Файл: Атамалян Э.Г. Методы и средства измерения электрических величин учеб. пособие.pdf

с двумя входами и таблица истинности, показывающая все возмож­ ные комбинации входных и выходных сигналов этой схемы. В таблице истинности «1» отображает состояние «замыкание ключа» или указы­ вает на зажженную лампочку, а «О» — на «размыкание ключа» или на незажженную лампочку. Сигнал на выходе элемента И появляется

только тогда, когда на все его входы подается уровень напряжения, соответствующий «1».

Из эквивалентной схемы и таблицы истинности, приведенных на рис. 10-3, видно, что сигнал на выходе элемента ИЛИ появляется тогда, когда на любой из его входов подается напряжение, уровень которого соответствует «1».

Логический элемент НЕ, изображенный на рис. 10-4, инвертирует входной сигнал («1» в «0» или «0» в «1»).

Основную массу аналоговых ИС составляют различные усили­ тельные схемы, необходимые для радиоэлектронной аппаратуры. Примерами аналоговых ИС являются в первую очередь схемы усилителей операционных, низкой и высокой частоты, импульсных, а также схемы генераторов, селекторов, детекторов и т. п.

Операционный усилитель на лампах или тран­ зисторах обладает следующими существенными недостатками: необходимостью тщательной регу­ лировки; трудностью симметрирования в усло­

виях эксплуатации; недостаточной точностью и стабильностью схем с дифференциальными входами. Основной причиной этих недостатков является сложность согласования характеристик пары транзисторов (ламп) в дифференциальном усилителе.

Использование же групповых технологических методов произ­ водства ИС позволяет выполнить требование идентичности парамет­ ров пары транзисторов, интегрированных на общей подложке как единый активный элемент.

§ 10-3. Основные параметры интегральных схем

Как и каждую электронную схему, ИС характеризуют комплексом электрических параметров. Цифровые ИС, работающие в ключевом режиме, имеют ограниченное число электрических параметров, доста­ точное для полной характеристики той или иной системы. В табл. 10-1 приведены основные параметры цифровых ИС.

181

Т а б л и ц а 10-1

Статические параметры ИС характеризуют величины токов и уровни напряжений на входах и выходах схемы, ее устойчивость к влиянию статических помех в установившемся режиме.

Рис. 10-5. Форма входного и выходного сигнала цифровых ИС

Динамические параметры ИС характеризуют быстродействие ИС и устойчивость ее к влиянию импульсных помех.

Например, временные соотношения для логического элемента НЕ определяют по формам входного и выходного сигналов, изображенных на рис. 10-5.

Линейные ИС описываются большим числом параметров. Дей­ ствительно, различные типы усилителей, мультивибраторов, фильтров

ит. п. определяются различными системами параметров. Наиболее характерные параметры линейных ИС следующие:

коэффициент усиления (передачи) k\ напряжение выходных сигналов i/Dblx; частота выходных импульсов / п; длительность фронта выходных импульсов тф; длительность среза выходных импульсов тс; входное сопротивление схемы # вх;

182

выходное сопротивление схемы Д„ых; полоса пропускания Af;

коэффициент нелинейности амплитудной характеристики kai помехоустойчивость (напряжение помехи) Un;

коэффициент асимметрии выходного напряжения kа.

§ 10-4. Методы испытаний интегральных схем

Цель испытания ИС — установить, выполняет ли схема требуемые функции. Так как в ИС отдельные элементы не могут быть измерены, то при испытании ИС основное внимание уделяется проверке работо­ способности схемы в целом.

Готовые ИС подвергаются испытаниям при: а) разбраковке по прин­ ципу «годен — не годен» (производственный характер испытаний); б) определении зависимостей одних параметров от других с учетом внешних условий (исследовательский характер испытаний).

Существуют три основных метода испытаний: статические, дина­ мические и стендовые (функциональные).

Статические испытания выполняются на постоянном токе и пре­ дусматривают измерение статических параметров ИС.

К таким параметрам относят верхний и низкий уровень напряже­ ния, входной и выходной токи, коэффициент усиления и т. д., а также проверку по таблице истинности всех выходных сигналов при возмож­ ных комбинациях сигналов на входах.

Динамические (импульсные) испытания выполняются в импульсных режимах, при которых измеряются время включения, выключения, нарастания, среза задержки распространения сигнала и др.

Стендовые испытания (моделирование рабочих режимов) — испы­ тания, при которых максимально имитируется реальный рабочий режим. При стендовых испытаниях определяется работоспособность ИС в рабочих условиях.

Для контроля качества готовых ИС заводом-изготовителем произ­ водятся следующие основные категории испытаний:

1. Приемо-сдаточные испытания — испытания каждой партии ми­ кросхем текущего выпуска. При этих испытаниях производится про­ верка внешнего вида ИС и электрических параметров, соответствия

чертежам, маркировки.

2. Периодические испытания проводятся с целью проверки ста­ бильности базовой технологии производства микросхем. ИС подвер­ гают испытаниям периодически: в первый год — ежеквартально, в последующие годы — раз в полугодие. При этих испытаниях про­ веряют устойчивость к климатическим и механическим воздействиям, прочность выводов микросхем, надежность (для контроля уровня производства).

3.Конструктивные испытания производят при изменении кон­ струкции, технологии изготовления, замене материалов, если эти из­ менения могут снизить качество микросхем.

4.Испытания на гарантийную наработку производят при изме­

нении конструкции, технологии изготовления, замене материалов,

183

если эти изменения могут повлиять на время гарантийной наработки микросхем.

В последнее время получили распространение методы неразрушае-

2.Рентгеноскопия.

3.Радиометрические методы (использование инфракрасных лу­

чей) .

4.Электрические измерения по косвенным признакам (определе­

ние параметров ИС в микрорежиме, измерение шумов).

напряжения; ЭО — электронный осциллограф; Ч —частотометр; ИЧХ — измеритель частотных характеристик.

При измерении параметров следует учитывать особенности совре­ менных ИС, в которых амплитуда импульсов составляет величину не более 10 В, а временные параметры лежат в пределах от десятых долей до десятков наносекунд. Указанные особенности ИС предъяв­ ляют повышенные требования к чувствительности контрольно-изме­ рительной аппаратуры.

§ 10-5. Измерение статических параметров интегральных схем

ИС можно использовать осциллограф, при .этом на испытуемую ИС с включенной эквивалентной нагрузкой на выходе подают необходимые напряжения смещения. Линейноизменяющееся напряжение на входе

184

используется в качестве развертки по одной оси осциллографа (вы­ ходное напряжение используется в качестве развертки по другой оси).

На экране осциллографа можно получить изображение передаточ­ ных характеристик, т. е. зависимостей: выходного напряжения0 ВЫХот входного напряжения UBX(рис. 10-7); выходного тока / вых от входного

и выходные характеристики / ВЫх=77(^вых)- Такие характеристики мо­ гут быть определены при различных температурных и предельных напряжениях источников питания, гарантирующих работу ИС в необходимом диапазоне окружающих условий и электрических на­ грузок.

Анализ полученных характеристик дает возможность оценить лггнейность, помехоустойчивость, температурный диапазон, влияние

По допустимым границам разброса передаточных входных и выходных характеристик устанавливают годность и негодность ИС. Для этой цели используют осциллограф-характериограф, на экране которого можно установить трафареты с предельными характеристиками.

Посредством осциллографа можно также измерить быстродей­ ствие, частотный диапазон, времена нарастания и среза и другие вре­ менные характеристики ИС.

185