专利名称：具有快速恢复电流回路的电容测量的制作方法
技术领域：
本发明大体来说涉及对电容组件的测试。
背景技术：
在已知的用于测试电容组件(例如，电容器)的设备及方法中，首先将所述组件 充电到所要电压。然后，测试泄漏电流。超出范围的泄漏电流值可指示所述组件有缺 陷。
发明内容
本发明实施例提供-一种在自动量产过程中特别期望的加速测试电容组件的方法。 特定来说，本发明提供允许在组件达到满充电之后立即进行具有改良准确性的测试的 设备及方法的实施例。
本文所教示的-一种用于测试电容组件的设备包含电流源，其耦合到所述电容组件 的一个端子且向所述电容组件供应电流以达到所要测试电压。仪表耦合到所述电容组 件的第二端子且测量跨所述电容组件的泄漏电流。此设备的改良之处在于耦合在所述 电容组件的第二端子与接地之间的开关及用于所述开关的控制装置。所述控制装置是 可操作以在所述电流源向电容组件供应电流时使所述开关保持闭合且在所述电容组件 在--个端子处达到所要测试电压之后fl.在用所述仪表测试泄漏电流之前断开所述开 关。
本文所教示的 一 种用于测试电容组件的方法使用耦合到所述电容组件的 一 个端 子的电流源及耦合到所述电容组件的第二端子的仪表。所述方法包括在闭合耦合到 所述电容组件的第二端子与接地之间的开关时，使用来自所述电流源的电流将所述电 容组件的所述一个端子充电到所要测试电压；当所述电容组件的所述一个端子达到所 述所要测试电压时断开所述开关；及在断开所述开关之后使用所述仪表测量所述电容 组件的泄漏电流。
下文更详细地描述这些实施例及其它实施例的发明特征。
本文中的说明是参照附图，其中在数个视图中相同的参考编号指代相同的部件， 且图式中-图1是根据本发明一个实施例的快速恢复电流回路电路的示意图2是在操作根据图1的电路期间被测试装置的在图1中指代为GND符号的被
测量端子电压随时间的曲线图；及
图3是在常规测试期间受测试装置的在图1中指代为GND符号的被测量端子电
压随时间的曲线图。
具体实施例方式
参照图1及2描述本文中所教示的用于电容测量的设备及方法。参照图3描述与 常规测试的输出的对比。
图1显示电压源10耦合到电流源20。电流源20耦合到受测试的电容装置30(后 文称为DUT 30) 。 DUT 30耦合到二极管箝位电路40及仪表50的输入以测量DUT 30 的泄漏电流。
将电压源10设定为0伏与用于DUT 30的所要测试电压之间的值。举例来说，测 试电压可在2伏特与1000伏特之间变化。100MF电容器的一个适合测试电压是5伏特。 电流源20经设计以使用电压源10输出经编程的电流。开/关控制22使用来自电流源 20的经编程的电流充电DUT 30。更具体来说，电流源20在DUT 30的标记为Vcap-hi 端子处的输出是电流源20的经编程的电流，且当开/关控制22连通时供应所述经编程 的电流。举例来说，对于5伏的所要电压来说，充电DUT 30的电流(即，经编程的 电流)可以是5mA。
电压源10及电流源20可以是个别可编程的元件。电压源10向电流源20提供经 编程的电压，且电流源20为DUT 30提供线性充电DUT 30的经调节的输出电压。
因为在给定电压源10的输入特性及所要输出的情形下，在所属领域的技术人员 的知识范围内，电流源20的众多电路设计均是可能的，因此从功能上显示电流源20。 作为另一实例，电压源10可以是经设计以在零伏与用于DUT 30的所要测试电压之间 切换的可切换电压源。然后，响应于电压源切换电流源20可提供经调节的电流输出。 举例来说，电流源20可提供与来自电压源IO的所要测试电压成比例的电流输出。将 不并入用于电流源20的单独的开/关控制22。
在图1中，通过仪表的前端放大器电子器件的简化模型显示仪表50。仪表50测 量DUT 30的泄漏电流且可以是可购得的测量仪表，例如Agilent 4349B高电阻仪表。 所述前端放大器电子器件包含输入放大器52，其通过包含耦合到其非反转输入的接地 电阻器54及耦合到其反转输入的输入阻抗56而布置为电流到电压转换器。从Vout 处的输出到输入放大器52的反转输入提供电容反馈路径58。
通过两个二极管42、 44提供二极管箝位电路40，所述两个二极管42、 44并联布 置以使得第一二极管42的阳极及第二二极管44的阴极接地且第一二极管42的阴极及 第二二极管44的阳极电耦合到输入放大器52的虚拟接地60。 DUT 30也在标记为Vcap-low的端子(其与标记为Vcap-hi的DUT 30端子相反)处耦合到虚拟接地60。 箝位二极管42、 44为DUT30的充电电流提供电流回路路径。另夕卜，如果DUT30短 路，箝位二极管42、 44通过箝位电流源20的电压来为仪表50提供输入保护。
根据已知的测试程序，电流源20断开(如果开/关控制22为关或从电压源10接 收不到信号)，且前端(输入)积分器放大器52由于与电容反馈路径58并联的开关 62闭合而不活动。然后，电流源20接通以将DUT 30充电到其最终测试电压。在DUT 30充电到其最终测试电压之后，在开关62断开的情形下使用仪表50发生对泄漏电流 的测试。
图3中根据此已知的测试程序显示DUT 30的端子Vcap-hi及Vcap-low中的每一 者处的输出电压。在此实例中，电压源10从0伏变化到5伏，其中5伏是满充电电压。 上升时间是100 ias，下降时间是100 Ms，且从时间0 sec到上升时间开始的时间延迟是 lms。因此，脉冲宽度是75ms，其中周期是100ms。 DUT 30具有100 uF的电容值。
在测试期间，基于二极管44的V-I特性电压初始地上升到高于积分器放大器52 的虚拟接地60输入的电压。随着施加来自电流源20的电流，Vcap-hi处的电压线性增 加直到Vcap-hi处的电压达到所要电压(此处为5伏)为止。Vcap-low处的电压保持 在初始上升点处且然后逐渐下降到零伏或接近零伏的低电压。
发明者已识别出在大规模商业测试操作中使用此方法所引起的问题。首先，在充 电循环结束时跨DUT 30的电压是小于(或如果利用两个二极管为大于)所要充电电 压的一个二极管压降(0.7伏)。在所图解说明的图3实例中，所要充电电压是5伏。 在如此低测试电压处，与所要充电电压的此差异代表在所测量的泄漏电流中存在大的 误差。
当然且还如图3中所示，在Vcap-low处的电压随后按指数规律衰减到零伏。然 而，发生在此指数式衰减周期期间的泄漏测量也是不准确的，因为Vcap-low处的电压 在变化。
一个解决方案是等待直到Vcap-low处的电压在指数式衰减周期结束时达到零伏 为止。此解决方案可在具有小的电容值的应用中有效。然而，发明者已发现当输入阻 抗56的RC时间常数及DUT 30的电容值为大时(例如，大于10 nF)，在等待此衰 减周期结束时可发生过多的时间延迟。
艮P，测量装置(例如，仪表50)通常具有相对高的输入阻抗。例如，在图3中所 示的图表中，仪表50的输入阻抗56是lkQ。用于按指数规律衰减到小于Vcap-low处 的初始电压的1%的时间(5倍常数)是5T或5x(DUT30的电容值)x(输入阻抗56的 电阻值)。此时间常数因此与DUT30的电阻值成比例的增加，以使得大的电阻值可导 致在可起始泄漏测试之前的过长时间。因此，如果测试发生在衰减完成之前，那么产 生测量不准确。等待直到衰减完成为止对测量吞吐量产生负面影响，此在量产应用中 是不期望的。
图l还图解说明跨二极管箝位电路40添加开关70。 g卩，开关70耦合在到放大器
652的虚拟接地60输入与接地之间以使得其与二极管箝位电路40的二极管42、 44并联。根据先前所述的方法的修改，当电流源20正充电DUT 30时开关70处于闭合位置中。然后，仅仅在命令仪表50测量DUT30的泄漏电流之前断开开关70。
图2中根据此设备及方法显示在DUT 30的端子Vcap-hi及Vcap-low中的每一者处的输出电压。类似于图3中的对比实例，电压源10从0伏变化到5伏，其中5伏是满充电电压。上升时间是100us，下降时间是100us，且从时间Osec到上升时间开始的时间延迟是1 ms。因此，脉冲宽度为75 ms，其中周期是100 ms。 DUT 30具有1(X^F的电容值。
如可在图3中看到，DUT30的二极管端子(即，标记为Vcap-low的端子)立即处于与输入放大器52的虚拟接地60相同的电位。此消除了由于先前在充电之后妨碍立即测量的仪表的输入阻抗56所致的指数式衰减时间。在此实例中，代替大于如图3中所示的50ms的延迟，对DUT30的泄漏电流的测量可较早发生，大约在12ms，如图2中所示。此代表显著改良。
同步操作开关70以使得其定时与电压源10及电流源20的操作及仪表50的通过开关62的操作同步。举例来说，同步开关70可以是固态开关，例如具有低导通电阻的继电器。另一选择为，可使用机械继电器。然而，在量产应用中，切换的数目可如每小时500,000次之高。对机械继电器进行持续维护的需要使此类继电器比固态开关较少被期望。
通过控制装置80操作开关70，例如可编程处理器、数字信号处理器(DSP)、定时器等。举例来说，开关70可以是由可编程控制器控制的固态继电器。此控制器通常由微计算机组成，所述微计算机包含中央处理单元(CPU)、接收数据的输入及输出端口 (I/O)、随机存取存储器(RAM)、保活存储器(KAM)、共用数据总线及作为可执行程序的电子存储媒体的只读存储器(ROM)。在此实例中，开关70的操作作为控制器的可执行程序实施于软件中。在某些实施例中，控制装置80还可操作电压源10及开关62。另一选择为，单独的控制装置可使用所述控制装置中的一者或又一装置来协调地操作电压源10、开关62及开关70中的每一者。
生产环境中的电容组件泄漏电流测量既需要准确性又需要速度。本发明的电路允许电容器一处于其所充电的电压，电容组件DUT 30的二极管端子连接就处于输入放大器的输入虚拟接地。可在充电循环完成之后不久就开始泄漏测试。
根据本发明的教示内容，电容器泄漏测量可在充电循环之后立即发生而不是等待指数式电压衰减以改良针对大值电容的测试系统吞吐量。同样，如果测量之前的时间不充分，则通过测量装置准确地测量泄漏电流，而不是测量泄漏及指数衰减的组合。
已描述上文所说明的实施例，以便允许容易地了解本发明，而非限制本发明。相反，本发明打算涵盖上述权利要求书的精神及范围内所包含的各种修改及等效布置，所述范围与最广义的解释一致，以便在法律的许可下囊括所有此类修改及等效结构。
权利要求
1、一种用于测试电容组件的设备，其包含电流源，其耦合到所述电容组件的一个端子且向所述电容组件供应电流以达到所要测试电压；及仪表，其耦合到所述电容组件的第二端子且测试跨所述电容组件的泄漏电流，所述设备的特征在于耦合在所述电容组件的所述第二端子与接地之间的开关；及用于所述开关的控制装置，所述控制装置可操作以当所述电流源向电容组件供应所述电流时，使所述开关保持闭合；及在所述电容组件在所述一个端子处达到所述所要测试电压之后且在用所述仪表测量所述泄漏电流之前断开所述开关。
2、 如权利要求1所述的设备，其进一步包括耦合在所述第二端子与接地之间的二极管箝位电路，所述开关与所述二极管箝位 电路并联。
3、 如权利要求1或2所述的设备，其进一歩包括电压源，其耦合到所述电流源以向所述电流源供应所述所要充电电压；且其中所 述电流源基于所要充电电流输出所述电流。
4、 如权利要求3所述的设备，其中所述电流与所述所要充电电压成比例。
5、 如权利要求1到4中任一所述的设备，其中所述电容组件具有至少10nF的电 容值。
6、 如权利要求1到5中任一所述的设备，其中所述控制装置为定时器、数字信 号处理器及可编程处理器中的一者。
7、 如权利要求6所述的设备，其中所述可编程处理器为微控制器，所述微控制 器包含经编程以致使所述微控制器执行以下操作的所存储的程序当所述电流源向电容组件供应所述电流时，使所述开关保持闭合；及 在所述电容组件在所述一个端子处达到所述所要充电电压之后且在用所述仪表 测量所述泄漏电流之前，断开所述开关。
8、 一种用于使用耦合到电容组件的一个端子的电流源及耦合到所述电容组件的 第二端子的仪表测试所述电容组件的方法，所述方法的特征在于A) 当闭合耦合在所述电容组件的所述第二端子与接地之间的开关时，使用来自所 述电流源的电流将所述电容组件的所述一个端子充电到所要测试电压；B) 当所述电容组件的所述一个端子达到所述所要测试电压时，断开所述开关；及C) 在断开所述开关之后，使用所述仪表测量所述电容组件的泄漏电流。
9、 如权利要求8所述的方法，其进一步包括 在测量所述电容组件的所述泄漏电流之后，闭合所述开关；及 在闭合所述开关之后，针对第二电容组件重复A)到C)。
10、 如权利要求8或权利要求9所述的方法，其进一步包括 使用控制装置执行B)，所述控制装置包含定时器、数字信号处理器及可编程处理器中的一者。
全文摘要
一种用于测量电容组件的泄漏电流的设备及方法。闭合将正被测试的组件的端子接地的开关，同时将所述组件充电到所要测试电压。当此充电完成时，所述开关断开以使得二极管端子处于与输入放大器的虚拟接地相同的电位。可测量所述组件的所述泄漏电流的准确且快速测量。
文档编号G01R27/26GK101680921SQ200880016502
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月14日 优先权日2007年5月24日
发明者戴维·W·牛顿, 肯尼思·V·阿尔蒙特 申请人:Esi电子科技工业公司