(57)【要約】【課題】オートレンジ設定を高精度で迅速に行う。【解決手段】電流測定器と電圧源とにより電流検出用の抵抗を共用し、該抵抗を介して該電圧源から出力される電流の値を前記電流測定器により測定し、測定された電流の値に基づいて前記電流測定器の電流レンジを自動的に変更する方法であって、前記電圧源から出力される電流に対するコンプライアンスを所定の値に設定するステップ１０２と、前記電圧源から出力された電流の値を前記電流測定器により測定するステップ１０６と、仮測定された該電流の値と前記電流レンジとを比較して、前記電流レンジが最適であるか判断するステップ１０８と、前記電流レンジが最適であると判断した場合には、測定された前記電流の値の結果を前記電流測定器が出力した後に、前記電流レンジをアップし、コンプライアンスを変更するステップ１１２とを含んでなる方法を提供する。【選択図】        図１
2004219126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流測定器と電流制限すなわちコンプライアンス機能を備えた電圧源とにより電流検出用の抵抗を共用し、該抵抗を介して該電圧源からの出力される電流の値を前記電流測定器により測定し、測定された電流の値に基づいて前記電流測定器の電流レンジと該コンプライアンスとを自動的に変更する方法であって、
前記電流レンジと前記コンプライアンスとをユーザの指定した値に設定するステップと、
前記電圧源から出力される電流に対するコンプライアンスを所定の値に設定するステップと、
前記電圧源から出力された電流の値を前記電流測定器により測定するステップと、
測定された該電流の値と前記電流レンジとを比較して、前記電流レンジが最適であるか判断するステップと、
前記電流レンジが最適でないと判断した場合には、前記電流レンジを変更し、それに応じて前記コンプライアンスを前記ユーザの指定した値以下で、該変更された電流レンジにおける上限値に変更し、前記電圧源から出力された電流の値を再び測定するステップと、
前記電流レンジが最適であると判断した場合には、測定された前記電流の値の結果を前記電流測定器が出力した後に、前記電流レンジをアップし、それに応じて前記コンプライアンスも変更するステップと
を含んでなる方法。
【請求項２】
前記電流レンジが最適であると判断した場合には、前記ユーザの指定した値か、または該アップされた電流レンジにおける上限値のいずれか低い方に前記コンプライアンスを変更することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電流レンジが最適でないと判断した場合には、前記の再び測定するステップに続いて、前記電流レンジをアップし、それに応じて前記コンプライアンスも変更するステップを含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記電圧源の最小の出力電流値に対して、前記電流レンジの下限が予め設定されている請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記電流レンジが最適であるか判断するステップが、
前記電圧源から出力された電流の測定値と前記電流レンジとの比率を計算するステップと、
前記比率と所定の比率とを比較して、前記電流レンジの変更の必要性の有無を判断するステップと
を含む請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記比率と所定の比率とを比較して、前記電流レンジの変更の必要性の有無を判断するステップが、前記電圧源から出力された電流の測定値と、現在の電流レンジよりも小さい電流レンジとの比率を計算して、所定の比率と比較することを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記電流レンジの変更の必要性の有無を判断するステップは、維持または変更された前記電流レンジの上限値を真のコンプライアンスとして設定することを含む請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電流レンジを備える電流測定器と電流制限器とを含む電圧源装置（以下、「ＳＭＵ（ｓｏｕｒｃｅ  ｍｏｎｉｔｏｒ  ｕｎｉｔあるいはｓｏｕｒｃｅ  ｍｅａｓｕｒｅ  ｕｎｉｔ）」とよぶ）の電圧出力電流測定において、適切な電流レンジに自動的に変更して出力電流を測定する方法に関し、特に、測定速度または分解能を確保して、出力電圧の変動をできるだけ避けながらレンジ変更を行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電流測定器等を含む電圧源装置であるＳＭＵから出力される電流を高分解能で測定するために、最適な電流レンジを自動的に選択して測定するオートレンジ測定技術が提案されている。ここで、ＳＭＵは、電流測定器と電圧源とのほかに、被試験対象デバイス（ｄｅｖｉｃｅ  ｕｎｄｅｒ  ｔｅｓｔ：以下、「ＤＵＴ」とよぶ）が過電流により破壊されるのを防止するために、電流をある制限値（以下、「コンプライアンス」とよぶ）を超える電流を出力させないように制御している電流制限回路を一般に含む。また、電流測定用回路と電流制限回路とは、ＳＭＵの出力電流を検出するための抵抗を必要とするが、値段やスペースの関係上、ＳＭＵではこれを共用している。この抵抗を共用しているため、コンプライアンスは電流レンジにより制限される。したがって、ＳＭＵでは、通常、オートレンジ測定において電流レンジが変更されると、コンプライアンスも連動して変更される。すなわち、最初は、ユーザが設定したコンプライアンス（以下、「真コンプライアンス」とよぶ）とそれに対応する電流レンジが設定されているが、レンジ設定がより低い電流レンジに変更され、その電流測定レンジにおいて測定可能な最大電流値（以下、「上限値」とよぶ）が真コンプライアンスより低い場合には、便宜上、その電流レンジの上限値がコンプライアンスに設定される。さらに電流レンジが真コンプライアンスより大きい値に変更された場合には、真コンプライアンスがコンプライアンスに設定される。
【０００３】
上記の電流レンジとコンプライアンスとの連動した変更によって、ＤＵＴにユーザの予期しない電圧がまれに印加される場合がある。電流測定用レンジ抵抗と電流制限用電流検出抵抗を共用した、従来のＳＭＵのハードウエア構造を以下に説明する。ここで、ＳＭＵは、本来、電流制御モードと電圧制御モードとを含むが、説明を簡単にするために、ここでは、電圧制御モードの場合におけるＳＭＵの各ブロックの動作について説明する。
【０００４】
図７は、従来のＳＭＵの構成を示すブロック図である。ＳＭＵは、電圧設定値をデジタルアナログ変換する電圧デジタルアナログ変換器（以下、「電圧ＤＡＣ」とよぶ）７０１と、電流制限値（コンプライアンス）をデジタルアナログ変換する電流デジタルアナログ変換器（以下、「電流ＤＡＣ」とよぶ）７０２と、負の電流制限をするために電流ＤＡＣ７０２の出力を反転させるインバータ７０５と、電圧エラーアンプ７０３およびパワーアンプ７０８と、電流エラーアンプ７０４および７０６と、レンジ抵抗７０９と、電流モニタアンプ７１０と、電圧モニタアンプ７１３と、得られた出力電流値又は電圧値からデジタル化された測定値を得るための測定用アナログデジタル変換器７１１とを一般に含む。
【０００５】
電圧エラーアンプ７０３は、通常、パワーアンプ７０８を制御している。この電圧エラーアンプ７０３は、ＳＭＵの出力電圧をバッファする電圧フォロア７１２からフィードバックされる出力電圧と電流ＤＡＣ７０１の出力電圧との差分を検出し、電圧ＤＡＣ７０１の設定値がＳＭＵの出力値と等しくなるようにパワーアンプ７０８を制御している。また、パワーアンプ７０８は、電圧エラーアンプ７０３からの電圧および電流を増幅しており、ＳＭＵの出力電力を供給している。
【０００６】
電流エラーアンプ７０４および７０６は、通常はスタンバイ状態であり、所定の場合に電流を制限するように動作する。パワーアンプ７０８の出力電流はレンジ抵抗７０９で電圧変換され、電流モニタアンプ７１０で正規化される。そして、この出力電流がアナログデジタル変換器（以下、「ＡＤＣ」とよぶ）７１１に入力されてデジタル化され、ＳＭＵの出力電圧に対応して出力電流値が得られる。
【０００７】
また、電流モニタアンプ７１０からの出力電圧は、電流エラーアンプ７０４および７０６にフィードバックされる。そして、電流エラーアンプ７０４および７０６は、電流ＤＡＣ７０２に設定された電流値を超えないように、パワーアンプ７０８をそれぞれの極性において制御する。
【０００８】
電圧出力中において、通常、電圧エラーアンプ７０３がパワーアンプ７０８を制御している。しかしながら、例えば、ＤＵＴの特性に急激な変化があり電流ＤＡＣ７０２に設定されたコンプライアンスを電流モニタアンプ７１０の出力値が超えようとした場合には、電流エラーアンプ７０４または７０６が動作して、電圧エラーアンプ７０３の代わりにパワーアンプ７０８を制御する。これにより、電流ＤＡＣ７０２において設定されたコンプライアンスが出力されるように電圧がコントロールされることになる。この状態は、電流ループ状態ともよばれる。このとき、それぞれの電流エラーアンプ７０４および７０６から、電流ループ状態であることを示す信号（Ｉ−Ｌｏｏｐ  ｓｔａｔｕｓまたはＩ＋Ｌｏｏｐ  ｓｔａｔｕｓ）がコントローラに送られる。
【０００９】
レンジ抵抗７０９は、複数の電流レンジに応じて複数個の抵抗を備えている。このレンジ抵抗７０９は小さい電流レンジであるほど抵抗値が大きくなっている。また、これらの抵抗はスイッチを用いてコントローラ（図示せず）からの命令に基づいて求められる電流レンジに応じて切り替えられる。ここで、レンジ抵抗７０９は電流測定と電流制限との機能を兼ね備えている。このことは、電流レンジ抵抗の精度が電流測定精度に影響するので一般に高価である点と、低コストや省スペースの観点から素子の数を極力少なくしたい点とによるものである。レンジ抵抗が電流測定と電流制限とにおいて共用されているため、コンプライアンスは選択された電流測定レンジの上限値を超えることはできない。
【００１０】
次に高分解能で測定するための最適な電流レンジについて説明する。まず、測定可能な電流レンジについて説明する。ＡＤＣ７１１の入力フルスケールは一定なので、電流レンジが決まると電流レンジを超える電流は測定できない。したがって、測定したい電流よりも電流レンジを大きくする必要がある。一方、測定分解能は、ＡＤＣ７１１の入力フルスケールに対する分解能で決まるため、電流レンジが小さいほど高分解能である。従って、高分解能で測定するには、測定対象電流値よりも大きい電流レンジであって、その中で最も小さい電流レンジを用いて測定することが好ましい。
【００１１】
上記に従来のＳＭＵのハードウエア構成と、高分解能で測定するためのハードウエアに要求される条件について説明してきたが、次に、高分解能で測定するために使用されるオートレンジ測定における制御方法について説明する。
【００１２】
オートレンジ測定とは、測定中に変化する各測定値に対して、分解能を確保しながら各測定点に対して最適なレンジを自動的に選択する測定のことをいう。このような従来のオートレンジ測定のフローチャートを図８に示す。まず、ステップ８００で測定が開始される。ステップ８０２では、コンプライアンスは真コンプライアンスに、電流レンジは真コンプライアンスが設定できるレンジにそれぞれ設定される。ステップ８０４では、オートレンジスポット測定が行われ、ここで必要に応じて電流レンジとコンプライアンスの変更が行われる。ステップ８０８では、現在の状態がユーザの指定した終了条件を満たしているかどうかが判断される。ここで、終了条件には、例えば、測定回数、測定時間、設定電圧の掃引終了値などを使うことができる。そして、その状態になるまでオートレンジスポット測定（以下、「スポット測定」とよぶ）が、ステップ８０４、８０８において繰り返し行われる。ここで、スポット測定とは、電流レンジを最適レンジに自動的に設定して測定し、その結果を出力する測定を意味する。スポット測定についての詳細については、後に説明する。
【００１３】
ここで、電流レンジの変更があった場合には、上述したハードウエアの構成に起因する理由により電流レンジと連動してコンプライアンスも変更され、電流ＤＡＣ７０２に設定される。ステップ８０４における変更後の電流レンジおよびコンプライアンスの設定は、次のスポット測定まで保持される。これは、２つの連続した測定点が互いにごく近い値か、または桁が同じ程度の近い値であることが一般的に多く、同じ電流レンジのままで測定できる場合が多いためである。これにより、レンジ変更に費やす時間を短縮することができる。
【００１４】
図９に図８のステップ８０４を説明するために、スポット測定のフローチャートを示す。まず、ステップ９０４においてＳＭＵの電圧出力をユーザの指定した設定にした後に、ステップ９０６において電流の仮測定を実行する。ここでのコンプライアンスはステップ９００以前に設定された値が残っている。そして、ステップ９０８において、ステップ９０６での仮測定で用いた電流レンジが最適レンジであるか否かを判定する。仮測定の電流レンジが最適レンジでなかった場合には、ステップ９１０においてレンジとコンプライアンスとを変更して、ステップ９０６に戻って再度仮測定を実行する。電流レンジが最適レンジになるまで、ステップ９０６における仮測定と、ステップ９１０における電流レンジとコンプライアンスとの変更とが繰り返し行われる。そして、電流レンジが最適レンジであると判断されると、ステップ９１２へと進んで測定結果として測定値を出力する。そして、ステップ９１４においてスポット測定を終了する。
【００１５】
また、ステップ９１０のレンジ変更については、後述のように、電流レンジが変更されるとともに、コンプライアンスも連動して変更されて、電流レンジの上限値が真コンプライアンスより小さい場合には、コンプライアンスと電流レンジの上限値とが同じ値になる。
【００１６】
さらに、上記のステップ９１０で示される従来の電流レンジ変更のフローチャートを図１０に示す。ステップ１００２では、電流レンジと、測定値と、ハードウエアからの電流ループ状態信号とに基づいて、電流レンジの妥当性を判定する。ここで、電流レンジが、測定値と比較して大きすぎ、より小さいレンジで測定できると判断された場合には、ステップ１００６において電流レンジを下げ、それと連動してコンプライアンスを電流レンジの上限値に変更する。逆に、ハードウエアから電流ループ状態信号が検出された場合、つまり電流レンジが小さいと判断された場合には、ステップ１００４において電流レンジを上げ、それと連動してコンプライアンスを電流レンジの上限値か真コンプライアンスかのどちらか低いほうに変更される。
【００１７】
電流レンジが変更されて下がった場合には、コンプライアンスは、真コンプライアンスではなく、変更後の電流レンジの上限値になっている。ここで、ＤＵＴに流れる電流が増加しコンプライアンスを超えようとする場合には、コンプライアンス以上の電流が流れないように、ＳＭＵの出力電圧をハードウエアが制御する。したがって、ＳＭＵからの出力電圧が、結果的に期待した電圧とは異なった電圧になる場合がある。
【００１８】
上記のＳＭＵの動作を図１１に模式的に示す。ＳＭＵ（１１０３）は、ＤＵＴ１１０２に定電圧を出力してオートレンジ電流測定を実行する。ここで、ＳＭＵ１１０３からＤＵＴ１１０２へと流れ込む向きを正とする。ＤＵＴ１１０２のもう一方の端子は接地されている。ここでの出力電圧は、線１１１６に示すように、階段状の波形が出力されている。
【００１９】
まず、図１１の点１１０４の□に示すように、測定開始直後のコンプライアンスは真コンプライアンスと同じ値であり、電流レンジは真コンプライアンスに対応する電流が測定できるレンジになっている。測定が開始されると、矢印１１０５に示すように、電流レンジは最適レンジに変更され、それに連動して、コンプライアンスも変更される。ＳＭＵ（１１０３）の出力電圧が増加すると、ＤＵＴ１１０２に流れる電流も増加する。そして、点１１０６の▼に示すように、ＳＭＵ１１０３の出力電圧の増加によりＤＵＴ１１０２に流れる電流がコンプライアンスを超えようとすると、線１１０７に示すように、ＳＭＵ（１１０３）は、コンプライアンスを超える電流が流れないように出力電圧の上昇を止め、電流ループ状態信号を出力する。コントローラは、この電流ループ状態信号を検知すると、点１１０８の▲と□に示すように、電流レンジとコンプライアンスとを上げる。そして、点１１０９の◇に示すように、ＳＭＵ（１１０３）の電流制限が解除されて出力電圧が元に戻る。この過程において、線１１０７に示されるような電圧の変動によって、ＤＵＴ１１０２の両端に期待しない電圧がかかる（比較のために図１１に期待される電圧出力を線１１２０として表示したので参照されたい）。
【００２０】
上記のＳＭＵにおいてレンジ切り替え時に期待しない電流が印加されるのを防ぐために、下記の特許文献１および特許文献２のＳＭＵが開示されている。具体的には、特許文献１は、可変インピーダンス手段が変化している間に制御用増幅器の出力を停止するＳＭＵを開示している。また、特許文献２は、従来技術のＳＭＵに加えて出力電圧のホールドループを設けたＳＭＵを開示している。
【００２１】
通常、微少な電流レンジにおいては、測定精度の安定性向上のためにある程度の積分時間を要する。そのため、必要以上に電流レンジを下げないオートレンジ測定方法が存在する。この方法は、測定に必要とされる電流レンジが小さいと判断された場合であっても、ユーザの指定した最小レンジまたは制限レンジよりも小さい電流レンジには設定しないようにする方法である。これにより、測定時間を短縮することができ、ユーザにとって必要な分解能を確保することもできる。このような制限されたオートレンジ測定において図１０のかわりに電流レンジを変更するフローチャートを図１２に示す。まず、ステップ１２０２では、電流レンジが測定値に対して大きいかを判断する。次に、ステップ１２０４では、そのときの電流レンジがユーザの指定した制限レンジよりも大きいかを判断する。そして、電流レンジが制限レンジよりも大きい場合にのみ、ステップ１２０６において電流レンジを下げ、コンプライアンスをこの電流レンジの上限値に変更する。また、この場合のレンジ変更時のＳＭＵの動作について図１３に示す。ここでは、図１１の矢印１１０５と同様に、図１３の線１３０１に示すようにレンジ変更及びコンプライアンス変更が行われている。しかし、上記の図１１の矢印１１０５に示される場合と比較して、点１３０２の□に示すようにコンプライアンスはユーザの指定した制限レンジ以下（ここでは、１．００Ｅ−４Ａ）にはならない点が異なる。
【００２２】
しかし上記の場合には、最適レンジで常に測定するのは困難である。また、ユーザが設定した制限レンジ以下には変更されないので、測定のダイナミックレンジが下がることになる。従って、制限レンジより小さい電流レンジが最適レンジである場合には、測定される微少電流の分解能が低下することになる。例えば、図１１と比較すると、図１３の場合には、点１３０２の▲に示すように測定では電流レンジが制限レンジ以下にはならないので、図１３の点１３０３の○に示すように分解能が図１１の点１１１０の○よりも悪くなる。
【００２３】
ここで、ＳＭＵ出力の設定後に、電流レンジがコンプライアンスに制限されることにより生じる不都合を防止する別の方法も提案されている。この方法は、各オートレンジ測定のスポット測定においてＳＭＵの出力を設定するときにコンプライアンスを真コンプライアンスに戻す方法、つまり、開始直後の値に電流レンジを戻す方法である。この図９にかわるフローチャートを図１４に示す。まず、ステップ１４００では図９のステップ９０４と同様に、ステップ１４００以前に設定された電流レンジとコンプライアンスとが設定されている。そして、ステップ１４０２においてコンプライアンスを真コンプライアンスに設定し、それに適した電流レンジを設定し、ステップ１４０４でＳＭＵの出力を変更する。従って、ステップ１４０６の仮測定においてコンプライアンスにかかることがないため、ＳＭＵの出力電圧の変動を防止することができる。その例を図１５に示す。点１５０２の▲に示すように、電流レンジは測定において最適レンジになっている。そして、点１５０３の□に示すように、次のスポット測定を開始するときに、コンプライアンスを真コンプライアンスに戻す。このときに電流レンジは、点１５０１の▲に示すような測定を開始した直後の値になる。そして、点１５０４の▲に示すように、電流レンジを最適レンジに変更して測定結果を出力する。従って、電流レンジがコンプライアンスに制限されることがなく、線１５０５に示すように、ＳＭＵの出力電圧は期待しない変動を生じない。
【００２４】
しかしながら、図１４のステップ１４０８における判断では、電流レンジが最適レンジでない場合が多いため、ステップ１４１０においてレンジ変更を行う確率が増加することになる。また、電流レンジの初期値が真コンプライアンスに適したレンジとなるために、最適レンジになるまでに実行されるレンジ変更の回数が増加することになる。この結果、測定時間が遅くなる。例えば、図１５の点１５２２の●と、点１５２４の●と、点１５２５の●と、点１５２６の●と、点１５２７の●との各スポット測定においてレンジ変更が実行されている。従って、その分の測定時間を必要とすることになる。さらに、この図１５には表現されていないが、仮測定の回数が増加すると、真コンプライアンスから最適レンジへのレンジ変更にも時間を要する。
【００２５】
【特許文献１】
特開昭５８−１４８５０７号公報（第３−４頁、第７図）
【特許文献２】
特開平８−２６２０６９号公報（第６−７頁、第１図及び第２図）
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術を鑑みて、電圧および電流の設定変更時に期待されない出力を抑制して、電流オートレンジ測定での電圧電流特性を高精度に迅速に行うことができる方法が求められている。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電流オートレンジ測定により電圧電流特性の測定を高精度に迅速に行うことができる方法を提供する。
具体的には、本発明は、電流測定器と電流制限すなわちコンプライアンス機能を備えた電圧源とにより電流検出用の抵抗を共用し、該抵抗を介して該電圧源からの出力される電流の値を前記電流測定器により測定し、測定された電流の値に基づいて前記電流測定器の電流レンジと該コンプライアンスとを自動的に変更する方法であって、前記電流レンジと前記コンプライアンスとをユーザの指定した値に設定するステップと、前記電圧源から出力される電流に対するコンプライアンスを所定の値に設定するステップと、前記電圧源から出力された電流の値を前記電流測定器により測定するステップと、測定された該電流の値と前記電流レンジとを比較して、前記電流レンジが最適であるか判断するステップと、前記電流レンジが最適でないと判断した場合には、前記電流レンジを変更し、それに応じて前記コンプライアンスを前記ユーザの指定した値以下で、該変更された電流レンジにおける上限値に変更し、前記電圧源から出力された電流の値を再び測定するステップと、前記電流レンジが最適であると判断した場合には、測定された前記電流の値の結果を前記電流測定器が出力した後に、前記電流レンジをアップし、それに応じて前記コンプライアンスも変更するステップとを含んでなる方法を提供する。ここで、前記電流レンジが最適であると判断した場合には、前記ユーザの指定した値か、または該アップされた電流レンジにおける上限値のいずれか低い方に前記コンプライアンスを変更することを特徴とする態様や、前記電流レンジが最適でないと判断した場合には、前記の再び測定するステップに続いて、前記電流レンジをアップし、それに応じて前記コンプライアンスも変更するステップを含む態様や、前記電圧源の最小の出力電流値に対して、前記電流レンジの下限が予め設定されている態様や、前記電流レンジが最適であるか判断するステップが、前記電圧源から出力された電流の測定値と前記電流レンジとの比率を計算するステップと、前記比率と所定の比率とを比較して、前記電流レンジの変更の必要性の有無を判断するステップとを含む態様や、前記比率と所定の比率とを比較して、前記電流レンジの変更の必要性の有無を判断するステップが、前記電圧源から出力された電流の測定値と、現在の電流レンジよりも小さい電流レンジとの比率を計算して、所定の比率と比較することを含む態様や、前記電流レンジの変更の必要性の有無を判断するステップは、維持または変更された前記電流レンジの上限値をコンプライアンスとして設定することを含む態様であることが好ましい。
【００２８】
ここで、コンプライアンスや電流レンジの所定の値または変更幅は、ユーザまたは測定器により定められた所定の値を用いることができる。また、ＳＭＵの出力電圧の変動に伴う電流レンジの変更は、電流レンジの上昇（レンジアップ）と下降（レンジダウン）とを含みうる。さらに、電流レンジを変更するタイミングは、測定結果の出力した直後の場合、またはＳＭＵ出力の設定と同時の場合を含みうる。また、電流レンジの変更の必要性の有無の判断は、この電流レンジを用いて測定された電流の値が電流レンジに関連する分解能を考慮した上で十分な精度で測定できている場合（以下、「電流レンジが最適レンジである場合」とよぶ）であるかどうかに基づいて行うことが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１および図４を参照して、本発明の第１の実施態様について以下に説明する。図１は、本発明の第１の実施態様において、図８のステップ８０４に適用されるスポット測定のフローチャートを示し、図４は、本発明の第１の実施態様におけるＳＭＵの動作を示すグラフを示している。なお、測定回路は図４右下に示すように、図１１と同様である。まず、図１のフローチャートを説明する。まず、ステップ１００においてスポット測定を開始する。そして、ステップ１０４では、ＤＵＴへの出力電圧を変更するために、ＳＭＵの出力電圧を変更する。次に、ステップ１０６では、この変更されたＳＭＵの出力電圧に対する電流値の仮測定を行う。ステップ１０８では、この測定値からこの電流値の測定に用いられる電流レンジが最適なものであるかを判断する。電流レンジが最適である場合には、ステップ１１０に進み、測定結果を出力する。そして、ステップ１１２では、さらなるＳＭＵ出力電圧の上昇に備えるために、所定の変更幅で電流レンジを上げ（レンジアップ）、レンジアップした電流レンジの上限値か真コンプライアンスのどちらか低い方をコンプライアンスに設定する。これにより、従来技術と比較して、電流レンジの変更に要する時間が短縮される。このようにしてレンジアップした電流レンジをコンプライアンスとすることにより、ＳＭＵからＤＵＴに出力される電圧がコンプライアンスにより変動する可能性を低減することができる。
また、ステップ１０８において電流レンジが最適でない場合、つまり電流レンジが測定された電流の値と比較してあまりに大きいために十分な精度で測定できていない場合には、ステップ１１６に進み、電流レンジ及びコンプライアンスを所定の変更幅で変更しコンプライアンスを電流レンジの上限値に変更して、ステップ１０６へと戻る。この場合においても、ステップ１１０において測定結果を出力した後に次のＳＭＵ１の出力電圧の上昇に備えるため、ステップ１１２において所定の変更幅で電流レンジをレンジアップし、コンプライアンスを変更された電流レンジの上限値か真コンプライアンスのどちらか低い方に設定する。ここでステップ１１６中では、従来の図１０あるいは図１２で示されるアルゴリズムが使われる。
【００３０】
次に、図１のフローチャートに従ったＳＭＵ動作を、図４を参照して説明する。図４の点４０１の▲の電流レンジにおいて電流を測定した後に、点４０２の▲に示すように電流レンジを上げる。このとき、電流レンジをどのレンジまで上げるかについては、測定器により決められた所定の値、またはユーザが定めた所定の値を用いることができる。このようなレンジ変更を行うことによって、点４０４の●に示すＳＭＵ出力電圧の上昇後の電流値が、点４０３の□に示されるような直前の測定での電流レンジよりも大きい場合であっても、電流値がコンプライアンスに制限されない。このため、ＳＭＵが期待しない電圧を出力する可能性を低減することができる。さらに、全ての測定点を最適レンジで測定することができるため、分解能４０６を確保することもできる。これにより、毎回の測定結果が最適レンジを用いて測定されたものであるので、高分解能で電流値を測定することができ、ＳＭＵの出力電圧に変動が生じる可能性を低減することができる。また、従来に比べて電流レンジがレンジアップされている時間が長いため、ノイズ等により電流値がコンプライアンスに制限される可能性も低減される。さらに、図１５の従来技術の矢印１５１６と比較して、レンジアップ後の電流レンジが開始直後のレンジよりも小さいため、例えば、点４０９の●の測定に示すように電流レンジの変更幅が１．００Ｅ−０２Ａ（１０ｍＡ）から１．００Ｅ−０４Ａ（１００μＡ）までで済んでいる。図１５の従来技術の矢印１５１６では、１．００Ａから１．００Ｅ−０４Ａにまで大きく変更する必要がある。従って、電流レンジの変更に要する時間が短縮される。
【００３１】
しかし、レンジアップ後のレンジの値４０２の▲をも超えるような電流値となった場合には、上記の第１の実施態様においても、ＳＭＵの出力電圧が変動する可能性が完全には防止できない場合がありうる。また、各々のスポット測定において、最適レンジへと変更される確率が高いので測定時間が長くなる場合がありうる。そのため、上記の第１の実施態様と比較して、最適レンジへのレンジ変更を行う確率を少なくし、測定時間を短縮することができる第２の実施態様を以下に説明する。ここで、第１の実施態様では、測定結果を出力した後にレンジアップを毎回行うのに対して、第２の実施態様では、測定値の電流レンジに対する割合を判定して、ある一定の割合以上の場合にのみレンジアップを行う点が異なる。
【００３２】
本発明の第２の実施態様において、図８のステップ８０４に適用できるスポット測定のフローチャートを図２に示す。ステップ２００〜ステップ２１０は、第１の実施態様のステップ１００〜ステップ１０８およびステップ１１６と同じである。そして、ステップ２１２において測定結果を出力した後に、ステップ２１４において、電流レンジに対する測定値の割合が所定値（図２においてレート１として示す）より大きい場合には、ステップ２１６において次の仮測定を行う前にレンジアップを行い、それに応じてコンプライアンスを変更する。すなわち、変更された電流レンジの上限値か真コンプライアンスのどちらか低い方にコンプライアンスを設定する。ここで、上記の所定値（レート１）は、測定器またはユーザにより規定することができる。これにより、測定に応じた好ましい初期値を予め設定できるので測定時間を短縮することができる。また、ステップ２１４において、電流レンジに対する測定値の割合が上記の所定値（レート１）に満たない場合には、電流レンジは測定値に対して最適なレンジであるため、スポット測定を終了する。
【００３３】
上記の第２の実施態様のＳＭＵ動作について図５のグラフを用いて説明する。図５の点５０５の▲で測定を開始した後に、測定値５０１の●のレンジに対する割合が所定値５０３の△（レート１）よりも大きいので、矢印５０６において電流レンジが１段階分だけ上げられる。これにより、次の測定値５０９の●がコンプライアンスに制限されて、ＳＭＵが点５１４の◇が期待値と異なる電圧を出力する可能性を低減することができる。さらに、全ての測定ポイントにおいて最適レンジにより測定することができるために、常に適切な分解能５０４の○を確保することができる。
【００３４】
ここで、測定値５０９の●の最適レンジ５０８の▲に対する割合は大きいが、電流の変化分が小さいために次の測定も前の電流レンジ１．００Ｅ−０４Ａと同じレンジ５１１の▲により測定できる場合には、矢印５０７において一度上げたレンジ１．００Ｅ−０３Ａを矢印５２２において下げることもありうる。このように電流の変化分が小さい場合には、矢印５０６および矢印５０７において測定後にレンジ変更を行う回数だけでなく、矢印５２２および矢印５１３において最適レンジへと変更する回数も増加するため、レンジ変更の回数が増加して測定時間が長くなる場合がある。このような場合には、上記の第２の実施態様よりも測定時間をさらに短縮して、電流増加分が少ない場合には、例えば、矢印５２２でのレンジ変更の回数が増加する確率を低減することができる第３の実施態様とすることが好ましい。図３を参照して、第３の実施態様について以下に説明する。
【００３５】
この第３の実施態様に従う電流レンジ変更のフローチャートを図３に示す。ここで、図３のステップ３００は、図２のステップ２１０における電流レンジの変更に対する発明を説明するものである。このステップ３０２において、電流レンジが大きいと判定して電流レンジを下げる場合には、その一つ下の電流レンジに対する測定値の割合についても併せて判定するステップ３０４がさらに追加されている。ステップ３０４では、測定値の一つ下の電流レンジに対する測定値の割合を判定する。そして、所定の割合（図においてレート２として示す）以上の場合には、電流レンジの変更とコンプライアンスの変更とを行わずに、経路３０８を介してステップ３１４へと進む。そのため、レンジ変更の頻度が少なくなり測定時間を短縮することができる。ここで、上記の所定値レート２は、測定器またはユーザにより規定することができる。また、上記のステップ３０４において、一定の割合（レート２）に満たない場合には、ステップ３０６において電流レンジを下げ、コンプライアンスを電流レンジの上限値に変更して、ステップ３１４において電流レンジ変更を終了する。
【００３６】
上記の第３の実施態様のＳＭＵ動作を図６のグラフに示す。点６０３の●の測定において、電流値に対する最適レンジは６０６の▲であるが、測定値６０３の●が上記の一定の割合（レート２）６０５の×よりも大きいため、点６０２の▲においてレンジ変更は行われずにステップ２０６の仮測定時の測定値をそのまま出力する。従って、電圧変動につながる可能性のある電流測定レンジ変更を防ぐとともに、上記の第２の実施態様のステップ２１６において上げられた電流レンジを、ステップ３０６において下げる確率が減少するために、上記の第２の実施態様と比較してより高速に測定することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、上記に説明した本発明の方法によれば、期待しない電圧がかかりにくい電流オートレンジ設定を高精度で迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様を示す電流レンジ変更のフローチャートである。
【図２】本発明の第２の実施態様を示す電流レンジ変更のフローチャートである。
【図３】本発明の第３の実施態様を示す電流レンジ変更のフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施態様のＳＭＵ動作を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施態様のＳＭＵ動作を示すグラフである。
【図６】本発明の第３の実施態様のＳＭＵ動作を示すグラフである。
【図７】従来のＳＭＵを示すブロック図である。
【図８】従来の測定方法を示すフローチャートである。
【図９】従来のスポット測定方法を示すフローチャートである。
【図１０】従来のオートレンジによる電流レンジ変更のフローチャートである。
【図１１】従来のオートレンジによる電流レンジ変更のグラフである。
【図１２】別の従来のオートレンジによる電流レンジ変更のフローチャートである。
【図１３】別の従来のオートレンジによる電流レンジ変更のグラフである。
【図１４】さらに別の従来のオートレンジによる電流レンジ変更のフローチャートである。
【図１５】さらに別の従来のオートレンジによる電流レンジ変更のグラフである。
【符号の説明】
７０１  電圧デジタルアナログ変換器
７０２  電流デジタルアナログ変換器
７０３  電圧アンプ
７０４、７０６  電流アンプ
７０５  インバータ
７０８  増幅器
７０９  レンジ抵抗
７１０  電流モニタアップ
７１１  アナログデジタル変換器
７１２  電圧フォロア
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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