DE19746113A1

DE19746113A1 - Spannungsversorgungsschaltung

Info

Publication number: DE19746113A1
Application number: DE19746113A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Hashimoto
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 1998-04-30
Anticipated expiration: 2017-10-18
Also published as: TW386162B; DE19746113C2; KR100272951B1; KR19980032847A; US5874827A; JPH10124159A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsversorgungsschaltung, die mit einer rückgekoppelten, das heißt geregelten Spannungsquelle oder Spannungsversorgung ausgestattet ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Spannungsversorgungsschaltung, die für einen Einsatz geeignet ist, bei dem eine gegebene Spannung an eine Last anzulegen ist, durch die dann, wenn die Betriebsweise der Last invertiert, das heißt umgekehrt oder geändert wird, ein Betriebs- oder Arbeitsstrom fließt, dessen Spitzenwert größer ist als der im stationären Zustand fließende Strom.

In Fig. 3 ist eine allgemeine Ausgestaltung einer Ausführungsform einer in dem Stand der Technik bislang benutzten, rückgekoppelten bzw. geregelten Spannungsquelle oder Spannungs versorgung dargestellt. Die gezeigte, geregelte Spannungsquelle 10 weist einen ersten Opera tionsverstärker 11 mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluß, der mit einem auf gemein samem Potential (Masse) liegenden Punkt verbunden ist, und mit einem invertierenden Eingangs anschluß, an den von einer Spannungsquelle 18 eine konstante Spannung Vin angelegt ist, einen Spannungsausgangsanschluß TO, dem eine von dem Operationsverstärker 11 abgegebene Spannung V₀ über einen Strommeßwiderstand 13 zugeführt wird, eine Gegenkopplungsschaltung zwischen dem Spannungsausgangsanschluß TO und dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 11, die einen zweiten Operationsverstärker 12 enthält, ein Schaltelement 14, das parallel zu dem Widerstand 13 geschaltet ist, und einen Phasenkompensationskondensa tor 15 auf, der ebenfalls parallel zu dem Widerstand 13 geschaltet ist.

Die an dem Ausgangsanschluß TO erzeugte Spannung V₀ wird an eine Last 25 als eine bestimm te Betriebs- oder Arbeitsspannung angelegt und wird weiterhin zu dem invertierenden Eingangs anschluß des ersten Operationsverstärkers 11 über den zweiten Operationsverstärker 12 negativ zurückgekoppelt, das heißt gegenkoppelt. Die Spannungsquelle 18, die die konstante Spannung Vin erzeugt und an den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 11 anlegt, umfaßt generell einen Digital/Analog-Wandler, wobei die Größe der konstanten Spannung Vin, die in den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 11 eingespeist wird, in Abhängigkeit von dem jeweiligen, an den Digital/Analog-Wandler angelegten digitalen Wert auf einen beliebigen Wert eingestellt werden kann.

Die in der vorstehend erläuterten Weise aufgebaute, rückgekoppelte bzw. geregelte Spannungs versorgung 10 wird häufig als Spannungsquelle oder als Spannungsversorgung in einem Halbleiterbauelement-Testgerät (üblicherweise als IC-Tester bezeichnet) eingesetzt, das zum Testen von unterschiedlichen Arten von Halbleiterbauelementen wie etwa von IC-Speichern dient, wobei die Halbleiterbauelemente jeweils als integrierte Halbleiterschaltung ausgebildet sind (im folgenden auch kurz als ICs bezeichnet). Die Spannungsversorgung oder Spannungsquelle legt hierbei an die zu testenden Halbleiterbauelemente eine vorbestimmte Betriebsspannung für den Test der Halbleiterbauelemente an.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird die rückgekoppelte Spannungsversorgung 10 in einer Strommeßschaltung eingesetzt, die zum Messen des Stroms dient, der durch ein im Test befindliches Halbleiterbauelement fließt, wobei die Spannungsversorgung 10 als Energiequelle zum Anlegen einer gegebenen Betriebsspannung an das im Test befindliche Halbleiterbauelement dient. Zu diesem Zweck ist eine Strommeßeinrichtung 20 vorgesehen, die einen Differenzver stärker 21 enthält, der zum Abgreifen einer Spannung dient, die an dem Strommeßwiderstand 13 abfällt, der zwischen den ersten Operationsverstärker 11 und den Spannungsausgangsan schluß TO geschaltet ist. Die Strommeßeinrichtung 20 enthält weiterhin einen Analog/Digital- Wandler 22 zum Umwandeln des durch den Differenzverstärker 21 erfaßten Spannungswerts in einen digitalen Wert. Es ist jedoch anzumerken, daß diese Ausgestaltung lediglich als Beispiel dient und daß die Schaltungsanordnung der rückgekoppelten bzw. geregelten Spannungsversor gung 10 in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Einsatz auch geändert oder modifiziert werden kann.

Wenn die Last 25, die zwischen den Ausgangsanschluß TO der Spannungsversorgung 10 und den gemeinsamen Potentialpunkt geschaltet ist, eine integrierte Halbleiterschaltung ist, die zum Beispiel einen komplementären MOS-Aufbau aufweist (im folgenden auch als IC mit CMOS-Aufbau bezeichnet), ändert sich ein Strom IL, der durch den IC mit CMOS-Aufbau fließt, in der in Fig. 4A dargestellten Weise jedesmal dann, wenn ein aktives Element (Feldeffekttransistor) oder mehrere Elemente in dem IC mit CMOS-Aufbau seine oder ihre Betriebsweise ändern bzw. umschalten. Während eines stationären Betriebs des ICs, bei dem kein invertierender Betrieb bzw. keine Umschaltung von aktiven Elementen auftritt, fließt nämlich ein stationärer Strom ΔI mit einer sehr kleinen Größe durch diese aktiven Elemente. Während des invertierenden bzw. entgegengesetzten Betriebs der aktiven Elemente fließt jedoch ein Betriebsstrom IP, der eine sehr große Größe aufweist, durch diese aktiven Elemente, wobei der Strom nach dem Abschluß des invertierenden Vorgangs wieder auf den stationären Strom ΔI mit sehr kleiner Größe zurück kehrt. Das Verhältnis zwischen dem Betriebsstrom IP und dem stationären Strom ΔI ist sehr hoch und liegt zum Beispiel in der Größenordnung von 1000 : 1.

Auch dann, wenn die Last 25 nicht durch einen IC mit CMOS-Ausführung gebildet ist, ändert sich der durch die Last 25 fließende Strom in gleichartiger Weise wie in Fig. 4A gezeigt, wenn die Last eine solche Ausgestaltung besitzt, daß ein Arbeitsstrom bzw. Betriebsstrom mit einem Spitzenwert, der größer ist als die Größe des Stroms in dem stationären Zustand, dann fließt, wenn die Betriebsweise der Last umgekehrt wird. Als Folge hiervon ändert sich die Spannung V₀, die von der Spannungsversorgung 10 an den Spannungsausgangsanschluß TO angelegt wird, in einer Weise, wie sie in Fig. 4B dargestellt ist. Es ist daher eine erheblich lange Zeitspanne erforderlich, bis die Spannung wieder auf die ursprüngliche, stationäre Spannung Vin zurückge kehrt ist.

Bekanntlich ist es eine durchgehende Anforderung, die Arbeitsgeschwindigkeit von ICs noch weiter zu erhöhen. Bei einem IC, der mit einer höheren Geschwindigkeit oder Rate arbeitet, findet jedoch dessen Invertierungsvorgang noch schneller statt. Es ist somit ersichtlich, daß die Zeitdauer, während dessen der eine höhere Größe aufweisende Betriebsstrom IP fließt, erheblich verkürzt wird. Da die Zeitdauer, während der der Betriebsstrom IP fließt, somit reduziert ist, wird auch das Zeitintervall verkürzt, während dessen der stationäre, eine sehr kleine Größe aufwei sende Strom ΔI fließt. Dies führt zu einer Situation, bei der der eine hohe Größe aufweisende Betriebsstrom IP erneut auftritt, bevor der stationäre Strom ΔI stabilisiert werden kann. Bei einem IC, der eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit besitzt, ergibt sich folglich die Anforderung, daß die Messung des Stroms durchgeführt werden muß, bevor der stationäre Strom stabilisiert ist. Dies erschwert es, den stationären Strom exakt zu messen. Zusätzlich zu der Messung des stationä ren Stroms gibt es auch die Anforderung, die Spannung V₀, die an den Spannungsausgangsan schluß TO der Spannungsquelle bzw. Spannungsversorgung 10 angelegt wird, rasch auf den ursprünglichen Wert der stationären Spannung Vin zurückzuführen, um hierdurch einen stabilen Betrieb des ICs, der mit einer hohen Geschwindigkeit betrieben wird, sicherzustellen (oder die Zuverlässigkeit des Betriebs zu erhöhen).

Zu diesem Zweck ist bei der Strommeßschaltung, die in Fig. 3 gezeigt ist, ein Bypass-Kondensa tor bzw. Nebenschluß-Kondensator 16 zwischen den Ausgangsanschluß TO und den gemeinsa men Potentialpunkt geschaltet (und somit parallel zu der Last 25 eingefügt). Der Nebenschluß- Kondensator 16 ist normalerweise auf die stationäre Spannung V₀ aufgeladen (und damit auf die stationäre Spannung Vin aufgeladen). Die Ausgestaltung ist hierbei derart getroffen, daß das Schaltelement 14 dann, wenn der Betriebsstrom IP durch die Last 25 fließt, eingeschaltet wird, um hierdurch einen Nebenschlußpfad für den Widerstand 13 bereitzustellen (bzw. den Wider stand 13 kurzzuschließen), wodurch ein erhöhter Stromfluß ermöglicht wird. Im Anschluß an das Fließen des Betriebsstroms IP wird das Schaltelement 14 wieder abgeschaltet, um somit eine Messung des stationären Stroms ΔI zu ermöglichen.

Damit jedoch das Schaltelement 14 eingeschaltet wird, wenn der Betriebsstrom IP fließt, und das Schaltelement 14 im Anschluß an das Fließen des Betriebsstroms IP wieder abgeschaltet wird, ist es notwendig, das Einschalten und Abschalten des Schaltelements 14 in Echtzeit in Übereinstimmung mit der Änderung des Stroms IL, der durch die Last 25 fließt, durchzuführen. Hierdurch ergibt sich die Schwierigkeit, daß eine komplizierte Steuerung erforderlich ist.

Wenn der Strom IL durch die Last 25 fließt, wird die Änderung der Spannung V₀, die an dem Spannungsausgangsanschluß TO der Spannungsversorgung 10 auftritt (das heißt die Eigenschaf ten der Schwankungen der Belastung) durch die Größe des Stroms IL, den Kapazitätswert des Nebenschluß-Kondensators 16 und das Antwortverhalten der Spannungsversorgung 10 bestimmt. Damit rasche Lastschwankungscharakteristiken bzw. Belastungsschwankungseigen schaften erzielt werden können, ist es notwendig, die Frequenzantwort der Spannungsversor gung 10 zu erhöhen, wodurch die Reaktion bzw. das Ansprechverhalten beschleunigt wird. Auf der anderen Seite ist es notwendig, einen kleinen Kapazitätswert für den Nebenschluß-Konden sator 16 vorzusehen, um hierdurch die Frequenzantwort der Spannungsversorgung 10 zu verbessern.

Wenn der Betriebsstrom IP fließt, wird der anfängliche Strom von dem Nebenschluß-Kondensator 16 zu der Last 25 gespeist. Falls der Nebenschluß-Kondensator 16 einen verringerten Kapazi tätswert aufweist, führt die verringerte, gespeicherte Ladung zu einer vergrößerten anfänglichen Spannungsänderung ΔV₀ der an dem Spannungsausgangsanschluß TO abgegebenen Spannung V₀. In einem solchen Fall ist das Zeitintervall, während dessen sich die Spannung V₀ fortgesetzt ändert (oder das Zeitintervall ab dem Beginn einer Änderung der Spannung V₀ bis zu dem erneuten Erreichen der ursprünglichen stationären Spannung Vin) wegen des verbesserten Frequenzantwortverhaltens der Spannungsversorgung 10 relativ kurz. Jedoch gibt es eine Grenze für das Ausmaß, mit dem das Antwortverhalten der Spannungsquelle 10 allein durch eine Verringerung des Kapazitätswerts des Nebenschluß-Kondensators 16 beschleunigt werden kann. Hieraus ergibt sich, daß die Schaltung nicht als Energiequelle für eine Last eingesetzt werden kann, deren Betrieb oder Betriebsstrom sich sehr rasch ändert.

Wenn im Unterschied hierzu ein erhöhter Kapazitätswert für den Nebenschluß-Kondensator 16 vorgesehen wird, kann die anfängliche Spannungsänderung ΔV₀ in der an dem Ausgangsan schluß TO auftretenden Spannung V₀ verringert werden, wenn der Betriebsstrom IP fließt. Da jedoch hierdurch das Frequenzansprechverhalten bzw. die Frequenzantwort der Spannungsver sorgung 10 verringert wird, wird das Ansprechverhalten der Spannungsversorgung 10 verlang samt. Dies führt zu einer Verlängerung der Zeitdauer, während der sich die Spannung V₀ fortgesetzt ändert. Damit kann eine solche Ausgestaltung nicht als Spannungsversorgung für eine Last eingesetzt werden, die mit hoher Geschwindigkeit betrieben wird.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannungsversorgungsschaltung zu schaffen, die im Stande ist, eine Schwankung der Spannung, die an einem Spannungsausgangs anschluß einer rückgekoppelten Spannungsversorgung auftritt, rasch zu beenden und die Spannung wieder auf den im stationären Zustand vorhandenen Spannungswert zurückzubringen.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der Erfindung wird somit eine Spannungsversorgungsschaltung geschaffen, die eine rückgekoppelte Spannungsversorgung oder Spannungsquelle enthält, die mit einer Rückkopp lungsschaltung versehen ist und zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung an eine Last dient. Mit einem Spannungsausgangsanschluß der Spannungsquelle ist weiterhin eine Stromversor gungsschaltung verbunden, die dazu ausgelegt ist, einen Zustand zu ermitteln, bei dem die an dem Spannungsausgangsanschluß auftretende Spannung unter ihren stationären Wert abgesun ken ist, und in diesem Fall einen Stromfluß zu dem Spannungsausgangsanschluß hervorzurufen. Weiterhin ist mit dem Spannungsausgangsanschluß der Spannungsquelle eine den Strom absorbierende Schaltung verbunden, die dazu ausgelegt ist, einen Zustand zu ermitteln, bei dem sich die an dem Spannungsausgangsanschluß auftretende Spannung über den stationären Wert erhöht, und in diesem Fall Strom von dem Spannungsausgangsanschluß abzuziehen.

Bei einem bevorzugten, in Übereinstimmung mit der Erfindung stehenden Ausführungsbeispiel der Spannungsversorgungsschaltung weist die Stromversorgungsschaltung eine Spannungsquelle auf, die dazu dient, eine Spannung zu erzeugen, die geringfügig unterhalb der Größe der stationären Spannung liegt, die an den Spannungsausgangsanschluß der Spannungsversorgung angelegt ist. Die Stromversorgungsschaltung enthält weiterhin eine Diode und eine Stromquelle. An die Anode der Diode ist die von der Spannungsquelle erzeugte Spannung angelegt, während die Kathode der Diode mit dem Spannungsausgangsanschluß verbunden ist. Die Stromquelle ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Anode der Diode und der Spannungsquelle verbunden und dient dazu, einen durch die Diode fließenden, zu dem Spannungsausgangsanschluß führenden Strom zu einem Zeitpunkt hervorzurufen, zu dem die an den Spannungsausgangsan schluß auftretende Spannung gegenüber der von der Spannungsquelle erzeugten Spannung verringert ist.

In bevorzugter Ausgestaltung weist die Stromversorgungsschaltung weiterhin eine zweite Diode auf, wobei an der Kathode der zweiten Diode die von der Spannungsquelle erzeugte Spannung anliegt und die Anode der zweiten Diode mit dem Verbindungspunkt zwischen der Anode der zuerst genannten Diode und der Spannungsquelle verbunden ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der in Übereinstimmung mit der Erfindung stehenden Spannungsversorgungsschaltung weist die Strom absorbierende Schaltung eine Spannungsquelle auf, die dazu ausgelegt ist, eine Spannung abzugeben, die geringfügig oberhalb der Größe der stationären Spannung liegt, die zu dem Spannungsausgangsanschluß der Span nungsquelle gespeist wird. Weiterhin enthält die Strom absorbierende Schaltung eine Diode und eine Stromquelle. Die Kathode der Diode wird mit der von der Spannungsquelle abgegebenen Spannung gespeist, während die Anode der Diode an den Spannungsausgangsanschluß ange schlossen ist. Die Stromquelle ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode und der Spannungsquelle verbunden und dazu ausgelegt, Strom von dem Spannungsausgangs anschluß zu einem Zeitpunkt, zu dem die Spannung an dem Spannungsausgangsanschluß über die von der Spannungsquelle erzeugte Spannung ansteigt, zu absorbieren bzw. abzuführen.

In vorteilhafter Ausgestaltung enthält die Strom absorbierende Schaltung weiterhin eine zweite Diode, an deren Anode die von der Spannungsquelle erzeugte Spannung angelegt ist. Die Kathode der zweiten Diode ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der zuerst genannten Diode und der Spannungsquelle verbunden.

Wenn sich bei der in dem Patentanspruch 1 definierten Spannungsversorgungsschaltung die an dem Spannungsausgangsanschluß auftretende Spannung in abnehmender Richtung verändert, wird diese Verringerung der Spannung durch die Stromversorgungsschaltung erfaßt, die separat von der Spannungsquelle vorgesehen ist und an den Spannungsausgangsanschluß einen Strom abgibt. Die Abnahme der Spannung an dem Spannungsausgangsanschluß ist hierbei das Ergebnis des Fließens eines Betriebsstroms IP, der einen größeren Spitzenwert aufweist und durch eine als Last dienende integrierte Schaltung IC fließt. Die durch die Stromversorgungs schaltung bewirkte Stromzuführung ermöglicht es, den Strom, der bislang lediglich von der Spannungsquelle erzeugt wurde, auch durch die Stromversorgungsschaltung ergänzend bereitzu stellen, wodurch eine anfängliche Änderung der an dem Spannungsausgangsanschluß auftreten den Spannung unterdrückt werden kann. Als Folge hiervon kann die Zeitspanne, während der sich die an dem Spannungsausgangsanschluß auftretende Spannung ändert, verkürzt werden. Falls somit die Last durch einen IC gebildet ist, der mit einer hohen Geschwindigkeit arbeitet, kann die in Übereinstimmung mit der Erfindung stehende Spannungsversorgungsschaltung als eine Energie- bzw. Spannungsquelle auch für eine solche, rasch arbeitende Last mit hoher Zuverlässigkeit eingesetzt werden.

Bei der Spannungsversorgungsschaltung ist gemäß den Angaben in dem Patentanspruch 1 vorzugsweise weiter vorgesehen, daß der Spannungsausgangsanschluß der Spannungsquelle mit einer Strom abführenden (absorbierenden) Schaltung verbunden ist, die einen Anstieg der an dem Spannungsausgangsanschluß auftretenden Spannung über den stationären Spannung hinaus erfaßt und als Reaktion hierauf Strom abzieht, das heißt ableitet. Falls demgemäß die an dem Spannungsausgangsanschluß auftretende Spannung eine Überschwingung zeigt, wenn der Betriebsstrom durch die Last fließt und dann unterbrochen wird, bevor er zu einem stationären Strom wert zurückgekehrt ist, wird diese Überschwingung durch die Strom abführende Schaltung erfaßt, woraufhin die Strom abführende Schaltung Strom von dem Spannungsausgangsanschluß abzieht. Die auf diese Weise erfolgende Ableitung des Stroms ist dahingehend effektiv, die Überschwingung zu begrenzen. Die an dem Spannungsausgangsanschluß auftretende Spannung kann folglich den im stationären Zustand vorhandenen Spannungswert bereits zu einem frühen Zeitpunkt erreichen, so daß die Länge des Zeitintervalls, während dessen sich die Spannung an dem Spannungsausgangsanschluß bei dem Auftreten einer Überschwingung ändert, verringert werden kann.

Bei der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehenden Spannungsversorgungs schaltung sind sowohl die Stromversorgungsschaltung als auch die Strom abführende Schaltung mit dem Spannungsausgangsanschluß der Spannungsquelle verbunden und bilden jeweils eine Stromquelle, die eine hohe Impedanz besitzt. Daher haben diese Schaltungen keinerlei Einfluß auf die Eigenschaften der rückgekoppelten Spannungsquelle. Dies bedeutet, daß verschiedenar tige Ausgestaltungen herkömmlicher Spannungsversorgungen mit Rückkopplung direkt benutzt werden können, ohne daß irgendeine Änderung oder Modifikation der schaltungsmäßigen Ausgestaltung der herkömmlichen, mit Rückkopplung versehenen Spannungsquelle erforderlich ist. Ferner können die Eigenschaften der rückgekoppelten Spannungsquelle dadurch verbessert werden, daß lediglich die erfindungsgemäßen Maßnahmen eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsanlegungs- oder Spannungsversorgungsschaltung, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bildet;

Fig. 2 zeigt Signalverläufe, die die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Spannungsversor gungsschaltung veranschaulichen;

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer rückgekoppelten Spannungsversorgung, die in einer her kömmlichen Strommeßschaltung benutzt wird; und

Fig. 4 zeigt Signalverläufe, die die Arbeitsweise der in Fig. 3 dargestellten Spannungsversor gung veranschaulichen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfin dung stehenden Spannungsversorgungsschaltung erläutert. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung, wobei Elemente und Komponenten, die den entsprechenden Elementen und Komponenten der in Fig. 3 gezeigten Schaltung entspre chen, mit den gleichen Bezugszahlen und Bezugszeichen, die in Fig. 3 benutzt sind, versehen sind. Diese Elemente und Komponenten werden daher nicht weiter beschrieben, es sei denn, daß dies aus bestimmten Gründen notwendig ist.

Als rückgekoppelte bzw. geregelte Spannungsversorgung (Spannungsquelle) 10 kann jede beliebige Schaltung aus der Vielzahl von unterschiedlichen, im Stand der Technik bekannten Schaltungsanordnungen verwendet werden, so daß die Schaltungsanordnung der Spannungs quelle 10 nicht im einzelnen gezeigt ist. Wenn es gewünscht ist, die Spannungsversorgungs schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung als eine Energiequelle in einer Strommeßschaltung einzusetzen, bei der ein kleiner, im stationären Zustand auftretender Strom, der durch ein Halbleiterbauelement fließt, gemessen wird, kann eine mit Rückkopplung versehene Spannungs quelle 10 benutzt werden, die die in Fig. 3 gezeigte Ausgestaltung aufweist. Es besteht jedoch keine Notwendigkeit, das Schaltelement 14 vorzusehen.

Bei dem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehenden Ausführungsbeispiel sind eine Stromversorgungsschaltung 30 und eine Strom absorbierende oder abführende Schaltung 40 vorgesehen, die mit dem Spannungsausgangsanschluß TO der Spannungsquelle 10 verbun den sind. Die Stromversorgungsschaltung 30 weist eine Spannungsquelle 31 auf, die dazu ausgelegt ist, eine Spannung VL zu erzeugen, die geringfügig kleiner ist als die Größe der im stationären Zustand auftretenden Spannung V₀ = Vin an dem Spannungsausgangsanschluß TO der Spannungsquelle 10. Die Stromversorgungsschaltung 30 enthält weiterhin eine erste Diode 33, an deren Anode die von der Spannungsquelle 31 erzeugte Spannung VL angelegt ist. Die Kathode der ersten Diode 33 ist mit dem Spannungsausgangsanschluß TO verbunden. Die Stromversorgungsschaltung 30 umfaßt weiterhin eine zweite Diode 34, deren Anode an die Anode der ersten Diode 33 angeschlossen ist, und deren Kathode mit der Spannungsquelle 31 verbunden ist. Ferner ist in der Stromversorgungsschaltung 30 eine erste Stromquelle 32 vorgesehen, die einen Stromausgangsanschluß besitzt, der mit dem Verbindungspunkt zwischen der Anode der ersten Diode 33 und der Anode der zweiten Diode 34 verbunden ist.

Die Strom absorbierende bzw. Strom abführende Schaltung 40 weist eine Spannungsquelle 41 auf, die dazu ausgelegt ist, eine Spannung VH zu erzeugen, die geringfügig oberhalb der im stationären Zustand auftretenden Spannung V₀ = Vin an dem Spannungsausgangsanschluß der Spannungsquelle 10 liegt. Die Schaltung 40 enthält weiterhin eine dritte Diode 43, an deren Kathode die von der Spannungsquelle 41 erzeugte Spannung VH angelegt ist. Die Anode der dritten Diode 43 ist mit dem Spannungsausgangsanschluß TO verbunden. Die Strom abführende Schaltung 40 umfaßt weiterhin eine vierte Diode 44, deren Kathode mit der Kathode der dritten Diode 43 verbunden ist, und deren Anode an die Spannungsquelle 41 angeschlossen ist. Die Strom abführende Schaltung 40 ist weiterhin mit einer zweiten Stromquelle 42 versehen, die einen Stromausgangsanschluß besitzt, der an die Verbindungsstelle zwischen der Kathode der dritten Diode 43 und der Kathode der vierten Diode 44 angeschlossen ist.

In dem stationären Zustand, bei dem die an dem Spannungsausgangsanschluß TO auftretende Spannung bei dem Wert V₀ = Vin liegt, sind die zweite Diode 34 in der Stromversorgungsschal tung 30 und die vierte Diode 44 in der Strom abführenden Schaltung 40 jeweils im eingeschalte ten bzw. durchgeschalteten Zustand gehalten, wie es in den Fig. 2C bzw. 2D dargestellt ist. Demgegenüber sind bei diesem stationären Zustand die erste Diode 33 in der Stromversorgungs schaltung 30 und die dritte Diode 43 in der Strom abführenden Schaltung 40 ausgeschaltet bzw. gesperrt. Demgemäß fließt ein Strom I1, der von der ersten Stromquelle 32 in der Stromversor gungsschaltung 30 erzeugt wird, zu einem auf dem gemeinsamen Potential bzw. Massepotential liegenden Punkt COM über die zweite Diode 34 und die Stromquelle 31. Weiterhin wird ein Strom I2, der von der zweiten, in der Strom abführenden Schaltung 40 befindlichen Stromquelle 42 abgezogen wird, von dem auf dem gemeinsamen Potential bzw. Massepotential liegenden Punkt COM zu der Stromquelle 42 über die Spannungsquelle 41 und die vierte Diode 44 abgeleitet.

Wenn die Last 25 bei diesem Zustand eine Inversion bzw. Umkehrung ihres Betriebs erfährt (wenn die Last 25 zum Beispiel durch einen IC in CMOS-Aufbau gebildet ist und dessen durch einen Feldeffekttransistor gebildetes aktives Element seine Arbeitsweise umkehrt), wird ein hoher Betriebsstrom IP hervorgerufen, der durch die Last 25 fließt und in Fig. 2A dargestellt ist. Aus diesem Grund wird die an dem Spannungsausgangsanschluß TO auftretende Spannung V₀ verringert, und zwar in einer Weise, wie sie in Fig. 2B dargestellt ist. Wenn die an dem Span nungsausgangsanschluß TO auftretende Spannung V₀ unter den Wert der von der Spannungs quelle 31 erzeugten Spannung VL verringert wird, wird die in der Stromversorgungsschaltung 30 enthaltene, zweite Diode 34 abgeschaltet, wohingegen die erste Diode 33 eingeschaltet wird, wie dies in Fig. 2C angegeben ist. Aufgrund dieser Vorgänge wird der Strom I1, der von der ersten Stromquelle 32 bereitgestellt wird, in den Spannungsausgangsanschluß TO eingespeist.

Als Ergebnis dieser Einspeisung des durch die Stromversorgungsschaltung 30 bereitgestellten Stroms in den Spannungsausgangsanschluß TO wird der Nebenschluß-Kondensator 16 durch den Strom I1 geladen, wodurch die anfängliche Spannungsänderung ΔV₀ so geklemmt bzw. festgelegt wird, daß eine Verringerung unter den der Spannung VL entsprechenden Pegel verhindert wird. Als Folge hiervon wird die Größe der anfänglichen Spannungsänderung ΔV₀, die an dem Spannungsausgangsanschluß TO auftritt, auf einen kleinen Spannungswert verringert bzw. begrenzt, der durch die von der Spannungsquelle 31 erzeugte Spannung VL bestimmt wird. Da die anfängliche Spannungsänderung AV₀ somit auf einen kleinen Wert begrenzt ist, wird die Spannung, die an dem Spannungsausgangsanschluß TO auftritt, im Anschluß auf das Fließen des Betriebsstroms IP rasch auf den ursprünglichen, im stationären Zustand vorhandenen Spannungswert von V₀ = Vin zurückgeführt. Die im stationären Zustand vorhandene Spannung V₀ = Vin wird folglich in dieser Weise innerhalb eines sehr kurzen Zeitintervalls ab dem Auftre ten der anfänglichen Änderung wieder erreicht. Demgemäß kann die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehende Spannungsversorgungsschaltung als eine Spannungs- oder Stromquelle (Energiequelle) mit hoher Zuverlässigkeit für eine Last verwendet werden, die zum Beispiel ein IC sein kann, der mit einer hohen Rate bzw. Frequenz betrieben wird.

Die Zuführung des Stroms von der Stromversorgungsschaltung 30 zu dem Spannungsausgangs anschluß TO ermöglicht es somit, die Größe der anfänglichen Spannungsschwankung, die an dem Spannungsausgangsanschluß TO auftritt, auf einen kleinen Wert zu verringern. Weiterhin ermöglicht es diese Maßnahme, daß die an dem Spannungsausgangsanschluß TO auftretende Spannung ihren im stationären Zustand vorhandenen Wert von V₀ = Vin in einem sehr kurzen Zeitintervall ab dem Auftreten der anfänglichen Änderung wieder annimmt. Hierdurch ist es weiterhin möglich, den Kapazitätswert des Nebenschluß-Kondensators 16 zu verringern, so daß sich der weitere Vorteil ergibt, daß die Frequenzantwort bzw. der Frequenzgang der Spannungs quelle 10 verbessert werden kann.

Falls jedoch die Größe des Stroms, der von der Stromversorgungsschaltung 30 zugeführt wird, bei der Beendigung des Stromflusses des durch die Last 25 fließenden Betriebsstroms IP übermäßig groß ist, kann andererseits ein Überschwingen auftreten, oder es kann sich die an dem Spannungsausgangsanschluß TO anstehende Spannung übergangsweise erhöhen, wie es in Fig. 2B mit einer unterbrochenen Linie veranschaulicht ist. Bei dem vorliegenden Ausführungs beispiel wird in einem solchen Fall, bei dem ein Überschwingen auftritt und bei dem die über schwingende Spannung die von der Spannungsquelle 41 in der Strom abführenden Schaltung 40 erzeugte Spannung VH überschreitet, die vierte Diode 44 in der Strom abführenden Schaltung 40 abgeschaltet, wohingegen die dritte Diode 43 eingeschaltet wird. Hierdurch wird die Strom abführende Schaltung 40 aktiviert, was dazu führt, daß die Stromquelle 42 einen Strom I2 von dem Spannungsausgangsanschluß TO absorbiert bzw. ableitet. Das in dieser Weise erfolgende Abziehen des Stroms bewirkt, daß die überschwingende Spannung bei dem Niveau der von der Spannungsquelle 41 erzeugten Spannung VH geklemmt bzw. begrenzt wird, und folglich die überschwingende Spannung keinen höheren Wert als die Spannung VH erreichen kann. Die Spannung VH liegt, wie bereits ausgeführt, geringfügig oberhalb der im stationären Zustand vorhandenen Spannung Vin. Als Folge hiervon kehrt die an dem Spannungsausgangsanschluß TO auftretende Spannung rasch wieder auf den im stationären Zustand vorhandenen, ursprüngli chen Wert der Spannung V₀ = Vin zurück, so daß der im stationären Zustand vorhandene Wert von V₀ = Vin innerhalb eines sehr kurzen Zeitintervalls ab dem Auftreten der anfänglichen Änderung wieder erreicht wird. Demgemäß ermöglicht es die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehende Spannungsversorgungsschaltung, die an dem Spannungsaus gangsanschluß TO auftretende Spannung selbst im Fall des Auftretens eines Überschwingens wieder sehr rasch auf den im stationären Zustand vorhandenen, ursprünglichen Wert von V₀ = Vin zurückzubringen.

Wie vorstehend erläutert, stellt die vorliegende Erfindung den erheblichen Vorteil bereit, daß die bloße Hinzufügung der Stromversorgungsschaltung 30 und der den Strom abführenden Schaltung 40 zu einer herkömmlichen, rückgekoppelten Spannungsquelle, die eine beliebige, aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen ausgewählte Ausgestaltung aufweisen kann, die Möglichkeit bietet, die Spannungsversorgungsschaltung in eine Spannungsversorgungsschal tung umzuformen, die verbesserte Eigenschaften aufweist und auch bei einer Last eingesetzt werden kann, die bei einer hohen Frequenz betrieben wird. Dies wird erreicht, ohne daß das Leistungsvermögen der Spannungsquelle selbst geändert wird.

Im Anschluß an die Beendigung des Fließens des Aktivierungsstrom bzw. Betriebsstroms IP werden die Dioden 33 und 43 rasch abgeschaltet, das heißt gesperrt, so daß die Stromversor gungsschaltung 30 und die Strom abführende Schaltung 40 dem Spannungsausgangsanschluß der Spannungsquelle nicht länger Strom zuführen oder Strom von ihm abziehen können. Von den Stromquellen 32 und 42 sowie auf den Spannungsquellen 31 und 41 in den beiden Schaltungen ist somit lediglich ein mit hoher Geschwindigkeit erfolgendes Ansprechen zu fordern, wohinge gen diese Schaltungen jedoch keinen Anforderungen hinsichtlich geringer Rauscheigenschaften und hochpräziser Spannungsstabilität unterliegen. Die Schaltungsanordnung kann somit vereinfacht sein und es ist eine Herstellung in kostengünstiger Weise erleichtert. Da ferner sowohl die Stromversorgungsschaltung 30 als auch die Strom abführende Schaltung 40 im wesentlichen Stromquellen sind, zeigen sie hohe Impedanzen, so daß irgendein Einfluß auf die Eigenschaften der Spannungsquelle vermieden werden kann. Es ergibt sich somit der weitere Vorteil, daß die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehende Spannungsversor gungsschaltung in erleichterter und kostengünstiger Weise hergestellt werden kann.

Die Fähigkeit der Stromversorgungsschaltung 30 zur Bereitstellung von Strom sowie die Fähigkeit der Stromaufnahme durch die Strom abführende Schaltung 40, die in der in Überein stimmung mit der vorliegenden Erfindung stehenden Spannungsversorgungsschaltung benutzt werden, können je nach Bedarf erhöht werden, so daß eine Anpassung an eine Vielfalt von Lasten möglich ist, bei denen unterschiedliche Stromstärken bei einer Inversion ihres Betriebs fließen. Wenn eine Vielzahl von Spannungsausgangsanschlüssen bei einer rückgekoppelten Spannungsquelle vorgesehen ist, um hierdurch die Zuführung einer erhöhten Strommenge zu einer Last zu erlauben, ist es lediglich notwendig, die Anzahl von Stromversorgungsschaltungen 30 und von Strom abführenden Schaltungen 40 in entsprechender Weise zu erhöhen, um hiermit eine Anpassung an beliebige Arten von rückgekoppelten Spannungsquellen zu ermöglichen.

Es ist somit ersichtlich, daß bei der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehen den Spannungsversorgungsschaltung der erhebliche Vorteil erzielt wird, daß sie als eine stabile Spannungs- bzw. Stromquelle, die zum Anlegen einer gegebenen Betriebsspannung an ein zu testendes Halbleiterbauelement in einem IC-Tester ausgelegt ist, oder als eine stabile Spannungs- bzw. Stromquelle eingesetzt werden kann, die dazu ausgelegt ist, eine gegebene Betriebsspan nung an ein zu testendes Halbleiterbauelement in einer Strommeßschaltung anzulegen, die zum Beispiel einen kleinen, im stationären Zustand vorhandenen Strom des Halbleiterbauelements ermittelt, wobei eine beliebige Vielfalt von Halbleiterbauelementen einschließlich von bei einer hohen Rate bzw. Frequenz betriebenen Halbleiterbauelementen getestet werden kann.

Claims

1. Spannungsversorgungsschaltung mit
einer rückgekoppelten Spannungsquelle (10), die mit einer Rückkopplungsschaltung (12) versehen ist und zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung (V₀) an eine Last (25) ausgelegt ist,
einer Stromversorgungsschaltung (30), die mit einem Spannungsausgangsanschluß (TO) der Spannungsquelle (10) verbunden ist und dazu ausgelegt ist zu erfassen, wenn die an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) auftretende Spannung unter einen beim stationären Zustand vorhandenen Wert verringert ist, wobei die Stromversorgungsschaltung (30) in diesem Fall einen Stromfluß in den Spannungsausgangsanschluß (TO) bewirkt, und
einer Strom abführenden Schaltung (40), die mit dem Spannungsausgangsanschluß (TO) der Spannungsquelle (10) verbunden ist und dazu ausgelegt ist zu erfassen, wenn die an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) auftretende Spannung über den im stationären Zustand vorhandenen Wert ansteigt, wobei die Strom abführende Schaltung (40) in diesem Fall Strom von dem Spannungsausgangsanschluß (TO) abführt.

2. Spannungsversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungsschaltung (30) umfaßt:
eine Spannungsquelle (31), die dazu ausgelegt ist, eine Spannung zu erzeugen, die geringfügig kleiner ist als die im stationären Zustand an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) der Spannungsquelle (10) vorhandene Spannung,
eine Diode (33), an deren Anode die von der Spannungsquelle (31) erzeugte Spannung angelegt ist, und deren Kathode mit dem Spannungsausgangsanschluß (TO) verbunden ist, und
eine Stromquelle (32), die mit dem Verbindungspunkt zwischen der Anode der Diode (33) und der Spannungsquelle (31) verbunden ist und dazu ausgelegt ist, über die Diode (33) einen Stromfluß zu dem Spannungsausgangsanschluß (TO) während eines Zeitintervalls hervorzurufen, während dessen die an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) vorhandene Spannung unter der von der Spannungsquelle (31) erzeugten Spannung liegt.

3. Spannungsversorgungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungsschaltung (30) eine zweite Diode (34) enthält, an deren Kathode die von der Spannungsquelle (31) erzeugte Spannung angelegt ist und deren Anode mit dem Verbindungs punkt zwischen der Anode der erstgenannten Diode (33) und der Stromquelle (32) verbunden ist.

4. Spannungsversorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom abführende Schaltung (40) umfaßt:
eine Spannungsquelle (41), die dazu ausgelegt ist, eine Spannung zu erzeugen, die geringfügig oberhalb der im stationären Zustand an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) der Spannungsquelle (10) vorhandenen, Spannung liegt,
eine Diode (43), an deren Kathode die von der Spannungsquelle (41) erzeugte Span nung angelegt ist, und deren Anode mit dem Spannungsausgangsanschluß (TO) verbunden ist, und
eine Stromquelle (42), die mit dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode (43) und der Spannungsquelle (41) verbunden ist und die dazu ausgelegt ist, während eines Zeitintervalls, während dessen die Spannung an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) über die von der Spannungsquelle (41) erzeugte Spannung ansteigt, Strom von dem Spannungsaus gangsanschluß (TO) abzuziehen.

5. Spannungsversorgungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom abführende Schaltung (40) eine zweite Diode (44) aufweist, an deren Anode die von der Spannungsquelle (41) erzeugte Spannung angelegt ist und deren Kathode mit dem Verbindungs punkt zwischen der Kathode der erstgenannten Diode (43) und der Stromquelle (42) verbunden ist.

6. Spannungsversorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (25) eine integrierte Halbleiterschaltung ist, durch die dann, wenn ihr Betrieb invertiert wird, ein Betriebsstrom fließt, dessen Spitzenwert größer ist als die Größe des im stationären Zustand fließenden Stroms.

7. Spannungsversorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (25) eine integrierte Halbleiterschaltung ist, die einen komplementären MOS-Aufbau besitzt.