(57)【要約】【課題】定電圧を供給するデバイスの負荷変動による供給電圧の電圧変動レベルを抑制するとともにリカバリ応答を高速化することである。【解決手段】ＤＵＴ２００に供給する所望の定電圧に対応する電圧を設定して出力する電圧設定部１０と、電圧設定部１０により設定された電圧及びＤＵＴ２００に出力された電圧に応じて、ＤＵＴ２００に出力される電圧を前記定電圧にするための電圧を所定の応答速度で出力する制御部３０と、を備え、前記定電圧にするための電圧に応じてＤＵＴ２００に定電圧を供給する電圧供給装置１００であって、ＤＵＴ２００に出力された電圧の変動に同期して、立ち上がり又は立ち下がりが急峻で且つＤＵＴ２００に出力された電圧の変動を相殺するパルスを発生して出力するとともに制御部３０よりも応答速度が早いパルス出力部６０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスに供給する所望の定電圧に対応する電圧を設定して出力する電圧設定部と、
前記電圧設定部により設定された電圧及び前記デバイスに出力された電圧に応じて、前記デバイスに出力される電圧を前記定電圧にするための電圧を所定の応答速度で出力する制御部と、を備え、前記定電圧にするための電圧に応じて前記デバイスに定電圧を供給する電圧供給装置であって、
前記デバイスに出力された電圧の変動に同期して、立ち上がり又は立ち下がりが急峻で且つ前記デバイスに出力された電圧の変動を相殺するパルスを発生して出力するとともに前記制御部よりも応答速度が早いパルス出力部を備える電圧供給装置。
【請求項２】
前記制御部から出力された前記定電圧にするための電圧と、前記パルス出力部から出力されたパルスとを増幅して前記デバイスに出力し大電流の駆動が可能な電圧出力部を備える請求項１に記載の電圧供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＤＵＴ（Device Under Test：被測定デバイス）に定電圧を供給（印加）する電圧供給装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電圧供給装置によりＤＵＴに供給電圧を印加し、その供給電圧をセンシングして一定に維持する。
【０００３】
図３を参照して、従来の電圧供給装置１００Ａを説明する。図３に、電圧供給装置１００Ａの構成を示す。
【０００４】
電圧供給装置１００Ａは、ＤＵＴ２００に一定の電源電圧を供給する。電圧供給装置１００Ａにおいて、電圧設定部１０により所望の定電圧に対応する電圧が設定及び出力され、ボルテージフォロア回路としてのオペアンプ１１、抵抗１２、ノードＮを介して制御部３０に入力される。制御部３０は、オペアンプ３１と、抵抗３２と、コンデンサ３３とを備え、積分回路が構成されている。
【０００５】
制御部３０から出力された電圧は、電圧出力部４０に入力される。電圧出力部４０は、パワーアンプ４１と、抵抗４２，４３とを備え、非反転増幅回路が構成されている。電圧出力部４０から出力された電圧は、スイッチ１３、経路抵抗部１４、ノードＸを介してＤＵＴ２００に印加される。ノードＸと接地部Ｇとの間に、コンデンサ１５が設けられる。コンデンサ１５は、パスコン（バイパスコンデンサ）として機能する。
【０００６】
ノードＸは、スイッチ１６、ボルテージフォロア回路としてのオペアンプ１７、抵抗１８を介して、ノードＮに接続される。また、電圧供給装置１００Ａは、ノードＸの電圧が所望の定電圧である場合に、ノードＮの電圧が０［Ｖ］になるよう調整されている。
【０００７】
また、電圧供給装置１００Ａは、保護回路部５０を備える。保護回路部５０は、ダイオード５１，５２と、ダイオード５３，５４と、抵抗５５と、コンデンサ５６とを備え、各素子が、電圧出力部４０の出力の経路とフィードバック経路とに並列に接続される。
【０００８】
図４を参照して、ＤＵＴ２００の負荷変動が発生した場合の電圧供給装置１００Ａの電流及び電圧を説明する。図４に、ＤＵＴ２００の負荷変動が発生した場合の負荷電流Ｉ＿load、電圧Ｖ１、Ｖ２を示す。経路抵抗部１４に流れる電流を負荷電流Ｉ＿loadとする。また、ノードＸの電圧を電圧Ｖ１とする。また、電圧出力部４０の出力電圧を電圧Ｖ２とする。
【０００９】
図４に示すように、先ず、電圧供給装置１００Ａが、ＤＵＴ２００（ノードＸ）に所望の定電圧が供給されている状態にあるものとする。そして、時刻ｔ１でＤＵＴ２００の負荷変動が発生し、例えば、１［Ａ］から５［Ａ］へ負荷電流Ｉ＿loadのダイナミックな変化が生じた場合を考える。時刻ｔ１で電圧Ｖ１が電圧変動レベルΔＶ分ドロップし、そのドロップ分に応答して制御部３０の応答速度により電圧Ｖ２が増加していき、リカバリタイムτ後に電圧Ｖ１がリカバリされる。
【特許文献１】特開平９−２３６６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、半導体デバイスにおける電源電圧は、低電圧化（例えば１Ｖ未満）、大電流化（アンペアオーダー）の傾向にある。また、定電圧を印加する電圧供給装置において、デバイスの負荷変動時の応答に対して電圧変動レベルを小さく、リカバリを速くして定電圧を供給する要請がある。
【００１１】
しかし、従来の電圧供給装置１００Ａでは、半導体デバイスとしてのＤＵＴの低電圧化、大電流化に伴い、従来の電圧供給装置１００Ａでは、ＤＵＴ２００の負荷変動時の電圧変動レベルΔＶが電源電圧（定電圧）に対して無視できないレベルとなっていた。
【００１２】
本発明の課題は、定電圧を供給するデバイスの負荷変動による供給電圧の電圧変動レベルを抑制するとともにリカバリ応答を高速化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
デバイスに供給する所望の定電圧に対応する電圧を設定して出力する電圧設定部と、
前記電圧設定部により設定された電圧及び前記デバイスに出力された電圧に応じて、前記デバイスに出力される電圧を前記定電圧にするための電圧を所定の応答速度で出力する制御部と、を備え、前記定電圧にするための電圧に応じて前記デバイスに定電圧を供給する電圧供給装置であって、
前記デバイスに出力された電圧の変動に同期して、立ち上がり又は立ち下がりが急峻で且つ前記デバイスに出力された電圧の変動を相殺するパルスを発生して出力するとともに前記制御部よりも応答速度が早いパルス出力部を備える。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電圧供給装置において、
前記制御部から出力された前記定電圧にするための電圧と、前記パルス出力部から出力されたパルスとを増幅して前記デバイスに出力し大電流の駆動が可能な電圧出力部を備える。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、定電圧を供給するデバイスの負荷変動による供給電圧の電圧変動変動レベルを抑制できるとともにリカバリ応答を高速化できる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、大電流をドライブするパワーデバイスに対しても負荷変動に対するリカバリ応答を高速にでき、デバイス自体の安定動作を保証できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。但し、発明の範囲は図示例に限定されない。
【００１８】
図１を参照して、本発明に係る実施の形態の電圧供給装置１００の装置構成を説明する。図１に、本実施の形態の電圧供給装置１００の構成を示す。
【００１９】
電圧供給装置１００は、半導体試験装置において、低電源電圧デバイス及びパワーデバイスとしてのＤＵＴ２００に所望の定電圧を供給する回路である。電圧供給装置１００は、電圧設定部１０と、オペアンプ１１と、抵抗１２と、制御部３０と、パルス出力部６０と、電圧出力部４０と、スイッチ１３と、経路抵抗部１４と、コンデンサ１５と、スイッチ１６と、保護回路部５０と、オペアンプ１７と、抵抗１８と、を備えて構成される。
【００２０】
電圧設定部１０は、ＤＵＴ２００に供給（印加）する所望の定電圧に対応する設定電圧を出力する。例えば、電圧供給装置１００の設計において、電圧設定部１０の設定電圧を、定電圧と同じとしてもよく、定電圧と異なるものとしてもよい。オペアンプ１１は、電圧設定部１０の出力端子が＋入力端子に接続され、出力端子が抵抗１２を介して制御部３０の入力端子に接続される。また、オペアンプ１１は、出力端子が−入力端子に接続されてボルテージフォロア回路が構成されている。つまり、オペアンプ１１は、その入力インピーダンスが高くて出力インピーダンスが低く、電圧設定部１０の出力電圧に等しい電圧を出力端子から出力する。電圧設定部１０は、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）等により構成される。
【００２１】
ノードＮは、抵抗１２及び抵抗１８に接続される。制御部３０は、オペアンプ３１と、抵抗３２と、コンデンサ３３とを備えて構成される。オペアンプ３１は、＋入力端子が接地部Ｇに接続され、−入力端子が抵抗３２を介してノードＮに接続され、−入力端子がコンデンサ３３を介して出力端子に接続される。制御部３０は、ノードＮの電圧を入力電圧として、その入力電圧の反転した積分値の電圧を生成して出力する。制御部３０から出力される電圧は、ノードＸの電圧を、電圧設定部１０の設定電圧に対応する所望の定電圧にするための電圧となる。このように、制御部３０は、積分器として構成されるので、入力電圧に対して、抵抗３２の抵抗値とコンデンサ３３の容量とにより決まる時定数で応答する。
【００２２】
オペアンプ３１の出力端子は、パルス出力部６０を介して電圧出力部４０の入力端子に接続される。パルス出力部６０は、詳細に後述する。電圧出力部４０は、パワーアンプ４１と、抵抗４２，４３と、を備えて構成される。パワーアンプ４１は、＋入力端子がパルス出力部６０の出力端子に接続され、−入力端子が抵抗４２を介して出力端子に接続され、−入力端子が抵抗４３を介して接地部Ｇに接続される。このように、電圧出力部４０は、非反転増幅回路として構成され、入力電圧を増幅して出力する。
【００２３】
電圧出力部４０の出力端子は、スイッチ１３、経路抵抗部１４を介してＤＵＴ２００の入力端に接続される。スイッチ１３は、ＤＵＴ２００に電圧供給する場合にオンされるスイッチである。経路抵抗部１４は、経路抵抗として、ケーブル、基板のパターンを含む。経路抵抗部１４とＤＵＴ２００との間の経路上に、ノードＸが設けられる。ノードＸがパスコンとしてのコンデンサ１５を介して接地部Ｇに接続される。また、ノードＸは、スイッチ１６を介してオペアンプ１７に接続される。
【００２４】
パワーアンプ４１の出力端子とスイッチ１３との間の経路と、スイッチ１６とオペアンプ１７の＋入力端子との間の経路とに、保護回路部５０が並列に接続されている。保護回路部５０は、ダイオード５１，５２と、ダイオード５３，５４と、抵抗５５と、コンデンサ５６とを備えて構成される。ダイオード５１，５２は、パワーアンプ４１側の経路からオペアンプ１７側の経路へを整流方向として直列に接続される。ダイオード５３，５４は、オペアンプ１７側の経路からパワーアンプ４１側への経路を整流方向として直列に接続される。抵抗５５及びコンデンサ５６は、それぞれ、オペアンプ１７側の経路とパワーアンプ４１側の経路との間に並列に接続される。保護回路部５０により、ノードＸの経路が切れているときに回路が保護される。スイッチ１６は、ＤＵＴ２００に電圧供給する場合にオンされるスイッチである。
【００２５】
オペアンプ１７は、＋入力端子がスイッチ１６の一端に接続され、−入力端子が出力端子に接続され、ボルテージフォロア回路が構成されている。オペアンプ１７の出力端子は、抵抗１８を介してノードＮに接続されている。このように、ノードＸの電圧がセンシングされてノードＮを介して制御部３０にフィードバックされ、フィードバックループが構成されている。
【００２６】
パルス出力部６０は、パルス発生部６１と、オペアンプ６２と、抵抗６３，６４と、を備えて構成される。パルス発生部６１は、ＤＵＴ２００の負荷変動によるノードＸの電圧変動に同期して立ち上がり又は立ち下がりが急峻（エッジの鋭い）で且つノードＸの電圧変動と同じ方向に凸のパルスを出力する。また、パルス発生部６１の応答速度は、制御部３０の応答速度よりも早いものとする。パルス発生部６１は、ＤＡＣ等により構成される。
【００２７】
オペアンプ６２は、＋入力端子がオペアンプ３１の出力端子に接続され、−入力端子が抵抗６３を介してパルス発生部６１の出力端子に接続され、出力端子が抵抗６４を介して−入力端子に接続されるとともにパワーアンプ４１の＋入力端子に接続される。このように、オペアンプ６２、抵抗６３，６４は、制御部３０の出力電圧を基準として、パルス発生部６１の出力電圧の反転増幅回路として構成される。
【００２８】
次に、図２を参照して、電圧供給装置１００の動作を説明する。図２に、電圧供給装置１００の負荷電流Ｉ＿load、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を示す。図４と同様に、負荷電流Ｉ＿load、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は、順に、経路抵抗部１４に流れる電流、ノードＸの電圧、電圧出力部４０の出力電圧、パルス出力部６０の出力電圧である。
【００２９】
電圧供給装置１００において、ノードＮの電圧が０［Ｖ］の場合に、ノードＸの電圧が所望の定電圧になるように、抵抗１２，１８の抵抗値が調整されている。先ず、制御部３０により、電圧設定部１０から出力された設定電圧とノードＸの電圧とに応じて、ノードＸの電圧を所望の定電圧にするための電圧として、ノードＮの電圧の反転した積分値の電圧が出力される。そして、制御部３０の出力電圧が電圧出力部４０により増幅されてＤＵＴ２００へ出力される。
【００３０】
このため、電圧供給装置１００は、ノードＮの電圧が０［Ｖ］になると、制御部３０の出力電圧が一定値となり、ノードＸの電圧が所望の定電圧となっている定常状態になる。例えば、ノードＸに供給する所望の定電圧を０．８［Ｖ］とする。また、定電圧０．８［Ｖ］に対応して、電圧設定部１０の設定電圧を−０．２［Ｖ］とする。また、電圧出力部４０の増幅度を４倍とする。すると、ノードＮの電圧が０［Ｖ］となった定常状態で、制御部３０により０．２［Ｖ］の電圧が出力され、制御部３０により４倍に増幅されて０．８［Ｖ］の電圧がノードＸに出力されている。ただし、この例では、説明を簡単にするため、経路抵抗部１４を含む経路抵抗を考えていない。
【００３１】
そして、図４と同様に、時刻ｔ１でＤＵＴ２００の負荷変動が発生し、負荷電流Ｉ＿loadが１［Ａ］から５［Ａ］へダイナミックな変化が生じた場合を考える。図１に示すように、時刻ｔ１で電圧Ｖ１が電圧変動レベルΔＶ分ドロップする。電圧出力部４０の出力端からノードＸまでの経路抵抗値をＲpathとする。すると、ΔＶ＝Ｉ＿load×Ｒpathとなる。
【００３２】
ノードＸの電圧がドロップしたことがセンシングされてフィードバックループにより、ノードＮに入力される。このとき、制御部３０によりノードＸの電圧を定電圧に戻そうとする電圧が出力されるのであるが、制御部３０の応答速度が時定数に依存する。このため、パルス出力部６０が無ければ、電圧ドロップから時定数分経過後に、制御部３０によりノードＸの電圧を定電圧に戻そうとする電圧が出力されることになる。
【００３３】
しかし、制御部３０の応答速度よりも高速に電圧Ｖ１の電圧変動に応答して、パルス出力部６０から電圧変動レベルΔＶを相殺するパルスが出力される。具体的には、図２の電圧Ｖ３に示すように、電圧Ｖ１が電圧変動レベルΔＶ分ドロップすると、これに同期してパルス発生部６１により負の方向に凸の矩形波のパルスが発生され、オペアンプ６２、抵抗６３，６４により反転増幅されて、正の方向に凸の矩形波のパルスが出力される。
【００３４】
制御部３０よりも高速にパルス出力部６０が応答し、且つパルス出力部６０から出力されるパルスの立ち上がりが急峻であるので、図２の電圧Ｖ１に示すように、図４の電圧Ｖ１に比べて電圧変動レベルΔＶが小さくなり、リカバリタイムτも短くなる。また、パルス出力部６０から出力されるパルスのレベル及びパルス幅は、ＤＵＴ２００の内部抵抗、経路抵抗値Ｒpath、負荷電流値Ｉ＿load等により決定される。また、そのパルス幅は、リカバリタイムτよりも長く且つできるだけ短いほうが好ましい。
【００３５】
上記では、負荷電流値Ｉ＿loadが増加した場合（電圧Ｖ１がドロップした場合）を説明したが、負荷電流値Ｉ＿loadが減少する場合も原理は同様である。電圧Ｖ１が急に大きくなると、その電圧変動の発生に同期してパルス出力部６０からその変動分を相殺するパルスが出力される。
【００３６】
また、実験により、電圧供給装置１００において、従来の電圧供給装置１００Ａに比べて、ＤＵＴ２００の負荷変動による電圧変動レベルΔＶを小さくして約７５％改善でき、リカバリタイムτを短くして約８５％改善できた。
【００３７】
以上、本実施の形態によれば、ＤＵＴ２００に定電圧を供給する電圧供給装置１００において、ＤＵＴ２００に負荷変動が発生しＤＵＴ２００端（ノードＸ）に電圧変動が発生した場合に、制御部３０よりも応答速度が大きなパルス出力部６０により、その電圧変動に同期して、立ち上がり又は立ち下がりが急峻で且つその電圧変動を相殺するパルスが出力されて電圧出力部４０により増幅されてＤＵＴ２００に出力される。このため、ＤＵＴ２００の負荷変動による電圧変動レベルΔＶを大幅に抑制でき、リカバリ応答を高速化できる（リカバリタイムτを短くできる）。また、低電源電圧デバイスとしてのＤＵＴ２００に対し、負荷変動時の変動レベルを最小限に抑え、安定した定電圧を供給でき、ＤＵＴ２００自体の安定動作を保証できる。
【００３８】
また、電圧出力部４０にパワーアンプ４１を用い、ＤＵＴ２００に大電流をドライブさせる。このため、パワーデバイスとしてのＤＵＴ２００に対しても負荷変動に対するリカバリ応答を高速化でき、ＤＵＴ２００自体の安定動作を保証できる。
【００３９】
なお、上記実施の形態における記述は、本発明に係る電圧供給装置の一例であり、これに限定されるものではない。
【００４０】
例えば、予め、経路抵抗値Ｒpath、負荷電流値Ｉ＿load等を把握する機能を設けておき、負荷変動時の制御の最適化を行うことが可能な構成としてもよい。具体的には、経路抵抗値Ｒpath、負荷電流値Ｉ＿load、ＤＵＴ２００の内部抵抗値を予め測定して、その測定値に基づいて負荷変動時の最適な応答（パルス出力部６０から出力されるパルス）のデータを予測してメモリに記憶させておく。負荷変動時には、メモリ内のデータに基づいてパルスを出力させることで、最適な制御がかかり、ＤＵＴに対して、より安定した電圧供給及び高速なリカバリ応答が可能となる。
【００４１】
また、負荷変動に起因するパラメータを予め把握させることで、負荷変動発生から、最適な制御になるまでのディレイタイムの排除を行い、且つパルスではなくデジタル演算（例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）による演算）等で、ＤＵＴ端電圧変動を完全に相殺するように動作する構成としてもよい。この構成により、負荷変動に対する影響を排除できる理想的な電圧供給が可能となる。
【００４２】
また、上記実施の形態では、電圧出力部４０を備え、制御部３０の出力電圧とパルス出力部６０の出力パルスとを増幅する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、電圧出力部４０がなく、制御部３０の出力電圧とパルス出力部６０の出力パルスとをＤＵＴ２００（ノードＸ）に出力する構成としてもよい。
【００４３】
また、上記実施の形態では、ＤＵＴ２００に定電圧を供給する電圧供給装置１００を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態を、電圧供給対象のデバイスに定電圧を供給する電源機器に適用することとしてもよい。
【００４４】
その他、上記実施の形態における電圧供給装置１００の細部構成及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る実施の形態の電源供給装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態の電源供給装置の電流及び電圧のタイミングチャートである。
【図３】従来の電源供給装置の構成を示す図である。
【図４】従来の電源供給装置の電流及び電圧のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１００，１００Ａ  電圧供給装置
１０  電圧設定部
１１  オペアンプ
１２  抵抗
１３  スイッチ
１４  経路抵抗部
１５  コンデンサ
１６  スイッチ
１７  オペアンプ
１８  抵抗
３０  制御部
３１  オペアンプ
３２  抵抗
３３  コンデンサ
４０  電圧出力部
４１  パワーアンプ
４２，４３  抵抗
５０  保護回路部
５１〜５４  ダイオード
５５  抵抗
５６  コンデンサ
６０  パルス出力部
６１  パルス発生部
６２  オペアンプ
６３，６４  抵抗
２００  ＤＵＴ
Ｇ  接地部
【図１】
2009243937.tif 000003
【図２】
2009243937.tif 000004
【図３】
2009243937.tif 000005
【図４】
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