Устройство для регистрации вольт-фарадных характеристик
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для контроля качества полупроводниковых структур при производстве интегральных микросхем. Цель изобретения - повышение точности. В устройство, содержащее генератор 1 синусоидального напряжения, блок 2 обработки, сумматор 9, источник 10 напряжения смещения, графопостроитель 11, резисторы 12 и 13, образцовый конденсатор 16 и избирательный усилитель 17, введены операционный усилитель 14 и загружающий фильтр 15, что позволяет сформировать через первый резистор 12 цепь отрицательной обратной связи каскада, состоящего из второго резистора 13, операционного усилителя 14 и заграждающего фильтра 15, при этом потенциал точки соединения первого вывода первого резистора 12 и второй клеммы для подключения измеряемого объекта 18 становится равным нулю, что обеспечивает соответствие между напряжением на выходе сумматора 9 и действительным падением напряжения смещения на измеряемом объекте 18. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 31/26 27/26
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4727781/25 (22) 04.08.89 (46) 30,08.91. Бюл. М 32 (71) Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт средств контроля электронной аппаратуры и изделий электронной техники "Контрольприбор" (72) В.Ф.Рыжов, В.И.Рябинин и А.А.Чумаков (53) 621.383(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 658508, кл. 6 01 и 31/26, 1979.
Авторское свидетельство СССР
hL 1269060, кл. 6 01 Я 31/26, 1986.
»!Ж 1674016 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ
ВОЛЬТ-ФАРАДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК (57) Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для контроля качества полупроводниковых структур при производстве интегральных микросхем. Цель изобретения — повышение точности. В устройство, содержащее генератор 1 синусоидального напряжения, блок 2 обработки, сумматор 9, источник 10 напряжения смещения, графопостроитель 11, резисторы 12 и 13, образцовый конденсатор 16 и избирательный
1674016 усилитель 17, введены операционный усилитель 14 и загруждающий фильтр °
15, что позволяет сформировать через первый резистор 12 цепь отрицательной обратной связи каскада, состоящего иэ 5 второго резистора 13, операционного усилителя 14 и эаграждающего фильтра
15, при этом потенциал точки соединеИзобретение относится к области 15 электронной техни .и и может быть использовано для контроля качества полупроводниковых структур при производстве интегральных микросхем.
Целью изобретения является повыше- 20 ние точности.
На чертеже представлена функциональная схема устройства для регистрации вольт-фарадных характеристик.
Схема содержит генератор 1 синусои- 25 . дального напряжения, блок 2 обработки, состоящий из первого и второго фазосдвигающих элементов 3 и 4, переключателя 5, усилителя-ограничителя 6, фазочувствительного выпрямителя 7 и масштабирующе- 30 го элемента 8, сумматор 9, источник 10 напряжения смещения, графопостроитель
11, резисторы 12 и 13, сперационный усилитель 14, эаграждаюший фильтр 15, образцовый конденсатор 16, избирательный 35 усилитель 17 и общую шину (не обозначена).
Эквивалентная схема измеряемого объек та 18 представляет собой параллельно со единенные резистор 19 и конденсатор 20.
Выход генератора 1 синусоидального 40 напряжения соединен с первыми входами блока 2 обработки и сумматора 9. Источник
10 напряжения смещения соединен с вторым входом сумматора 9, выход которого подключен к горизонтальному входу гра- 45 фопостроителя 11 и к одной клемме для подключения измеряемого объекта 18. Избирательный усилитель 17 соединен выходом с вторым входом блока 2 обработки, выход которого соединен с вертикальным 50 входом графопостроителя 11. Образцовый конденсатор 16 подключен одним выводом к входу избирательного усилителя 17 и к другой клемме для подключения измеряемого объекта t8 и другим выводом — к выхо- 55 ду избирательного усилителя 17.и второму входу блока 2 обработки, выход которого соединен с вертикальным входом графопостроителя 11. Вход избирательного усилите.ля 17 подключен к первому выводу первого ния первого вывода первого резистора 12 и второй клеммы для подключения измеряемого объекта 18 становится равным нулю, что обеспечивает соответствие между напряжением на выходе сумматора 9 и действительным падением напряжения смещения на измеряемом объекте 18.
1 ил. резистора 12 и через второй резистор 13 к инвертирующему входу операционного усилителя 14, подсоединенного неинвертирующим входом к общей шине и выходом — к входу эаграждающего фильтра 15, выход которого соединен с вторым выводом первого резистора 12.
Первый фазосдвигающий элемент 3, вход которого является первым входом блока 2 обработки, подключен выходом к первому входу переключателя 5 и через второй фазосдвигающий элемент 4 к второму входу переключателя 5, выход которого подсоединен через усилитель-ограничитель 6 к первому входу фаэочувствительного выпрямителя 7, второй вход которого является вторым входом блока 2 обработки. Выход фазочувствительного выпрямителя 7 соединен с входом масштабирующего усилителя
8, выход которого является выходом блока 2 обработки.
Устройство для регистрации вольт-фарадных характеристик работает следующим образом.
К,.измеряемом у объекту 18 прикладывается через сумматор 9 сумма линейно изменяющегося напряжения смещения с выхода источника 10 и синусоидального тестового сигнала с выхода генератора 1 синусоидального напряжения. Операционный усилитель 14 с вторым резистором 13 на входе и заграждающий фильтр 15 охвачен общей отрицательной обратной связью через первый резистор 12. Поскольку неинвертирующий вход операционного усилителя 14 соединен с общей шиной, то напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 14 близко к его напряжению смещения. Учитывая, что через второй резистор 13 протекает только входной ток операционного усилителя 14, значение которого очень мало, напряжение на первом выводе первого резистора 12 также близко к нулю. Падение напряжения Uz на измеряемом объекте 18 равно
Uz- 0 - Ueu-i
1674016 где U — значение напряжения на выходе сумматора 9;
Uan-1 — значение напряжения на первом выводе первого резистора 12.
Поскольку эначение напряжения на первом 5 выводе первого резистора 12 близко к нулю, то действительное падание напряжения на измеряемом объекте 18 равно напряжению на выходе сумматора 9, фиксируемому графопостроителем 11. Второй 10 резистор 13 введен для разделения входа избирательного усилителя 17 и инвертирующего входа операционного усилителя 14.
Заграждающий фильтр 15 введен для подавления переменной составляющей сиг-. 15 нала, чтобы обратная связь по переменному току через первый резистор 12 не осуществлялась.
Выходное напряжение избирательного усилителя 17 равно 20
U11() э) = 1() о ) — U 3()co)
С»
)AC>R» (2) где U) С» — емкость измеряемого объекта 18; R» — сопротивление измеряемого объекта 18; Ct — емкость образцового конденсатора 30 16; 1 в — круговая частота синусоидального напряжения; 0щ а) — значение синусоидального напряжения (тестового сигнала) на выходе 35 сумматора 9. С выхода избирательного усилителя 17 сигнал, пропорциональный комплексной проводимости измеряемого объекта 18, поступает через второй вход блока 2 обра- 40 ботки на второй вход фазочувствительного выпрямителя 7. Синусоидальное напряжение с выхода генератора 1 через первый вход блока 2 обработки поступает на вход первого фазосдвигающего элемента 3. На- 45 пряжение с выхода первого фазосдвигающего элемента 3 через переключатель 5 поступает на вход усилителя-ограничителя 6. Опорное напряжение с выхода усилителяограничителя 6 поступает на первый вход 50 фазочувствительного выпрямителя 7. Каждый фазосдвигающий элемент (3 и 4) осуществляет сдвиг фазы синусоидального тестового сигнала на 90О, При измерении емкости Сх конденсатора 20 измеряемого 55 объекта 18 (при регистрации вольт-фарадной характеристики) на вход усилителяограничителя 6 через переключатель 5 поступает напряжение с выхода второго фэзосдвигающего элемента 4. Следовательно, фазовый сдвиг между тестовым сигналом нэ выходе генератора 1 синусоидального напряжения и опорным напряжением нэ первом входе фазочувствительного выпрямителя 7 составляет . 180, В этом случае фазочувствительный выпрямитель 7 выделяет на своем выходе напряжение, пропорциональное синфазной составляющей напряжения U>> на выходе избирательного усилителя 17, т.е. 0ны» В1 =01 — K, С» С1 (3) где О »ф4В1 — значение напряжения на выходе фазочувствительного выпрямителя 7; К вЂ” коэффициент передачи фазочувствительного выпрямителя 7. С выхода фазочувствительного выпрямителя 7 выпрямленное напряжение, пропорциональное емкости измеряемого объекта 18, поступает через масштабирующий элемент 8 на вертикальный вход графопостроителя 11. С помощью масштабирующего элемента 8 производят нормирование выходного сигнала фазочувствительного выпрямителя 7 на всех пределах и режимах работы, При измерении проводимости Gx измеряемого обьекта 18 (регистрации вольтсименской характеристики) на вход усилителя-ограничителя 6 через переключатель 5 поступает напряжение с выхода первого фазосдвигающего элемента 3. При этом фазовый сдвиг между тестовым сигналом нэ выходе генератора 1 синусоидального напряжения и опорным напряжением на первом входе фазочувствительного выпрямителя 7 составляет 90О. В этом случае фазочувствительный выпрямитель 7 выделяет на своем выходе напряжение, пропорциональное реактивной составляющей напряжения U<> на выходе избирательного усилителя 17, т.е. Овц» ) в = 01 — К. (4) Таким образом, в результате включения первого резистора 12 е цепь отрицательной обратной связи каскада, состоящего из второго резистора 13, операционного усилителя 14 и заграждающего фильтра 15, потенциал точки соединения первого вывода первого резистора 12 и второй клеммы для подключения измеряемого объекта 18 становится равным нулю, что обеспечивает соответствие между напряжением на выходе сумматора 9 и действительным падением на; 1674016 Составитель В.Костюхин Редактор О.Спесивых Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор M.Кучерявая, Заказ 2917 Тираж 415 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 пряжения смещения на измеряемом объекте 18 во всем диапазоне изменения напряжения смещения. При этом на горизонтальный вход графопостроителя 11 подается напряжение смещения с выхода сумматора 9, что исключает погрешность регистрации вольт-фарадной характеристики, вносимой сумматором 9. Максимальное отличие от нуля потенциала точки соединения первого вывода первого резистора 12 и второй клеммы для подключения измеряемого объекта 18 определяется следующим выражением: UB12 — 1 = lax14813+ Есм14 (5) где I»« — значение входного тока операционного усилителя 14; Ес.14 — НаПРЯжЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ ОПЕРаЦИонного усилителя 14; В1з — значение сопротивления 13. Для развязки входов избирательного усилителя 17 и операционного усилителя 14 достаточно обеспечить значение сопротивления" = f0 кОм. При использовании в качестве операционного усилителя 14 микросхемы К544УД1А имеем следующие значения величин, входящих в выражение (5); вх14 = 0,5 нА, е,м14 = 50 м В. Подставляя численные значения в выражение (5) имеем Бк12-1=05 10 10 "+50 10 =0,5 109 +05 10 (6) Иэ (6} видно, что составляющая выражения (5), вызванная наличие входного тока операционного усилителя 14, представляет собой величину второго порядка малости по сравнению с составляющей выражения (5), вызванной напряжением смещения (е<:м = =50 мВ), т,е. выражение (5) можно переписать: UR12-1 есм14. (7) Использование изобретения позволяет повысить точность регистрации вольт -фарадных характеристик измеряе5 мых объектов эа счет снижения абсолютной погрешности. Формула изобретения Устройство для регистрации вольт-фа10 радных характеристик, содержащее источник напряжения смещения, сумматор, избирательный усилитель, два резистора, блок обработки, грофопостроитель, образцовый конденсатор, общую шину и ге%ера15 тор синусоидального напряжения, выход которого соединен с первым входом блока обработки и первым входом сумматора, подключенного вторым входом к выходу источника напряжения смещения и выходом— 20 к одной клемме для подключения измеряемого объекта, другая клемма для подсоединения которого подсоединена к входу избирательного усилителя. к первому выводу первого резистора и через образцовый 25 конденсатор- к выходу избирательного усилителя и к, второму входу блока обработки, выход которого соединен с вертикальным входом графопостроителя, о.т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности, 30 оно снабжено последовательно соединенными операционным усилителем и заграждающим фильтром, выход которого соединен со вторым выводом первого резистора, первый вывод которого подключен 35 через второй резистор к инвертирующему входу операционного усилителя, подсоединенного неинвертирующим входом к общей шине, а выход сумматора соединен с горизонтальным входом графопостроителя.
