Прежде всего, кому предназначены эти подходы? Вряд ли они требуются многочисленной аудитории любителей электроники, пользователей телевизоров и компьютеров. Маловероятно, что большой интерес проявят и производители этих самых телевизоров и компьютеров. Хотя им следовало бы знать о том, что бывает и, несмотря на их неведение, их напрямую касается.
В ком я уверен и для кого, в первую очередь, пишу - так это производители электронной техники специального назначения. Под техникой специального назначения понимается не только военная техника. Хотя и она тоже, но о ней говорить не будем.
Техники специального назначения хватает и в мирных областях. Мои друзья рассказывали мне такую байку. При работах на Чернобыльской АЭС после известных событий, в горячей зоне надо было что?то сделать. А зона настолько горячая, что человека туда нельзя было послать даже в тех условиях. В одной конторе на скорую руку соорудили робот?автомат, по внешнему виду больше похожий на трехколесный велосипед. Испытали, привезли. Через шахту спустили в преддверие этой самой горячей зоны, куда он должен был приехать сам и что-то там сделать. К сожалению, спуск прошел неудачно, - этот робот?автомат лег на бок. Ставили его на колеса около получаса. За это время он набрал такую дозу, что куда он поехал и что сделал, так и осталось невыясненным.
Конечно, это такой экстрим, что Бог даст, не повторится. Но знать, что творится в горячей зоне работающих в штатном режиме АЭС совсем не лишнее.
Или еще. Мало кто знает, хотя это и не секрет, что пилотируемые космические корабли летают на возможно низких орбитах высотой километров двести?триста. Чтобы минимизировать получаемую космонавтами дозу космического облучения. А на высоте 36 000 км, где годами летают спутники связи, можно нахватать такого…
О температурном режиме тоже можно было бы поведать, но тогда трудно было бы умолчать и о других воздействиях, а это не тема моей статьи.
Так вот, те, кто делают аппаратуру для ответственных и особенных целей, должны (вынуждены, обязаны) применять электронные компоненты, которые выдерживают все, что от них потребуется, и вообще имеют повышенную надежность. Соответствие критериям надежности проверяется в процессе испытаний электронных компонентов, а выявляется это посредством измерений (до и после каждого воздействия).
Теперь подходим к практическому вопросу: какие, как и в каком объёме ИМС подлежат измерению и какова должна быть в каждом случае совокупность измеряемых (тестируемых) параметров?
Для отечественных компонентов здесь вопроса нет - все написано в ТУ и ГОСТах, надо их просто честно исполнить и точка. Для иностранных микросхем никаких нормативных документов, как правило, нет (они, разумеется, есть, но недоступны). Data-sheet является некоторым аналогом РТМ и не содержит сведений, необходимых для измерений.. Содержащиеся в нем ограниченные справочные данные (типа нашего РТМ), предназначенны для тех, кто применяет ИМС, чтобы иметь представление, в каких режимах ИМС работает, и на что можно рассчитывать.
Хотя, казалось бы, чего измерять импортные ИМС? Западные производители должны делать на совесть. Они дело знают, не первый год по ISO работают. Конечно, в большей части случаев это так, но… Западные производители очень хорошо разбираются во всяких тонкостях. Если на импортную микросхему указано, что она работает в диапазоне температур 0…70 °C, то можно не сомневаться, что в этом диапазоне температур она работает. А если нужно +75? Увидите, не всякая и до +71 °C дотянет. А если, например, при -20 °C эта микросхема отказала, правильные люди скажут - “Покупайте те, для которых указано -20 °C”. А не продают! В этом случае измерения опять помогают - и найти, то, что нужно, и определить запасы, и прогнозировать надежность.
Какие ИМС измерять, таким образом, разобрались (все). Остались еще два вопроса. Как и в каком объёме. Вот эти-то вопросы главные и подлежат тщательному и внимательному рассмотрению.
Как уже сказано, для отечественных ИМС есть ТУ, в которых написано, что, когда, в каком объёме измерять или испытывать и критерии годности. Казалось бы все ясно. Но и здесь могут быть разнообразные нюансы.
Например, требуется промерить 16?ти разрядный ЦАП. По ОСТ 11.0078. Какие вопросы? Вот только в ОСТе написано, что для измерения 16?ти разрядного ЦАП требуется вольтметр с точностью не менее, чем в 4 раза лучшей измеряемой величины. Т.е. с точностью 18?ти двоичных разрядов или с погрешностью не хуже 0.00038%.
Для таких точностей применяют не проценты, а другие единицы - ppm (одна миллионная доля). 1%=10 000 ppm. А то в нулях процентов запутаться легко. В такой записи потребная точность вольтметра равна 3,8 ppm. Мало того, что эта цифра находится на пределе (даже за пределами для отечественных приборов) возможности, так еще и измерения с такой точностью идут довольно долго. Например, одну секунду. А по ОСТу надо пройтись по всем кодовым точкам ЦАПа. Итого 65535 с = 18,2 час, или почти сутки (или три рабочих смены) на одну микросхему.
Для импортных ИМС не у кого спросить - что, как и в каком объёме измерять. Это коммерческая тайна производителя. DataSheet (из которого большинство читает только то, что написано в левом верхнем углу) - это исходные данные для написания ТУ. А писать ТУ - необходимо на всякую ИМС, подлежащую аттестации. Ибо только так можно понять и согласовать что, как и в каком объёме измерять.
Вроде наступает ясность и с вопросами как и в каком объёме измерять ИМС. Надо взять ТУ - а там все написано. А если ТУ нет, то их надо написать. И возникает новый вопрос - а как написать ТУ? Подход к этому тоже понятен - в ГОСТах и ОСТах нормируются и порядок, и методы измерений, на которых зиждется разработка любого ТУ. Всего-то и надо - профинансировать ОКР, разработать ТЗ, провести испытания опытной партии и, исходя из требований ТЗ, а также по результатам испытаний, написать ТУ.
Спускаемся на ступень ниже. Допустим, деньги есть, микросхемы есть и интеллект тоже есть. Надо найти подход к написанию ТЗ (для проведения ОКР). Степень неопределенности возрастает. Конечно, в ГОСТах и ОСТах написано, какие разделы должны быть отражены в ТЗ и изложены основные требования к содержанию этих разделов. Но вот конкретные технические данные надо написать самостоятельно. И это не просто. Например, бездумно их писать на основе DataSheet - категорически неправильно и опасно. Можно загнать себя в такой тупик, выход из которого будет очень дорого стоить. Но других исходных данных на импортные ИМС нет. Поэтому рассмотрим подход к препарированию DataSheet в ТЗ.
Для примера возьмем два изделия фирма “Analog Device” AD9042 и AD9224 , - сходные по своим параметрам АЦП - и попробуем для начала составить перечень параметров, подлежащих включению в ТЗ для ИМС AD9042. Имеется 2 разновидности AD9042 - AST и AD. Вроде, они отличаются только одной строчкой DataSheet, и то не очень сильно. В одном случае (AST) - указаны предельные значения DNL при комнатной температуре и типовое значение во всем диапазоне температур, а во втором (AD) указаны предельные значения DNL и при комнатной и при предельной температуре. Интересно, что цена этих изделий составляет соответственно $40.25 и $225 (см. Digi-Key). О INL в полном температурном диапазоне (всего-то 85 °C) речь не идет не в первом, ни во втором случае.
Смотрим в DataSheet. Первый параметр - “Resolution” (разрядность). Вроде бы не худо включить в ТЗ. Но к чему это приводит? Если мы его впишем в ТЗ, то это надо будет проверять. А как? Либо найти в ГОСТах, ОСТах метод измерения этого параметра, либо расписать собственный метод. При этом то, что AD9042 - это 12-ти разрядный АЦП можно бы поверить фирме Analog Device. Я бы параметр “Resolution” в ТЗ не включал ввиду его неинформативности, и наличии вреда в виде дополнительных измерений (этот параметр скорее конструктивный).
Далее группа параметров “DC accuracy” (точность на постоянном токе). Важнейшая группа параметров, безусловно, подлежащая включению в ТЗ. Однако тут тоже скрываются некоторые “но”. Рассмотрим эту группу параметров внимательно на примере двух параметров из неё - “Offset Error” и “Offset Tempco”. Для обоих параметров в графе “Temp” (температурный диапазон) указано “Full” - полный. И, если не подходить к составлению списка параметров ТЗ очень тщательно и внимательно, можно в своём ТЗ с ходу тоже записать полный температурный диапазон. И получить необходимость всегда мерить эти параметры еще и при, по крайней мере, трех температурах. А у фирмы AD в этом DataSheet есть еще графа “Test Level” (глубина проверки). И только на 4-ой странице в уголке есть табличка:
где объясняется, что на самом деле параметр “Offset Error” измеряется на всех микросхемах только в нормальных условиях и только на небольшой выборке этот параметр поверяется при крайних значениях температур. А для параметра “Offset Tempco” вообще приводится только типовое значение. Возникает вопрос, а стоит ли нам быть святее Папы Римского и мерить все подряд, даже то, что сама фирма-изготовитель не меряет? Однозначного ответа на этот вопрос нет. И в каждом конкретном случае решать этот вопрос следует крепко подумавши, исходя из степени ответственности предполагаемого применения микросхем, имеющихся ресурсов, сложности измерений и цены, какую придется заплатить за измерения и за проблемы, возникающие как в случае проведения измерений, так и в случае отказа от них. Кроме того, при решении этого вопроса следует учесть следующие моменты. Во-первых, в соответствии с ГОСТами и ОСТами, типовое значение параметра определяется в ходе ОКР путем проверки этого параметра на установочной партии. Строится гистограмма распределения этого параметра по количеству ИМС и максимум этой гистограммы - и есть типовое значение параметра. Соответственно, включить такой параметр, для которого приведено только типовое значение в ТЗ на ОКР можно. Только не в раздел основных (сдаточных) параметров, а в список параметров, подлежащих включению в раздел “Справочные данные” ТУ. И можно даже оговорить в ТЗ, проводить перепроверку фирменных данных, или просто поверить фирме-изготовителю. Вопросы ответственности в данном случае целиком лежат на том, кто эту ИМС применил, поскольку никаких гарантий на реальное значение этого параметра никто не даст. Во-вторых. Если следовать логике фирмы-изготовителя и для какого-то параметра назначать выборочный контроль, то в этом случае необходимо прописать конкретные объёмы выборок.
Короче, для ИМС AD9042 я бы в отсутствие специальных указаний на повышенную ответственность применения выбрал бы следующий список параметров для измерений:
- “DC Accuracy”:
“Offset Error”
“Gain Error” - “Encode Input”:
“Logic “1” Current”
“Logic “0” Current” - “Digital Outputs”:
“Logic “1” Voltage”
“Logic “0” Voltage” - “Power Supply”:
“Icc (Total) Supply Current” - “Differential Nonlinearity (ENCODE=41MSPS)”
- “Integral Nonlinearity (ENCODE=41MSPS)”
с измерением всех параметров только в нормальных условиях и нормами разбраковки, взятыми из DataSheet. Исключение на нормы разбраковки составил бы последний параметр. О нем и о предыдущем параметре следует сказать особо.
В фирменном DataSheet оговорены следующие параметры, характеризующие точность этого АЦП, которые контролируются на каждом образце):
- SNR (signal-to-noise ratio - отношение сигнал/шум)
- SINAD (signal-to-noise and distortion ratio - отношение сигнал/(шум+искажения))
- Worst Spur (отношение полезной гармоники к наихудшей паразитной)
- Differential Nonlinearity (ENCODE=20MSPS) (дифференциальная нелинейность при выборке с частотой 20 мегавыборок в секунду).
Почему же предложена совсем другая система параметров точности? Потому что в существующем у нас ОСТе описаны методы измерения именно предложенных параметров. А, поскольку, параметры точности, измеряемые на максимальной частоте, отвергнуты, то предложенные параметры требуется измерять на максимальной частоте. Такой ответ, хотя и вызывает некоторое понимание, оставляет немало вопросов. Правомерна ли такая замена? Если да, то почему у них так, а у нас эдак? Какая система параметров предпочтительна?
Итак, правомерно ли? Правомерно, коли речь идет о характеристики линейности преобразования. И ненулевая интегральная нелинейность, и искажения, и паразитные гармоники порождаются нелинейностью передаточной характеристики АЦП (и ЦАПа тоже). И в этом смысле эти параметры взаимосвязаны и могут применяться в любом наборе. Что касается параметра SNR, то интегральная нелинейность его не характеризует. И, если предполагаемое применение данного образца АЦП, предъявляет жесткие требования по шуму, а само применение крайне ответственно, то промерить какой-либо параметр, эквивалентный параметру SNR необходимо. В остальных случаях вполне можно поверить фирме-производителю.
Ну а почему у нас так, а у них эдак? Ну, потому, что когда почти четверть века назад у нас писали методы измерений параметров АЦП и ЦАП параметры SNR, SINAD и Worst Spur были еще не актуальны. А потом никто ничего не хотел исправлять - больно волокитно, да и перестройка и то, что было за ней, помогли. А вообще-то все эти параметры имеют право на жизнь. Вот только какой в каком случае применять - это следует обдумать. А еще лучше не только обдумать, но и утвердить в качестве стандартизованных параметров и методов измерений к ним.
Пример с микросхемой AD9042 можно считать рассмотренным. И достаточно полно и наглядно. Зачем к рассмотрению предложена еще одна, практически такая же микросхема? А затем, чтобы показать, что информация о степени тестирования, изложенная в DataSheet это не правило, а, скорее, исключение. И определять, какие параметры фирма-изготовитель измеряет на всех образцах, а какие - только на выборке, какие во всем температурном диапазоне, а какие только при нормальной температуре, надо по наитию, имея некоторые паранормальные способности в электронике.
А для ИС AD9224 я бы предложил следующую систему параметров при аттестации:
- “Accuracy” (все параметры за исключением “No Missing Codes Guaranteed”)
- “Power Supply Rejection”
- “Internal Voltage Reference”:
“Output Voltage (1V mode)” 1000±17 mV
“Output Voltage (2V mode)” 2000±35 mV
“Load Regulation” <3.4 mV (Iload=1mA) - “Power Supply”:
“IAVDD”
“IDRVDD”
Все параметры в температурном диапазоне в соответствии с DataSheet.
А теперь наверно надо совершить непосредственный подход к разработке измерения какой-нибудь микросхемы. Есть предложение начать с ADG608. Почему? Ведь все предыдущие рассуждения относились к АЦП. Начинать разборки с адаптерами с такого сложного в измерениях изделия, как АЦП не хочется. Вроде бы логично начать с ЛА3, но тут уж все слишком просто, поэтому и предложено начать с аналогового ключа - и не очень сложно, но и есть о чём поговорить.
Для начала составим список параметров, подлежащих измерениям:
- Ron - сопротивление в открытом состоянии
- Is - токи утечки закрытого и открытого канала
- Iin - входные токи цифровых входов
- Idd, Iss - токи потребления по каждому питанию.
Измерения динамических параметров не включены в этот список вслед за фирмой-изготовителем, которая гарантирует выполнение этих параметров качеством разработки.
Измерения предлагается проводить при нормальной температуре при двух напряжения питания: ±5В и +3В. Сопротивление ключа в открытом состоянии измерять при трех значениях напряжения на ключе относительно общего провода. Нормы разбраковки взять из DataSheet для каждого условия измерения.
В DataSheet на эту микросхему приведены и схемы методик измерения соответствующих параметров, (слава этому DataSheet`у!) так что задача несколько облегчается. Остается только разработать оснастку, подобрать измерительные приборы и можно мерить. В качестве комплекта измерительных приборов предлагается взять автоматизированную установку “Тестер БИС Formula 2К”. Данная установка позволяет провести измерение всех перечисленных выше параметров. Для проведения измерения большинства параметров из вышеприведенного списка достаточно подключить все цифровые входы и аналоговые входы-выходы измеряемой микросхемы на измерительные каналы тестера “Formula 2К”, и подать на измеряемую микросхему питание с измерительных источников тестера. Исключение составит измерение тока утечки канала в открытом состоянии, для измерения которого потребуются дополнительные детали.
Принципиальная схема оснастки для измерения параметров ИС ADG608 приведена на рисунке:
Рис. 1. Принципиальная схема оснастки для измерения параметров ИС ADG608
Если при изготовлении оснастки учесть требования, предъявляемые возможностью помещения измеряемой микросхемы в термокамеру, то можно обеспечить проведение измерений параметров в температурном диапазоне.
Далее, на мой взгляд, следует провести подход к методам измерения перечисленных параметров и их реализации на предложенном оборудовании.
Начать наверно можно с простого (на первый взгляд) параметра - с тока потребления.
В ГОСТ 19799?74 изложен один из методов его измерения - Метод 2570.
Посмотрим, как этот метод можно реализовать на Тестере "Formula 2К". Самый простой вариант - подключить внутренний АЦП блока статических измерений к измерительному источнику и измерить протекающий ток. Такой подход работает, если ток потребления ИС заметно превосходит аддитивную составляющую погрешности измерительной цепи источника. В данном случае это не так. Чтобы промерить столь малый ток потребления необходимо воспользоваться измерителем статических параметров - DCM. Сделать это можно двумя способами.
Можно подключить DCM вместо источника питания, по которому необходимо произвести измерение потребления, произвести установку всех необходимых режимов, измерить ток потребления, выбрав такой диапазон тока ограничения, который обеспечит наилучшую погрешность измерения, снять входные воздействия, а затем снять питание и отключив ИС от источников и DCM, продолжить измерение остальных параметров.
А можно, в процессе проведения измерений установить требуемый для измерения тока потребления режим на DCM, подключить его параллельно измерительному источнику, по которому требуется измерить потребление, затем отключить измерительный источник, произвести измерение тока, протекающего через DCM, подключить на свое место измерительный источник, и, после отключения DCM, продолжить измерения.
Разница между предложенными способами невелика, но в некоторых случаях очень важна. Во втором варианте в процессе коммутаций DCM на измерительный источник и обратно возможно возникновение кратковременных колебательных переходных процессов, уравнивающих потенциалы на двух источниках напряжения. Однако сам процесс измерения тока потребления занимает заметно меньше времени. Если такие переходные процессы некритичны, то этот вариант предпочтителен. Если же допускается только плавный переход от одного напряжения к другому, то необходимо использовать первый вариант. К “неженкам” в первую очередь относятся ИС, изготовленные по технологии “Кремний?на?Сапфире” (КНС). Классический КМОП, а тем более, биполярные технологии (ТТЛ, ТТЛШ, большинство ОУ и компараторов) в чувствительности к таким переходным процессам замечены не были.
После такого описания простого на первый взгляд параметра, становится ясно, что простых параметров не бывает и можно перейти к более сложному - входной ток цифровых входов.
И опять есть несколько вариантов проведения измерений. Для начала самый правильный (и, понятное дело, самый сложный).
В соответствии с требованиями ОСТ при измерении входного тока низкого уровня надо на все входы, кроме измеряемого, подать высокий уровень, а на измеряемый - низкий и проверить ток, протекающий через задатчик входного сигнала. Входные сигналы можно подавать с драйверов - с устройств, обеспечивающих подачу входных сигналов при проведении функционального контроля (ФК). Для реализации такого способа подачи необходимо подготовить участок тестовой последовательности (ТП) ФК, реализующий бегущий 0 (или 1 для входного тока высокого уровня). Продвигая “0” по всем входам с помощью потактового выполнения ТП и поочередно подключая ко входу вместо драйвера DCM можно промерить все входные токи.
Вроде все ясно. Но если вдуматься, то вопросов возникает довольно много. Во-первых. Как подключать ко входу вместо драйвера DCM? Вариант первый. Отключить драйвер, затем подключить DCM. Вариант второй. Подключить к выводу ИС DCM, не отключая драйвер, а затем отключить драйвер. Обратную коммутацию проводить в обратном порядке в обоих вариантах соответственно. Недостаток первого варианта очевиден, на время пока драйвер отключен, а DCM еще не подключен, вывод болтается в воздухе. В этом нет ничего страшного для ТТЛ ИС, но совершенно не допустимо для КМОП ИС. У второго способа тоже есть недостаток. При коммутации одного источника напряжения (драйвер) параллельно с другим (DCM), поскольку точно выровнять напряжения на них нельзя, возникают переходные процессы, связанные с ограничением тока в одном из них. Этот недостаток, однако, не такой страшный, поскольку выходное сопротивление драйверов (50 Ом) достаточно большое, чтобы при правильно подобранных параметрах DCM свести переходные процессы при коммутации к минимуму. Однако сразу вылезает другая сторона этого недостатка: правильно подобрать параметры DCM для коммутации совсем не просто, а в некоторых случаях и вообще невозможно.
Но здесь есть и еще один вопрос, связанный с методом измерений. Все хорошо, пока измеряются безусловные входы. Однако, если выводы ИС двунаправленные, то все может усложниться, ибо подача на вход бегущего “0” (“1”), означает подачу на входы ИС различных кодовых комбинаций, и как отреагирует на такое издевательство сама ИС, требуется дополнительно изучать. А если входы перестанут быть входами и станут выходами? В этом случае ТП должна быть посложней, а именно, между каждым тактом бегущего “0” должна быть ТП, устанавливающая на этих выводах состояние входов. Во всяком случае, упускать это обстоятельство из вида нельзя.
Выше было отмечено, что организация бегущего “0” не единственно возможный способ. Можно использовать ТП только для установки всех “1” на входах, а бегущий “0” организовать с помощью подключаемого DCM. Или даже вовсе не использовать ТП, а все “1” подать с помощью команды установки слова на драйверах. Разница между этими двумя последними вариантами невелика и объясняется необходимостью предварительно выполненной ТП для схем с памятью состояний или отсутствием такой необходимости для простых ИС с безусловными входами. Достоинство этого метода в простоте реализации, недостаток - в наличии переходных процессов и ненормированном фронте входного сигнала, формируемого с помощью DCM. Подключение DCM к выводу ИС опять же может быть с обрывом сигнала, когда вход ИС какое-то время висит в воздухе и безобрывным. Однако этот метод проще и поэтому именно такой метод в безобрывном варианте реализован в методах табличного редактора, причем возможно как использование подготовительной ТП, так и отсутствие таковой. Опробование этого метода показало, что для большинства ИС простой логики, таких как стандартный КМОП и ТТЛ, проблем не возникает. Этот опыт, однако, не гарантирует успехов в особых случаях например ИС КМОП КНС или сложных микропроцессоров.
Ну а в данном конкретном случае (ИС ADG608) я бы воспользовался самым простым безобрывным методом без ТП.
Далее для рассматриваемой ИС идут параметры утечки закрытого и открытого канала. Утечки закрытого канала по сути ничем не отличаются от входных токов цифровых входов, разве что ОСТовские методы применять к этим токам надо поняв, как организовывать бегущий “0” (“1”). Измерение тока утечки открытого канала несколько отличается от простого измерения входного тока и будет подробно рассмотрено позднее.
Следует помянуть, что для цифровых ИС необходимо проверить еще несколько параметров: выходное напряжение (низкого и высокого уровня), максимальный выходной ток и пороги входных напряжений. Параметры расположены в порядке частоты встречи. Выходные уровни - обязательно, входные пороги - почти никогда. Все изложенное по поводу измерения входных токов почти в полной мере относится и к перечисленным параметрам. Разве что обрывный метод коммутации при измерении выходных уровней не только допустим, но и предпочтителен.
Не описанными остались временные параметры и функциональный контроль, ну да об этом в другой раз.
А сейчас о токе утечки открытого канала ИС ADG608. Как уже отмечалось выше в DataSheet на эту ИС приведены методы измерения параметров, что выгодно отличает данный DataSheet от многих других. Вот какие данные там приведены по поводу измерения тока утечки открытого канала:
На первый взгляд все ясно. Но только на первый. Если внимательно и вдумчиво рассмотреть эту схему, то станет ясно, что Vs должен быть равен VD с очень высокой точностью (с точностью до нескольких микровольт), т.е. это должен быть один и тот же источник. Но, к сожалению, в тестере “Formula 2К” не предусмотрена возможность подать напряжение от какого-нибудь источника (в том числе и DCM) к двум нагрузкам, а мерить протекающий ток только по одной нагрузке. Эта ситуация прекрасный пример того, как можно с помощью измерительного адаптера обеспечить измерение параметров методом, не заложенным в возможности тестера. Для измерения тока утечки открытого канала необходимо провести следующие действия (нумерация элементов дана в соответствии с Рис. 1):
- Подать на каналы 1…4 нулевой уровень от драйверов.
- Подать питание на измеряемую ИС от VCC и VEE.
- Подать питание на измеряемую ИС от VCC и VEE.
- Подать на канал 1 от драйвера уровень +2.4 В, воспользовавшись дополнительной парой уровней драйвера.
- С помощью команд “Connect pin-to-pin” и “Connect pin to drivers” с одного из драйверов подать требуемый уровень на каналы 5…12 и 14 тестера.
- Подключить DCM к VCD.
- Произвести замер напряжения на DCM.
- Установить нулевое напряжение на всех каналах тестера.
- Отключить источники питания и DCM.
- Отключить все каналы тестера.
- Вычислить искомое значение тока утечки открытого канала:
ID(ON)[мкА]=V(DCM)[В]/KU,
Где ID(ON)[мкА] - измеренное значение тока утечки,
V(DCM)[В] - напряжение, измеренное DCM,
KU - коэффициент усиления дифференциального усилителя U2.
Из описанной процедуры ясно, почему выход дифференциального усилителя подключен к источнику VCD - вовсе не для того, чтобы подать питание на выход, а для того, чтобы исключить конфликт, возникающий при подаче двух разных сигналов по одному проводу. Необходимо объединить все каналы с помощью общей шины платы PIN на один драйвер для подачи входного воздействия. И, если воспользоваться каналом, по той же шине платы PIN подать сигнал с выхода дифференциального усилителя на измерительную шину тестера. Можно, правда, воспользоваться каналом дополнительной платы PIN, в этом случае конфликта тоже не будет, но в этом случае требуется привлечение дополнительного оборудования, а это не есть красиво.
Не рассмотренным остался один параметр - Ron.
Как и со всеми остальными параметрами, с этим параметром тоже есть не сразу заметные вопросы. Казалось бы чего такого - померить величину резистора. Берем источник тока, запускаем этот ток в измеряемый резистор, меряем падение напряжения, делим одно на другое - и готово. Но беда в том, что сопротивление открытого ключа КМОП схемы - штука весьма нелинейная, да еще по многим параметрам. Поэтому измерять ее надо в нескольких режимах, да аккуратно. И вот задача: на одном конце резистора вольт эдак 5, на другом - милливольт на 30 меньше, а подвешенного вольтметра нет, т.е. можно измерять только напряжение относительно общего провода. По общепринятым метрологическим нормам погрешность разности двух измерений равна сумме погрешностей каждого измерения. Если погрешность нашего вольтметра составляет около 1% (а это весьма неплохо), то погрешность разности в 30 мВ между двумя замерами напряжений около 5 В составит порядка 100 мВ, т.е. такие измерения несостоятельны. Можно, конечно, поступить как и с предыдущим параметром, а именно добавить еще один дифференциальный усилитель и мерить падение напряжения на открытом ключе с его помощью. Можно и ничего страшного. Но при использовании Тестера “Formula 2К” можно поступить и по-другому. Для некоторых (наиболее важных) диапазонов DCM введена еще одна составляющая погрешности (помимо аддитивной и мультипликативной) - погрешность интегральной нелинейности. Общепринятый параметр для АЦП и ЦАП, но в метрологии почему-то практически не применяется. Данная составляющая погрешности указывает, насколько результаты всех измерений данным прибором отличаются от идеальной прямой. Если рассмотреть идеализированный вольтметр с нулевой интегральной нелинейностью, то все измерения такого вольтметра будут описаны идеальной прямой типа:
U=AV+B, где
V - измеряемое напряжение,
U - показание вольтметра,
а А и В - некоторые коэффициенты.
За счет того, что вот эти самые А и В известны не совсем точно, каждое отдельное измерение имеет некоторую погрешность, но, поскольку известно что интегральная нелинейность равна нулю, то для всех замеров эти А и В постоянны, и, следовательно, погрешность разности будет содержать только мультипликативную составляющую, определяемую погрешностью величины А. Если же погрешность интегральной нелинейности отлична от нуля, то погрешность разности будет содержать не только мультипликативную составляющую, но и некоторую аддитивную составляющую, которая с очевидностью равна погрешности интегральной нелинейности.
В данном случае-примере (ADG608) погрешность измерения падения напряжения на открытом ключе составит менее 3 мВ, что вполне приемлемо. А это значит, что никаких дополнительных телодвижений кроме замеров с помощью DCM поданного от драйвера напряжения на один вывод открытого ключа и образовавшегося потенциала на другом выводе того же ключа (на DCM должен быть установлен один и тот же ток ограничения) делать не надо.
Полный текст измерительной программы для измерения параметров этой микросхемы в данной статье не приводится по двум причинам. Во-первых, это коммерческий продукт. А во-вторых, здесь приведено столько поясняющей информации, что любой инженер-электронщик, как следует изучивший документацию на Тестер "Formula 2К”, сможет такую программу написать в своей излюбленной манере.
Чтобы окончательно разделаться с аналоговыми ключами рассмотрим как преобразовалась под присмотром представителей Заказчика система параметров ИС ADG408 (более высоковольтный, но более медленный старший собрат ИС ADG608) в систему параметров её аналога - ИС 590КН6. Ну всякие там токи утечки - это понятно. Только один нюанс. На закрытом канале ток утечки меряется при полном напряжении, да еще с 10%-ной надбавкой - это 33 В. При обеспечении этого измерения на Тестере "Formula 2К” тоже необходимо извращаться на адаптере. Ну да ладно. А вот ток утечки открытого канала - отсутствует. Наверно при написании ТУ на ИС 590КН6 его откинули из-за трудности измерения.
Но это все цветочки. Ягодки же такие. Для ИС 590КН6 по ТУ не меряется сопротивление открытого ключа! Зато: меряется время включения (только!) и проводится нечто, именуемое функциональный контроль (ФК). Т.е. на определенной нагрузке проверяется появление/пропадание заданного входного сигнала. Все это следствие нежелания разрабатывать новое оборудование для непростых измерений, негибкого применения ГОСТов и ОСТов и нежелание представителя Заказчика вникнуть в DataSheet поглубже, а также нежелание ГК (главного конструктора разработки) зарабатывать себе лишнюю головную боль, убеждая представителя Заказчика, что ГОСТы и ОСТы и DataSheet, а также полнота производственного контроля и возможности оборудования - вещи взаимосвязанные и требующие творческого подхода и не всегда стандартных решений.
Например, что такое ФК все знают и всем все понятно, пока не копнешь поглубже. А вообще-то эта тема также заслуживает обсуждения и осмысления. Но как-нибудь при случае в другой раз.
Автор:form.ru