CN1074541C - 砷化镓场效应管沟道温度测试装置 - Google Patents

Abstract

砷化镓场效应管沟道温度测试装置特征在于，它是由计算机和控制器组成控制中心，通过时序调整电路分别控制带有两个可编程控制电源的漏极、栅极开关，实现了对被测管施加安全的任意工作条件与测试条件的转换。并通过电流、电压转换电路、漏极隔离放大电路显示被测管的漏极工作条件；通过栅极电压测量获得被测管工作条件下的沟道温度。因而本装置具有适用于器件工作条件下沟道温度的精确测量等优点。

Description

砷化镓场效应管沟道温度测试装置

一种砷化镓场效应管沟道温度测试装置属于半导体器件测试技术领域。

砷化镓场效应管(GaAs MESFET)沟道温度(T_ch)一般是根据图1所示的原理图进行测量的，其中，K1是电子开关，D、G、S分别代表场效应管的漏极、栅极和源极。请参见Electrical Thermal TestingPuts.Quality in GaAs FET System By Bernard S.Siegal，SageEnterprises Inc MSN：August 1981。其中，V_DS是外加的加热脉冲电压，I_gf是栅极电流，V_gsf是栅极电压。其工作过程请见图2的Theta 220A热阻测试仪波形图。在全部时间内，栅极加有小的正向测量电流，其值为I_M。在t₁时间内，未对器件施加加热脉冲电压V_DS和相应的漏电流I_DS，根据正向测量电流I_M可测得栅源正向压降V_gsf1。在t₂时间内对器件施加加热脉冲电压V_DS和相应的漏极电流I_DS，使其处于工作状态。在t₃时间内把它们去掉，使器件从工作状态转成测量状态，再次根据正向测量电流I_M可测出测量状态下的栅源正向压降V_gsf2。然后，根据已知的相应于该测量值V_gsf2的温度系数T_v由下述公式(1)即可获得器件的热阻值R_th，其值 $R_{\mathrm{th}}=\frac{\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{ch}}}{P_{\mathrm{DISS}}}=\frac{V_{\mathrm{gsf}1}-V_{\mathrm{gsf}2}}{T_V{\mathrm{DV}}_{\mathrm{DS}}{l}_{\mathrm{DS}}}$

其中，D为时间t₂与t₃的比值。

该法的优点是测试电路简单，但在全过程中栅极始终有极小的正向测量电流I_M，但器件在正常工作时又是用负压反向偏置的，因而不能测量任意工作条件尤其是常工作时的器件热阻，而且在器件上施加的功率也受到很大限制。之所以如此是因为：在栅极始终存在小的正向测量电流I_M下，沟道温度T_ch由下式决定： $T_{\mathrm{ch}}=\frac{(V_{\mathrm{gsf}1}-V_{\mathrm{gsf}2})}{T_V}+T_C$

          其中：T_v是温度系数，T_c是环境温度。

此时，小的正向测量电流I_M是稳定的，测量状态下的栅源正向压降V_gsf2与温度系数T_v成线性关系，一一对应，温度系数T_v近似常数。但在由负栅压偏置的工作状态向测量状态转换时，由于器件自身电容的影响，测量电流I_M是变的，它由零到达稳定值有一个过渡过程，使温度系数T_v呈非线性，与时间t有关，而且其热时间常数仅2～5μs，上述公式就变为： $T_{\mathrm{ch}}\left(t\right)=\frac{[V_{\mathrm{gsf}1}-V_{\mathrm{gsf}2}\left(t\right)]}{T_V\left(t\right)}+T_C$

相应地， $T_V\left(t\right)=\left|\frac{\∂V_{\mathrm{gsf}}\left(f\right)}{\∂T}\right|\mathrm{lgs}$

    其中，T为管芯温度。

但测量电路的电时间常数为3～5μs，无法在电路上加以实现。而且，温度系数T_v在1.0～1.6mv/℃间，其测量精度要求极高，无法对其作直接测定，因而，恒定正向小栅极测量电流的方法对其不适用。关键问题是T_v(t)曲线的测定。如果使器件在相同的栅极负压偏置下，使其从工作状态向测量状态过渡，用同样的采样时间间隔，分别测出在测量状态(当工作状态下加有加热脉冲电压时)下和管芯温度校正状态(当工作状态下不加加热脉冲电压，使管芯温度等于环境温度时)下的栅源正向压降V_gsf2与时间t，在不同环境温度T下(即管芯温度校正状态下)的栅源正向压降V′_gsf2与时间t的关系曲线，我们就能从中得到温度系数T_v与时间t的关系曲线，从而解决了由于栅极电流i_M随时间变化而带来的温度系数T_v的时变性问题以及相应的对其直接测定的问题。于1994年2月8日提出的申请号为94101005.8，名称为“砷化镓场效应晶体管沟道温度测试方法”的中国发明专利提示了一种在任意工作条件下测量砷化镓场效应晶体管沟道温度和热阻的方法及相应装置的原理图(图3)、波形图(图4)及电路方框图(图5)，其中图3中K₂、K₃是电子开关。

图5中所给出的砷化镓场效应管沟道温度测试装置是由IBM-PC型的计算机1、与其双向连接且用8098单片机构成的控制器2、输入端与前者输出端经加热和测试控制线相连的时序调整电路3、输入端分别与控制器2的输出端相连的栅极开关电路可编程控制电源4和漏极开关电路可编程控制电源5、输入端分别与时序调整电路3和栅极开关电路可编程控制电源4的输出端相连的栅极开关电路6、输入端与漏极开关电路可编程控制电源5的输出端相连的过流保护电路7、输入端分别与过流保护电路7和时序调整电路3的输出端相连的漏极开关电路8、输入端与漏极开关电路8的输出端相连而输出端分别与控制器2和漏极隔离放大电路9的输入端相连的电流电压转换电路10、恒流源11、栅极和恒流源11和栅极开关电路6的输出端相连而漏极与电流电压转换电路10的输出端相连且源极接地的被测砷化镓场效应晶体管12、输入端与被测管12的漏极而输出端与控制器2的输入端相连的漏极隔离放大电路9、输入端与被测管12的栅极而输出端分别与高速A/D采集电路13和控制器2的输入端相连的栅极隔离放大电路14、一端与控制器2双向连接而输入端又与栅极隔离放大电路14的另一个输出端相连的高速A/D采集电路13、与控制器2双向连接且带有加热元件15、热电偶16及为测试台18提供环境温度的恒温器17、测试台18以及与控制器2相连的显示器19和键盘20构成。其程序流程框图见图8。

本发明的目的在于提供一种测量精度高，测试空间分辨率高的，并可在器件正常工作条件下测量沟道温度的砷化镓场效应管沟道温度测试装置。

本发明采用了内部电路重新设计后的与图5相对应的测试装置，其特征在于：<1>、其中时序调整电路3由其输入端与控制器2的加热测量信号输出端HS0.0相连的反相器U4C、与其顺次相串的反向器U4B、U4A、其时钟端CLK与反相器U4B输出端相连的D触发器U1A、其时钟端CLK与反相器U4A输出端相连的D触发器U1B、其输入端与D触发器U1A的输出端Q而输出端与栅极开关电路6的控制信号输入端相连的反相器U4D、其输入端与D触发器U1B的输出端Q而输出端与漏极开关电路8的控制信号输入端相连的反相器U4E、其控制信号输入端B与D触发器U1A的输出端Q相连的单稳触发器U2A、其控制信号输入端A与前者输出端Q而其输出端Q与D触发器U1B的置位端PB相连的单稳触发器U2B、其控制信号输入端A与D触发器U1B的输出端Q相连的单稳触发器U3A、其控制信号输入端A与前者输出端Q相连而其输出端Q与其正极与D触发器U1A复位端CL相连的隔离二极管D2的负极相连的单稳触发器U3B、其输入端与反向器U4C输出端相连而其输出端经电阻R10、二极管D3相串接地的反相器U4F及它们的外围元件组成；<2>、其中漏极开关电路8由其输入端与时序调整电路3中反相器U4E输出端相连的用光电管IS01及其外围元件构成的光电转换开关、其输入端与光电转换开关输出端相连的由晶体三极管Q1～Q4组成的放大电路、两端分别与上述放大电路Q4管集电极输出端及漏极开关电路可编程控制电源5的漏极开关电路电源电压V_sds输出端相连的作过流保护电路7用的限流电阻RH、两端分别与上述放大电路中Q4管的射极输出端以及被测管12的漏极、由运算放大器U5、U6组成的隔离电路输入端相连的输出电阻R20、其输出端与电流电压转换电路10的输入端相连的上述隔离电路以及由稳压电路芯片U7、U8组成的漏极开关电路电源组成；<3>、其中栅极开关电路6由其输入端与时序调整电路3中反相器U4D输出端相连的用光电管IS02及其外围元件组成的光电转换开关、其输入端与上述光电转换开关输出电阻R31相连的用晶体管Q5构成的开关电路、一端与恒流源11的输出端相连而另一端分别与被测管12的栅极、与其负极和开关管Q5的开关信号输出端即其集电极相连的隔离二极管D7的正极相连的输出电阻R35、一端与上述开关信号输出端而另一端与栅极开关电路可编程控制电源4的栅极开关电路电源电压V_sgs输出端相连的输入电阻R34、由场效应管Q6、可变电阻R27串接而成且与光电转换开关共用电源的恒流源11、其输入端与隔离二极管D7正极而输出端与栅极隔离放大电路14的输入端相连的由运算放大器U9构成的隔离电路以及由稳压电路芯片U10、U11组成的栅极开关电路电源构成；<4>、其中漏极隔离放大电路9由其输入端通过输入电阻R44与漏极开关电路8的隔离电路中运算放大器U6的输出端相连而其输出端经输出电阻R47与控制器(2)的输入端相连的运算放大器U14A及其外围元件组成；<5>、其中电流电压转换电路10由其输入端与上述漏极开关电路8中的运算放大器U5、U6的输出端相连、其输出端经稳压管D21限幅后与控制器2的输入端相连而控制端经三极管Q7的栅极限流电阻R39与控制器2的输出端相连的用运算放大器U14B、U14C、U13组成的具有高共模抑制比的差放电路及其外围元件构成；<6>、其中栅极隔离放大电路14由其输入端经输入电阻R42与栅极开关电路6的隔离电路中运算放大器U9的输出端相连而其输出端与控制器2的输入端相连的运算放大器U15、其输入端经输入电阻R52与上述运算放大器U9的输出端相连而输出端与高速A/D采集电路13的输入端相连的用运算放大器U16、U17组成的两级放大电路、其输入端与控制器2的参考电压输出端相连而输出端与上述运算放大器U16的输出端相连的用芯片U18、运算放大器U19组成的参考电压发生器以及他们的外围元件构面；<7>、其中栅极开关电路可编程控制电源4由其输入端分别经驱动器U24、接插件JP24后与控制器2的数据输出端相连的D/A转换器U21、U22、其输入端分别与上述D/A转换器U21、U22输出端相连的运算放大器U20A、U20B、其输入端同时与上述运算放大器U20A、U20B输出端相连的加法器U20C、顺次与加法器U20C输出端串接的反相器U20D、缓冲器U26A、其输入端与缓冲器U26A输出端相连而其输出端与栅极开关电路6中的输入电阻R34相连的可调电源U27以及它们的外围元件构成；<8>、其中漏极开关电路可编程控制电源5由其输入端同样分别经驱动器U24、接插件JP24后与控制器2的数据输出端相连的D/A转换器U28、U29、其输入端分别与上述D/A转换器U28、U29输出端相连的运算放大器U26B、U26C、其输入端同时与上述运算放大器U26B、U26C输出端相连的加法和缓冲器U34A、其输入端与加法和缓冲器U34A输出端相连而其输出端与漏极开关电路(8)中的限流电阻RH相连的可调电源JP32以及它们的外围元件构成。

使用证明：本装置达到了预期的发明目的。

为了在下面结合实施例对本发明作详尽描述，现把本申请文件使用的附图编号及其名称简介如下：

图1：Theta 220A型热阻测试仪原理图；

图2：与图1相应的各点波形图；

图3：已公开的砷化镓场效应管沟道温度测试装置原理图；

图4：与图3相应的各点波形图；

图5：已公开的砷化镓场效应管构道温度测试装置的电路框图；

图6：本发明的测试装置在校正状态下的各点波形图；

图7：本发明的测试装置在测量状态下的各点波形图；

图8：已公开的砷化镓场效应管沟道温度测试装置程序流程图；

图9：本发明中时序调整电路3的原理图；

图10：本发明中漏极开关电路8、过流保护电路7的原理图；

图11：本发明中栅极开关电路6和恒流源11的电路原理图；

图12：本发明中栅极和漏极开关电路的可编程电源4、5及小键盘20、显示器19的接口的电路原理图；

图13：本发明中栅极和漏极的隔离放大电路14、9和电流电压转换电路10的电路原理图；

图14：控制器2的端口定义及连接图；

图15：显示器19的端口定义及连接图；

图16：小键盘20的端口定义及连接图。

实施例：

采用图5所示的测试装置电路框图，及图9、10、11、12、13、14、15、16所示电路原理图及连接图进行设计制成本装置。其中，1是计算机，可以是IBM-PC286(或相应的兼容机)，主要任务是向控制器2下达操作指令并接收测量结果和作数据处理。控制器2由8098单片机及相应的外围电路构成，主要任务是控制仪器各部分的操作并对数据作初步处理。3是时序调整电路，它可把控制器2发出的开关控制信号先后转换成两路信号分别去控制栅极开关电路6和漏极开关电路8，该两路信号间的延时是为了防止被测器件12烧毁或受大电流冲击。栅极和漏极开关电路6、8是用于控制被测器件12在工作状态(即加热状态)和测量状态之间相互转换用的，要求其转换时间小于1μs。4和5分别是供应上述两个开关电路6和8的可编程控制电源，它可通过编程来改变被测器件12的工作点即漏极电压V_DS和漏极电流I_DS。11是恒流源，可在500μA～5mA之间调整以向被测器件12的栅极提供恒定小电流。14是栅极隔离放大电路，它可把被测器件12的栅极电压放大或压缩后分别送入控制器2的A/D(模拟/数字)转换输入端或高速A/D转换电路13的输入端，它是和控制器2双向连接的。10是电流电压转换电路，它可把漏极电流I_DS转换成电压信号送往控制器2的另一个A/D输入端。9是漏极隔离放大电路，它可把漏极电压V_DS放大或压缩后送入控制器2的第三个A/D转换输入端。17是带有加热元件15、热电偶16的控温器，在控制器2的控制下，它为测试台18提供环境温度TC。7是串联在漏极可编程控制电源5和漏极开关电路8之间的过流保护电路，这里用电阻RH代替，作用是限制漏极电流I_DS以防止由于振荡或其它原因烧毁被测器件12。20是小键盘，作用是输入少量控制命令以及在不接计算机1时输入给定数据。19是显示器，可实时显示漏极电压V_DS、漏极电流I_DS和栅极负偏置电压V_GSR，在不接计算机1时还可显示一些输入数据和测量结果。a是控制器2向时序调整电路3发出的进行加热、测试操作的控制信号，b是时序调整电路3向栅极开关电路6发出的开关信号，c是它向漏极开关电路8发出的开关信号，d是被测器件12的栅压，在图6中，在t₁即测不同管芯温度下的校正曲线时它用的数据是V_gsf1，t₀即加栅极负偏置电压V_GSR的时间段，在图7中，在t₂即工作状态时它用的数据是栅极负偏置电压V_GSR，在t₃即测量状态时它用的数据是V_gf2，e是栅极负偏置电压V_GSR的倒相波形，f是V_gsf1或V_gsf2的波形，根据是测校正曲线或测量状态而有所不同，i是栅极电波I_M的波形，其波形图见图6～7。

下面先介绍各电路图之间的联接关系，然后再对各电路图本身进行说明。在此之前，先介绍作为关键部件的控制器2之端口定义与各条连接线，请见图14。控制器2是TP98A型的，它有J1～J5共5个端口。J1的各个端子分别与图13中接插件P1的端子1～9相连。栅极电压V_gs、漏极电压V_ds、经电流电压转换电路10转换后的漏极电压V_ids分别通过端子5、4、2送入控制器2的A/D输入端；J2是一个9针串行接口，它与计算机1(IBM-PC型)的串行接口COM1相连；J3也串行接口，它与808型温控器17的管脚11、13、15相连，控制并读取温度；端口J4的J4.45端子是高速输出端HS0.0，它与图9中的接插件JP1的端子JP1.1相连，端子J4.44是高速输出端HS0.1，端子J4.43是高速输出端HS0.2，它们分别与高速A/D采集电路13的信号控制线端口J1的端子JP1.3和JP1.4相连，以控制采集的开始与结束，因该电路采用标准的高速A/D采集板，故未给出电路图；端口J5各端子分别与图12可编程控制电源电路中接插件JP24的端子1～20相连，其中，D0～D7是数据总线，A0～A2是地址线，C0～C2是选择线， RD、 WR是读写控制线，GND是地线，REST与CLK未用。端口J5还通过图12中的接插件JP24、数据总线DBCS、接插件JP25与作显示器19用的EA-D20040AR型显示板相连，其联接关系见图15，其14个端子分别与显示板19的数据线D0～D7、读、写控制线R/W、选通线E、控制线RS、亮度线VO、地线GND和电源线+5伏相连；端口J5还经过图14中的接插件JP24、数据总线DBCS、驱动器芯片U25、接插件JP33与KB16型小键盘20的数据线D0～D7、地线GND相连。图9中，时序调整电路3的输出接插件JP4的端子JP4.1与图11栅极开关电路6的输入接插件JP12的端子JP12.1相连端子JP24.5与图10漏极开关电路8的输入接插件JP7的端子JP7.1相连。栅极开关电路6的电源接插件JP15的端子JP15.1与图12中可编程控制电源4的输出接插件JP31的端子JP31.1相连，栅极开关电路6的输出接插件JP14的端子JP14.1与图13中栅极隔离放大电路14中的输入接插件JP17的端子JP17.1相连，其另一个输出接插件JP16的端子JP16.1与测试台18上被测器件12的栅极相连，同时还经过电阻R35与由场效应管Q6、电阻R27组成的恒流源11的输出端相连。图10中，漏极开关电路8及限流电阻RH经电源输入接插件JP8的端子JP8.1、JP8.2分别与图12中可编程控制电源电路5的输出接插件端子JP30.3、JP30.4相连。漏极开关电路8的输出接件JP10的端子JP10.1、接插件JP11的端子JP11.1分别与图13中电流电压转换电路10的输入接插件JP17的端子JP17.6、JP17.4相连，以便把漏极电流I_ds转换成电压信号V_ids。图10中接插件JP9的端子JP9.1与测试台18上被测器件12的漏极相连。在图13中，与栅极开关电路6的输出接插件JP14的端子相连的端子JP17.1把放大后的栅极电压V_gs送往接插件P1的端子P1.5，在放大前的栅极电压还要与栅极隔离放大电路14中由芯片U18、U19组成的参考电压发生器的输出相减，在图13的运算放大器U16、U17中放大后形成测量栅压V_gs1或V_gsf2送往其输出接插件JP23的端子JP23.1和JP23.4。由此可见，在图13中包含了电流电压放大电路10、栅极、漏极隔离放大电路14和9。其中，栅极隔离放大电路14又由测量栅压V_gsf1或V_gsf2的参考电压发生器、测量栅压y_gsf1、V_gsf2的放大电路和栅压V_gs的放大电路构成。前者V_gsf1、V_gsf2直接送往A/D高速采集板13后再送往控制器12，后者V_gs则直接送往控制器2。参考电压的数字输入信号来自图13中接插件JP18的端子JP18.2～JP18.6，而它们又与图12中接插件JP26的相应端子相连。接插件JP1的端子JP1.2、JP1.6分别与TP98型控制器2中J1端口的ADCH3、GND相连，端子P1.4与其中的ADCH2相连，P1.5与ADCH1相连。图13中，接插件JP23的端子JP23.1，JP23.4与高速采集板13的端口J4相连。在图9中的接插件JP2；在图10中的接插件JP6；在图11中的接插件JP13；在图13中的接插件JP20、JP22，它们都是电源输出端接插件，芯片U7、U8、U10、U11都是相应的稳压电路，JP21是可调电源。

下面将对各个电路分别作出说明：

请参见图9的时序调整电路3。当没有控制信号进入端子JP1.1时，按复位键使D触发器U1A、U1B复位端CL接地，使它们复位，其Q输出端都为低电平。当从控制器2的HS0.0端输出的加热测量控制信号从JP1.1端输入并经两级反向器U4C、U4B驱动后，从反相器UJ4B输出的一路送往D触发器U1A的CLK端，由于CLK端为上升沿有效，使D触发器U1A翻转，其Q输出端变为低电平，经反相器U14D后便从JP4.1端输出一个控制栅极开关电路6打开的电压控制信号V_GS；同时，U1A的Q输出端变为高电平，经单稳电路U2A延时后，触发芯片U2B，它的 Q输出端便发出一个低电平脉冲送往D触发U1B的置位端PR，使其 Q输出端变为低电平，端子JP4.5便延时输出了一个控制漏极开关电路8打开的电压控制信号V_DS，两个信号间的延时可用可变电阻R4调整，约在0.2～30μs间。当控制器2的HS0.0端输出的控制信号的下降沿到来时，输到D触发器U1B的CLK端的上升沿使其 Q输出端变成高电平，使端子JP4.5输出一个关闭漏极开关电路8的电压信号，而Q输出端变成低电平，其下降沿经单稳电路U3A延时后，触发芯片U3B，使其 Q输出端输出一个低电平脉冲，经二极管D2送入触发器U1A的复位端CL，使其 Q端变为高电平，经U4D反相后，由端子JP4.1输出一个使栅极开关电路6关闭的电压信号，上述两个信号间的延时用可变电阻R5调节。在图9中，端口JP2接+5伏电源。其中，U1为芯片74LS74，U2、U3为芯片74LS221，U4为芯片74LS04。

再看图10中的漏极开关电路8。来自时序调整电路3的JP4.5端子的低电平漏极开关电路控制信号V_DS由图10中的端子JP7.1引入时，光耦输出电路截止，Q1基极电位升高，使管Q3、Q4导通，电阻R20有电流通过，电压便经端子JP9.1加到被测器件12的漏极，形成漏极电压V_ds。当端子JP7.1收到高电平信号时，则反之，电阻R20上无漏极电流，被测器件12进入测试调期。

再看图11的栅极开关电路6。来自时序调整电路3的JP4.1端子的高电平栅极开关电路控制信号V_GS由图11中的端子JP12.1引入时，光耦输出电路导通，光电管IS02的发射极和管Q5的基极都处于高电位，使管Q5导通，二极管D7导通，使恒流源11的电流流入二极管D7和电阻R34，栅极电压V_gs约为V_+0.7伏，当设定V_A＜-0.7伏时，栅极处于反偏置状态，此时为校准或加热周期。由于端子JP15.1、JP15.2是接可编程控制电源的，故可由此调整A点电压V_A，从而改变栅极反偏压V_B。当端子JP12.1引入低电平时，则反之，恒流源11的电流流经电阻R35后经端子JP16.1送往被测器件12的栅极，形成栅压V_B即V_gsf1或V_gsf2，使被测器件12处于测量周期。

再看图13。在栅极隔离放大电路14中，栅压V_B经图11中的运算放大器Ug、端子JP14.1送到图13中的端子JP17.1后，经运算放大器U15放大形成栅压V_gs并经端子JP1.5送往控制器2的J1端口的ADCH1端子。同时，该栅压V_B还和由芯片U18、U19组成的参考电压比较器的输出相减并经运算器放大器U16、U17放大后形成测量状态下的栅压V_gsf1或V_gsf2，再由端子JP23.1送往高速A/D采集板13。其中，J19是电源接插件。参考电压比较器的输入端子JP18.2～JP18.6的数字信号来自图12的端子JP26.2～JP26.6。在漏极隔离放大电路9中，漏极电压V_ds经图10的运算放大器U6、端子JP11.1送往图13的端子JP17.4后，形成放大后的漏极电压V′_ds并通过端子JP1.4送往控制器2的J1端口的ADCH2端子。端子JP17.4、JP17.6的漏极电压输出同时要经过由运算放大器U14B、U14C、U13及其外围元件组成的电流电压转换电路10后形成转换后的漏极电压V_ids经端子JP1.2送往控制器2的J1端口的ADCH3端子。其中，漏极电流的采样电压来自图10的电阻R20上的压降，经运算放大器U5、U6后由图13的端子JP17.4、JP17.6进入，通过由运算放大器U14B、U14C、U13组成的具有高共模抑制比的差放电路，使运算放大器U13的6端上的输出经二极管D2限幅便把栅压V_ids输送到端子JP1.2，其放大倍数可用调节可变电阻R40、R63来达到，但要受来自图13中JP18.1、图12中JP26.1的由控制器2发出的控制信号所控制，图13中的JP20、JP22是电源接插件。

再看图12的可编程控制电源和接口线路的电路图。在接口部分，接插件JP24与控制器2的端口J5相连。它是一个可扩展I/O接口，它有八个数据线，还有三条地址线和选通线，还有读写控制线。它与接插件，JP24的对应连接关系见图14控制器2的端口定义与说明。三条地址线、JP24.8、JP24.10、JP24.12端子以及一条选通线端子JP24.6分别与译码器U23的管脚1～4相连。当译码器U23的Y5端选通时便打开缓冲器U25使小键盘20的状态通过缓冲器U25、数据总线DB0～DB7(也称DBCS)、接插件JP24送往控制器官，这就是键盘接口。当译码器U23的Y4端选通时，在写状态下，从接插件JP24、数据线DB0～DB7来的数据经过驱动器U24驱动后进入锁存器U30。在控制器2的指令控制下便可经由端子JP26.2～JP26.6(见图12)、JP18.2～JP18.6(见图13)送往参考电压发生器形成参考电压。显示器接口由接插件JP25、芯片U31、U32、U33组成，接插件JP24的地址线JP24.12、JP24.8端子分别与端子JP25.3、JP25.6相连，JP24的选通线JP24.4经过或门U32A与JP25.5相连。JP24的写入控制线JP24.18经反向器U31A后通过或非门U32B进入D触发器U33A的1端使其翻转，其 Q端输出经或非门U32A进入端子JP25.5；JP24的读出控制线JP24.16经反相器U31C后通过或非门U32B进入D触发器U33A的1端使其翻转，按上述同样方式与端子JP25.5相连。

可编程控制电源共有两路。栅极开关电路控制信号V_GS的供电线路由芯片U21、U22、U20、U26A、U27和接插件JP30组成，漏极开关电路控制信号V_DS的供电线路由芯片U28、U29、U26B、U26C、U26D、U34A和接插件JP30组成，JP34、JP32分别是它们的电源接插件。以前者为例，U21、U22是两个0832D/A转换器，它们把数字信号在芯片U20A、U20B的协助下转换为电压信号，再经芯片U20C、U20D、U26A相加、反相、缓冲后送往可调电源LM337即U27的调整端，其输出电压经端子JP31.2、JP31.4送往图11的端子JP15.1及JP15.2。后者V_DS与前者V_GS极性不同，其原理相同。

高速A/D采集板13的端子J1.3、J1.4分别与控制器2的端子J4.44、J4.43相连，控制信号采集的开始与结束。该采集板13的J3电源端口与图13中的JP20接插件相连。它的J4模似信号输入端口与图13中的JP23接插件相连。它的J6端口与控制器2的J6端口相连，把采集结果送往控制器2。

控温器17的管脚19、20接热电偶16，管脚1、2接电源和电阻丝加热元件15，其串行接口11、13、15接控制器2的J3端口用以控制及读取测量温度。

试验证明：本发明达到了预期目的。与红外法相比，本装置的测量精度更高，测试空间分辨率也高，且又是非破坏性测试。

下面表1分别给出了GaAs MESFET分别采用用本装置测得的与红外微热像仪测得的结果。

器件编号	工作条件			本测试仪		红外法
								VDs(V)	IDs(mA)	Tc(℃)	Tch(℃)	Rth(℃/W)	Tch(℃)	Rth(℃/W)
	123	787	80100400	306060	55.081.7108.9	44.627.11 7.5	53.8779.12106.81								42.623.816.7

Claims (1)

1.一种砷化镓场效应管沟道温度测试装置，它是由采用IBM-PC型的计算机(1)、与其双向连接且用8098单片机构成的控制器(2)、输入端与前者输出端经加热和测试控制线相连的时序调整电路(3)、输入端分别与控制器(2)的输出端相连的栅极开关电路可编程控制电源(4)和漏极开关电路可编程控制电源(5)、输入端分别与时序调整电路(3)和栅极开关电路可编程控制电源(4)的输出端相连的栅极开关电路(6)、输入端与漏极开关电路可编程控制电源(5)的输出端相连的过流保护电路(7)、输入端分别与过流保护电路(7)和时序调整电路(3)的输出端相连的漏极开关电路(8)、输入端与漏极开关电路(8)的输出端相连而输出端分别与控制器(2)和漏极隔离放大电路(9)的输入端相连的电流电压转换电路(10)、恒流源(11)、栅极和恒流源(11)和栅极开关电路(6)的输出端相连而漏极与电流电压转换电路(10)的输出端相连且源极接地的被测砷化镓场效应晶体管(12)、输入端与被测管(12)的漏极而输出端与控制器(2)的输入端相连的漏极隔离放大电路(9)、输入端与被测管(12)的栅极而输出端分别与高速A/D采集电路(13)和控制器(2)的输入端相连的栅极隔离放大电路(14)、一端与控制器(2)双向连接而输入端又与栅极隔离放大电路(14)的另一个输出端相连的高速A/D采集电路(13)、与控制器(2)双向连接且带有加热元件(15)、热电偶(16)及为测试台(18)提供环境温度的恒温器(17)、测试台(18)以及与控制器(2)相连的显示器(19)和键盘(20)构成，本发明的特征在于：<1>、其中时序调整电路(3)由其输入端与控制器(2)的加热测量信号输出端HS0.0相连的反相器U4C、与其顺次相串的反向器U4B、U4A、其时钟端CLK与反相器U4B输出端相连的D触发器U1A、其时钟端CLK与反相器U4A输出端相连的D触发器U1B、其输入端与D触发器U1A的输出端Q而输出端与栅极开关电路(6)的控制信号输入端相连的反相器U4D、其输入端与D触发器U1B的输出端Q而输出端与漏极开关电路(8)的控制信号输入端相连的反相器U4E、其控制信号输入端B与D触发器U1A的输出端Q相连的单稳触发器U2A、其控制信号输入端A与前者输出端Q而其输出端Q与D触发器U1B的置位端PB相连的单稳触发器U2B、其控制信号输入端A与D触发器U1B的输出端Q相连的单稳触发器U3A、其控制信号输入端A与前者输出端Q相连而其输出端Q与其正极与D触发器U1A复位端CL相连的隔离二极管D2的负极相连的单稳触发器U3B、其输入端与反向器U4C输出端相连而其输出端经电阻R10、二极管D3相串接地的反相器U4F及它们的外围元件组成；<2>、其中漏极开关电路(8)由其输入端与时序调整电路(3)中反相器U4E输出端相连的用光电管IS01及其外围元件构成的光电转换开关、其输入端与光电转换开关输出端相连的由晶体三极管Q1～Q4组成的放大电路、两端分别与上述放大电路Q4管集电极输出端及漏极开关电路可编程控制电源(5)的漏极开关电路电源电压V_sds输出端相连的作过流保护电路(7)用的限流电阻RH、两端分别与上述放大电路中Q4管的射极输出端以及被测管(12)的漏极、由运算放大器U5、U6组成的隔离电路输入端相连的输出电阻R20、其输出端与电流电压转换电路(10)的输入端相连的上述隔离电路以及由稳压电路芯片U7、U8组成的漏极开关电路电源组成；<3>、其中栅极开关电路(6)由其输入端与时序调整电路(3)中反相器U4D输出端相连的用光电管IS02及其外围元件组成的光电转换开关、其输入端与上述光电转换开关输出电阻R31相连的用晶体管Q5构成的开关电路、一端与恒流源(11)的输出端相连而另一端分别与被测管(12)的栅极、与其负极和开关管Q5的开关信号输出端即其集电极相连的隔离二极管D7的正极相连的输出电阻R35、一端与上述开关信号输出端而另一端与栅极开关电路可编程控制电源(4)的栅极开关电路电源电压Vsgs输出端相连的输入电阻R34、由场效应管Q6、可变电阻R27串接而成且与光电转换开关共用电源的恒流源(11)、其输入端与隔离二极管D7正极而输出端与栅极隔离放大电路(14)的输入端相连的由运算放大器U9构成的隔离电路以及由稳压电路芯片U10、U11组成的栅极开关电路电源构成；<4>、其中漏极隔离放大电路(9)由其输入端通过输入电阻R44与漏极开关电路(8)的隔离电路中运算放大器U6的输出端相连而其输出端经输出电阻R47与控制器(2)的输入端相连的运算放大器U14A及其外围元件组成；<5>、其中电流电压转换电路(10)由其输入端与上述漏极开关电路(8)中的运算放大器U5、U6的输出端相连、其输出端经稳压管D21限幅后与控制器(2)的输入端相连而控制端经三极管Q7的栅极限流电阻R39与控制器(2)的输出端相连的用运算放大器U14B、U14C、U13组成的具有高共模抑制比的差放电路及其外围元件构成；<6>、其中栅极隔离放大电路(14)由其输入端经输入电阻R42与栅极开关电路(6)的隔离电路中运算放大器U9的输出端相连而其输出端与控制器(2)的输入端相连的运算放大器U15、其输入端经输入电阻R52与上述运算放大器U9的输出端相连而输出端与高速A/D采集电路(13)的输入端相连的用运算放大器U16、U17组成的两级放大电路、其输入端与控制器(2)的参考电压输出端相连而输出端与上述运算放大器U16的输出端相连的用芯片U18、运算放大器U19组成的参考电压发生器以及他们的外围元件构成；<7>、其中栅极开关电路可编程控制电源(4)由其输入端分别经驱动器U24、接插件JP24后与控制器(2)的数据输出端相连的D/A转换器U21、U22、其输入端分别与上述D/A转换器U21、U22输出端相连的运算放大器U20A、U20B、其输入端同时与上述运算放大器U20A、U20B输出端相连的加法器U20C、顺次与加法器U20C输出端串接的反相器U20D、缓冲器U26A、其输入端与缓冲器U26A输出端相连而其输出端与栅极开关电路(6)中的输入电阻R34相连的可调电源U27以及它们的外围元件构成；<8>、其中漏极开关电路可编程控制电源(5)由其输入端同样分别经驱动器U24、接插件JP24后与控制器(2)的数据输出端相连的D/A转换器U28、U29、其输入端分别与上述D/A转换器U28、U29输出端相连的运算放大器U26B、U26C、其输入端同时与上述运算放大器U26B、U26C输出端相连的加法和缓冲器U34A、其输入端与加法和缓冲器U34A输出端相连而其输出端与漏极开关电路(8)中的限流电阻RH相连的可调电源JP32以及它们的外围元件构成。

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