Environment for automated low-temperature measurements of electronic circuits

• Autorzy: Balik F. , Sommer W.

Warianty tytułu

PL

Środowisko dla automatycznych pomiarów układów elektronicznych w zakresie niskich temperatur

• Konferencja: Electron Technology Conference ELTE 2010. 10 ; International Microelectronics and Packing IMAPS-CPMT. 34 ; 22-25.09.2010 ; Wrocław, Poland
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this work was to develop an environment which allows us to perform automated measurements of electronic circuits and elements characterization in low-temperature conditions. For instance, the characteristics of transistor or integrated amplifiers, or thick-film or thin-film elements parameters can be automatically measured by using this system in wide cryogenic temperature range. The low temperatures are achieved using nitrogen-helium continuous-flow cryostat K115. Depending on the freezing liquid, minimal temperature achieved might be 4.2K for helium and 77.35K for nitrogen. The system consists of a part used for controlling the freezing process and a part used for performing measurements. Both parts are controlled from the host computer using the NI Labview software and communicating with the equipment utilising the GPIB interface. Range ot the used equipment allowed us to develop a various virtual instruments in order to perform required measurements in wide thermal range with high accuracy. In this work the fundamental problems, which have to be solved during building such system, have been described. Moreover, the algorithms improving a performance of the whole system working in noise and distortion circumstances (i.e. stabilizing the amplitude in the function of frequency, noise/distortion cancelation and optimal temperature regulation and the zero crossing point determination) were developed. Some examples of the measurements of electronic circuits in low temperatures have been also included.

PL

W pracy omówiono środowisko pomiarowe opracowane dla automatycznych pomiarów układów i elementów elektronicznych w zakresie niskich temperatur. Opracowany system pozwala w sposób zautomatyzowany mierzyć np. charakterystyki wzmacniaczy tranzystorowych lub zintegrowanych a także parametry struktur grubo- lub cienkowarstwowych w szerokim zakresie temperatur kriogenicznych. W systemie zastosowano kriostathelowy/azotowy, przepływowy, typ K115. W zależności od zastosowanego chłodziwa osiągnąć można w nim następujące najniższe temperatury: dla helu 4.2K dla azotu 77.35K. System pomiarowy składa się z części kontrolującej proces chłodzenia oraz z części służącej do przeprowadzania pomiarów. Obie części są sterowane z komputera typu PC przy użyciu oprogramowania typu NI LabWiew oraz komunikują się z poprzez interface typu GPIB. Zastosowane w systemie urządzenia pozwalają tworzyć różne wirtualne przyrządy w zależności od potrzeb pomiarowych. W niniejszej pracy zostały omówione podstawowe problemy, z jakimi może spotkać się inżynier konstruujący podobny system pomiarowy. Ponadto, w systemie opracowano szereg algorytmów usprawniających jego działanie w warunkach szumów i zakłóceń. Niektóre z nich takie, jak np. stabilizacja amplitudy sygnału, optymalna regulacja temperatury, redukcja szumów i identyfikacja punktu przejścia sygnału przez zero zostały zwięźle opisane. Załączono również przykłady pomiarów układów elektronicznych w zakresie temperatur kriogenicznych.

Słowa kluczowe

EN

cryostat; low temperature; automated measurements; LabVIEW

PL

kriostat; niskie temperatury; pomiary zautomatyzowane; LabVIEW

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 52, nr 3
• Strony: 84--89
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., wykr.

Twórcy

autor

Balik F.

autor

Sommer W.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki, Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Bibliografia

• [1] Balik F., Pochaba A.: Software for Electrobalance Faraday Measurement Method in Probabilistic Circumstances. Transactions on the Precision and Electronic Technology, vol. 3, 1997, p. 157.
• [2] Sukhov V. L.: Multilevel system for planning cryogenic equipment operating undertransitional conditions. Chemical and Petroleum Engineering, vol.33, N. 4., 1977, p. 412.
• [3] Balik F.: Computer-Aided Hybrid Circuit Multipoint Testing, Proc. 18th ISSE'95. Temesvar 1995. p. 209.
• [4] Kriosystem: Instrukcja obsługi, Kriostat helowy/azotowy, przepływowy, typ K115/98", Wrocław 1998.
• [5] Urazhdin S., Tessmer S.H., Ashoori R.C.: A simple low-dissipation amplifier for cryogenic STM. Review of Scientific Instruments, vol. 73, N. 2., Feb. 2002., p. 310.
• [6] Sommer W.: Computer environment for thermal testing ICs using nitrogen-helium cryostat. Wrocław 2010. (Diss.).
• [7] Ekin J. W.: Experimental Techniques for Low-Temperature Measurements, Oxford University Press, Oxford 2007.
• [8] National Instruments: NI Developer Zone, http://zone.ni.com/dzhp/app/main, state from 5th of January 2010.
• [9] National Instruments: LabVIEW VISATutorial. http://www.ni.com/support/visa/vintro.pdf. state from 21.12.2009
• [10] Childs P. R. N., Greenwood J. R., Long C. A.: Review of temperature measurement. Review of Scientific Instruments, vol. 71, number 8, August 2000. p. 2959
• [11] Gutierrez-D E. A., Jamal Deen M., Claeys C. L.: Low temperature electronics, physics, devices, circuits and applications. Academic Press, San Diego, 2001.