EP1142116A1 - Generateur de courant multiniveaux a commande numerique et systeme de test d'endurance de composant equipe d'un tel generateur - Google Patents

Generateur de courant multiniveaux a commande numerique et systeme de test d'endurance de composant equipe d'un tel generateur

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Publication number
EP1142116A1
EP1142116A1 EP99958270A EP99958270A EP1142116A1 EP 1142116 A1 EP1142116 A1 EP 1142116A1 EP 99958270 A EP99958270 A EP 99958270A EP 99958270 A EP99958270 A EP 99958270A EP 1142116 A1 EP1142116 A1 EP 1142116A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
generator
digital
generators
components
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99958270A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alain Toffoli
Patrice Waltz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1142116A1 publication Critical patent/EP1142116A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K4/00—Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions
    • H03K4/02—Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having stepped portions, e.g. staircase waveform
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/14—Measuring resistance by measuring current or voltage obtained from a reference source

Definitions

  • the present invention relates to a multilevel current generator with digital control, in particular of the bidirectional type, and a component endurance test system equipped with such a generator.
  • the endurance tests of conductive electrical elements make it possible to establish the service lives of components, circuits or parts of circuits, i.e. the period of use after which the elements considered are destroyed or liable to malfunction.
  • the destruction of the elements is generally characterized by a sudden variation in impedance, measured at constant current.
  • a particular type of endurance test may consist in measuring over time the effects of the migration of the material of interconnection strips to other parts of the circuit. The invention thus applies, in general to the implementation of endurance tests of electrical elements or components and in particular of resistive components.
  • Component endurance tests include component aging phases, during which a current generally having an intensity greater than the intensity of a nominal current of the components, and test phases during which their electrical characteristics are measured.
  • the aging phases can be further accelerated by subjecting the components to other constraints such as temperature or radiation constraints.
  • the components are, for example, placed in an oven.
  • the equipment intended to carry out the endurance tests comprises current generators for applying to the components an aging and / or measurement current.
  • Figure 1 attached is a graph showing the value of the current imposed on a circuit tested for a period ta.
  • the continuous current la is kept constant throughout the aging phase, that is to say throughout the duration ta.
  • the applied current can be a pulse current in the form of a rectangular signal.
  • the circuit tested receives alternately a current of intensity Ib and a current of zero intensity.
  • a cyclic ratio P1 / P2 is defined which can be adjusted.
  • the signal frequency can be adjusted.
  • the rectangular impulse signal can be of the bidirectional type, that is to say take alternately positive and negative values of current intensity.
  • Document (3) describes in particular an endurance test system with multilevel generators (two levels).
  • the known devices for carrying out endurance tests suffer from a certain number of limitations among which one can retain, the relatively long duration of the aging periods, the size of the generators and their price.
  • the size and cost of the generators constitutes a handicap when a large number of (identical) circuits must be tested simultaneously for the purposes of statistical study of their aging.
  • the size of the generators also constitutes a nuisance when the circuits must be subjected to a particular environment such as an oven for example.
  • the size of the generators still constitutes a nuisance when the length of the links between the generator and the circuit is too great. The greater this length, the more the dynamic performance (switching speed) is limited.
  • the speed of switching between the current values of the multilevel signal applied to the components during the aging phases is not very fast.
  • a slow switching frequency has the effect of prolonging the duration of the aging phases, or does not make it possible to carry out measurements requiring high switching frequencies.
  • a slow switching frequency one can study for example the band from 10 KHz to 100 KHz but it is not possible to access frequencies of the order of 10 megahertz.
  • the object of the present invention is to propose a current generator and a test system, equipped with the generator, making it possible to overcome the difficulties mentioned above.
  • One aim is in particular to propose a generator capable of delivering a high frequency signal with abrupt transitions between different current levels.
  • Another aim is to propose an economical and compact generator built around a reduced number of components.
  • Another aim is to propose a generator of the multilevel type and with bidirectional current.
  • Another object of the invention is to propose such a generator which can be controlled and programmed digitally, for example from a personal computer, so as to adapt its characteristics to the type of circuits to be tested.
  • an aim is to propose a complete test system, integrating one or more current generators of the invention and making it possible to carry out endurance tests automatically.
  • the invention more specifically relates to a digitally controlled multilevel current generator, which comprises: a digital input capable of receiving digital data corresponding in particular to current levels,
  • At least one digital-anological converter capable of converting digital data into analog voltages
  • clocked electronic switch connected between the digital-analog converter and a current output of said current generator, via a current voltage converter.
  • the clocked electronic switch is the essential organ which fixes the frequency, the period and the duty cycle of the multilevel signal delivered by the generator.
  • Such a switch of a type known per se, is capable of carrying out abrupt transitions between voltage values at a frequency much higher than the logic switching frequency of known devices.
  • Switching times less than 10 nsec are possible while digital-analog conversion times are greater than 100 nsec.
  • the device of the invention makes it possible to use cables of size less than 20 cm between the generator and the circuit to be tested.
  • the electronic switch has two inputs, one being connected to a digital-to-analog converter and the other being connected to ground. Switching is done then between the two entries.
  • the switch may, however, have a greater number of inputs, connected to two or more converters. Switching is then made between the different inputs connected to the converters and possibly one (or more) input (s) connected to ground.
  • the voltage values at the switch output are transformed into an output current signal by the voltage-current converter.
  • the frequency of this signal can reach and even exceed ten megahertz.
  • the digital input which can be connected to a computer, receives digital data making it possible to set the value of the voltage levels delivered by each digital-analog converter and therefore the current levels at the output of the generator.
  • the generator is preferably of the multilevel type and comprises, as indicated above, for each output level, with the exception of the zero current (ground) output level, an analog-digital converter. Each converter is connected to an input channel of the clocked electronic switch.
  • the generator can comprise for each digital-analog converter a corresponding memory for storing digital data.
  • a particular configuration of the generator that is to say a set of particular values of the output currents can be stored directly in the generator. This makes it possible to limit the number of electrical connections between the generator and the latter's programming means. According to a particular possibility of realization of the generator, it can include:
  • At least one first analog-digital converter for delivering positive analog voltages
  • the generator may include a plurality of converters for delivering positive voltages and fixing, for example, a plurality of positive values of the output current, as well as a plurality of converters corresponding to negative values of the current.
  • the subject of the invention is also a system for testing the endurance of components comprising:
  • the component test means are understood to be means making it possible to measure one or more physical, and in particular electrical, characteristics of the components and thus assess their aging, their operating state or their destruction.
  • generator control means means means making it possible to fix at least one parameter chosen from the values of the currents of output delivered by the generator, frequency, duration and duty cycle of its output signal.
  • the control means can in particular be connected to the digital input of the current generator (s) to modify the digital input value of the digital-anological converters.
  • the control means can also include, clock signal generators, or "clock generators", connected to the current generators to control the clocked electronic switches respectively.
  • the clock signals are, for example, square-wave signals (rectangular).
  • the current generators may comprise a number N of digital-analog converters and be associated with an equivalent number N of clock signal generators.
  • the clock signal generators are connected to the clocked switches of said current generators to drive them.
  • the clock signal generators can optionally be associated with a logic unit, and are designed to control, for example, the frequency and the duty cycle of the clocked switch (s).
  • the test system of the invention can be used for a single component. It is however preferably designed for the endurance test of a plurality of components comprising a corresponding plurality of current generators, each current generator being respectively connected to a component.
  • control means can be designed or programmed so as to establish each current generator either in a component aging regime or in a test regime.
  • the clocked switch In the aging regime, the clocked switch is actuated and the generator delivers a multilevel current output.
  • the test regime the clocked switch is maintained in a determined switching state and delivers a corresponding, constant and continuous current output.
  • the test system in which the test system is provided with a plurality of current generators associated with a plurality of components, at least one generator can be established in the test regime while the other generators are established in an aging diet.
  • a multiplexer can be provided for sequentially connecting the test means to a component associated with the generator established in the test regime.
  • - Figure 1 already described, is a graph indicating a form of current signal that can be delivered by a known current generator in an endurance test system.
  • - Figure 2 already described, is a graph showing another form of current signal that can be delivered by a known current generator in an endurance test system.
  • - Figure 3 is a simplified schematic view of a test system with a plurality of current generators, according to the invention.
  • FIG. 4 is a simplified schematic view of a current generator according to
  • FIG. 5 is a simplified schematic view of a detail of an alternative embodiment of the generator of Figure 4.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of an output signal that can be delivered by a generator according to invention.
  • FIG. 3 shows an endurance test equipment for a plurality of components, identified by the reference 10 and of which only three are shown. Each component 10 is connected to the output terminals 12 of a current generator 14 conforming to
  • the current generators each have a digital programming input 16, which is connected to a personal microcomputer 18.
  • the current generator associated with each component to be tested is designed to operate either in an aging regime of the component, during which it applies to the component a multilevel signal bidirectional high frequency either in a test regime.
  • various measurements of the component can be carried out. This is for example the analysis of the deformation of a signal or the measurement of a propagation time of a signal in the component.
  • the component test simply consists in measuring its impedance.
  • a direct and constant current is applied to the component under test while the resulting voltage at the terminals of the component is measured.
  • a plurality of components are subjected to an aging regime and their impedance is tested at predetermined time intervals.
  • the test of each component includes the application of a direct current of predetermined value, the measurement of a voltage across the terminals of the component and the establishment of the value of the impedance. After the test, the component returns to the aging regime.
  • the component operating according to the test regime is connected to a voltmeter 22.
  • a multiplexer 24 is provided for this purpose for successively and sequentially connecting each component to the voltmeter via a bus 26.
  • the voltmeter is also connected to the microcomputer 18 to authorize the entry and the exploitation of the measurement results.
  • test can be carried out other than by using direct current.
  • the resistance of the component is then established for example by measuring its rise time, in response to the pulse signal.
  • the references 30 indicate clock generators delivering rectangular signals in slots.
  • the clock generators 30 are connected to the microcomputer, so as to be able to control the frequency and the duty cycle of the signals in slots.
  • each clock generator 30 is connected to one or more current generators 14 via a bus 32.
  • each clock generator 30 is thus connected to all of the generators current.
  • a reduced number of current generators can be connected to a group of clock generators.
  • the assembly formed by the microcomputer and the clock generators is considered to constitute means for controlling the current generators.
  • the references 34 and 36 respectively designate a memory and a printer connected to the microcomputer. They are used to record and print generator operating parameters, as well as component test measurements.
  • the current generator of FIG. 4 is essentially built around an electronic switch clocked 40. Such a switch is known per se and sometimes designated by "analog multiplexer". Controlled by a control system, such as for example a system of programmable clocks
  • clock generators it allows one of its input terminals to be connected to an output terminal. Switching between the output terminal and the various input terminals can take place in a predetermined sequence.
  • the electronic switch 40 has a positive input channel
  • the switch output is labeled 50.
  • the setpoint voltages are respectively supplied by a digital-analog converter (D / A) 52a for the positive channel and a D / A converter 52b for the negative channel.
  • the converters deliver analog voltages which are a function of digital values received from digital input 16 and stored respectively in memories 54a and 54b associated with the D / A converters.
  • the generator can thus be reconfigured at will according to the circuits or components to be tested.
  • the electronic switch receives timing or clock signals from two clock generators 30a and 30b. These rectangular signals each have an adjustable frequency, phase and duty cycle via the microcomputer already mentioned.
  • the operation of the switch that is to say the switching sequence which it operates, can be understood as resulting from a (logical) combination of the timing signals using logical operators for example “OR”, “ AND “,” NAND “,” NOR “, etc.
  • the signals from the first clock generator 30a can be used to switch the output of the switch between a zero value (ground) and a non-zero value.
  • the signals from the second clock generator 30b can be used to determine which of the input channels, positive or negative, is connected to the output during switching corresponding to the non-zero value.
  • the output 50 of the electronic switch 40 is connected to one of the output terminals 12 by means of a voltage-current converter 56 which delivers a current proportional to the voltage applied to it.
  • the second output terminal is connected to ground.
  • the output of the voltage-current converter 56 is connected to the output terminal 12 via a calibration resistor selected by an inverter 58 between two resistors 60 of different values.
  • the calibration resistor can also be selected from a larger number of resistors.
  • a link arrow 62 indicates the possibility of controlling the inverter 58 from a signal applied to the digital input 16.
  • An additional measurement resistor 64 provided between the second output terminal 12 and the ground is provided for possibly observing the output current on an oscilloscope or for checking, by example, the switching time of the dynamic signal in order to access the measurement of variation of the impedance of the element to be tested.
  • figure 5 shows a part of a generator with a greater number of values of exit.
  • the current generator of FIG. 5 is of the multilevel and bidirectional type, that is to say that it is capable of delivering several current values and a current flowing alternately in opposite directions.
  • the generator comprises a number i of D / A converters 52al to 52ai with memories 54al to 54ai, corresponding to positive input channels of an electronic switch 40, and a number i of converters 52bl to 52bi with memories 54bl to 54bi, corresponding to the negative input channels of the switch.
  • the timing of the switch that is to say the switching sequence of the inputs and the time during which each input is connected to the output of the switch is ensured by one or more clock generators 30.
  • the signals coming from the generators of The programmable clocks can be transmitted to the switch 40 via a logic unit 31 to perform a logical combination of the clock signals (slots). More precisely, the timing of the switch, that is to say the switching sequence of the inputs and the duration during which each input is connected to the output of the switch, can be ensured by one or more clock generators 30, or by a logic unit 31 carrying out the predetermined timing paced by the combination of one or more clock generators 30.
  • the logic unit can be integrated into the switch.
  • a number n of clock generators makes it possible to obtain a number 2 n of logical combinations.
  • FIG. 6 shows the output signal of a current generator according to the invention comprising two D / A converters for the positive channels of the electronic switch and three D / A converters for the negative channels.
  • the positive values of the current are I p ⁇ and I P2
  • the negative values of the current are I n ⁇ , I n2 and
  • the references Pi, P 2 , 0, Ni, N 2 , N 3 the durations during which the current values I p ⁇ , I p2 , 0, I n ⁇ , I n2 and I n3 are respectively maintained.
  • the letters t c indicate the total duration of an aging cycle.
  • a generator capable of delivering a high frequency current signal.
  • the generator has only a reduced number of components, it can be miniaturized and placed near the components to be tested.
  • the use of current generators placed near the components to be tested makes it possible to reduce the length of connection wires and further increase the high frequency behavior during aging phases.

Landscapes

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Abstract

L'invention se rapporte à un générateur de courant multiniveaux à commande numérique comportant: une entrée numérique (16) apte à recevoir des données numériques correspondant à des niveaux de courant de sortie; au moins deux convertisseurs numérique-anologique (52a, 52b), aptes à convertir les données numériques en tensions analogiques; un commutateur électronique cadencé (40), avec au moins deux entrées (42a, 42b), connecté respectivement entre les convertisseurs numérique-analogique et une sortie de courant (12) par l'intermédiaire d'un convertisseur tension courant (56). L'invention concerne également un système de test d'endurance utilisant le générateur.

Description

GENERATEUR DE COURANT MULTINIVEAUX A COMMANDE NUMERIQUE ET SYSTEME DE TEST D'ENDURANCE DE COMPOSANT EQUIPE D'UN
TEL GENERATEUR
Domaine technique
La présente invention concerne un générateur de courant multiniveaux à commande numérique, en particulier de type bidirectionnel, et un système de test d'endurance de composants équipé d'un tel générateur.
Les tests d'endurance d'éléments électriques conducteurs (bandes métalliques, interconnexions, contacts) permettent d'établir des durées de vie de composants, de circuits ou de parties de circuit, c'est-à-dire la période d'utilisation après laquelle les éléments considérés sont détruits ou susceptibles de dysfonctionnements. La destruction des éléments est généralement caractérisée par une brusque variation d'impédance, mesurée à courant constant. Pour des circuits de micro-électronique, un type particulier de test d'endurance peut consister à mesurer au cours du temps les effets de la migration du matériau de bandes d'interconnexions vers d'autres parties du circuit. L'invention s'applique ainsi, de façon générale à la mise en œuvre de tests d'endurance d'éléments ou de composants électriques et en particulier de composants résistifs.
Etat de la technique antérieure
Les tests d'endurance de composants comportent des phases de vieillissement des composants, lors desquels on fait circuler dans les composants un courant présentant généralement une intensité supérieure à l'intensité d'un courant nominal des composants, et des phases de test lors desquelles on mesure leurs caractéristiques électriques. Les phases de vieillissement peuvent encore être accélérées en faisant subir aux composants d'autres contraintes telles que des contraintes de température ou de rayonnement. Les composants sont par exemple placés dans une étuve. Ainsi, les équipements destinées à réaliser les tests d'endurance comportent des générateurs de courant pour appliquer aux composants un courant de vieillissement et/ou de mesure.
La figure 1 annexée est un graphique indiquant la valeur du courant la imposée à un circuit testé pendant une durée ta. Le courant la, continu, est maintenu constant pendant toute la phase de vieillissement, c'est-à-dire pendant toute la durée ta.
Selon un perfectionnement, le courant appliqué peut être un courant impulsionnel sous la forme d'un signal rectangulaire.
Comme le montre la figure 2 , pendant une durée tb de la phase de vieillissement le circuit testé reçoit alternativement un courant d'intensité Ib et un courant d'intensité nulle. En désignant respectivement par Pi et P2 les périodes dans lesquelles est appliqué le courant d'intensité Ib et le courant d'intensité nulle on définit un rapport cyclique P1/P2 qui peut être ajusté. De même, la fréquence de signal peut être ajustée.
Selon un autre perfectionnement, le signal impulsionnel rectangulaire peut être du type bidirectionnel, c'est-à-dire prendre alternativement des valeurs positives et négatives de l'intensité du courant .
Une illustration des différents types de générateurs de courant, et de systèmes de test d'endurance, décrits ci-dessus, peut être trouvée dans les documents (1), (2) et (3) dont les références sont précisées à la fin de la présente description. Le document (3) décrit en particulier un système de test d'endurance avec des générateurs multiniveaux (deux niveaux) .
Les dispositifs connus pour la réalisation de tests d'endurance souffrent d'un certain nombre de limitations parmi lesquelles on peut retenir, la durée relativement longue des périodes de vieillissement, l'encombrement des générateurs et leur prix.
L ' encombrement et le coût des générateurs constitue un handicap lorsqu'un grand nombre de circuits (identiques) doit être testé simultanément à des fins d'étude statistique de leur vieillissement. L'encombrement des générateurs constitue également une gêne lorsque les circuits doivent être soumis à un environnement particulier tel qu'une étuve par exemple. Enfin, l'encombrement des générateurs constitue encore une gêne lorsque la longueur des liaisons entre le générateur et le circuit est trop importante. Plus cette longueur est grande, plus les performances dynamiques (vitesse de commutation) sont limitées .
Par ailleurs, dans un certain nombre de générateurs, tels que notamment celui décrit dans le document (3), la vitesse de commutation entre les valeurs de courant du signal multiniveaux appliqué aux composants lors des phases de vieillissement n'est pas très rapide. Or, une fréquence de commutation lente a pour effet de prolonger la durée des phases de vieillissement, ou ne permet pas d'effectuer des mesures nécessitant des fréquences de commutation élevées. Avec une fréquence de commutation lente, on peut étudier par exemple la bande de 10 KHz à 100 KHz mais il n'est pas possible d'accéder à des fréquences de l'ordre de 10 mégahertz.
Exposé de 1 ' invention
La présente invention a pour but de proposer un générateur de courant et un système de test, équipé du générateur, permettant de surmonter les difficultés mentionnées ci-dessus. Un but est en particulier de proposer un générateur capable de délivrer un signal à haute fréquence avec des transitions abruptes entre différents niveaux de courant.
Un autre but est de proposer un générateur économique et compact construit autour d'un nombre réduit de composants .
Un but est encore de proposer un générateur de type multiniveaux et à courant bidirectionnel .
Un autre but de l'invention est de proposer un tel générateur qui soit pilotable et programmable numériquement, par exemple à partir d'un ordinateur personnel, de façon à adapter ses caractéristiques au type de circuits à tester.
Un but est enfin de proposer un système de test complet, intégrant un ou plusieurs générateurs de courant de l'invention et permettant de réaliser les tests d'endurance de façon automatique. Pour atteindre les buts mentionnés ci-dessus, l'invention a plus précisément pour objet un générateur de courant multiniveaux à commande numérique, qui comporte : - une entrée numérique apte à recevoir des données numériques correspondant notamment à des niveaux de courant,
- au moins un convertisseur numérique-anologique, apte à convertir les données numériques en tensions analogiques,
— un commutateur électronique cadencé, connecté entre le convertisseur numérique-analogique et une sortie de courant dudit générateur de courant, par l'intermédiaire d'un convertisseur tension courant. Le commutateur électronique cadencé est l'organe essentiel qui fixe la fréquence, la période et le rapport cyclique du signal multiniveaux délivré par le générateur.
Un tel commutateur, d'un type connu en soi, est capable de réaliser des transitions abruptes entre valeurs de tension à une fréquence bien supérieure à la fréquence de commutation logique des dispositifs connus .
Des durées de commutation inférieures à 10 nsec sont possibles alors que les durées de conversion numérique-analogique sont supérieures à 100 nsec.
Par ailleurs, le dispositif de l'invention permet d'utiliser des câbles de taille inférieure à 20 cm entre le générateur et le circuit à tester. Dans son expression la plus simple, le commutateur électronique comporte deux entrées, l'une étant reliée à un convertisseur numérique-analogique et l'autre étant reliée à la masse. La commutation se fait alors entre les deux entrées. Le commutateur peut cependant avoir un nombre plus grand d'entrées, reliées à deux convertisseurs ou plus. La commutation se fait alors entre les différentes entrées reliées aux convertisseurs et éventuellement une (ou plusieurs) entrée (s) reliée(s) à la masse.
Les valeurs de tension à la sortie du commutateur sont transformées en un signal de courant de sortie par le convertisseur tension-courant. La fréquence de ce signal peut atteindre et même dépasser la dizaine de mégahertz.
L'entrée numérique, qui peut être reliée à un ordinateur, reçoit des données numériques permettant de fixer la valeur des niveaux de tension délivrés par chaque convertisseur numérique-analogique et donc les niveaux de courant à la sortie du générateur.
Le générateur est de préférence du type multiniveaux et comprend, comme indiqué ci-dessus, pour chaque niveau de sortie, à l'exception du niveau de sortie à courant nul (masse) , un convertisseur analogique-numérique. Chaque convertisseur est relié à une voie d'entrée du commutateur électronique cadencé.
Selon un aspect particulier, le générateur peut comporter pour chaque convertisseur numérique- analogique une mémoire correspondante pour stocker une donnée numérique .
Grâce à cette caractéristique, une configuration particulière du générateur, c'est-à-dire un jeu de valeurs particulières des courants de sortie peut être mémorisé directement dans le générateur. Ceci permet de limiter le nombre de connexions électriques entre le générateur et les moyens de programmation de ce dernier. Selon une possibilité de réalisation particulière du générateur, celui-ci peut comporter :
- au moins un premier convertisseur numérique analogique pour délivrer des tensions analogiques positives, et
- au moins un deuxième convertisseur numérique- analogique pour délivrer des tensions analogiques négatives .
En particulier, le générateur peut comporter une pluralité de convertisseurs pour délivrer des tensions positives et fixer, par exemple, une pluralité de valeurs positives du courant de sortie, ainsi qu'une pluralité de convertisseurs correspondant à des valeurs négatives du courant. L'invention a également pour objet un système de test d'endurance de composants comprenant :
- au moins un générateur de courant, tel que décrit ci-dessus, apte à délivrer aux composants un signal multiniveaux, - des moyens de pilotage du générateur de courant connectés à 1 ' entrée numérique du générateur de courant, et
- des moyens de test des composants,
Les moyens de test des composants sont compris comme étant des moyens permettant de mesurer une ou plusieurs caractéristiques physiques, et en particulier électriques, des composants et évaluer ainsi leur vieillissement, leur état de fonctionnement ou leur destruction. Par ailleurs, on entend par moyens de pilotage du générateur des moyens permettant de fixer au moins un paramètre choisi parmi les valeurs des courants de sortie délivrés par le générateur, la fréquence, la durée et le rapport cyclique de son signal de sortie.
Les moyens de pilotage peuvent être en particulier connectés à l'entrée numérique du ou des générateurs de courant pour modifier la valeur numérique d'entrée des convertisseurs numérique- anologique.
Les moyens de pilotage peuvent aussi comporter, des générateurs de signaux d'horloge, ou "générateurs d'horloge", connectés aux générateurs de courant pour piloter respectivement les commutateurs électroniques cadencés. Les signaux d'horloge sont par exemple des signaux en créneaux (rectangulaires).
En particulier, les générateurs de courant peuvent comporter un nombre N de convertisseurs numérique-analogique et être associés à un nombre N équivalent de générateurs de signaux d'horloge. Les générateurs de signaux d'horloge sont connectés aux commutateurs cadencés desdits générateurs de courant pour les piloter.
Les générateurs de signaux d'horloge peuvent être associés éventuellement à une unité logique, et sont conçus pour contrôler, par exemple, la fréquence et le rapport cyclique du ou des commutateurs cadencés. Le système de test de l'invention peut être utilisé pour un unique composant. Il est cependant conçu de préférence pour le test d'endurance d'une pluralité de composants comprenant une pluralité correspondante de générateurs de courant, chaque générateur de courant étant respectivement connecté à un composant.
Dans ce cas, les moyens de pilotage peuvent être conçus ou programmés de façon à établir chaque générateur de courant soit dans un régime de vieillissement du composant, soit dans un régime de test. Dans le régime de vieillissement, le commutateur cadencé est actionné et le générateur délivre une sortie de courant multiniveaux. Dans le régime de test, le commutateur cadencé est maintenu dans un état de commutation déterminé et délivre une sortie de courant correspondante, constante et continue.
Dans une mise en œuvre particulière, dans laquelle le système de test est pourvu d'une pluralité de générateurs de courant associée à une pluralité de composants, au moins un générateur peut être établi dans le régime de test tandis que les autres générateurs sont établis dans un régime de vieillissement. En outre, un multiplexeur peut être prévu pour connecter séquentiellement les moyens de test à un composant associé au générateur établi dans le régime de test.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés. Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif.
Brève description des figures
- La figure 1, déjà décrite, est un graphique indiquant une forme de signal de courant pouvant être délivré par un générateur de courant connu dans un système de test d'endurance. - La figure 2, déjà décrite, est un graphique indiquant une autre forme de signal de courant pouvant être délivré par un générateur de courant connu dans un système de test d'endurance. - La figure 3 est une vue schématique simplifiée d'un système de test avec une pluralité de générateurs de courant, conforme à l'invention.
- La figure 4 est une vue schématique simplifiée d'un générateur de courant conforme à
1 ' invention.
- La figure 5 est une vue schématique simplifiée d'un détail d'une variante de réalisation du générateur de la figure 4. - La figure 6 est un graphique indiquant un exemple de signal de sortie pouvant être délivré par un générateur conforme à l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de 1 ' invention
Le schéma synoptique de la figure 3 montre un équipement de test d'endurance pour une pluralité de composants, repérés par la référence 10 et dont seuls trois sont représentés. Chaque composant 10 est connecté aux bornes de sortie 12 d'un générateur de courant 14 conforme à
1 ' invention.
Les générateurs de courant présentent chacun une entrée numérique de programmation 16, qui est reliée à un micro-ordinateur personnel 18. La référence
20 désigne un bus qui relie le micro-ordinateur 18 à
1 ' entrée numérique de chacun des générateurs de courant .
Le générateur de courant associé à chaque composant à tester est conçu pour fonctionner soit dans un régime de vieillissement du composant, lors duquel il applique au composant un signal multiniveaux bidirectionnel de haute fréquence soit dans un régime de test.
Lors du régime de test, différentes mesures du composant peuvent être effectuées. Il s'agit par exemple de l'analyse de la déformation d'un signal ou de la mesure d'un temps de propagation d'un signal dans le composant.
Dans l'exemple illustré par la figure, le test du composant consiste simplement à mesurer son impédance.
Pendant le régime de test, un courant continu et constant est appliqué au composant testé tandis que l'on mesure la tension résultante aux bornes du composant . Dans la mise en oeuvre décrite ici, une pluralité de composants sont soumis à un régime de vieillissement et leur impédance est testée à des intervalles de temps prédéterminés. Le test de chaque composant comprend l'application d'un courant continu de valeur prédéterminée, la mesure d'une tension aux bornes du composant et l'établissement de la valeur de l'impédance. Après le test, le composant retourne au régime de vieillissement.
Ainsi, un seul des composants subit le régime de test pendant que les autres composants du système sont alimentés selon le régime de vieillissement.
Le composant fonctionnant selon le régime de test est relié à un voltmètre 22. Un multiplexeur 24 est prévu à cet effet pour relier successivement et de façon séquentielle chaque composant au voltmètre par l'intermédiaire d'un bus 26. Le voltmètre est également relié au microordinateur 18 pour autoriser la saisie et l'exploitation des résultats de mesure.
Il convient de préciser que le test peut être réalisé autrement qu'en utilisant un courant continu.
On peut utiliser, par exemple un signal impulsionnel de fréquence et d'intensité préalablement choisies. La résistance du composant est alors établie par exemple par la mesure de son temps de montée, en réponse au signal impulsionnel.
Le temps de montée noté τ est relié à la résistance R du composant par une relation de type τ=R-C où C est un coefficient de proportionnalité. Lorsque le composant vieillit τ et R augmentent. Les références 30 indiquent des générateurs d'horloge délivrant des signaux rectangulaires en créneaux.
Les générateurs d'horloge 30 sont connectés au micro-ordinateur, de façon à pouvoir contrôler la fréquence et le rapport cyclique des signaux en créneaux .
De plus, chaque générateur d'horloge 30 est relié à un ou plusieurs générateurs de courant 14 par l'intermédiaire d'un bus 32. Dans l'exemple illustré, chaque générateur d'horloge 30 est ainsi relié à l'ensemble des générateurs de courant. Toutefois, dans une variante, un nombre réduit de générateurs de courant peuvent être connectés à un groupe de générateurs d'horloge. L'ensemble formé par le micro-ordinateur et les générateurs d'horloge est considéré comme constituant des moyens de pilotage des générateurs de courant. Les références 34 et 36 désignent respectivement une mémoire et une imprimante connectées au micro-ordinateur. Elles servent à enregistrer et à imprimer les paramètres de fonctionnement des générateurs, ainsi que les mesures de test des composants .
Il convient à présent de décrire de façon plus détaillée le fonctionnement d'un générateur de courant ; les générateurs étant identiques les uns aux autres.
Le générateur de courant de la figure 4 est construit pour l'essentiel autour d'un commutateur électronique cadencé 40. Un tel commutateur est connu en soi et désigné parfois par "multiplexeur analogique" . Piloté par un système de commande, tel que par exemple un système d'horloges programmables
(générateurs d'horloge), il permet de relier à une borne de sortie l'une de ses bornes d'entrée. Une commutation entre la borne de sortie et les différentes bornes d'entrée peut avoir lieu selon une séquence prédéterminée .
Dans l'exemple de la figure, le commutateur électronique 40 comporte une voie d'entrée positive
42a, une voie d'entrée négative 42b et une voie d'entrée neutre 46 recevant un potentiel de masse. La sortie du commutateur porte la référence 50.
Aux voies d'entrée positive et négative 42a et 42b sont respectivement appliquées des tensions de consigne, qui comme expliqué plus loin, permettent de fixer des valeurs du courant de sortie du générateur.
Les tensions de consigne sont respectivement délivrées par un convertisseur numérique-analogique (N/A) 52a pour la voie positive et un convertisseur N/A 52b pour la voie négative. Les convertisseurs délivrent des tensions analogiques qui sont fonction de valeurs numériques reçues depuis l'entrée numérique 16 et mémorisées respectivement dans des mémoires 54a et 54b associées aux convertisseurs N/A.
Grâce aux mémoires 54a, 54b, associées aux convertisseurs N/A 52a, 52b, il est possible de reprogrammer et modifier les valeurs des tensions de consigne, c'est-à-dire les niveaux de courant du signal de sortie du générateur.
Le générateur peut ainsi être reconfiguré à volonté en fonction des circuits ou composants à tester .
Dans l'exemple de la figure, le commutateur électronique reçoit des signaux de cadencement ou d'horloge depuis deux générateur d'horloge 30a et 30b. Ces signaux, rectangulaires, présentent chacun une fréquence, une phase et un rapport cyclique ajustables par l'intermédiaire du micro-ordinateur déjà évoqué. Le fonctionnement du commutateur, c'est-à-dire la séquence de commutation qu'il opère, peut être compris comme résultant d'une combinaison (logique) des signaux de cadencement utilisant des opérateurs logiques par exemple des "OU", des "ET", des "NAND", "NOR", etc.
A titre d'exemple, les signaux du premier générateur d'horloge 30a peuvent être utilisés pour commuter la sortie du commutateur entre une valeur nulle (masse) et une valeur non nulle. En même temps, les signaux du deuxième générateur d'horloge 30b peuvent être utilisés pour déterminer laquelle des voies d'entrée, positive ou négative, est reliée à la sortie pendant la commutation correspondant à la valeur non nulle.
D'autres types de combinaisons des signaux sont également possibles. A titre de variante simplifiée, une seule indication de cadencement peut suffire pour faire parcourir les voies d'entrée par le commutateur selon une séquence de permutation prédéterminée.
La sortie 50 du commutateur électronique 40 est reliée à l'une des bornes de sortie 12 par l'intermédiaire d'un convertisseur tension-courant 56 qui délivre un courant proportionnel à la tension qui lui est appliquée.
La seconde borne de sortie est reliée à la masse.
On observe que, selon un perfectionnement, la sortie du convertisseur tension-courant 56 est reliée à la borne de sortie 12 par l'intermédiaire d'une résistance de calibrage sélectionnée par un inverseur 58 entre deux résistances 60 de valeurs différentes. Dans une version plus sophistiquée, la résistance de calibrage peut être sélectionnée également parmi un nombre plus grand de résistances.
Une flèche de liaison 62 indique la possibilité de commander l'inverseur 58 à partir d'un signal appliqué à l'entrée numérique 16.
Selon le choix de la résistance de calibrage, l'ensemble des valeurs du courant délivré peuvent être augmentées ou diminuées . Une résistance de mesure 64 additionnelle prévue entre la seconde borne de sortie 12 et la masse est prévue pour éventuellement observer le courant de sortie sur un oscilloscope ou pour vérifier, par exemple, le temps de commutation du signal dynamique afin d'accéder à la mesure de variation de l'impédance de l'élément à tester.
Alors que le générateur de courant de la figure 4 est du type à 3 valeurs de sortie (une valeur positive, une valeur négative et la valeur nulle), la figure 5 montre une partie d'un générateur avec un nombre plus important de valeurs de sortie. Le générateur de courant de la figure 5 est du type multiniveaux et bidirectionnel, c'est-à-dire qu'il est capable de délivrer plusieurs valeurs de courant et un courant circulant alternativement dans des sens opposés .
Le générateur comporte un nombre i de convertisseurs N/A 52al à 52ai avec des mémoires 54al à 54ai, correspondant à des voies d'entrée positives d'un commutateur électronique 40, et un nombre i de convertisseurs 52bl à 52bi avec des mémoires 54bl à 54bi, correspondant aux voies d'entrée négatives du commutateur.
Le cadencement du commutateur, c'est-à-dire la séquence de commutation des entrées et la durée pendant laquelle chaque entrée est connectée à la sortie du commutateur est assuré par un ou plusieurs générateurs d'horloge 30. Les signaux provenant des générateurs d'horloge programmables peuvent être transmis au commutateur 40 par l'intermédiaire d'une unité logique 31 pour effectuer une combinaison logique des signaux d'horloge (créneaux). Plus précisément, le cadencement du commutateur, c'est-à-dire la séquence de commutation des entrées et la durée pendant laquelle chaque entrée est connectée à la sortie du commutateur, peut être assuré par un ou plusieurs générateurs d'horloge 30, ou par une unité logique 31 réalisant le cadencement prédéterminé rythmé par la combinaison d'un ou de plusieurs générateurs d'horloge 30.
L'unité logique peut être intégrée dans le commutateur .
Un nombre n de générateurs d'horloge permet d'obtenir un nombre 2n de combinaisons logiques.
Dans un exemple de la figure, on peut utiliser un nombre i de générateurs d'horloge pour explorer un maximum de combinaisons de commutation.
La figure 6 montre le signal de sortie d'un générateur de courant conforme à 1 ' invention comprenant deux convertisseurs N/A pour les voies positives du commutateur électronique et trois convertisseurs N/A pour les voies négatives .
Les valeurs positives du courant sont Ipι et IP2, les valeurs négatives du courant sont Inι, In2 et
Les références Pi, P2, 0, Ni, N2, N3 les durées pendant lesquelles sont respectivement maintenues les valeurs de courant Ipι, Ip2, 0, Inι, In2 et In3. Les lettres tc indiquent la durée totale d'un cycle de vieillissement .
Finalement, il est possible d'obtenir, grâce aux caractéristiques de l'invention un générateur capable de délivrer un signal en courant de fréquence élevée. Comme le générateur ne comporte qu'un nombre réduit de composants, il peut être miniaturisé et placé à proximité des composants à tester. L'utilisation de générateurs de courant placés proximité des composantes à tester permet de réduire la longueur de fils de connexion et d'augmenter encore le comportement en haute fréquence lors des phases de vieillissement .
DOCUMENTS CITES (1)
FR-A-2 627 918
(2)
US-A-5 592 031
(3)
EP-A-0 298 865

Claims

REVENDICATIONS
1. Générateur de courant multiniveaux à commande numérique, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une entrée numérique (16) apte à recevoir des données numériques correspondant à des niveaux de courant de sortie,
- au moins deux convertisseurs numerique-anologique (52a, 52b, 52ai, 52bi) , aptes à convertir les données numériques en tensions analogiques, - un commutateur électronique cadencé (40) , avec au moins deux entrées (42a, 42b) , connecté respectivement entre les convertisseurs numérique- analogique, et une sortie de courant (12) par l'intermédiaire d'un convertisseur tension courant (56) .
2. Générateur de courant selon la revendication 1, comprenant pour chaque convertisseur numérique- analogique une mémoire (54a, 54b, 54ai, 54bi) pour stocker une donnée numérique.
3. Générateur de courant multiniveaux selon la revendication 1, comprenant :
- au moins un premier convertisseur numérique analogique (52a) pour délivrer des tensions analogiques positives, et — au moins un deuxième convertisseur numérique- analogique (52b) pour délivrer des tensions analogiques négatives .
4. Système de test d'endurance de composants (10) comprenant : - au moins un générateur de courant (14) apte à délivrer aux composants (10) un signal multiniveaux, - des moyens de pilotage (18, 30) du générateur de courant, connectés à l'entrée numérique (16) du générateur de courant, et
- des moyens (22, 24) de test des composants, caractérisé en ce que le générateur de courant est conforme à l'une des revendications 1 à 3.
5. Système selon la revendication 4, dans lequel les moyens de pilotage comprennent des générateurs d'horloge (30) connectés aux générateurs de courant (14) , pour piloter respectivement les commutateurs électroniques cadencés desdits générateurs de courant .
6. Système selon la revendication 5, dans lequel les générateurs d'horloge sont connectés à un micro-ordinateur 18 destiné à piloter, pour chaque générateur d'horloge, une fréquence de signal et un rapport cyclique de signal d'horloge.
7. Système selon la revendication 4, dans lequel les générateurs de courant (14) comportent un nombre N de convertisseurs numérique-analogique et dans lequel un nombre N équivalent de générateurs d'horloge sont associés aux générateurs de courant.
8. Système selon la revendication 4, pour le test d'endurance d'une pluralité de composants (10) comprenant une pluralité correspondante de générateurs de courant (14), chaque générateur de courant étant respectivement connecté à un composant.
9. Système selon la revendication 4, dans lequel les moyens de pilotage (18, 30) sont conçus pour établir chaque générateur de courant soit dans un régime de vieillissement de composant dans lequel le commutateur électronique cadencé du générateur est actionné et dans lequel le générateur délivre une sortie de courant multiniveaux, soit dans un régime de test dans lequel le commutateur cadencé est maintenu dans un état de commutation déterminé et dans lequel le générateur délivre une sortie de courant correspondante constante et continue.
10. Système selon la revendication 9, comprenant une pluralité de générateurs de courant associée à une pluralité de composants et dans lequel au moins un générateur peut être établi dans le régime de test tandis que les autres générateurs sont établis dans un régime de vieillissement, et comprenant un multiplexeur pour connecter les moyens de test à un composant associé audit générateur établi dans le régime de test.
11. Système selon la revendication 4, dans lequel les moyens de test des composants comportent des moyens pour délivrer un signal impulsionnel aux composants .
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