УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОСХЕМ

Полезная модель относится к специализированным лабораторным устройствам и может быть использована для контроля основных параметров микросхем, преимущественно реализующих регулируемые стабилизированные источники вторичного электропитания на базе DC-DC преобразователей с накачкой заряда, например, с целью определения их исправности, контроля их основных параметров и т.п.
Предложенное техническое решение представляет собой специализированное устройство, содержащее объединенные в единое целое различные средства, находящиеся в конструктивном единстве, функциональной взаимосвязи и размещенные в ограниченном пространстве в едином корпусе.
Известно устройство для контроля электрических параметров микросхем [RU 2083024, C1, H01L 21/66, 27.06.1997], содержащее подложку, рамку, в центре отверстия которой размещен кристалл с измеряемой микросхемой, проводники с измерительными контактными площадками размещены на внешней поверхности диэлектрической пленки над лицевой поверхностью микросхемы, контактные площадки которой через контактные отверстия в диэлектрической пленке неразъемно соединены с проводниками с измерительными контактными площадками, а тыльная сторона кристалла и рамка жестко закреплены на подложке токопроводящим слоем, причем, токопроводящий слой выполнен из эвтектического сплава, например алюминий-германий.
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности.
Известно устройство [RU 1417613, A1, H01L 21/66, 15.12.1994], содержащее генератор логических сигналов, источник напряжения смещения, генератора калиброванных переменных сигналов, фазовращатель, амплитудный модулятор, два синхронизованных коммутатора, два амплитудных регулятора, устройство сравнения, индикаторное устройство и источник питания по постоянному току или напряжению.
Недостатком устройства также является относительно узкие функциональные возможности.
1
2
стр
1
2
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство [RU 2174692, C1, G01R 31/317, 10.10.2001], содержащее контактную колодку с клеммами для подключения выводов контролируемой цифровой интегральной микросхемы, источник питания, соединенный с клеммами для подключения выводов питания контролируемой цифровой интегральной микросхемы, генератор переключающих импульсов с линейно возрастающей частотой следования, выход которого соединен с клеммами для подключения выводов, являющихся входами контролируемой цифровой интегральной микросхемы, и устройство управления, представляющее собой ждущий мультивибратор, два устройства сравнения, источник двух опорных напряжений, временной селектор, реверсивный счетчик и индикатор, при этом, один выход источника опорных напряжений соединен с одним из входов первого устройства сравнения, а второй его выход - соответственно с одним из входов второго устройства сравнения, другие входы обоих устройств сравнения соединены с клеммой для подключения выхода того логического элемента контролируемой цифровой интегральной микросхемы, логическое состояние которого не изменяется, выходы обоих устройств сравнения соединены со входом устройства управления, а выход устройства управления соединен с разрешающим входом временного селектора, второй вход которого соединен с выходом генератора переключающих импульсов, выход временного селектора соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выходы которого соединены со входами индикатора, при этом, реверсивный счетчик устанавливается в режим обратного счета по сигналу с выхода первого устройства сравнения в момент времени t сравнения термочувствительного параметра контролируемой цифровой интегральной микросхемы с соответствующим опорным напряжением, а в режим прямого счета - по сигналу со второго устройства сравнения в момент времени t сравнения термочувствительного параметра контролируемой цифровой интегральной микросхемы с соответствующим опорным напряжением, при этом устройство управления вырабатывает стробирующий импульс длительностью t<<t-t.
Наиболее близкое техническое решение также обладает относительно узкими функциональными возможностям, поскольку, хотя оно и позволяет формировать режимы работы интегральных микросхем, но не позволяет это сделать для микросхем, реализующих регулируемые стабилизированные источники электропитания на базе DC-DC преобразователей с накачкой заряда.
Задача, которая решается в предложенной полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей.
Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства путем введения дополнительного арсенала технических средств, обеспечивающих формирование режимов работы микросхем, реализующих регулируемые стабилизированные источники электропитания на базе DC-DC преобразователей с накачкой заряда, при контроле их основных параметров в лабораторных условиях.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее блок питания и блок управления, согласно предложенной полезной модели, введены блок формирования напряжения накачки, первый вход которого соединен с выходом блока питания, а второй вход - соединен с первым выходом блока управления, блок накачки заряда, выполненный с возможностью установки в него исследуемой микросхемы, реализующей регулируемые стабилизированные источники электропитания на базе DC-DC преобразователей с накачкой заряда, а также блок нагрузки, первый вход которой соединен с выходом блока накачки заряда, второй вход - соединен со вторым выходом блока управления, а первый и второй выходы - являются первым и вторым выходами устройства, выполненными с возможностью подачи сигналов на входы внешних измерительных средств, при этом, первый вход блока накачки заряда соединен с выходом блока формирования напряжения накачки, выполненным с возможностью подачи сигналов на входы внешних измерительных средств, а второй вход - соединен с третьим выходом блока управления, синхровыход которого является сигналом синхронизации внешних измерительных средств.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для контроля параметров микросхем совместно с примером выполнения внешних измерительных устройств (мультиметра и осциллографа) при возможных вариантах использования предложенного устройства, на фиг. 2 - пример выполнения блока накачки заряда.
Устройство для контроля параметров микросхем содержит блок 1 питания, блок 2 управления, блок 3 формирования напряжения накачки, первый вход которого соединен с выходом блока 1 питания, а второй вход - соединен с первым выходом блока 2 управления.
Кроме того, устройство для контроля параметров микросхем содержит блок 4 накачки заряда, выполненный с возможностью установки в него исследуемой микросхемы, реализующей регулируемые стабилизированные источники электропитания на базе DC-DC преобразователей с накачкой заряда, а также блок 5 нагрузки, первый вход которой соединен с выходом блока 4 накачки заряда, второй вход - соединен со вторым выходом блока 2 управления, а первый и второй выходы - являются первым и вторым выходами устройства, выполненными с возможностью подачи сигналов на входы внешних измерительных средств, в частности, на вход мультиметра 6 и осциллографа 7.
Особенностью устройства для контроля параметров микросхем, реализующих регулируемые стабилизированные источники электропитания на базе DC-DC преобразователей с накачкой заряда, является то, что, первый вход блока 4 накачки заряда соединен с выходом блока 3 формирования напряжения накачки, выполненным с возможностью подачи сигналов на входы внешних измерительных средств, в частности, на вход мультиметра 6 и осциллографа 7, а второй вход - соединен с третьим выходом блока 2 управления, синхровыход которого является сигналом синхронизации внешних измерительных средств - например, осциллографа 7.
Устройство позволяет получать входные напряжения для микросхем, реализующих регулируемые стабилизированные источники электропитания на базе DC-DC преобразователей с накачкой заряда, при контроле их основных параметров в нужном диапазоне, изменять сопротивление нагрузки для получения токов до 100 мА в различных режимах и обеспечить возможность быстрого ступенчатого изменения сопротивления нагрузки. В качестве измерительной техники могут быть использованы мультиметр 34405A фирмы Agilent Technologies и осциллограф GDS-820C компании GW instek. Подключаемый к сети блок 1 питания обеспечивает стабилизированным напряжением +5 В блок 2 управления, блок 4 накачки заряда (связи для упрощения не показаны) и осуществляет подачу переменного напряжения 9 В частотой 50 Гц в блок 3 формирования напряжения накачки, который предназначен для регулировки входного напряжения блока 4 накачки заряда. Блок 3 формирования напряжения накачки реализован на интегральной микросхеме LM317, являющейся регулируемым компенсационным стабилизатором с непрерывным регулированием. Установка выходного напряжения блока 4 накачки заряда осуществляется блоком управления в диапазоне от +2,5 В до +5,5 В. Точное значение выходного напряжения измеряется мультиметром 6. Блок нагрузки выполнен на резистивной матрице R-2R, коммутируемой MOSFET-транзисторами. Матрица включает в себя 4 резистора (R=100 Ом), что позволяет получить 16 значений сопротивления нагрузки в диапазоне от 53 до 800 Ом.
Блок 2 управления выполнен на микроконтроллере PIC18F2550, который осуществляет управление основными блоками и контроль их состояния, а также может обеспечивать взаимодействие через USB-порт с внешними программируемыми устройствами, обеспечивающими, при необходимости, автоматизацию измерений. Для регистрации переходного процесса на выходе блока 3 формирования напряжения накачки при установке режима динамической нагрузки микроконтроллер PIC18F2550 осуществляет коммутацию нагрузочного резистора путем отключения и включения в цепь нагрузки резистора сопротивлением 60 Ом и формирование синхросигнала запуска осциллографа 7 в виде прямоугольных импульсов амплитудой 5 В и длительностью около 30 мкс.
ESR
Принципиальная схема блока 4 накачки заряда приведена на фиг. 2. Основой блока 4 накачки заряда является микросхема, например, микросхема MAX1759, которая была объектом исследований в частном случае. Для построения DC-DC преобразователя эта микросхема требует подключения всего трех внешних конденсаторов C1, C2 и C3. Частота переключения конденсатора накачки заряда C2 может составлять от 1,2 до 1,8 МГц. В этой связи, для обеспечения приемлемого переходного процесса, получения минимальных пульсаций выходного напряжения и обеспечения максимального тока нагрузки для входного и выходного конденсаторов C1 и C3 применены керамические SMD конденсаторы емкостью 10 мкФ, а керамический конденсатор накачки C2 имеет емкость 0,33 мкФ с эквивалентным последовательным сопротивлением R<0,02 Ом.
2
Выходное напряжение устанавливается с помощью резистивного делителя, образованного резисторами R1, R2 и R3, включенными между выходом OUT и входом обратной связи FB. Резистор R1 реализован с помощью цифрового потенциометра AD5241 величиной 100 кОм и имеет 256 позиций, что позволяет устанавливать выходное стабилизированное напряжение на выходе модуля с шагом 0,11 В в диапазоне от 2,5 В до 5,3 В. Установка позиции выходного цифрового потенциометра осуществляется модулем управления по двухпроводному интерфейсу IC (SDA, SCL).
Кроме основного режима, в блоке 4 накачки заряда предусмотрен режим ожидания, при котором выход OUT микросхемы MAX1759 переводится в высокоимпедансное состояние, а потребляемый микросхемой ток падает до 1 мкА (что ниже, чем ток саморазряда большинства химических источников тока). Перевод модуля в режим ожидания осуществляется подачей низкого напряжения (уровня логического нуля) с выхода блока 2 управления на вход SHDN микросхемы MAX1759, что позволяет полностью отсоединить нагрузку от источника и тем самым продлить срок службы батареи. Эта функция может использоваться в распределенных системах питания с цифровым управлением.
Работает устройство для контроля параметров микросхем следующим образом.
Устройство предназначено для формирования режимов работы микросхем, преимущественно реализующих регулируемые стабилизированные источники электропитания на базе DC-DC преобразователей с накачкой заряда, например, с целью контроля их исправности и/или контроля основных параметров.
вых
вх
вх
вых
вх
вых
Рассмотрим работу устройства на примере, когда в качестве объекта исследований была выбрана малогабаритная микросхема MAX1759, используемая для создания DC-DC преобразователей с накачкой заряда, обладающая уникальной архитектурой накачки заряда и позволяющая получать стабилизированное регулируемое выходное напряжение U в диапазоне от 2,5 до 5,5 В и токе нагрузки до 100 мА при любых значениях входного напряжения U в диапазоне от 1,6 до 5,5 В. Микросхема является преобразователем DC-DC, который стабилизирует выходное напряжение при изменении входного напряжения в диапазоне как выше, так и ниже выходного. Такое свойство весьма необходимо, например, при использовании в качестве источника питания различной малогабаритной аппаратуры Li+ батарей, которые в течение срока службы изменяют свое напряжение от 3,6 В до 1,5 В. В этом случае для получения на выходе преобразователя DC-DC напряжение 3,3 В, сначала требуется понижающий преобразователь. При снижении напряжения батареи ниже 3,3 В требуется повышающий преобразователь. Уникальные возможности поддержания выходного напряжения ниже или выше входного напряжения достигаются применением оригинальной схемы управления, которая реализует либо режим регулируемого удвоителя напряжения (U<U), либо режим понижающего стробируемого ключа (U>U), в зависимости от входного напряжения и тока нагрузки.
вх
вых
вх
вых
вых
вх
вых
При этом, когда U ниже, чем U, накачка заряда работает как регулируемый повышающий ступеньками удвоитель напряжения, а когда U больше, чем U, накачка заряда работает как понижающий напряжение управляемый импульсами ключ. В последнем случае, если ток нагрузки мал, отрицательный полюс передающего заряд конденсатора соединяется с "землей", а заряд переносится путем попеременного подключения этого конденсатора к входному и выходному напряжению. В случае больших токов нагрузки такой режим не позволяет получать нужные величины U, и, несмотря на то, что U>U, происходит перевод схемы накачки в режим повышения напряжения. Аналогичная ситуация с реакцией на ступенчатое изменение тока нагрузки. Регулировочные характеристики, которые представляют собой зависимость выходных параметров от входных, в схемах стабилизаторов напряжения с накачкой заряда зависят от сопротивления нагрузки. Поэтому используется блок 5 нагрузки, позволяющий производить изменение значений сопротивления нагрузки.
Входные значения токов и напряжений и их форма, а также их выходные значения могут отражаться на внешних измерительных средствах, в частности, в мультиметре 6 и осциллографе 7.
Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройств путем введения дополнительного арсенала технических средств (в частности, блока формирования напряжения накачки, первый вход которого соединен с выходом блока питания, а второй вход - соединен с первым выходом блока управления, блока накачки заряда, выполненном с возможностью установки в него исследуемой микросхемы, реализующей регулируемые стабилизированные источники электропитания на базе DC-DC преобразователей с накачкой заряда, а также блока нагрузки, первый вход которой соединен с выходом блока накачки заряда, второй вход - соединен со вторым выходом блока управления, а первый и второй выходы - являются первым и вторым выходами устройства, выполненными с возможностью подачи сигналов на входы внешних измерительных средств, при этом, первый вход блока накачки заряда соединен с выходом блока формирования напряжения накачки, выполненным с возможностью подачи сигналов на входы внешних измерительных средств, а второй вход - соединен с третьим выходом блока управления, синхровыход которого является сигналом синхронизации внешних измерительных средств) достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, поскольку обеспечивается формирование режимов работы микросхем, реализующих регулируемые стабилизированные источники электропитания на базе DC-DC преобразователей с накачкой заряда, при контроле их параметров и исследовании в лабораторных условиях.