JPH0782065B2

JPH0782065B2 - Ｉｃテスタの計測用電源供給回路

Info

Publication number: JPH0782065B2
Application number: JP1244712A
Authority: JP
Inventors: 長五喜古
Original assignee: 安藤電気株式会社
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1989-09-20
Publication date: 1995-09-06
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: JPH03107779A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、DUTの電流計測をする場合に、測定レンジ
のフルスケールよりも大きな過度電流が流れても、電流
クランプ領域に至らないように時間制御するとともに、
目的のレンジで精度よく電流計測ができるようにし、さ
らに、任意の電流でクランプするという相反する動作が
できるICテスタの計測用電源供給回路についてのもので
ある。

［従来の技術］次に、従来技術による構成図を第６図により説明する。

第６図の１はD/A変換器、２と３は抵抗、４と５は演算
増幅器、６は電流リミッタ回路、７はレンジオーバー検
出回路、８は抵抗、９は電流検出回路、10はA/D変換
器、11はDUT、12はテストパターン発生器である。

抵抗２・３はDUT11への印加電圧V₀を決定する電圧設定
用のレンジ抵抗、抵抗８は電流計測用のレンジ抵抗、電
圧V_iはD/A変換器１の出力、電圧V_cは電流検出回路９の
出力、電流i₀はDUT11に流れる電流である。

また、レンジオーバー検出回路７の出力である信号Ｐと
信号Ｎは過電流であることを知らせるもので、それぞれ
電流i₀の流れる方向、すなわちフォース電流オーバーま
たはシンク電流オーバーであることを示す。

次に、電流リミッタ回路６を第８図により説明する。

第８図の61は定電流源、62と63はトランジスタ、64〜66
は抵抗である。

定電流源61の電流をI_S、トランジスタ62のベース・エミ
ッタ間電圧をV_BE、抵抗64〜66の抵抗値をそれぞれR1、R
2、R3、抵抗66を流れる電流をI_Eとすると、第８図から
次式が成立する。

V_BE＝I_E×R₁×R₃/（R₁＋R₂） ……（１）電圧V_BEが約0.6VになるようなI_Eのとき、トランジスタ6
2がオンとなり、電流クランプがかかる。

そのときのトランジスタ63のベース電流I_Bは、次の式
（２）と式（３）を満たすように定まる。

I_E＝I_B×h_fe1 ……（２） I_S＝I_C＋I_B ……（３）ここに、I_Cはトランジスタ62のコレクタ電流、h_fe1はト
ランジスタ63の直流電流増幅率である。

したがって、電流I_Sの値を制御するか、または電流I_Cを
分流制御するか、またはトランジスタ62の電圧V_BEを制
御することによって、電流I_Bを制限すれば、電流I_Eを制
限することができる。

次に、第８図の電流リミッタ回路６をＰ信号で制御する
回路の一例を第９図により説明する。

第９図は第８図の要部だけを示したものであり、第８図
にトランジスタ67を追加したものである。

トランジスタ67は、トランジスタ62と等価な動きをす
る。

信号Ｐをトランジスタ67のベースに加えると、一定電流
である電流I_Sがトランジスタ67に分流し、抵抗66を流れ
る電流I_Eが制限される。

シンク電流オーバーを制御する信号Ｎについても、第８
図のようにコンプリメンタリー回路となっているため、
シンク側の回路にトランジスタ67と同じ動作をするPNP
トランジスタを接続し、電流I_Bを制限させることができ
る。

信号Ｐと信号Ｎによって、電流リミッタ回路６が動作
し、電流クランプがかかる。

DUT11に加えられる電圧V₀は、 V₀＝−R_B/R_A×V_i ……（４）であり、電圧V₀は電圧V_iを変えるか、または抵抗２の抵
抗値R_A、抵抗３の抵抗値R_Bの比を電子スイッチ等で切換
えることによって変えることができる。

レンジオーバー検出回路７と電流検出回路９の入力端子
には共通に抵抗８が接続される。

レンジオーバー検出回路７と電流検出回路９のそれぞれ
の入力端子に流れる電流は、電流i₀に対し無視できるよ
うに入力インピーダンスを高くしている。さらに、演算
増幅器４の＋端子への電流も無視できる。

したがって、DUT11に流れる電流i₀と抵抗８に流れる電
流は等しいので、DUT11に流れる電流i₀を測定するに
は、抵抗８の電圧降下i₀×R_mを測定すればよい。

電流検出回路９は、i₀×R_mの電圧をA/D変換器10のフル
スケール以内になるように変換する。すなわち、電流検
出回路９の出力電圧V_cは、 V_c＝Ｋ×i₀×R_m ……（５）ここに、Ｋ＝増幅率 R_m＝既知の値を持つレンジ抵抗この電圧V_CをA/D変換することによって、電流i₀を知る
ことができる。このとき、抵抗８の抵抗値R_mが一種類だ
けだと、電流i₀の値によってはオーバースケールになる
ので、広範囲にわたる電流i₀を測定できるように、抵抗
８の抵抗値R_mはリレーまたは電子スイッチ等で切換えて
使えるように複数のレンジ抵抗を用意する。

また、レンジオーバー検出回路７はあるレンジ抵抗R_mを
選択して測定したとき、レンジのフルスケールを越える
電流i₀、すなわち式（５）からi₀＝V_c/（Ｋ×R_m）で示
される電流以上が流れた場合、レンジオーバー信号とし
ては信号Ｐまたは信号Ｎを出して電流リミッタ回路６を
動作させ、電流制限をする。

［発明が解決しようとする課題］第６図によれば、DUT11のスタティックな直流電流を測
定することができる。しかし、メモリIC等の試験では、
DUT11の他の端子にパターン発生器12からのパルス信号
を加えた状態で、DUT11の電流を測定する。

DUT11がCMOS等の場合は、テストパターンの変化点で急
激な電流変化がおき、目的としている測定レンズの数倍
のパルス状の過渡電流が流れる。

次に、第６図の過渡電流の波形図に第７図により説明す
る。

第７図は、電流i₀の変化を時間軸上で拡大して図式化し
たものである。

第７図の測定電流i_mの場合は、測定レンジ21の範囲内な
ので、測定レンジ21を選択して測定する。しかし、過渡
電流i₀はレンジ21の範囲を越えてしまうので、斜線部分
の電流は第６図の電流リミッタ回路６でクランプされて
しまい、DUT11に必要な電流を供給できなくなる。

逆に、過渡電流値をカバーできる測定レンジ22を選択し
て測定すると、大きな測定レンジ22で低いレベルを測定
することになり、精度よく測定することができないとい
う問題がある。

さらに、電流リミッタ回路６が動作するのは、レンジオ
ーバー検出回路７が動作したとき、すなわち、測定レン
ジの範囲を越える電流i₀が流れたときだけであり、測定
レンジ以内の任意の電流が流れたときは電流制限動作に
入るという要求に対応することができないという問題が
ある。

この発明は、測定レンジを越えるパルス状の過渡電流が
流れても、クランプ動作領域に入らないようにし、目的
の測定レンジで精度よく測定するICテスタの計測用電源
供給回路の提供を目的とする。

また、測定レンジ以内であっても任意の電流値でDUT11
に流れる電流に制限を加えるという相反する要求をどち
らも解決する回路の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］この目的を達成するために、この発明では、電源の出力
電流に制限を加える電流リミッタ回路６と、電流リミッ
タ回路６の出力に直列に接続される抵抗８と、抵抗８に
流れる電流を検出して電圧に変換する電流検出回路９
と、電流検出回路９の出力電圧を平均化する不完全積分
器14と、不完全積分器14の入力電圧または出力電圧を切
り換えて取り出す切換器13と、切換器13の出力を接続す
るA/D変換器10と、不完全積分器14の出力電圧を第１の
基準電圧P_retと比較する第１の比較器15と、第１の基準
電圧P_refと極性が反転した第２の基準電圧N_refで不完全
積分器14の出力電圧を比較する第２の比較器16とを備
え、抵抗８に流れる電流をDUT11に加え、第１の比較器1
5の出力信号Ｐと第２の比較器16の出力信号Ｎで電流リ
ミッタ回路６を制御する。

次に、この発明によるICテスタの計測用電源供給回路の
構成図を第１図により説明する。

第１図の13は切換器、14は積分時定数がプログラマブル
な不完全積分器、15と16は比較器、17は反転増幅器、18
はD/A変換器であり、その他の部分は第６図と同じもの
である。

すなわち、第１図は第６図からレンジオーバー検出回路
７をとり、第６図に切換器13〜D/A変換器18を追加した
ものである。

電流検出回路９の出力は、不完全積分器14に入り、不完
全積分器14の出力は比較器15・16に入る。

また、切換器13は、不完全積分器14の入力電圧または出
力電圧を切り換えて取り出し、切換器13の出力はA/D変
換器10に接続される。

D/A変換器18の出力は比較器15・16の基準電圧となり、
比較器16には反転増幅器17を介して供給される。

比較器15の出力は信号Ｐとして電流リミッタ回路６に加
えられ、比較器16の出力は信号Ｎとして電流リミッタ回
路６に加えられる。

［作用］次に、不完全積分器14の動作を第２図と第３図を参照し
て説明する。

第２図は、RCによる積分回路の例であり、入力電圧V_cの
とき出力電圧V_jである。

第３図は第２図の充放電波形図であり、CRが小さいとき
は曲線19になり、CRが大きいときは曲線20になる。

電圧V_cを不完全積分器14で積分したときの不完全積分器
14の出力電圧V_jは、第２図と第３図のように変化し、第
４図の電圧V_jの波形となる。

不完全積分器14は、一次遅れ系の伝達関数をもち、第２
図に示すCR回路と等価である。第２図の入力に測定しよ
うとしている電流i₀と比例しているパルス状の電圧V_cを
入力した場合の出力応答V_jは第３図のように変化する。

入力電圧V_CをＣに充電しているときは、 V_j＝V_C（１−ε^−t/CR） ……（６）また、放電しているときは、 V_j＝V_C・ε^−t/CR ……（７）であり、よく知られた充放電式で表される。

ここで、第３図の電圧V_cが存在する期間Ｔ以内に電圧V_j
が電圧V_cの最大値に達しないような時定数CRを選ぶ。

すなわち、V_j/V_c＜１、ｔ＝Ｔとして式（６）または式
（７）からCRを決め、第４図で示すように測定レンジ23
以内になるように積分する。

比較器15・16はそれぞれ電流i₀の流れる方向、すなわち
DUT11に流れ込むフォース電流とDUT11から吸い込むシン
ク電流のオーバー検出用として動作する。

比較器15の基準電圧P_refと、比較器16の基準電圧N
_refは、D/A変換器18から供給され、電流測定レンジのフ
ルスケールに等しいか、またはそれ以下の値に設定され
る。比較器16の基準電圧N_refは、反転増幅器17で基準電
圧P_refとの極性と反転した値となっている。

比較器15の出力電圧は信号Ｐとして電流リミッタ回路６
に加えられ、比較器16の出力電圧は信号Ｎとして電流リ
ミッタ回路６に加えられる。

電流検出回路９の出力電圧V_cは、式（５）の関係で測定
する電流i₀に比例しており、第４図の電圧V_cの波形とな
る。

電圧V_cの波形は、電流i₀の方向がDUT11に流れ込むフォ
ーシング電流のときを示し、第７図の電流i₀と同様であ
り、電流i₀と読み替えても差しつかえない。

電圧V_jは測定レンジ23の範囲内になるような時定数CRで
制御されており、あらかじめ設定されている比較器15の
基準電圧P_ref、すなわち第４図のレベル24まで達しな
い。したがって、比較器15・16は動作せず、レンジオー
バーの信号Ｐ・信号Ｎは出てこないので、電流リミッタ
回路６も動作せず、DUT11に必要な電流が供給できる。

第４図のように、測定レンジ23を越えるようなパルス電
流が流れても、その電流が供給できる上位のレンジから
測定電流レベルi_mに最適なレンジに切換えることなく、
初めから目的のレンジで精度よく測定することができ
る。このときは、切換器13は端子ａ側にして、電圧V_cを
A/Dコンバータ10に接続しておく。

電流方向が違うシンク電流測定の場合は、電圧V_cと電圧
V_jの極性が反転し、コンパレータ16によって同じような
動作となる。

次に、測定レンジ以内の任意の電流値でDUT11に流れ込
む、または吸い込む電流を制限したいときがあり、この
ような場合は、コンパレータ15の基準電圧P_ref、または
コンパレータ16の基準電圧N_refを第４図のレベル24から
レベル25まで下げることによって電圧V_jの斜線部をオー
バー領域として検出することができ、電流制限をするこ
とができる。

さらに、第１図の回路によれば、第５図に示すようなパ
ルス電流を含めた平均電流の測定ができる。第５図のよ
うなパルス電流i₀が流れた場合、不完全積分器14による
パルス電流の充電時の電圧出力V_jのT₁経過後の電圧を
e_c、またはe_cから放電時のT₂経過後の電圧をe_d、リップ
ル電圧をe_rとすると、式（６）から、 e_c＝e_d（１−ε^−T1/CR） ……（８）式（７）から、 e_d＝e_c・ε^−T1/CR ……（９）の関係が得られ、リップル電圧e_rは、 e_r＝e_c−e_d ……（10）となり、パルス電流の継続時間を許容できる平均電流の
リップル電圧で不完全積分器14の積分時定数CRを決定
し、切換器13を端子ｂ側に切換え、不完全積分器14の出
力電圧V_jをA/D変換器10に接続することで電流i₀の平均
を測定することができる。

また、第１図の比較器15の基準電圧P_refと比較器16の基
準電圧N_refは不完全積分器14の積分出力V_jより大きな極
性の違うレベルにD/A変換器18で設定する。

このような状態では比較器15・16は動作せず、電流リミ
ッタ回路６を駆動する信号Ｐと信号Ｎは出てこない。

［発明の効果］この発明によれば、負荷電流を測定する場合、測定しよ
うとする電流の数倍、または測定レンジを越えるような
パルス状の過渡電流が流れても電流クランプがかから
ず、さらに測定レンジを変更することなく測定電流のレ
ベルに最適なレンジを使用し精度よく測定することがで
きる。

逆に、測定レンジ以内の任意の電流以上負荷には流れな
いように電流クランプをかけ、負荷電流に制限をかける
ことができる。

さらに、パルス電流の平均値を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるICテスタの計測用電流供給回
路、第２図と第３図は第１図の不完全積分器14の動作説
明図、第４図と第５図は第１図の動作説明用波形図、第
６図は従来技術による構成図、第７図は第６図の過渡電
流の波形図、第８図は電流リミッタ回路６の動作説明
図、第９図は第８図の電流リミッタ回路６をＰ信号で制
御する回路の一例を示す図である。１……D/A変換器、２……抵抗、３……抵抗、４……演
算増幅器、５……演算増幅器、６……電流リミッタ回
路、７……レンジオーバー検出回路、８……抵抗、９…
…電流検出回路、10……A/D変換器、11……DUT、12……
テストパターン発生器、13……切換器、14……不完全積
分器、15……比較器、16……比較器、17……反転増幅
器、16……D/A変換器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源の出力電流に制限を加える電流リミッ
タ回路（６）と、電流リミッタ回路（６）の出力に直列に接続される抵抗
（８）と、抵抗（８）に流れる電流を検出して電圧に変換する電流
検出回路（９）と、電流検出回路（９）の出力電圧を平均化する不完全積分
器（14）と、不完全積分器（14）の入力電圧と出力電圧を切り換えて
取り出す切換器（13）と、切換器（13）の出力を接続するA/D変換器（10）と、第１の基準電圧と不完全積分器（14）の出力電圧を比較
する第１の比較器（15）と、極性が第１の基準電圧に対し反対の第２の基準電圧と不
完全積分器（14）の出力電圧を比較する第２の比較器
（16）とを備え、抵抗（８）に流れる電流をDUT（11）に加え、第１の比
較器（15）の出力信号Ｐと第２の比較器（16）の出力信
号Ｎで電流リミッタ回路（６）を制御することを特徴と
するICテスタの計測用電源供給回路。