Разработка для контроля и определения типа логических интегральных микросхем методом сигнатурного анализа (стр. 5 из 12)
I2+5впотр.= Iзатв.VT1*32 » 0мА (Iзатв.VT1имеет малую величину, порядка нескольких микроампер, поэтому в расчет не принимается)
Рис.10. Устройство согласования по входу (принципиальная схема).3) Устройство согласования по выходу (см. структурную схему на рис.2).
Узел служит для согласования ТТЛ или КМОП уровней, считываемых с испытуемой микросхемы, в ТТЛ-уровни, для подачи на выходные мультиплексоры. Представляет собой простейшую схему включения NPN-транзистора с ОЭ. Инвертирует входной сигнал. Схема изображена на рис.11. Работает следующим образом:
При подаче на вход логической “1” в цепи базы течет ток, равный Iб=(|+Uмс|-Uбэ)/R97. Iб»0.043мАдля ТТЛ и Iб»0.083мА для КМОП микросхем. Ток в цепи коллектора Iк=(5в-Uбэ)/R129» 0.43мА. Потенциал на коллекторе транзистора равен ~0.7в, что на входе мультиплексора будет воспринято как уровень логического “0” (поскольку для серии К555 напряжение U0вх.макс.=0.8в).
При подаче же на вход логического “0”, транзистор будет закрыт. Напряжение на коллекторе будет близко к +5в. Ток потечет через R129 и вход мультиплексора.
Питание узла: +5в.
Максимально потребляемый ток: I3+5впотр.= ((+5в-Uкэ VT65)/R129)*32 =(4.3в/10000)*32 » 14мА
Рис.11. Устройство согласования по выходу (принципиальная схема).
4) Выходные мультиплексоры (см. структурную схему на рис.2).
Узел представляет собой мультиплексор-преобразователь для передачи данных с 32-х входных линий на 4 выходных линии. Уровни сигналов - ТТЛ. Принципиальная схема изображена на рис.12, в схеме используется параллельное включение выходов и раздельное управление выборкой мультиплексоров.
Узел работает следующим образом: на один из выводов 1-4 разъема X1для выборки нужного мультиплексора подается уровень логического “0”. При помощи вывода 2 разъема LPT-порт подачей “0” или “1” производится выбор входов мультиплексора. На выходах мультиплексора появляются данные с соответствующих входов. Эти данные могут быть считаны с выводов 10-13 разъема LPT-порт. Далее 2 считанных ниббла (по 4 бита) программно собираются в 1 байт (8 бит).
Питание узла: +5в (микросхемы DD13-DD16).
Максимально потребляемый ток: I4+5впотр.= 19мА*4 = 72мА
Рис.12. Выходные мультиплексоры (принципиальная схема).
5) Управляющее устройство (см. структурную схему на рис.2).
Узел служит для выборки необходимых регистров и мультиплексоров при записи данных в регистры и считывании данных из мультиплексоров. Является дешифратором адреса 3x8. Схема изображена на рис.13.
Узел работает следующим образом: при подаче на выводы 1,14,16 разъема LPT-порт двоичного кода, на соответствующем выводе разъема X1появляется уровень логического “0”. При этом производится выборка соответствующего регистра или мультиплексора.
Питание узла: +5в (DD1, 8 вывод - GND, 16 вывод - +5в).
Максимально потребляемый ток I5+5впотр.= 10мА
Рис.13. Управляющее устройство (принципиальная схема).
6) Блок питания (см. структурные схемы на рис.2, 3).
Принципиальная схема узла (без устройства коммутации и источника питания устройства) изображена на рис.14. Узел обеспечивает цифровую регулировку напряжения питания испытуемой микросхемы, цифровое управление ограничением потребляемого тока с малым шагом (благодаря чему возможно его измерение с достаточной точностью), защиту от к/з в цепи нагрузки.
Узел работает следующим образом:
а) Регулировка напряжения.
В регистр DD7 программнозаписываются 8 бит значения напряжения (числовые значения лежат в диапазоне от 0 (0H) до 255 (0FFH)).С выхода этого регистра 8 бит поступают на умножающий ЦАП (DA3), где преобразуются в аналоговое напряжение. Выбранный ЦАП имеет разрядность 10 бит. Его младшие 2 бита не используются (заземлены). Их использованиев данном случае нецелесообразно, так как это потребовало бы введения дополнительных разрядов у запоминающего регистра, что сделало бы точность установки напряжения питания избыточной и усложнило устройство. С точки зрения программирования и размещения данных также намного удобнее и эффективнее работать с 8-битными величинами, нежели с 10-битными.
Опорное напряжение для DA3 поступает с VD65 и равно +9в. Резистор R161 выбран из расчета, что Uвх.»13в, Iстаб.»10мА, R161=(Uвх.-Uстаб.)/Iстаб.=(13-9)/10»390ом. Шаг регулировки в этом случае будет равен 9в/256»0.04в. Далее напряжение с аналогового выхода DA3 поступает на вход регулируемого стабилизатора напряжения DA1, включенного по типовой схеме с внешним транзистором VT98 [2]. С эмиттера этого транзистора снимается напряжение питания устройства согласования +Uмс, а через резистор R171 - напряжение +Uпит.мс., предназначенное для питания испытуемой микросхемы.
б) Регулировка потребляемого тока.
В регистр DD8 программно заносятся 8 бит значения ограничиваемого тока (0-255). Аналогично регулировке напряжения, для преобразования численного значения в напряжение используется ЦАП DA4. При опорном напряжении +9в, шаг регулировки напряжения на аналоговом выходе DA4 равен примерно 0.04в.
Как было сказано выше, в цепи питания испытуемой микросхемы стоит резистор R171. Он служит простейшим преобразователем ток-напряжение, т.к. напряжение на нем прямо пропорционально току, проходящему через данный резистор: UR171=Iпотр.*R171. Для развязки разности потенциалов, снимаемых с данного резистора применен дифференциальный усилитель на ОУ DA6, схема которого взята из [1]. При равенстве сопротивлений R163=R164 и R165=R166Uвых.ОУ.=UR171(R165/R163)=Iпотр.*R171*R165/R163.
Для уменьшения погрешности измерений, R171 должен быть выбран как можно меньше, чтобы падение напряжения на нем было минимальным. Чувствительность можно поднять за счет увеличения усиления (соотношения R165/R163) дифференциального усилителя. Примем R171=0.1ом. Поскольку максимальный потребляемый ток Iпит.мс. выбран 256мА, то макс.падение напряжения на R171, соответствующее этой величине,будет 256мА*0.1ом=25.6 мВ. При напряжении питания в +9в погрешность составит 0.0256в/9в*100%=0.28%, что по величине меньше суммарной погрешности ЦАП. Напряжению 25.6мВ на входе дифференциального усилителя должно соответствовать напряжение +9в на его выходе, чтобы обеспечить сравнение сигналов, поступающих с ЦАП и с усилителя. Т.е. коэффициент усиления должен быть равен R165/R163=9в/0.0256в=351.5. Выбрав R163=1К, получим R165»360К.
Сигналы с выходов дифференциального усилителя DA6 и ЦАП DA4 поступают на вход компаратора DA5. На выходе компаратора появляется сигнал сравнения, который в свою очередь подается на вход S триггера DD12. Данный триггер обеспечивает хранение состояния включен/выключен для регулируемого стабилизатора напряжения DA1. Вход R триггера DD12 используется для сброса сработавшей аппаратной защиты по току. При инициализации устройства на контакте 1 разъема X5 выставляется уровень логической “1”, который поступает на базу транзистора VT98. Этот транзистор инвертирует входной сигнал и обеспечивает согласование уровней; сигнал с его коллектора (в нормальном режиме - логический “0”) поступает на вход R триггера DD12.
Если реально потребляемый ток меньше выставленного цифрового значения в регистре DD8(положительный потенциал на прямом входе 3 компаратора ниже потенциала на его инверсном входе 4),то на выходе компаратора DA5 напряжение близко к 0в. Оно поступает на вход S триггера. Состояние триггера остается неизменным, на выходе QDD12 и входе +Uвыкл.DA1 присутствует уровень логического “0”; на испытуемую микросхему подается напряжение питания.
Если же реально потребляемый ток превышает выставленное в регистре DD8 цифровое значение (соответственно потенциал на входе 3 DA5 выше потенциала на входе 4), то на выходе компаратора появляется напряжение около +12в, которое подается на вход S триггера DD12.На выходе Q триггера появляется напряжение логической “1” (+12в), которое, в свою очередь подается на вход +Uвыкл.DA1, и приводит к снятию напряжения питания с нагрузки. Теперь для включения стабилизатора напряжения питания необходимо программно осуществить перепад напряжения“1”Þ”0”Þ”1” на контакте 1 разъема X5, но при этом включение будет возможно только при условии, что реальная нагрузка ниже выставленной цифровой. В противном случае на выходе Q триггера DD12 останется уровень логической “1” (поскольку на входе S будет +12в с компаратора) и стабилизатор не будет включен.
Для контроля состояния выхода компаратора DA5 используется контакт 15 разъема LPT-порт. На него данный сигнал поступает через резистор R169 и стабилитрон VD67, служащие для его преобразования к ТТЛ уровню. Присутствие логической “1” на нем показывает, что потребляемый испытуемой микросхемой ток превышает программно выставленный.
Конденсаторы C1, С2 служат для сглаживания пульсаций в цепях формирования опорного напряжения, C4 - в цепи питания испытуемой микросхемы.
Питание узла: +5в (DD7, DD8, DA3, DA4), +Uвх. (из него формируется +Uмс, +Uпит.мс, питания микросхем DD12, DA5, DA6 и опорные напряжениядля микросхем DA3, DA4).
Максимально потребляемые токи:
I6+5впотр.= Iпотр.DD7*2 + Iпотр.DA3*2 = 28мА*2 + 2мА*2 = 60 мА
I6+Uвх.потр.= IR161 + IR162 = (Uвх.-Uстаб.VD65)/R161 + (Uвх.-Uстаб.VD66)/R162 = (13в-9в)/390ом + (13в-11в)/270ом = 10+7 мА = 17мА
