CN1244924A

CN1244924A - 施加电压测定电流的方法及装置

Info

Publication number: CN1244924A
Application number: CN 97181378
Authority: CN
Inventors: 桥本好弘
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 2000-02-16
Anticipated expiration: 2017-12-02
Also published as: CN1109896C

Abstract

一种施加电压测定电流的装置,向运算放大器的正相输入端子提供规定电压,向反相输入端子提供施加到负载上的电压,在所述运算放大器的输出端子和负载之间连接电流测定电阻器,测定该电流测定电阻器上产生的电压,在对所述负载施加规定电压的状态下,测定流过负载的电流,其中,与电流测定量程对应,串联连接多个电流测定电阻器,将电流旁路开关元件与各电流测定电阻器并联连接,在各电流测定电阻器上产生的电压超过规定值时,该电流旁路开关元件接通,依次自动测定各电流测定电阻器各端部上产生的电压,对各测定结果进行减法处理,算出各电流测定电阻器上产生的电压,由该算出结果选择某个包含在测定量程中的最佳值,求出流过负载的电流。

Description

施加电压测定电流的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种施加电压测定电流的装置，能够用于例如测试半导体集成电路元件(以下称为IC)各端子的直流特性是否处于规定条件范围内。

背景技术

IC的测试中有功能测试和直流测试。所谓功能测试，是指判断被测试IC是否按照预定功能来操作的测试。而所谓直流测试，是指判断被测试IC的例如输入端子的漏电流是否低于规定值、或者输出端子的输出电流是否高于预定电流值的测试。

本发明涉及用于直流测试的施加电压测定电流的装置的改进，特别提供一种结构，能够不使用高精度的电阻器，即可以很好的精度测定电流值，同时，不进行量程切换，即可高速测定电流值。

图4示出现有施加电压测定电流的装置的一例。图中，11表示被测试IC，12表示向该被测试IC 11的端子施加规定电压的电压源，13表示在该电压施加状态下、测定流过被测试IC 11端子的电流的电流测定部件。施加电压测定电流的装置由这些电压源12和电流测定部件13构成。

电压源12包括：运算放大器12A；以及DA变换器12B，向该运算放大器12A的正相输入端子输入的电压等于要提供给被测试IC 11端子的电压。将提供给被测试IC 11端子的电压V₁从感知点(电压检测点)SEN反馈到运算放大器12A的反相输入端子，通过该反馈操作使电压V₁与DA变换器12B提供的电压V_DA一致，向被测试IC 11的端子施加目的电压(例如规定H(高)逻辑和L(低)逻辑的电压)。

电流测定部件13包括：电流测定电阻器R1，连接在运算放大器12A的输出端子和感知点SEN之间；减法电路13A，取出该电流测定电阻器R1上产生的电压；以及AD变换器13B，对该减法电路13A取出的电压进行AD变换。

R2和R3表示量程切换电阻器。这些量程切换电阻器R2和R3能够通过选择性地将量程切换开关S2和S3控制为接通(ON)，而与电流测定电阻器R1并联连接，对电流测定部件13的电流测定流程进行切换。

即，在量程切换开关S2和S3都断开的状态、以及量程切换开关S2接通的状态下，作为测定被测试IC特别被控制为输入模式的端子的漏电流的状态，电流测定量程测定大约几μA～几十μA的微小电流。因此，电流测定电阻器R1和R2被选定为大约几十kΩ的比较大的电阻值。

另一方面，量程切换电阻器R3被选定为比较小的电阻值、例如大约10Ω。因此，在将开关S3控制为接通状态的情况下，切换到电流值比较大的测定量程，测定被测试IC被控制为输出模式的端子输出的电流。

根据图4所示的电路结构，其缺点是需要量程切换开关S2和S3。即，因为该量程切换开关S2和S3与要测定的电流直接流过的电路串联连接，所以流过特别大的电流的量程切换开关S3的接通电阻必须尽可能地小。因此，量程切换开关S3不能使用CMOS结构的半导体开关元件，所以一般使用继电器。因为继电器的响应速度慢，所以切换要花费时间。此外，电流的测定从高灵敏度的测定量程开始，在高灵敏度的测定量程其测定值超出测定量程的情况下，切换到下一个测定量程，再重复进行电流测定，因此其缺点是量程切换要花费时间，而且从微小电流的测定量程切换到大电流的测定量程(将S3接通)的情况下，量程切换后到电路稳定之前要花费时间。而且因为通过一台施加电压测定电流的装置对各端子重复进行漏电流的测定、被测试IC 11的输出电流的测定，所以测试需要的时间延长。

减法电路13A如图4所示包括：运算放大器A1、缓冲放大器A2、以及电阻器R11、R12、R13、R14。在该结构中，特别需要将电阻器R11、R12、R13、R14的各电阻值设定为例如R12/R11＝R14/R13＝1的关系。该电阻值R11～R14的关系对决定运算放大器A1的增益、以及决定同相信号抑制比具有很大的影响。因此，这些电阻器R11、R12～R14的电阻值必须以很好的精度设定，所以，减法电路13A的制造、特别是在IC化的情况下高精度地制作电阻器R11～R14的电阻值很难，从而制造成本提高。

因此，想出图5所示的电路。该电路将量程切换电阻器R2和量程切换开关S2的串联电路、二极管D1、D2与电流测定电阻器R1并联连接，大电流测定电阻器R3独立与电流测定电阻器R1串联连接，由减法电路13A和13A′取出各电阻器R1和R3上产生的电压，将这些减法电路13A和13A′取出的电压通过开关S22和S33选择性地输入到AD变换器13B。

在该电路结构的情况下，在微小电流区域(二极管D1、D2保持断开状态的电流区域)，将开关S22控制为接通状态，将流过电流测定电阻器R1的电流、或流过电流测定电阻器R1和R2的并联电路的电流所产生的电压提供给AD变换器13B，测定微小电流(被测试IC 11各端子的漏电流)。

与此同时，在大电流区域，因为电流测定电阻器R1上产生的电压超过二极管D1或D2接通的电压，所以大电流由二极管D1或D2旁路，电流测定电阻器R1上产生的电压被箝位到二极管D1或D2的导通电压(例如大约0.6V)，在该状态下，用减法电路13A′取出电流测定电阻器R3上产生的电压，通过开关S33输入到AD变换器13B，进行大电流的测定。

根据图5所示的电路，量程切换开关只有S2。通过该量程切换开关S2的切换，电流测定量程没有大的切换，所以电路的稳定时间短。而且因为是微小电流电路，因此量程切换开关S2可以使用DMOS型的半导体开关，所以切换需要的时间也可以很短。因此，其优点是量程切换需要的时间可以很短。

然而，减法电路需要两个、如13A和13A′，其制造成本比图4的情况还高。此外，在量程切换开关S2使用DMOS结构的开关元件的情况下，因为该DMOS结构的开关元件价格很高，所以整体价格更高。

本发明的目的在于提供一种施加电压测定电流的方法及实现该方法的施加电压测定电流的装置，用于测定微小电流到大电流，可以高速完成测定，而且可以廉价制作。

发明概述

在本发明中，提供一种施加电压测定电流的方法，将运算放大器的输出电压通过电流测定电阻器提供给电压检测点，将提供给该电压检测点的电压施加到负载上，将电压检测点的电压反馈到运算放大器的反相输入端子，向负载提供的电压等于输入到运算放大器的正相输入端子的电压，通过电流测定电阻器上产生的电压来测定流过负载的电流，其中，

与电流测定量程对应，准备多个电流测定电阻器，将该多个电流测定电阻器串联连接到运算放大器的输出端子和电压检测点之间，测定该多个电流测定电阻器各端部上产生的电压，对各端部上产生的电压进行运算处理，算出各电流测定电阻器上产生的电压，通过该算出的电压来求流过负载的电流值。

根据该施加电压测定电流的方法，测定电流测定电阻器各端部上产生的电压，对该测定的电压进行运算处理，算出各电流测定电阻器上产生的电压，所以不需要模拟减法电路。因此，不需要制作由高精度电阻值的电阻器构成电流测定电路的IC，所以可以用廉价的元件构成电流测定电路。

在本发明中，还提供一种施加电压测定电流的装置，向运算放大器的正相输入端子提供规定电压，向反相输入端子提供施加到负载上的电压，在运算放大器的输出端子和负载之间连接电流测定电阻器，测定该电流测定电阻器上产生的电压，在对所述负载施加规定电压的状态下，测定流过负载的电流，该施加电压测定电流的装置包括：

多个电流测定电阻器，串联连接到运算放大器的输出端子和负载之间，选定为与电流测定量程对应的电阻值；

电流旁路开关元件，与该多个电流测定电阻器并联连接，在各电流测定电阻器上产生的电压超过规定值时接通；以及

运算处理控制装置，依次自动测定各电流测定电阻器各端部上产生的电压，对各测定结果进行减法处理，算出各电流测定电阻器上产生的电压，由该算出结果选择某个包含在测定量程中的最佳值，算出流过负载的电流值。

根据本发明的施加电压测定电流的装置的结构，将全部电流测定电阻器串联连接，将电流旁路开关元件与各电流测定电阻器并联连接，所以如果找出一个电流测定电阻器，其产生的电压不使该电流旁路开关元件接通，则通过由该电阻器上产生的电压求电流值，可以得到适当的电流值。

这样，在本发明中，没有量程切换的概念，在将全部电流测定电阻器串联连接的状态下测定电流，所以不会为量程切换浪费时间。因此，不需要量程切换的时间，可以缩短测定需要的时间。

此外，不会为了量程切换而连接电流测定电阻器、从而伴随切换操作，所以不必等待到电路稳定。因此，其优点是可以由此缩短测定时间。

附图的简单说明

图1是本发明的施加电压测定电流的方法、及使用该方法的施加电压测定电流的装置的一实施例的连接图。

图2是说明本发明操作的流程图。

图3是说明本发明变形实施例的连接图。

图4是说明现有技术的连接图。

图5是现有技术另一例的连接图。

实施发明的最佳方式

使用图1来说明本发明的施加电压测定电流的方法、及使用该测定方法的施加电压测定电流的装置的一实施例。

在图1中，与图4和图5对应的部分被附以同一标号。在本发明中，在作为电压源12操作的运算放大器12A的输出端子、和电压检测点SEN之间全部串联连接电流测定电阻器R1、R2、R3，将开关元件D1、D2以及D3、D4分别与各电流测定电阻器R1、R2、R3并联连接。

在图1所示的例子中，电流测定电阻器R3表示电阻值为大约10Ω、在大电流测定时使用的电阻器。因此，没有必要在该电流测定电阻器R3上连接开关元件(即使连接也没有意义)，所以省略了开关元件。电阻器R2和R1表示测定几μA～几十μA范围的电流的电流测定电阻器。因此，其电阻值被选定为比较大的电阻值，R1为例如大约100kΩ，R2为大约1kΩ。将开关元件D1、D2以及D3、D4与这些电流测定电阻器R1和R2并联连接，通过这些开关元件D1～D4来旁路大电流。

在本例中，电流测定电阻器R1比电流测定电阻器R2的电阻值大大约100倍，所以该电流测定电阻器R1上产生的电压值很大。因此，开关元件D3、D4的结构是将两个二极管串联连接，将其导通电压提高为大约1.2V。

在本发明中，还测定各电流测定电阻器R1、R2、R3各端部a、b、c、d的电压值V_a、V_b、V_c、V_d，将该电压值Va～Vd输入到微处理器等构成的运算处理控制装置14，由运算处理控制装置14计算各电流测定电阻器R1～R3上产生的电压，通过该运算处理控制装置14算出的电压值来求流过负载(被测试IC)的电流值。

因此，在本实施例中，设置切换开关S4、S5、S6、S7，其一端连接到电流测定电阻器R1、R2、R3的各端部a、b、c、d，其另一端连接在一起，将缓冲放大器15的输出提供给AD变换器13B，在AD变换器13B中对各端部a～d的电压进行AD变换，并输入到运算处理控制装置14。

运算处理控制装置14包括：测定控制部件，内置有微处理器，通过微处理器的控制功能将切换开关S4～S7依次控制为接通、断开，对各端部a、b、c、d的电压进行AD变换并取入；减法部件，求电流测定电阻器R1、R2、R3相互邻接的端部间的电位差V1、V2、V3；判定部件，判定该减法部件求出的各电流测定电阻器R1、R2、R3上产生的电压值V1、V2、V3是否位于分配给各电流测定电阻器R1、R2、R3的电流测定量程的范围内；电流值计算部件，由该判定部件判定为位于电流测定量程内的电压值来求电流值I1、I2或I3。

因此，通过运算处理控制装置14将切换开关S4～S7按照S4、S5、S6、S7的顺序依次控制为接通状态，可以测定a点的电压V_a-、b点的电压V_b、c点的电压V_c……。如果通过将该测定的电压V_a、V_b、V_c、V_d输入到运算处理控制装置14，通过该运算处理控制装置14计算V_a-V_b，则可以得到电流测定电阻器R3上产生的电压V3，此外如果计算V_b-V_c，则可以算出电流测定电阻器R2上产生的电压V2。此外，通过计算V_c-V_d，可以算出电流测定电阻器R1上产生的电压V1。

电流测定电阻器R3测定的电流值I3的范围被预定为例如高于1mA。因此，如果V3的值高于10Ω×1mA，则电流测定电阻器R3上产生的电压V3为适当值，所以通过电压V3算出电流测定电阻器R3要测定的电流值I3即可。

在电流测定电阻器R3上产生的电压低于10Ω×1mA＝10mV的情况下，电流测定电阻器R2或R1上产生的电压V2或V1是适当的电压值。因此，通过电压V2或V1算出电流值I2或I1即可。在此情况下，如果电流测定电阻器R2上产生的电压V2低于开关元件D1或D2的导通电压0.6V，则再将电流测定电阻器R1上产生的电压V1与开关元件D3或D4的导通电压1.2V进行比较，在V1高于1.2V(开关元件D3或D4导通)的情况下，由电流测定电阻器R2上产生的电压V2算出电流测定电阻器R2要测定的电流值I2。

在电流测定电阻器R2上产生的电压V2低于开关元件D1或D2的导通电压0.6V、并且电流测定电阻器R1上产生的电压V1低于开关元件D3或D4的导通电压1.2V的情况下，该电流测定电阻器R1上产生的电压V1是适当值。因此，通过电压V1算出电流测定电阻器R1要测定的电流值I1。

图2示出上述操作的流程图。在步骤SP1～SP4依次将切换开关S4～S7控制为接通，将电压V_a、V_b、V_c、V_d取入到运算处理控制装置14。

在步骤SP5，计算V1＝V_a-V_b。在步骤SP6，判定电压V1是否高于电流测定电阻器R3测定的电压(电流)范围的下限值(在上述的例子中为10Ω×1mA)。如果高于下限值(是)，则分支到步骤SP7，由电压V1算出电流值I3，并结束。

如果电压V1低于下限值(否)，则进至步骤SP8。在步骤SP8，计算V2＝V_b-V_c，进至步骤SP9。在步骤SP9，判定V2大于还是小于开关元件D1或D2的导通电压V_ON1。如果V2＞V_ON1，则分支到步骤SP10。在步骤SP10，与步骤SP7一样，由电压V3算出电流测定电阻器R3要测定的电流值I3。

在步骤SP9判定V2＞V_ON1为否的情况下，进至步骤SP11。在步骤SP11，计算V1＝V_c-V_d，进至步骤SP12。在步骤SP12，判定电压V1大于还是小于开关元件D3或D4的导通电压V_ON2。如果V1＞V_ON2，则分支到步骤SP13，在步骤SP13，由电压V2算出电流测定电阻器R2要测定的电流值I2，并结束。

如果在步骤SP12判定为否，则进至步骤SP14，在步骤SP14，由电压V1算出电流测定电阻器R1要测定的电流值I1，并结束。

图3示出本发明的变形实施例。在本实施例中，省略了图1所示的切换开关S4、S5、S6、S7，由缓冲放大器15₁～15₄取出全部端部a、b、c、d的电压V_a、V_b、V_c、V_d，分别由AD变换器13B₁～13B₄对该取出的电压V_a～V_d进行AD变换，将该AD变换过的电压值分别输入到运算处理控制装置14。

根据本实施例的结构，切换开关S4～S7的切换完全没有必要，所以可以在极短的时间内得到测定结果。因此，能够进行高速测定，可以进一步缩短测试需要的时间。产业上的可利用性

如上所述，根据本发明，用于将各电流测定电阻器R1～R3各端部的电压V_a、V_b、V_c、V_d提供给AD变换器13B的切换开关S4～S7未连接到接通断开电流的电路，因此可以使用接通电阻大的、例如CMOS结构的半导体开关元件。因此，即使使用廉价的开关元件，也可以以高速度实行图2所示的步骤SP1～SP4。此外，因为完全未使用减法电路，所以没有必要形成高精度的电阻器。因此，其优点是整体可以廉价制造。

而且通过实行步骤SP5～SP14，不用进行量程切换，即可算出适当量程的电流值，求出测定值，所以可以在极短的时间内得到测定结果。因此可以在短时间内实行微小电流和电流值比较大的电流的测定，所以可以在短时间内进行被测试IC 11的直流测试，通过在大量测试IC的IC制造公司等中使用，其效果颇大。

Claims

1、一种施加电压测定电流的方法，将运算放大器的输出电压通过电流测定电阻器提供给电压检测点，将提供给该电压检测点的电压施加到负载上，将电压检测点的电压反馈到所述运算放大器的反相输入端子，向所述负载提供的电压等于输入到所述运算放大器的正相输入端子的电压，通过所述电流测定电阻器上产生的电压来测定流过所述负载的电流，其中，

与电流测定量程对应，准备多个所述电流测定电阻器，将该多个电流测定电阻器串联连接到所述运算放大器的输出端子和电压检测点之间，测定该多个电流测定电阻器各端部上产生的电压，对各端部上产生的电压进行运算处理，算出各电流测定电阻器上产生的电压，通过该算出的电压来求流过负载的电流值。

2、一种施加电压测定电流的装置，将运算放大器的输出电压通过电流测定电阻器提供给电压检测点，将提供给该电压检测点的电压施加到负载上，将电压检测点的电压反馈到所述运算放大器的反相输入端子，向所述负载提供的电压等于输入到所述运算放大器的正相输入端子的电压，通过所述电流测定电阻器上产生的电压来测定流过所述负载的电流，其特征在于，该施加电压测定电流的装置包括：

多个电流测定电阻器，串联连接到所述运算放大器的输出端子和所述负载之间，选定为与电流测定量程对应的电阻值；

电流旁路开关元件，与该多个电流测定电阻器并联连接，在所述各电流测定电阻器上产生的电压超过规定值时接通；以及

运算处理控制装置，依次自动测定所述电流测定电阻器各端部上产生的电压，对各测定结果进行减法处理，算出各电流测定电阻器上产生的电压值，由该算出结果判断是否是某个包含在测定量程中的电压值并进行选择，算出流过负载的电流值。

3、如权利要求2所述的施加电压测定电流的装置，其特征在于，通过切换开关选择性地将所述串联连接的各电流测定电阻器各端部上产生的电压提供给共同的缓冲放大器，通过连接到该缓冲放大器输出端的AD变换器变换为数字信号，将该数字信号输入到所述运算处理控制装置进行运算处理。

4、如权利要求2所述的施加电压测定电流的装置，其特征在于，由分别设置的缓冲放大器分别取出所述串联连接的各电流测定电阻器各端部上产生的电压，通过连接到各缓冲放大器输出端的AD变换器变换为数字信号，将该数字信号输入到所述运算处理控制装置进行运算处理。

5、如权利要求2至4中的任一项所述的施加电压测定电流的装置，其特征在于，所述运算处理控制装置包括：

减法部件，求所述串联连接的电流测定电阻器相互邻接的端部间的电位差；

判断部件，判定该减法部件求出的各电流测定电阻器上产生的电压值是否位于分配给各电流测定电阻器的电流测定量程的范围内；以及

电流值算出部件，由该判定部件判定为位于电流测定量程内的电压值求电流值。