Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время наиболее перспективным направлением развития микроэлектроники является разработка и выпуск аналого-цифровых устройств (АДУ) для различного применения в радиолокации, телевидении, системах обработки и передачи информации в диапазона частот до нескольких сотен мегагерц. .
Одной из наиболее сложных задач при выпуске интегральных схем является контроль их параметров, которые обычно разделяют на статические, определяемые при воздействии медленно-изменяющихся тестовых сигналов и динамические, определяемые при воздействии синусоидальных сигналов с.частотой до нескольких сотен мегагерц и в виде перепада напряжения. Существуют стандартные методы и аппаратура, которые могут быть использованы для оценки динамических параметров (ДП) по синусоидальному сигналу. В то же время, оценка динамических параметров по тестовому сигналу в виде перепада напряжения встречает определенные трудности из-за отсутствия установившихся методик и стандартной аппаратуры. Это связано, в первую очередь, с высокой требуемой точностью определения переходной характеристики (0,01-0,02%) и малыми интервалами переходного процесса (до 30 не) для наиболее быстродействующих аналого-цифровых устройств, выпускаемых ведущими фирмами США, Германии, Японии.
Цель работы: разработать методы и создать измерительную аппа-#
ратуру для автоматизированного измерения динамических параметров
сверхбыстродействующих интегральных аналого-цифровых устройств в
частотном диапазоне до 350 МГц. * '
В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:
1. Разработать методы и исследовать устройства предназначенные
для оценки динамических характеристик сверхбыстродействующих
аналого-цифровых устройств.
2. Реализовать предложенные методы и устройства, и провести из
мерение динамических характеристик ряда, выпускаемых ведущими
фирмами США, сверхбыстродействующих аналого-цифровых уст
ройств.
3. Оценить основные источники погрешностей экспериментальной
установки, раьрабогать алгоритмы и программы для учета систе
матических и случайных погрешностей и повышения чувствитель
ности аппаратуры.
-2-Научная новизна работы определяется новизной положенных в ее основу технических решений по оценке динамических параметров аналого-цифровых устройств в частотном диапазоне до 350 МГц, а именно:
-
Предложен усовершенствованный компараторно-интеграторный метод, отличающийся повышенной чувствительностью, за счет примененного алгоритма измерения, состоящего из двух этапов: грубого и точного измерения, причем на этапе грубого измерения постоянная интегрирования уменьшается в сотни раз, а на этапе точного измерения применяется дифференциальный метод и медианное усреднение. Таким образом удалось на порядок уменьшить время измерения и повысить чувствительность до 40-50 мхВ.
-
Впервые проанализированы погрешности компаратора в компара-торно-интеграторной схеме, возникающие при условии малой величины перевозбуждения, при работе с высокочастотным сигна- -лом, в результате чего созданы схемные решения для устранения погрешности компаратора, вызванные его гистерезисом.
-
Впервые установлена на основе экспериментальных данных связь между скоростью изменения выходного сигнала устройства выборки и хранения (УВХ) при переходе от выборки к хранению и началом размыкания ключа УВХ (начало отсчета режима хранения). В результате чего предложена новая методика измерения времени установления выходного сигнала УВХ при переходе от выборки к хранению.
Практическая значимость работы. Разработанные в диссертации методы и аппаратура нашли применение в тестерах динамических параметров аналого-цифровых устройств и использованы в Минском научно-исследовательском приборостроительном институте и НПО "Интеграл". Эти результаты будут также использованы в других разработках для оценки динамических характеристик вновь разрабатываемых микросхем и выпускаемых серийно на предприятиях РБ и других стран СНГ. На защиту выносятся следующие основные положения: 1) Усовершенствованный компараторно-интеграторный метод измерения переходной характеристики за счет разделения процесса измерения на грубую и точную фазу измерения, использования переменной постоянной интегрирования и включения делителя напряжения в петлю обратной связи, что позволяет
уменьшить в десять раз время измерения и повысить на порядок чувствительность метода.
-
Принципиальная схема отключения выходного каскада компаратора, что исключает гистерезис и позволяет увеличить чувствительность схемы при сохранении быстродействия.
-
Методика оценки времени установления-УЕХ при переходе от выборки к хранению, при отсутствии информации об эффективном апертуркоы времени, - путем нахождения точек перегиба
. на выходном. сигнале, что существенно упрощает процедуру измерения и уменьшает суммарную погрешность измерения.
4) Принципиальная схема и конструкция генератора тестовых
сигналов, которая позволяет получить время установления с
погрешностью О,02% порядка 11 не, скорость нарастания - 2
В/нс, время нарастания ~ 0,9 не.
5) Методики, алгоритмы и программы, определения нелинейности
временной шкалы преобразователя, что позволяет в 2-3 раза
уменьшить погрешности измерения,
6) Результаты измерения параметров быстродействующих УЕХ
AD9100, СУ CLC400 И AD9617.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной Научной Конференции по метрологии, проведенной в г. Минске (Стайки) в сентябре 1992 г., и на международной Научно-Практической Конференции "Метрология-94", проведенной в г. Минске в 1994 г., а также на научных семинарах кафедры ядерной физики и электроники Белгосунивер-ситета.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включая 65 наименований. Объем диссертации 84 страниц основного текста, рисунки и таблицы на 54 страницах, литература на 5 страницах.