专利名称：一种可程控智能微电流测量显示系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于半导体器件缺陷探测领域，具体涉及ー种可程控智能微电流測量显不系统。
背景技术：
当今的电子电路中，以半导体器件占据主导。不 论对单个的MOS器件或是对超大规模集成电路，其中对各类微小电流变化的监测已经成为当前用以探究器件功能和缺陷以及稳定性的ー种途径。就単一的MOS晶体管或特殊MOS电容器件而言，器件本身在设计以及生产过程中总会产生无法避免的缺陷。同时，微电子材料本身的某些特性也可能造成器件在工作时出现一定的性能退化，參数漂移等问题。对于这类现象，目前一般利用脉冲电压对器件进行充放电测试，通过对器件充放电时因缺陷而导致的微电流进行测量，对其性能及可靠性进行分析评估。本实用新型对当前的一类微电流放大仪器研究之后，发现现存ー类微电流放大仪器存在以下ー些不足I.仪器本身造价昂贵，因而仪器的普遍适用性就会大大降低，高成本会増加科研的阻力。此类仪器往往功能相对单一，还需要信号发生器以及大型的外接示波器等仪器配合组成测量系统，増加了实验难度和偶然误差出现的概率，降低了实验结果的可靠性。此类仪器往往多为手动实物按钮设定參数，容易造成仪器损耗，还会降低测试效率。
实用新型内容本实用新型目的是提供ー种对微电流信号的系统性智能測量系统，通过计算机及数据通信技术实现整个电子測量系统的自动化，高精度化，实时性，可重复性，以及高效性。使得高频探测下的微小电流信号能被准确放大并转换为电压信号，经过滤波处理之后，再由数字电路将信号传送至计算机上的波形显示数字软件，整个过程亦具有高灵敏度，低延迟的特点。其中，放大增益与滤波參数调节以及显示方式须由计算机程控完成。本实用新型的技术方案是ー种可程控智能微电流测量显示系统，其特征在干，包括计算机控制�？�、显示�？�、通信�？�、A/D转换�？�、微电流測量系统程控模块、可程控电流信号放大�？橐约翱沙炭芈瞬？椋馕⒌缌餍藕攀淙胨隹沙炭氐缌餍藕欧糯竽？椋瓿煞糯蠛蟛⒆缪剐藕攀淙肟沙炭芈瞬？榻新瞬ǎ瞬ê蟮男藕磐ü鼳/D转换�？橐约巴ㄐ拍？槭淙氲较允灸？椴⒔邢允荆隹沙炭氐缌餍藕欧糯竽？�、可程控滤波�？橐约癆/D转换模块均由微电流測量系统程控�？榭刂疲黾扑慊刂颇？橥üㄐ拍？榭刂莆⒌缌鳒y量系统程控�？椤＝`步的，所述可程控电流信号放大�？榘ǚ糯笃�、调零电路以及“ T”型电阻网络及其模拟开关电路，所述调零电路与放大器正相输入端相连，“T”型电阻网络及其模拟开关电路连接在放大器负相输入端和放大器输出端之间，微电流測量系统程控�？榭刂啤� T”型电阻网络及其模拟开关电路。进ー步的，所述可程控滤波�？榘ǎＤ饪氐缏�、带阻滤波器以及带通滤波器，微电流測量系统程控�？橥üＤ饪氐缏房刂拼杪瞬ㄆ饕约按瞬ㄆ�。进ー步的，所述带通滤波器由单电源供电轨至轨运算放大器组建的高通贝赛型滤波器和低通贝赛型滤波器组成。进ー步的，所述微电流測量系统程控模块的核心数字信号处理器为FPGA。 进ー步的，所述通信�？榈慕鹰砦猂S232通信接ロ。相对于传统现存微电流測量仪器而言，本实用新型的优势之处在于本測量系统仪器本身造价低成本，因而仪器的普遍适用性就会大大提升，低成本能降低价格对科研的阻力。同时，本測量系统功能全面，放大增益可调范围广，滤波�？榫雀撸徊⒂涤心Ｄ馐肿还δ埽迪至思扑慊ㄖ饬浚彝饨邮静ㄆ骺赏迸浜鲜褂茫诹街窒允痉绞降膮⒄障拢嵘瞬饬康目煽啃浴４送猓疽瞧魑扑慊苯映炭夭饬肯低常扌枋侄鹘冢鹘诰记腋咝�。本实用新型的优点是I.微电流放大器的増益调节，带阻滤波器和带通滤波器的带宽调节都可直接在计算机屏幕上设置，极大的提升了系统测量的效率和可重复性。同时减少了因仪器实物调节导致的器件损耗。相比于普通电流放大器，本实用新型的“T”型电路结构既达到了噪声的控制又可对增益进行大范围调节和小范围调节，总体的放大范围可从10的5次方倍到10的9次方倍。本系统在后期PCB设计的过程中，可将涉及到的所有芯片按照相关原理布局在同ー块PCB板上，減少了人为手动自搭电路的环节，降低了偶然误差的出现概率，保证了实验结果的精度。同时也为測量系统的便携提供了保障。本实用新型对于模拟电路小信号处理时可能存在的放大器无法准确判断接近參考电压(地电压)的信号的问题，采用了在有源滤波过程中，使用单电源供电技术的轨至轨放大器，抬高參考电压，使得放大器能准确判断信号大�。档土朔糯笃魇涑鑫蟛�。本实用新型既有模拟信号测量输出端，又有数字信号输出端，这样保证了实验过程中，可将计算机显示�？橹械慕峁胪饨邮静ㄆ魃系慕峁卸员龋佣Ｕ狭耸笛槭莸挠行裕岣吡讼低车目煽砍潭�。本系统提供可程控选择50赫兹或60赫兹带阻滤波器，这使得系统抗供电频率干扰的能力范围的提高，说明了本測量系统在不同频率的供电地区的适应性。
以下结合附图
及实施例对本实用新型作进ー步描述图I为本实用新型的可程控智能微电流测量显示系统结构框图。图2为本实用新型的可程控智能微电流测量显示系统结构框图。图3为本实用新型的可程控智能微电流测量显示系统工作流程图。
具体实施方式
[0025]实施例如图I、图2所示的可程控智能微电流测量显示系统由模拟信号处理，数字信号处理和计算机用户界面三大部分组成。可程控电流信号放大�？楹涂沙炭芈瞬？橥ü⒌缌鳒y量系统程控�？榭芍苯颖患扑慊刂颇？榭刂疲Ｄ庑藕糯斫崾笠嗫赏üＤ�/数字(A/D)转换�？榫赏ㄐ拍？橹械腞S232接ロ向计算机显示�？樘峁┦菀韵允静ㄐ巍？沙炭氐缌餍藕欧糯竽？橹苯涌刂菩藕爬丛从谖⒋砟？椋馕⒌缌餍藕庞赏嵯咭肽？椋瓿煞糯蠛蟛⒆缪剐藕挪⑹淙肟沙炭芈瞬？�。可程控滤波�？橹苯涌刂菩藕爬丛从谖⒌缌鳒y量系统程控模块，滤波�？榘从∷⒌缏钒�(PCB)布局原理连接在放大�？槭涑謦恚苑糯蠛蟮牡缪剐藕沤新瞬ù�。上述�？槎及凑沼∷⒌缏钒�(PCB)布局原理印制在同一块电路板上，并留有控制信号输入端，測量信号数字输出端，待测信号模拟输入端和測量信号模拟输出端，从而实现测量全过程的自动化。计算机控制�？橹屑扑慊聊簧系挠没Ы缑嫔柚糜械鹘诳沙炭氐缌餍藕欧糯竽？榉糯笤鲆娴陌醇�。可程控电流信号放大�？橹小� T”型电阻网络及其模拟开关电路由微电流測量系统程控�？橹苯涌刂蒲⊥肪洞锏綁堃娴难《�。计算机控制�？橹屑扑慊聊簧系挠没Ы缑嫔柚糜醒≡癖緶y量系统被使用地区交流电供电频率(50赫兹或60赫兹)的按键。计算机控制�？橹屑扑慊聊弧ど系挠没Ы缑嫔柚糜醒≡窨沙炭芈瞬？橹写ń刂蛊德史段У陌醇�。可程控滤波模块中的模拟开关电路由微电流測量系统程控�？橹苯涌刂蒲⊥肪洞锏酱杪瞬ㄆ德屎痛ń刂蛊德实纳瓒�。可程控滤波�？橹写瞬ㄆ饔傻サ缭垂┑绻熘凉煸怂惴糯笃髯榻ǖ母咄ū慈吐瞬ㄆ骱偷屯ū慈吐瞬ㄆ鞴餐菇ㄍ瓿�。计算机控制�？橹屑扑慊聊簧系挠没Ы缑嫔柚糜醒≡癫饬啃藕�(測量信号数字输出端或測量信号模拟输出端)输出接ロ的按键。工作状态时，用户在完成系统初始化及电源开启后，利用安装在计算机上的控制软件(ー种利用C&C++编写的作为操作界面的控制软件)，选择相关參数按键，首先通过ー个基于RS232接ロ的通信�？橄蛭⒌缌鳒y量系统程控�？榉⑺虯SC II码指令。选由FPGA作为核心数字信号处理器的微电流測量系统程控�？榻恍藕诺缙揭源锏轿⒋砟？槎约扑慊噶畹氖侗稹＝⒌缌鞑饬肯低吵炭啬？槎运刂频哪Ｄ饪氐缏贩⒊隹刂菩藕�。此模拟开关电路是由微电流測量系统程控�？樗刂频姆糯竽？楹吐瞬？榈囊徊糠郑虼似鸬搅顺炭匦藕趴刂颇Ｄ獾缏纺？榈哪康�。当按照一定选通开关组件后，电流信号放大�？楹偷缌餍藕怕瞬？榈牡缏饭δ芸扇范ǎ匦钥扇范ā＝龅毕乱淮渭扑慊骺刂噶罘⒊觯Ｄ獾缏纺？閰⑹呕嵩俅蜗嘤Φ氐髡Ｓ没瓒ń崾螅湃氪庋罚赏饨有藕欧⑸鞫源庋肥┘勇龀宓缪梗纱馕⒌缌餍藕�。微电流信号进入待测信号模拟输入端，信号将流经设定的路径并按相应的要求放大并转化成电压信号。电压信号进入可程控滤波�？椋凑障喙厣瓒ㄍ瓿陕瞬āＤＤ獾缏凡糠止ぷ鹘Y束。模拟信号处理结束后，若不开启计算机显示�？槎侵苯邮褂猛饨邮静ㄆ鳎耸盇/D转换功能中的A/D芯片的使能端将被设置在高电平，使得A/D转换�？榈氖淙攵顺筛咦杼床黄舳Ｄ馐�(A/D)转换�？�。此设定同样如前所述，将设计有计算机控制软件上的选择按键。另ー方面，信号可直接从测量信号模拟输出端引出并显示在外接示波器上。在没有外接显示仪器的辅助下，需要启动计算机显示�？椤Ｆ渲行槟庖瞧饔τ萌砑⒐ぞ週abVIEW可被采用，其是ー种由美国国家仪器公司开发推出的采用图形化编程技术的虚拟开发软件。滤波完成的模拟信号进入A/D转换模块。A/D转换模块中的A/D芯片需有基准电压參考，并且A/D芯片时钟信号端ロ连接微电流测量系统程控�？椋盇/D芯片在使能端低电平的情况下，完成A/D转换，输出ー个串行的ニ进制数字信号。该串行数字信号继续输入通信�？橹械拇淼鹘谛酒淙攵耍谖⒌缌鳒y量系统程控�？榈母ㄖ拢迪中藕诺缙阶唬⒂蒖S232通信接ロ传回计算机。最后利用计算机显示�？橹械男槟庖瞧骺⑷砑迪植ㄐ蔚南允�。如图3所示，本实用新型可程控智能微电流測量和显示系统测量方法流程，对ー次完整的测量过程按步骤阐述。初始开机，连接系统与其他仪器后，设定测量功能，进而放入待测样品，进行测试，最后实现放大，滤波，显示。以上实施例仅为本实用新型其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求1.ー种可程控智能微电流测量显示系统，其特征在于，包括计算机控制�？�、显示�？�、通信�？�、A/D转换�？�、微电流測量系统程控�？�、可程控电流信号放大�？橐约翱沙炭芈瞬？椋馕⒌缌餍藕攀淙胨隹沙炭氐缌餍藕欧糯竽？椋瓿煞糯蠛蟛⒆缪剐藕攀淙肟沙炭芈瞬？榻新瞬ǎ瞬ê蟮男藕磐ü鼳/D转换�？橐约巴ㄐ拍？槭淙氲较允灸？椴⒔邢允荆隹沙炭氐缌餍藕欧糯竽？�、可程控滤波�？橐约癆/D转换�？榫晌⒌缌鳒y量系统程控�？榭刂疲黾扑慊刂颇？橥üㄐ拍？榭刂莆⒌缌鳒y量系统程控�？�。
2.根据权利要求I所述的可程控智能微电流测量显示系统，其特征在于，所述可程控电流信号放大�？榘ǚ糯笃�、调零电路以及“ T”型电阻网络及其模拟开关电路，所述调零电路与放大器正相输入端相连，“T”型电阻网络及其模拟开关电路连接在放大器负相输入端和放大器输出端之间，微电流測量系统程控模块控制“ T”型电阻网络及其模拟开关电路。
3.根据权利要求I所述的可程控智能微电流测量显示系统，其特征在于，所述可程控滤波模块包括，模拟开关电路、带阻滤波器以及带通滤波器，微电流測量系统程控�？橥üＤ饪氐缏房刂拼杪瞬ㄆ饕约按瞬ㄆ�。
4.根据权利要求3所述的可程控智能微电流测量显示系统，其特征在于，所述带通滤波器由单电源供电轨至轨运算放大器组建的高通贝赛型滤波器和低通贝赛型滤波器组成。
5.根据权利要求I所述的可程控智能微电流测量显示系统，其特征在于，所述微电流測量系统程控�？榈暮诵氖中藕糯砥魑狥PGA。
6.根据权利要求I所述的可程控智能微电流测量显示系统，其特征在于，所述通信模块的接ロ为RS232通信接ロ。
专利摘要本实用新型公开了一种可程控智能微电流测量显示系统，其特征在于，包括计算机控制�？�、显示�？�、通信�？�、A/D转换�？椤⑽⒌缌鞑饬肯低吵炭啬？�、可程控电流信号放大�？橐约翱沙炭芈瞬？椋馕⒌缌餍藕攀淙胨隹沙炭氐缌餍藕欧糯竽？椋瓿煞糯蠛蟛⒆缪剐藕攀淙肟沙炭芈瞬？榻新瞬ǎ瞬ê蟮男藕磐ü鼳/D转换�？橐约巴ㄐ拍？槭淙氲较允灸？椴⒔邢允荆隹沙炭氐缌餍藕欧糯竽？�、可程控滤波�？橐约癆/D转换模块均由微电流测量系统程控�？榭刂疲黾扑慊刂颇？橥üㄐ拍？榭刂莆⒌缌鞑饬肯低吵炭啬？�。本测量系统仪器本身造价低成本，因而仪器的普遍适用性就会大大提升，低成本能降低价格对科研的阻力。
文档编号G01R19/25GK202433440SQ20112054587
公开日2012年9月12日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者桑迟, 赵策洲, 魏小莽 申请人:西交利物浦大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
