專利名稱：具有快速恢復(fù)電流回路的電容測量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來說涉及對電容組件的測試。
背景技術(shù)：
在已知的用于測試電容組件(例如，電容器)的設(shè)備及方法中，首先將所述組件 充電到所要電壓。然后，測試泄漏電流。超出范圍的泄漏電流值可指示所述組件有缺 陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供-一種在自動量產(chǎn)過程中特別期望的加速測試電容組件的方法。 特定來說，本發(fā)明提供允許在組件達到滿充電之后立即進行具有改良準確性的測試的 設(shè)備及方法的實施例。
本文所教示的-一種用于測試電容組件的設(shè)備包含電流源，其耦合到所述電容組件 的一個端子且向所述電容組件供應(yīng)電流以達到所要測試電壓。儀表耦合到所述電容組 件的第二端子且測量跨所述電容組件的泄漏電流。此設(shè)備的改良之處在于耦合在所述 電容組件的第二端子與接地之間的開關(guān)及用于所述開關(guān)的控制裝置。所述控制裝置是 可操作以在所述電流源向電容組件供應(yīng)電流時使所述開關(guān)保持閉合且在所述電容組件 在--個端子處達到所要測試電壓之后fl.在用所述儀表測試泄漏電流之前斷開所述開 關(guān)。
本文所教示的 一 種用于測試電容組件的方法使用耦合到所述電容組件的 一 個端 子的電流源及耦合到所述電容組件的第二端子的儀表。所述方法包括在閉合耦合到 所述電容組件的第二端子與接地之間的開關(guān)時，使用來自所述電流源的電流將所述電 容組件的所述一個端子充電到所要測試電壓；當(dāng)所述電容組件的所述一個端子達到所 述所要測試電壓時斷開所述開關(guān)；及在斷開所述開關(guān)之后使用所述儀表測量所述電容 組件的泄漏電流。
下文更詳細地描述這些實施例及其它實施例的發(fā)明特征。


本文中的說明是參照附圖，其中在數(shù)個視圖中相同的參考編號指代相同的部件， 且圖式中-圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的快速恢復(fù)電流回路電路的示意圖2是在操作根據(jù)圖1的電路期間被測試裝置的在圖1中指代為GND符號的被
測量端子電壓隨時間的曲線圖；及
圖3是在常規(guī)測試期間受測試裝置的在圖1中指代為GND符號的被測量端子電
壓隨時間的曲線圖。
具體實施例方式
參照圖1及2描述本文中所教示的用于電容測量的設(shè)備及方法。參照圖3描述與 常規(guī)測試的輸出的對比。
圖1顯示電壓源10耦合到電流源20。電流源20耦合到受測試的電容裝置30(后 文稱為DUT 30) 。 DUT 30耦合到二極管箝位電路40及儀表50的輸入以測量DUT 30 的泄漏電流。
將電壓源10設(shè)定為0伏與用于DUT 30的所要測試電壓之間的值。舉例來說，測 試電壓可在2伏特與1000伏特之間變化。100MF電容器的一個適合測試電壓是5伏特。 電流源20經(jīng)設(shè)計以使用電壓源10輸出經(jīng)編程的電流。開/關(guān)控制22使用來自電流源 20的經(jīng)編程的電流充電DUT 30。更具體來說，電流源20在DUT 30的標記為Vcap-hi 端子處的輸出是電流源20的經(jīng)編程的電流，且當(dāng)開/關(guān)控制22連通時供應(yīng)所述經(jīng)編程 的電流。舉例來說，對于5伏的所要電壓來說，充電DUT 30的電流(即，經(jīng)編程的 電流)可以是5mA。
電壓源10及電流源20可以是個別可編程的元件。電壓源10向電流源20提供經(jīng) 編程的電壓，且電流源20為DUT 30提供線性充電DUT 30的經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓。
因為在給定電壓源10的輸入特性及所要輸出的情形下，在所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員 的知識范圍內(nèi)，電流源20的眾多電路設(shè)計均是可能的，因此從功能上顯示電流源20。 作為另一實例，電壓源10可以是經(jīng)設(shè)計以在零伏與用于DUT 30的所要測試電壓之間 切換的可切換電壓源。然后，響應(yīng)于電壓源切換電流源20可提供經(jīng)調(diào)節(jié)的電流輸出。 舉例來說，電流源20可提供與來自電壓源IO的所要測試電壓成比例的電流輸出。將 不并入用于電流源20的單獨的開/關(guān)控制22。
在圖1中，通過儀表的前端放大器電子器件的簡化模型顯示儀表50。儀表50測 量DUT 30的泄漏電流且可以是可購得的測量儀表，例如Agilent 4349B高電阻儀表。 所述前端放大器電子器件包含輸入放大器52，其通過包含耦合到其非反轉(zhuǎn)輸入的接地 電阻器54及耦合到其反轉(zhuǎn)輸入的輸入阻抗56而布置為電流到電壓轉(zhuǎn)換器。從Vout 處的輸出到輸入放大器52的反轉(zhuǎn)輸入提供電容反饋路徑58。
通過兩個二極管42、 44提供二極管箝位電路40，所述兩個二極管42、 44并聯(lián)布 置以使得第一二極管42的陽極及第二二極管44的陰極接地且第一二極管42的陰極及 第二二極管44的陽極電耦合到輸入放大器52的虛擬接地60。 DUT 30也在標記為Vcap-low的端子(其與標記為Vcap-hi的DUT 30端子相反)處耦合到虛擬接地60。 箝位二極管42、 44為DUT30的充電電流提供電流回路路徑。另夕卜，如果DUT30短 路，箝位二極管42、 44通過箝位電流源20的電壓來為儀表50提供輸入保護。
根據(jù)已知的測試程序，電流源20斷開(如果開/關(guān)控制22為關(guān)或從電壓源10接 收不到信號)，且前端(輸入)積分器放大器52由于與電容反饋路徑58并聯(lián)的開關(guān) 62閉合而不活動。然后，電流源20接通以將DUT 30充電到其最終測試電壓。在DUT 30充電到其最終測試電壓之后，在開關(guān)62斷開的情形下使用儀表50發(fā)生對泄漏電流 的測試。
圖3中根據(jù)此已知的測試程序顯示DUT 30的端子Vcap-hi及Vcap-low中的每一 者處的輸出電壓。在此實例中，電壓源10從0伏變化到5伏，其中5伏是滿充電電壓。 上升時間是100 ias，下降時間是100 Ms，且從時間0 sec到上升時間開始的時間延遲是 lms。因此，脈沖寬度是75ms，其中周期是100ms。 DUT 30具有100 uF的電容值。
在測試期間，基于二極管44的V-I特性電壓初始地上升到高于積分器放大器52 的虛擬接地60輸入的電壓。隨著施加來自電流源20的電流，Vcap-hi處的電壓線性增 加直到Vcap-hi處的電壓達到所要電壓(此處為5伏)為止。Vcap-low處的電壓保持 在初始上升點處且然后逐漸下降到零伏或接近零伏的低電壓。
發(fā)明者已識別出在大規(guī)模商業(yè)測試操作中使用此方法所引起的問題。首先，在充 電循環(huán)結(jié)束時跨DUT 30的電壓是小于(或如果利用兩個二極管為大于)所要充電電 壓的一個二極管壓降(0.7伏)。在所圖解說明的圖3實例中，所要充電電壓是5伏。 在如此低測試電壓處，與所要充電電壓的此差異代表在所測量的泄漏電流中存在大的 誤差。
當(dāng)然且還如圖3中所示，在Vcap-low處的電壓隨后按指數(shù)規(guī)律衰減到零伏。然 而，發(fā)生在此指數(shù)式衰減周期期間的泄漏測量也是不準確的，因為Vcap-low處的電壓 在變化。
一個解決方案是等待直到Vcap-low處的電壓在指數(shù)式衰減周期結(jié)束時達到零伏 為止。此解決方案可在具有小的電容值的應(yīng)用中有效。然而，發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸入阻 抗56的RC時間常數(shù)及DUT 30的電容值為大時(例如，大于10 nF)，在等待此衰 減周期結(jié)束時可發(fā)生過多的時間延遲。
艮P，測量裝置(例如，儀表50)通常具有相對高的輸入阻抗。例如，在圖3中所 示的圖表中，儀表50的輸入阻抗56是lkQ。用于按指數(shù)規(guī)律衰減到小于Vcap-low處 的初始電壓的1%的時間(5倍常數(shù))是5T或5x(DUT30的電容值)x(輸入阻抗56的 電阻值)。此時間常數(shù)因此與DUT30的電阻值成比例的增加，以使得大的電阻值可導(dǎo) 致在可起始泄漏測試之前的過長時間。因此，如果測試發(fā)生在衰減完成之前，那么產(chǎn) 生測量不準確。等待直到衰減完成為止對測量吞吐量產(chǎn)生負面影響，此在量產(chǎn)應(yīng)用中 是不期望的。
圖l還圖解說明跨二極管箝位電路40添加開關(guān)70。 g卩，開關(guān)70耦合在到放大器
652的虛擬接地60輸入與接地之間以使得其與二極管箝位電路40的二極管42、 44并聯(lián)。根據(jù)先前所述的方法的修改，當(dāng)電流源20正充電DUT 30時開關(guān)70處于閉合位置中。然后，僅僅在命令儀表50測量DUT30的泄漏電流之前斷開開關(guān)70。
圖2中根據(jù)此設(shè)備及方法顯示在DUT 30的端子Vcap-hi及Vcap-low中的每一者處的輸出電壓。類似于圖3中的對比實例，電壓源10從0伏變化到5伏，其中5伏是滿充電電壓。上升時間是100us，下降時間是100us，且從時間Osec到上升時間開始的時間延遲是1 ms。因此，脈沖寬度為75 ms，其中周期是100 ms。 DUT 30具有1(X^F的電容值。
如可在圖3中看到，DUT30的二極管端子(即，標記為Vcap-low的端子)立即處于與輸入放大器52的虛擬接地60相同的電位。此消除了由于先前在充電之后妨礙立即測量的儀表的輸入阻抗56所致的指數(shù)式衰減時間。在此實例中，代替大于如圖3中所示的50ms的延遲，對DUT30的泄漏電流的測量可較早發(fā)生，大約在12ms，如圖2中所示。此代表顯著改良。
同步操作開關(guān)70以使得其定時與電壓源10及電流源20的操作及儀表50的通過開關(guān)62的操作同步。舉例來說，同步開關(guān)70可以是固態(tài)開關(guān)，例如具有低導(dǎo)通電阻的繼電器。另一選擇為，可使用機械繼電器。然而，在量產(chǎn)應(yīng)用中，切換的數(shù)目可如每小時500,000次之高。對機械繼電器進行持續(xù)維護的需要使此類繼電器比固態(tài)開關(guān)較少被期望。
通過控制裝置80操作開關(guān)70，例如可編程處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、定時器等。舉例來說，開關(guān)70可以是由可編程控制器控制的固態(tài)繼電器。此控制器通常由微計算機組成，所述微計算機包含中央處理單元(CPU)、接收數(shù)據(jù)的輸入及輸出端口 (I/O)、隨機存取存儲器(RAM)、?；畲鎯ζ?KAM)、共用數(shù)據(jù)總線及作為可執(zhí)行程序的電子存儲媒體的只讀存儲器(ROM)。在此實例中，開關(guān)70的操作作為控制器的可執(zhí)行程序?qū)嵤┯谲浖小Ｔ谀承嵤├?，控制裝置80還可操作電壓源10及開關(guān)62。另一選擇為，單獨的控制裝置可使用所述控制裝置中的一者或又一裝置來協(xié)調(diào)地操作電壓源10、開關(guān)62及開關(guān)70中的每一者。
生產(chǎn)環(huán)境中的電容組件泄漏電流測量既需要準確性又需要速度。本發(fā)明的電路允許電容器一處于其所充電的電壓，電容組件DUT 30的二極管端子連接就處于輸入放大器的輸入虛擬接地?？稍诔潆娧h(huán)完成之后不久就開始泄漏測試。
根據(jù)本發(fā)明的教示內(nèi)容，電容器泄漏測量可在充電循環(huán)之后立即發(fā)生而不是等待指數(shù)式電壓衰減以改良針對大值電容的測試系統(tǒng)吞吐量。同樣，如果測量之前的時間不充分，則通過測量裝置準確地測量泄漏電流，而不是測量泄漏及指數(shù)衰減的組合。
已描述上文所說明的實施例，以便允許容易地了解本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。相反，本發(fā)明打算涵蓋上述權(quán)利要求書的精神及范圍內(nèi)所包含的各種修改及等效布置，所述范圍與最廣義的解釋一致，以便在法律的許可下囊括所有此類修改及等效結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1、一種用于測試電容組件的設(shè)備，其包含電流源，其耦合到所述電容組件的一個端子且向所述電容組件供應(yīng)電流以達到所要測試電壓；及儀表，其耦合到所述電容組件的第二端子且測試跨所述電容組件的泄漏電流，所述設(shè)備的特征在于耦合在所述電容組件的所述第二端子與接地之間的開關(guān)；及用于所述開關(guān)的控制裝置，所述控制裝置可操作以當(dāng)所述電流源向電容組件供應(yīng)所述電流時，使所述開關(guān)保持閉合；及在所述電容組件在所述一個端子處達到所述所要測試電壓之后且在用所述儀表測量所述泄漏電流之前斷開所述開關(guān)。
2、 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進一步包括耦合在所述第二端子與接地之間的二極管箝位電路，所述開關(guān)與所述二極管箝位 電路并聯(lián)。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其進一歩包括電壓源，其耦合到所述電流源以向所述電流源供應(yīng)所述所要充電電壓；且其中所 述電流源基于所要充電電流輸出所述電流。
4、 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述電流與所述所要充電電壓成比例。
5、 如權(quán)利要求1到4中任一所述的設(shè)備，其中所述電容組件具有至少10nF的電 容值。
6、 如權(quán)利要求1到5中任一所述的設(shè)備，其中所述控制裝置為定時器、數(shù)字信 號處理器及可編程處理器中的一者。
7、 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述可編程處理器為微控制器，所述微控制 器包含經(jīng)編程以致使所述微控制器執(zhí)行以下操作的所存儲的程序當(dāng)所述電流源向電容組件供應(yīng)所述電流時，使所述開關(guān)保持閉合；及 在所述電容組件在所述一個端子處達到所述所要充電電壓之后且在用所述儀表 測量所述泄漏電流之前，斷開所述開關(guān)。
8、 一種用于使用耦合到電容組件的一個端子的電流源及耦合到所述電容組件的 第二端子的儀表測試所述電容組件的方法，所述方法的特征在于A) 當(dāng)閉合耦合在所述電容組件的所述第二端子與接地之間的開關(guān)時，使用來自所 述電流源的電流將所述電容組件的所述一個端子充電到所要測試電壓；B) 當(dāng)所述電容組件的所述一個端子達到所述所要測試電壓時，斷開所述開關(guān)；及C) 在斷開所述開關(guān)之后，使用所述儀表測量所述電容組件的泄漏電流。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其進一步包括 在測量所述電容組件的所述泄漏電流之后，閉合所述開關(guān)；及 在閉合所述開關(guān)之后，針對第二電容組件重復(fù)A)到C)。
10、 如權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的方法，其進一步包括 使用控制裝置執(zhí)行B)，所述控制裝置包含定時器、數(shù)字信號處理器及可編程處理器中的一者。
全文摘要
一種用于測量電容組件的泄漏電流的設(shè)備及方法。閉合將正被測試的組件的端子接地的開關(guān)，同時將所述組件充電到所要測試電壓。當(dāng)此充電完成時，所述開關(guān)斷開以使得二極管端子處于與輸入放大器的虛擬接地相同的電位?？蓽y量所述組件的所述泄漏電流的準確且快速測量。
文檔編號G01R27/26GK101680921SQ200880016502
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者戴維·W·牛頓, 肯尼思·V·阿爾蒙特 申請人:Esi電子科技工業(yè)公司