CN110622012A - 包括充电/放电设备的电流测量装置和使用其的电流测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于测量与作为电流测量对象的被测设备(DUT)的检查有关的电流的电流测量装置、其制造方法以及通过使用该电流测量装置来测量与DUT的检查有关的电流值的方法。具体地，根据本发明的电流测量装置包括：电容器，其被并联连接到作为电流测量的对象的DUT的信号端子；测试模式生成装置，其用于生成测试模式以便操作DUT；以及测量模块，其被连接到与所述DUT的信号端子连接的所述电容器的一端。此外，所述测量模块包括：输入/输出(I/O)缓冲器，其用于通过所述电容器的充电或放电来增大或减小电容器的电荷量，并根据所述电容器的一端的电压来输出与输出逻辑值相对应的信号；时间测量器，其用于测量到达时间，该到达时间是所述电容器的一端的电压从预定的第一电压达到预定的第二电压所经过的时间；以及控制器，其用于控制I/O缓冲器和时间测量器来测量所述到达时间，并进行控制以使得使用所测量的到达时间来测量与DUT的检查有关的电流的值。

Description

包括充电/放电设备的电流测量装置和使用其的电流测量 方法
技术领域
本发明涉及一种电流测量装置，其用于测量与被测设备(device under test，DUT)的检查有关的电流，以便对该DUT(例如，电气和电子电路模块、半导体器件等)进行检查，DUT为电流测量的对象。具体地，本发明涉及一种作为电流测量工具的装置，该电流测量工具用于具有电子电路的电子设备，所述电子设备诸如电子设备、半导体元件、电路模块、电路板等等。
背景技术
作为用于针对诸如集成电路(IC)驱动器、半导体器件等的电气和电子电路模块对被测设备(DUT)执行电流测量的常规电流测量工具，应用了利用线圈、电阻器等来测量电压且然后利用该电压来测量电流的方法的装置被广泛使用。
例如，这种电流测量工具包括在韩国专利公开申请No.10-2014-0034171中公开的电流测量装置。相关技术文献所述的电流测量装置使用了D类放大器14(其为精密放大器)、线圈以及电阻器16和17(参见相关技术文献的图1)。为了简要描述该电该测量装置的原理，根据线圈中感应的磁场的变化或根据物理定律I＝V/R(此处，I表示电流值，V表示电压值，并且R表示电阻值)，将电压值转换为电流值。
这种方法的问题在于，由于这些常规的电流测量工具要使用非常昂贵的精密放大器以及庞大的线圈和电阻器，所以电流测量装置的尺寸增大，并且电流测量装置中所包括的线圈和电阻器中的电流损耗不可忽略，因此应该增加一种用于补偿该电流损耗的控制方法。
为了解决这样的问题，无需使用线圈和电阻器而采用了通过对电容器充电来测量DUT的电流的方法的电流测量工具包括在韩国专利公开申请10-1999-0054466中公开的电流测量装置。图1是这种类型的电流测量装置，并且是示出常规电流测量装置的示例图，该常规电流测量装置无需使用线圈和电阻器而通过对电容器充电并使用精密驱动器和精密比较器来测量DUT的电流。
由于相关技术文献的电流测量装置要使用精密驱动器和精密比较器来测量电容器的电压变化，所以存在制造单位成本增大且制造面积增大的问题，因此实际应用仍然受到限制。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种新的电流测量工具，该工具能够解决这些问题并降低单位成本，并且由于不使用诸如线圈、电阻器、电流放大器、精密比较器和高速模数转换器(ADC)之类的精密部件而适合于小型化。
技术问题的解决方案
将在下文中描述的用于实现本发明的上述目的并实现其特征效果的本发明的特征构造如下所述：
本发明的一个方面提供了一种电流测量装置，其包括：电容器，该电容器被并联连接到作为电流测量的对象的被测设备(DUT)的信号端子；测试模式生成装置，其被配置为生成测试模式以便操作DUT；以及测量模块，其被连接到与所述DUT的信号端子连接的所述电容器的一端，其中，所述测量模块包括：输入/输出(I/O)缓冲器，其被配置为通过对所述电容器充电或放电来增大或减小所述电容器的电荷量，以及根据所述电容器的一端的电压来输出与输出逻辑值相对应的信号；时间测量器，其被配置为测量达到时间，所述达到时间是所述电容器的一端的电压从预定的第一电压达到预定的第二电压所经过的时间；以及控制器，其被配置为控制I/O缓冲器和时间测量器来测量所述达到时间，并使用所述达到时间来测量与所述DUT的检查有关的电流值。
根据一个实施例，所述测量模块可以使用基于所述电容器的电容、所述第一电压、所述第二电压和所述达到时间的计算来测量以下各项中的至少一项：(i)从所述DUT的信号端子流到其接地端子的第一泄漏电流的值；(ii)从所述DUT的信号端子流到其电源端子的第二泄漏电流的值；(iii)从所述DUT的信号端子流到其接地端子的第一工作电流的值；以及(iv)从所述DUT的信号端子流到其电源端子的第二工作电流的值，以作为与所述DUT的检查有关的电流的值。
根据另一实施例，所述测试模式生成装置可以生成用于将DUT保持在备用状态的第一测试模式，在所述备用状态下，所述第一泄漏电流和所述第二泄漏电流中的至少一个是可测量的，或者可以生成用于将DUT保持在激活状态的第二测试模式，在所述激活状态下，所述第一工作电流和所述第二工作电流中的至少一个是可测量的。
在上述实施例中，所述第一电压可以是当所述I/O缓冲器的驱动电压被施加到所述电容器达通过将包括电容器和I/O缓冲器的充电电路的时间常数乘以预定的正数所获得的时间时所述电容器的一端所达到的电压。
根据又一实施例，所述I/O缓冲器可以被配置为使得所述第一电压和第二电压是可使用各种半导体元件来设置的，并且当所述电容器的一端的电压从第一电压达到第二电压时，所述I/O缓冲器会导致发生输出逻辑值的变化，从而使所述时间测量器检测到该变化，并且所述I/O缓冲器可以指示时间测量器来测量所述达到时间。
根据另一实施例的示例，所述电流测量装置还可以包括与所述电容器的一端和所述测量模块并联连接的保护电路，并且该保护电路可以是用于保护电流测量装置免受过电流和电击中的至少一个的影响的电路。
同时，所述电流测量装置还可以包括开关元件，该开关元件被连接在与所述测量模块并联连接的所述电容器的一端与所述DUT的信号端子之间。在这种情况下，所述控制器可以根据充电或放电的开始时间来断开或闭合开关元件。
根据又一实施例的示例，在所述电流测量装置中，所述电容器的电容和所述时间测量器的测量频率中的至少一个可以是可变的，以便调节所述DUT的电流值的测量的精度。
根据任何一个实施例，在所述电流测量装置中，所述测量模块可以被形成为使得所述I/O缓冲器和所述时间测量器被单片集成到所述控制器中。
除了以上描述之外，本发明的另一方面提供了一种制造根据上述实施例的电流测量装置的方法。
此外，本发明的另一方面提供了一种测量模块，其被连接到与作为电流测量的对象的被测设备(DUT)的信号端子连接的电容器的一端，以便在所述DUT的信号端子被并联连接到所述电容器并且所述DUT因测试模式而操作的状态下，测量与所述DUT的检查有关的电流的值，所述测量模块包括：输入/输出(I/O)缓冲器，其被配置为通过对所述电容器充电或放电来增大或减小所述电容器的电荷量，并根据所述电容器的一端的电压而输出与输出逻辑值相对应的信号；时间测量器，其被配置为测量达到时间，所述达到时间为所述电容器的一端的电压从预定的第一电压达到预定的第二电压所经过的时间；以及控制器，其被配置为控制所述I/O缓冲器和所述时间测量器来测量所述达到时间，并使用所述达到时间来测量与所述DUT的检查有关的电流的值。
本发明的又一方面提供了一种使用电流测量装置来测量与作为电流测量的对象的被测设备(DUT)的检查有关的电流的值的方法，该方法包括：(a)在所述DUT的信号端子与电容器并联连接，开关元件被串联连接在所述电容器的一端与所述DUT的信号端子之间，并且该开关元件断开的状态下，(i)通过所述电流测量装置来生成测试模式以在备用状态或激活状态下操作所述DUT，或辅助与所述电流测量装置联锁(interlock)的测试模式生成装置进行操作，以及(ii)通过所述电流测量装置，通过对所述电容器充电或放电来增大或减小所述电容器的电荷量，以使得所述电容器的一端的电压达到预定的第一电压；(b)当所述电容器的一端的电压达到所述第一电压时，通过所述电流测量装置将所述开关元件闭合，使得所述电容器的电荷量开始变化；(c)当检测到所述电容器的一端的电压变化到预定的第二电压时，通过所述电流测量装置来获得达到时间，该达到时间是从开关元件的闭合时间到变化至预定的第二电压所经过的时间；以及(d)由所述电流测量装置使用所获得的达到时间来测量与所述DUT的检查有关的电流的值。
根据一个实施例，在操作(c)中，所述电容器的一端的电压到预定的第二电压的变化可以使用被连接到与所述DUT的信号端子连接的所述电容器的一端的I/O缓冲器来检测，并且所述I/O缓冲器可以根据所述电容器一端的电压来输出与输出逻辑值相对应的信号并检测何时发生所述电容器的一端的电压从第一电压达到第二电压、到第二电压的变化可以被检测为输出逻辑值的变化。
在本实施例中，所述达到时间的获取可以由时间测量器来执行，并且当从控制I/O缓冲器的控制器或I/O缓冲器检测到所述到第二电压的变化时，该时间测量器可以执行以下功能：测量从开关元件被闭合的时间到所述变化达到第二电压的时间所经过的时间。
本发明的有益效果
根据本发明的实施例，采用了一种使用时间测量元件来测量电流的方法。因此，本发明不像在常规方法中那样依赖于构成硬件的昂贵的精密设备，或者不采用诸如线圈、电阻器之类的大部件，从而可以具有可以降低单位成本效果并且能够小型化。
此外，根据本发明的实施例，不同于常规电流测量方法，在常规电流测量方法中线圈、电阻器等被串联连接从而需要修改被测设备(DUT)中的电子电路，根据本发明的电流测量装置或测量模块的端子被并联连接到DUT的端子使得能够进行电流测量。因此，还具有如下效果：无需修改电路就能够对DUT的内部电子电路(例如半导体电路、模块等)进行电流测量。
此外，根据本发明的实施例，可以通过改变电容器的电容、时间测量器的测量频率等来适当地权衡测量时间和测量精度，从而具有如下效果：能够满足用户对电流测量装置的各种需求。
附图说明
所附的要用于本发明的实施例的描述的附图仅是本发明的一些实施例，并且可以被本发明所属的技术领域的技术人员(以下称为“技术人员”)使用。可以在不进行创造性劳动的情况下基于这些附图获得其他附图。
图1是示出常规电流测量装置的示例性示图，该常规电流测量装置不使用线圈和电阻器而通过对电容器充电、使用精密驱动器和精密比较器来测量被测设备(DUT)的电流。
图2是示出根据本发明的一个实施例的电流测量装置的示意性框图。
图3是示出根据本发明的另一实施例的电流测量装置的示意性框图，其中，在图2所示的实施例中的输入/输出(I/O)缓冲器和时间测量器被单片集成到控制器中。
具体实施方式
在本发明的以下详细描述中，为了阐明本发明的目的、技术方案和优点，参考了附图，这些附图通过图示的方式示出了可以在其中实施本发明的特定实施例。对这些实施例进行了足够详细的描述，以使本领域技术人员能够实施本发明。然而，根据本文所公开的本发明的概念和原理的本发明实施例的具体结构和功能描述仅仅是为了描述根据本发明的实施例的目的而是说明性的，并且根据本发明的概念的这些实施例可以以各种形式来实施，并且不应被解释为限于本文描述的实施例。
此外，在本发明的整个说明书和权利要求书中，术语“包括”及其变型形式并不旨在排除其他技术特征、添加物、组件或步骤。部分地根据本说明书并且部分地根据本发明的实践，本发明的其他目的、优点和特征对于本领域技术人员而言将是显而易见的。以下示例和附图以说明的方式提供而不旨在限制本发明。
此外，在本发明的整个描述和权利要求中，术语“第一”、“第二”等可以被用于描述各种组件，但是这些组件不应限于以上术语。这些术语可以仅被用于将一个组件与另一个组件区分开的目的，并且例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”组件可以被称为“第二”组件，并且类似地，“第二”组件也可以被称为“第一”组件。
此外，当一个组件被称为“连接”或“耦接”到另一组件时，它可以直接连接或耦接到另一组件，但是应该理解，该组件与另一组件之间可以存在又一个组件。相反，当组件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一组件时，应理解，在该组件与另一组件之间可能不存在又一组件。其他描述组件之间的关系的表述，例如“在...之间”和“直接在...之间”，“与...相邻”和“与…直接相邻”还应如上所述来进行解释。
此外，本发明涵盖本文所述实施例的所有可能的组合。应当理解，本发明的各种实施例尽管不同，但不一定是互斥的。例如，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中结合一个实施例描述的特定形式、结构和特征可以在其他实施例中实施。此外，应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以修改每个公开的实施例中的各个元件的位置或布置。因此，以下详细描述不应被理解为限制性的意思，并且本发明的范围仅由被适当地解释的所附权利要求以及赋予了权利的等同物的全部范围来限定。在附图中，贯穿几个视图，相似的附图标记指代相同或相似的功能。
除非本文另外指出或与本公开中的上下文明显矛盾，否则称为单数的项涵盖复数除非上下文另有要求。另外，在本发明的以下描述中，如果相关的已知配置或功能的详细描述被确定为使本发明的主旨不清楚，则将省略其详细描述。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例，以使本领域技术人员能够容易地实施本发明。
图2是示出根据本发明的第一实施例的电流测量装置的示意性框图。
参考图2，根据本发明的第一实施例的电流测量装置200包括：电容器210，其被并联连接到作为电流测量的对象的被测设备(DUT)100的信号端子；测试模式生成装置220，其用于生成测试模式以便操作DUT；以及测量模块230，其被连接到与DUT 100的信号端子连接的电容器210的一端。
具体地，测量模块230包括输入/输出(I/O)缓冲器232，其通过将电容器210充电或放电来增大或减小电容器210的电荷量，并根据所述电容器的一端的电压而输出与例如状态1或0相对应的信号作为输出逻辑值。
I/O缓冲器232的示例可以包括：作为电压输出设备的输入缓冲器，其是用于通过对电容器210进行充电或放电来增大或减小电容器210的电荷量的充电和放电部件；以及输出缓冲器，其作为用于根据所述电容器的一端的电压来输出与输出逻辑值相对应的信号的设备。
例如，当所述电容器的一端的电压是预定的第一电压时，输出缓冲器可以输出与状态1相对应的信号，并且当所述电容器的一端的电压是预定的第二电压时，输出缓冲器可以输出与状态0相对应的信号。相反，当所述电容器的一端的电压是预定的第一电压时，输出缓冲器可以输出与状态0相对应的信号，并且当所述电容器的一端的电压是预定的第二电压时，输出缓冲器可以输出与状态1相对应的信号。
I/O缓冲器232的示例可以被配置为能够设置第一电压和第二电压。因此，当所述电容器的一端的电压从第一电压达到第二电压时，I/O缓冲器232可以被配置为产生输出逻辑值的变化。
另外，测量模块230还包括用于测量达到时间的时间测量器234，该达到时间是所述电容器210的一端的电压从预定的第一电压达到预定的第二电压所经过的时间。换言之，时间测量器检测I/O缓冲器232中所包括的输出缓冲器的输出逻辑值被改变的时间，并且测量所检测到的时间作为达到时间。
在这种情况下，例如，当I/O缓冲器232的驱动电压被施加至电容器210达通过将包括电容器210和I/O缓冲器232的充电电路的时间常数乘以预定的正数而获得的时间时，第一电压可以是所述电容器210的一端达到的电压。通常，已知在充电期间的稳定时间(settling time)约为时间常数的四倍。因此，技术人员可以将预定的正数指定为4。
本领域技术人员将理解，当电容器210被充电时，所述电容器210的一端的电压可以达到比第一电压高的预定的第二电压，并且当电容器210被放电时，所述电容器210的一端的电压可以达到比第一电压低的预定的第二电压。
另外，测量模块230还包括控制器236，其用于控制I/O缓冲器232和时间测量器234来测量达到时间，并且使用所述达到时间来测量与DUT的检查有关的电流的值。例如，控制器236可以通过I/O缓冲器232来控制充电和放电中的至少一个的开始时间和停止时间，以通过时间测量器234来测量达到时间。
在上述I/O缓冲器232的另一示例中，I/O缓冲器232可以具有1、0和Hi-Z的三个状态。在这里，Hi-Z指代I/O缓冲器232中所包括的输出缓冲器的输出处于关断(OFF)状态的状态。例如，控制器236可以通过使由I/O缓冲器232来控制充电或放电停止而将输出缓冲器的输出转变为关断状态。
如上所述，包括上述组件的测量模块230可以根据电容器210的电容、第一电压、第二电压和达到时间来计算与DUT 100的检查有关的电流的值。这里，与DUT 100的检查有关的电流的值是指：(i)从DUT的信号端子流到其接地端子的第一泄漏电流的值；(ii)从DUT的信号端子流到其电源端子的第二泄漏电流的值；(iii)从DUT的信号端子流到其接地端子的第一工作电流的值；或(iv)从DUT的信号端子流到其电源端子的第二工作电流的值。例如，这种计算电流的值的功能通常可以由控制器236执行，但是本领域技术人员将理解，本发明不限于此。
在所述电流的值的测量中，测试模式生成装置220可以生成用于将DUT 100保持在备用状态的测试模式以将测试模式应用于DUT 100(在所述备用状态中，可以测量第一泄漏电流和第二泄漏电流中的至少一个)，并可以生成用于将DUT 100保持在激活状态的另一测试模式以将该另一测试模式应用于DUT 100(在所述激活状态中可以测量第一工作电流和第二工作电流中的至少一个)。同时，下面将详细描述所述电流的值的具体计算原理和具体的单独过程。
再次参考图2，根据本发明的电流测量装置200(未示出)还可以包括与所述电容器210的一端和测量模块230并联连接的保护电路240。保护电路240保护电流测量装置200免受过电流、电击等的影响。即，当根据本发明的电流测量装置与DUT的信号端子接触或分离时，保护电路240可以用于保护电流测量装置和DUT免受感应静电放电(ESD)的影响。
另外，电流测量装置200还可以包括开关元件250，其串联连接在彼此并联连接的所述电容器210的一端、测量模块230和保护电路240与DUT100的信号端子之间。控制器236可以根据电容器210的充电或放电的开始时间来断开或闭合开关元件250。
以上，参考图2描述了根据本发明的第一实施例的电流测量装置的概要。图3是示出根据本发明的第二实施例的电流测量装置的示意性框图，在其中，图2所示的实施例中的I/O缓冲器和时间测量器被单片集成到控制器中。
参考图3，例如，控制器336可以由具有双向I/O功能的现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器、专用集成电路(ASIC)等组成以便单片地包括I/O缓冲器332和时间测量器334。
在上述第一实施例和第二实施例中，如下可以通过根据本发明的电流值测量方法来测量与DUT 100的检查有关的电流的特定值。
例如，当DUT 100是半导体器件时，两种类型的电流作为与DUT 100的检查有关的电流可以在DUT 100的信号端子中流动。两种类型的电流中的一种电流是当DUT处于备用状态时从DUT的信号端子沿DUT的接地端子或电源端子的方向流动的泄漏电流，并且另一种电流是当DUT处于激活状态时从信号端子沿接地端子或电源端子的方向流动的工作电流。
第一泄漏电流的测量
首先，当将在DUT 100中获得的电流值是从DUT的信号端子沿其接地端子的方向流动的泄漏电流的值时，计算该泄漏电流的值的过程如下。
在DUT 100的信号端子被连接至参考图2或图3的根据本发明的电流测量装置的状态下，进行与DUT 100的检查有关的该电流的测量。
1-1)首先，将测试模式应用于DUT 100以使DUT 100处于备用状态。在这种情况下，开关元件250或350处于OFF状态。
1-2)接着，当控制器236或336指示开始测量时，I/O缓冲器232或332的输入缓冲器开始对电容器210或310进行充电，直到电容器210或310的一端的电压Vs达到DUT 100的电源端子的电压Vd为止。在这种情况下，为了对电容器210或310充分充电，充电时间是相比于包括电容器210或310以及I/O缓冲器232或332的充电电路的时间常数τ足够大的时间。这里，充电电路的时间常数τ是通过将电容器210或310的电容Ck乘以输入缓冲器的充电驱动电阻Ra而获得的值，即τ＝Ck*Ra，并且Ck是电容器的电容并且是已知的设计常数。Ra是I/O缓冲器232或332的输入缓冲器的充电驱动电阻。通常，已知在充电期间的稳定时间约为时间常数的四倍，例如四倍至五倍。
上述过程1-1)和1-2)可以在相同的时间或不同的时间被执行。当在不同的时间执行过程1-1)和1-2)时，执行顺序可以是执行过程1-1)然后执行过程1-2)或者是执行过程1-2)然后执行过程1-1)。在下文中，由于对另一电流的测量中的与上述过程1-1)和1-2)相对应的过程的相互顺序的描述与上述描述相同，因此在此将省略重复的描述。
1-3)在经过了充电时间之后，控制器236或336关断I/O缓冲器232或332的输入缓冲器，并接通输出缓冲器。另外，控制器236或336将开关元件250或350闭合以接通开关元件250或350，以使得控制器236或336把作为电流测量的对象的DUT 100的信号端子连接到根据本发明的电流测量装置，并同时指示时间测量器234或334测量时间。
1-4)从电流测量装置被连接到DUT 100的信号端子的时刻起，由于泄漏电流，电容器210或310中的被充电的电荷量开始变化。在这种情况下，根据电容器210或310的一端的电压Vs，I/O缓冲器232或332的输出缓冲器具有与0和1相对应的两个输出逻辑值，所以输出逻辑值可以根据电容器的电荷量的变化而从1变为0。
当I/O缓冲器232或332的输出缓冲器的输出逻辑值发生变化时，控制器236或336指示时间测量器234或334测量达到时间t，该达到时间t是从开关元件250或350被接通的时间到输出逻辑值改变的时间所经过的时间。作为一般示例，当作为第一电压的电源电压为Vd时，作为第二电压的参考电压Vr可以被确定为Vr＝Vd/2，在所述第二电压处输出缓冲器的输出逻辑值发生变化。然而，参考电压的设置不限于此。
因此，控制器236或336可以使用以下等式1从所测量的达到时间t来计算作为电流测量的对象的DUT 100的第一泄漏电流。
[等式1]
当第一电压为Vd并且第二电压为Vr＝Vd/2时，导出等式1，并且本领域技术人员还将容易地获得关于另外确定的第一电压和第二电压的与等式1相对应的电流值的等式，并且因此，这里将省略不必要的详细描述。
第二泄漏电流的测量
与以上描述不同，当将在DUT 100中获得的电流值是从DUT的信号端子沿其电源端子的方向流动的泄漏电流的值时，计算该泄漏电流的值的过程如下。
2-1)执行与第一泄漏电流的测量中的过程1-1)相同的过程。
2-2)接下来，当控制器236或336指示开始测量时，I/O缓冲器232或332的输入缓冲器开始使电容器210或310放电，直到电容器210或310的一端的电压Vs达到DUT100的接地端子的电压为止。在这种情况下，为了使电容器210或310充分放电，放电时间是相比于包括电容器210或310和I/O缓冲器232或332的放电电路的时间常数τ足够大的时间。在这里，放电电路的时间常数τ是通过将电容器210或310的电容Ck乘以输入缓冲器的放电驱动电阻Rb而获得的值，即τ＝Ck*Rb，并且Ck是电容器的电容且是已知的设计常数。Rb是I/O缓冲器232或332的输入缓冲器的放电驱动电阻。通常，还已知在放电期间的稳定时间大约是时间常数的四倍，例如四倍到五倍。
2-3)在经过了放电时间之后，如在第一泄漏电流的测量中的过程1-3)中一样，控制器236或336将I/O缓冲器232或332的输入缓冲器关断，并接通输出缓冲器。另外，控制器236或336将开关元件250或350闭合以接通开关元件250或350，使得控制器236或336把作为电流测量的对象的DUT100的信号端子连接到根据本发明的电流测量装置，并且同时指示时间测量器234或334测量时间。
2-4)从电流测量装置被连接到DUT 100的信号端子的时刻起，由于泄漏电流，电容器210或310中被充电的电荷量开始变化。在这种情况下，根据电容器210或310的一端的电压Vs，I/O缓冲器232或332的输出缓冲器具有与0和1相对应的两个输出逻辑值，所以输出逻辑值可以根据电容器的电荷量的变化而从0变为1。
当I/O缓冲器232或332的输出缓冲器的输出逻辑值发生变化时，控制器236或336指示时间测量器234或334测量达到时间t，该达到时间t是从开关元件250或350被接通的时间到输出逻辑值改变的时间所经过的时间。因此，控制器236或336可以使用以下等式2从所测量的达到时间t来计算作为电流测量的对象的DUT100的第二泄漏电流。
[等式2]
类似于等式1，等式2是说明性的，并且本领域技术人员还将容易地获得关于另外确定的第一电压和第二电压的与等式2相对应的等式。
第一工作电流的测量
与以上描述不同，当将在DUT 100中获得的电流值是从DUT的信号端子沿其接地端子的方向流动的工作电流的值时，计算该工作电流的值的过程如下。
3-1)执行与第一泄漏电流的测量中的过程1-1)相同的过程，并且不同之处在于，测试模式是使DUT 100处于激活状态而不是备用状态的模式。
3-2)执行与第一泄漏电流的测量中的过程1-2)相同的过程。
3-3)执行与第一泄漏电流的测量中的过程1-3)相同的过程。
3-4)执行与第一泄漏电流的测量中的过程1-4)相同的过程，并且不同之处在于，考虑的是工作电流而不是泄漏电流。
第二工作电流的测量
与以上描述不同，当将在DUT 100中获得的电流值是从DUT的信号端子沿其电源端子的方向流动的工作电流的值时，计算该工作电流的值的过程如下。
4-1)执行与第二泄漏电流的测量中的过程2-1)相同的过程，并且不同之处在于，测试模式是使DUT 100处于激活状态而不是备用状态的模式。
4-2)执行与第二泄漏电流的测量中的过程2-2)相同的过程。
4-3)执行与第二泄漏电流的测量中的过程2-3)相同的过程。
4-4)执行与第二泄漏电流的测量中的过程2-4)相同的过程，并且不同之处在于，考虑的是工作电流而不是泄漏电流。
在此之前，已经描述了使用本发明的电流测量装置来测量(i)从DUT的信号端子流到其接地端子的第一泄漏电流的值，(ii)从DUT的信号端子流到其电源端子的第二泄漏电流的值，(iii)从DUT的信号端子流到其接地端子的第一工作电流的值，以及(iv)从DUT的信号端子流到其电源端子的第二工作电流的值的方法。
同时，本发明中描述的电流测量方法不限于使用了实质上具有根据本发明的配置的电流测量装置的情况，因此下面将基于上述电流测量方法再次描述该方法。
根据本发明的测量与作为电流测量的对象的DUT的检查有关的电流的值的方法(以下称为“电流测量方法”)首先在以下状态下执行：DUT的信号端子与电容器并联连接，开关元件串联连接在电容器的一端与DUT的信号端子之间，并且开关元件被断开。
根据本发明的电流测量方法包括操作S410(未示出)，在该操作S410中电流测量装置：(i)生成测试模式以在备用状态或激活状态下操作DUT，或辅助与电流测量装置联锁的测试模式生成装置进行操作，以及(ii)通过对电容器进行充电或放电来增大或减小电容器的电荷量，以使得电容器的一端的电压达到预定的第一电压。
接下来，本发明的电流测量方法还包括操作S420(未示出)，在操作S420中，当电容器的一端的电压达到第一电压时，电流测量装置将开关元件闭合，以使得电容器的电荷量开始变化。
然后，本发明的电流测量方法还包括操作S430(未示出)，在操作S430中，当检测到电容器的一端的电压变为预定的第二电压时，电流测量装置获得达到时间，该达到时间是从开关元件被闭合的时间到所述变化达到预定的第二电压的时间所经过的时间。
在操作S430的示例中，可以使用被连接到与DUT的信号端子连接的电容器的一端的I/O缓冲器来检测电容器的一端的电压到预定的第二电压的变化。在此，I/O缓冲器执行以下功能：根据电容器的一端的电压来输出与输出逻辑值相对应的信号，并且由于该功能，当电容器的一端的电压从第一电压达到第二电压时，可以检测到根据输出逻辑值的变化的发生的第二电压的变化。
本领域技术人员将理解，本文描述的I/O缓冲器可以被包括在根据本发明的电流测量装置或其他电流测量装置中，或者被用作单独的组件。
此外，在本实施例中，可以由时间测量器来执行达到时间的获取，该时间测量器用于测量何时从控制I/O缓冲器的控制器或I/O缓冲器检测到至第二电压的变化、从开关元件被闭合的时间到所述变化达到第二电压的时间所经过的时间。
类似地，在此描述的时间测量器可以被包括在根据本发明的电流测量装置或其他电流测量装置中，或者被用作单独的组件。
如上所述，电流测量装置和电流测量方法是说明性的，并且本领域技术人员将参考本文描述的内容来实现各种修改的实施。
同时，在本发明的所有实施例中，为了调整DUT 100的电流值的测量精度，电容器210或310的电容和时间测量器234或334的测量频率中的至少之一可以是可变的。
例如，随着电容器的电容增大并且测量频率变得更高，测量的精度增大。然而，当电容器的电容过度增大时，测量时间可能相对增加，从而有必要需要保持适当的电平(level)。
例如，当半导体器件为DUT(该半导体器件的电源端子的电压为1.0V)，且在测量到DUT的泄漏电流为1nA的情况下，电容器的电容被设置为1nF，且时间测量器的测量频率被设置为1GHz的时候，根据t＝C*(Vd-Vd/2)/i，测量所需的时间为0.5秒，且测量所需的时钟的数量为5*108。换言之，由于在测量期间与一个时钟相对应的电流值变得准确，所以能够基于上述设置准则来测量高达10-8nA的电流。
在上述示例中，当测量时间过多而难以负担时，有必要通过适当地调节电容器的电容来优化测量时间。为此，电容器可以由可变元件组成，该可变元件的电容可以被调节。
作为另一示例，还能够实施通过将根据本发明的电流测量装置的电容器的电容设置为“0”并使用作为测量的对象的DUT的内部固有电容组件和电流测量装置的电路部分来测量电流的方法。普通半导体元件的I/O端子的电容容量范围为5pF至10pF。在这种情况下，测量时间约为1/100秒。
作为又一个示例，能够实施以下方法：通过在根据本发明的电流测量装置中用诸如高速模数转换器(ADC)或运算放大器(OP Amp)的精密组件代替I/O缓冲器的输出缓冲器，来检测电容器的电荷量的微小变化，以提高精度或减少测量时间。当使用上述实施例中的输出缓冲器时，在经过了电容器的一端的电压的变化达到Vd/2的电平所花费的时间时，输出缓冲器的输出逻辑值改变，而当使用这样的精密组件时，即使1mV的精细电平也可能立即导致输出逻辑值的变化。当由于设计而使应用于DUT的信号端子的电容较大时，应用这样的精密部件以使得能够实现测量时间的显著减少。
如上所述，在本发明的所有实施例中都采用了使用时间测量元件来测量电流的方法。因此，本发明不像常规方法那样依赖于构成硬件的昂贵的精密设备的精度，或者不采用诸如线圈、电阻器之类的大部件，从而具有能够降低单位成本的效果并且能够小型化。
在使用线圈、电阻器等的常规的电流测量中，由于线圈、电阻器等应从将要被测量的DUT(例如半导体电路或电子电路模块)的端子沿电源或接地的方向串联插入，所以有必要对DUT中的电子电路进行修改，然而，作为上述实施例在本文中描述的技术的另一个优点是，根据本发明的电流测量装置或电流测量方法，在不修改电子电路的情况下，使测量模块的端子与要被测量的DUT的端子接触，从而可以测量电流。
基于上述实施例的描述，相应领域的技术人员将清楚地意识到，可以仅通过上述电流测量装置200或300的硬件、或通过硬件和软件的组合、或仅通过硬件来实现本发明的效果。技术人员将很好地理解，本发明的技术方案的主题或对相关技术做出贡献的部分可以被实现为各种变型。
尽管已经参考诸如特定组件、示例性实施例和附图之类的特定项描述了本发明，但是提供这些仅是为了帮助理解本发明，并且本发明不限于这些实施例，并且本发明所属领域的技术人员可以根据本发明的描述进行各种改变和修改。
因此，本发明的精神不应该限于上述实施例，而应该被解释为所附权利要求以及所附权利要求的所有等同物或等同修改都将落入本发明的范围内。
这样的等同物或等同修改将包括例如在数学上或逻辑上等同于根据本发明的方法以及能够产生与实施根据本发明的方法时相同的结果的方法。
[参考标记的描述]
100：被测设备(DUT)
210和310：电容器
220和320：测试模式生成装置
230和330：测量模块
232和332：输入/输出缓冲器
234和334：时间测量器
236和336：控制器
240和340：保护电路
250和350：开关元件

Claims (14)

1.一种电流测量装置，包括：
电容器，其被并联连接到作为电流测量的对象的被测设备DUT的信号端子；
测试模式生成装置，其被配置为生成测试模式以操作所述DUT；以及
测量模块，其被连接到与所述DUT的信号端子连接的所述电容器的一端，
其中，所述测量模块包括：
输入/输出I/O缓冲器，其被配置为通过对所述电容器进行充电或放电来增大或减小所述电容器的电荷量，并且根据所述电容器的一端的电压来输出与输出逻辑值相对应的信号；
时间测量器，其被配置为测量达到时间，所述达到时间是所述电容器的一端的电压从预定的第一电压达到预定的第二电压所经过的时间；以及
控制器，其被配置为控制所述I/O缓冲器和所述时间测量器来测量所述达到时间，并使用所述达到时间来测量与所述DUT的检查有关的电流的值。
2.根据权利要求1所述的电流测量装置，其中，所述测量模块使用基于所述电容器的电容、所述第一电压、所述第二电压和所述达到时间的计算来测量以下各项中的至少一项：(i)从所述DUT的信号端子流到其接地端子的第一泄漏电流的值；(ii)从所述DUT的信号端子流到其电源端子的第二泄漏电流的值；(iii)从所述DUT的信号端子流到其接地端子的第一工作电流的值；以及(iv)从所述DUT的信号端子流到其电源端子的第二工作电流的值，以作为与所述DUT的检查有关的电流的值。
3.根据权利要求2所述的电流测量装置，其中，所述测试模式生成装置生成用于将所述DUT保持在备用状态的第一测试模式或者生成用于将所述DUT保持在激活状态的第二测试模式，在所述备用状态中，所述第一泄漏电流和所述第二泄漏电流中的至少一个是可测量的，在所述激活状态中，所述第一工作电流和所述第二工作电流中的至少一个是可测量的。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电流测量装置，其中，所述第一电压包括下述电压：在所述I/O缓冲器的驱动电压被施加于所述电容器达通过将包括所述电容器和所述I/O缓冲器的充电电路的时间常数乘以预定的正数而获得的时间时，所述电容器的一端所到达的电压。
5.根据权利要求1所述的电流测量装置，其中，所述I/O缓冲器被配置为使得所述第一电压和所述第二电压是可设定的，并且当所述电容器的一端的电压从所述第一电压达到所述第二电压时，所述I/O缓冲器导致所述输出逻辑值发生变化，以便所述时间测量器检测到所述变化，并且所述I/O缓冲器指示所述时间测量器测量所述达到时间。
6.根据权利要求1所述的电流测量装置，还包括开关元件，其被串联连接在与所述测量模块并联连接的电容器的一端与所述DUT的信号端子之间。
其中，所述控制器根据所述充电或所述放电的开始时间来断开或闭合所述开关元件。
7.根据权利要求1所述的电流测量装置，还包括保护电路，其与所述电容器的一端和所述测量模块并联连接；
其中，所述保护电路是用于保护所述电流测量装置免受过电流或电击的电路。
8.根据权利要求1所述的电流测量装置，其中，所述电容器的电容和所述时间测量器的测量频率中的至少一个是可变的，以便针对所述DUT的电流的值来调节测量的精度。
9.根据权利要求1所述的电流测量装置，其中，所述测量模块被形成为使得所述I/O缓冲器和所述时间测量器被单片集成到所述控制器中。
10.一种测量模块，其被连接到与被测设备DUT的信号端子连接的电容器的一端，以便在作为电流测量的对象的所述DUT的信号端子被并联连接到所述电容器并且所述DUT因测试模式而操作的状态下，测量与所述DUT的检查有关的电流的值，所述测量模块包括：
输入/输出I/O缓冲器，其被配置为通过对所述电容器进行充电或放电来增大或减小所述电容器的电荷量，并且根据所述电容器的一端的电压来输出与输出逻辑值相对应的信号；
时间测量器，其被配置为测量达到时间，所述达到时间是所述电容器的一端的电压从预定的第一电压达到预定的第二电压所经过的时间；以及
控制器，其被配置为控制所述I/O缓冲器和所述时间测量器来测量所述达到时间，并使用所述达到时间来测量与所述DUT的检查有关的电流的值。
11.一种使用电流测量装置来测量与作为电流测量的对象的被测设备DUT的检查有关的电流的值的方法，该方法包括：
(a)在所述DUT的信号端子与电容器并联连接，开关元件被串联连接在所述电容器的一端与所述DUT的信号端子之间，并且所述开关元件被断开的状态下，(i)通过所述电流测量装置来生成在备用状态或激活状态下操作DUT的测试模式，或辅助与所述电流测量装置联锁的测试模式生成装置进行操作，以及(ii)通过所述电流测量装置，通过对电容器充电或放电来增大或减小所述电容器的电荷量，以使得所述电容器的一端的电压达到预定的第一电压；
(b)当所述电容器的一端的电压达到所述第一电压时，通过所述电流测量装置来使所述开关元件闭合，以使得所述电容器的电荷量开始变化。
(c)当检测到所述电容器的一端的电压变化到预定的第二电压时，通过所述电流测量装置获得达到时间，所述达到时间是从所述开关元件被闭合的时间到所述变化达到所述预定的第二电压的时间所经过的时间；以及
(d)由所述电流测量装置使用所述达到时间来测量与所述DUT的检查有关的电流的值。
12.根据权利要求11所述的电流测量方法，其中：
在操作(c)中，使用被连接到与所述DUT的信号端子连接的所述电容器的一端的I/O缓冲器来检测所述电容器的一端的电压到所述预定的第二电压的变化；以及
所述I/O缓冲器根据所述电容器的一端的电压来输出与输出逻辑值相对应的信号并检测何时发生所述电容器一端的电压从所述第一电压达到所述第二电压、所述第二电压的变化被检测为所述输出逻辑值的变化。
13.根据权利要求12所述的电流测量方法，其中，所述达到时间的获取由时间测量器来执行，所述时间测量器用于：当从控制所述I/O缓冲器的控制器或所述I/O缓冲器检测到所述第二电压的变化时，测量从所述开关元件被闭合的时间到所述变化达到所述第二电压的时间所经过的时间。
14.根据权利要求11所述的电流测量方法，其中，与所述DUT的检查有关的电流的值包括基于所述电容器的电容、所述第一电压、所述第二电压和所述达到时间而计算的以下各项中的至少一项：(i)从所述DUT的信号端子流到其接地端子的第一泄漏电流的值；(ii)从所述DUT的信号端子流到其电源端子的第二泄漏电流的值；(iii)从所述DUT的信号端子流到其接地端子的第一工作电流的值；以及(iv)从所述DUT的信号端子流到其电源端子的第二工作电流的值。
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