CN111443271A - 一种rsd时间抖动的测量方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RSD时间抖动的测量方法及电路，包括：两个RSD、触发电路以及放电电路；所述两个RSD并联在两个支路，两个RSD共有一个触发电路，且共用一个放电电路；两个RSD型号相同；同时触发两个RSD，对比两个RSD输出电流脉冲上升沿的预设位置得到RSD的开通延迟时间差值；重复同时触发两个RSD N次，得到N个RSD的开通延迟时间差值；求所述N个RSD的开通延迟时间差值的标准差，最后利用该标准差得到RSD的时间抖动值。本发明由于两个RSD在同一电路中，且外部工作条件完全一致，因此得到的RSD的开通延迟时间差几乎可以去除掉外部元件的影响，可以确保得到的RSD时间抖动值更为精准。

Description

一种RSD时间抖动的测量方法及电路

技术领域

本发明属于功率半导体器件特性测试技术领域，更具体地，涉及一种RSD时间抖动的测量方法及电路。

背景技术

脉冲功率技术是指在较长的时间内存储起来，然后通过开通器件将储存起来的能量在很短的时间内释放到负载上，产生高功率电脉冲的电物理技术，在高功率微波、核物理技术、污水净化等领域有广泛应用；现有技术中的脉冲功率发生电路的储能方式多以电容储能和电感储能为主。

在脉冲功率系统中，常用的一般为气体开关和液体开关，例如火花间隙、闸流管和油浸式开关，这些开关耐压高、通流大，但是工作不稳定，寿命低和工作频率低。随着近年来半导体开关的发展迅速，越来越多的半导体开关被应用到脉冲功率应用上，如电力电子中的晶闸管、绝缘栅双极性晶体管。这些开关工作频率高，工作稳定和寿命长，但是耐压低通流能力较弱。

为了适应脉冲功率技术的发展，专门应用于脉冲功率技术的脉冲功率半导体器件也在得到进一步的研究，例如RSD(反向开关晶体管，reversely switched dynistor)。RSD是一种电流触发型半导体器件，其只有阳极和阴极，没有专门用于触发开通或关断的端口。RSD的触发开通过程的是给器件施加一个大小合适的反向电流，持续时间为0.5μs-2μs，最后RSD可以全面导通。RSD具有体积小、可靠性高、功率大、耐压高等优点。

目前测量开关器件的通用方法都是多次测量开关器件的触发信号到电信号之间的开通延迟时间，然后利用开通延迟时间服从高斯分布，求取开通延迟时间的标准差来得到RSD的时间抖动。但是该方法有一个很大的缺陷，就是测量得到的RSD开通延迟时间也包含其他元件，例如磁开关、触发开关等的工作时间，且这些元件都具有较大的时间抖动，因此最后得到的RSD时间抖动存在较大误差。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有技术测量RSD时间抖动存在较大误差的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种RSD时间抖动的测量方法，包括如下步骤：

步骤S1，将两个RSD并联在两个支路，两个RSD共有一个触发电路，且共用一个放电电路；两个RSD型号相同；

步骤S2，同时触发两个RSD，对比两个RSD输出电流脉冲上升沿的预设位置得到RSD的开通延迟时间差值；

步骤S3，每次测试电路工作时，重复执行N次步骤S2，得到N个RSD的开通延迟时间差值；N为大于1的整数；

步骤S4，求所述N个RSD的开通延迟时间差值的标准差，最后利用所求的标准差得到RSD的时间抖动计算值；

步骤S5，重复步骤S2、S3和S4L次，得到L个RSD的时间抖动计算值，求取这L个RSD时间抖动计算值的平均值，即RSD真实的时间抖动值；L为大于1的整数。

可选地，所述两个RSD共用一个放电电路，以保证两个RSD共用一个磁开关。

可选地，步骤S2、S3和S4得到的RSD时间抖动计算值的计算方法为：

Δt_i＝t_i2-t_i1

其中，t_RMS为RSD的时间抖动计算值，t_i1和t_i2分别是两个RSD第i次执行步骤S2得到的开通延迟时间，Δt_i为第i次执行步骤S2得到的开通延迟时间差值，N为两个RSD的开通延迟时间差值数目，

为Δt_i的平均值。

可选地，步骤S5所述的RSD真实的时间抖动值的计算方法为：

其中

为真实的RSD时间抖动值，L为测试电路的工作次数，t_RMSi为测试电路第i次工作时计算得到的RSD时间抖动计算值。

第二方面，本发明提供一种RSD时间抖动的测量电路，包括：并联的两个RSD与电阻串联的支路、触发电路以及放电电路；

所述并联的两个RSD与电阻串联的支路，两个RSD共用一个触发电路，且共用一个放电电路；两个RSD型号相同；

同时触发两个RSD，对比两个RSD输出电流脉冲上升沿的预设位置得到RSD的开通延迟时间差值；每次测试电路工作时，重复执行N次触发两个RSD，得到N个RSD的开通延迟时间差值；N为大于1的整数；求所述N个RSD的开通延迟时间差值的标准差，最后利用所求的标准差得到RSD的时间抖动计算值；重复求得L个RSD的时间抖动计算值，求取这L个RSD时间抖动计算值的平均值，即RSD真实的时间抖动值；L为大于1的整数。

可选地，所述两个RSD并联的两个支路除RSD以外的其他元件相同，且所述两个支路具有对称性。

可选地，所述触发电路用于向两个RSD反向注入预设量的电荷。

可选地，所述两个RSD共用一个放电电路，以保证两个RSD共用一个磁开关。

可选地，所述RSD时间抖动计算值的计算方法为：

Δt_i＝t_i2-t_i1

其中，t_RMS为RSD的时间抖动计算值，t_i1和t_i2分别是两个RSD第i次执行步骤S2得到的开通延迟时间，Δt_i为第i次执行步骤S2得到的开通延迟时间差值，N为两个RSD的开通延迟时间差值数目，

为Δt_i的平均值。

可选地，所述RSD真实的时间抖动值的计算方法为：

其中

为真实的RSD时间抖动值，L为测试电路的工作次数，t_RMSi为测试电路第i次工作时计算得到的RSD时间抖动计算值。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提供一种RSD时间抖动的测量方法及电路，避免了通过测量RSD的开通延迟时间来计算RSD的时间抖动，该方法选择测量两个RSD的开通延迟时间差，这样可以去除其他元件的工作时间，从而避免在计算RSD的时间抖动时，引入其他的元件的时间抖动，以此得到的精确的RSD时间抖动值。

附图说明

图1是本发明提供的一种RSD时间抖动测试电路示意性框图。

图2是本发明提供的一种RSD时间抖动测试电路示意图。

图3是本发明提供的工作频率为200Hz、触发信号个数为10，开关管Q1和Q2的控制信号的示意图。

图4是本发明提供的对比两个RSD的电流脉冲得到开通延迟时间差的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明公开一种RSD时间抖动的测试方法，主要用于测试RSD的时间抖动。通用的时间抖动的测量方法多次测量单个RSD的开通延迟时间然后计算这些开通延迟时间的标准差来得到RSD的时间抖动。由于测量得到的RSD开通延迟时间也包含其他元件，例如磁开关、触发开关等，的工作时间，且这些元件都具有较大的时间抖动，因此最后得到的RSD时间抖动存在较大误差。

本发明提出的RSD时间抖动测试方法避免了测量RSD的开通延迟时间，而是选择测量两个RSD的开通延迟时间差来得到RSD的时间抖动。该方法流程如下：1)在一个电路中同时触发两个同型号的RSD，通过对比同一周期中两个RSD输出电流脉冲上升沿的某一固定位置来得到RSD的开通延迟时间差值；2)在测试过程中，电路需要工作多次，每次电路工作，RSD将会输出多个电流脉冲，因此可以得到多个RSD开通延迟时间差；3)每次电路工作结束后，利用得到的多个RSD开通延迟时间差，可以求得一个RSD时间抖动计算值；4)电路工作多次后，可以得到多个RSD时间抖动计算值，最后取这些RSD时间抖动计算值的平均值，即得到RSD时间抖动的准确值。由于两个RSD在同一电路中，且外部工作条件完全一致，因此得到的RSD的开通延迟时间差几乎可以去除掉外部元件，例如磁开关、触发开关的工作时间，以此确保得到的RSD时间抖动值更为精准。

本发明提供了一种RSD时间抖动的测试方法及电路，包括RSD时间抖动的测试电路，电路操作过程与RSD时间抖动的计算方法。

本发明提供一种RSD时间抖动的测试电路，如图1所示，包括：放电电路，并联的两个RSD与电阻串联的支路，触发电路。

本发明提供的测试电路同时触发两个同型号的RSD，其中单个RSD先与电阻串联形成一条单独的支路，然后两条相同的这种支路并联在一起。

其中在实际电路设计时，应保证RSD₁和电阻R₁形成的支路与RSD₂和电阻R₂的形成的支路具有良好的对称性，即RSD₁与RSD₂的相对摆放位置、电阻R₁与R₂的相对摆放位置和支路的路径长度都相同。

更进一步的，在测试时可以选择同时触发2个以上的同型号的RSD，其中每个RSD与电阻形成的路径需保证满足相互对称且路径长度相等的条件，具体可参考同时触发两个RSD的设置条件。

更进一步地，两个RSD共用同一个触发电路，以此保证两个RSD的触发信号相同。其中触发电路起到的作用是向RSD反向注入足够电荷，触发电路可以有多种形式，例如直接触发、谐振触发和强脉冲触发方式等。更进一步地，两个RSD共用同一个放电电路，以保证RSD共用同一个磁开关。更进一步地，与RSD串联的电阻(图中R₁与R₂)阻值相等且较小，一般情况下，电阻取值可以为取为0.25Ω。

更进一步地，在电路的操作过程中，先设定好电路工作在一定的工作频率下，然后使电路在该固定频率下，比如，使电路工作在200Hz的频率下。

其中，每次电路工作，每个RSD输出一定数目的电流脉冲，比如每次电路工作，每个RSD输出10个电流脉冲。

更进一步地，选择好查看的电流的脉冲上升的某个位置，然后对比RSD1与RSD2流过的电流脉冲的该位置得到一个时间差，该时间差可以视为RSD₁与RSD₂的开通延迟时间差。比如，在测试时，选择对比流过RSD₁与RSD₂的两个电流脉冲上升沿半峰值的位置得到RSD的开通延迟时间差。

更进一步地，在得到开通延迟时间差之后，利用以下的计算公式可以得到RSD的时间抖动计算值。

Δt_i＝t_i2-t_i1 (2)

在公式(1)和(2)中，t_i1和t_i2分别是电路第i次工作时RSD₁和RSD₂的开通延迟时间，Δt_i为电路第i次工作时开通延迟时间相差，N为RSD的开通延迟时间差数目，t_RMS为RSD的时间抖动计算值。

更进一步地，为了保证测量得到的RSD具有准确性，电路需要工作一定次数，可以得到相同数目的单个RSD时间抖动值，比如电路工作4次，每次电路工作，每个RSD输出10个电流脉冲。

更进一步地，当电路工作一定次数后，利用公式(1)计算可以得到相同数目的RSD时间抖动计算值。然后对这些RSD时间计算值取平均值，该平均值即为最后的准确地RSD时间抖动值。计算公式如下：

式(3)中

为多次电路工作下RSD时间抖动的平均值，L为电路的工作次数，t_RMSi为电路第i次工作时利用公式(1)计算得到的RSD时间抖动计算值。

本发明可以克服通用RSD时间抖动测量方法得到的结果误差较大这一障碍。

由于通用的RSD时间抖动测量方法直接测量触发信号与开关器件输出的电信号之间的时间，并以此时间作为RSD的开通延迟时间，然而测量得到的开通延迟时间中存在有其他开关，例如磁开关的工作时间，因此直接求取多次开通延迟时间的标准差并以此作为RSD的时间抖动与真实的RSD时间抖动值存在较大的误差，误差主要来源磁开关或触发开关的时间抖动。本发明并不直接测量RSD的开通延迟时间，而是测量两个相同型号RSD在同一条件下所得到的开通延迟时间差，并利用该开通延迟时间差来计算RSD的时间抖动，此方法可以非常容易去除掉来自其他开关，例如磁开关，的时间抖动成分，从而得到更为准确地RSD时间抖动数值。

本发明的目的是通过如下措施来达到。本发明在一个电路中，同时触发开通两个RSD，两个RSD共用同一个触发电路与放电电路。在电路工作时候，每个RSD都会输出电流脉冲，通过对比两个RSD输出的电流脉冲上升沿的某个固定位置来得到两个开通延迟时间差，然后利用公式求得最后准确的RSD时间抖动。

图2示出了本发明实例提供的一种RSD时间抖动测试电路示意图。如图2所示，测试电路图发生电路包括：直流稳压电源DC、电容C₀、磁开关MS、开关器件Q₀、开关器件Q₁、开关器件Q₂、二极管D₁、二极管D₂、电阻R₀、电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅、电阻R₆和两个同型号的RSD(RSD₁与RSD₂)。它们之间的连接关系如下：C₀一端连接MS、DC负极、R₀，MS一端与Q₀、RSD₁、RSD₂、RSD₃、D₁、Q₂相连接，DC另一端连接R₄，R₄另一端连接Q₀，R₀另一端连接R₁、R₂和R₃，R₁另一端连接RSD₁阴极，R₂另一端连接RSD₂阴极，R₃另一端连接Q₁与R₆，Q₁另一端连接R₅与C₁，R₆另一端连接D₂，D₂另一端连接C₁与Q₂，Q₅另一端连接R₁。

电容C₀、磁开关MS、开关器件Q₀、电阻R₄、直流稳压电源DC和电阻R₀构成上述的放电电路，二极管D₁、二极管D₂、电阻R₃、电阻R₅、电阻R₆、开关器件Q₁和开关器件Q₂构成上述的触发电路。电路的参数的一种选择为：C₀为1μF，R₄为500Ω，R₀为0.5Ω，R₁为0.25Ω，R₂为0.25Ω，R₃为0.25Ω，R₅为50Ω，R₆为50Ω，C₁为1μF。该电路的一种工作过程如下：1)初始时刻，开关器件Q₀开通，DC给C₀和C₁充电，充电结束之后，开关器件Q₀关断；2)同时触发开通开关器件Q₁和Q₂，C₁通过Q₁、R₃、R₁、R₂、RSD₁、RSD₂和Q₂回路放电；3)RSD₁和RSD₂反向流过电流的时候，磁开关MS承受C₀上的电压，一段时间后，MS进入饱和状态；4)C₀通过MS、RSD₁、RSD₂、R₁、R₂和R₀回路放电，RSD₁和RSD₂流过一个电流脉冲。

本发明提供的一种RSD时间抖动测试方法过程主要如下：1)确定测试电路的要工作的频率，并根据该频率设置好Q₀、Q₁和Q₂的控制信号的周期；2)确定好每次电路工作时，Q₀、Q₁和Q₂的触发信号发出的个数，图3即工作频率为200Hz，触发信号个数为10个的开关管的控制信号的示意图；3)给开关管Q₀发送驱动信号，保证主电路中C₀达到稳定的工作电压后同时给Q₁和Q₂发送驱动信号，接着每个RSD在固定工作频率下连续输出一定数目的电流脉冲波，若给Q₁和Q₂如图2所示的控制信号，每次电路工作，每个RSD将连续输出10个电流脉冲；4)在示波器上对比两个RSD在每个周期内输出的电流脉冲上升沿的某个位置，得到RSD的开通延迟时间差，假若Q₁和Q₂在图2所示的控制信号下，电路工作一次可以得到10个RSD的开通延迟时间差。5)将得到的10个RSD的开通延迟时间差代入公式(4)计算得到一个RSD时间抖动计算值。6)在条件不变的前提下，重复过程3)、4)和5)，假若重复次数为4次，则可以得到4个RSD时间抖动计算值，然后取这4个RSD时间抖动计算值的平均数，该平均数即真实的RSD时间抖动值。

图4示出了一种对比两个RSD电流脉冲得到开通延迟时间差的示意图。由于两个RSD工作在上述要求的电路中，因此两个RSD触发起始点相同。图中t_i1表示RSD₁电流脉冲上升沿半峰值的时刻，t_i2表示RSD₂电流脉冲上升沿半峰值的时刻，Δt_i＝t_i2-t_i1即表示两个RSD的开通延迟时间差。

在本发明实例中，R₁与R₂的作用在于平衡RSD₁与RSD₂的预充电流，避免RSD₁与RSD₂结构上细微的差别导致预充电荷不相同，从而导致测量结果产生较大误差，R₁与R₂的数值一般较小，在mΩ的范围。

电路本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种RSD时间抖动的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，将两个RSD并联在两个支路，两个RSD共有一个触发电路，且共用一个放电电路；两个RSD型号相同；

步骤S2，同时触发两个RSD，对比两个RSD输出电流脉冲上升沿的预设位置得到RSD的开通延迟时间差值；

步骤S3，每次测试电路工作时，重复执行N次步骤S2，得到N个RSD的开通延迟时间差值；N为大于1的整数；

步骤S4，求所述N个RSD的开通延迟时间差值的标准差，最后利用所求的标准差得到RSD的时间抖动计算值；

步骤S5，重复步骤S2、S3和S4L次，得到L个RSD的时间抖动计算值，求取这L个RSD时间抖动计算值的平均值，即RSD真实的时间抖动值；L为大于1的整数。

2.根据权利要求1所述的RSD时间抖动的测量方法，其特征在于，所述两个RSD共用一个放电电路，以保证两个RSD共用一个磁开关。

3.根据权利要求1所述的RSD时间抖动的测量方法，其特征在于，步骤S2、S3和S4得到的RSD时间抖动计算值的计算方法为：

Δt_i＝t_i2-t_i1

其中，t_RMS为RSD的时间抖动计算值，t_i1和t_i2分别是两个RSD第i次执行步骤S2得到的开通延迟时间，Δt_i为第i次执行步骤S2得到的开通延迟时间差值，N为两个RSD的开通延迟时间差值数目，

为Δt_i的平均值。

4.根据权利要求3所述的RSD时间抖动的测量方法，其特征在于，步骤S5所述的RSD真实的时间抖动值的计算方法为：

其中

为真实的RSD时间抖动值，L为测试电路的工作次数，t_RMSi为测试电路第i次工作时计算得到的RSD时间抖动计算值。

5.一种RSD时间抖动的测量电路，其特征在于，包括：并联的两个RSD与电阻串联的支路、触发电路以及放电电路；

所述并联的两个RSD与电阻串联的支路，两个RSD共用一个触发电路，且共用一个放电电路；两个RSD型号相同；

同时触发两个RSD，对比两个RSD输出电流脉冲上升沿的预设位置得到RSD的开通延迟时间差值；每次测试电路工作时，重复执行N次触发两个RSD，得到N个RSD的开通延迟时间差值；N为大于1的整数；求所述N个RSD的开通延迟时间差值的标准差，最后利用所求的标准差得到RSD的时间抖动计算值；重复求得L个RSD的时间抖动计算值，求取这L个RSD时间抖动计算值的平均值，即RSD真实的时间抖动值；L为大于1的整数。

6.根据权利要求5所述的RSD时间抖动的测量电路，其特征在于，所述两个RSD并联的两个支路除RSD以外的其他元件相同，且所述两个支路具有对称性。

7.根据权利要求5所述的RSD时间抖动的测量电路，其特征在于，所述触发电路用于向两个RSD反向注入预设量的电荷。

8.根据权利要求5所述的RSD时间抖动的测量电路，其特征在于，所述两个RSD共用一个放电电路，以保证两个RSD共用一个磁开关。

9.根据权利要求5所述的RSD时间抖动的测量电路，其特征在于，其特征在于，所述RSD时间抖动计算值的计算方法为：

Δt_i＝t_i2-t_i1

其中，t_RMS为RSD的时间抖动计算值，t_i1和t_i2分别是两个RSD第i次执行步骤S2得到的开通延迟时间，Δt_i为第i次执行步骤S2得到的开通延迟时间差值，N为两个RSD的开通延迟时间差值数目，

为Δt_i的平均值。

10.根据权利要求9所述的RSD时间抖动的测量电路，其特征在于，所述RSD真实的时间抖动值的计算方法为：

其中

为真实的RSD时间抖动值，L为测试电路的工作次数，t_RMSi为测试电路第i次工作时计算得到的RSD时间抖动计算值。

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