專利名稱：外加電壓的電流測(cè)量裝置及所用具有開關(guān)的電流緩存器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體測(cè)試裝置的外加電壓電流測(cè)量裝置及其所使用的具有開關(guān)的電流緩存器，為了小型化，模擬電路可設(shè)計(jì)成MCM(多芯片模塊)，或者IC(集成電路)。
背景技術(shù)：
在日本專利申請(qǐng)Kokai公開No.5-119110中，公開了一種在IC測(cè)量裝置的直流測(cè)試中使用的直流測(cè)量設(shè)備，該直流測(cè)量設(shè)備向負(fù)載(被測(cè)設(shè)備，DUT)和開關(guān)提供一置位恒流或者一恒壓，根據(jù)所述負(fù)載電流范圍，檢測(cè)電阻檢測(cè)所述負(fù)載中產(chǎn)生的電壓或者那時(shí)流過所述負(fù)載的電流。
在日本專利申請(qǐng)Kokai公開No.8-54424的中，公開了一種外加電壓電流測(cè)量裝置，其中去除了所述范圍轉(zhuǎn)換電路并且獲得了更高的速度和更小的尺寸。
在日本專利申請(qǐng)Kokai公開No.10-10162的中，公開了一種，即在一電流檢測(cè)電路以及一外加電壓電流測(cè)量電路和一使用所述電路的恒流源電路中，該電流檢測(cè)電路中轉(zhuǎn)換所述電流檢測(cè)電阻的防漏繼電器的數(shù)量已被減少。
圖1A簡單地示出了在前述日本專利申請(qǐng)Kokai公開No.10-10162的中公開的所述常規(guī)外加電壓電流測(cè)量電路的配置。此外，如通常對(duì)半導(dǎo)體測(cè)試裝置所做的，圖1A所示外加電壓的電流測(cè)試電路分別被提供給與被測(cè)試設(shè)備半導(dǎo)體集成電路的多個(gè)終端端子對(duì)應(yīng)的多個(gè)測(cè)量通道。
該外加電壓的電流測(cè)量電路具有一D/A(數(shù)/模)轉(zhuǎn)換器10、電阻Ra和Rb、操作放大器A1、電流測(cè)量部分100和電纜5，將預(yù)期的測(cè)試電壓Vs外加到所述待測(cè)設(shè)備(DUT)的終端，并且使用電流測(cè)量部分100測(cè)量流入相同終端的電流。
D/A轉(zhuǎn)換器10從外部接收將被外加到所述DUT上的預(yù)期設(shè)置數(shù)據(jù)DV，并且產(chǎn)生相應(yīng)的直流參考電壓Vr。此參考電壓Vr通過電阻Ra被提供給運(yùn)算放大器A1的反向輸入終端。
運(yùn)算放大器A1是一功率運(yùn)算放大器，用于將正或負(fù)直流電壓提供給所述DUT，運(yùn)算放大器接收參考電壓Vr，并且，基于電阻Ra、Rb，經(jīng)由反饋路徑Als反饋控制DUT終端電壓Vs為一指定的固定直流電壓。此電壓Vs例如可表示為Vs＝Rb*Vr/Ra。運(yùn)算放大器A1的輸出電壓Va經(jīng)由電流測(cè)量部分100被施加到所述DUT終端。而且，運(yùn)算放大器A1的非反向輸入終端與電路地GND相連。
電流測(cè)量部分100是測(cè)量DUT負(fù)載電流的測(cè)量部分，通過測(cè)量串聯(lián)插入的電阻的兩端之間所產(chǎn)生的電壓，檢測(cè)流入DUT的電流量，將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，并且將其作為測(cè)量數(shù)據(jù)提供給圖中未示出的一測(cè)試裝置。至于所述電流測(cè)量范圍，需要從幾微安到幾十毫安這么寬的范圍。因此，電流測(cè)量部分100提供有一范圍轉(zhuǎn)換部分110和一位差測(cè)量部分150，如圖1B所示。如圖1C所示，所述范圍轉(zhuǎn)換部分110被提供有n個(gè)串聯(lián)電阻Rl至Rn和分別與這些電阻串聯(lián)的開關(guān)SWl至SWn。
由于范圍轉(zhuǎn)換部分110中的開關(guān)SWl至SWn是使用高輸入輸出絕緣實(shí)現(xiàn)的，所以它們可以由可以買到的分立元件光MOS繼電器(使用在輸出級(jí)具有MOS晶體管的光耦合器的半導(dǎo)體開關(guān))組成并通過外部控制信號(hào)cntl至cntn控制轉(zhuǎn)換ON/OFF。在使用光MOS繼電器的情況下，所述范圍轉(zhuǎn)換時(shí)間范圍從幾百微秒至幾個(gè)毫秒。而且，需要大約10mA的轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電流。
作為位差測(cè)量部分150的內(nèi)部電路配置的一個(gè)例子，具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中，如圖2所示，在由開關(guān)SWi選擇的串聯(lián)電阻Ri(i為整數(shù)，1＜i＜n)兩端的電壓Vc、Vd，是由運(yùn)算放大器A55、A56使用高阻抗接收的，并且兩端之間的位差Vx被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。此電路，例如在US6,255,839的美國專利中所公開的，使得能夠通過大致選擇電阻R51至R54的值來設(shè)置Vx＝Ve。電壓Ve通過一A/D轉(zhuǎn)換器59被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值并被提供給圖中未示出的測(cè)試裝置。
如上所解釋的，由于在從幾毫安至幾十毫安的寬電流范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換測(cè)量的開關(guān)SWl至SWn由分立光MOS繼電器組成，所以，如果它們基于在外加電壓電流測(cè)量電路等中使用的現(xiàn)有技術(shù)的范圍轉(zhuǎn)換裝置，則存在不可能最小化、或不可能將外加電壓電流測(cè)量電路中的所有模擬電路設(shè)計(jì)成MCM(多芯片模塊)或IC的缺陷。而且，也存在范圍轉(zhuǎn)換時(shí)間是在幾百微秒至幾毫秒范圍內(nèi)的缺陷。另外，還存在用于ON/OFF控制的驅(qū)動(dòng)電流需要大約10毫安的缺陷。
因此，本發(fā)明的目的就是提供一種外加電壓的電流測(cè)量裝置和其所使用的具有開關(guān)的電流緩存器，從而使得所述模擬電路小型化或設(shè)計(jì)成一MCM或IC成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，構(gòu)造了一種外加電壓電流測(cè)量裝置，用于施加一規(guī)定電壓并測(cè)量流向負(fù)載裝置的電流，所述裝置包括電流范圍轉(zhuǎn)換部分，具有串聯(lián)連接多個(gè)電流緩存器的多對(duì)開關(guān)，緩存器具有能夠響應(yīng)所施加的控制信號(hào)使能電連接或電脫離的輸出級(jí)，并利用開關(guān)將不同電阻值的電流測(cè)量電阻分別連接到電流緩存器的輸出級(jí)，其中，可由控制信號(hào)選擇多對(duì)開關(guān)之任何一對(duì)來轉(zhuǎn)換所述電流測(cè)量范圍，具有所述被選擇對(duì)開關(guān)的電流緩存器的輸出級(jí)處于連接狀態(tài)；直流電源部分，通過具有開關(guān)的電流緩存器和所述電流范圍轉(zhuǎn)換裝置所選擇的電流測(cè)量電阻的串聯(lián)向所述負(fù)載裝置提供規(guī)定的直流電壓；以及位差測(cè)量裝置，測(cè)量由于伴隨在所述負(fù)載裝置上的所述直流電壓的施加并從具有所選擇串聯(lián)連接的開關(guān)的電流緩存器流向所述負(fù)載裝置的電流而導(dǎo)致的在所述串聯(lián)連接的電流測(cè)量電阻兩端的位差，以作為對(duì)應(yīng)于在所述負(fù)載裝置中流過的電流的值。
根據(jù)本發(fā)明，具有多個(gè)開關(guān)的多個(gè)電流緩存器中的每一個(gè)具有一前級(jí)部分和一輸出級(jí)，其中，所述輸出級(jí)具有發(fā)射極相互連接的互補(bǔ)第一和第二晶體管，相同連接點(diǎn)的電壓是具有開關(guān)的所述電流緩存器的輸出電壓，并且它們的集電極分別連接到一正電源和一負(fù)電源；和其中，所述前級(jí)部分中的每一個(gè)被配置成包括第一PNP晶體管和第一NPN晶體管，其中發(fā)射極被分別連接到第一和第二恒流源；集電極被分別連接到一負(fù)電源和一正電源，來自直流電源部分的電壓被作為輸入電壓提供給各基極；和第一基極電壓、加到輸入電壓上的基極-發(fā)射極電壓和第二基極電壓以及被從輸入電壓中減掉的基極-發(fā)射極電壓被從各發(fā)射極提供給互補(bǔ)第一和第二晶體管的基極；
第二PNP晶體管，具有分別與所述互補(bǔ)第二晶體管的基極和所述正電源相連的集電極和發(fā)射極；第二NPN晶體管，具有分別與所述互補(bǔ)第一晶體管的基極和所述負(fù)電源相連的集電極和發(fā)射極；和控制裝置，當(dāng)響應(yīng)所述控制信號(hào)不選擇所述具有開關(guān)的電流緩存器時(shí)，該控制裝置向所述第一和第二恒流源提供第一和第二OPEN信號(hào)，以便將所述第一和第二恒流源改變?yōu)镺FF，向第二PNP晶體管和第二NPN晶體管的基極提供第三和第四OPEN信號(hào)，以便將這兩個(gè)晶體管設(shè)置為ON狀態(tài)，從而將所述輸出級(jí)的互補(bǔ)第一和第二晶體管保持在OFF狀態(tài)；并且當(dāng)所述具有開關(guān)的電流緩存器被選擇時(shí)，所述控制裝置向所述第一和第二恒流源提供第一和第二OPEN信號(hào)，將所述第一和第二恒流源改變?yōu)镺N，并且向所述第二PNP晶體管和所述第二NPN晶體管的基極提供第三和第四OPEN信號(hào)，將這兩個(gè)晶體管設(shè)置為OFF狀態(tài)，從而將所述輸出級(jí)的互補(bǔ)第一和第二晶體管置為ON狀態(tài)。


圖1A的框圖示出了傳統(tǒng)外加電壓的電流測(cè)量電路的結(jié)構(gòu)例；圖1B的理論框圖示出了圖1A的電流測(cè)量部分100；圖1C是表示圖1B的范圍轉(zhuǎn)換部分110的具體配置實(shí)施例的圖；圖2是表示圖1B的位差檢測(cè)部分150的內(nèi)部電路配置的圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的外加電壓電流測(cè)量裝置的實(shí)施例的方框圖；圖4是表示圖3的具有開關(guān)CBi的電流緩存器的配置實(shí)施例的圖；圖5是表示圖4的具有開關(guān)CBi的電流緩存器的前級(jí)部分11和輸出級(jí)12的具體電路配置例子的電路圖；圖6是表示圖3的電路范圍轉(zhuǎn)換部分210的另一配置實(shí)施例的圖；圖7是表示圖3的電路范圍轉(zhuǎn)換部分210的還一配置實(shí)施例的圖；圖8是表示圖3的電路范圍轉(zhuǎn)換部分210的一不同配置實(shí)施例的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，將參照附圖解釋根據(jù)本發(fā)明的外加電壓的電流測(cè)量裝置的實(shí)施例。此外，本專利權(quán)利要求書的范圍既不受下述工作模式的解釋內(nèi)容的限制，也不受用必須要求的工作模式來解釋的所述元件、連接關(guān)系等的限制。另外，以工作模式來解釋的元件的外觀/形狀、連接關(guān)系等都只是例子和本發(fā)明并不局限于這些外觀/形狀。
此外，除非必要，關(guān)于對(duì)應(yīng)于常規(guī)配置的附于元件上的相同附圖標(biāo)記以及具有相同標(biāo)記的元件解釋被省略。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的外加電壓的電流測(cè)量裝置的實(shí)施例。所述外加電壓電流測(cè)量裝置包括直流電源部分220和電流測(cè)量部分200。直流電源部分220包括DA轉(zhuǎn)換器10、電阻Ra、Rb和運(yùn)算放大器A1，這些與圖1A的相應(yīng)部分執(zhí)行相同的操作。電流測(cè)量部分200包括范圍轉(zhuǎn)換部分210和位差測(cè)量部分150。在此實(shí)施例中，電流范圍轉(zhuǎn)換部分210的電路結(jié)構(gòu)被提供有具有多個(gè)開關(guān)CB1至CBn的多個(gè)(n)電流緩存器，以及用于電流測(cè)量并分別連接到電流緩存器輸出的串聯(lián)電阻Rl至Rn，如圖3所示。
每個(gè)具有開關(guān)CBi(i是整數(shù)，滿足1≤i ≤n)的電流緩存器具有一輸出級(jí)，這使得由來自外部(例如，圖中未示出的一測(cè)試裝置)的一控制信號(hào)cnti控制其處于打開狀態(tài)(電OFF狀態(tài))成為可能。每個(gè)具有開關(guān)CBi的電流緩存器的輸出級(jí)與相應(yīng)的串聯(lián)電阻Ri串聯(lián)。
例如如圖4所示，每個(gè)具有開關(guān)CBi的電流緩存器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括一前級(jí)部分11和一輸出級(jí)12。前級(jí)部分11在其作為電流緩存器運(yùn)行時(shí)，通過來自所述測(cè)試裝置的控制信號(hào)cnti控制輸出級(jí)12的ON/OFF轉(zhuǎn)換。輸出級(jí)12由互補(bǔ)配置的晶體管組成，并能由前級(jí)部分11基于控制信號(hào)cnti以高阻抗?fàn)顟B(tài)控制ON/OFF。
圖5是具有開關(guān)的電流緩存器CBl的前級(jí)部分11和輸出級(jí)12的具體配置例子。前級(jí)部分11具有微分晶體管Q1、Q2、恒流源CC1、CC2、CC3、控制水平轉(zhuǎn)換裝置8、PNP晶體管Q3、Q5以及NPN晶體管Q4、Q6。輸出級(jí)12具有發(fā)射極相互連接的PNP晶體管Q12和NPN晶體管Q11。所述電源采用正電源VP和負(fù)電源VN。以下將描述當(dāng)微分控制信號(hào)cnt1a和cnt1b被用作外部控制信號(hào)cnt1的情況。
微分晶體管Q1和Q2的發(fā)射極分別連接到恒流源CC3，并且它們的集電極經(jīng)由控制電平轉(zhuǎn)換部分8連接到正電源VP。微分晶體管Q1和Q2相互變成反向從而通過控制信號(hào)cnt1和cnt2工作在ON/OFF狀態(tài)，并且基于一對(duì)相同的狀態(tài)，控制電平轉(zhuǎn)換部分8輸出預(yù)定的OPEN信號(hào)C1、C2、C 3、C4。
PNP晶體管Q3具有提供給其基極的輸入電壓Sin(即，來自直流電源部分220的電壓Va)，其發(fā)射極與恒流源CC1相連，并且其集電極與負(fù)電源VN相連。由于在恒流源CC1的基礎(chǔ)上，一固定電流流入PNP晶體管Q3，發(fā)射極終端電壓VB11只比輸入電壓Sin高所述基極電壓(大約為0.6V)，并且此電壓被作為第一基極電壓提供給NPN晶體管Q11的基極輸入終端。
使用類似的方式，被提供有輸入電壓Sin的NPN晶體管Q4具有連接到PNP晶體管Q3基極的基極。由于基于連接到所述發(fā)射極的恒流源CC2有一流動(dòng)的固定電流，所以，發(fā)射極終端電壓Vb12僅比輸入電壓Sin低所述基極-發(fā)射極電壓(大約為0.6V)，并且該電壓被作為第二基極電壓提供給PNP晶體管Q12的基極輸入終端。PNP晶體管Q5和NPN晶體管Q6的集電極，OPEN信號(hào)C3、C4被提供給它們的基極，分別與晶體管Q12和Q11的基極相連并且由OPEN信號(hào)C3、C4控制晶體管Q12、Q11的ON/OFF操作。
NPN晶體管Q11和PNP晶體管Q12具有一互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的輸出級(jí)，并且在恒流源CC1、CC2被OPEN信號(hào)C1、C2設(shè)置成ON的情況下，基于所述第一基極電壓Vb11和第二基極電壓Vb12，兩個(gè)晶體管均正常工作于偏置成激活狀態(tài)的狀態(tài)下。因此，接收輸入電壓Vin并且輸出是以1∶1緩存的電流的輸出電壓Vout。
如上所述，控制電平轉(zhuǎn)換部分8產(chǎn)生四個(gè)OPEN信號(hào)C1、C2、C3、C4，用于在外部控制信號(hào)cntl的基礎(chǔ)上控制輸出級(jí)12成為OFF狀態(tài)，和由于微分晶體管Q1、Q2工作于相反狀態(tài)，所以，在此反向操作的基礎(chǔ)上，通過向一微分控制信號(hào)cntlb提供例如一固定1.5V電壓和在0V和3V之間轉(zhuǎn)換其他微分控制信號(hào)cntla的電壓，可以產(chǎn)生一起的控制電平OPEN信號(hào)C1、C2、C3和C4。
當(dāng)?shù)谝籓PEN信號(hào)C1變得有效時(shí)，恒流源CC1的固定電流被控制處于OFF狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙﨩PEN信號(hào)C2變得有效時(shí)，恒流源CC2的固定電流被控制處于OFF狀態(tài)。
當(dāng)?shù)谌齇PEN信號(hào)C3變得有效時(shí)，PNP晶體管Q5被控制處于ON狀態(tài)，并且一個(gè)互補(bǔ)晶體管PNP晶體管Q12被強(qiáng)制偏置在OFF狀態(tài)。如此的結(jié)果是，無論從正電源VP提供給負(fù)電源VN的電壓范圍是多大，輸出電壓Vout可被提供高阻抗并且可保持打開狀態(tài)。
當(dāng)?shù)谒腛PEN信號(hào)C4有效時(shí)，NPN晶體管Q6被控制處于ON狀態(tài)，并且另一個(gè)互補(bǔ)晶體管NPN晶體管Q11被強(qiáng)制偏置在OFF狀態(tài)。因此，無論從正電源VP提供給負(fù)電源VN的電壓范圍是多大，輸出電壓Vout可被提供高阻抗并且可保持一打開狀態(tài)。
因此，首先，當(dāng)將輸出級(jí)12設(shè)置成激活狀態(tài)(ON狀態(tài))時(shí)，由于必須將最終級(jí)NPN晶體管Q11和PNP晶體管Q12偏置為激活狀態(tài)，控制OPEN信號(hào)C1、C2，從而使得恒流源CC1、CC2被置為激活狀態(tài)，并且PNP晶體管Q5和NPN晶體管Q6被控制處于OFF狀態(tài)。因此，，由于取消了PNP晶體管Q3和NPN晶體管Q11的兩個(gè)基極-發(fā)射極電壓降，相應(yīng)于輸入電壓Sin的電壓Vout被輸出。同樣，由于取消了NPN晶體管Q4和PNP晶體管Q12的兩個(gè)基極-發(fā)射極電壓降，相應(yīng)于輸入電壓Sin的電壓Vout被輸出。也就是說，所述功能是普通電流緩存器的功能。在此，假如為了消除在所述基極-發(fā)射極電壓降上的制造變化，晶體管Q 3、Q4、Q11、Q12形成在同一IC上，輸出電壓Vout可以被認(rèn)為實(shí)際上與輸入電壓Sin處于相同的電位。
其次，當(dāng)將輸出級(jí)12設(shè)置為打開狀態(tài)(OFF狀態(tài))時(shí)，由于必須將終極NPN晶體管Q11和PNP晶體管Q12完全設(shè)置為反向偏置狀態(tài)，控制OPEN信號(hào)C1和C2，以便使得恒流源CC1、CC2被置成OFF狀態(tài)，并且PNP晶體管Q5和NPN晶體管Q6被控制處于ON狀態(tài)。因此，在輸出電壓Vout的輸出終端和輸出級(jí)12之間的電路被置為打開，即完全電斷開的狀態(tài)。這里，考慮到NPN晶體管Q11和PNP晶體管Q12，應(yīng)用了下述的晶體管，即就基極-發(fā)射極反向電壓偏置而言，該晶體管具有不產(chǎn)生任何漏電流的擊穿電壓。
因此，通過采用圖4所示具有開關(guān)CBl的前述電流緩存器，可如圖3所示地配置范圍轉(zhuǎn)換部分210。因此，通過使用外部控制信號(hào)cnt1至cntn使得所述DUT負(fù)載電流流入預(yù)期的串聯(lián)電阻R1至Rn，可以通過向位差測(cè)量部分150提供兩個(gè)電壓信號(hào)、即輸入端電壓Va(所檢測(cè)的電壓Vc)和負(fù)載端電壓Vb(所檢測(cè)的電壓Vd)測(cè)量每個(gè)范圍的電流，所述兩個(gè)信號(hào)都是基于所述串聯(lián)電阻檢測(cè)到的。利用這種方式，對(duì)于具有多個(gè)開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器，由于相同電路結(jié)構(gòu)元件是可以被制成IC或MCM的元件，所以可以制成一個(gè)具有晶體管的結(jié)構(gòu)，從而可實(shí)現(xiàn)最小化。而且，由于ON/OFF控制的調(diào)整時(shí)間低于幾微秒，與過去相比較，可實(shí)現(xiàn)非常高速的轉(zhuǎn)換。而且，對(duì)于ON/OFF控制所需的驅(qū)動(dòng)電流，很小就足夠了。
圖6是圖3所示實(shí)施例的電流范圍轉(zhuǎn)換部分210的另一電路配置例子。此配置例子消除了由于在具有開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器的每個(gè)輸入和輸出之間的負(fù)載電流容量改變而產(chǎn)生的瞬間位差波動(dòng)的測(cè)量誤差的影響。此電流范圍轉(zhuǎn)換部分210被提供有n個(gè)具有開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器、串聯(lián)電阻R1至Rn和多觸點(diǎn)開關(guān)20，并且，不是檢測(cè)如圖3的具有開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器輸入端的電壓Va作為檢測(cè)電壓Vc，而是檢測(cè)多觸點(diǎn)開關(guān)20從輸出端電壓Va1至Van中所選擇的電壓作為檢測(cè)電壓Vc。
由于基于具有開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器和串聯(lián)電阻R1至Rn的配置與圖3的配置相同，在此省略了其解釋。
多觸點(diǎn)開關(guān)20接收串聯(lián)電阻R1至Rn中每一個(gè)的一端的電壓信號(hào)，并且基于控制信號(hào)cnt1至cntn，選擇性地轉(zhuǎn)換到或者輸出所述信號(hào)之一?？衫媚軌虮辉O(shè)計(jì)成IC的晶體管電路構(gòu)成這類多觸點(diǎn)開關(guān)20。
根據(jù)前述圖6的配置，其優(yōu)點(diǎn)在于可以不受瞬間位差影響的干擾執(zhí)行測(cè)量，其中所述瞬間位差是隨著具有開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器的每個(gè)輸入端和輸出選之間的負(fù)載電流量的變化而產(chǎn)生的。
圖7是電流范圍轉(zhuǎn)換部分210的另一電路配置例子。給結(jié)構(gòu)例子消除了對(duì)瞬間位差波動(dòng)的誤差測(cè)量影響，所述瞬間位差波動(dòng)是隨具有開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器的每個(gè)輸入端和輸出端之間的負(fù)載電流量變化而產(chǎn)生的。電流范圍轉(zhuǎn)換部分210具有n個(gè)具有開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器，串聯(lián)電阻R1至Rn以及n個(gè)具有開關(guān)CB31至CB3n的電流緩存器。
具有開關(guān)CB31至CB3n的電流緩存器是傳送電壓信號(hào)的開關(guān)，最起碼具有一個(gè)和與前述圖5所示具有開關(guān)CB1的電流緩存器相同的內(nèi)部配置。然而，由于位差測(cè)量部分150利用高阻抗接收，無需電流緩存，因此它可以接受只傳送電壓信號(hào)。因此，它們不是導(dǎo)致前述具有開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器所導(dǎo)致的電壓降誤差的主要原因。
根據(jù)前述如圖7的配置，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠不受瞬間位差影響的干擾而執(zhí)行測(cè)量，其中所述瞬間位差是隨著具有開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器的每個(gè)輸入端和輸出端之間的負(fù)載電流量的變化而產(chǎn)生的。
此外，本發(fā)明的技術(shù)思想不局限于所述具體配置的例子和前述工作模式的連接模式例子。而且，基于本發(fā)明的技術(shù)思想，通過適當(dāng)?shù)匦薷那笆龉ぷ髂Ｊ剑梢詳U(kuò)展其應(yīng)用范圍。
例如，在伴隨如圖3所示配置中插入具有開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器而產(chǎn)生測(cè)量誤差的主要原因被忽視的情況下，可按需提供一種附加的校準(zhǔn)功能。尤其是，為了校準(zhǔn)在包括串聯(lián)電阻R1至Rn和位差測(cè)量部分150的測(cè)量系統(tǒng)中的不同變化，已知的電流通過每個(gè)范圍的幾個(gè)點(diǎn)并且被位差測(cè)量部分150所測(cè)量，并且預(yù)先需要線性校正量和偏移校正量并用做存儲(chǔ)器中的表(未示出)，以便使所獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)與已知的電流值相關(guān)聯(lián)。然后，通過從所保存的表中讀取相應(yīng)的校正量，對(duì)實(shí)際未知的電流進(jìn)行測(cè)量和算術(shù)處理。利用這種方式，隨包括具有開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器的測(cè)量系統(tǒng)的不同變化而產(chǎn)生的測(cè)量誤差的主要原因可被消除，因此可獲得高精度測(cè)量結(jié)果，并且，附加地，有可以獲得消除組件變化和老化的優(yōu)點(diǎn)。
此外，在如圖3的前述配置例子中，對(duì)使用具有開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器的實(shí)施例進(jìn)行了解釋，但是圖8所示的范圍開關(guān)部分210可按需使用。如圖8所示的電流范圍轉(zhuǎn)換部分210包括反饋運(yùn)算放大器A31至A3n、具有連接到相同輸出端的開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器以及連接到相同電流緩存器CB1至CBn的輸出的串聯(lián)電阻R1至Rn。每個(gè)具有開關(guān)CBi的電流緩存器的輸出被反饋給相應(yīng)反饋運(yùn)算放大器A3i的反向輸入。然而，對(duì)于反饋運(yùn)算放大器A31至A3n的終端，高阻抗測(cè)量且不妨礙測(cè)量的元件被采用。在此情況下，每個(gè)具有開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器的輸出終端的輸出電壓Va1至Van被反饋運(yùn)算放大器A31至A3n反饋控制，從而匹配所述輸入和輸出電壓Va，因此，可獲得消除具有開關(guān)CB1至CBn的電流緩存器的電鍍輸出電壓誤差原因的優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明效果基于上述內(nèi)容，本發(fā)明產(chǎn)生了以下效果。
根據(jù)本發(fā)明的上述配置，可獲得的主要優(yōu)點(diǎn)是所配置的元件可實(shí)現(xiàn)被設(shè)計(jì)成一IC或一MCM，并且可實(shí)現(xiàn)尺寸減小。
此外，由于ON/OFF控制的調(diào)整時(shí)間低于幾微秒，與過去相比較，則可獲得非常高速地轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)。尤其，在應(yīng)用到半導(dǎo)體測(cè)試裝置的外加電壓電流測(cè)量裝置的情況下，其中需要提供多個(gè)通道，可獲得的主要優(yōu)點(diǎn)是可提高在DC測(cè)試種類上的設(shè)備測(cè)試量。而且，還可獲得的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于IN/OFF控制所需的驅(qū)動(dòng)電流，非常小就足夠了。
因此，本發(fā)明的技術(shù)效果及其工業(yè)效果非常大。
權(quán)利要求
1.一種外加電壓的電流檢測(cè)裝置，用于向負(fù)載裝置施加規(guī)定電壓并且測(cè)量流向此負(fù)載裝置的電流，包括電流范圍轉(zhuǎn)換部分，具有串聯(lián)連接多個(gè)電流緩存器的多對(duì)開關(guān)；具有能夠響應(yīng)所提供的控制信號(hào)使能電連接或脫離的輸出級(jí)，和不同電阻值的電流測(cè)量電阻分別連接到具有開關(guān)的電流緩存器的輸出級(jí)，其中，由控制信號(hào)選擇多對(duì)開關(guān)中的任何一對(duì)轉(zhuǎn)換所述電流測(cè)量范圍，具有所述被選擇對(duì)開關(guān)的電流緩存器的所述輸出級(jí)處于連接狀態(tài)；直流電源部分，經(jīng)過具有開關(guān)的電流緩存器和由電流范圍轉(zhuǎn)換裝置所選擇的電流測(cè)量電阻的串聯(lián)向負(fù)載裝置提供規(guī)定的直流電壓；以及位差測(cè)量裝置，測(cè)量由于伴隨在所述負(fù)載裝置上的所述直流電壓的施加并從具有所選擇串聯(lián)連接的開關(guān)的電流緩存器流向所述負(fù)載裝置的電流而導(dǎo)致的在所述串聯(lián)連接的電流測(cè)量電阻兩端的位差，以作為對(duì)應(yīng)于在所述負(fù)載裝置中流過的電流的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外加電壓的電流測(cè)量裝置，其中，所述直流電源部分包括一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和一運(yùn)算放大器，所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將所提供的數(shù)字電壓值轉(zhuǎn)換成模擬參考電壓，所述運(yùn)算放大器通過反饋控制施加到所述負(fù)載裝置上與所述參考電壓相關(guān)的電壓，并且經(jīng)由所述范圍轉(zhuǎn)換部分向所述負(fù)載裝置提供外加的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外加電壓的電流測(cè)量裝置，其中所述范圍轉(zhuǎn)換部分的所述多個(gè)具有開關(guān)的電流緩存器的輸入端被相互連接并被連接到所述運(yùn)算放大器的輸出端；所述電流測(cè)量電阻的輸出端被相互連接；和所述具有開關(guān)的電流緩存器的輸入端電壓和所述電流測(cè)量電阻的輸出端電壓被作為所選擇的串聯(lián)的電流測(cè)量電阻兩端的電壓提供給所述位差測(cè)量部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外加電壓的電流測(cè)量裝置，其中所述范圍轉(zhuǎn)換部分的所述具有開關(guān)的多個(gè)電流緩存器的輸入端被相互連接并且連接到所述運(yùn)算放大器的輸出端；所述電流測(cè)量電阻的輸出端被相互連接；響應(yīng)所述控制信號(hào)，所述范圍轉(zhuǎn)換部分附加選擇所述多個(gè)具有開關(guān)的電流緩存器的一個(gè)輸出；提供了一多觸點(diǎn)開關(guān)，用于向所述位差測(cè)量部分提供所述一個(gè)輸出，作為所選擇的串聯(lián)電流測(cè)量電阻的一端上的電壓；和在所述電流測(cè)量電阻的輸出端的電壓被作為所選擇串聯(lián)電流測(cè)量電阻的另一端的電壓被提供給所述位差測(cè)量部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外加電壓的電流測(cè)量裝置，其中所述范圍轉(zhuǎn)換部分的所述多個(gè)具有開關(guān)的電流緩存器的輸入端被相互連接并被連接到所述運(yùn)算放大器的輸出端；所述電流測(cè)量電阻的輸出端被相互連接；所述范圍轉(zhuǎn)換部分附加地包括具有開關(guān)的緩存器，具有能夠響應(yīng)控制信號(hào)被連接/阻斷和分別連接到所述多個(gè)具有開關(guān)的電流緩存器的輸出端上的輸出級(jí)；由所述控制信號(hào)選擇的具有開關(guān)的一緩存器的輸出被作為在所選擇串聯(lián)電流測(cè)量電阻的一端的電壓提供給所述位差測(cè)量部分；和所述電流測(cè)量電阻的輸出端的電壓被提供給所述位差測(cè)量部分，作為在所選擇的串聯(lián)的電流測(cè)量電阻的另一端側(cè)的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外加電壓的電流測(cè)量裝置，其中所述多個(gè)串聯(lián)的電流測(cè)量電阻的輸出端被相互連接；所述范圍轉(zhuǎn)換部分還包括與每個(gè)所述具有開關(guān)的電流緩存器相關(guān)的反饋運(yùn)算放大器，具有與同一具有開關(guān)的電流緩存器的輸出端相連的反向輸入端，被施加有來自電流源部分的電壓的非反相輸入端，以及與所述具有開關(guān)的電流緩存器的輸入端相連的輸出端；提供給每個(gè)反饋運(yùn)算放大器的非反向輸入端的電壓被提供給所述位差測(cè)量部分，作為所選擇串聯(lián)電流測(cè)量電阻的一端的電壓；并且在所述電流測(cè)量電阻的輸出端的電壓被提供給所述位差測(cè)量部分，作為所選擇的串聯(lián)的電流測(cè)量電阻的另一端的電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外加電壓電流測(cè)量裝置，其中，所述電流源部分包括在插入在所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸出端和所述運(yùn)算放大器反向輸入端之間的第一電阻，和插入在從所述負(fù)載裝置到所述運(yùn)算放大器的反相輸入端的反饋路徑中的第二電阻，并且所述運(yùn)算放大器的非反相輸入端連接到地。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一個(gè)所述的外加電壓電流測(cè)量裝置，每個(gè)所述具有開關(guān)的電流緩存器具有前級(jí)和所述輸出級(jí)，其中，所述輸出級(jí)具有發(fā)射極相互連接的互補(bǔ)第一和第二晶體管，相同連接點(diǎn)的電壓是所述具有開關(guān)的電流緩存器的輸出電壓，和它們的集電極分別連接到正電源和負(fù)電源；并且其中，所述前級(jí)部分中的每一個(gè)包括第一PNP晶體管和第一NPN晶體管，其中發(fā)射極分別被連接到第一和第二恒流源；集電極被分別連接到負(fù)電源和正電源，來自所述直流電源部分的電壓被作為輸入電壓提供給各基極；和第一基極電壓、加到所述輸入電壓上的基極-發(fā)射極電壓以及第二基極電壓和從所述輸入電壓中減掉的基極-發(fā)射極電壓被從各發(fā)射極提供給所述互補(bǔ)第一和第二晶體管的基極；第二PNP晶體管，具有分別與所述互補(bǔ)第二晶體管的基極和所述正電源相連的集電極和發(fā)射極；第二NPN晶體管，具有分別與所述互補(bǔ)第一晶體管的基極和所述負(fù)電源相連的集電極和發(fā)射極；以及控制裝置，當(dāng)響應(yīng)所述控制信號(hào)不選擇所述具有開關(guān)的電流緩存器時(shí)，向所述第一和第二恒流源提供第一和第二OPEN信號(hào)，以便將所述第一和第二恒流源改變?yōu)镺FF，向所述第二PNP晶體管和所述第二NPN晶體管的基極提供第三和第四OPEN信號(hào)，以便將這些晶體管置為ON狀態(tài)，從而將所述輸出級(jí)的互補(bǔ)第一和第二晶體管保持在OFF狀態(tài)；并且當(dāng)所述具有開關(guān)的電流緩存器被選擇時(shí)，所述控制裝置向所述第一和第二恒流源提供第一和第二OPEN信號(hào)，以便將所述第一和第二恒流源改變?yōu)镺N，并且向所述第二PNP晶體管和所述第二NPN晶體管的基極提供第三和第四OPEN信號(hào)，以便將這些晶體管置為OFF狀態(tài)，從而將所述輸出級(jí)的互補(bǔ)第一和第二晶體管置為ON狀態(tài)。
9.一種具有開關(guān)的電流緩存器，具有前級(jí)部分和輸出級(jí)，其中，所述輸出級(jí)具有發(fā)射極相互連接的互補(bǔ)第一和第二晶體管，相同連接點(diǎn)的電壓是所述具有開關(guān)的電流緩存器的輸出電壓，并且它們的集電極被分別連接到正電源和負(fù)電源；并且其中，所述前級(jí)部分的每個(gè)包括第一PNP晶體管和第一NPN晶體管，其中發(fā)射極被分別連接到第一和第二恒流源；集電極被分別連接到負(fù)電源和正電源，來自所述直流電源部分的電壓被作為輸入電壓提供給各基極；和第一基極電壓、加到所述輸入電壓上的基極-發(fā)射極電壓以及第二基極電壓和被從所述輸入電壓減掉的基極-發(fā)射極電壓被從各發(fā)射極提供給所述互補(bǔ)第一和第二晶體管的基極；第二PNP晶體管，具有分別與所述互補(bǔ)第二晶體管的基極和所述正電源相連的集電極和發(fā)射極；第二NPN晶體管，具有分別與所述互補(bǔ)第一晶體管的基極和所述負(fù)電源相連的集電極和發(fā)射極；以及控制裝置，當(dāng)響應(yīng)所述控制信號(hào)不選擇所述具有開關(guān)的電流緩存器時(shí)，向所述第一和第二恒流源提供第一和第二OPEN信號(hào)，以便將所述第一和第二恒流源改變?yōu)镺FF，向所述第二PNP晶體管和所述第二NPN晶體管的基極提供第三和第四OPEN信號(hào)，以便將這些晶體管置為ON狀態(tài)，從而將所述輸出級(jí)的互補(bǔ)第一和第二晶體管保持在OFF狀態(tài)；并且當(dāng)所述具有開關(guān)的電流緩存器被選擇時(shí)，所述控制裝置向所述第一和第二恒流源提供第一和第二OPEN信號(hào)，以便將所述第一和第二恒流源改變?yōu)镺N，并且向所述第二PNP晶體管和所述第二NPN晶體管的基極提供第三和第四OPEN信號(hào)，以便將這些晶體管置為OFF狀態(tài)，從而將所述輸出級(jí)的互補(bǔ)第一和第二晶體管置為ON狀態(tài)。
全文摘要
一外加電壓的電流測(cè)量裝置，其中來自直流電源部分(220)的電壓經(jīng)由范圍轉(zhuǎn)換部分(210)被施加到待測(cè)設(shè)備(DUT)的終端并測(cè)量流經(jīng)該終端的電流；其中范圍轉(zhuǎn)換部分(210)包括具有對(duì)應(yīng)于電流測(cè)量范圍的開關(guān)(CB1至CBn)的多個(gè)電流緩存器，和分別串聯(lián)到這些輸出端的多個(gè)電流測(cè)量電阻(R1至Rn)；和其中通過由壓差測(cè)量部分(150)測(cè)量所選擇串聯(lián)電流測(cè)量電阻兩端的電壓，測(cè)量流經(jīng)待測(cè)設(shè)備的終端的電流。每個(gè)具有開關(guān)(CBi)的電流緩存器具有能響應(yīng)一控制信號(hào)連接/阻斷的輸出級(jí)(12)。
文檔編號(hào)G01R31/30GK1726397SQ20038010575
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2003年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月11日
發(fā)明者中原久晴 申請(qǐng)人:株式會(huì)社愛德萬測(cè)試