28 блока ввода и вывода информации 13 электрически соединен с соответствующим информационным выходом одного из микроконтроллеров 14-18. Кроме того, все микроконтроллеры Uвх, Uост1, Uост2, Iут, Iпр 14-18 другим информационным выходом электрически присоединены к блоку светодиодной индикации 12.
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
Кроме этого, выход управления микроконтроллера Uвх 14 и одни из выходов управления микроконтроллеров Uост1 15 и Uост2 16 электрически соединены с соответствующими входами управления блока задания режимов Iвх 5, n независимые выходы которого соединены n-канальной электрической связью с независимыми участками линий прямой и обратной электрической связи 2-n стационарной части n-канальной электрической связи (не показана) коммутационного устройства 10. Причем микроконтроллеры Uост1 15 и Uост2 16 другими своими выходами управления электрически соединены с входами управления блока задания режимов Iвых 6, n независимые выходы которого присоединены n-канальной электрической связью к контактам К1 электромагнитных реле P блока коммутации 8. При этом общие контакты К2 электромагнитных реле P блока коммутации 8 электрически соединены с участками линий 1-n стационарной части n-канальной прямой и обратной электрической связи коммутационного устройства 10.
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
Кроме того, n независимых выходов микроконтроллера Iут 17 и n независимых выходов микроконтроллера Iпр 18 присоединены посредством одной общей для них n-канальной электрической связи к каждому затвору N-канальных транзисторов VT в переключающих узлах 8 блока коммутации 8. При этом микроконтроллеры Iут 17 и Iпр 18 выполнены с возможностью формирования на каждом последующем из n независимом выходе сигнала с временной задержкой относительно сигнала на предыдущем n-1 выходе. Выходы управления микроконтроллеров Iут 17 и Iпр 18 электрически соединены с независимыми входами управления ГЛИН 2, выход которого электрически соединен с входом датчика тока 7, который прямой и обратной электрической связью присоединен ко всем контактам К3 электромагнитных реле P блока коммутации 8. При этом положительный и отрицательный выводы датчика тока 7 электрически присоединены к соответствующим входам блока усиления и фильтрации сигналов 9.
Кроме того, независимые линии электрической связи 1-n и 2-n стационарной части n-канальной электрической связи коммутационного устройства 10 обратной электрической связью присоединены к n независимым входам блока усиления и фильтрации сигналов 9, независимые выходы которого по линиям 1-n и 2-n n-канальной электрической связи присоединены к независимым входам АЦП 3, выход которого электрически соединен с соответствующими входами микроконтроллера Uвх 14, микроконтроллера Uост1 15, микроконтроллера Uост2 16, микроконтроллера Iут 17 и микроконтроллера Iпр 18.
При этом интерфейс электропитания 1 первым независимым выходом питания Вых. 1 с напряжением питания равным 12 В электрически присоединен к входам питания блока усиления и фильтрации сигналов 9, АЦП 3, блока задания режимов Iвх 5, блока задания режимов Iвых 6 и ГЛИН 2, вторым независимым выходом питания Вых. 2 с напряжением питания равным 5 В электрически присоединен к входам питания всех микроконтроллеров Uвх, Uост1, Uост2, Iут, Iпр 14-18 микроконтроллерного блока 4 и всех ЖК-дисплеев 24-28 блока ввода и вывода информации 13, а третьим независимым выходом питания Вых. 3 с напряжением питания равным 3,3 В электрически присоединен к входу питания блока светодиодной индикации 12.
Микроконтроллерный блок 4 в конкретном примере реализации предлагаемого устройства измерения выполнен с использованием высокопроизводительных и экономичных 8-битных микроконтроллеров со встроенным в каждом из них постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) (например, PIC18F67K22-I/PT).
В качестве АЦП 3 в предлагаемом устройстве использовался 12-битный АЦП.
Предлагаемое устройство для измерения и визуального наблюдения статических электрических параметров полупроводниковых приборов, показанное на фиг. 1 работает следующим образом.
Предварительно при помощи наборов кнопок 19-23 блока ввода-вывода информации 13, каждому микроконтроллеру 14-18 из микроконтроллерного блока 4 задаются настройки значений норм напряжений и токов для отбраковки приборов, по которым осуществляются измерения. При этом при помощи кнопки «ВЫБОР» оператор входит/выходит из режима настройки (с сохранением настроек в ПЗУ (не показано), встроенного в каждый микроконтроллер 14-18). Причем на ЖК-дисплеях 24-28 отображается меню редактирования параметров и норм, по которым в дальнейшем будет осуществляться отбраковка полупроводниковых приборов. В режиме настройки оператор в каждом из наборов кнопок 19-23 выбирает кнопками «←» и «→» параметр для редактирования, кнопками «+» и «-» изменяет числовые значения норм отбраковки, режимов задания токов или напряжений. При нажатии на кнопку «СБРОС» блока ввода-вывода информации 13 осуществляется сброс всех результатов измерений изделий.
1÷n
При нажатии кнопки «ПУСК» блока ввода-вывода информации 13 сигнал о начале процесса измерения поступает на первый в последовательности микроконтроллеров - микроконтроллер Uвх 14, который с управляющего выхода дает сигнал о величине значения входного тока (Iвх) в цифровом виде на управляющий вход блока задания режимов Iвх 5, с независимых выходов которого стабилизированные значения Iвх одновременно поступают по n независимым каналам стационарного участка n канальной прямой электрической связи, через многоканальный разъем коммутационного устройства 10 по линиям 2-n прямой электрической связи съемного участка n-канальной электрической линии связи к УППП 11 и на аноды оптопар 1÷n. Далее сигналы значения входного напряжения (Uвх) с анодов оптопар 1÷n относительно земли (общей точки XSO оптопар 1÷n) полупроводниковых приборов партии передаются от УППП 11 по линиям связи 2-n n независимых каналов обратной электрической связи, через коммутационное устройство 10 в блок усиления и фильтрации сигналов 9 для фильтрации от помех измеряемых величин входного напряжения Uвх. Далее сигналы Uвх от всех оптопар партии поступают по линиям связи 2-n независимых каналов обратной электрической связи в аналоговом виде в АЦП 3. Далее микроконтроллер Uвх 14 получает по одному каналу преобразованные из аналогового в цифровые значения Uвх от n ППП и последовательно их обрабатывает с временной задержкой, обусловленной однозадачностью микроконтроллера Uвх 14 согласно программе (заложенной в микроконтроллере Uвх 14), и передает окончательный результат измерений на ЖК-дисплей 24 и блок светодиодной индикации 12.
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
После завершения измерений для всех 1÷n оптопар микроконтроллер Uвх 14 дает команду о снятии токов Iвх в блок задания режимов Iвх 5. После этого команда о начале измерений поступает в микроконтроллер Uост1 15, который передает информацию о величине значения токов Iвх и Iвых в цифровом виде в блок задания режимов Iвх 5 и блок задания режимов Iвых 6. Далее стабилизированные значения 1вх одновременно поступают по n независимым каналам прямой электрической связи через коммутационное устройство 10 к УППП 11 по электрическим линиям связи 2-n на аноды всех оптопар партии, а стабилизированные значения 1вых одновременно поступают по n независимым каналам прямой электрической связи и через замкнутые контакты К1 и К2 всех электромагнитных реле P переключающих узлов 8 блока коммутации 8 по электрическим линиям связи 1-n на коллекторы всех n оптопар партии. Далее сигнал значения выходного (остаточного) напряжения Uост1 от коллекторов 1 относительно общих точек XSO (земли) оптопар 1÷n по независимым электрическим линиям связи 1-n (обратной электрической связи) всех каналов от разъемов XSK УППП 11 через коммутационное устройство 10, блок усиления и фильтрации сигнала 9, для фильтрации измеряемых величин входного напряжения Uвх от помех, одновременно поступает в аналоговом виде по независимым электрическим линиям связи 1-n в АЦП 3. Далее микроконтроллер Uост1 15 получает от АЦП 3 по одному каналу преобразованные из аналоговых в цифровые значения Uост1 от n ППП, обрабатывает их последовательно с временным сдвигом, обусловленным однозадачностью микроконтроллера Uост1 15 согласно заложенной в него программе (заложенной в микроконтроллере Uост1 15) и передает окончательный результат измерений на ЖК-дисплей 25 и блок светодиодной индикации 12. После завершения измерений всех оптопар партии микроконтроллер Uост1 15 дает команду о снятии токов Iвх и Iвых в блоках задания режимов Iвх 5 и Iвых 6. Затем команда о начале измерения Uост2 от микроконтроллера Uост1 15 дается микроконтроллеру Uост2 16. Процесс измерений Uост2 происходит аналогично измерению Uост1, но при иных значениях Iвх и Iвых.
1÷n
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1÷n
Процесс измерения Iут начинается с получения микроконтроллером Iут 17 от микроконтроллера Uост2 16 сигнала об окончании измерений. При этом измерение Iут и Iпр происходит при закрытом транзисторе (выключенный светодиод). Микроконтроллер Iут 17 передает цифровой сигнал об уровне напряжения в ГЛИН 2, который задает аналоговое значение напряжения через датчик тока 7 на контакты К3 и одновременно подает сигнал по первому независимому каналу электрической связи в блок коммутации 8 на затвор N-канального транзистора VT первого переключающего узла 8. Транзистор VT открывается и в цепи электромагнитного реле P с обмоткой L появляется ток, при этом замыкаются контакты К2 и К3 реле P и происходит внутренняя переконфигурация измерительной схемы устройства для измерения Iут первого из партии ППП. Далее сигнал через замкнутые контакты К2 и К3 реле P и по линии 1-1 прямой электрической связи первого независимого канала прямой электрической связи передается в коммутационное устройство (разъем) 10 и на коллектор первой оптопары в УППП 11. Возникший при этом ток в цепи коллектора по линии 1-1 обратной электрической связи от коллектора первой оптопары в УППП 11 передается по первому независимому каналу всех частей n-канальной электрической связи через коммутационное устройство (разъем и стационарную часть n-канальной электрической связи) 10 в блок коммутации 8, который передает сигнал через замкнутые контакты К2 и К3 реле P на датчик тока 7. Далее с положительного и отрицательного выводов датчика тока (шунта) 7 снимается значение напряжения и обрабатывается блоком усиления и фильтрации сигнала 9 (устранение от помех и усиление), после чего преобразованное в АЦП 3 значение напряжения из аналогового вида в цифровое поступает по независимому каналу прямой связи в микроконтроллер Iут 17, который обрабатывает его согласно программе (заложенной в микроконтроллере Iут 17). Микроконтроллер Iут 17 проводит вычисления значения тока в цепи коллектора 1 по формуле закона Ома (согласно заложенной в него программе) и передает окончательный результат измерения Iут первой оптопары на ЖК-дисплей 27. Микроконтроллер Iут снимает напряжение с затвора N-канального транзистора VT, при этом конденсатор С1 переключающего узла 8 сглаживает возникающую в обмотке L1 ЭДС (электродвижущую силу) самоиндукции. Транзистор VT закрывается и замыкаются контакты К1 и К2 реле P. Далее процесс измерения происходит последовательно для каждой следующей оптопары с задействованием переключающего узла 8 (соответствующего номеру оптопары), посредством соответствующего электрического канала связи с временной задержкой, обусловленной переходными процессами в цепи. После окончания измерений всех оптопар 1÷n партии микроконтроллер Iут 17 передает результаты измерений в блок светодиодной индикации 12.
Далее микроконтроллер Iут 17 дает команду ГЛИН 2 об окончании измерений Iут и передает команду микроконтроллеру Iпр 18 для начала измерений Iпр. Процесс измерений Iпр проходит аналогично процессу измерений Iут, при последовательной подаче на коллекторы всех n оптопар партии повышенного напряжения.
После окончания измерений всех оптопар 1÷n микроконтроллер Iпр 18 передает сигнал микроконтроллеру Uвх 14 и блоку светодиодной информации 12 об окончании процесса измерений. На ЖК-дисплеях 24-28 выводится информация об окончательных результатах измерений всех оптопар партии по параметрам Uвх, Uост1, Uост2, Iут, Iпр и на блоке светодиодной индикации 12 (годен/брак) выводятся результаты компарирования окончательного результата с максимально допустимыми значениями токов.
Микроконтроллеры 17, 18 перед измерением соответствующего параметра каждого ППП из партии осуществляют переконфигурацию внутренних электрических связей устройства, а затем осуществляют серию вычислений электрических параметров (например, средних арифметических значений тока и напряжения), формируют результаты вычислений и компарирования, передают полученные результаты на устройства вывода (ЖК-дисплеи 24-28) и блок светодиодной информации 12 в соответствии с заложенной в них программой.
После завершения процесса измерений всех оптопар по всем параметрам (Uвх, Uост1, Uост2, Iут, Iпр) результаты измерений каждой оптопары из партии выводятся на соответствующий ЖК-дисплей 24-28 (Uвх, Uост1, Uост2, Iут, Iпр) в цифровом виде, а на блоке светодиодной индикации 12 загораются светодиоды (зеленый-годен/красный-брак), число которых равно количеству измеряемых оптопар в партии. На блоке светодиодной индикации 12 загорается соответствующий номеру оптопары красный светодиод (брак), если оптопара отбракована по одному и более параметрам. На блоке светодиодной индикации 12 загорается соответствующий номеру оптопары зеленый светодиод (годен), если оптопара не превышает допустимые значения норм отбраковки. Результат отбраковки m партии оптопар отображается в m строке на блоке светодиодной индикации 12, а количество светодиодов в каждой строке соответствует количеству оптопар в партии (например n равно 10 штук).