CN104090223B - 场效应晶体管soa曲线的验证平台及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明场效应晶体管SOA曲线的验证平台，包括控制单元、监控单元和功率源；控制单元包括单片机，开关，依次连接的第一运放和第二运放，以及待测器件源极接入端连接的阻值为1R的精密功率电阻；监控单元的输入端分别接入漏极电压和精密功率电阻的压降；单片机的串行输入口连接一端接地的开关，串行输出口通过第二电阻连接第一运放的反向输入端，第一运放的输出端连接第二运放的反向输入端，第二运放的输出端通过第七电阻连接待测器件的栅极接入端；第一运放的输出端连接可变电阻的一个固定端，另一固定端接地，调节端通过第四电阻连接在第二运放的反向输入端。基于本发明所述验证平台的SOA曲线的测试方法，步骤如下，预设值；测试。
Description
技术领域
本发明涉及场效应晶体管的测试，具体为场效应晶体管SOA曲线的验证平台及测试方法。
背景技术
目前，场效应晶体管SOA曲线不能通过逐点测试的方法绘出，各厂商所提供的SOA曲线均通过以下间接方法获得：首先测试该产品热阻参数从而依据：热阻＝Δ温度/功率，利用热阻，功率，温度之间的关系反算得出，所得结果为理论化值，与实际值会出现偏差，从而导致客户端在实际使用中难免出现烧片，尤其当该产品使用于SOA曲线临界区域时，烧片风险将大大增加；所以用户迫切需要一种可以直观验证场效应晶体管在实际使用参数点时，其产品电性能表现的平台和测试方法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种使用方便，能够对SOA曲线域任意参数点直接进行测试的场效应晶体管SOA曲线的验证平台及测试方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明场效应晶体管SOA曲线的验证平台，包括控制单元、用于显示测试信号波形的监控单元和用于为待测器件DUT提供漏极电压VD的功率源；所述的控制单元包括用于输出脉冲时间的单片机U1，用于控制平台启动的开关B1，依次连接的第一运放U2和第二运放U3，以及与待测器件DUT源极接入端连接的阻值为1R的精密功率电阻R6；所述的监控单元的输入端分别接入漏极电压VD和精密功率电阻R6的压降；所述单片机U1的串行输入口连接一端接地的开关B1，串行输出口通过第二电阻R2连接第一运放U2的反向输入端，第二运放U3的输出端通过第七电阻R7连接待测器件DUT的栅极接入端；第一运放U2的输出端通过可变电阻RV1，并经可变电阻RV1的调节端，然后通过第四电阻R4连接在第二运放U3的反向输入端。
优选的，监控单元采用不少于两通道的示波器。
优选的，单片机U1采用单片机AT89C2051。
进一步，单片机U1的复位端连接复位电路，复位电路由串联在复位端的第一电阻R1和第一电容C1组成，第一电阻R1和第一电容C1连接端接地设置。
优选的，第一运放U2的反向输入端和输出端之间设置第一滤波电路；第一滤波电路由并联设置在第一运放U2的反向输入端和输出端之间的第三电阻R3和第三电容C3组成。
优选的，第二运放U3的反向输入端和输出端之间设置第二滤波电路；第二滤波电路由并联设置在第二运放U3的反向输入端和输出端之间的第五电阻R5和第五电容C5组成；第二运放U3的输出端依次经第七电阻R7和待测器件DUT，从待测器件DUT的源极接入端分别与第五电阻R5和第五电容C5连接。
基于本发明所述验证平台的场效应晶体管SOA曲线的测试方法，场效应晶体管SOA点参数包括漏极电压，漏极电流，脉冲时间三个参数，包括如下步骤，
1)预设值；根据脉冲时间计算单片机U1循环所需机器周期数，将该周期数修正到单片机U1中；完成脉冲时间设置；调节功率源为电压输出模式，设置其输出电压为漏极电压；完成漏极电压的设置；在待测器件DUT的源极输入端连接阻值为1R的精密功率电阻R6，当漏极电流通过精密功率电阻R6时产生压降，压降的量值与漏极电流的量值相当；通过可变电阻RV1调节第二运放U3反向输入端电压的负值与压降相等；完成漏极电流的设置；
2)测试；将待测器件DUT装入测试电路中，监控单元分别接入漏极电压和压降，设置监控单元为自动捕获模式，依次开启单片机U1电源，功率源，闭合开关B1，监控单元将直观显示漏极电压，漏极电流的波形，脉冲时间通过监控单元自带的时间函数测试功能自动读取；当脉冲时间等于设定值且持续时，漏极电压，漏极电流的波形无包括削波，震荡或尖刺的异样时，测试通过；待测器件DUT能够在该参数点条件下正常工作；当脉冲时间持续到某一时刻时，漏极电压急速下降，同时漏极电流急速上升，功率源的保护启动，当漏极电流继续上升到某一值后功率源输出切断，漏极电压和漏极电流回归零值，测试失效，待测器件DUT不能在该参数点条件下正常工作。
优选的，将周期数修正到单片机U1中时，采用keil uvisoin2软件进行程序编辑得到单片机U1循环所需的机器周期数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明场效应晶体管SOA曲线的验证平台，通过控制单元中的单片机提供可调的脉冲时间，通过功率源提供可调的漏极电压，通过设置的阻值为1R的精密功率电阻，将对漏极电流的验证转换为精密功率电阻两端压降的验证，并且配合两级级联的运放，根据运放虚短原理，压降为第二运放反向输入端电压的负值，从而能够利用可变电阻调节经运放放大的单片机输出的标准电平，对第二运放反向输入端的输入电压进行调节，实现对漏极电流的调节；通过监控单元完成对漏极电压和漏极电流的波形显示，通过示波器自带的时间测量功能自动测得脉冲时间。使用户准确了解待测器件的SOA性能，填补了国内场效应晶体管SOA曲线验证平台的空白。
进一步的，通过采用至少两通道的示波器，能够实现波形的同时同步的显示和对比，利用单片机具体的型号的采用，实现了对脉冲时间的提供和对电压输出的控制。
进一步的，利用复位电路以及滤波电路的设置，第一电容为单片机的复位电容，该电容接VCC，是利用电容充电来提供远远大于2个机器周期的高电平时间让单片机复位，保证单片机正常工作。第五电容和第三电容均为滤波电容，分别对第一运放和第二运放输出电压进行滤波整形。
本发明场效应晶体管SOA曲线的测试方法，通过对SOA点参数中的漏极电压，漏极电流，脉冲时间三个参数的分别设置和预设，实现了对待测器件，也就是对场效应晶体管各个参数点实际值的测定，不仅能够对实际使用做出精确的指导，避免了使用过程中出现的烧片风险，而且能够对厂家提供的SOA曲线进行优化修正。
进一步的，通过软件程序语言对脉冲时间进行调节，从而简化了脉冲时间设置和修正，降低了验证和测试成本，简化了操作，扩大了脉冲时间调节的范围和精度。
附图说明
图1为本发明所述验证平台结构框图。
图2为本发明所述验证平台的电路图。
图3为本发明验证平台脉冲时间PT程序。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明场效应晶体管SOA曲线的验证平台，包括控制单元、用于显示测试信号波形的监控单元和用于为待测器件DUT提供漏极电压VD的功率源；所述的控制单元包括用于输出脉冲时间的单片机U1，用于控制平台启动的开关B1，依次连接的第一运放U2和第二运放U3，以及待测器件DUT源极接入端连接的阻值为1R的精密功率电阻R6；所述的监控单元的输入端分别接入漏极电压VD和精密功率电阻R6的压降；所述单片机U1的串行输入口连接一端接地的开关B1，串行输出口通过第二电阻R2连接第一运放U2的反向输入端，第二运放U3的输出端通过第七电阻R7连接待测器件DUT的栅极接入端；第一运放U2的输出端连接可变电阻RV1的一个固定端，另一固定端接地，调节端通过第四电阻R4连接在第二运放U3的反向输入端。
本优选实例中，监控单元采用不少于两通道的示波器；单片机U1采用单片机AT89C2051。其中单片机U1的复位端连接复位电路，复位电路由串联在复位端的第一电阻R1和第一电容C1组成，第一电阻R1和第一电容C1连接端接地设置。第一运放U2的反向输入端和输出端之间设置第一滤波电路；第一滤波电路由并联设置在第一运放U2的反向输入端和输出端之间的第三电阻R3和第三电容C3组成。第二运放U3的反向输入端和输出端之间设置第二滤波电路；第二滤波电路由并联设置在第二运放U3的反向输入端和输出端之间的第五电阻R5和第五电容C5组成；第二运放U3的输出端依次经第七电阻R7和待测器件DUT，从待测器件DUT的源极接入端分别与第五电阻R5和第五电容C5连接。
基于本发明所述验证平台的场效应晶体管SOA曲线的测试方法，场效应晶体管SOA点参数包括漏极电压，漏极电流，脉冲时间三个参数，包括如下步骤，
1)预设值；根据脉冲时间计算单片机U1循环所需机器周期数，将该周期数修正到单片机U1中；完成脉冲时间设置；调节功率源为电压输出模式，设置其输出电压为漏极电压；完成漏极电压的设置；在待测器件DUT的源极输入端连接阻值为1R的精密功率电阻R6，当漏极电流通过精密功率电阻R6时产生压降，压降的量值与漏极电流的量值相当；通过可变电阻RV1调节第二运放U3反向输入端电压的负值与压降相等；完成漏极电流的设置；
2)测试；将待测器件DUT装入测试电路中，监控单元分别接入漏极电压和压降，设置监控单元为自动捕获模式，依次开启单片机U1电源，功率源，闭合开关B1，监控单元将直观显示漏极电压，漏极电流的波形，脉冲时间通过监控单元自带的时间函数测试功能自动读取；当脉冲时间等于设定值且持续时，漏极电压，漏极电流的波形无包括削波，震荡或尖刺的异样时，测试通过；待测器件DUT能够在该参数点条件下正常工作；当脉冲时间持续到某一时刻时，漏极电压急速下降，同时漏极电流急速上升，功率源的保护启动，当漏极电流继续上升到某一值后功率源输出切断，漏极电压和漏极电流回归零值，测试失效，待测器件DUT不能在该参数点条件下正常工作。本优选实例中，将周期数修正到单片机U1中时，采用keil uvisoin2软件进行程序编辑得到单片机U1循环所需的机器周期数。
本发明所述验证平台，是由控制单元，功率源，监控单元三部分构成，详见图1。电路连接方式如图2所示，控制单元由单片机U1(AT89C2051)和开关B1组成，开关B1能够优选的采用按钮开关；功率源选择满足待测器件漏极电压VD，漏极电流ID设置范围的功率源即可，监控单元使用不少于两通道的示波器即可。
具体工作方式：整个测试过程可分为预设置，测试两个阶段。
预设置：首先待测器件DUT不要装入测试电路中，根据脉冲时间PT计算单片机循环所需机器周期数，通过单片机自带的功能调整脉冲时间PT，或是优选的采用修改单片机程序调节，通过调整图3程序括弧中数值获取测试所需脉冲时间PT，具体方法为：根据脉冲时间PT计算单片机循环所需机器周期数，将该周期数修正到括弧中，(可用keil uVisoin2软件进行程序编辑)，然后将修改后的程序烧录到图2控制单元的U1(AT89C2051)中，此时脉冲时间PT设置完成。调节功率源为电压输出模式，设置其输出电压为漏极电压VD，此时漏极电压VD设置完成。漏极电流ID我们通过1R电阻转化为等值电压进行设置，具体方法为：在待测器件源极接入端(Source端)接入1R精密功率电阻R6，当漏极电流ID通过R6时，R6将产生压降Vin＝R6*ID，由于R6为1R精密功率电阻，所以Vin和ID在量值上是相等的，再根据运放虚短原理，Vin应为U3运放反向输入端电压VU3_的负值，如果我们保证VU3_电压负值等值于漏极电流ID时，便可保证漏极电流ID的产生，实际上当U1单片机启动后，其P3.1/TXD将输出标准的TTL电平5V，该电压输入到U2反相端，参考R3，R2的关系，第一运放U2输出端将为一个-10到0V电压(UO＝-Vin*(R3/R2))，由于U2和U3之间有一个可变电阻器RV1，我们总可以通过调节可变电阻RV1使VU3_电压负值为0～10V，所以在0～10A范围内漏极电流ID均可通过调节RV1实现，实际执行时，按下单片机U1的P3.0/RXD口的触发按钮B1，测读此时的电压Vin，对于测试所要求的漏极电流ID(0～10A范围内)，调节RV1到压降Vin等值于漏极电流ID时，漏极电流ID设置完成，测试漏极电压VD，漏极电流ID，脉冲时间PT三个参数的预设值均完成。
测试：将待测器件DUT装入测试电路中，监控单元分别接到监控漏极电压VD，压降Vin(等值于漏极电流ID)，设置监控单元为自动捕获模式，依次开启单片机电源，VD功率源，按下按钮开关B1，监控单元将直观显示漏极电压VD，漏极电流ID波形，脉冲时间PT可通过监控单元自带的时间函数测试功能自动测得，测试通过情形应该是漏极电压VD，漏极电流ID波形无削波，震荡，尖刺等异样，脉冲时间PT等于设定值，测试完成后，对该产品进行常规静态参数测试以判断其性能是否完好，测试失效常表现为当脉冲时间PT持续到某一时刻时，漏极电压VD急速下降，同时伴随漏极电流ID急速上升，此时功率源的保护启动，可以看到ID急速上升到某一值后功率源输出切断，漏极电压VD，漏极电流ID回归零值。
场效应晶体管SOA点参数包括漏极电压VD，漏极电流ID，脉冲时间PT三个参数；本发明中控制单元提供漏极电流ID和脉冲时间PT输出，监控单元实时监控漏极电压VD，漏极电流ID，脉冲时间PT三个参数波形，根据监控波形判断该器件性能是否完好。如完好说明待测器件在该参数点条件下工作正常，如VD出现明显下降或者ID出现明显上升则该器件测试失效，表明则该器件不能在该参数点条件下工作正常。能够完成SOA曲线内、边缘或客户所关心的任一参数点(VD，ID，PT)的测试，甚至可对厂商规格书中所提供的SOA曲线进行优化修正。能够通过采用单片机编程的方式设置PT脉冲时间。漏极电流ID设置通过单位采样电阻转化为压降Vin等值设置，压降Vin设置通过运放续短原理实现。不同脉冲时间PT能够通过调整单片机程序循环语句中的延时周期数得到。控制单元通过简单的触发开关启动测试，之后整个测试自动完成，测试结果图形化显示。监控单元采用示波器双路电压监控方式，VD电压通过监控单元通道1读取，ID电流通过监控单元通道2等效读取。
需要指出的是，本发明不限于上述实施方式，任何熟悉本专业的技术人员在基于本发明技术方案内对上述实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.场效应晶体管SOA曲线的验证平台，其特征在于，包括控制单元、用于显示测试信号波形的监控单元和用于为待测器件(DUT)提供漏极电压(VD)的功率源；所述的控制单元包括用于输出脉冲时间的单片机(U1)，用于控制平台启动的开关(B1)，依次连接的第一运放(U2)和第二运放(U3)，以及待测器件(DUT)源极接入端连接的阻值为1R的精密功率电阻(R6)；所述的监控单元的输入端分别接入漏极电压(VD)和精密功率电阻(R6)的压降；所述单片机(U1)的串行输入口连接一端接地的开关(B1)，串行输出口通过第二电阻(R2)连接第一运放(U2)的反向输入端，第二运放(U3)的输出端通过第七电阻(R7)连接待测器件(DUT)的栅极接入端；第一运放(U2)的输出端通过可变电阻(RV1)，并经可变电阻(RV1)的调节端，然后通过第四电阻(R4)连接第二运放(U3)的反向输入端；
所述的单片机(U1)的复位端连接复位电路，复位电路由串联在复位端的第一电阻(R1)和第一电容(C1)组成，第一电阻(R1)和第一电容(C1)连接端接地设置；
第一运放(U2)的反向输入端和输出端之间设置第一滤波电路；第一滤波电路由并联设置在第一运放(U2)的反向输入端和输出端之间的第三电阻(R3)和第三电容(C3)组成。
2.根据权利要求1所述的场效应晶体管SOA曲线的验证平台，其特征在于，所述的监控单元采用不少于两通道的示波器。
3.根据权利要求1所述的场效应晶体管SOA曲线的验证平台，其特征在于，所述的单片机(U1)采用单片机AT89C2051。
4.根据权利要求1所述的场效应晶体管SOA曲线的验证平台，其特征在于，第二运放(U3)的反向输入端和输出端之间设置第二滤波电路；第二滤波电路由并联设置在第二运放(U3)的反向输入端和输出端之间的第五电阻(R5)和第五电容(C5)组成；第二运放(U3)的输出端依次经第七电阻(R7)和待测器件(DUT)，从待测器件(DUT)的源极接入端分别与第五电阻(R5)和第五电容(C5)连接。
5.基于权利要求1所述验证平台的场效应晶体管SOA曲线的测试方法，场效应晶体管SOA点参数包括漏极电压，漏极电流，脉冲时间三个参数，其特征在于，包括如下步骤，
1)预设值；
根据脉冲时间计算单片机(U1)循环所需机器周期数，将该周期数修正到单片机(U1)中；完成脉冲时间设置；
调节功率源为电压输出模式，设置其输出电压为漏极电压；完成漏极电压的设置；
在待测器件(DUT)的源极输入端连接阻值为1R的精密功率电阻(R6)，当漏极电流通过精密功率电阻(R6)时产生压降，压降的量值与漏极电流的量值相当；通过可变电阻(RV1)调节第二运放(U3)反向输入端电压的负值与压降相等；完成漏极电流的设置；
2)测试；
将待测器件(DUT)装入测试电路中，监控单元分别接入漏极电压和压降，设置监控单元为自动捕获模式，依次开启单片机(U1)电源，功率源，闭合开关(B1)，监控单元将直观显示漏极电压，漏极电流的波形，脉冲时间通过监控单元自带的时间函数测试功能自动读取；
当脉冲时间等于设定值且持续时，漏极电压，漏极电流的波形无包括削波，震荡或尖刺的异样时，测试通过；待测器件(DUT)能够在该参数点条件下正常工作；
当脉冲时间持续到某一时刻时，漏极电压急速下降，同时漏极电流急速上升，功率源的保护启动，当漏极电流继续上升到某一值后功率源输出切断，漏极电压和漏极电流回归零值，测试失效，待测器件(DUT)不能在该参数点条件下正常工作。
6.根据权利要求5所述的场效应晶体管SOA曲线的测试方法，其特征在于，将周期数修正到单片机(U1)中时，采用keil uvisoin2软件进行程序编辑得到单片机(U1)循环所需的机器周期数。
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- 2014-07-16 CN CN201410339047.0A patent/CN104090223B/zh active Active
Patent Citations (4)
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Also Published As
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