(57)【要約】【課題】測定電圧が変動しても、同一の確度で測定することができる電圧測定回路および電圧測定方法を提供する。【解決手段】RESET信号（h）よりリセット信号を印加し、PLL（f）とカウンタ（g）およびレジスタ群（c）の初期化を行うステップと、測定電圧V[V]をNbitA/D変換器(b)により変換し、レジスタ群（c）に変換結果を取り込むステップと、レジスタ群(c)の出力をD/A変換器（d）により電圧変換し、本出力を基準電圧とした差動アンプ(e)を用い、測定電圧V[V]より今回の測定電圧分の電圧を削除し、２N倍した出力電圧V1[V]を出力する主轍鮒と、V1[V]の出力を再度A/D変換器(b)で変換し、レジスタ群(c)に出力するステップとを具備し、これを差動アンプの数だけ繰り返すことにより、測定確度を変化させることなく、大電圧・小電圧を測定することができる。【選択図】  図１
2005328158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定電圧をA/D変換してレジスタに出力する電圧測定回路であって、
前記測定電圧および基準電圧が供給される第１の差動アンプと、
前記第１の差動アンプの出力および前記基準電圧が供給される第２の差動アンプと、
前記測定電圧、前記第１の差動アンプの出力および前記第２の差動アンプの出力のいずれかを選択するセレクタと、
前記セレクタから供給される信号をA/D変換して前記レジスタに出力するA/D変換器と、
前記レジスタに保管された値をD/A変換し、前記第１および第２の差動アンプに前記基準電圧として供給するD/A変換器とを具備したことを特徴とする電圧測定回路。
【請求項２】
請求項１記載の電圧測定回路であって、
前記A/D変換器および前記D/A変換器がNビットの場合に、前記差動アンプの増幅率を２Ｎとすることを特徴とする電圧測定回路。
【請求項３】
請求項１記載の電圧測定回路であって、
前記レジスタは、前記差動アンプがｎ段の場合に、前記ｎ段の差動アンプの出力に対応するｎ個のディジタル電圧を保管するｎ個の保管領域を具備したことを特徴とする電圧測定回路。
【請求項４】
請求項１記載の電圧測定回路であって、
前記セレクタ、前記A/D変換器、前記D/A変換器および前記レジスタに同期信号を供給するPLLおよびカウンタを具備したことを特徴とする電圧測定回路。
【請求項５】
測定電圧をA/D変換してレジスタに出力する電圧測定方法であって、
前記測定電圧をA/D変換した第1のディジタル電圧を、前記レジスタに保管するステップと、
前記レジスタの出力をD/A変換した第1のアナログ電圧を基準電圧として差動アンプに供給して、前記測定電圧より前記第1のアナログ電圧を削除し、前記差動アンプで増幅して第2のアナログ電圧を出力するステップと、
前記第2のアナログ電圧をA/D変換した第２のディジタル電圧を、前記レジスタに出力するステップとを有することを特徴とする電圧測定方法。
【請求項６】
請求項５記載の電圧測定方法であって、
測定に先立ち前記レジスタの初期化を行うステップを含むことを特徴とする電圧測定方法。
【請求項７】
請求項６記載の電圧測定方法であって、
前記A/D変換および前記D/A変換がNビットの場合に、前記差動アンプの増幅率を２Ｎとすることを特徴とする電圧測定方法。
【請求項８】
請求項６記載の電圧測定方法であって、
前記レジスタは、前記差動アンプがｎ段の場合に、前記ｎ段の差動アンプの出力に対応するｎ個のディジタル電圧を保管するｎ個の保管領域を具備したことを特徴とする電圧測定方法。
【請求項９】
請求項６記載の電圧測定方法であって、
前記レジスタは、前記A/D変換および前記D/A変換に同期して、前記ディジタル電圧を保管することを特徴とする電圧測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧測定回路および電圧測定方法に関し、特に、半導体検査に用いる高精度電圧測定回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電圧測定回路は、測定電圧に合わせて基準電圧値を基準電圧抵抗により切り替えることによって、基準電圧値を測定電圧にあわせて、電圧比較もしくは電圧測定を実施していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００―１６５２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の電圧測定回路にあっては、大きな電圧を測定する場合と小さな電圧を測定する場合とで、測定電圧の絶対確度が異なるため、被測定電圧の測定範囲が大きくなると、微小な電圧は測定確度以下となり、測定することができなかった。
【０００４】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであって、測定電圧が変動しても、同一の確度で測定することができる電圧測定回路および電圧測定方法を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電圧測定回路は、測定電圧をA/D変換してレジスタに出力する電圧測定回路であって、前記測定電圧および基準電圧が供給される第１の差動アンプと、前記第１の差動アンプの出力および前記基準電圧が供給される第２の差動アンプと、前記測定電圧、前記第１の差動アンプの出力および前記第２の差動アンプの出力のいずれかを選択するセレクタと、前記セレクタから供給される信号をA/D変換して前記レジスタに出力するA/D変換器と、前記レジスタに保管された値をD/A変換し、前記第１および第２の差動アンプに前記基準電圧として供給するD/A変換器とを具備したことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の電圧測定回路は、前記A/D変換器および前記D/A変換器がNビットの場合に、前記差動アンプの増幅率を２Ｎとすることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の電圧測定回路において、前記レジスタは、前記差動アンプがｎ段の場合に、前記ｎ段の差動アンプの出力に対応するｎ個のディジタル電圧を保管するｎ個の保管領域を具備したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の電圧測定回路は、前記セレクタ、前記A/D変換器、前記D/A変換器および前記レジスタに同期信号を供給するPLLおよびカウンタを具備したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の電圧測定方法は、測定電圧をA/D変換してレジスタに出力する電圧測定方法であって、前記測定電圧をA/D変換した第1のディジタル電圧を、前記レジスタに保管するステップと、前記レジスタの出力をD/A変換した第1のアナログ電圧を基準電圧として差動アンプに供給して、前記測定電圧より前記第1のアナログ電圧を削除し、前記差動アンプで増幅して第2のアナログ電圧を出力するステップと、前記第2のアナログ電圧をA/D変換した第２のディジタル電圧を、前記レジスタに出力するステップとを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の電圧測定方法は、測定に先立ち、前記レジスタの初期化を行うステップを含むことを特徴とする。
また、本発明の電圧測定方法は、前記A/D変換および前記D/A変換がNビットの場合に、前記差動アンプの増幅率を２Ｎとすることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の電圧測定方法において、前記レジスタは、前記差動アンプがｎ段の場合に、前記ｎ段の差動アンプの出力に対応するｎ個のディジタル電圧を保管するｎ個の保管領域を具備したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の電圧測定方法において、前記レジスタは、前記A/D変換および前記D/A変換に同期して、前記ディジタル電圧を保管することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明にかかる電圧測定回路および電圧測定方法によれば、差動アンプｎ個、A/D変換器の精度がNビット、測定最大電圧ｖ[V]の場合、測定確度はｖ/2(N+n+1)[V]となり、測定電圧が変動しても、同一の確度で測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態を説明するための電圧測定回路100の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の電圧測定回路100は、測定電圧(a)Vおよび後述するD/A変換器(d)19から出力される基準電圧が供給される差動アンプ(e)11（増幅率A＝２N）と、差動アンプ(e)11の出力V1および基準電圧が供給される差動アンプ(e)12と、差動アンプ(e)12の出力V2および基準電圧が供給される差動アンプ(e)13と、測定電圧(a)V、差動アンプ(e)11の出力V1、差動アンプ(e)12の出力V2および差動アンプ(e)13の出力Vnのいずれかを選択するセレクタ20と、セレクタ20から出力される信号をディジタル信号に変換するNbitA/D変換器(b)14と、NbitA/D変換器(b)14の出力を保管するレジスタ群(c)15と、レジスタ群(c)15に保管された値をアナログ信号に変換し、差動アンプ(e)11,12,13に基準電圧として出力するD/A変換器(d)19と、RESET信号（h）に応答して、セレクタ20、NbitA/D変換器(b)14、D/A変換器(d)19およびレジスタ群(c)15に供給する同期信号を生成するPLL(f)16、カウンタ(g)17およびバッファ18とを具備している。
【００１５】
なお、上記の実施形態では、差動アンプ(e)が3個の場合を示しているが、測定確度を向上させるために、３個以上ｎ個の差動アンプ(e)を用いることが好ましい。
【００１６】
図２は、本実施形態の電圧測定方法を説明するためのフローチャートである。図２に示すように、本実施形態の電圧測定方法においては、まず、外部から供給されるRESET信号（h）により、PLL（f）16、カウンタ（g）17およびレジスタ群（c）15の初期化を行う（ステップS1）。
【００１７】
次に、測定電圧V[V]をNbitA/D変換器(b)14により変換し、レジスタ群（c）15に変換結果を取り込む（ステップS2）。
【００１８】
次に、レジスタ群(c)15の出力をD/A変換器（d）19により電圧変換し、本出力を基準電圧とした差動アンプ(e)11を用い、測定電圧V[V]より今回の測定電圧分の電圧を削除し、２N（＝差動アンプ(e)の増幅率A）倍した出力電圧V1[V]を出力する（ステップS3）。
【００１９】
次に、V1[V]の出力を再度A/D変換器(b)14で変換し、レジスタ群(c)15に出力する（ステップS4）。これを差動アンプ(e)の数（ｎ個）だけ繰り返す（ステップS5）。
【００２０】
次に、本実施形態の電圧測定方法について、図１および図２を参照して具体的に説明する。本実施形態では、精度がNビット、測定最大電圧ｖ[V]のA/D変換器(b)14を用いる場合について説明する。このとき、差動アンプ(e)11,12,13の増幅率Aは2Nで設計し、被測定電圧はV[V]とする。
【００２１】
また、測定電圧のフィードバックを行うD/A変換回路(d)19は、NビットD/A変換器であり、フルレンジがｖ[V]となるように設計する。
【００２２】
この場合、最初のA/D変換回路(b)14の測定結果の精度はv/2N[V]となる。これは、A/D変換回路(b)14がNビットの場合、１ビットに対応する電圧は、A/D変換回路(b)14の測定最大電圧ｖ［V］の１/２Ｎとなるためである（これは、A/D変換回路(b)14の１LSB分に相当する）。
【００２３】
差動アンプ(e) 11,12,13の増幅率Ａは、このA/D変換回路(b)14の１LSB分の電圧を被測定電圧V[V]にするために設定されており、A/D変換回路(b)14の精度からA/D変換回路(b)14の分解能分を増幅する。
【００２４】
このときのA/D変換結果D0はレジスタ１に保管される。レジスタ１の値D0はD/A変換器群(d)19によりアナログ電圧に再変換され差動アンプ(e) 11に印加される。
【００２５】
次に、差動アンプ(e)11を用いて出力される電圧V1は、V1=（V-（v×D0）/2N）×2Nとなる。このとき、V-（v×D0）/2Nは、v/2N[V]未満であり、V1は最初のA/D変換結果D0の未変換部分であるv/2N[V]未満の電圧を2N倍することと同等となる。
【００２６】
次に、V1の出力をA/D変換することにより、変換結果をD1得る。このときの測定確度はv/2N×1/2N＝v/22Nとなる。
【００２７】
同様に差動アンプ(e)12において、D/A変換した結果をV1の出力結果から削除、増幅することにより、（V1-（v×D1）/2N）×2Nである出力V2が求められる。このときの測定確度はv/22N×1/2N＝v/23Nとなる。
【００２８】
以上の動作をPLL(f)16およびカウンタ(g)17の動作に同期して、差動アンプ11,12,13の数、n回分繰り返すことによって、測定電圧確度はv/2(N+n+1)の確度を得ることができる。
【００２９】
このようにして得られたレジスタ群（c）15の値をそれぞれ測定時の確度にあわせて加算することによって、電圧値を得ることができる。
【実施例１】
【００３０】
A/D変換器(b)14の精度が４ビット、測定最大電圧ｖ＝１０[V]、差動アンプ(e)11,12,13の増幅率A＝2４、被測定電圧Ｖ＝１[V]、４ビットD/A変換器(d)19の場合を説明する。
【００３１】
この場合、最初のA/D変換回路(b)14の測定結果の精度はｖ／２Ｎ＝１０／１６[V] （１LSB＝０．６２５[V] ）となる。そして、レジスタ１には、Ｄ０＝１[V]に対応するディジタル値が保管される。
【００３２】
レジスタ１の値Ｄ０はD/A変換器群(d)19によりアナログ電圧に再変換され差動アンプ(e)11に印加される。すなわち、Ｄ０＝１を変換すると０．６２５Vとなり、アナログ電圧に再変換された電圧Ｖａは、Ｖａ＝０．６２５[V] となる。
【００３３】
次に、差動アンプ(e)11を用いて出力される電圧Ｖ１は、Ｖ１＝(１−(１０×１)／２Ｎ)×２Ｎ＝２Ｎ−１０＝２４−１０＝１６−１０＝６[V]となる。なお、電圧Ｖａの値から算出する場合は、V1=（１[V]−０．６２５[V]）×１６＝６[V]となる。
【００３４】
次に、Ｖ１＝６[V]の出力をA/D変換することにより、変換結果Ｄ１＝９を得る。なお、A/D変換結果は、被測定電圧Ｖ＝１[V]、測定最大電圧ｖ＝１０[V]、Ｎ＝４ビットで計算すると以下のようになる。
【表１】
2005328158.tif 000003
【００３５】
この場合、１回目のA/D変換での測定確度（測定できる電圧の最小精度）は、１０[V]／１６＝０．６２５[V]となる。
【００３６】
また、２回目のA/D変換では、１回目の測定値を削除して、１LSB分（０．６２５[V]）を増幅して変換するため、実際に測定する電圧の測定確度は、０．６２５[V]／１６≒０．０３９０[V]となる。
【００３７】
これを計算式にすると、
１回の測定確度＝ｖ／２Ｎ（１ＬＳＢ分）
２回の測定確度＝１ＬＳＢ分／２Ｎ＝ｖ／２Ｎ／２Ｎ
・
ｎ回の測定確度＝ｖ／２(N+n+1)
となる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明にかかる電圧測定回路は、測定電圧に関係なく固定された測定確度を有し、電圧変動の大きい半導体の電圧測定等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための電圧測定回路100の概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態を説明するための電圧測定方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【００４０】
１，２、ｎ  レジスタ
１１，１２，１３  差動アンプ(e)
１４  A/D変換器(b)
１５  レジスタ群(c)
１６  PLL(f)
１７  カウンタ(g)
１８  バッファ
１９  D/A変換器(d)
【図１】
2005328158.tif 000004
【図２】
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