JP2000304815A - 半導体試験装置のデバイス電源供給装置 - Google Patents

半導体試験装置のデバイス電源供給装置

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JP2000304815A
JP2000304815A JP11109994A JP10999499A JP2000304815A JP 2000304815 A JP2000304815 A JP 2000304815A JP 11109994 A JP11109994 A JP 11109994A JP 10999499 A JP10999499 A JP 10999499A JP 2000304815 A JP2000304815 A JP 2000304815A
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Kazuhiko Sudo
一彦 須藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】デバイス電源供給装置が供給する直流電圧に発
生する動的発振現象を抑制可能な半導体試験装置のデバ
イス電源供給装置を提供する。 【解決手段】反転アンプと電流バッファとフォース線と
センス線とセンスアンプと帰還抵抗とにより定電圧帰還
ループを形成し、フォース線とセンス線との両端の差動
信号を受けて所定振幅以上の振動する交流電圧を検出し
たときに、定電圧帰還ループの発振開始として検出する
発振検出回路を具備し、発振検出回路からの発振検出信
号を受けて、定電圧帰還ループの少なくとも2種類のル
ープ条件切換手段を備えて、現在の帰還ループ条件とは
異なる他の帰還ループ条件に切替え制御する帰還ループ
条件変更手段を具備する半導体試験装置のデバイス電源
供給装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体試験装置
に適用され、被試験デバイス(DUT)のICピン(電
源ピン、出力ピン、入力ピン若しくは入出力ピン)へ所
定の定電圧を供給するデバイス電源供給装置に関する。
特に、DUTの試験条件により当該ICピンに流れる動
的な負荷電流に伴う、動的な負荷インピーダンス変化に
伴う動的発振現象を抑制可能な半導体試験装置のデバイ
ス電源供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体試験装置のデバイス電源供給装置
としては、被試験デバイス(DUT)の電源供給用、負
荷回路の電源用、測定用と使途は異なるもののプログラ
マブル電源装置を各々内蔵している。これらは公知のよ
うに、例えばDPS、PPS、UDC、MDC、VSI
M、と称されていて、これをシステム構成に対応する所
定複数チャンネル備えている。
【0003】次に、図4のデバイス電源供給装置の要部
原理構成の一例を示して従来技術を説明する。ここで、
DUTは例えばテストヘッド上に置かれ、半導体試験装
置の本体側にプログラマブルなデバイス電源供給装置5
0が備えられ、この間の数メートル間は2芯シールド線
としたステーション・ケーブルCBで接続されている場
合とする。尚、半導体試験装置は公知であり技術的に良
く知られている為、システム全体の構成説明を省略す
る。
【0004】先ず、従来の構成を説明する。デバイス電
源供給装置の要部原理構成は、DA変換器30と、抵抗
R1、R2と、反転アンプA1と、センスアンプA2
と、ガードアンプA3と、電流バッファB1と、発振検
出回路60と、負荷電流測定部70と、ステーション・
ケーブルCBと、バイパスコンデンサC1とで成る。
【0005】バイパスコンデンサC1は試験対象のデバ
イスによって、異なる容量のパスコンが接続されるが、
例えば0.1μFのセラミックコンデンサと10μFの
電解コンデンサが並列接続されて使用に供される。尚、
容量の大きな電解コンデンサは一般に開閉リレーを介し
て接続される。
【0006】このデバイス電源供給装置は、図5Aに示
すように過渡的な負荷電流の変動があっても、DUT端
子点の電圧は、図5Cに示すように、一定した所定電圧
Vsetとなるように帰還制御した電源電圧V1(図5B
参照)を供給する必要がある。即ち、DUTの品種や負
荷電流(数μアンペアから数アンペア)の変動があって
も、常に追従制御して所定電圧Vsetに維持制御するこ
とが求められる。
【0007】ステーション・ケーブルCBは半導体試験
装置の本体側のデバイス電源供給装置50とテストヘッ
ド上のDUT端子との間を接続する数メートル、例えば
5m以上にも及ぶ電源ケーブルである。これは3線で成
り、電源供給線路CBf(フォース線)と、センシング
用線路CBs(センス線)と、シールド線路CBgと、
回路アース接続線とで成る。電源供給線路CBfや中継
コネクタによる線路抵抗があり、これに伴って負荷電流
量に比例した電圧ドロップ(図5D参照)を生じる。例
えば電源供給線路CBfの線路抵抗が0.1Ωで1アン
ペアの負荷電流が流れると100mVの電圧ドロップを
生じる。この為、電源供給線路CBfは電源電流を供給
する専用の線路とし、センシング用線路CBsはDUT
端子点の電圧のセンシング用とする専用の線路としてい
る。また、シールド線路CBgは電源供給線路CBfと
センシング用線路CBsとの両線路が他のケーブルから
のノイズ干渉を遮蔽(シールド)し、かつシールド線路
CBgと、フォース線及びセンス線との間の分布容量を
等価的に低減している。また、回路アース接続線は比較
的太い電線で接続されているが、DUTの電源電流その
他に伴う電圧ドロップを生じたり、線路のインダクタン
ス成分Lgが帰還制御の影響要因となる。
【0008】DA変換器30はデジタルコードデータを
受けて対応するアナログの基準電圧信号を抵抗R1を介
して反転アンプA1へ供給する。
【0009】反転アンプA1と抵抗R1、R2とセンス
アンプA2とは、上記DA変換器30の基準電圧信号を
受けて、所定電圧に増幅した電圧信号A1sを電流バッ
ファB1へ供給する。このときDUT端子の電圧が負荷
電流の変動に関わらず常に一定の所定電圧となるように
帰還制御する為に、DUT端子点からの電圧信号を上記
した専用のセンシング用線路CBsで受信し、これを高
インピーダンスのセンスアンプA2で受けてバッファ
し、バッファした電圧信号A2sを抵抗R2の他端に接
続して反転アンプA1への定電圧帰還ループとしてい
る。
【0010】センスアンプA2は、上記したように、D
UT端子点からの電圧信号をセンシング用線路CBsで
受けてバッファした電圧信号A2sを抵抗R2の一端へ
供給し、また発振検出回路60の一端へも供給する。
【0011】電流バッファB1は、最大数アンペアにも
及ぶ電流に電流バッファした電源電圧V1を発生する。
これはシンク電流/ソース電流の何れも可能なようにプ
ッシュプル出力段の駆動回路となっている。上記反転ア
ンプA1の電圧信号A1sを受けて、負荷側の過渡変動
に対して、所定の高速セットリング時間で追従するよう
に高速動作可能な駆動回路である。これにより電流バッ
ファした電源電圧V1は、直列抵抗R3と電源供給線路
CBfを介してDUT端子へ供給する。尚、電源電圧V
1は負荷電流測定部70の一端へも供給する。また、直
列抵抗R3の他端からは負荷電流測定部70の他端と、
発振検出回路60の他端へも供給する。
【0012】負荷電流測定部70は、試験対象のDUT
端子に流れる負荷電流量(ソース電流/シンク電流)を
測定する電流測定手段であり、直列抵抗R3の両端の電
位差を受けて±数μAから±数Aまでの電流量を所定の
測定精度、測定分解能で測定するものである。この測定
精度は、もしも図5Eに示すように、動的発振現象が発
生している期間に電流測定を行うと所定の測定精度で測
定できなくなってしまう。尚、図4の構成例では直列抵
抗R3は1つのみとした簡素な例で示したが、複数の抵
抗を備え、測定レンジに応じて所望の直列抵抗値に切替
え可能な構成とするものがある。また、デバイス電源供
給装置の種類によっては、上記負荷電流測定部70を備
えていないもある。
【0013】発振検出回路60は、DUTの負荷条件、
負荷電流変動条件、デバイス試験条件等が様々に異なる
こと伴って、希に発生する帰還ループ系の寄生振動等の
動的発振現象を検出し、検出した発振検出信号(ALA
RM)60sをシステムへ通知するものである。図5に
検出動作例を示す。何らかの負荷条件の動的変動に伴っ
て、一時的にある期間において、電流バッファB1の出
力端の電源電圧V1が動的発振現象(図5E参照)を生
じた場合、これを検出してアラーム(ALARM)信号
(図5F参照)を出力する。システムは、これを受けて
当該試験項目における測定データが正常でない可能性が
あることを認識する。これにより不正確な測定データを
破棄したり、当該試験項目の再測定の実施が可能にな
る。
【0014】次に、ステーション・ケーブルCBに伴う
動的発振現象の要因について更に説明する。ステーショ
ン・ケーブルCBは数メートルにも及ぶ為、その等価回
路は図4に示すように、各線路毎に直列に等価コイルL
f、Ls、Lgが存在し、また線路間の浮遊容量(スト
レイ容量)Csf、及び接地間の浮遊容量(ストレイ容
量)Cf、Csが存在することになる。これらの結果、
DUT端子点の電圧信号をセンシングする帰還ループに
おいて、高周波領域で複雑な位相回転が生じる。通常は
これら複雑な位相回転や、数μアンペアから数アンペア
までの広いダイナミックレンジの負荷電流の動的変動に
おいても正帰還とならないように慎重なる設計が施され
ている。従ってほとんどの場合において静的発振現象は
生じない。ところが、前記の慎重に設計された帰還ルー
プであっても、第1に、動的な負荷電流の変動条件や負
荷電流の変動周期等に伴い、希に一時的に正帰還的な条
件が生じたり、第2に、図6の帰還なしとした裸のアン
プの微少負荷電流領域でのリニアリティ特性に示すよう
に、大電流の電流バッファB1が微少負荷電流時におい
てコンプリメンタリ構成の電流バッファ回路のバイアス
電流のアンバランスに伴う非リニアリティ部位(図6B
参照)で振動現象が発生したりして、一時的にではある
が動的発振現象(図5E参照)を生じる場合が希に存在
する。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】上述説明したように従
来技術においては、長いステーション・ケーブルCBを
備えて定電圧帰還ループを形成するデバイス電源供給装
置が供給する直流電圧において、動的負荷変動に伴っ
て、希に動的発振現象を生じる場合があり、このときに
は所定の測定精度での測定データ取得ができない場合が
ある。このことは所定の測定精度でデバイス試験を実施
することが要求される半導体試験装置においては好まし
くない。また、当該試験項目を再度試験実施する必要性
が生じたりする為、無駄な試験時間がかかる難点があ
る。そこで、本発明が解決しようとする課題は、デバイ
ス電源供給装置が供給する直流電圧に発生する動的発振
現象を抑制可能な半導体試験装置のデバイス電源供給装
置を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】第1に、上記課題を解決
するために、本発明の構成では、被試験デバイスのDU
T端子は電源端子、出力端子、入力端子若しくは入出力
端子であり、当該DUT端子とデバイス電源供給装置間
に少なくともフォース線CBfとセンス線CBsとを備
えて接続し、フォース線CBfは当該DUT端子へ流れ
る電源電流若しくはシンク/ソース電流の負荷電流を供
給する線路であり、センス線CBsは当該DUT端子の
電圧信号を検出(センス)する線路であり、センス線C
Bsにより当該DUT端子の電圧を一定に制御する定電
圧帰還ループを形成する半導体試験装置のデバイス電源
供給装置において、反転アンプA1と電流バッファB1
とフォース線CBfとセンス線CBsとセンスアンプA
2と帰還抵抗R2とにより定電圧帰還ループを形成し、
フォース線CBfとセンス線CBsとの両端の差動信号
を受けて所定振幅以上の振動する交流電圧を検出したと
きに、定電圧帰還ループの発振開始として検出する発振
検出回路60を具備し、発振検出回路60からの発振検
出信号60sを受けて、定電圧帰還ループの少なくとも
2種類のループ条件切換手段を備えて、現在の帰還ルー
プ条件とは異なる他の帰還ループ条件に切替え制御する
帰還ループ条件変更手段20を具備することを特徴とす
る半導体試験装置のデバイス電源供給装置である。上記
発明によれば、デバイス電源供給装置が供給する直流電
圧に発生する動的発振現象を直ちに抑制可能な半導体試
験装置のデバイス電源供給装置が実現できる。
【0017】また、帰還ループ条件変更手段20の一態
様としては、定電圧帰還ループに対して少なくとも2種
類のループ位相条件に切替え可能なループ位相条件切換
手段、又は連続可変可能な構成手段を備えて、現在の位
相条件とは異なる他のループ位相条件に切替え制御する
帰還ループ条件変更手段であることを特徴とする上述半
導体試験装置のデバイス電源供給装置がある。
【0018】また、帰還ループ条件変更手段20の一態
様としては、定電圧帰還ループに対して少なくとも2種
類のループゲインのゲインバンド幅条件に切替え可能な
ゲインバンド幅条件切換手段、又は連続可変可能な構成
手段を備えて、現在のゲイン条件とは異なる低いバンド
幅ゲイン条件に切替え制御する帰還ループ条件変更手段
であることを特徴とする上述半導体試験装置のデバイス
電源供給装置がある。
【0019】また、帰還ループ条件変更手段20の一態
様としては、上述ループ位相条件切換手段と、上述ゲイ
ンバンド幅条件切換手段との両方を備えることを特徴と
する上述半導体試験装置のデバイス電源供給装置があ
る。
【0020】また、帰還ループ条件変更手段20の一態
様としては、デバイス電源供給装置の出力段の電流バッ
ファ回路に対するオープンループ時における非リニアリ
ティを補正する少なくとも2種類のバイアス電流補正手
段(例えば出力段のアイドル電流量を変える手段)、又
は連続可変可能な構成手段を備えて、現在のバイアス電
流条件とは異なる他のバイアス電流条件に切替え制御す
る帰還ループ条件変更手段であることを特徴とする上述
半導体試験装置のデバイス電源供給装置がある。
【0021】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を実施
例と共に図面を参照して詳細に説明する。
【0022】本発明について、図1のデバイス電源供給
装置の要部原理構成図と、図2の図1の動作を説明する
タイムチャートと、図3の帰還ループ条件変更手段を説
明するボード線図と、図6の電流バッファ回路の非リニ
アリティを説明する特性図とを参照して以下に説明す
る。尚、従来構成に対応する要素は同一符号を付す。
【0023】デバイス電源供給装置の要部原理構成は、
図1に示すように、従来の構成要素に対して帰還ループ
条件変更手段20を追加した構成で成る。
【0024】帰還ループ条件変更手段20は、少なくと
も2種類の帰還ループ条件を変更するゲインバンド幅条
件切替手段と、これを切換るループ位相条件切換手段を
備える。そして、発振検出回路60からの発振検出信号
60sを受けたとき、2種類備える帰還ループ条件変更
手段の他方に切替え、この切替状態を保持する。この結
果、定電圧帰還ループの帰還条件が異なる条件に変更さ
れる結果、現在の発振状態は直ちに抑制されて発振停止
し、正常状態に戻る。
【0025】具体的な帰還ループ条件変更手段20の第
1例は、図3(b)に簡単なループ位相特性例を示すよ
うに、定電圧帰還ループの少なくとも2種類のループ位
相条件(図3Fと図3H)を備え、このループ位相条件
を切り替えするループ位相条件切換手段を備える方法が
ある。このとき、自明のことながら、前記2種類のルー
プ位相の補償条件は静的な負荷電流の場合においては、
共に極めて安定な帰還条件で設計されていることは言う
までもない。この切替え手段としては、例えば半導体ス
イッチ又はリードリレーが適用できる。そして、図2の
タイムチャートに示すように、発振開始(図2C,F参
照)を発振検出回路60が検出した発振検出信号60s
(図2D,G参照)を受けたときに、現在のループ位相
条件(A又はB)とは異なる他方のループ位相条件に交
互に切替え制御することにより、現在の動的な負荷電流
条件での動的発振現象は直ちに抑制されて停止(図2
E,H参照)することになる。この結果、デバイス試験
がそのまま継続して正常に実施可能となる大きな利点が
得られる。ここで、ループ位相条件の具体例としては、
容量値の異なる2種類の位相補償用コンデンサ、あるい
は前記2種類の位相補償用コンデンサと個々に所望の抵
抗を直列接続した回路が一般的である。これにより、負
荷電流の動的な帰還ループに伴う動的発振条件であるル
ープ位相が−180°に回転する条件の周波数点が移動
する。この結果、現時点における動的帰還条件は異なる
条件になる結果、現時点での動的な負荷電流条件での動
的発振現象が抑制されて停止することになる。
【0026】また、具体的な帰還ループ条件変更手段2
0の第2例は、図3(a)に示すように、帰還ゲインレ
ベル(図3E参照)以下の周波数帯域でのループゲイン
を変更するゲインバンド幅条件切換手段を備える方法が
ある。即ち、少なくとも2種類のループゲインのゲイン
バンド幅条件に切替え可能なゲインバンド幅条件切換手
段を備えて、現在のゲイン条件とは異なるバンド幅ゲイ
ン条件に切替え制御する帰還ループ条件変更手段であ
る。これにより、動的な負荷電流に伴う動的発振現象
が、異なるゲイン条件に変更される結果、現時点におけ
る動的発振現象が直ちに抑制されて停止することにな
る。また、動的発振現象の発生形態の中には図6に示す
ように、大電流の電流バッファB1が微少負荷電流時に
おいてコンプリメンタリ構成出力段の電流バッファ回路
のバイアス電流のアンバランス等に伴う非リニアリティ
部位(図6B参照)によっては、動的な負荷電流の変動
の追従動作に伴い動的振動現象(動的発振現象)が発生
する場合が希にある。この場合にも上述した帰還ループ
条件変更手段を備えることで動的発振現象が抑制され
る。尚、この場合は、所望により電流バッファB1に対
する2種類のバイアス電流変更手段を追加して備え、こ
れを切り替え制御する手段としても良い。
【0027】上述発明構成によれば、2種類のループ帰
還条件を備えて、発振検出信号60sを受けたときに、
他のループ帰還条件に交互に切り替え制御する構成手段
を具備する構成としたことにより、希に発生する動的発
振現象を瞬時に抑制できる結果、正常なデバイス試験が
継続的に実施できる利点が得られ、また、デバイス測定
品質の維持も図れる利点が得られる。
【0028】尚、本発明の実現手段は、上述実施の形態
に限るものではない。即ち、上述ループ位相条件切換手
段と、上述ゲインバンド幅条件切換手段との両方を備え
て、発振検出信号60sを受けた都度、順次切り替えて
いく、又は連続可変可能な構成手段で実現しても良い。
また、上述したループ位相条件切換手段や、上述ゲイン
バンド幅条件切換手段では2種類の帰還条件を備えて、
交互に切り替える具体例で説明していたが、所望により
3種類以上の帰還条件を備えて、順次切り替えていく構
成手段としても良い。
【0029】また、図7に示すように、図1に示すガー
ドアンプA3が無く、シールド線路CBgは回路アース
GND1に接続する回路構成とするデバイス電源供給装
置があり、この場合においても上述同様にして適用でき
ることは明らかである。
【0030】尚、半導体試験装置のデバイス電源供給装
置が供給するDUT端子としては電源端子、出力端子、
入力端子若しくは入出力端子の何れも対象である。また
デバイス電源供給装置としては、当該DUT端子へ供給
する電流方向が、シンク電流あるいはソース電流の何れ
の場合にも対応可能なデバイス電源供給装置があり、こ
の場合においても上述同様にして適用できる。
【0031】
【発明の効果】本発明は、上述の説明内容から、下記に
記載される効果を奏する。上述発明構成によれば、複数
種類のループ帰還条件を備えて、発振検出信号60sを
受けたときに、他のループ帰還条件に切り替え制御する
構成手段を具備する構成としたことにより、希に発生す
る動的発振現象を瞬時に抑制できる結果、正常なデバイ
ス試験が中断すること無く継続的に実施できる利点が得
られる。つまり、当該試験項目を再試験実施する必要性
が解消される大きな利点が得られる。また、デバイス測
定品質の維持も図れる利点が得られる。従って本発明の
技術的効果は大であり、産業上の経済効果も大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の、デバイス電源供給装置の要部原理構
成図。
【図2】図1の動作を説明するタイムチャート。
【図3】帰還ループ条件変更手段の機能を説明する為
に、2点のゲインバンド幅特性(スルーレート特性)を
備えるボード線図を説明する図と、2点の位相補償特性
を備えるボード線図を説明する図。
【図4】従来の、デバイス電源供給装置の要部原理構成
図。
【図5】従来の、デバイス電源供給装置の出力端におけ
る動的発振現象の波形例と、アラーム信号(ALAR
M)の検出を説明するタイミングチャート。
【図6】電流バッファ回路のバイアス電流のアンバラン
ス等に伴う非リニアリティ部位を説明する特性図。
【図7】本発明の、デバイス電源供給装置の他の要部原
理構成図。
【符号の説明】
A1 反転アンプ B1 電流バッファ C1 バイパスコンデンサ R1 抵抗 A2 センスアンプ R2 帰還抵抗 A3 ガードアンプ R3 直列抵抗 20 帰還ループ条件変更手段 30 DA変換器 50 デバイス電源供給装置 60 発振検出回路 70 負荷電流測定部 CB ステーション・ケーブル DUT 被試験デバイス

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被試験デバイス(DUT)のDUT端子
    は電源端子、出力端子、入力端子若しくは入出力端子で
    あり、当該DUT端子とデバイス電源供給装置間に少な
    くともフォース線とセンス線とを備えて接続し、該フォ
    ース線は当該DUT端子へ流れる電源電流若しくはシン
    ク/ソース電流の負荷電流を供給する線路であり、該セ
    ンス線は当該DUT端子の電圧信号を検出(センス)す
    る線路であり、該センス線により当該DUT端子の電圧
    を一定に制御する定電圧帰還ループを形成する半導体試
    験装置のデバイス電源供給装置において、 反転アンプと電流バッファと該フォース線と該センス線
    とセンスアンプと帰還抵抗とにより定電圧帰還ループを
    形成し、 該フォース点と該センス点との両端の差動信号を受けて
    所定振幅以上の振動する交流電圧を検出したときに、定
    電圧帰還ループの発振開始として検出する発振検出回路
    と、 該発振検出回路からの発振検出信号を受けて、定電圧帰
    還ループの少なくとも2種類のループ条件切換手段を備
    えて、現在の帰還ループ条件とは異なる他の帰還ループ
    条件に切替え制御する帰還ループ条件変更手段と、 を具備していることを特徴とする半導体試験装置のデバ
    イス電源供給装置。
  2. 【請求項2】 帰還ループ条件変更手段は、定電圧帰還
    ループに対して少なくとも2種類のループ位相条件に切
    替え可能なループ位相条件切換手段、又は連続可変可能
    な構成手段を備えて、現在の位相条件とは異なる他のル
    ープ位相条件に切替え制御する帰還ループ条件変更手段
    であることを特徴とする請求項1記載の半導体試験装置
    のデバイス電源供給装置。
  3. 【請求項3】 帰還ループ条件変更手段は、定電圧帰還
    ループに対して少なくとも2種類のループゲインのゲイ
    ンバンド幅条件に切替え可能なゲインバンド幅条件切換
    手段、又は連続可変可能な構成手段を備えて、現在のゲ
    イン条件とは異なる低いバンド幅ゲイン条件に切替え制
    御する帰還ループ条件変更手段であることを特徴とする
    請求項1記載の半導体試験装置のデバイス電源供給装
    置。
  4. 【請求項4】 帰還ループ条件変更手段は、請求項2記
    載のループ位相条件切換手段と、請求項3記載のゲイン
    バンド幅条件切換手段との両方を備えることを特徴とす
    る請求項1記載の半導体試験装置のデバイス電源供給装
    置。
  5. 【請求項5】 帰還ループ条件変更手段は、デバイス電
    源供給装置の出力段の電流バッファ回路に対するオープ
    ンループ時における非リニアリティを補正する少なくと
    も2種類のバイアス電流補正手段、又は連続可変可能な
    構成手段を備えて、現在のバイアス電流条件とは異なる
    他のバイアス電流条件に切替え制御する帰還ループ条件
    変更手段であることを特徴とする請求項1記載の半導体
    試験装置のデバイス電源供給装置。
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