Файл: Видершайн, М. Н. Производственный контроль параметров элементов цифровой автоматики.pdf

= R3ap, получим

Т’зар ^Т^зар■

При длительности им-

денсаторе С7 за время ти возрастет на в<

Ux = Ua

Если минимальная точность измерения должна быть и* о*

= 6б, то можно найти соотношение между точностью измерения длительностью импульса мультивибратора и постоянной времени цепи заряда:

Из формул (90) и (91) видно, что использование мультивибра­ тора с большой длительностью импульса является значительным преимуществом схемы, так как в этом случае возможен выбор запоминающей емкости значительной величины.

Минимальная частота повторения входных импульсов опре­ деляется погрешностью, возникающей вследствие разряда кон­ денсатора в промежутках между импульсами. За время fpa3 напряжение на конденсаторе изменится на величину

/ _ *Раз \

AUC= UCU ~ е

где Rpa3— сопротивление цепи разряда, определяемое обратным сопротивлением диода Д3 и входным сопротивлением змиттерного повторителя на транзисторе ПП5.

151

Если минимальная точность измерения должна быть не менее

При этом минимальная частота повторения импульсов

Из соотношений (93) и (90) следует, что минимальная частота следования входных импульсов может быть получена сколь угодно малой при соответствующем выборе длительности импульса мультивибратора.

Оценим влияние остальных факторов, приводящих к погреш­ ности измерения.

Стабильность установки рабочей точки туннельного диода. На точность измерения влияет величина напряжения смещения туннельного диода ТД1. Оценим ошибку, возникающую вслед­

ствие нестабильности этого напряжения.

Абсолютная ошибка прямо пропорциональна изменению напря­

Аналогично определим ошибку, возникающую вследствие из­ менения пикового тока туннельного диода

S ' & I Я,

м/

м' ВХ

где 11— ток максимума диода; 2 Д— относительная стабильность максимального тока при

влиянии дестабилизирующих факторов (учитывается в основном температурная нестабильность).

Оценим возможную погрешность измерения при условии, что калибровка перед началом измерения не производится. Пусть

152

Арсенидгаллиевые диоды обладают сравнительно слабой зависи­ мостью тока максимума от температуры, но и для этих диодов при колебаниях температуры от — 60 до +70° С 1Х изменяется на несколько процентов. Примем £ д = 0,03, тогда

Таким образом, если можно обеспечить достаточную малую погрешность вследствие нестабильности источника питания путем выбора £п — достаточно малой величины, то погрешность, возникающая из-за температурной зависимости пикового тока туннельного диода, велика. Эта погрешность может быть суще­ ственно уменьшена применением схемы температурной компен­ сации. Необходимо отметить, что приведенная выше погрешность являлась максимально возможной при широком изменении усло­ вий работы прибора. На практике (особенно в лабораторных усло­ виях) должна быть обеспечена только кратковременная стабиль­ ность напряжения источника питания и характеристики туннель­ ного диода, так как долговременная нестабильность может быть ликвидирована путем калибровки прибора перед производством измерения.

Ошибки 8П и бд можно уменьшить, увеличивая ток /д, но это приведет к уменьшению чувствительности импульсного вольтметра.

Итак, ошибка, возникающая вследствие нестабильности уста­ новки рабочей точки туннельного диода должна ликвидироваться калибровкой прибора перед производством измерения.

При определении суммарной погрешности измерения по изве­ стным значениям частных погрешностей, возможно использова­ ние либо статистических методов, либо применение способа ариф­ метического сложения частных погрешностей.

Учитывая, что в описываемом вольтметре имеется малое число частных погрешностей, определение суммарной погрешности наи­ более целесообразно произвести путем арифметического сумми­ рования частных погрешностей.

Таким образом, без применения калибровки суммарная отно­ сительная погрешность

« = «К+ б / + б 3+ бр + бп + бд + би,

где 8И— погрешность индикатора.

При применении калибровки и соответствующем выборе эле­ ментов схемы ошибки 8К; б3; 8р; 8П и бд могут быть получены сколь угодно малыми, и суммарная ошибка будет определяться соотношением

б — б; + би.

153

1. Автоматические приборы для измерения параметров интегральных микросхем

Увеличение объема выпуска и переход на использование в устрой­ ствах цифровой автоматики и вычислительной техники интеграль­ ных схем ставит перед изготовителями элементов сложные задачи по обеспечению достаточной достоверности контроля качества из­ делий в производственных условиях. Многие из ранее применяв­ шихся методов испытаний элементов, в связи с увеличением быстро­ действия и усложнением устройств, в настоящее время устарели, а новые методы испытаний еще разрабатываются.

Особую трудность представляет проверка быстродействующих цифровых элементов. Так, например, транзисторно-транзисторные логические модули и схемы с эмиттерной связью имеют время пере­ ключения менее 5 нс, которое трудно проверить с использованием обычных измерительных средств. По некоторым данным около половины затрат на производство элементов радиоэлектронных устройств составляют затраты на испытания и контроль их ка­ чества.

Большое количество различных функций у интегральных схем определило необходимость следующих испытаний: статические из­ мерения, динамические измерения,т.е. измерения в условиях и ре­ жимах, приближенных к условиям использования интегральных схем. Те и другие измерения обладают рядом преимуществ и не­ достатков и являются дополняющими друг друга. В обоих слу­ чаях измеряются не все, а только некоторые параметры, определяю­ щие качество микросхем. В противоположность дискретным эле­ ментам, которые испытываются только на соответствие определен­ ным параметрам, при испытаниях интегральных микросхем не­ обходимо дополнительно определять правильность функциониро­ вания относительно сложной электрической схемы.

При проведении как статических, так и динамических испыта­ ний целесообразно использование электронных вычислительных машин. Благодаря совместному использованию электронно-вы­ числительных машин и автоматических испытательных устройств стоимость испытаний, несмотря на большой объем, незначительна.

При технологическом контроле, когда определяется качество изготовленной партии изделий, производится выбраковка эле­ ментов, обладающих слишком широкими допусками. При этом

154

на ранней стадии производства обнаруживают возникшие де­ фекты.

Данные, полученные на основании подробного анализа дефек­ тов, позволяют автоматизировать контроль производства инте­ гральных схем при помощи простых измерений и обеспечивают внесение необходимых изменений в процесс производства до того, как будут выпущены дефектные изделия. Для обеспечения задан­ ного качества схемы важно своевременно распознать и выбрако­ вывать дефектные элементы.

При оптимальном методе испытаний должны быть созданы пол­ ностью автоматизированные системы контроля, соединенные с от­ дельными стадиями производственного процесса и обеспечиваю­ щие контроль качества отдельных элементов до их соединения в единую интегрированную схему, когда устранить возникшие дефекты уже нельзя. Своевременная выбраковка дефектных эле­ ментов гарантирует повышение надежности и дает более высокие производственные результаты.

Испытательное и измерительное оборудование, используемое изготовителями элементов автоматики, представляет собой дорогие и сложные устройства, которые должны обслуживаться высоко­ квалифицированными специалистами.

В США в настоящее время разработано значительное коли­ чество типов испытательного оборудования, с помощью которого возможна частичная и полная автоматизация процесса испытаний.

Значительное распространение находят испытательные устрой­ ства с программным управлением и использованием вычислитель­ ных машин. Так, например, в одной испытательной системе [44] программы для испытаний записываются на сменных магнитных дисках. На каждой стороне диска записаны программы 100 испы­ таний. Все необходимые параметры для испытаний: уровни сме­ щения, пределы, диапазоны, количество и типы испытаний уста­ навливаются с помощью цифровых переключателей. Новые про­ граммы могут вводиться вручную за время около 15 с с установкой необходимых команд.

Используются также испытательные устройства с управлением от вычислительных машин. С помощью этих устройств может осу­ ществляться испытание быстродействующих цифровых схем с про­ ведением около 60 тыс. испытаний в секунду и от 50 до нескольких тысяч испытаний одной схемы.

Имеется специальная испытательная аппаратура, в которой управляющее устройство, в зависимости от величины измеренных параметров схемы, может перестроиться на программу испытаний, соответствующих более высоким или более низким требованиям к схеме. В этой системе управляющее устройство увеличивает с малыми приращениями амплитуду сигнала генераторов от наинизшего возможного уровня до тех пор, пока выходной уровень не достигнет заданного предела, и при этом автоматически вычисляет коэффициент усиления.

155