(57)【要約】      （修正有）【課題】確度を維持でき、コストの上昇を抑え、安定、高精度の基準電圧回路を提供する。【解決手段】電圧基準素子１．１と、電圧基準素子１．１の校正を行うための電圧基準素子１．２とを備えた基準電圧発生部１と、基準電圧発生部１の出力電圧を抵抗分割する電圧分割抵抗２．１と、複数のバッファアンプ２．２と、温度検出素子３．２、８．２と、温度制御素子３．１、８．１を備え、温度制御素子３．１の制御を行う温度制御部３、８と、二つの電圧基準素子と電圧分割抵抗とバッファアンプと二つの温度制御素子と覆う断熱部材７を備え、電圧基準素子１．２は断熱部材で覆われている領域内において一側端部に配置され、第１の電圧基準素子１．１は、前記断熱部材で覆われている領域内において前記一側端部と反対側に配置され、前記断熱部材で覆われている領域内において、温度制御素子３．１と温度制御素子８．１の間の温度勾配が一定となるように制御される。【選択図】図２
2008276702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電圧基準素子と、前記第１の電圧基準素子の校正を行うための第２の電圧基準素子とを有する基準電圧発生部と、
前記第１の電圧基準素子の出力電圧を抵抗分割し互いに値が異なる複数の電圧を出力する電圧分割抵抗と、
前記電圧分割抵抗の複数の電圧をそれぞれ受けて出力する複数のバッファアンプと、
前記第１、第２の電圧基準素子に関連付けてそれぞれ配置される第１、第２の温度検出素子と、
前記第１、第２の電圧基準素子に関連付けてそれぞれ配置される第１、第２の発熱体と、
前記第１、第２の温度検出素子でのそれぞれの温度検出結果に基づき、前記第１、第２の発熱体の制御をそれぞれ行う第１、第２の温度制御回路と、
前記第１及び第２の電圧基準素子の電圧を比較して、前記第１の電圧基準素子の出力電圧調整用のトリム端子に供給される電圧を出力する電圧比較器と、
を含む基板を備え、
前記第１及び第２の電圧基準素子と、前記電圧分割抵抗と、前記バッファアンプと、前記第１及び第２の温度検出素子と、前記第１及び第２の発熱体とを覆う断熱覆いを備え、
前記第２の電圧基準素子と、前記第２の電圧基準素子に対応する前記第２の温度検出素子と前記第２の発熱体とは、前記基板の前記断熱覆いで覆われている領域内の一側端部に配置され、
前記第１の電圧基準素子と、前記第１の電圧基準素子に対応する前記第１の温度検出素子と前記第１の発熱体とは、前記基板の前記断熱覆いで覆われている領域内において、前記一側端部と相対する側に配置されてなる、ことを特徴とする基準電圧生成装置。
【請求項２】
前記第２の電圧基準素子がツェナーダイオードを含み、
前記ツェナーダイオードは、前記基板上、前記断熱覆いで覆われている領域内の一側端部に配置され、
前記第２の温度検出素子、前記第２の温度制御回路、前記第２の発熱体により、前記ツェナーダイオードの周囲温度が、前記ツェナーダイオードの温度特性が平坦になる温度に保持されるように制御される、ことを特徴とする請求項１に記載の基準電圧生成装置。
【請求項３】
前記断熱覆いで覆われている領域内において、前記第１及び第２の電圧基準素子を有する前記基準電圧発生部と、前記電圧分割抵抗と、前記複数のバッファアンプと、前記第１及び第２の温度検出素子とが、前記基板の主面に配設され、
前記基板の主面と反対側の面において、前記第１及び第２の電圧基準素子にそれぞれ対応する位置に、前記第１及び第２の発熱体が配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の基準電圧生成装置。
【請求項４】
前記第１、第２の温度制御回路は、それぞれ、前記第１、第２の温度検出素子のそれぞれの検出結果に応じて、前記第１、第２の発熱体に流す電流をそれぞれ可変させる第１、第２のトランジスタを備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の基準電圧生成装置。
【請求項５】
前記基準電圧発生部において、前記第２の電圧基準素子の一端には、前記第１の電圧基準素子の出力を受けるバッファの出力を介して基準電圧が供給され、
前記第２の電圧基準素子の他端は、前記第１の電圧基準素子が接続されるグランド電位に共通に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の基準電圧生成装置。
【請求項６】
前記基準電圧発生部は、前記第１の電圧基準素子の出力を受ける前記バッファの出力とグランド電位間に直列に接続される第１抵抗と第２の抵抗を備え、前記第２の抵抗の抵抗値は調整自在とされる出力調整回路を備え、
前記第１の電圧基準素子のトリム端子は、前記第２の抵抗の中点に接続されるとともに、前記基板に設けられた外部トリム端子にも接続される、ことを特徴とする請求項５に記載の基準電圧生成装置。
【請求項７】
前記外部トリム端子には、前記電圧比較器からの出力電圧、又は、外部から供給されるトリム用の電圧が供給される、ことを特徴とする請求項６に記載の基準電圧生成装置。
【請求項８】
前記第１の温度検出素子の出力端は、前記第１の電圧基準素子からの基準電圧出力を受けるバッファの出力に抵抗を介して接続され、
前記第２の温度検出素子の出力端は、前記第１の電圧基準素子からの基準電圧出力を受ける前記バッファの出力に抵抗を介して接続され、
前記第１の温度制御回路は、前記第１の温度検出素子の出力電圧と、前記第１の電圧基準素子の出力を受ける前記バッファの出力電圧とに基づき、前記第１のトランジスタのバイアス電圧を可変させる第１の差動増幅回路を備え、
前記第２の温度制御回路は、前記第２の温度検出素子の出力電圧と、前記第１の電圧基準素子の出力を受ける前記バッファの出力電圧とに基づき、前記第２のトランジスタのバイアス電圧を可変させる第２の差動増幅回路を備えている、ことを特徴とする請求項４に記載の基準電圧生成装置。
【請求項９】
第１の電圧基準素子を含む基準電圧発生部と、
前記第１の電圧基準素子の出力電圧を抵抗分割し互いに値が異なる複数の電圧を出力する電圧分割抵抗と、
前記電圧分割抵抗の複数の電圧をそれぞれ受けて出力する複数のバッファアンプと、
前記第１の電圧基準素子に関連付けてそれぞれ配置される第１の温度検出素子と、
前記第１の電圧基準素子に関連付けてそれぞれ配置される第１の発熱体と、
前記第１の温度検出素子での検出結果を受け、前記第１の発熱体の制御を行う第１の温度制御回路と、
を基板上に備え、
前記基板の一側端部と、前記第１の電圧基準素子と、前記電圧分割抵抗と、前記バッファアンプと、前記第１の発熱体と、を覆う断熱覆いを備えている、ことを特徴とする基準電圧生成装置。
【請求項１０】
前記基板上、前記断熱覆いで覆われている領域内又は外に、第２の温度検出素子を備えている、ことを特徴とする請求項９に記載の基準電圧生成装置。
【請求項１１】
前記第１の電圧基準素子が、前記第１の電圧基準素子の出力電圧調整用のトリム端子を有し、
トリム用の電圧を外部から受け、前記電圧基準素子のトリム端子に供給する調整回路を備えている、ことを特徴とする請求項９に記載の基準電圧生成装置。
【請求項１２】
前記断熱覆いで覆われている領域内において、前記第１の電圧基準素子を含む基準電圧発生部と、前記電圧分割抵抗と、前記複数のバッファアンプと、前記第１の温度検出素子とが、前記基板の主面に配設され、
前記基板の前記主面と反対側の面において、前記第１の電圧基準素子に対応する位置に前記第１の発熱体が配置される、ことを特徴とする請求項９に記載の基準電圧生成装置。
【請求項１３】
前記電圧分割抵抗の一のタップの出力電圧を入力し、反転した信号を出力する反転増幅器を備え、
前記電圧分割抵抗は、
前記第１の電圧基準素子の出力と前記一のタップとの間に直列に接続された複数の抵抗と、
前記反転増幅器の出力と前記一のタップ間の帰還路に直列に接続された複数の抵抗と、
を備えている、ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一に記載の基準電圧生成装置。
【請求項１４】
前記反転増幅器の入力オフセットの調整、及び、前記反転増幅器の出力電圧の調整を行う回路を備えている、ことを特徴とする請求項１３記載の基準電圧生成装置。
【請求項１５】
前記反転増幅器は前記断熱覆いで覆われている領域に配置される、ことを特徴とする請求項１３記載の基準電圧生成装置。
【請求項１６】
前記基準電圧生成回路からの複数の基準電圧は、前記基板が接続されるバスラインを介して複数のシステムに供給される、ことを特徴とする請求項１又は９記載の基準電圧生成装置。
【請求項１７】
計測電源を構成する電圧電流印加測定装置に用いられる基準電圧生成回路であって、
第１の電圧基準素子と、前記第１の電圧基準素子の校正を行うための第２の電圧基準素子とを有する基準電圧発生部と、
前記第１の電圧基準素子の出力を受け電圧分割抵抗により、互いに値が異なる複数の基準電圧を生成し前記基準電圧を分配するバッファアンプを備え、
前記第１の電圧基準素子の近傍に配置された第１の温度検出素子と、第２の温度検出素子と、をプリント板上に備え、
さらに、前記プリント板を加熱する第１の発熱体と、
前記第１の温度検出素子での検出結果、又は、前記第１の温度検出素子と前記第２の温度検出素子での検出結果に基づき、前記第１の発熱体、又は、前記第１の発熱体と第２の発熱体とにより、前記基準電圧発生部が一定の温度になり、前記第１の温度検出素子と前記第２の温度検出素子の間に配置される回路素子は、該回路素子が配置される位置に対応した一定の温度になるように温度制御を行う手段と、
を備え、
前記基準電圧発生部、前記電圧分割抵抗、及び前記バッファアンプは、断熱覆いで覆われており、
前記基準電圧発生部の前記第２の電圧基準素子は、前記プリント板の端部に配置されており、温度制御を容易化し、機械的なストレスが伝達し難くされている、ことを特徴とする基準電圧生成装置。
【請求項１８】
前記断熱覆いは、前記プリント板の一部を覆い、動作保証範囲で温度制御を可能としてなる、ことを特徴とする請求項１７に記載の基準電圧生成装置。
【請求項１９】
前記第１の温度検出部は、前記プリント板の前記断熱覆いで覆われている基板部と、覆われていない基板部との境界近傍に配置され、前記断熱覆いで覆われている前記電圧基準素子、前記電圧分割抵抗、及び前記バッファアンプを搭載した基板部分の温度勾配を一定にするための第２の温度制御回路を備えている、ことを特徴とする請求項１７に記載の基準電圧生成装置。
【請求項２０】
前記基準電圧発生部が、正極又は負極の単極出力であり、両極性の出力を得る場合、反転出力を得るため、分割抵抗を入力抵抗と帰還抵抗に用いた反転増幅器を備えている、ことを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか一に記載の基準電圧生成装置。
【請求項２１】
前記反転増幅器の入力オフセット電圧をキャンセルするため、入力オフセット電圧の小さい演算増幅器により、オフセット電圧を検出し、直接又は間接的に帰還を掛け、前記電圧分割抵抗の０ｖ点をグランド電位とし、前記反転増幅器の出力電圧を調整する回路を備えている、ことを特徴とする請求項２０に記載の基準電圧生成装置。
【請求項２２】
基板の少なくとも一側端部を含む領域を覆う断熱覆いと、
前記基板の前記断熱覆いで覆われている領域内の前記一側端部と反対側に配設された、第１の温度検出素子及び第１の発熱体と、
前記基板の前記断熱覆いで覆われている領域内の前記一側端部に配設された、第２の温度検出素子及び第２の発熱体と、
前記第１、第２の温度検出素子での温度検出結果をそれぞれ受け、前記第１、第２の発熱体の制御をそれぞれ行う第１、第２の温度制御回路と、
を備え、
前記断熱覆いで覆われている領域内において、前記基板上、前記第１の温度検出素子と前記第２の温度検出素子の間に配置される所定の回路素子を、該回路素子が配置される位置に対応した一定温度で動作するようにしてなる、ことを特徴とする回路基板。
【請求項２３】
請求項２２記載の回路基板を備え、
前記基板の主面と反対側の面の、前記断熱覆いで覆われている領域内に前記第１の発熱体と前記第２の発熱体を備え、
前記基板の主面上、前記第１と第２の発熱体の少なくとも１方に対応させて少なくとも１つの電圧基準素子を備え、
前記基板の主面上、前記第１、第２の発熱体の間に、電圧分割抵抗と、前記電圧分割抵抗の複数の電圧をそれぞれ受けて出力する複数のバッファアンプと、反転増幅器とを備え、
前記電圧基準素子の出力電圧は、前記電圧分割抵抗の一端に一の基準電圧として供給され、
前記反転増幅器は、前記電圧分割抵抗の他端に供給する他の基準電圧を生成し、
前記電圧分割抵抗の複数のタップから複数の異なる電位の基準電圧が取り出される、ことを特徴とする基準電圧生成装置。
【請求項２４】
前記基板の主面上、前記第１、第２の発熱体にそれぞれ対応させて第１、第２の電圧基準素子を備え、
前記第１の電圧基準素子の出力電圧は、前記電圧分割抵抗の一端に一の基準電圧として供給され、
前記第１の電圧基準素子が、前記第１の電圧基準素子の出力電圧調整用のトリム端子を有し、
前記第１及び第２の電圧基準素子の電圧を比較して前記第１の電圧基準素子の出力電圧調整用のトリム端子の電圧を制御する電圧比較器を備えている、ことを特徴とする請求項２２記載の基準電圧生成装置。
【請求項２５】
請求項１乃至２１、２３、２４のいずれか一に記載の基準電圧生成装置を備えたモジュール。
【請求項２６】
請求項１乃至２１、２３、２４のいずれか一に記載の基準電圧生成装置を備えた検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基準電圧装置に関し、特に、半導体検査装置、計測電源に内臓するＤＣ系の電圧電流印加測定器に適用して好適な基準電圧生成装置（基板モジュール）に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体検査装置、計測電源等に内臓するＤＣ系の電圧電流印加測定器の基準電圧発生回路において、相対的に安定性の高い複数の基準電圧を発生する基準電圧発生器を経済的に実現することが望まれている。はじめに、本明細書で使用するいくつかの用語のうち確度、精度、相対精度について概説しておく。
【０００３】
確度は、国内、国際標準に対しての正確さに対して用いる。
【０００４】
精度は、検査装置の校正機器に対する追随の程度、もしくは校正機器の値と相対的な正確さに対して用いる。
【０００５】
相対精度は、同一ＤＣモジュール内での値の比の正確さと、２つ以上のＤＣモジュール間の同一値の一致度に対して用いる。前者（同一ＤＣモジュール内での値の比の正確さ）は、「直線性（リニアリティ）」とも呼ばれる。なお、相対精度は、例えば時間間隔をおいて、同一値を発生、測定したときの一致度（再現性）の意味で用いる場合もあるが、本明細書では、再現性は、確度・精度に含める。
【０００６】
検査装置等に搭載される計測電源（計測用ＤＣモジュール）は、電圧印加（ｖｏｌｔａｇｅ  ｆｏｒｃｅ）又は電流印加（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｆｏｒｃｅ）を行い、電流測定（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｍｅａｓｕｒｅ）、電圧測定（ｖｏｌｔａｇｅ  ｍｅａｓｕｒｅ）が可能な構成のＤＣモジュールである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以下、従来の計測電源の課題を説明する。なお、以下に説明する課題は、もっぱら本願発明者等の検討結果に基づくものである。
【０００８】
計測電源（計測用ＤＣモジュール）は、出力値（印加電圧／電流値）及び測定値を保証するため、基準電圧回路を内臓している。基準電圧は、システムの確度、精度を、直接保証するものではなく、副次的な基準であり、例えば、校正を専門とするデジタルマルチメータ又は等価な計測器（以下「ＤＭＭ」という）を、検査装置全体に１台装備し、基準電圧の測定値を随時校正して、間接的に保証している。システムの電源投入時、休止時や温度の大きな変化が生じた時に、ＤＭＭで校正が行われる。
【０００９】
卓上型（ベンチトップ）等の計測電源等において、精度・確度を確保するために、単品で校正用ＤＭＭを組み込む構成を採用すると、著しく高価となる。
【００１０】
すなわち、計測電源に、校正用ＤＭＭを組み込むという構成は、多ピン化、多電源化に際しても、数電源程度の小規模の用途には向かない（採算が合わない）。このため、確度・精度面で妥協せざるを得ない。
【００１１】
また、基準電圧が複数存在しても、測定レンジ毎の校正または基準となるもので、ＡＤＣ（アナログデジタル変換回路）、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換回路）の精度、分解能を改善することはできない。例えば１Ｖレンジで１６ビット分解能の場合、１０Ｖレンジでも、１６ビット分解能で変らない。
【００１２】
一般に、計測系の確度、精度は、分布幅にして、標準偏差の４倍（生起確率０．００６％）で定義されることが多い。長期変動に加え、動作、保存環境による、不可逆的変動（ヒステリシス）を考慮すると、日常的なバラツキは、保証値の数分の１程度に設定することが必要とされる。
【００１３】
市場にある製品のレベルを、１桁の改善（例えば１０Ｖレンジで１ｍｖ以下の確度・１００ｕＶの相対精度）を、工業的・経済的に達成する場合には、既存技術（ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ａｒｔｓ）では、本質的な壁を乗り越える必要がある。これは、この分野で長年の実績を持つ本願発明者達の知見である。
【００１４】
値の異なる複数の基準電圧を絶対値と相対値を安定に生成する問題を以下検証し問題点を明らかにする。
【００１５】
主要素子である半導体装置は、その動作理論（ＰＮ接合）において、電流Ｉと、電圧Ｖと絶対温度Ｔに、
Ｉ∝ｅｘｐ（ｑＶ／ｋＴ）    
なる関係が存在する。ここで、ｑ：電子の単位電荷、ｋ：ボルツマン定数である。熱温度ＶＴ＝ｋＴ／ｑ（ＶＴは３００Ｋで２６ｍＶ）を用いると、Ｉ∝ｅｘｐ（Ｖ／ＶＴ）
よく知られているように、シリコンダイオードの正方向電圧の温度依存性（温度係数）は、常温で大略−２ｍＶ／℃である。電子、正孔などの動きも、同様なファクタに支配されている。
【００１６】
シリコン結晶においては、キャリアのモビリティに結晶軸の依存性があり、ストレス（応力）の関数でもある。ダイオード特性のみならず、抵抗値もピエゾ抵抗効果により、ストレスに影響される。封止構造やプリント配線基板の取り付けで、半導体素子にストレスがかかり、熱特性の違いから、ストレスにも温度依存性を生じ、外部から、機械的な力を加えなくても、複雑な温度特性になることは容易に推測される。
【００１７】
基準電圧回路としては、よく知られた、ツェナーダイオード、あるいはバンドギャップ電圧リファレンス回路等のように、多くの場合、正の温度係数と、負の温度係数の電圧加算する等、特性の相反する組み合わせで相殺したり、回路技術的に工夫して、電圧の安定な温度特性を得る工夫をしている。
【００１８】
しかしながら、これには限界があり、工業製品として、経済的に達成できる電圧基準素子は数ｐｐｍ／℃の温度依存性を持つ。
【００１９】
電圧基準素子の温度依存性を仮に１０ｖで±５ｐｐｍ／℃とすると、±１０℃の環境下で使う場合には、１０ｖ±０．５ｍｖの誤差が基準電圧で生ずる。
【００２０】
工業用として、電源装置などに多用される１６ビットのＡＤＣ／ＤＡＣでは、絶対値は、上述の電圧基準素子と同等であるから、確度は同等であり、分解能（ＬＳＢ）は、±１０Ｖでは、０．３０５ｍＶ、直線性は、２乃至４ＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ  Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  Ｂｉｔ）であるから、±０．５〜１ｍｖとなる。
【００２１】
また、電圧分割抵抗も、数ｐｐｍ／℃の温度特性を有する。
【００２２】
集積化したネットワーク抵抗を用い改善する方法もあるが、コストの問題がある。
【００２３】
演算増幅器（Ｏｐ−Ａｍｐ）は、入力オフセット電圧の温度特性と、コモンモード（同相）電圧による変動が、数１０ｕＶ〜数１００ｕＶ生じ、温度により変動する。特に、コモンモードの変化は、複雑であり、１次式では補正しきれないケースがある。なお、チョッパータイプの演算増幅器もあるが、スイッチ雑音の問題があり用途が限定される。
【００２４】
温度ドリフト対策として、オーブンを用いるのが一つの手段であるが、機器全体、ボード全体を定温（恒温）にするような、大型の物は用途に合わない。
【００２５】
また、電圧基準素子にヒータを内臓させる手法を用いた場合、周辺素子の温度変動には効果はなく、したがって、これだけでは、目的を達成し得ない。
【００２６】
したがって、本発明の目的は、校正用ＤＭＭを常設しなくても、確度を維持できる基準電圧を生成可能な基準電圧回路を提供することにある。
【００２７】
また、本発明の他の目的は、ＤＡＣ、ＡＤＣを用いたシステムに実装した場合に、少なくともＤＡＣやＡＤＣよりも相対精度の安定な複数の基準電圧を供給しえる基準電圧回路を提供することにある。
【００２８】
本発明のさらに他の目的は、コストの上昇を抑え、安定、高精度の基準電圧回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本願で開示される発明は、上記課題を解決するため、概略以下の構成とされる。
【００３０】
本発明の１つのアスペクト（側面）に係る基準電圧生成装置（モジュール）は、第１の電圧基準素子と、前記第１の電圧基準素子の校正を行うための第２の電圧基準素子とを有する基準電圧発生部と、
前記第１の電圧基準素子の出力電圧を抵抗分割し互いに値が異なる複数の電圧を出力する電圧分割抵抗と、
前記電圧分割抵抗の複数の電圧をそれぞれ受けて出力する複数のバッファアンプと、
前記第１、第２の電圧基準素子に関連付けてそれぞれ配置される第１、第２の温度検出素子と、
前記第１、第２の電圧基準素子に関連付けてそれぞれ配置される第１、第２の発熱体と、
前記第１、第２の温度検出素子でのそれぞれの温度検出結果に基づき、前記第１、第２の発熱体の制御をそれぞれ行う第１、第２の温度制御回路と、
前記第１及び第２の電圧基準素子の電圧を比較して、前記第１の電圧基準素子の出力電圧調整用のトリム端子に供給される電圧を出力する電圧比較器と、
を含む基板を備え、
前記第１及び第２の電圧基準素子と、前記電圧分割抵抗と、前記バッファアンプと、前記第１及び第２の温度検出素子と、前記第１及び第２の発熱体とを覆う断熱覆いを備え、
前記第２の電圧基準素子と、前記第２の電圧基準素子に対応する前記第２の温度検出素子と前記第２の発熱体とは、前記基板の前記断熱覆いで覆われている領域内の一側端部に配置され、
前記第１の電圧基準素子と、前記第１の電圧基準素子に対応する前記第１の温度検出素子と前記第１の発熱体とは、前記基板の前記断熱覆いで覆われている領域内において、前記一側端部と相対する側に配置されている。前記基板上、前記第１の温度検出素子と前記第２の温度検出素子の間に配置される回路素子は、該回路素子が配置される位置に対応した一定温度で動作するように制御される。
【００３１】
本発明において、前記第２の電圧基準素子がツェナーダイオードを含み、前記ツェナーダイオードは、前記基板上、前記断熱覆いで覆われている領域内の一側端部に配置され、前記第２の温度検出素子、前記第２の温度制御回路、前記第２の発熱体により、前記ツェナーダイオードの周囲温度が、前記ツェナーダイオードの温度特性が平坦になる温度に保持されるように制御されるようにしてもよい。
【００３２】
本発明において、前記断熱覆いで覆われている領域内において、前記第１及び第２の電圧基準素子を有する前記基準電圧発生部と、前記電圧分割抵抗と、前記複数のバッファアンプと、前記第１及び第２の温度検出素子とが、前記基板の主面に配設され、
前記基板の主面と反対側の面において、前記第１及び第２の電圧基準素子に対応する位置に、前記第１及び第２の発熱体が配置される構成としてもよい。
【００３３】
本発明において、前記第１、第２の温度制御回路は、それぞれ、前記第１、第２の温度検出素子のそれぞれの検出結果に応じて、前記第１、第２の発熱体に流す電流をそれぞれ可変させる第１、第２のトランジスタを備えている。
【００３４】
本発明において、前記第２の電圧基準素子の一端には、前記第１の電圧基準素子の出力を受けるバッファの出力を介して基準電圧が供給され、前記第２の電圧基準素子の他端は、前記第１の電圧基準素子が接続されるグランド電位に共通に接続される。
【００３５】
本発明において、前記基準電圧発生部は、前記第１の電圧基準素子の出力を受ける前記バッファの出力とグランド電位間に直列に接続される第１抵抗と第２の抵抗を備え、前記第２の抵抗の抵抗値は調整自在とされる出力調整回路を備え、前記第１の電圧基準素子のトリム端子は、前記第２の抵抗の中点に接続されるとともに、前記基板に設けられた外部トリム端子にも接続される、構成としてもよい。
【００３６】
本発明において、前記外部トリム端子には、前記電圧比較器からの出力電圧、又は、外部から供給されるトリム用の電圧が供給される構成としてもよい。
【００３７】
本発明において、前記第１の温度検出素子の出力端は、前記第１の電圧基準素子からの基準電圧出力を受けるバッファの出力に抵抗を介して接続され、
前記第２の温度検出素子の出力端は、前記第１の電圧基準素子からの基準電圧出力を受ける前記バッファの出力に抵抗を介して接続され、前記第１の温度制御回路は、前記第１の温度検出素子の出力電圧と、前記第１の電圧基準素子の出力を受ける前記バッファの出力電圧とに基づき、前記第１のトランジスタのバイアス電圧を可変させる第１の差動増幅回路を備え、前記第２の温度制御回路は、前記第２の温度検出素子の出力電圧と、前記第１の電圧基準素子の出力を受ける前記バッファの出力電圧とに基づき、前記第２のトランジスタのバイアス電圧を可変させる第２の差動増幅回路を備えた構成としてもよい。
【００３８】
本発明の別の側面に係る装置は、第１の電圧基準素子を含む基準電圧発生部と、
前記第１の電圧基準素子の出力電圧を抵抗分割し互いに値が異なる複数の電圧を出力する電圧分割抵抗と、
前記電圧分割抵抗の複数の電圧をそれぞれ受けて出力する複数のバッファアンプと、
前記第１の電圧基準素子の付近に配置される第１の温度検出素子と、
前記第１の電圧基準素子の付近に配置される第１の発熱体と、
前記第１の温度検出素子での検出結果を受け、前記第１の発熱体の制御を行う温度制御回路と、
を基板上に備え、
前記基板の一側端部と、前記第１の電圧基準素子と、前記電圧分割抵抗と、前記バッファアンプと、前記第１の発熱体と、を覆う断熱覆いを備えている。
【００３９】
本発明において、前記第１の電圧基準素子が、前記第１の電圧基準素子の出力電圧調整用のトリム端子を有し、トリム用の電圧を外部から受け、前記電圧基準素子のトリム端子に供給する調整回路を備えている。
【００４０】
本発明において、前記断熱覆いで覆われている領域内において、前記第１の電圧基準素子を含む基準電圧発生部と、前記電圧分割抵抗と、前記複数のバッファアンプと、前記第１の温度検出素子とが、前記基板の主面に配設され、前記基板の前記主面と反対側の面において、前記第１の電圧基準素子に対応する位置に前記第１の発熱体が配置される。
【００４１】
本発明において、前記基板上、前記断熱覆いで覆われていない領域内において、第２の温度検出素子を備えている。
【００４２】
本発明において、前記電圧分割抵抗の一のタップの出力電圧を入力し、反転した信号を出力する反転増幅器を備えている。前記電圧分割抵抗は、前記第１の電圧基準素子の出力と前記一のタップとの間に直列に接続された複数の抵抗と、前記反転増幅器の出力と前記一のタップ間の帰還路に直列に接続された複数の抵抗と、を備えている。本発明において、前記反転増幅器の入力オフセットの調整、及び、前記反転増幅器の出力電圧の調整を行う回路を備えた構成としてもよい。本発明において、前記反転増幅器は、好ましくは、前記断熱覆いで覆われている領域に配置される。
【００４３】
本発明において、前記基準電圧生成回路からの複数の基準電圧は、前記基板が接続されるバスラインを介して複数のシステムに供給される構成としてもよい。
【００４４】
本発明の別の側面に係る装置は、計測電源を構成する電圧電流印加測定装置に用いられる基準電圧生成装置であって、第１の電圧基準素子と、前記第１の電圧基準素子の校正を行うための第２の電圧基準素子とを有する基準電圧発生部と、
前記第１の電圧基準素子の出力を受け電圧分割抵抗により、互いに値が異なる複数の基準電圧を生成し前記基準電圧を分配するバッファアンプを備え、
前記第１の電圧基準素子の近傍に配置された第１の温度検出素子と、第２の温度検出素子と、をプリント板上に備え、
さらに、前記プリント板を加熱する第１の発熱体と、
前記第１の温度検出素子での検出結果、又は、前記第１の温度検出素子と前記第２の温度検出素子での検出結果に基づき、前記第１の発熱体、又は、前記第１の発熱体と第２の発熱体とにより、前記基準電圧発生部が一定の温度になり、前記第１の温度検出素子と前記第２の温度検出素子の間に配置される回路素子は、該回路素子が配置される位置に対応した一定の温度になるように温度制御を行う手段と、
を備え、
前記基準電圧発生部、前記電圧分割抵抗、及び前記バッファアンプは、断熱覆いで覆われており、
前記基準電圧発生部の前記第２の電圧基準素子は、前記プリント板の端部に配置されており、温度制御を容易化し、機械的なストレスが伝達し難くされている。
【００４５】
本発明において、前記断熱覆いは、前記プリント板の一部を覆い、動作保証範囲で温度制御を可能としている。
【００４６】
本発明において、前記第１の温度検出部は前記プリント板の前記断熱覆いで覆われている基板部と、覆われていない基板部との境界近傍に配置され、前記断熱覆いで覆われている前記電圧基準素子、前記電圧分割抵抗、及び前記バッファアンプを搭載した基板部分の温度の勾配を一定にするための第２の温度制御回路を備えている。
【００４７】
本発明において、前記基準電圧発生部が、正極又は負極の単極出力であり、両極性の出力を得る場合、反転出力を得るため、分割抵抗を入力抵抗と帰還抵抗に用いた反転増幅器を備えた構成としてもよい。
【００４８】
本発明において、前記反転増幅器の入力オフセット電圧をキャンセルするため、入力オフセット電圧の小さい演算増幅器により、オフセット電圧を検出し、直接又は間接的に帰還を掛け、前記電圧分割抵抗の０ｖ点をグランド電位とし、前記反転増幅器の出力電圧を調整する回路を備えた構成としてもよい。
【００４９】
本発明の他の側面に係る回路基板は、基板の少なくとも一側端部を含む領域を覆う断熱覆いと、前記基板の前記断熱覆いで覆われている領域内の前記一側端部と反対側に配設された、第１の温度検出素子及び第１の発熱体と、前記基板の前記断熱覆いで覆われている領域内の前記一側端部に配設された、第２の温度検出素子及び第２の発熱体と、前記第１、第２の温度検出素子での温度検出結果をそれぞれ受け、前記第１、第２の発熱体の制御をそれぞれ行う第１、第２の温度制御回路と、を備え、前記断熱覆いで覆われている領域内において、前記基板上、前記第１の温度検出素子と前記第２の温度検出素子の間に配置される所定の回路素子（例えば温度に敏感な回路素子）を、該回路素子が配置される位置に対応した一定温度で動作するようにしている。本発明に係る基準電圧生成装置は、この回路基板を備え、前記基板の主面と反対側の面の、前記断熱覆いで覆われている領域内に前記第１の発熱体と前記第２の発熱体を備え、前記基板の主面上、前記第１と第２の発熱体の少なくとも１方に対応させて少なくとも１つの電圧基準素子を備え、前記基板の主面上、前記第１、第２の発熱体の間に、電圧分割抵抗と、前記電圧分割抵抗の複数の電圧をそれぞれ受けて出力する複数のバッファアンプと、反転増幅器とを備え、前記電圧基準素子の出力電圧は、前記電圧分割抵抗の一端に一の基準電圧として供給され、前記反転増幅器は、前記電圧分割抵抗の他端に供給する他の基準電圧を生成し、前記電圧分割抵抗の複数のタップから複数の異なる電位の基準電圧が取り出される。
【００５０】
本発明において、前記第１の電圧基準素子が、前記第１の電圧基準素子の出力電圧調整用のトリム端子を有し、前記第１及び第２の電圧基準素子の電圧を比較して前記第１の電圧基準素子の出力電圧調整用のトリム端子の電圧を制御する電圧比較器を備えている。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、校正用ＤＭＭを常設しなくても、確度を維持できる基準電圧を生成することができる。
【００５２】
また、本発明の基準電圧回路を、市販のＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）やＡＤＣ（アナログデジタル変換器）を搭載したシステムに実装した場合、市販のＤＡＣやＡＤＣよりも相対精度の安定な複数の基準電圧を供給することができる。
【００５３】
本発明によれば、コストの上昇を抑止しながら、高安定、高精度の基準電圧を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
上記した本発明についてさらに詳細に説述すべく添付図面を参照して以下に説明する。なお、以下の説明では、自己校正・制御するための電圧基準素子を、第２の電圧基準素子（１．２）とし、出力部に供給する基準電圧Ｖｒｅｆ（Ｇ）の発生素子を第１の電圧基準素子（１．１）とする。本発明の基準電圧生成回路においては、ＤＡＣ、ＡＤＣを用いたシステムに実装した場合に、少なくともＤＡＣやＡＤＣよりも相対精度の安定な複数の基準電圧を供給し、複数の基準電圧出力を、そのまま、高安定な前置ＤＡＣとしても利用できるようにしている。
【００５５】
ＡＤＣでは、入力に応じて複数の基準電圧を切り替えて、比較方式で差分だけを変換する構成とすることで、相対精度を向上することができる。
【００５６】
特に制限されないが、本発明の基準電圧生成回路においては、複数のシステムに対して基準電圧を分配するため、複数の基準電圧は、例えばリニアなステップ出力とする。これにより、スイッチによる組み合わせによる切替方式にみられる動的な不安定要因を排除し、全ての基準電圧が、常時、安定に得られる、バスライン方式の給電形態としている。本発明において、複数の基準電圧はリニアステップに限定されるものでなく、実用上の要請があれば、リニアステップ以外にも、校正に必要な電圧や、応用されるシステムの使用頻度の高い電圧などの供給を行ってもよいことは勿論である。
【００５７】
本発明の基準電圧生成回路において、基準電圧は、同種、同値の電圧分割抵抗（Ｒｓ１〜Ｒｓｍ＋、Ｒｓｍ−〜Ｒｓｎ）による等間隔な抵抗分割で電圧生成を行う。抵抗分割による分圧電圧を受けて電圧出力するバッファアンプ（ＢＡ１〜ＢＡｍ＋、ＢＡｍ−〜ＢＡｎ）は、基本的に、基準電圧の数だけ必要になる。バッファアンプのオフセット電圧等の温度特性は個別になるので、バッファアンプも温度制御の必要がある。
【００５８】
本発明の基準電圧生成回路は、半導体部品、分割抵抗に、特別な部品材料を用いず、市販の製品で対応可能な設計方式とし、コストの上昇を抑え、経済的なものとしている。
【００５９】
本発明の基準電圧生成回路において、温度特性の改善に際し、基準電圧生成部、分圧抵抗、バッファアンプ等の温度制御は行うが、大型のオーブンなど用いず、小型・省電力型とし、機器本体への組み込みを容易化し（組み立て、製造工程、保守の容易化）、運転コストの低減を図っている。
【００６０】
本発明の基準電圧生成回路の具体的な構成は以下の通りである。すなわち、半導体検査装置など計測電源を構成する電圧電流印加測定装置に用いられる、基準電圧源であって、電圧基準素子は、抵抗ネットワーク（等間隔の抵抗分割）（２．１）により、複数の基準電圧を生成し、基準電圧（複数）を分配するバッファアンプ（２．２）を具備する。そして、これらの回路素子を、温度勾配が適切になるように、プリント基板（ＰＣＢ）（１０）に配列し、温度検出素子Rts１（３．２）を、電圧基準素子（１．２）の近傍に設置し、温度検出素子Rts２（８．２）を、周辺温度による温度勾配の検出に適切な部分に設ける。そして、温度検出素子（８．２）近傍を温度制御するための、別の温度制御部（「補助温度制御部」という）（８）と発熱体（「補助発熱体」という）（８．１）を備える。
【００６１】
温度を、多面的に、制御できるようにし、必要に応じて、温度制御部（３）と補助温度制御部（８）により、
・ＰＣＢ（１０）の温度検出素子３．２側を相対的に高温に保ち、
・温度検出素子８．２部分を相対的に低く、且つ室温より高く保ち、且つ、
・温度検出素子（３．２）、（８．２）での検出温度がそれぞれ一定温度となるように制御して、温度検出素子（３．２）、（８．２）によって区画されたＰＣＢ（１０）の領域が、ほぼ一定の温度勾配になるようする。温度検出素子（３．２）、（８．２）によって区画されたＰＣＢ（１０）上に実装された回路素子（温度制御が行われる回路素子）は、該回路素子の配置位置に応じた一定温度となるように制御される。
【００６２】
さらに、本発明においては、短期温度変化の防止のために、基準電圧発生部（１）や電圧分割抵抗（２．１）、バッファアンプ（２．２）等を、断熱覆い（断熱部材による覆い）（７）で覆う。
【００６３】
電圧基準素子、抵抗ネットワーク、バッファアンプ、反転増幅器など温度に敏感な部品を断熱覆い（７）の中に納め、温度検出素子（３．２）から温度検出素子（８．２）との間に配置する。温度制御を効率的、且つ、容易に行うため、電圧基準素子（１．２）をＰＣＢ（１０）の端部に配置し、温度制御を容易にすると共に、機械的なストレスが伝達し難い構造とする。
【００６４】
自己発熱による過度の温度上昇を避けるため、断熱覆い（７）は、ＰＣＢ（１０）の全体を覆う構成とはせずに、適度に熱が逃げ、動作保証範囲で温度制御が可能な構造とする。例えば、ＰＣＢ（１０）表面の電圧基準素子（１．１）と電圧分割抵抗（２．１）とバッファアンプ（電圧バッファ）（２．２）、及び、温度制御トランジスタ（３．４）、ＰＣＢ（１０）裏面の発熱体（３．１）と補助発熱体（８．１）を、断熱覆い（７）で覆う構成とされる。電圧基準素子（１．１）は、温度検出素子（３．２）と温度検出素子（８．２）の間に配置する。
【００６５】
周囲温度の影響を完全に無くすことはできないので、ＰＣＢ（１０）の断熱材の境界部に温度検出素子（Rts2）（８．２）を設け、温度制御回路（８）により、温度制御する。プリント板１０の端部の発熱体(３．１)の近傍と補助発熱体(８．１)の近傍の２つの場所の温度を監視し、断熱覆い（７）で覆われた部分（発熱体（３．１）と補助発熱体（８．１）の間の基板）の温度勾配を、周囲温度に影響されないように、ほぼ一定にできる構造とする。これら２つの箇所での温度監視と制御結果により、出力基準電圧を安定にしている。
【００６６】
なお、本発明において、基準電圧源が正極又は負極の単極で、両極性の出力を得る場合、反転出力を得るため、分割抵抗を入力抵抗と帰還抵抗に用いた反転増幅器（Ａ４）を備える。
【００６７】
反転増幅器（Ａ４）の入力オフセット電圧をキャンセルするため、入力オフセット電圧の小さい演算増幅器（Ａ５）により、オフセット電圧を検出し、直接又は間接的に帰還を掛け、反転入力端子（−）、即ち、電圧分割抵抗（２．１）の０ｖ点をグランド電位にする。この回路構成により、チョッパー型のアンプをＡ５に採用でき０ｖ点の温度と時間変動を小さくできる。
【００６８】
また、反転増幅器（Ａ４）のゲインを合わせるため、反転増幅器（５）はゲインの微調整端子Vref(n)_adjを設ける。前記オフセットキャンセルの効果により電圧比を安定に保ちながら負極側の電圧を調整可能とする。以下、実施例に即して詳説する。
【実施例】
【００６９】
図１は、本発明の一実施例の基準電圧Ｖｒｅｆ（Ｇ）の生成回路の構成例を示す図である。Ｖｒｅｆ（Ｇ）発生部１と、Ｒｅｆ−Ｖ生成部２と、温度制御回路３と、補助温度制御回路８と、Ｖｒｅｆ（Ｇ）調整回路４と、反転増幅器（Ａｍｐ）５と、２つの基準電圧を比較する電圧比較器９と、電源供給回路６を備えている。
【００７０】
Ｖｒｅｆ（Ｇ）発生部１は、電源（ｐｏｗｅｒ  ｓｕｐｐｌｙ）とアナログＧＮＤ間に接続された、電圧基準素子１．１を含む。電圧基準素子１．１は、トリム（ｔｒｉｍ）端子を備え、出力電圧が調整され、ｒｅｆｖ端子から基準電圧Ｒｅｆ（Ｇ）を出力する。特に制限されないが、電圧基準素子１．１としてＬＴ１２３６Ａ（リニアテクノロジ社製）等の高精度リファレンス（超低ドリフト、超低ノイズ、長時間安定、高精度出力電圧）が用いられる。
【００７１】
本実施例において、基準電圧Ｒｅｆ（Ｇ）を内部校正・制御するためＶｒｅｆ（Ｇ）発生部１は、電圧基準素子１．２を含む。
【００７２】
電圧基準素子１．２は、電圧基準素子１．１より電圧の再現性の高いものでなければならいが、電圧基準素子１．２は、比較的狭い温度範囲で所定の電圧再現性を得ればよく、また雑音特性も電圧基準素子１．１ほど厳しくなくてもよい。
【００７３】
電圧基準素子１．２の一例としてツェナーダイオードＤＺが用いられる。電圧基準素子１．２において、ツェナーダイオードＤＺは、アノードがアナロググランドＡ−Ｇｎｄに接続され、カソードは抵抗ＲＺを介して、バッファＢＡ０の出力端に接続される。バッファＢＡ０の入力端子は、電圧基準素子１．１のｒｅｆｖ端子に接続されている。ツェナーダイオードＤＺと抵抗ＲＺの接続点はバッファアンプＡｚを介して電圧比較器９の位置の入力端に接続される。バッファＢＡ０の出力端とアナロググランド間には、抵抗Ｒ４、可変抵抗ＶＲ２が直列に接続された出力調整回路（Ｖｒｅｆ−ａｄｊ）４を備え、可変抵抗ＶＲ２の両端間の中点には抵抗Ｒ５を介して電圧基準素子１．１のトリム端子に接続されている。
【００７４】
Ｒｅｆ−Ｖ生成部２は、電圧分割抵抗２．１（抵抗アレイＲｓ１、Ｒｓ２、・・Ｒｓｍ＋、Ｒｓｍ−、Ｒｓｎ−１、Ｒｓｎ）を備えている。Ｖｒｅｆ（Ｇ）は複数個の基準電圧である抵抗アレイＲｓ１〜Ｒｓｎにより分圧される。抵抗アレイのタップにはバッファＡｍｐ２．２（ＢＡ１、ＢＡ２、ＢＡｍ＋、ＢＡｍ−、ＢＡｎ−１、ＢＡｎ）が接続され、バッファＡｍｐ２．２（ＢＡ１、ＢＡ２、ＢＡｍ＋、ＢＡｍ−、ＢＡｎ−１、ＢＡｎ）は、それぞれ基準電圧Ｖｒｅｆ（１）、Ｖｒｅｆ（２）、Ｖｒｅｆ（ｍ＋）、Ｖｒｅｆ（ｍ−）、Ｖｒｅｆ（ｎ−１）、Ｖｒｅｆ（ｎ）を出力する。なおバッファＡｍｐ（ＢＡ０）は内部回路の電圧供給に用いる。
【００７５】
電圧比較器９は、電圧基準素子１．１で生成した基準電圧Ｖｒｅｆ（Ｇ）と、電圧基準素子１．２の出力電圧（ツェナー電圧を入力に受けるアンプＡＺの出力電圧）とを比較し、電圧基準素子１．１のトリム端子に直接（又はコンピュータなどを介して）帰還を掛ける。なお、トリム端子を具備した電圧基準素子１．１の出力電圧調整は、電圧基準素子１．１をＰＣＢ（図２の１０）に取り付け後、Ｖｔｒｉｍ端子から外部電圧を供給するようにしてもよい。コネクタ１１において、電圧比較器９の出力端子ＶｄｉｆｆｏｕｔとＶｔｒｉｍ端子を同士を接続してもよいし、あるいはスイッチ（不図示）等を介して接続・非接続を制御するようにしてもよい。
【００７６】
反転Ａｍｐ５のオペアンプＡ４は、Ｖｒｅｆ（Ｇ）の正極（例えば＋１０ｖ）から負極（例えば−１０ｖ）を生成する。
【００７７】
オペアンプＡ４の反転入力端子（−）には、電圧分割抵抗２．１の中点のタップ（０ｖ点）が接続されている。電圧分割抵抗２．１は、電圧基準素子１．１の出力（Ｒｅｆ（Ｇ））と該中点タップとの間に直列に接続された抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２、・・・Ｒｓｍ＋と、オペアンプＡ４の出力端子と反転入力端子（＝該中点タップ）間の帰還路に直列に接続された複数の抵抗Ｒｓｍ−、・・・Ｒｓｎ−１、Ｒｓｎとを備えている。直列に接続された抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２、・・・Ｒｓｍ＋は、オペアンプＡ４の入力抵抗Ｒｓをなし、直列に接続された抵抗Ｒｓｍ−、・・・Ｒｓｎ−１、Ｒｓｎは、オペアンプＡ４の帰還抵抗Ｒｆをなし、オペアンプＡ４は、増幅率＝−Ｒｆ／Ｒｓの反転増幅器として機能する。
【００７８】
反転Ａｍｐ５のオペアンプＡ５の反転入力端子（−）は、抵抗Ｒｓｍ＋とＲｓｍ−の中点に抵抗Ｒ１０を経由して接続され、非反転入力端子（＋）はグランド電位Ａ−ＧＮＤに接続され、オペアンプＡ５はオフセットＶｏｓを検出する。オペアンプＡ５はの出力は、Ｏｆｆｓｅｔ＿ｄｅｔ端子とＶｏｓ調整端子同士が接続されている場合、Ｖｏｓ調整出力は、抵抗Ｒ９とＲ８で分割され、反転Ａｍｐ４の非反転入力端子（＋）に入力され、Ａｍｐ４の反転入力端子（−）が、Ａ−Ｇｎｄと同電位になるよう帰還がかかり、Ｖｏｓ≒（Ａ５の入力オフセット）となり、オペアンプＡ５の入力オフセットに準じて小さくなる。この調整は、Ｏｆｆｓｅｔ＿ｄｅｔとＶｏｓ調整端子間の点線を切断し、検出とオフセット調整を間接的に行っても良い。容量Ｃ１とＲ１０は高周波領域のフィルタを形成し、オペアンプＡ５にチョッパＡｍｐなど用いた場合のスイッチ雑音を抑制する。
【００７９】
このオフセットキャンセラのもう一つの利点は、Ｖｒｅｆ（ｎ）＿ａｄｊ端子から電圧を印加することにより、負極性側の電圧調整を、正極側とは独立に行うことができる。工業製品として電圧印加・測定する計測電源装置の確度を経済的に向上できる。例えば１０ｖ出力で１ｍｖ確度を達成でき、またその間の複数の基準電圧間に安定な比、即ち直線性を確保できる。
【００８０】
これにより、アナログ回路の最も基本特性の一つである電圧の大小関係を高精度・高分解能で判定できる。例えばＡＤＣ、ＤＡＣの非直線性の検査をより高ビット（高分解能）な製品に適用できる。
【００８１】
電圧分割抵抗２．１の分圧電圧は、バッファアンプ２．２を経由して、基準電圧Ｖｒｅｆ（１）、Ｖｒｅｆ（２）、・・、Ｖｒｅｆ（ｎ）として出力される。これらの絶対値と温度特性は、外部の校正用ＤＭＭ（不図示）により測定され、常時読み出し可能なメモリ装置（図示せず）に記録される。
【００８２】
複数のＤＣモジュールに対して、バスラインを構成し、基準電圧が供給される。
【００８３】
温度制御回路３は、温度検出素子（Ｒｔｓ１）３．２を備え、温度検出素子３．２の出力端は、電圧基準素子１．１からの出力圧Ｒｅｆ（Ｇ）を受けるバッファアンプＢＡ０の出力端に抵抗Ｒ２を介して接続されている。温度制御回路３は、温度検出素子３．２の出力電圧と、バッファＢＡ０の出力電圧を抵抗Ｒ１と可変抵抗ＶＲ１で分圧電圧した電圧を差動入力し、バイポーラトランジスタＱ１（図２の温度制御ＴＲＳ３．４）のベース電圧を可変させる差動アンプＡ１を備えている。差動アンプＡ１は、バイポーラトランジスタＱ１のエミッタ電流を制御し、発熱体３．１の発熱量を制御する。温度検出素子３．２は、それぞれ抵抗（感温抵抗体又は白金測温度抵抗体）Ｒｔｓ１の端子電圧を受け対応する電圧を出力する。
【００８４】
温度検出素子８．２の検出結果に応じて第２の発熱体８の発熱量を制御する温度制御回路８も、温度制御回路３と同様の構成とされる。温度検出素子８．２の出力端は、電圧基準素子１．１からの基準電圧出力を受けるバッファアンプＢＡ０の出力端に抵抗Ｒ３を介して接続されている。温度制御回路８は、温度制御回路３と同様に、温度検出素子８．２の出力電圧と、バッファＢＡ０の出力電圧を抵抗（不図示）と可変抵抗（不図示）で分圧電圧した電圧を差動入力し、バイポーラトランジスタＱ２（図２の温度制御ＴＲＳ８．４）のベース電圧を可変させる差動アンプ（図１の温度制御回路３のＡ１に対応）を備えている。この差動アンプ（不図示）は、バイポーラトランジスタＱ２のエミッタ電流を制御し、補助発熱体８．１の発熱量を制御する。温度検出素子８．２は、抵抗（感温抵抗体又は白金測温度抵抗体）Ｒｔｓ２の端子電圧を受け対応する電圧を出力する。
【００８５】
電源供給回路６は、ＧＮＤ、正極／負極の電源＋Ｖｓｐｕ／−Ｖｓｐｕを受け、各部に電源（ｐｏｗｅｒ  ｓｕｐｐｌｙ）を供給する。
【００８６】
なお、請求の範囲の請求項１における第１の電圧基準素子、第１の温度検出素子、第１の温度制御回路、第１の発熱体は、図１の電圧基準素子１．１、温度検出素子（Ｒｔｓ２）８．２、温度制御回路８（差動アンプとトランジスタＱ２等）、補助発熱体８．１にそれぞれ対応し、第２の電圧基準素子、第２の温度検出素子、第２の温度制御回路、第２の発熱体は、図１の電圧基準素子１．２、温度検出素子（Ｒｔｓ１）３．２、温度制御回路３（差動アンプＡ１とトランジスタＱ１等）、発熱体３．１にそれぞれ対応している。
【００８７】
図２は、本実施例の基準電圧回路を実装したＰＣＢボードを示す図である。図２（Ａ）は上面図、図２（Ｂ）は側面図である。図１の各回路素子を、図２のように配置し、断熱覆い７にて、基準電圧（Ｖｒｅｆ（Ｇ））発生部１、分割抵抗２．１、バッファアンプ２．２部分を覆う。断熱覆い７で覆われた基板裏面の一端には、発熱体３．１が設けられ、断熱覆い７で覆われた基板裏面の他側端部には、補助発熱体８．１が設けられている。発熱体３．１に対応する位置の基板表面（発熱体配置部分）には、電圧基準素子１．２、温度検出素子（Ｒｔｓ１）３．２、温度制御トランジスタ３．４（図１のＱ１）が設けられ、補助発熱体８．１に対応する位置の基板表面には、電圧基準素子１．１、温度検出素子（Ｒｔｓ２）８．２、温度制御トランジスタ３．４（図１のＱ２）が設けられている。
【００８８】
トリム端子を具備した電圧基準素子１．１の出力電圧調整は、電圧基準素子１．１をＰＣＢ１０に実装した後、Ｖｒｅｆ（Ｇ）調整回路４の可変抵抗素子ＶＲ２により調整する。
【００８９】
温度検出素子８．２は、断熱覆い７の境界に配置して断熱覆い７の境界温度を検出する。
【００９０】
特に制限されないが、本実施例では、電圧基準素子１．１の基準電圧Ｒｅｆ（Ｇ）の公称値は、出力電圧１０ｖ、温度特性は±５ｐｐｍ／℃とする。これを電圧分割抵抗２．１と、反転Ａｍｐ５により、−１０ｖに拡張し、その間を、２ｖステップでリニアに分割する。２ｖ、−２ｖから分割し、１ｖと−１ｖも加え、内部増幅器の校正に用い、応用範囲を拡大した。
【００９１】
本実施例では、抵抗については、温度係数の絶対値が小さく、均一で、且つ、極端なコストアップにならないように、製法・値・グレードを選択し、ストレスを避けるため、リードタイプを用いた。
【００９２】
抵抗により−１０ｖから１０ｖを２ｖステップで分割された出力１０個と１ｖ，と−１ｖ、基準となるＧｎｄ電位のそれぞれを、バッファアンプ２．２によりバッファして、外部出力Ｖｒｅｆ（１）〜Ｖｒｅｆ（ｍ＋）、Ａ−Ｇｎｄ、Ｖｒｅｆ（ｍ−）〜Ｖｒｅｆ（ｎ）とした。バッファアンプ２．２は雑音が小さく、入力電流は、分割抵抗のＩＲドロップが悪影響を与えない程度に小さく、入力オフセット電圧の絶対値と温度ドリフトが小さいものを選択する。
【００９３】
反転Ａｍｐ５のオペアンプＡ４も全く同様であるが、オフセットの影響が大きいので、図１のオペアンプＡ５はチョッパ型のオペアンプで抵抗ラダーの中点（抵抗Ｒｓｍ−とＲｓｍ＋接点）とＧｎｄ間の電位を検出し、帰還を掛け、接点電位が常に０ｖになるようにした。なお、特に制限されないが、本実施例では、雑音対策を、第一優先としたので、オフセットが問題となりそうなレベルの演算増幅器であったが、雑音の問題は解決できた。なお、分割抵抗２．１の任意の接続点（タップ）を、オペアンプＡ４の帰還端子（−入力端子）に接続することにより、プラス側とマイナス側の電圧比を変更することができる。
【００９４】
温度制御回路３において、温度検出素子３．２（感温抵抗体又は白金測温度抵抗体）Ｒｔｓ１を、電圧基準素子１．２の直近に配置し、発熱体（抵抗）３．１を制御する。
【００９５】
温度制御回路８においても、同様に、発熱体８．１を制御する。
【００９６】
相対精度の検討においては、電圧基準素子１．１のみで行い、設定温度は、可変抵抗素子ＶＲ１で調節して４５から５０℃とし、周囲温度１５℃〜３５℃での動作を行った。その状態で、Ｖｒｅｆ（Ｇ）調整回路４の可変抵抗素子ＶＲ２により１０ｖに設定した。
【００９７】
断熱覆い７の境界の温度検出素子８．２の抵抗体Ｒｔｓ２により、断熱覆い７の境界温度の検出を行い、温度制御回路８で境界温度を直接制御すると共に端子Ｖｔｂ２から外部に出力し、スイッチON直後の温度変化への対応を可能としている。すなわち、スイッチON後のスタート直後は、外気温からの温度の過渡状態であるから、目標温度に到達し安定するまで電圧基準素子１．２による校正を避けるなどの処置、対策が実施できる。
【００９８】
次に、本実施例の効果について説明する。
【００９９】
図３は、上記実施例による温度特性を示す図であり、温度制御が無い場合である。横軸は出力基準電圧Ｖｒｅｆ、縦軸はＶｒｅｆの出力の公称値（＝Ｘ軸の数値）からの誤差である。周囲温度１５℃（菱形）と２５℃（三角）をパラメータとして示す。
【０１００】
これに対し、図４は、本実施例において、同じボードで温度制御が行なわれた場合である。
【０１０１】
図３において、温度１５℃と２５℃に対応する２本の折れ線の差から、２００ｕｖ／１０ｖ／１０℃＝２ｐｐｍ／℃であり、電圧基準素子１．１の仕様の範囲内にある。
【０１０２】
図４では、同一スケールで見た場合、温度１５℃と２５℃に対応する２つの折れ線が重なり１桁以上の改善が行われている。
【０１０３】
消費された概略のヒーター電力は温度制御側６０℃、補助温度制御側４５℃に設定したとき  発熱部３．１は０．６ｗ、発熱部８．１は周囲温度１５℃で１．０ｗ、２５℃で０．６ｗ、３５℃で０ｗとなった。
【０１０４】
図１の発熱体（ヒーター）３．１と８．１を除いた消費電力が０．６ｗ程度であることから、１０段階以上の基準電圧を並列に同時出力できる電圧源として十分小さく効率的である。
【０１０５】
次に、温度制御に拠らず、温度変化を検出して、回路的に、基準電圧出力を調整する方法について検討する。
【０１０６】
温度８℃と２３℃、温度制御の有／無の２元の直交実験で、図１の端子Ｖｔｒｉｍを調整し２３℃で、
Ｖｒｅｆ  １０ｖ＝１０．００００２ｖ
にそれぞれ合わせ込み、相対精度を比較した。
【０１０７】
温度制御が無い場合８℃の時は、全面的に調整回路４のＶｔｒｉｍを変えて、出力電圧Ｖｒｅｆ（＝１０ｖ）を調整した。
【０１０８】
図５に、この結果の一例を示す。温度制御の有無をパラメータとしてＶｒｅｆ（２３℃）からＶｒｅｆ（８℃）を引いて、各基準電圧を横軸に打点したものである。Ｖｔｒｉｍ（菱形）により、温度変化分は調整できるが、差のバラツキ（偏差）が大きい。
【０１０９】
標準偏差は、
温度制御（四角のＨｅａｔｅｒ）：６ｕｖ／１０℃
に対し、
Ｖｔｒｉｍ（菱形のＶｔｒｉｍ）：１６ｕｖ／１０℃
となった。
【０１１０】
Ｖｒｅｆ＝１０ｖを合わせているので（分割抵抗＋バッファアンプ）の変化分の差となる。
【０１１１】
これより、電圧基準素子１．１のみ調整したのでは、各基準電圧間の相対比の確保が不十分であり、温度制御の優位性を確認することができた。
【０１１２】
相対精度の確保により、絶対値のトレーサビリティのある計測器で電圧基準素子をモニタし、補正すれば、各基準電圧ともに確度を向上させることができる。
【０１１３】
前述の計測器を、電圧基準素子１．２で代替するすることにより、外部からモニタするのに準じた実用上の効果を出す方法について説明する。
【０１１４】
電圧基準素子１．１で生成した基準電圧Vref(G)と、電圧基準素子１．２の出力を電圧比較器９により比較し、電圧基準素子１．１のトリム（ｔｒｉｍ）端子に直接またはコンピュータなどを介して帰還を掛ける。これにより保管、輸送時の温度変化に晒された時や、昼夜の温度変化、冷暖房ＯＮ−ＯＦＦなどにより生じるステップ状の電圧変化（ストレスによる一種のヒステリシス現象とされている）を緩和し、確度の劣化を防止する。
【０１１５】
なお、確度を緩和できるのであれば、電圧基準素子１．１、１．２のうち１つあればよいことは言うまでもない。
【０１１６】
以下では、本実施例において、２つの基準電圧を採用した理由について説明する。内部校正用の第２の基準電圧（電圧基準素子１.２）は安定で再現性のある電圧を発生することが最小の要件である。
【０１１７】
集積化された基準電圧ＩＣの安定度のレベルは、大略、市販のＡＤＣ、ＤＡＣの内部基準電圧と同等な技術レベルであり、本発明のように、それ以上の確度、精度を得ようとすると、各種問題が顕在化する。例えば動作温度を一定にしても、プリント基板の材料、取り付け構造などから、保存温度の履歴により、ストレスの履歴が残り、その後、温度を一定にしても、電圧は元の値に回復せず、ヒステリシス現象を生じる。その変動電圧は、計測電源として保証すべき保存温度でも影響される程度に大きくなることがある。その１例として、図６に、放置（保管）温度による、電圧基準素子のドリフトを示す。
【０１１８】
図６は、集積化された基準素子の変化（ΔＶｒｅｆ）とツェナーダイオードの電圧変化（ΔＶｚ）を、同一プリント板に取り付け、動作時は、±０．５℃に温度制御し、１日の昼間８時間ＯＮ、夜間を含み１６時間ＯＦＦとし、そのＯＦＦの間の放置条件を変えたデータである（本発明者等による実験データ）。
【０１１９】
ΔＶｒｅｆには−２０℃保管により０．１６ｍｖのステップ変動が見られる。図示しないが、実験の繰り返しによれば、ΔＶｒｅｆ変動は、温度履歴の影響を受けるが、定量的に再現ができず、０．１ｍｖ以下の制御は困難と判断せざるを得ない。
【０１２０】
比較した図６のΔＶｚは、同一ＰＣＢに搭載されているにもかかわらず、顕著な変動は認められず、更に、単品で複数個に温度サイクルをかけたが、大きな変動は見られなかった。ただし、ダイオードも、機械的ストレスには敏感であるから、仮説として、温度履歴をストレスの履歴にならぬ構造が要件とすれば、２ピンのダイオードの方が、多ピンのIC構造よりも容易であるということの証左になる。
【０１２１】
図７に、汎用市販品ツェナーダイオードの温度特性の測定結果の１例を示す。図７では、電圧出力の温度変化分を打点し（■参照）、２次式で近似した（実線参照）。
【０１２２】
図７では、６１℃近辺に極大点、すなわちほぼ温度係数±０となる部分が存在するが、その領域を外れると、大きな温度依存性があり、５０℃近辺では、概略50uv/℃と読み取れる。
【０１２３】
汎用のツェナーダイオードでは、詳細な温度特性は製品仕様の範囲外であるので、市販品を常温と５０℃で実測した所、1電圧区分（±５０mv）の温度特性バラツキは標準偏差で70uv/℃であった。極大点を示す温度も広範に分布し、実用化に当たり、ある程度の選択と個別対応を考慮しなければならない。
【０１２４】
ツェナーダイオードは、特定温度で温度係数±０となり、且つ、温度履歴によるストレスを緩和できる長所があるが、反面、ツェナー電圧のバラツキが大きく、基準電源として使うには、電圧微調整回路など高い安定性を持った付帯回路が必要である。
【０１２５】
一方、電圧基準素子１．１として用いられる基準電圧ICは、実用時必要となる前述のような特性を備え、且つ出力電圧の微調整が可能となっている。
【０１２６】
そこで、本実施例では、双方の長所を活かす組み合わせが工業的な解決策となり得る。基準電圧ＩＣ（図１の電圧基準素子１．１）でＶｒｅｆ（Ｇ）を生成し、電圧基準素子１．２としてツェナーダイオードを用い、その温度係数±０となる温度に到達した後、電圧基準素子１．２を校正用に用いてＶｒｅｆ（Ｇ）を制御するようにしている。すなわち、電圧比較器９の出力Ｖdiffoutをコネクタ１１から折り返してトリム端子に折り返し入力し電圧基準素子１．１のトリム端子に供給している。
【０１２７】
図１、図２に示すように、基準電圧源を２つ具備する実施例では、電圧基準素子１．１の設定温度は相対的に低く、スイッチ投入後の安定化時間の短縮に寄与する。
【０１２８】
図８は、本発明の第２の実施例の構成を示す図である。本実施例が、図１に示した実施例と相違して、基準電圧発生部１を、電圧基準素子１．１で構成し、電圧基準素子１．２を削除している。また、図１の電圧比較器９のかわりに、電圧基準素子１．１のトリム端子にトリム電圧を与える基準電圧調整部４を備えている。基準電圧調整部４は、トリム端子とグランド間に接続された抵抗Ｒ６、Ｒ６’と、抵抗Ｒ６、Ｒ６’の接続点に一端が接続され中点が抵抗Ｒ５を介して電圧基準素子１．１のトリム端子に接続された可変抵抗器ＶＲ２を備え、可変抵抗器ＶＲ２の他端は抵抗Ｒ４を介して基準電圧発生部１の出力Ｖｒｅｆ（Ｇ）に接続されている。なお、温度検出器３．３は、断熱覆い７で覆われた領域内の、断熱覆い７で覆われていない領域との近傍の配設してもよい。
【０１２９】
以上、本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の一実施例の基準電圧生成回路の構成を示す図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の一実施例のボードの上面図と側面図である。
【図３】本発明の一実施例における基準電圧の温度特性を示す図（温度制御無し）である。
【図４】本発明の一実施例における基準電圧の温度特性を示す図（温度制御有り）である。
【図５】本発明の一実施例における基準電圧の温度制御とＶｔｒｉｍ調整の相対誤差を示す図である。
【図６】電圧ドリフトの放置温度依存性の一例であり、集積化された電圧基準素子      （ΔVref）とツェナーダイオード（ΔVz）を比較した図である。
【図７】本発明の一実施例における内部校正用基準電圧の温度特性を示す図である。
【図８】本発明の別の実施例の基準電圧生成回路の構成を示す図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の別の実施例のボードの上面図と側面図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１  基準電圧(Ｖｒｅｆ（Ｇ）)発生部
１．１  電圧基準素子
１．２  電圧基準素子
２  Ｒef-Ｖ生成部
２．１  電圧分割抵抗
２．２  バッファアンプ
３    温度制御回路
３．１  発熱体
３．２  温度検出素子
３．３  温度検出素子
３．４  温度制御トランジスタ（TRS）
４  Ｖｒｅｆ（Ｇ）調整回路
５  反転増幅器
６  電源供給回路
７  断熱覆い
８  第２の温度制御部（補助温度制御部）
８．１  第２の発熱体
８．２  第２の温度検出素子
８．４  温度制御トランジスタ（TRS）
９  電圧比較器
１０  プリント板
１１  コネクタ部
【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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【図６】
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【図７】
2008276702.tif 000009
【図８】
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【図９】
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