(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される切替信号に応じて２端子間を電気的に接続するか否かを切り替えるスイッチ回路であって、
前記２端子間を電気的に接続するか否かを切り替える第１切替部と、
入力電流に応じて前記第１切替部を制御する、前記第１切替部に対して電気的に絶縁された第１制御部と、
前記第１制御部に前記入力電流を入力するか否かを切り替える第２切替部と、
前記切替信号に応じて前記第２切替部を制御する、前記第２切替部に対して電気的に絶縁された第２制御部と、
前記第１制御部が経路上に設けられたループ経路と、
前記ループ経路に設けられ、前記入力電流を生成する電源と、
前記２端子の少なくとも一方に印加される最大の電圧より小さく、前記切替信号の基準電圧より大きい中間の電圧を前記ループ経路に印加する電圧印加部と
を備え、
前記第２切替部は、前記ループ経路上に設けられ、前記ループ経路のループの開閉を切り替えるスイッチ回路。
【請求項２】
前記電源は、２次側素子が前記ループ経路に設けられるフローティング電源である
請求項１に記載のスイッチ回路。
【請求項３】
前記電圧印加部は、前記２端子の少なくとも一方に印加される最大の電圧より小さく、接地電位より大きい中間の電圧を生成する
請求項１または２に記載のスイッチ回路。
【請求項４】
前記第１切替部は、ドライバ回路の出力端に電気的に接続され、
前記電圧印加部は、前記ドライバ回路の電源電圧より小さく、前記切替信号の基準電圧より大きい中間の電圧を生成する
請求項１から３のいずれか一項に記載のスイッチ回路。
【請求項５】
前記第１制御部および前記第１切替部、ならびに、前記第２制御部および前記第１切替部は、それぞれフォトカプラにおける１次側素子および２次側素子である
請求項１から４のいずれか一項に記載のスイッチ回路。
【請求項６】
前記切替信号に応じた電流を前記第２制御部に供給する電流出力部を更に備え、
前記第２制御部は、前記電流出力部が出力する電流に応じて、前記第２切替部を制御する
請求項１から５のいずれか一項に記載のスイッチ回路。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のスイッチ回路を備え、被試験デバイスを試験する試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ回路および試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体回路等の試験装置において、スイッチが用いられている。例えば、試験装置のドライバと被試験デバイス間に複数の電流測定用抵抗を設け、いずれの電流測定用抵抗を接続するかをスイッチにより切り替えている（例えば、特許文献１参照）。これにより、電流測定レンジを切り替えている。
特許文献１  特開２００８−５１６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したスイッチとして、リードリレーを用いる場合がある。しかし、リードリレーは、機械的に駆動する部分があり、寿命を長くすることが困難である。また、上述したスイッチとして、フォトカプラ等の半導体スイッチを用いることも考えられる。しかし、半導体スイッチの絶縁耐圧を高くすることは、リードリレーに比べて困難である。このため、高電圧を伝送する線路において半導体スイッチを用いることは難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、入力される切替信号に応じて２端子間を電気的に接続するか否かを切り替えるスイッチ回路であって、２端子間を電気的に接続するか否かを切り替える第１切替部と、入力電流に応じて第１切替部を制御する、第１切替部に対して電気的に絶縁された第１制御部と、第１制御部に入力電流を入力するか否かを切り替える第２切替部と、切替信号に応じて第２切替部を制御する、第２切替部に対して電気的に絶縁された第２制御部と、第１制御部が経路上に設けられたループ経路と、ループ経路に設けられ、入力電流を生成する電源と、第２端子の少なくとも一方に印加される最大の電圧より小さく、切替信号の基準電圧より大きい中間の電圧をループ経路に印加する電圧印加部とを備え、第２切替部は、ループ経路上に設けられ、ループ経路のループの開閉を切り替えるスイッチ回路を提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】入力される切替信号に応じて２端子間を電気的に接続するか否かを切り替えるスイッチ回路１００の構成例を示す。
【図２】スイッチ回路１００の他の構成例を示す。
【図３】スイッチ回路１００の他の構成例を示す。
【図４】試験装置２００の構成例を、被試験デバイス３００とあわせて示す。
【図５】モーター駆動回路４００の構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、入力される切替信号に応じて２端子間を電気的に接続するか否かを切り替えるスイッチ回路１００の構成例を示す。スイッチ回路１００は、端子７２、端子７４、第１切替部１２−１、第１制御部１４−１、第２切替部１２−２、第２制御部１４−２、ループ経路３０、電源４０、電圧印加部５０、および、電流出力部６０を備える。端子７２および端子７４は、スイッチ回路１００の外部の回路と接続される。
【０００９】
本例の端子７２は、外部のドライバ回路８０の出力端に、外部の抵抗８２を介して接続される。ドライバ回路８０には、電源電圧Ｖｐが与えられ、入力される信号レベルに応じて、電源電圧Ｖｐ以下の電圧を出力する。スイッチ回路１００は、ドライバ回路８０が出力する電圧を、端子７２および端子７４の２端子間で伝送するか否かを切り替える。
【００１０】
第１切替部１２−１は、２つの端子７２および７４の間を電気的に接続するか否かを切り替える。第１切替部１２−１は、半導体トランジスタ等のアナログスイッチであってよい。本例の第１切替部１２−１は、ドライバ回路８０の出力端に、抵抗８２および端子７２を介して電気的に接続される。
【００１１】
第１制御部１４−１は、第１切替部１２−１に対して電気的に絶縁されて設けられ、入力電流に応じて第１切替部１２−１を制御する。第１切替部１２−１および第１制御部１４−１は、フォトカプラ１０−１における１次側素子および２次側素子であってよい。
【００１２】
つまり、第１制御部１４−１は、入力電流に応じた光信号を、第１切替部１２−１に出力する発光ダイオードを有してよい。第１切替部１２−１は、当該光信号に応じて、２つの端子７２および７４の間を電気的に接続するか否かを切り替える半導体トランジスタを有してよい。当該半導体トランジスタのゲート端子には、当該光信号に応じた信号が与えられる。
【００１３】
なお、第１切替部１２−１および第２制御部１４−１は、フォトカプラに含まれる素子に限定されない。例えば第２制御部１４−１は、入力電流に応じた電波信号を、第１切替部１２−１に出力する。この場合、第１切替部１２−１は、当該電波信号に応じて、２つの端子７２および７４の間を電気的に接続するか否かを切り替える。
【００１４】
第２切替部１２−２は、第１制御部１４−１に入力電流を入力するか否かを切り替える。第２制御部１４−２は、第２切替部１２−１に対して電気的に絶縁されて設けられ、入力される切替信号に応じて第２切替部を制御する。第２切替部１２−２および第２制御部１４−２は、第１切替部１２−１および第１制御部１４−１と同一の機能を有してよく、同一の特性を有してもよい。本例の第２切替部１２−２および第２制御部１４−２は、フォトカプラ１０−１と略同一の特性を有するフォトカプラ１０−２における１次側素子および２次側素子である。
【００１５】
第１制御部１４−１および第２切替部１２−２は、同一のループ経路３０上に設けられる。第２切替部１２−２は、ループ経路３０のループの開閉を切り替えることで、第１制御部１４−１に入力電流を入力するか否かを切り替える。
【００１６】
電源４０は、ループ経路３０に設けられ、入力電流を生成する。当該入力電流は、第１制御部１４−１に、第１切替部１２−１をオン状態に制御できる強度の信号を出力させる。電源４０は、２次側素子４２がループ経路３０上に設けられるフローティング電源であってよい。電源４０の２次側素子４２は、１次側素子に流れる電流に応じた入力電流を生成する。
【００１７】
このような構成により、第２切替部１２−２がオン状態になることで、第１制御部１４−１に入力電流が流れる。そして、当該入力電流に応じて、第１切替部１２−１がオン状態となり、端子７２および端子７４が電気的に接続される。
【００１８】
電流出力部６０は、スイッチ回路１００の外部から入力される切替信号Ｈ／Ｌに応じた電流を第２制御部１４−２に供給する。当該電流は、第２制御部１４−２に、第２切替部１２−２をオン状態に制御できる強度の信号を出力させる。電流出力部６０は、例えばパワーアンプである。
【００１９】
第２制御部１４−２は、電流出力部６０が出力する電流に応じて、第２切替部１２−２を制御する。第２制御部１４−２は、アノードが電流出力部６０に接続され、カソードが接地される発光ダイオードであってよい。つまり、外部からの切替信号は、接地電位を基準電位とする。
【００２０】
このような構成により、外部から電圧が印加される第１切替部１２−１と、切替信号を受け取る第２制御部１４−２との間に、２つの絶縁構造（例えばフォトカプラ）を設けることができる。このため、スイッチ回路１００の耐圧を高くすることができる。
【００２１】
また、電圧印加部５０は、２つの端子７２および７４の少なくとも一方に印加される最大の電圧Ｖｐに応じた電圧Ｖａを生成して、ループ経路３０に印加する。電圧印加部５０は、当該最大の電圧Ｖｐと、切替信号の基準電圧（本例では接地電位）との中間の電圧Ｖａを生成する。中間の電圧とは、最大の電圧Ｖｐより小さく、基準電圧より大きい電圧を指す。一例として電圧印加部５０は、最大の電圧Ｖｐおよび基準電圧の平均の電圧を生成する。
【００２２】
本例において、当該最大の電圧は、ドライバ回路８０の電源電圧Ｖｐとなる。電圧印加部５０は、ドライバ回路８０における電源電圧Ｖｐの半分の電圧Ｖａを生成してよい。電源４０の２次側素子４２がフローティングとなっているので、ループ経路３０の基準電圧は、電圧Ｖａとなる。
【００２３】
このため、第１切替部１２−１および第１制御部１４−１の間に印加される電圧と、第２切替部１２−２および第２制御部１４−２の間に印加される電圧との最大値は、それぞれＶａ＝Ｖｐ／２となる。従って、ひとつの絶縁構造に印加される電圧の最大値を低減することができ、高耐圧のスイッチ回路１００を実現できる。
【００２４】
電圧印加部５０は、分圧抵抗５２−１および５２−２を有してよい。電圧印加部５０は、電圧印加部５０に印加される電圧Ｖｐを、分圧抵抗５２−１および５２−２の抵抗比により分圧して、電圧Ｖａを生成する。
【００２５】
なお、電圧印加部５０は、ドライバ回路８０の電源電圧Ｖｐに代えて、２つの端子７２および７４の少なくとも一方に印加される電圧を受け取ってもよい。本例の電圧印加部５０は、ドライバ回路８０が出力する電圧Ｖｏを受け取り、当該電圧Ｖｏに応じた電圧Ｖａを生成する。電圧Ｖａは、電圧Ｖｏおよび基準電位の中間の電圧であり、一例として電圧Ｖｏの半分の電圧である。
【００２６】
図２は、スイッチ回路１００の他の構成例を示す。図１では、２段のフォトカプラ１０−１、１０−２を有するスイッチ回路１００を説明したが、本例のスイッチ回路１００は、Ｎ段のフォトカプラ１０−１〜１０−Ｎを有する。本例の第１切替部１２−１は、図１に示した第１切替部１２−１に対応しており、第Ｎ制御部１４−Ｎは、図１に示した第２制御部１４−２に対応する。
【００２７】
フォトカプラ１０−ｋ（ただし、Ｋ＝１、２、・・・、Ｎ−１）の切替部１２−ｋは、フォトカプラ１０−（ｋ＋１）の制御部１４−ｋと同一のループ経路３０−ｋ上に設けられる。また、それぞれのループ経路３０には、電源４０が設けられる。このような構成により、第１切替部１２−１と、第Ｎ制御部１４−Ｎとの間に、Ｎ個の絶縁構造を設けることができる。このため、スイッチ回路１００の耐圧をより大きくすることができる。
【００２８】
また、電圧印加部５０は、それぞれのループ経路３０−１〜３０−（Ｎ−１）に印加する電圧Ｖａ１〜Ｖａ（Ｎ−１）を生成する。それぞれの電圧Ｖａ（ｋ）は、下式で与えられてよい。
Ｖａ（ｋ）＝Ｖｘ−（Ｖｘ×ｋ／Ｎ）
ただし、ＶｘはＶｐまたはＶｏ。
このような構成により、スイッチ回路１００の耐圧をより大きくすることができる。
【００２９】
以上の例においては、それぞれのフォトカプラ１０における絶縁耐圧が同一の場合を説明したが、それぞれのフォトカプラ１０における絶縁耐圧は同一でなくともよい。電圧印加部５０は、それぞれのフォトカプラ１０の切替部１２および制御部１４の間に印加される電圧が、当該フォトカプラ１０の絶縁耐圧の範囲内となるように、それぞれのループ経路３０−ｋに印加する電圧Ｖａ（ｋ）を生成してよい。電圧印加部５０は、絶縁耐圧がより大きいフォトカプラ１０により大きい電圧が印加されるように、それぞれのループ経路３０−ｋに印加する電圧Ｖａ（ｋ）を生成してよい。
【００３０】
図３は、スイッチ回路１００の他の構成例を示す。本例のスイッチ回路１００は、図１または図２に示したスイッチ回路１００の構成に加え、ループ経路３０−０、抵抗９２、電源４０−０、および、アナログスイッチ９０を更に備える。アナログスイッチ９０は、第１切替部１２−１に代えて、端子７２および７４の間に設けられる。
【００３１】
ループ経路３０−０は、第１切替部１２−１によりループが開閉される。電源４０−０は、ループ経路３０−０に流れる電流を生成する。抵抗９２は、ループ経路３０−０上に設けられる。電圧印加部５０は、ループ経路３０−０に、電圧Ｖｐ（またはＶｏ）を印加する。
【００３２】
アナログスイッチ９０は、抵抗９２の一端における電圧レベルに応じて、端子７２および端子７４を電気的に接続するか否かを切り替える。例えばアナログスイッチ９０は、第１切替部１２−１に接続される抵抗９２の端部における電圧を、ゲート端子に受け取る。抵抗９２の端部の電圧は、ループ経路３０−０に電流が流れるか否かにより変化するので、第１切替部１２−１によりアナログスイッチ９０を制御することができる。このような構成によっても、高耐圧のスイッチ回路１００を実現できる。
【００３３】
図４は、試験装置２００の構成例を、被試験デバイス３００とあわせて示す。試験装置２００は、半導体回路等の被試験デバイス３００を試験する。試験装置２００は、比較的に高電圧の伝送路に設けられるスイッチとして、スイッチ回路１００を備える。例えば試験装置２００は、被試験デバイス３００の電源端子に接続される経路上に、スイッチ回路１００を備える。スイッチ回路１００は、図１から図３に関連して説明したいずれかのスイッチ回路１００と同一である。
【００３４】
本例の試験装置２００は、被試験デバイス３００の電源端子に一定電圧を印加して、被試験デバイス３００の電源端子に流れる電流を測定する。本例の試験装置２００は、ＤＡＣ１１０、ドライバ回路８０、複数の電流検出用抵抗１１４、１１６、バッファ１１８、絶縁アンプ１２２、ＡＤＣ１２４、抵抗１１２、１２０、および、スイッチ回路１００を備える。
【００３５】
ＤＡＣ１１０は、被試験デバイス３００に印加する電圧設定値を示すデジタルデータを受け取り、当該デジタルデータに応じたアナログ電圧を出力する。ドライバ回路８０は、ＤＡＣ１１０が出力するアナログ電圧を、抵抗１１２を介して受け取る。ドライバ回路８０は、受け取ったアナログ電圧に応じた電圧を出力する。また、ドライバ回路８０は、被試験デバイス３００に供給する電流を出力する。ドライバ回路８０には、電源電圧Ｖｐが供給され、ドライバ回路８０は電源電圧Ｖｐ以下の電圧を出力する。
【００３６】
バッファ１１８は、被試験デバイス３００の電源端子に印加される電圧を、抵抗１２０を介して、ドライバ回路８０の入力端にフィードバックする。これにより、被試験デバイス３００の電源端子に印加される電圧を、電圧設定値で示される値に維持する。
【００３７】
複数の電流検出用抵抗１１４、１１６は、ドライバ回路８０の出力端と被試験デバイス３００の電源端子との間において、互いに並列に設けられる。スイッチ回路１００は、電流検出用抵抗１１６を、ドライバ回路８０および被試験デバイス３００に接続するか否かを切り替える。これにより、ドライバ回路８０および被試験デバイス３００の間に接続される電流検出用抵抗の合成抵抗値を制御することができる。
【００３８】
絶縁アンプ１２２は、複数の電流検出用抵抗１１４、１１６における降下電圧を検出する。これにより、複数の電流検出用抵抗１１４、１１６に流れる電流の和を測定することができる。ＡＤＣ１２４は、絶縁アンプ１２２が出力する電圧レベルを、デジタル値に変換する。
【００３９】
上述したように、スイッチ回路１００の電圧印加部５０は、ドライバ回路８０の電源電圧Ｖｐを分圧した電圧Ｖａを、ループ経路３０に印加する。また、電圧印加部５０は、ドライバ回路８０が出力する電圧Ｖｏを分圧した電圧Ｖａを、ループ経路３０に印加してもよい。
【００４０】
このような構成により、スイッチ回路１００における絶縁耐圧を大きくすることができる。このため、大電圧の電源電圧を被試験デバイス３００に印加する試験を行うことができる。なお、スイッチ回路１００の用途は、試験装置２００に限定されない。スイッチ回路１００は、高耐圧のスイッチが要求されるアプリケーションに、好適に用いることができる。
【００４１】
図５は、モーター駆動回路４００の構成例を示す。モーター駆動回路４００は、ブリッジ接続される４個のアナログスイッチ４０２−１〜４０２−４と、アナログスイッチ４０２に対応する４個のスイッチ回路１００と、モーターを駆動するコイル４０４とを備える。
【００４２】
複数のスイッチ回路１００は、アナログスイッチ４０２−２および４０２−３の組がオンとなる状態と、アナログスイッチ４０２−１および４０２−４の組がオンとなる状態とに交互に制御する。これにより、コイル４０４に流れる電流の向きを順次反転させることができ、モーターを駆動できる。
【００４３】
それぞれのアナログスイッチ４０２は、対応するスイッチ回路１００における第１切替部１２−１であってよい。また、図３に関連して説明したように、それぞれのアナログスイッチ４０２は、対応するスイッチ回路１００におけるアナログスイッチ９０であってもよい。
【００４４】
また、それぞれのスイッチ回路１００における電圧印加部５０は、アナログスイッチ４０２−１〜４０２−４のブリッジ回路の電源電圧Ｖｐを分圧して、ループ経路３０に印加する電圧を生成する。このような構成により、モーター駆動回路４００において高耐圧のスイッチ回路１００を用いることができる。
【００４５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００４６】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００４７】
１０・・・フォトカプラ、１２・・・切替部、１４・・・制御部、３０・・・ループ経路、４０・・・電源、４２・・・２次側素子、５０・・・電圧印加部、５２・・・分圧抵抗、６０・・・電流出力部、７２、７４・・・端子、８０・・・ドライバ回路、８２・・・抵抗、９０・・・アナログスイッチ、９２・・・抵抗、１００・・・スイッチ回路、１１０・・・ＤＡＣ、１１４、１１６・・・電流検出用抵抗、１１８・・・バッファ、１２２・・・絶縁アンプ、１２４・・・ＡＤＣ、１１２、１２０・・・抵抗、２００・・・試験装置、３００・・・被試験デバイス、４００・・・モーター駆動回路、４０２・・・アナログスイッチ、４０４・・・コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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