Измерение электрических параметров интегральных схем

Для логических интегральных цепей к техническим показателям относятся: быстродействие, потребляемая мощность, помехоустой­чивость и нагрузочная способность. Применение того или иного класса измерительной системы в радиоэлектронной аппаратуре связано со специфическими требованиями. Такими требованиями для цепей транзисторно­транзисторной логики (ТТЛ) являются: согласование входных характеристик при работе с устрой­ствами, с которых может сниматься сигнал с амплитудой больше логической единицы, например контроль характеристик, гарантирующий подавление помех, возникающих при работе цепей друг на друга.

Статическая помехоустойчивость. Помехоустойчивость логиче­ской цепи характеризуется нормальным напряжением, на которое можно изменить уровни на входе цепи, не вызывая изменения на­пряжения на ее выходе за пределы граничных значений логическо­го нуля или логической единицы. Это определение можно отнести и к совокупности логических цепей, если учесть минимальное и максимальное значения напряжений в соответствующих состояни­ях.

Допустимое напряжение статической помехи определяется по семействам передаточных характеристик Uвых  f(Uвх), полученным с учетом технологического разброса параметров элементов схем. При этом можно выделить помехоустойчивость по отношению к отпирающим помехам:

Анализ передаточных характеристик показывает, что при от­сутствии технологического разброса параметров элементов, влия­ния условий эксплуатации на пороговые напряжения логических цепей и зоны переключения на передаточной характеристике вы­полняется следующее условие:

Критерием оптимального выбора параметров и решением схемы логической цепи является максимальная помехоустойчивость по отношению к обоим типам помех, т. е.

Для получения максимальной помехоустойчивости необходимо правильно выбирать граничные точки областей при различных формах и расположении предельных передаточных характеристик, а также параметры элементов с учетом обеспечения максимально возможной помехоустойчивости.

Анализ формул (10.2) и (10.3) показывает, что характеристика помехоустойчивости определяется входными и выходными напря­жениями схемы, поэтому для гарантий помехоустойчивости необ­ходимо устанавливать заданное напряжение на входе цепи и контролировать напряжение на ее выходе.

Нагрузочная способность. Нагрузочная способность n опреде­ляет допустимое количество цепей нагрузок, которые можно под­ключить к управляющей цепи. При этом выходной токовых должен быть больше допустимого суммарного тока цепей нагрузок, т. е.

Отсюда при идентичности входных токов цепей нагру­зок найдем:

Из формул (10.4) и (10.5) очевидно, что для проверки фактической нагрузочной способности цепи необходимо проводить измерения входных и выходных токов при заданных значениях входных и выходных напряжений. На выходных характеристиках пороговые точки находятся на крутых участках, т. е. при незначительных изменениях выходных напряжений токи могут измениться на значительную величину.

Поэтому для повышения точности измерений задают выходные токи и измеряют выходные напряжения (аналогичным образом поступают при контроле параметров прямой ветви вольт­амперной характеристики диода).

Анализ передаточной, входной и выходной характеристик по­казывает, что обеспечить гарантии помехоустойчивости и нагру­зочной способности измерительной системы можно путем измере­ния четырех контролируемых параметров при установлении режи­ма измерения в соответствии с табл. 10.1. Потребляемая мощность. Средняя мощность, потребляемая логической цепью, определяется по формуле