[發明專利]一種窄脈沖大電流恒流源及其控制方法

在審

• 申請號: 202011319691.3
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112486232A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 申宇;黃磊;王文軍
• 申請（專利權）人: 北京麥特達電子技術開發有限公司
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56;G01R31/26
• 代理公司: 廣東有知貓知識產權代理有限公司 44681
• 代理人: 閆日旭

本發明涉及半導體檢測設備技術領域，具體涉及一種窄脈沖大電流恒流源及其控制方法，本發明設置邏輯控制器FPGA通過推挽驅動驅動短路支路的NMOS提高脈沖上升、下降沿的斜率，利用SPI接口連接數模轉換器DA控制輸出電壓，經鏡像電流源運放后輸出電流信號，通過多路IO口控制MOSFET驅動接通或斷開短路支路，同時短路支路配合設置有鉗位電路進而減小對鏡像電流源的沖擊、減小窄脈沖的超調量；最終通過多路并聯將電流輸出至被測元器件。本發明通過并聯支路將負載電流分散到更多的元器件上，可有效降低MOSFET管的發熱量；通過設置短路支路擺脫了運放壓擺率對窄脈沖過渡過程的限制，并設置多路并聯和鉗位電路，實現了近似理想波形的窄脈沖大電流恒流控制。

技術領域

本發明涉及半導體檢測設備技術領域，具體涉及一種窄脈沖大電流恒流源及其控制方法。

背景技術

半導體元器件檢測流程中，需要在兩管腳之間施加瞬間的可控的大電流，以測試半導體元件的抗沖擊能力。因此，檢測設備須提供一個窄脈寬的、電流恒定且可調節的大電流信號。

因此，檢測設備首先應具有恒流特性且電流大小由程序控制，其次能輸出窄脈寬的電流信號，最后應能提供數安培以上的大電流。由于受到數模轉換器和運算放大器的壓擺率限制，傳統設計方法難以提高信號的上升和下降速度，也不易減小信號的超調量。

本發明通過設計短路支路，多路并聯和鉗位電路，實現了近似理想波形的窄脈沖大電流恒流控制。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明公開了一種窄脈沖大電流恒流源及其控制方法，用于解決由于受到數模轉換器和運算放大器的壓擺率限制，傳統設計方法難以提高信號的上升和下降速度，也不易減小信號的超調量的問題。

本發明通過以下技術方案予以實現：

第一方面，本發明公開了一種窄脈沖大電流恒流源，所述恒流源設置邏輯控制器FPGA通過推挽驅動驅動短路支路的NMOS提高脈沖上升、下降沿的斜率，利用SPI接口連接數模轉換器DA控制輸出電壓，經鏡像電流源運放后輸出電流信號，通過多路IO口控制MOSFET驅動接通或斷開短路支路，同時短路支路配合設置有鉗位電路進而減小對鏡像電流源的沖擊、減小窄脈沖的超調量；最終通過多路并聯將電流輸出至被測元器件。

更進一步的，所述數模轉換器DA產生范圍為0V至5V的多路模擬電壓信號，并以此控制鏡像恒流源的輸出電流。

更進一步的，所述鉗位電路組由多組串聯二極管組成，設定每一個二極管的導通電壓為Uon，短路支路組中均有一個NMOS管連接鉗位電路至GND。

更進一步的，當短路支路均不導通時，電流I2_1和I2_2匯集到點A并通過被測元器件，因此UB＝Uon+Uon_Test；

當短路支路Q_A1和Q_B1導通且滿足Uon+Uon_Test3Uon時，電流I2_1完全流經開關Q_A1，電流I2_2完全流經開關Q_B1，即UB＝UC＝3Uon，UA＝0V。

更進一步的，所述短路支路MOS管導通選擇規則為：

邏輯控制器FPGA使相同導通電壓的鉗位電路接地導通，其它MOS管斷開；導通的鉗位電路滿足n×UonUon+Uon_Test且n×Uon≈Uon+Uon_Test，其中n為鉗位電路中串聯的二極管數量。

更進一步的，所述推挽驅動將FPGA發出的LVTTL電平轉換為0V和12V的電平，用于驅動短路支路的NMOS。

更進一步的，所述并聯支路將負載電流分散到更多的元器件上，用以降低MOSFET管的發熱量。

第二方面，本發明公開一種窄脈沖大電流恒流源的控制方法，所述控制方法被執行時使用第一方面所述的窄脈沖大電流恒流源，包括以下步驟：