JPH06249889A - 電圧電流測定ユニットおよび電圧電流測定方法 - Google Patents
電圧電流測定ユニットおよび電圧電流測定方法Info
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- JPH06249889A JPH06249889A JP5063389A JP6338993A JPH06249889A JP H06249889 A JPH06249889 A JP H06249889A JP 5063389 A JP5063389 A JP 5063389A JP 6338993 A JP6338993 A JP 6338993A JP H06249889 A JPH06249889 A JP H06249889A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被測定対象(DUT)の電圧−電流特性等の
各種の電気特性を、高速にしかも安定に測定することが
できる電圧電流測定ユニットを提供する。 【構成】 電圧測定回路4または電流測定回路3により
測定された信号が信号生成源1にフィードバックされる
電圧電流測定ユニットにおいて、電圧測定回路4および
電流測定回路3に、電流測定用抵抗2の他方端側の電圧
および前記電流測定用抵抗の両端間の電圧をアナログ値
からディジタル値に変換するアナログ−ディジタル変換
器を設けると共に、信号生成源1の少なくとも誤差検出
部をディジタル回路により構成し、該信号生成源1の出
力段にディジタル−アナログ変換器12を設けてなるこ
とを特徴とする。
各種の電気特性を、高速にしかも安定に測定することが
できる電圧電流測定ユニットを提供する。 【構成】 電圧測定回路4または電流測定回路3により
測定された信号が信号生成源1にフィードバックされる
電圧電流測定ユニットにおいて、電圧測定回路4および
電流測定回路3に、電流測定用抵抗2の他方端側の電圧
および前記電流測定用抵抗の両端間の電圧をアナログ値
からディジタル値に変換するアナログ−ディジタル変換
器を設けると共に、信号生成源1の少なくとも誤差検出
部をディジタル回路により構成し、該信号生成源1の出
力段にディジタル−アナログ変換器12を設けてなるこ
とを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体測定装置等の電
子測定機器に用いられる電圧電流測定装置および電圧電
流測定方法に関し、被測定対象(DUT)の電圧−電流
特性等の各種の電気特性を、高速にしかも安定に測定す
ることができる上記装置および方法に関する。
子測定機器に用いられる電圧電流測定装置および電圧電
流測定方法に関し、被測定対象(DUT)の電圧−電流
特性等の各種の電気特性を、高速にしかも安定に測定す
ることができる上記装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は、従来の半導体試験装置(例え
ば、米国ヒューレット・パッカード社のHP4145等
の半導体特性測定装置)において採用されている電圧電
流特性測定ユニット(PMU)の概要を示す図である。
このユニットは、電圧設定/電流測定または電流設定/
電圧測定の何れをも行うことができるものであり、その
アーキテクチャーは本願出願人が上市しているICテス
タやDC特性評価装置に広く使用されている。
ば、米国ヒューレット・パッカード社のHP4145等
の半導体特性測定装置)において採用されている電圧電
流特性測定ユニット(PMU)の概要を示す図である。
このユニットは、電圧設定/電流測定または電流設定/
電圧測定の何れをも行うことができるものであり、その
アーキテクチャーは本願出願人が上市しているICテス
タやDC特性評価装置に広く使用されている。
【0003】同図において、誤差増幅器111は積分器
112およびバッファ113を介して電流測定用抵抗1
20の一端aに接続されている。なお、上記誤差増幅器
111,積分器112およびバッファ113により信号
生成源110が構成される。電流測定用抵抗120の他
端bは図示しないDUTの所定端子に接続される。抵抗
120の両端はそれぞれバッファ131a,131bを
介して差動増幅器132の両入力端子に接続されてい
る。また、この差動増幅器132の出力端子および上記
バッファのうち抵抗120のDUT側の端子に接続され
たバッファ(131b)の出力端子はそれぞれ前記誤差
増幅器111に接続されている。ここで、バッファ13
1a,131bおよび差動増幅器132が電流測定回路
を構成し、バッファ131bが電圧測定回路となってい
る。
112およびバッファ113を介して電流測定用抵抗1
20の一端aに接続されている。なお、上記誤差増幅器
111,積分器112およびバッファ113により信号
生成源110が構成される。電流測定用抵抗120の他
端bは図示しないDUTの所定端子に接続される。抵抗
120の両端はそれぞれバッファ131a,131bを
介して差動増幅器132の両入力端子に接続されてい
る。また、この差動増幅器132の出力端子および上記
バッファのうち抵抗120のDUT側の端子に接続され
たバッファ(131b)の出力端子はそれぞれ前記誤差
増幅器111に接続されている。ここで、バッファ13
1a,131bおよび差動増幅器132が電流測定回路
を構成し、バッファ131bが電圧測定回路となってい
る。
【0004】電圧設定/電流測定を行う場合には、図示
しない測定信号処理回路から同じく図示しないDACを
介して、設定/電圧(VFIN)がアナログ電圧の形で
誤差増幅器111に与えられる。誤差増幅器111は、
電流測定用抵抗120のDUT側の端子bの電圧をフィ
ードバックして、上記VFINと端子bの電圧VOUT
とを比較し、VOUTがVFINに等しくなるように、
誤差信号を積分器112に出力している。電流測定用抵
抗120を流れる電流(すなわちDUTに供給される電
流)は、抵抗120の両端a,b間の電圧を測定するこ
とにより知ることができる。このa,b間の電圧は差動
増幅器132の出力電圧として取り出され、図示しない
ADCを介して前述した測定信号処理回路に送られる。
しない測定信号処理回路から同じく図示しないDACを
介して、設定/電圧(VFIN)がアナログ電圧の形で
誤差増幅器111に与えられる。誤差増幅器111は、
電流測定用抵抗120のDUT側の端子bの電圧をフィ
ードバックして、上記VFINと端子bの電圧VOUT
とを比較し、VOUTがVFINに等しくなるように、
誤差信号を積分器112に出力している。電流測定用抵
抗120を流れる電流(すなわちDUTに供給される電
流)は、抵抗120の両端a,b間の電圧を測定するこ
とにより知ることができる。このa,b間の電圧は差動
増幅器132の出力電圧として取り出され、図示しない
ADCを介して前述した測定信号処理回路に送られる。
【0005】また、電流設定/電圧測定を行う場合に
は、前述した測定信号処理回路から、同じく前述したD
ACを介して設定/電流信号(IFIN)が誤差増幅器
111に与えられる。誤差増幅器111は、抵抗120
の両端間の電圧をフィードバックしており、抵抗120
を流れる電流(すなわち、DUTに供給される電流)が
設定/電流に等しくなるように積分器112に誤差信号
を出力している。DUTに印加される電圧は、抵抗12
0のDUT側端bの電圧を測定することにより知ること
ができる。この電圧はバッファ131bおよび前述した
ADCを介して前述した測定信号処理回路に送られる。
は、前述した測定信号処理回路から、同じく前述したD
ACを介して設定/電流信号(IFIN)が誤差増幅器
111に与えられる。誤差増幅器111は、抵抗120
の両端間の電圧をフィードバックしており、抵抗120
を流れる電流(すなわち、DUTに供給される電流)が
設定/電流に等しくなるように積分器112に誤差信号
を出力している。DUTに印加される電圧は、抵抗12
0のDUT側端bの電圧を測定することにより知ること
ができる。この電圧はバッファ131bおよび前述した
ADCを介して前述した測定信号処理回路に送られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のPM
Uのアーキテクチャでは、予想されるあらゆる負荷条件
に対して電圧あるいは電流のフィードバックループの安
定性を確保するため、フィードバックループ全体の利得
周波数特性は低く押さえられている。このため、出力信
号VOUTの収束に時間がかかり、高速な測定は困難で
あった。また、安定性に問題の無い負荷の場合でも、最
悪条件を考慮した設計に基づいてフィードバックループ
が動作するため、測定スピードは制限される。
Uのアーキテクチャでは、予想されるあらゆる負荷条件
に対して電圧あるいは電流のフィードバックループの安
定性を確保するため、フィードバックループ全体の利得
周波数特性は低く押さえられている。このため、出力信
号VOUTの収束に時間がかかり、高速な測定は困難で
あった。また、安定性に問題の無い負荷の場合でも、最
悪条件を考慮した設計に基づいてフィードバックループ
が動作するため、測定スピードは制限される。
【0007】すなわち、高速測定をするために、ループ
全体の利得周波数特性を高周波域まで伸ばすと電圧設定
値変更時に発生するオーバーシュートが増加したり、ま
た負荷条件によってリンギングが発生し、最悪の場合に
は発振する等の問題が生ずる。 また、フィードバック
ループの安定性を確保するための回路の各所にキャパシ
タを接続する必要があり、そのキャパシタの誘電吸収や
漏れ電流に起因する誤差が発生するおそれがある。本発
明は上記のような問題を解決するために提案されたもの
であって、DUTの電圧電流特性などの各種の電気特性
を、高速にしかも安定に測定することができる電圧電流
測定ユニットおよび電圧電流測定方法を提供することを
目的とする。
全体の利得周波数特性を高周波域まで伸ばすと電圧設定
値変更時に発生するオーバーシュートが増加したり、ま
た負荷条件によってリンギングが発生し、最悪の場合に
は発振する等の問題が生ずる。 また、フィードバック
ループの安定性を確保するための回路の各所にキャパシ
タを接続する必要があり、そのキャパシタの誘電吸収や
漏れ電流に起因する誤差が発生するおそれがある。本発
明は上記のような問題を解決するために提案されたもの
であって、DUTの電圧電流特性などの各種の電気特性
を、高速にしかも安定に測定することができる電圧電流
測定ユニットおよび電圧電流測定方法を提供することを
目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の測定ユニット
は、誤差検出部を有する信号生成源と、この信号生成源
の出力端子とDUT接続端子との間に設けられた電流測
定用抵抗と、前記電流測定用抵抗のDUT接続端子側端
の電圧を測定する電圧測定回路と、前記電流測定用抵抗
の両端間の電圧を測定する電流測定回路とからなり、前
記電圧測定回路または前記電流測定回路により測定され
た信号が前記信号生成源にフィードバックされるように
構成されたものであって、前記電圧測定回路および電流
測定回路に、前記電流測定用抵抗の他方端側の電圧およ
び前記電流測定用抵抗の両端間の電圧をアナログ値から
ディジタル値に変換するADCを設けると共に、前記信
号生成源の少なくとも誤差検出部をディジタル回路によ
り構成し、該信号生成源の出力段にDACを設けてなる
ことを特徴とする。
は、誤差検出部を有する信号生成源と、この信号生成源
の出力端子とDUT接続端子との間に設けられた電流測
定用抵抗と、前記電流測定用抵抗のDUT接続端子側端
の電圧を測定する電圧測定回路と、前記電流測定用抵抗
の両端間の電圧を測定する電流測定回路とからなり、前
記電圧測定回路または前記電流測定回路により測定され
た信号が前記信号生成源にフィードバックされるように
構成されたものであって、前記電圧測定回路および電流
測定回路に、前記電流測定用抵抗の他方端側の電圧およ
び前記電流測定用抵抗の両端間の電圧をアナログ値から
ディジタル値に変換するADCを設けると共に、前記信
号生成源の少なくとも誤差検出部をディジタル回路によ
り構成し、該信号生成源の出力段にDACを設けてなる
ことを特徴とする。
【0009】また、本発明の測定方法は、誤差検出部を
有する信号生成源からの信号を、他端がDUTに接続さ
れた電流測定用抵抗の一方端に入力し、前記電流測定用
抵抗のDUT側端の電圧を電圧測定回路により、前記電
流測定用抵抗の両端間の電圧を電流測定回路によりそれ
ぞれ測定すると共に、電圧測定回路または電流測定回路
により測定された信号を前記信号生成源にフィードバッ
クし、該フィードバックされた信号を電圧設定値または
電流設定値と比較して、前記電流測定用抵抗の前記DU
T側端の電圧を電圧設定値に等しくさせ、または電流測
定用抵抗の両端間の電圧を電流設定値に等しくさせる方
法であって、電圧測定回路および電流測定回路におい
て、前記電流測定用抵抗の他方端側の電圧および前記電
流測定用抵抗の両端間の電圧をディジタル値に変換する
と共に、前記信号生成源における前記フィードバックさ
れた信号と設定電圧または設定電流との誤差の検出をデ
ィジタル信号処理により行うことを特徴とする。
有する信号生成源からの信号を、他端がDUTに接続さ
れた電流測定用抵抗の一方端に入力し、前記電流測定用
抵抗のDUT側端の電圧を電圧測定回路により、前記電
流測定用抵抗の両端間の電圧を電流測定回路によりそれ
ぞれ測定すると共に、電圧測定回路または電流測定回路
により測定された信号を前記信号生成源にフィードバッ
クし、該フィードバックされた信号を電圧設定値または
電流設定値と比較して、前記電流測定用抵抗の前記DU
T側端の電圧を電圧設定値に等しくさせ、または電流測
定用抵抗の両端間の電圧を電流設定値に等しくさせる方
法であって、電圧測定回路および電流測定回路におい
て、前記電流測定用抵抗の他方端側の電圧および前記電
流測定用抵抗の両端間の電圧をディジタル値に変換する
と共に、前記信号生成源における前記フィードバックさ
れた信号と設定電圧または設定電流との誤差の検出をデ
ィジタル信号処理により行うことを特徴とする。
【0010】本発明における信号生成源は、少なくとも
誤差検出部がディジタル回路により構成されていればよ
く、たとえば、フィードバックされた信号と設定電圧ま
たは設定電流との誤差の検出をデジタル演算し、ついで
演算結果をDA変換してアナログ信号に変え、該アナロ
グ信号を積分器に入力し、該積分器の出力を電流測定用
抵抗に与えるようにしても良い。 もちろん、誤差検出
部の後段に積分器を設けることなく、信号生成源を構成
してもよい。この場合には、積分器に相当する機能(す
なわち、誤差分の積分)はDSPにより達成される。
誤差検出部がディジタル回路により構成されていればよ
く、たとえば、フィードバックされた信号と設定電圧ま
たは設定電流との誤差の検出をデジタル演算し、ついで
演算結果をDA変換してアナログ信号に変え、該アナロ
グ信号を積分器に入力し、該積分器の出力を電流測定用
抵抗に与えるようにしても良い。 もちろん、誤差検出
部の後段に積分器を設けることなく、信号生成源を構成
してもよい。この場合には、積分器に相当する機能(す
なわち、誤差分の積分)はDSPにより達成される。
【0011】また、電流測定回路には、通常、電流測定
用抵抗の両端のアナログ電圧をディジタル信号に変換す
るための一対のADCと、両ADCの出力の差を演算す
るディジタル引き算器と設けられる。また、電流測定用
抵抗の両端のアナログ電圧の差をアナログ的に求めた後
に、これをAD変換することができる。この場合には前
記引き算器を省くことができる。
用抵抗の両端のアナログ電圧をディジタル信号に変換す
るための一対のADCと、両ADCの出力の差を演算す
るディジタル引き算器と設けられる。また、電流測定用
抵抗の両端のアナログ電圧の差をアナログ的に求めた後
に、これをAD変換することができる。この場合には前
記引き算器を省くことができる。
【0012】
【作用】本発明では、信号生成源の後段を構成するDA
Cからのアナログ信号が電流測定用抵抗を介してDUT
に与えられる。電圧設定/電流測定の場合には、電流測
定用抵抗のDUT側端のアナログ電圧は、AD変換さ
れ、信号生成源にフィードバックされる。信号生成源の
誤差検出部はディジタル回路により構成されており、前
記フィードバックされたディジタル電圧信号と設定電圧
とを比較して、前記DACに与えるディジタルデータ値
を、電流測定用抵抗のDUT側端の電圧が設定電圧に等
しくなるように変更する。なお、電流測定回路は、電流
測定用抵抗の両端の電圧をそれぞれAD変換してその差
を求め、電流測定用抵抗の両端間の電圧測定値と該抵抗
値とからDUTに供給される電流を測定する。
Cからのアナログ信号が電流測定用抵抗を介してDUT
に与えられる。電圧設定/電流測定の場合には、電流測
定用抵抗のDUT側端のアナログ電圧は、AD変換さ
れ、信号生成源にフィードバックされる。信号生成源の
誤差検出部はディジタル回路により構成されており、前
記フィードバックされたディジタル電圧信号と設定電圧
とを比較して、前記DACに与えるディジタルデータ値
を、電流測定用抵抗のDUT側端の電圧が設定電圧に等
しくなるように変更する。なお、電流測定回路は、電流
測定用抵抗の両端の電圧をそれぞれAD変換してその差
を求め、電流測定用抵抗の両端間の電圧測定値と該抵抗
値とからDUTに供給される電流を測定する。
【0013】電流設定/電圧測定の場合には、電流測定
用抵抗の両端の電圧がそれぞれAD変換され、通常、両
ディジタル信号の差がディジタル演算された後、信号生
成源にディジタル電流信号としてフィードバックされ
る。信号生成源の誤差検出部は、前記フィードバックさ
れたディジタル電流信号と設定電流とを比較して、電流
測定用抵抗に供給される電流(すなわち、DUTに供給
される電流)が設定電流に等しくなるように、前記DA
Cに与えるディジタルデータ値を変更する。なお、電圧
測定回路は、電流測定用抵抗のDUT側端の電圧をAD
変換して、DUTに供給される電流を測定する。
用抵抗の両端の電圧がそれぞれAD変換され、通常、両
ディジタル信号の差がディジタル演算された後、信号生
成源にディジタル電流信号としてフィードバックされ
る。信号生成源の誤差検出部は、前記フィードバックさ
れたディジタル電流信号と設定電流とを比較して、電流
測定用抵抗に供給される電流(すなわち、DUTに供給
される電流)が設定電流に等しくなるように、前記DA
Cに与えるディジタルデータ値を変更する。なお、電圧
測定回路は、電流測定用抵抗のDUT側端の電圧をAD
変換して、DUTに供給される電流を測定する。
【0014】本発明は、同様な条件で繰り返し測定する
ことが多い用途に好適に用いられる。たとえば、半導体
測定において、以前に行った条件(DUTの種類、測定
環境等)と同一または類似の条件下で測定を行う場合、
以前の測定の際のDACの電圧の設定を外部記憶装置等
に記憶しておき、該設定値を出発点として制御を行え
ば、0Vを起点にしたときに比べて高速に設定すること
ができる。また、以前に同じ条件で測定を行ったことの
ない場合であっても、DUTが存在しないときに所望の
出力電圧を与えるようなDACの設定を出発点とする
と、0Vを起点にしたときと比較して数倍の高速化をは
かることができる。さらに、繰り返しの測定でない場合
において、DUTの概略値が予め分かっているときに
は、最適な電圧設定値を出発点としてDACの設定を行
うことができる。
ことが多い用途に好適に用いられる。たとえば、半導体
測定において、以前に行った条件(DUTの種類、測定
環境等)と同一または類似の条件下で測定を行う場合、
以前の測定の際のDACの電圧の設定を外部記憶装置等
に記憶しておき、該設定値を出発点として制御を行え
ば、0Vを起点にしたときに比べて高速に設定すること
ができる。また、以前に同じ条件で測定を行ったことの
ない場合であっても、DUTが存在しないときに所望の
出力電圧を与えるようなDACの設定を出発点とする
と、0Vを起点にしたときと比較して数倍の高速化をは
かることができる。さらに、繰り返しの測定でない場合
において、DUTの概略値が予め分かっているときに
は、最適な電圧設定値を出発点としてDACの設定を行
うことができる。
【0015】さらに、本発明では、負荷条件に対応した
出力電圧値制御を行うこともできる。例えば、図6に示
した従来ユニットでは、容量性負荷や誘導性負荷の場合
には安定した出力電圧を得ることが困難であったが、本
発明では、信号処理内容の変更により、回路の設計変更
やハードウェアの変更なしに安定した出力電圧を所望の
状態に設定することができる。また、従来、DUTの定
格以上の電圧を印加した場合、DUTが破壊する場合が
ある(このような、DUTの破壊は負荷が軽い場合に生
ずる)。このため、最悪の負荷条件での安定性を確保す
るあまり、一般的に行われる高速処理可能な場合の速度
が犠牲にされることがしばしば生じていた。本発明で
は、信号生成源における出力電圧の設定をデジタル回路
により行っているので、迅速に出力を所望の電圧に近づ
けることができるので、上記のような不都合が解消され
た。
出力電圧値制御を行うこともできる。例えば、図6に示
した従来ユニットでは、容量性負荷や誘導性負荷の場合
には安定した出力電圧を得ることが困難であったが、本
発明では、信号処理内容の変更により、回路の設計変更
やハードウェアの変更なしに安定した出力電圧を所望の
状態に設定することができる。また、従来、DUTの定
格以上の電圧を印加した場合、DUTが破壊する場合が
ある(このような、DUTの破壊は負荷が軽い場合に生
ずる)。このため、最悪の負荷条件での安定性を確保す
るあまり、一般的に行われる高速処理可能な場合の速度
が犠牲にされることがしばしば生じていた。本発明で
は、信号生成源における出力電圧の設定をデジタル回路
により行っているので、迅速に出力を所望の電圧に近づ
けることができるので、上記のような不都合が解消され
た。
【0016】
【実施例】図1は本発明の測定ユニットの一実施例を示
す回路図であり、信号生成源1はDSP11,DAC1
2およびバッファ13により構成されている。DSP1
1は、誤差検出部を含んでおり(換言するなら誤差検出
機能を有しており)、電圧設定値VFINおよび電流設
定値IFINがディジタル信号で与えられると共に、後
述するADC32bおよびディジタル引き算器33から
ディジタル信号が入力されている。バッファ13は電流
測定用抵抗2の一方端aに接続され、電流測定用抵抗2
の他端bは図示しないDUT接続端子を介してDUTに
接続されている。
す回路図であり、信号生成源1はDSP11,DAC1
2およびバッファ13により構成されている。DSP1
1は、誤差検出部を含んでおり(換言するなら誤差検出
機能を有しており)、電圧設定値VFINおよび電流設
定値IFINがディジタル信号で与えられると共に、後
述するADC32bおよびディジタル引き算器33から
ディジタル信号が入力されている。バッファ13は電流
測定用抵抗2の一方端aに接続され、電流測定用抵抗2
の他端bは図示しないDUT接続端子を介してDUTに
接続されている。
【0017】抵抗2の両端a,bはそれぞれバッファ3
1a,31bを介して、ADC32a,32bに接続さ
れており、両ADC31a,31bの出力端はディジタ
ル引き算器33の両入力端子に接続されている。また、
ADC31bおよび引き算器33の出力端子は、前述し
たように、DSP11に接続されている。なお、ADC
31bおよび引き算器33の出力は、電圧測定値および
電流測定値として、図示しない測定信号処理回路(マイ
クロプロセッサ,メモリ等からなる)に転送される。こ
こで、バッファ31a,31b、ADC32a,32
b、および引き算回路33が電流測定回路3を構成す
る。また、バッファ31b、ADC32bが電圧測定回
路4を構成している。
1a,31bを介して、ADC32a,32bに接続さ
れており、両ADC31a,31bの出力端はディジタ
ル引き算器33の両入力端子に接続されている。また、
ADC31bおよび引き算器33の出力端子は、前述し
たように、DSP11に接続されている。なお、ADC
31bおよび引き算器33の出力は、電圧測定値および
電流測定値として、図示しない測定信号処理回路(マイ
クロプロセッサ,メモリ等からなる)に転送される。こ
こで、バッファ31a,31b、ADC32a,32
b、および引き算回路33が電流測定回路3を構成す
る。また、バッファ31b、ADC32bが電圧測定回
路4を構成している。
【0018】電圧設定/電流測定の場合は、電流測定用
抵抗2のDUT側端のアナログ電圧は、バッファ31b
を介してADC32bに入力される。ここで該電圧がデ
ィジタル信号に変換され、該ディジタル信号は前述した
図示しない測定信号処理回路に送られると共に、DSP
11に送られる。DSP11では、該ディジタル信号の
値VMOUTを電圧設定値VFINの値と比較して、そ
の差分と過去の履歴データから出力電圧VOUTの最適
値、すなわちVOUTがVFINに等しくなるようなデ
ィジタル値を高速演算し、これをDAC12に与える。
電流測定回路3は、電流測定用抵抗2の両端間の電圧測
定値IMOUTと該抵抗値とからDUTに供給される電
流を測定する。
抵抗2のDUT側端のアナログ電圧は、バッファ31b
を介してADC32bに入力される。ここで該電圧がデ
ィジタル信号に変換され、該ディジタル信号は前述した
図示しない測定信号処理回路に送られると共に、DSP
11に送られる。DSP11では、該ディジタル信号の
値VMOUTを電圧設定値VFINの値と比較して、そ
の差分と過去の履歴データから出力電圧VOUTの最適
値、すなわちVOUTがVFINに等しくなるようなデ
ィジタル値を高速演算し、これをDAC12に与える。
電流測定回路3は、電流測定用抵抗2の両端間の電圧測
定値IMOUTと該抵抗値とからDUTに供給される電
流を測定する。
【0019】電流設定/電圧測定の場合には、電流測定
用抵抗2の両端a,bからの電圧値がADC32a,3
2bによりAD変換される。両ADC32a,32bの
ディジタル出力は、引き算回路33に入力され、両ディ
ジタル信号の差が演算された後、DSP11に電流信号
IMOUTとしてフィードバックされる。DSP11
は、フィードバックされた電流信号IMOUTと設定電
流IFINとを比較して、DAC12に与えるディジタ
ルデータ値を、電流測定用抵抗2に供給される電流(す
なわち、DUTに供給される電流)が設定電流IFIN
に等しくなるように変更する。 電圧測定回路4は、電
流測定用抵抗2のDUT側端bの電圧をAD変換して取
り出すことで、DUTに印加される電圧を測定する。こ
れにより、DUTの電圧電流特性などの各種の電気特性
が、高速にしかも安定に測定される。
用抵抗2の両端a,bからの電圧値がADC32a,3
2bによりAD変換される。両ADC32a,32bの
ディジタル出力は、引き算回路33に入力され、両ディ
ジタル信号の差が演算された後、DSP11に電流信号
IMOUTとしてフィードバックされる。DSP11
は、フィードバックされた電流信号IMOUTと設定電
流IFINとを比較して、DAC12に与えるディジタ
ルデータ値を、電流測定用抵抗2に供給される電流(す
なわち、DUTに供給される電流)が設定電流IFIN
に等しくなるように変更する。 電圧測定回路4は、電
流測定用抵抗2のDUT側端bの電圧をAD変換して取
り出すことで、DUTに印加される電圧を測定する。こ
れにより、DUTの電圧電流特性などの各種の電気特性
が、高速にしかも安定に測定される。
【0020】図2は、図1に示したユニットの設計変更
例を示している。同図のユニットでは、電流測定用抵抗
2の両端a,b間の電圧を差動増幅器34によりアナロ
グ値で求めている。そして、このアナログ電圧をADC
35によりAD変換し、これをDSP11にフィードバ
ックしている(この場合には、バッファ31a,引き算
回路33は設けられない)。図2では差動増幅器34お
よびADC35により電流測定回路3が構成されてい
る。バッファ41,ADC42(図1のバッファ31
a,ADC32に相当する)により、電圧測定回路4が
構成されている。電圧測定回路4は電流測定用抵抗2の
DUT側端の電圧を測定することに使用されるが、図1
の場合とは異なり電流測定回路3の一部を共用するよう
には構成されていない。ADC35は電流測定用抵抗2
の両端a,b間の差分電圧をAD変換すればよいので、
ADC35として図1と同一仕様のものを使用した場合
には、電流測定における分解能を大きくすることができ
る。上記ユニットは、差動増幅器34によりアナログ的
な差分を取っているために、図1のユニットと比較する
と誤差が生じ易いが、この誤差を無視できるような場合
に、好適に使用される。
例を示している。同図のユニットでは、電流測定用抵抗
2の両端a,b間の電圧を差動増幅器34によりアナロ
グ値で求めている。そして、このアナログ電圧をADC
35によりAD変換し、これをDSP11にフィードバ
ックしている(この場合には、バッファ31a,引き算
回路33は設けられない)。図2では差動増幅器34お
よびADC35により電流測定回路3が構成されてい
る。バッファ41,ADC42(図1のバッファ31
a,ADC32に相当する)により、電圧測定回路4が
構成されている。電圧測定回路4は電流測定用抵抗2の
DUT側端の電圧を測定することに使用されるが、図1
の場合とは異なり電流測定回路3の一部を共用するよう
には構成されていない。ADC35は電流測定用抵抗2
の両端a,b間の差分電圧をAD変換すればよいので、
ADC35として図1と同一仕様のものを使用した場合
には、電流測定における分解能を大きくすることができ
る。上記ユニットは、差動増幅器34によりアナログ的
な差分を取っているために、図1のユニットと比較する
と誤差が生じ易いが、この誤差を無視できるような場合
に、好適に使用される。
【0021】図3は、図1に示したユニットの他の設計
変更例を示している。図3のユニットは、信号生成源1
がDSP11′、DAC12′、該DACの後段に設け
られた積分回路14およびバファ13により構成されて
いる。DSP11′は、設定信号とフィードバック信号
との誤差を検出し、誤差成分をDAC12′によりアナ
ログ信号に変換した後、これを積分器14で積分してい
る。図3の構成では、図1のユニットにおけるDSP1
1で行われていた誤差成分の積算処理をアナログ積分器
14に置き換えている。積分器は、DSP処理装置のよ
うに、最小演算単位を持たないため、図1の場合のよう
に、出力電圧の分解能が、DSP11およびDAC12
の分解能で制限されることがない。このため、DAC1
2の分解能を最小1ビットまで減少させて、ハードウェ
ア構成を簡単にし、かわりに速度を犠牲にするような構
成をとることもできる。
変更例を示している。図3のユニットは、信号生成源1
がDSP11′、DAC12′、該DACの後段に設け
られた積分回路14およびバファ13により構成されて
いる。DSP11′は、設定信号とフィードバック信号
との誤差を検出し、誤差成分をDAC12′によりアナ
ログ信号に変換した後、これを積分器14で積分してい
る。図3の構成では、図1のユニットにおけるDSP1
1で行われていた誤差成分の積算処理をアナログ積分器
14に置き換えている。積分器は、DSP処理装置のよ
うに、最小演算単位を持たないため、図1の場合のよう
に、出力電圧の分解能が、DSP11およびDAC12
の分解能で制限されることがない。このため、DAC1
2の分解能を最小1ビットまで減少させて、ハードウェ
ア構成を簡単にし、かわりに速度を犠牲にするような構
成をとることもできる。
【0022】本発明では、既に述べたように、負荷条件
に適応した制御をDSPにより行わせることができる。
図4は、図1に示したユニットの負荷特性を測定するた
めに、該ユニットの測定信号出力端子に負荷を接続した
場合を示す部分回路図である。同図において、DAC1
2からはステップ波形がバッファ13および電流測定用
抵抗2を介して図示しないDUTに入力され、測定信号
出力端子ではステップ波形が歪んだ様子が示されてい
る。なお、同図では、フィクスチャ(測定治具)等の浮
遊容量を符号100で示してある。
に適応した制御をDSPにより行わせることができる。
図4は、図1に示したユニットの負荷特性を測定するた
めに、該ユニットの測定信号出力端子に負荷を接続した
場合を示す部分回路図である。同図において、DAC1
2からはステップ波形がバッファ13および電流測定用
抵抗2を介して図示しないDUTに入力され、測定信号
出力端子ではステップ波形が歪んだ様子が示されてい
る。なお、同図では、フィクスチャ(測定治具)等の浮
遊容量を符号100で示してある。
【0023】一般に、半導体の測定においてはDUTは
容量性負荷としての性質を示すことが多く、またDUT
自体が容量性を呈しない場合であっても、測定治具等の
容量が存在する(図4の容量100参照)。この容量は
電流測定用抵抗2との間において時定数RC(ここで、
Rは抵抗2の値、Cは容量100の値である)を構成
し、これが図5に示される測定端における波形の立ち上
り遅れの原因となる。図4においては、一般の動作時と
異なり、b点と設定電圧値との差に基づくDSP回路1
1の補正動作は行われず、単純なステップ電圧波形が出
力される。このとき、b点の電圧波形を示したのが図5
である。この波形はバッファ31bの出力側に置かれる
ADC(図3のADC32b参照)において観測され
る。この時定数RCが図5において定常値と時刻t1,
t2における電圧値との差をx1,x2として、 RC=(t2−t1)/(logx2−logx1) (ただし、logは自然対数)で与えられる。ここで、
抵抗値Rは既知であるので、これから容量値Cを知るこ
とができる。この測定より、DSPディジタルフィード
バック処理の積分時定数Tあるいは利得1/Tの安定条
件を、T>RCまたは1/T<1/RCとして求めるこ
とができる。この条件を満足する範囲内で、適切な余裕
をもって実際のディジタルフィードバックの利得を設定
すれば安定でしかも高速な設定が可能となる。
容量性負荷としての性質を示すことが多く、またDUT
自体が容量性を呈しない場合であっても、測定治具等の
容量が存在する(図4の容量100参照)。この容量は
電流測定用抵抗2との間において時定数RC(ここで、
Rは抵抗2の値、Cは容量100の値である)を構成
し、これが図5に示される測定端における波形の立ち上
り遅れの原因となる。図4においては、一般の動作時と
異なり、b点と設定電圧値との差に基づくDSP回路1
1の補正動作は行われず、単純なステップ電圧波形が出
力される。このとき、b点の電圧波形を示したのが図5
である。この波形はバッファ31bの出力側に置かれる
ADC(図3のADC32b参照)において観測され
る。この時定数RCが図5において定常値と時刻t1,
t2における電圧値との差をx1,x2として、 RC=(t2−t1)/(logx2−logx1) (ただし、logは自然対数)で与えられる。ここで、
抵抗値Rは既知であるので、これから容量値Cを知るこ
とができる。この測定より、DSPディジタルフィード
バック処理の積分時定数Tあるいは利得1/Tの安定条
件を、T>RCまたは1/T<1/RCとして求めるこ
とができる。この条件を満足する範囲内で、適切な余裕
をもって実際のディジタルフィードバックの利得を設定
すれば安定でしかも高速な設定が可能となる。
【0024】さらに、本発明の測定ユニット(特に、図
1,図2に示したような信号生成回路中にアナログ積分
器を含まないもの)では、出力バッファをドライブする
DACに任意の数値列を与えることにより、任意波形発
生器(AWG)として使用することもできる。なお、図
6に示したような従来のユニットでは、VFINから出
力までの間に積分器が存在するため、そのままではAW
Gとして充分な速度でDUTの測定端子をドライブする
ことはできない。
1,図2に示したような信号生成回路中にアナログ積分
器を含まないもの)では、出力バッファをドライブする
DACに任意の数値列を与えることにより、任意波形発
生器(AWG)として使用することもできる。なお、図
6に示したような従来のユニットでは、VFINから出
力までの間に積分器が存在するため、そのままではAW
Gとして充分な速度でDUTの測定端子をドライブする
ことはできない。
【0025】ところで、半導体計測では、直流バイアス
電圧を印加したときの印加バイアス電圧と容量の測定は
重要であり、特に直流バイアス電圧とDUTの容量の測
定をC−V測定と称している。本発明の測定ユニットを
利用することにより、CとVとの関係(C−V特性)を
容量測定のためのハードウェアを別途設けることなく求
めることができる。すなわち、この場合には上述の場合
と同様、測定ユニットをディジタルフィードバックを用
いずに任意波形発生器として使用する。この任意波形発
生器により、直流電圧を重畳した正弦波を生成し、これ
と同期してDUTの電圧および電流値をADCにより測
定し、この測定値の列からフーリエ変換等の処理によ
り、電圧および電流の正弦波成分の振幅および位相の関
係を求め、DUTの容量値を求める。そして、上記正弦
波に重畳した直流電圧の値を変化させ、該直流電圧と容
量との関係(C−V特性)が求められる。
電圧を印加したときの印加バイアス電圧と容量の測定は
重要であり、特に直流バイアス電圧とDUTの容量の測
定をC−V測定と称している。本発明の測定ユニットを
利用することにより、CとVとの関係(C−V特性)を
容量測定のためのハードウェアを別途設けることなく求
めることができる。すなわち、この場合には上述の場合
と同様、測定ユニットをディジタルフィードバックを用
いずに任意波形発生器として使用する。この任意波形発
生器により、直流電圧を重畳した正弦波を生成し、これ
と同期してDUTの電圧および電流値をADCにより測
定し、この測定値の列からフーリエ変換等の処理によ
り、電圧および電流の正弦波成分の振幅および位相の関
係を求め、DUTの容量値を求める。そして、上記正弦
波に重畳した直流電圧の値を変化させ、該直流電圧と容
量との関係(C−V特性)が求められる。
【0026】
【発明の効果】本発明は、上記のように構成したので以
下の効果を奏することができる。 (1)DACによる出力電圧の設定をデジタル回路によ
り行っているので、負荷条件に対応した出力電圧値制御
を行うことができる。すなわち、ループ全体の利得周波
数特性を高周波域まで伸ばしても電圧設定値変更時に発
生するオーバーシュートが増加することもない。また、
負荷条件によってリンギングが発生し、最悪の場合には
発振する等の問題は解消されるし、回路中のキャパシタ
の誘電吸収や漏れ電流に起因する誤差も生じない。 (2)負荷条件に対応した出力電圧値制御を、信号生成
源のディジタル回路(DSP等)により行い、迅速に出
力を所望の電圧に近づけることができる。また、以前の
測定の際のDACの電圧の設定を外部記憶装置等に記憶
しておく等ができるので、過去の測定条件等を利用して
を、DACの電圧設定を高速に行うことができる。 (3)信号生成源内のDACに任意の数値列を与えるこ
とにより、任意波形をDUTに与えその応答を測定する
こともできる。たとえば、ハードウェアを追加すること
なしに、いわゆるC−V測定を行うことができる。
下の効果を奏することができる。 (1)DACによる出力電圧の設定をデジタル回路によ
り行っているので、負荷条件に対応した出力電圧値制御
を行うことができる。すなわち、ループ全体の利得周波
数特性を高周波域まで伸ばしても電圧設定値変更時に発
生するオーバーシュートが増加することもない。また、
負荷条件によってリンギングが発生し、最悪の場合には
発振する等の問題は解消されるし、回路中のキャパシタ
の誘電吸収や漏れ電流に起因する誤差も生じない。 (2)負荷条件に対応した出力電圧値制御を、信号生成
源のディジタル回路(DSP等)により行い、迅速に出
力を所望の電圧に近づけることができる。また、以前の
測定の際のDACの電圧の設定を外部記憶装置等に記憶
しておく等ができるので、過去の測定条件等を利用して
を、DACの電圧設定を高速に行うことができる。 (3)信号生成源内のDACに任意の数値列を与えるこ
とにより、任意波形をDUTに与えその応答を測定する
こともできる。たとえば、ハードウェアを追加すること
なしに、いわゆるC−V測定を行うことができる。
【図1】本発明の電圧電流測定ユニットの一実施例を示
す図である。
す図である。
【図2】図1の測定ユニットの一設計変更例を示す図で
ある。
ある。
【図3】図1の測定ユニットの他の設計変更例を示す図
である。
である。
【図4】図1の測定ユニットの負荷特性を測定する様子
を示す部分回路図である。
を示す部分回路図である。
【図5】図4に示す回路における出力応答を示すグラフ
である。
である。
【図6】従来の電圧電流測定ユニットを示す回路図であ
る。
る。
1 信号生成源 11 DSP 12 DAC 13 バッファ 2 電流測定用抵抗 3 電流測定回路 31a,31b バッファ 32a,32b ADC 33 ディジタル引き算器 4 電圧測定回路
Claims (2)
- 【請求項1】 誤差検出部を有する信号生成源と、 この信号生成源の出力端子と被測定対象接続端子との間
に設けられた電流測定用抵抗と、 前記電流測定用抵抗の被測定対象接続端子側端の電圧を
測定する電圧測定回路と、 前記電流測定用抵抗の両端間の電圧を測定する電流測定
回路と、からなり、 前記電圧測定回路または電流測定回路により測定された
信号が前記信号生成源にフィードバックされる電圧電流
測定ユニットにおいて、 前記電圧測定回路および電流測定回路に、前記電流測定
用抵抗の他方端側の電圧および前記電流測定用抵抗の両
端間の電圧をアナログ値からディジタル値に変換するア
ナログ−ディジタル変換器を設けると共に、 前記信号生成源の少なくとも誤差検出部をディジタル回
路により構成し、該信号生成源の出力段にディジタル−
アナログ変換器を設けてなる、ことを特徴とする電圧電
流測定ユニット。 - 【請求項2】 誤差検出部を有する信号生成源からの信
号を、他端が被測定対象に接続された電流測定用抵抗の
一方端に入力し、 前記電流測定用抵抗の被測定対象側端の電圧を電圧測定
回路により、前記電流測定用抵抗の両端間の電圧を電流
測定回路によりそれぞれ測定すると共に、 電圧測定回路または電流測定回路により測定された信号
を前記信号生成源にフィードバックし、該フィードバッ
クされた信号を電圧設定値または電流設定値と比較し
て、前記電流測定用抵抗の前記被測定対象側端の電圧を
電圧設定値に等しくさせ、または電流測定用抵抗の両端
間の電圧を電流設定値に等しくさせる、電圧電流測定方
法において、 電圧測定回路および電流測定回路において、前記電流測
定用抵抗の他方端側端の電圧および前記電流測定用抵抗
の両端間電圧をディジタル値に変換すると共に、 前記信号生成源における前記フィードバックされた信号
と設定電圧または設定電流と誤差の検出をディジタル信
号処理により行うことを特徴とする電圧電流測定方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5063389A JPH06249889A (ja) | 1993-02-27 | 1993-02-27 | 電圧電流測定ユニットおよび電圧電流測定方法 |
| US08/634,755 US5579236A (en) | 1993-02-27 | 1996-04-11 | Voltage/current measuring unit and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5063389A JPH06249889A (ja) | 1993-02-27 | 1993-02-27 | 電圧電流測定ユニットおよび電圧電流測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06249889A true JPH06249889A (ja) | 1994-09-09 |
Family
ID=13227903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5063389A Pending JPH06249889A (ja) | 1993-02-27 | 1993-02-27 | 電圧電流測定ユニットおよび電圧電流測定方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5579236A (ja) |
| JP (1) | JPH06249889A (ja) |
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