(57)【要約】【課題】  半導体スイッチを用いて被試験デバイスの特性評価を高精度に行う。【解決手段】  第１入力部と第２入力部を有する２以上の第１半導体スイッチ３ａ、３ｂと、２以上の第１半導体スイッチ３ａ、３ｂの各出力部と被試験デバイスの間にある抵抗値が異なるレンジ抵抗７ａ、７ｂと、出力部と２以上の入力部を有しており、２以上の第１半導体スイッチ３ａ、３ｂの出力部にその入力部が接続している第２半導体スイッチ８と、第２半導体スイッチ８の出力部とレンジ抵抗７ａ、７ｂの被試験デバイス側端部とにその入力部が接続された差動アンプ１０と、前記第１入力部に基準電圧を与える電圧源２と、前記第２入力部とレンジ抵抗７ａ、７ｂの被試験デバイス側端部とをつなぐ配線とを含み、制御信号に従い、所望の第１半導体スイッチを前記第１入力部に接続し、第２半導体スイッチを所望の第１半導体スイッチの出力部に接続するよう動作する切替回路１を提供する。【選択図】        図１
2006010474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが第１入力部と第２入力部と出力部を有しており、該第１入力部と該第２入力部の間で接続を切り替えることができる２以上の第１半導体スイッチと、
該２以上の第１半導体スイッチのそれぞれの出力部と被試験デバイスの間にある抵抗値が異なるレンジ抵抗と、
出力部と２以上の入力部を有しており、前記２以上の第１半導体スイッチの出力部にその入力部が接続している第２半導体スイッチと、
該第２半導体スイッチの出力部と、前記レンジ抵抗の被試験デバイス側端部とにその入力部が接続された差動アンプと、
前記第１入力部に基準電圧を与える電圧源と、
前記第２入力部と前記レンジ抵抗の被試験デバイス側端部とをつなぐ配線と
を含んでなり、制御信号に従って、前記２以上の第１半導体スイッチうちの所望のレンジ抵抗へと接続している所望の第１半導体スイッチを前記第１入力部に接続するようにし、それ以外の前記第１半導体スイッチを前記第２入力部に接続するようにして、前記第２半導体スイッチを前記所望の第１半導体スイッチの出力部に接続するように動作する、電流測定用レンジ抵抗の切替回路。
【請求項２】
前記第１半導体スイッチの出力部と前記第２半導体スイッチとの間に、ノイズ除去回路またはバッファあるいはその両方が直列に接続されている請求項１に記載の切替回路。
【請求項３】
前記レンジ抵抗の被試験デバイス側端部と前記差動アンプとの間にバッファが設けられており、該バッファからの出力が前記配線を介して前記第１半導体スイッチの第２入力部に接続されている請求項１または２に記載の切替回路。
【請求項４】
前記レンジ抵抗の第１半導体スイッチ側端部と前記差動アンプの間にバッファが設けられている請求項１から３のいずれかに記載の切替回路。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の切り替え回路を含む電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ＩＣ試験装置の特性評価試験に用いられる電流測定回路およびこれを含む装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリレースイッチを用いた電流レンジ切替回路の例としては、例えば、特許文献１の図１のＣＭＯＳ３２などの半導体スイッチを用いて電流レンジ抵抗１５の切替を行う回路が知られている。このような半導体スイッチは、それ以前の従来技術である特許文献２の図１に記載されているようなメカニカルリレー（またはリードリレー）と比較すると、低コストである。
【０００３】
しかしながら、このような半導体スイッチは、低コストであるものの、メカニカルリレーと比較して、電流のリークが大きく、性能面においてやや劣る。
【０００４】
そのような問題を解決するために、ＦＥＴ等の半導体スイッチとリレーとを共用した回路が特許文献２の図２に記載されている。ここで、特許文献２の図２に記載の回路は、３つのリレー（特許文献２の図２の３６、４２、４６）と、２つのダイオード（特許文献２の図２の３８、４０）と、１つのバッファ（特許文献２の図２の４４）と、１つの増幅器（特許文献２の図２の３２）と、２つの抵抗（特許文献２の図２の３４、４８）とから構成されている。
【特許文献１】特開平５−１１９１１０号公報
【特許文献２】米国特許第５，９９４，９４７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の図２の回路構成では、リークによる測定精度劣化という半導体スイッチを用いた場合の問題を解決するために、回路構成に必要な部品数を増やしている。そのため、回路構成に必要なコストが依然として高いままである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、高性能な測定が可能であり、部品数が少なく低コストで済むような半導体スイッチを用いた電流測定回路を提供する。
具体的には、それぞれが第１入力部と第２入力部と出力部を有しており、該第１入力部と該第２入力部の間で接続を切り替えることができる２以上の第１半導体スイッチと、該２以上の第１半導体スイッチのそれぞれの出力部と被試験デバイスの間にある抵抗値が異なるレンジ抵抗と、出力部と２以上の入力部を有しており、前記２以上の第１半導体スイッチの出力部にその入力部が接続している第２半導体スイッチと、該第２半導体スイッチの出力部と、前記レンジ抵抗の被試験デバイス側端部とにその入力部が接続された差動アンプと、前記第１入力部に基準電圧を与える電圧源と、前記第２入力部と前記レンジ抵抗の被試験デバイス側端部とをつなぐ配線とを含んでなり、制御信号に従って、前記２以上の第１半導体スイッチのうちの所望のレンジ抵抗へと接続している所望の第１半導体スイッチを前記第１入力部に接続するようにし、それ以外の前記第１半導体スイッチを前記第２入力部に接続するようにして、前記第２半導体スイッチを前記所望の第１半導体スイッチの出力部に接続するように動作する、電流測定用レンジ抵抗の切替回路を提供する。
ここで、前記第１半導体スイッチの出力部と前記第２半導体スイッチとの間に、ノイズ除去回路またはバッファあるいはその両方が直列に接続されている態様や、前記レンジ抵抗の被試験デバイス側端部と前記差動アンプとの間にバッファが設けられており、該バッファからの出力が前記配線を介して前記第１半導体スイッチの第２入力部に接続されている態様や、前記レンジ抵抗の第１半導体スイッチ側端部と前記差動アンプの間にバッファが設けられている態様であることが好ましい。
また、本発明は、上記のいずれかの切替回路を含む電流測定装置も提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、上記のように、測定に使用されていないレンジ抵抗の入力部にも基準電圧を与えるように回路が構成されているので、測定に使用されていないレンジ抵抗の両端部の電圧を等しくすることができる。このため、レンジ切替に使用される半導体スイッチの絶縁抵抗がメカニカルリレースイッチほどのものでなくても、リーク電流がほとんど流れない回路が実現されている。従って、半導体スイッチを用いて電流測定回路を実現した場合において、リーク電流の影響を受けることなく、高精度な測定を実現することができるという効果が得られる。
また、メカニカルリレーを使用せず半導体スイッチのみで回路を構成できるので、回路やこの回路を用いた装置を容易に小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１〜図３を参照して、本発明の具体的な実施態様を以下に説明する。なお、これらの実施態様は、本発明を説明するために例示として記載するものであり、これらに限定されるべきものではないことを理解されたい。
【０００９】
図１を参照して、本発明に係る第１の実施態様である回路を説明する。ここで、図１の電流測定用レンジ抵抗の切替回路１は、基準電圧を与える電圧源２と、電圧源２からの基準電圧をそれぞれの第１入力部に入力するように接続された２つの第１半導体スイッチ３ａ、３ｂを備える。さらに、２つの第１半導体スイッチ３ａ、３ｂのそれぞれの出力部は、バッファ４ａ、４ｂと、ノイズ除去回路５ａ、５ｂと、バッファ６ａ、６ｂとを介して第２半導体スイッチ８の２つの入力のそれぞれへ接続される。他方、ノイズ除去回路５ａ、５ｂのそれぞれの出力には、抵抗値の異なる電流測定用レンジ抵抗７ａ、７ｂが接続される。電流測定用レンジ抵抗７ａ、７ｂのノイズ除去回路５ａ、５ｂに接続されてない方の端子は、互いに接続されて、被試験デバイス（device under test：以下、「ＤＵＴ」とよぶ）へ出力電圧を出力する。また、ＤＵＴへの出力電圧は、バッファ９を介して電圧モニタへも出力される。第２半導体スイッチ８は、バッファ６ａ、６ｂからの入力のいずれかを選択して出力する。第２半導体スイッチ８の出力と、バッファ９の出力とを入力とする差動アンプ１０の出力は電流モニタへ出力される。
【００１０】
ここで、各第１半導体スイッチ３ａ、３ｂは、第１入力部と第２入力部とを有している。各第１半導体スイッチ３ａ、３ｂの第１入力部同士は、互いに接続され、基準電圧に接続されている。同様に、各第１半導体スイッチ３ａ、３ｂの第２入力部同士も互いに接続され、ＤＵＴへの出力電圧と同電位であるバッファ９の出力に接続されている。
【００１１】
そして、電流測定用のレンジ抵抗７ａ、７ｂへと接続されている各第１半導体スイッチ３ａ、３ｂの第１入力部に対して基準電圧を与え、第１半導体スイッチ３ａ、３ｂの第２入力部に対してＤＵＴへの出力電圧を与えるように、各第１半導体スイッチ３ａ、３ｂは第１入力部と第２入力部の間で切替動作できるようになっている。また、電流レンジ抵抗７ａ、７ｂへと接続されている第１半導体スイッチ３ａ、３ｂのいずれかの出力を選択するように、第２半導体スイッチ８は切替動作できるようになっている。
このような上記の第１半導体スイッチ３ａ、３ｂおよび第２半導体スイッチ８の切替動作は、例えば、コンピュータ等を含む制御部（図示せず）から出力される命令または制御信号などに従って実現することができる。
【００１２】
図１に示す回路（またはこの回路を含む測定装置）は、ＤＵＴに電圧を印加して、このＤＵＴにかかる電圧および電流を測定する際に使用されるものである。ここで、ＤＵＴへの出力電圧をバッファ９に入力して、このバッファ９から電圧モニタに与えられた出力電圧をＡＤコンバータ（図示せず）などを介することにより、ＤＵＴの電圧測定が実行される。また、電流センス抵抗であるレンジ抵抗７ａまたは７ｂの両端での電圧差を差動アンプ１０の出力である電流モニタを用いて求めることによって、ＤＵＴへ流れる電流の測定が実行される。
【００１３】
なお、上記の回路において測定される電流値は、数ピコアンペアから数フェムトアンペアと極めて小さい場合がありうる。具体的には、例えば、フルスケールを１Ｖ とした場合において、電流レンジ抵抗７ａとして１テラΩのものを使用したときには１ｐＡ程度の電流測定が可能であり、電流レンジ抵抗７ｂとして１００ＧΩのものを使用したときには１０ｐＡ程度の電流測定が可能である。
【００１４】
次に、図１を参照して、回路の動作を以下に説明する。まず、電流センス抵抗であるレンジ抵抗７ａと７ｂとのいずれにＤＵＴからの電流を流すか、または電流レンジ抵抗７ａと７ｂとのいずれの間の電圧を測定するかどうかが、第１半導体スイッチ３ａおよび３ｂと第２半導体スイッチ８との切替動作によって選択される。ここでは、第１半導体スイッチ３ａおよび３ｂと第２半導体スイッチ８とは、ともに２入力のスイッチのものが記載されている。しかし、後述する図３に示す第２の実施態様の回路の説明において記載されているように、これらの第２半導体スイッチ８は、２入力のスイッチに特に限定されるものではない。
【００１５】
次に、図１の第１半導体スイッチおよび第２半導体スイッチの切替動作の内容を説明する。まず、所望の電流測定用レンジ抵抗として電流レンジ抵抗７ａを選択するように制御部（図示せず）からの命令または制御信号が第１半導体スイッチ３ａ、３ｂに与えられた場合（つまり、第１半導体スイッチ３ａに基準電圧が入力されるように切り替えた場合）を説明する。この場合には、レンジ抵抗７ａの左側の電圧は電圧源２からの基準電圧であり、レンジ抵抗７ａの右側の電圧はＤＵＴへの出力電圧となる。一方、レンジ抵抗７ｂはその左右両端の電圧がともにＤＵＴからの出力電圧であるため、レンジ抵抗７ｂには電流は流れない。従って、この場合には、全ての出力電流はレンジ抵抗７ａを流れることになる。
このとき、第２半導体スイッチ８は、レンジ抵抗７ａからの出力を差動アンプ１０に与えるように、第１半導体スイッチ３ａ、３ｂの切替動作に応じて、制御部（図示せず）からの命令または制御信号に従う切替動作を実行する。そして、レンジ抵抗７ａの両端の電圧差を差動アンプ１０により求めて、ＤＵＴへと流れる電流値を測定することができる。
【００１６】
次に、図２を参照して、電流測定用の抵抗として図１とは別のレンジ抵抗７ｂを選択するように、制御部（図示せず）からの命令または信号が第１半導体スイッチ３ａ、３ｂに与えられた場合を説明する。この場合には、レンジ抵抗７ｂの左側の電圧が基準電圧であり、右側の電圧がＤＵＴへの出力電圧となる。一方、レンジ抵抗７ａはその左右両端の電圧がともにＤＵＴへの出力電圧であるため、電流はほとんど流れない。従って、図２の場合には、全ての出力電流はレンジ抵抗７ｂを流れることになる。
このとき、第２半導体スイッチ８は、レンジ抵抗７ｂからの出力を差動アンプ１０に与えるように、第１半導体スイッチ３ａ、３ｂの切替動作に応じて、制御部（図示せず）からの命令または信号に従う切替動作を実行する。そして、レンジ抵抗７ｂの両端の電圧差を差動アンプ１０により求めて、図１とは別のレンジ抵抗７ｂを用いてＤＵＴへと流れる電流値を測定することができる。
【００１７】
ここで、ＤＵＴの電圧値が所望の値になるように、基準電圧を与える電圧源２の電圧値を制御した場合には、電圧源２は、電流モニタ機能付電圧源となりうる。また、ＤＵＴの電流値が所望値になるように制御した場合には、電圧源２は、電圧モニタ機能付電流源となりうる。
【００１８】
なお、上記の図１および図２においては、ダイオードを互い違いに並列に接続して構成されたノイズ除去回路５ａ、５ｂが記載されているが、このノイズ除去回路５ａ、５ｂを省略して回路を構成することもできる。この場合には、より低コストで半導体スイッチを用いた電流測定用レンジ抵抗の切替回路を実現することができる。
【００１９】
図３は、電流レンジ抵抗が３つ以上ある場合の電流測定用レンジ抵抗の切替回路１ａを示す、本発明の第２の実施態様の回路構成図である。図１および図２の第１の実施態様の回路１の場合に比べて、図３の第２の実施態様の回路１ａは、もう１つの第１半導体スイッチ３３ｃが追加されていることに伴い、第２半導体スイッチ８が３入力のスイッチになっている点と、第１半導体スイッチ３３ａが２つの他の第１半導体スイッチ３３ｂ、３３ｃとは逆の接続になっている点とにおいて異なるものの、それ以外の点については、図３の回路は、図１および図２の回路と同様の動作を行う。
具体的には、図３では、電流測定に使用されるレンジ抵抗３７ａに接続された第１半導体スイッチ３３ａは、電圧源３２からの基準電圧を与える第１入力部を選択し、第２半導体スイッチ３８はレンジ抵抗３７ａへの出力を選択するように切替動作する。そして、電流測定に使用されないレンジ抵抗３７ｂ、３７ｃに接続された第１半導体スイッチ３３ｂおよび３３ｃは、バッファ３９の出力に接続された第２入力部を選択するよう切り替えられて、ＤＵＴへの出力電圧をレンジ抵抗３７ｂ、３７ｃにも与えるように動作する。
同様にレンジ抵抗３７ｂの使用時には、第１半導体スイッチ３３ｂが第１入力部へ切替えられて、レンジ抵抗３７ｂに電圧源３２からの基準電圧が出力され、第１半導体スイッチ３３ａ、３３ｃは第２入力部からＤＵＴへの出力電圧をレンジ抵抗３７ａ、３７ｃにも与えるように動作する。
また、レンジ抵抗３７ｃの使用時には、第１半導体スイッチ３３ｃが第１入力部へ切替えられて、レンジ抵抗３７ｃに電圧源３２からの基準電圧が出力され、第１半導体スイッチ３３ａ、３３ｂは第２入力部からＤＵＴへの出力電圧をレンジ抵抗３７ａ、３７ｂにも与えるように動作する。
なお、これらの第１半導体スイッチ３３ａ、３３ｂ、３３ｃと第２半導体スイッチ３８との切替動作が、制御部（図示せず）から出力される制御信号等によって実行できることは、第１の実施態様の場合と同様である。
以上のように、半導体スイッチを用いた電流測定用レンジ抵抗の切替回路について説明してきたが、本発明に係る電流測定用レンジ抵抗の切替回路は、微小電流測定用に限定されるべきものではなく、より広範な電流値を測定するための電流レンジ切替回路とこれを含む装置とに対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】２つの第１半導体スイッチと１つの第２半導体スイッチとを含む本発明の第１の実施態様を示す回路構成図である。
【図２】図１に示す第１半導体スイッチと第２半導体スイッチとをそれぞれ逆に切り替えた後の状態を示す回路構成図である。
【図３】３つの第１半導体スイッチと１つの第２半導体スイッチとを含む本発明の第２の実施態様を示す回路構成図である。
【符号の説明】
【００２１】
１、１ａ  電流測定用レンジ抵抗の切替回路
２  電圧源  
３ａ、３ｂ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、８、３８  半導体スイッチ
５ａ、５ｂ、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ  ノイズ除去回路
７ａ、７ｂ、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ  レンジ抵抗
４、９、６、３９  バッファ
１０、４０  差動アンプ
【図１】
2006010474.tif 000003
【図２】
2006010474.tif 000004
【図３】
2006010474.tif 000005