Файл: Данилин Н.С. Теория и методы неразрушающего инфракрасного контроля радиоэлектронных схем.pdf

4.Выбираем чувствительный элемент, исходя из условии

Fn>F„v. Выбираем чувствительный элемент типа GeAn (рис. 4.5):

/=■„ = 3-10-10 Вт 1см-‘С'-.

CJ

о

*

•о

§

I.»

4^

/ , »гч

Интегральная чувствительность S = 104 в/Вт. Предельная дли­ на волны 10 мкм. Спектральная характеристика данного чувстви­ тельного элемента перекрывает рабочий диапазон длин воли из­

64

времени приемника равна 10~" с, т. е. гораздо меньше времени просмотра мгновенного поля зрения:

^ ”пр!

4-10-3» 10-7 с.

На рис. 4.6 показана частотная характеристика чувствительно­

Проектируемая система прогнозирования состояния интеграль­ ных схем, построенная по принципу инфракрасного радиометра, предназначена для обнаружения предстоящего отказа в интег­ ральной микросхеме по ИК излучению. Она должна обеспечивать:

—прием и преобразование ИК излучения элементов интег­ ральной схемы во всем требуемом диапазоне;

—преобразование двухмерной картины терморельефа интег­

ральной схемы в одномерное двоичное поле электрических сигна­ лов;

—индикацию места отказа;

—питание интегральной схемы, помещенной перед приемни­

ком ИК излучения;

— регистрацию терморельефа микросхемы.

В настоящее время к системам прогнозирования состояния ин­ тегральных схем предъявляются следующие требования:

1. Максимально возможное разрешение по температуре. Это обеспечивается:

— максимальным снижением уровня шумов на входе ИК ра­ диометра, что достигается применением оптической системы с уз­ ким телесным углом просматривания интегральной схемы, приме­ нением оптических фильтров на входе приемника ИК излучения;

70

— максимальным снижением шумов ИК детектора, что доти ­ рается выбором чувствительного элемента и условиями работы (охлаждения);

—максимальным снижением шумов предварительного усили­ теля, что достигается выбором малошумящего первого каскада;

—введением в схему устройства, улучшающего форму прямо­ угольного импульса, что необходимо для обработки в схеме ана­ лиза.

2. Максимально возможное линейное разрешение, что дости­

гается;

—включением в схему микроскопа, что позволяет довести геометрическое разрешение до 0,01—0,02 мм;

—достаточной отрегулировкой механической части системы.

3. Достаточно широкий диапазон измеряемых температур, что достигается:

—выбором чувствительного элемента с широким температур­ ным диапазоном;

—комбинацией двух или нескольких чувствительных элемен­

тов с постоянной температурной чувствительностью для перекры­

Все имеющиеся в настоящее время чувствительные элементы имеют, как правило, большой коэффициент шума, для снижения которого необходимо применять амплитудную модуляцию лучис­ того потока, падающего па чувствительный элемент. Ввиду того, что приходится модулировать сигналы, величина которых состав­ ляет 10~9 В, поэтому применение здесь каких-либо электронных модуляторов недопустимо из-за большого уровня помех, которые ими вносятся. Поэтому применяется механический модулятор в ви­ де диска с вырезами, находящегося на оси электродвигателя.

71

кадрам при помощи подвижного стола.

Информация об отказе элемента интегральной схемы сопостав­ ляется в ЭВМ со стандартным терморельефом (соответствую­ щим исправному состоянию элементов интегральной схемы).

Для создания единой сетки частот для системы прогнозирова­ ния и согласования во времени работы различных устройств необ­ ходим синхронизатор.

Структурная схема системы будет иметь вид, показанный на рис. 4.7, где приняты следующие обозначения:

Рис. 4.7. Структурная схема измерительной системы, реализующей принцип инфракрасного радиометра.

ОМС — оптико-механическая система; ПС — подвижный стол;

УСС — устройство сканирования по строкам; УСК — устройство сканирования по кадрам;

М — модулятор лучистого потока; МУ — модулирующее устройство; ЧЭ — чувствительный элемент;

ППУ — приемно-преобразующее устройство; УВ — устройство ввода; ЛУ — логическое устройство;

ЗУ — запоминающее устройство; УО — устройство отображения; УР — устройство регистрации;

7 0

БУ — блок управления; С — синхронизатор;

КУП — коммутатор управления питанием; БП — блок питания;

АСК — автоматическая система контроля; ПФ — поляризационный фильтр.

Система функционирует следующим образом. Инфракрасное излучение от исрледуемой интегральной схемы попадает на опти­ ко-механическую систему, которая производит развертку во вре­ мени. Кроме того, оптическая часть сканирующей системы позво­ ляет сфокусировать на ИК детектор небольшую область исследуе­ мой интегральной схемы.

После ОМС сфокусированное ИК излучение попадает на моду­ лятор, скорость вращения которого выбирается в зависимости от применяемого чувствительного элемента. После модулятора по­ лучаются импульсы излучения с фронтом, величина которого оп­ ределяется временем перекрытия потока модулятором.

Поскольку ИК излучение элементов интегральной схемы явля­ ется частично поляризованным, метод, использующий поляризацию ИК излучения, был предложен как одни из путей увеличения досто­

и могут работать в сильно сходящихся пучках. Обычно поляриза­ торы этого типа представляют собой систему близко расположен­ ных параллельных металлических «микропроволочек», обладаю­ щих высокой проводимостью.

Далее ИК излучение в виде импульсов потока излучения попа­ дает на чувствительный элемент. Он преобразует импульсы из­ лучения в видеоимпульсы напряжения, которые усиливаются предварительным усилителем в приемно-преобразующем устрой­ стве. Предварительный усилитель должен:

—не служить дополнительным источником шумов, т. е. его первый каскад должен быть малошумящим;

—вносить минимальные искажения в форму видеоимпульса;

—обеспечивать усиление видеоимпульса до величины, доста­ точной для дальнейшей обработки.

Далее, после усиления, видеоимпульс поступает на схему ана­ лиза. В схеме анализа видеоимпульс преобразуется преобразова­ телем аналог—код в импульсы кода. Амплитуда видеоимпульса в нем преобразуется во временной интервал, который заполняется

73

§4.7. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ

ИРАЗРЕШЕНИЕ ПО ТЕМПЕРАТУРЕ

Различают два вида разрешающей способности ИК системы: пространственную и температурную. Под пространственной разре­ шающей способностью понимают .минимальный элемент разложе­ ния терморельефа, который обеспечивает данная система. Про­ странственное разрешение для ИК системы имеет важное значе­ ние. Она существенно влияет на соотношение сигнал—шум на вы­ ходе приемника лучистой энергии.

В теории антенных систем и приемных устройств доказано, что для обнаружения цели необходимо, чтобы пространственная раз­ решимость системы обнаружения была равна минимальному раз­ меру обнаруживаемого объекта, так как пространственная разре­ шимость представляет собой эллипс спроектированной диаграммы направленности приемника ИК излучения па поверхность контро­ лируемой интегральной схемы. Поэтому необходимо, чтобы боль­ шая ось данного эллипса была равна которое равно мини­ мальному размеру элементов данной схемы.

Так как ИК приемник лучистой энергии (ИК радиометр) явля­ ется интегратором плотности распределения потока ИК излуче­ ния от единичного элемента разложения и так как потоки ИК из­ лучения от фона и от цели независимы, то сигнал на выходе ИК радиометра можно записать следующим образом:

(4.49)

S S

где и — электрический отклик на выходе чувствительного эле­ мента, вызванный потоком ИК излучения от единично­ го элемента разложения;

S — площадь единичного элемента разложения;

/ц(5) — распределение яркости ИК излучения от поверхности цели;

/ф (*Ь) — распределение яркости ИК излучения от поверхности фона.

74