CN111308310B - 一种氮化镓器件的动态Rds（on）参数测试机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化镓器件的动态Rds（on）参数测试机，包括：开关驱动器、储能电感、负载电阻、泄流二极管、电压源、第一恒流源、第二恒流源、第一二极管、第二二极管、第一限流电阻、第二限流电阻、第一输入节点、第二输入节点、差分放大器和信号输出节点。利用储能电感的电流无法突变的特性，使得在氮化镓器件开启的瞬间，流经氮化镓器件的电流依旧保持初始状态，同时利用泄流二极管保证在氮化镓断开时将储能电感的感生电流泄放掉。将差分放大器的第一差分输入端和第二差分输入端所连接的电路设置成对称的形式，消除了噪音干扰，提高整个测试机的精度。本测试机主要用于氮化镓器件的动态Rds（on）参数的测试。
Description
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种氮化镓器件的动态Rds（on）参数测试机。
背景技术
氮化镓（GaN）器件相对传统硅基半导体器件具有更高效率，更高频率，更小体积的优势。现有的氮化镓器件需要测试氮化镓器件的动态Rds（on）参数，Rds(on)参数是场效应管FET（氮化镓（GaN）器件）漏极D与源极S之间导通时D、S之间的电阻，由于该电阻在氮化镓（GaN）材质做成的FET时，会动态变化，故也称动态Rds（on）参数。现有的做法是利用测试硅基半导体器件的测试机氮化镓器件的动态Rds（on）参数进行测试。由于氮化镓器件在导通的时候，其的动态Rds（on）参数会很迅速的降下来，所以如果需要准确的去测试其的动态Rds（on）参数的话，需要有很高的速度，同时，由于需要测试很多组数据，因此，整个测试机需要有很高的稳定性和可靠性。现有的测试机往往无法达到要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种氮化镓器件的动态Rds（on）参数测试机，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种氮化镓器件的动态Rds（on）参数测试机，包括：开关驱动器、储能电感、负载电阻、泄流二极管、电压源、第一恒流源、第二恒流源、第一二极管、第二二极管、第一限流电阻、第二限流电阻、第一输入节点、第二输入节点、差分放大器和信号输出节点；
所述储能电感、负载电阻和氮化镓器件串联，所述电压源给氮化镓器件提供测试电压，所述储能电感与负载电阻串联后的电路与所述泄流二极管并接, 所述泄流二极管的阴极与储能电感连接，所述泄流二极管的阳极与负载电阻连接；
所述第一恒流源的输出端通过第一输入节点与第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与第一限流电阻的一端连接，所述第一限流电阻的另一端与氮化镓器件的漏极连接；
所述第二恒流源的输出端通过第二输入节点与第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极与第二限流电阻的一端连接，所述第二限流电阻的另一端与氮化镓器件的源极连接，所述氮化镓器件的源极对地连接；
所述第一输入节点与差分放大器的第一差分输入端连接，所述第二输入节点与差分放大器的第二差分输入端连接；
所述信号输出节点与差分放大器的输出端连接；
所述第二恒流源为第一恒流源的镜像恒流源，所述第二二极管为第一二极管的镜像二极管，所述第二限流电阻为第一限流电阻的镜像电阻；
所述泄流二极管用于在氮化镓器件的断开周期内泄放掉储能电感的感应电流；
所述开关驱动器的输出端与氮化镓器件的栅极连接，所述开关驱动器用于输出控制氮化镓器件交替开启和断开的脉冲波；
所述储能电感用于在氮化镓器件的开启周期时，产生感应电动势；
所述差分放大器用于响应第一差分输入端和第二差分输入端的信号差值而输出电压信号。
进一步，本测试机还包括接收器，所述接收器的输入端与信号输出节点连接。
进一步，所述接收器为电子频谱器。
进一步，所述第一二极管和第二二极管的型号均为D1N4148。
进一步，所述第一恒流源和第二恒流源的输出电流均为1mA。
进一步，所述第一限流电阻和第二限流电阻的阻值均为10kΩ。
本发明的有益效果是：利用储能电感的电流无法突变的特性，使得在氮化镓器件开启的瞬间，流经氮化镓器件的电流依旧保持初始状态，同时利用泄流二极管保证在氮化镓断开时将储能电感的感生电流泄放掉，使得整个***在高速测试的过程中保持初始状态，同时给第二测试回路赢得了时间。
将差分放大器的第一差分输入端和第二差分输入端所连接的电路设置成对称的形式，通过这种对称的形式，消除其他干扰，使得输入到差分放大器的差分电压差更加准确，消除了噪音干扰，提高整个测试机的精度。
选用了第一二极管、第二二极管、第一限流电阻和第二限流电阻这些无源、无控制量元器件来构造第二测试回路，使得第二测试回路的结构整体简单，速度高和稳定性高，整体***可靠度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本测试机的电路原理图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参考图1，一种氮化镓器件的动态Rds（on）参数测试机，包括：开关驱动器100、储能电感220、负载电阻230、泄流二极管210、电压源250、第一恒流源311、第二恒流源321、第一二极管313、第二二极管323、第一限流电阻314、第二限流电阻324、第一输入节点312、第二输入节点322、差分放大器400和信号输出节点，所述储能电感220、负载电阻230和氮化镓器件240串联，所述电压源250给储能电感220、负载电阻230和氮化镓器件240提供电能。所述泄流二极管210与储能电感220与负载电阻230串联后的电路并接,所述泄流二极管210的阴极与储能电感220连接，所述泄流二极管210的阳极与负载电阻230连接；所述电压源250给氮化镓器件240提供测试电压；所述第一恒流源311的输出端通过第一输入节点312与第一二极管313的阳极连接，所述第一二极管313的阴极与第一限流电阻314的一端连接，所述第一限流电阻314的另一端与氮化镓器件240的漏极连接；所述第二恒流源321的输出端通过第二输入节点322与第二二极管323的阳极连接，所述第二二极管323的阴极与第二限流电阻324的一端连接，所述第二限流电阻324的另一端与氮化镓器件240的源极连接，所述氮化镓器件的源极对地连接；所述第一输入节点312与差分放大器400的第一差分输入端连接，所述第二输入节点322与差分放大器400的第二差分输入端连接；所述信号输出节点与差分放大器400的输出端连接，所述开关驱动器100的输出端与氮化镓器件240的栅极连接。
其中，所述第二恒流源321为第一恒流源311的镜像恒流源，所述第二二极管323为第一二极管313的镜像二极管，所述第二限流电阻324为第一限流电阻314的镜像电阻。所述镜像恒流源指的是所述第一恒流源311和第二恒流源321的参数和型号均相同，第二恒流源321和第一恒流源311均输出相同的电流。所述镜像二极管指的是第二二极管323和第一二极管313的参数和型号均相同。所述镜像电阻指的是所述第二限流电阻324和第一限流电阻314的参数和型号均相同。
其中，开关驱动器100、储能电感220、负载电阻230、泄流二极管210和电压源250形成第一测试回路200，所述第一测试回路200用于给氮化镓器件240产生模拟氮化镓器件240工作的环境，使得氮化镓器件240产生动态Rds（on）参数。第一恒流源311、第二恒流源321、第一二极管313、第二二极管323、第一限流电阻314、第二限流电阻324、第一输入节点312、第二输入节点322、差分放大器400和信号输出节点构成第二测试回路300，所述第二测试回路300用于通过输出电压差信号来反应出氮化镓器件240的动态Rds（on）参数情况。需要的注意的是，第一二极管313和第二二极管323应该尽量不要选用具有控制端的元器件，如果采用具有控制端的二极管形式（例如三极管的二极管连接形式），则容易使得整个测试机的速度跟不上，而且由于引入的控制量，则会造成整个***的稳定性出现问题。
本测试机的工作原理为：所述开关驱动器100输出控制氮化镓器件240交替开启和断开的脉冲波。当开关驱动器100输出低电平，此时，氮化镓器件240断开，电压源250产生的测试电压作用在氮化镓器件240的漏源极之间。在第一二极管313和第二二极管323的作用下，测试电压不会作用在差分放大器400中，从而保护了差分放大器400，避免其被烧毁。当开关驱动器100输出高电平时，氮化镓器件240开启，由于储能电感220的特性，储能电感220会产生阻止其内部电流变化的感应电动势。因此，此时，流经氮化镓器件240的漏源极的电流在氮化镓器件240刚刚开启的时候依然保持着在氮化镓器件240断开时的水平，此时氮化镓器件240产生动态Rds（on）参数。第一恒流源311的电流流过氮化镓器件240，该电流经过动态Rds（on）参数从而在氮化镓器件240的漏源极之间产生通态电压差，该通态电压差作用在差分放大器400的第一差分输入端和第二差分输入端之间。由于第一恒流源311和第二恒流源321为镜像关系，第一二极管313和第二二极管323为镜像关系，第一限流电阻314和第二限流电阻324为镜像关系，因此，在差分放大器400的输出端输出的电压信号仅仅反应动态Rds（on）参数所带来的影响。由于第一恒流源311的电流是已知的，因此，根据欧姆定律，通过差分电压差和第一恒流源311的电流即可求到动态Rds（on）参数的阻值。从而完成氮化镓器件240的动态Rds（on）参数的测试。
对于动态Rds（on）参数的测试，在每一次测试周期均需要保持整个***电路的初始化。如果初始化做的不好，则容易产生噪音干扰，从而降低了整个测试机的精确度。因此，本测试机创造性的通过设置泄流二极管210，该二极管与储能电感220和负载电阻230串联后的电路并接。通过选用合适参数的泄流二极管210，可以使得泄流二极管210在氮化镓器件240的断开周期内，将储能电感220的感生电流完全泄放掉，使得整个测试机在氮化镓器件240在开启时可以保持初始状态。而且，利用储能电感220的电流无法突变的特性，使得在氮化镓器件240开启的瞬间，流经氮化镓器件240的电流依旧保持初始状态，给第二测试回路300赢得了时间，在氮化镓器件240的电流依旧保持初始状态的情况下，对氮化镓器件240的动态Rds（on）参数进行测试，避免了大电流对测试的影响。
为了进一步提高本测试机的精度，本发明创造性的将差分放大器400的第一差分输入端和第二差分输入端所连接的电路设置成对称的形式，通过这种对称的形式，消除其他干扰，使得输入到差分放大器400的差分电压差更加准确，消除了噪音干扰，提高整个测试机的精度。
为了进一步提高本测试机的速度和稳定性，本发明创造性的选用了第一二极管313、第二二极管323、第一限流电阻314和第二限流电阻324这些无源、无控制量元器件来构造第二测试回路300，使得第二测试回路300的结构整体简单，速度高和稳定性高，整体***可靠度高。
本实施例的测试机的测试速度可以达到0.5ms至1ms之间。
为了使得人们更加直观的了解动态Rds（on）参数的变化情况，在一些优选的实施例中，本测试机还包括接收器500，所述接收器500的输入端与信号输出节点连接，所述接收器500用于将接收到的电压信号与时间形成关系波形。通过这样，测试者就可以通过关系波形十分直观的掌握氮化镓器件240的动态Rds（on）参数的变化情况。其中，在一些优选的实施例中，所述接收器500为电子频谱器。
在一些优选的实施例中，所述第一二极管313和第二二极管323的型号均为D1N4148。
在一些优选的实施例中，所述第一恒流源311和第二恒流源321的输出电流均为1mA。通过测试发现，当第一二极管313和第二二极管323的型号选择为D1N4148，将第一恒流源311和第二恒流源321的输出电流选择为小电流最为合适。理论上在本测试机中，对于第一恒流源311和第二恒流源321的输出电流的大小并没有限定，但是，通过测试发现，在第一二极管313和第二二极管323的型号选择为D1N4148时，选用小电流所能产生的噪音绕动会很小。通过将差分电压差接入示波器发现，得到的波形会顺滑，谐波量很少。
在一些优选的实施例中，所述第一限流电阻314和第二限流电阻324的阻值均为10kΩ。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (4)
1.一种氮化镓器件的动态Rds(on)参数测试机，其特征在于，包括：开关驱动器、储能电感、负载电阻、泄流二极管、电压源、第一恒流源、第二恒流源、第一二极管、第二二极管、第一限流电阻、第二限流电阻、第一输入节点、第二输入节点、差分放大器和信号输出节点；
所述储能电感、负载电阻和氮化镓器件串联，所述电压源给氮化镓器件提供测试电压，所述储能电感与负载电阻串联后的电路与所述泄流二极管并接,所述泄流二极管的阴极与储能电感连接，所述泄流二极管的阳极与负载电阻连接；
所述第一恒流源的输出端通过第一输入节点与第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与第一限流电阻的一端连接，所述第一限流电阻的另一端与氮化镓器件的漏极连接；
所述第二恒流源的输出端通过第二输入节点与第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极与第二限流电阻的一端连接，所述第二限流电阻的另一端与氮化镓器件的源极连接，所述氮化镓器件的源极对地连接；
所述第一输入节点与差分放大器的第一差分输入端连接，所述第二输入节点与差分放大器的第二差分输入端连接；
所述信号输出节点与差分放大器的输出端连接；
所述第二恒流源为第一恒流源的镜像恒流源，所述第二二极管为第一二极管的镜像二极管，所述第二限流电阻为第一限流电阻的镜像电阻；
所述泄流二极管用于在氮化镓器件的断开周期内泄放掉储能电感的感应电流；
所述开关驱动器的输出端与氮化镓器件的栅极连接，所述开关驱动器用于输出控制氮化镓器件交替开启和断开的脉冲波；
所述储能电感用于在氮化镓器件的开启周期时，产生感应电动势；
所述差分放大器用于响应第一差分输入端和第二差分输入端的信号差值而输出电压信号；
所述第一二极管和第二二极管的型号均为D1 N4148；
所述第一恒流源和第二恒流源的输出电流均为1mA。
2.根据权利要求1所述的一种氮化镓器件的动态Rds(on)参数测试机，其特征在于：还包括接收器，所述接收器的输入端与信号输出节点连接。
3.根据权利要求2所述的一种氮化镓器件的动态Rds(on)参数测试机，其特征在于：所述接收器为电子频谱器。
4.根据权利要求1所述的一种氮化镓器件的动态Rds(on)参数测试机，其特征在于：所述第一限流电阻和第二限流电阻的阻值均为10kΩ。
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