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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich generell auf eine automatische Prüfeinrichtung
und spezieller auf eine Stromversorgung hoher Geschwindigkeit und
Genauigkeit zur Verwendung mit einem Halbleiterprüfgerät, um einem
Hochgeschwindigkeitsmessobjekt (DUT/Device-Under-Test) präzise Spannungspegel bereitzustellen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Herstellung von Halbleiter-Bauelementen umfasst typisch Prüfprozesse
auf sowohl der Wafer- als
auch der Kompaktbauelementebene. Die Prüfung wird normalerweise durch
eine automatische Prüfeinrichtung
(ATE) durchgeführt,
die eine Reihe von Betriebsbedingungen simuliert, um die Funktionalität jedes
Bauelements zu verifizieren. Wie auf dem Fachgebiet gut bekannt
ist, benötigen
Halbleiter-Bauelemente generell eine Stromquelle, um zu funktionieren.
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Eine
Funktion, welche die ATE häufig
durchführt,
involviert die Lieferung von Strom an die Messobjekte (DUTs). Dies
wird typisch durch eine Messobjekt-Stromversorgung ausgeführt, die
im Prüfgerät montiert
ist. Die Stromversorgung führt
außerdem
die Doppelfunktion der Messung des Stroms durch, den sie an das
Messobjekt liefert. Dies umfasst Strommessungen unter einer Reihe
von Bedingungen. Folglich wird die Stromversorgung periodischer
Kalibrierung unterzogen, um Präzision
und Genauigkeit über
einen Zeitraum beizubehalten.
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Konventionell
involviert das Kalibrieren der Strommessschaltung für eine Messobjektstromversorgung
die Verwendung von Komponenten des „National Institute for Standards
Traceability (NIST)",
um die Kalibrierzunahmewerte und Kalibrieroffsetwerte zu erstellen.
Die Standards umfassen typisch bekannte Präzisionswiderstände, die
auf einer kundenspezifischen Kalibrier-Geräteschnittstellenplatte (DIB)
montiert sind. Eine Kalibrier-Geräteschnittstellenplatte ist
nicht Teil des Prüfgeräts, sondern
eher eine Leiterplattenbaugruppe für eine Bauelement-Handhabungsvorrichtung
(oder einen Prüfkopf),
die sich an das Prüfgerät kuppeln
lasst. Der Stromversorgungsstrom wird durch die kundenspezifischen
Geräteschnittstellenplatten-Widerstände getrieben
und die Spannung über
die Widerstände
wird mittels eines Voltmeters gemessen, das NIST erfüllt. Der,
aus der gemessenen Spannung und den gemessenen Widerstanden berechnete,
Stromwert wird dann mit dem Stromwert verglichen, der durch die
Strommessschaltung bestimmt wurde, die der Stromversorgung innewohnt.
Die Differenzen werden identifiziert und Kalibrierausdrücke generiert,
um für erkannte
Differenzen zu kompensieren.
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Obwohl
dieses Verfahren für
seine beabsichtigten Anwendungen generell gut arbeitet, involviert die
Verwendung der kundenspezifischen Kalibrier-Geräteschnittstellenplatte, um
die Stromversorgungs- Strommessschaltung
zu kalibrieren, ein "Abdocken" des Prüfgeräts von der
Messobjekt-Handhabungsvorrichtung
oder vom Prüfkopf,
um den Ausbau und das anschließende
Ersetzen der Produktions-Geräteschnittstellenplatte
zu bewirken. Dies kann ein zeitraubender Vorgang sein und verursacht häufig einen
Produktivitätsverlust
in einer Fertigungsprüfumgebung.
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Außer der
Notwendigkeit periodischer Kalibrierung wird eine Messobjektstromversorgung
häufig Validierungsverfahren
unterzogen, um einen akzeptablen dynamischen Betrieb sicherzustellen,
bevor sie in Produktionsgeräteprüfung verwickelt
wird. Validierung involviert generell Schritte zum bestätigen, dass
die Stromversorgung den erforderlichen Strom generiert, die Arbeit
wie erwartet unter einer breiten Palette dynamischer Konditionen
ausführt
und Stabilität
beibehält. Ähnlich wie
die oben beschriebenen Kalibrierverfahren, benutzen konventionelle
Validierungsverfahren typisch die Verwendung einer kundenspezifischen
Geräteschnittstellenplatte.
Aus den, in Bezug auf kundenspezifische Geräteschnittstellenplatten, erläuterten
Gründen
ist ein Abdocken des Prüfgeräts, um eine
kundenspezifische Validierungs-Geräteschnittstellenplatte zu benutzen,
gleichermaßen
unerwünscht.
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Das
US-Patent 5710701 offenbart
eine selbsttestende Stromversorgung für eine elektronische Anwendungslastschaltung,
die ein Prüfgerät zur Simulierung
von Laststrom über
Leistungsausgänge einschließt und auf
die Korrektur der Stromversorgung an eine externe Stromquelle anspricht.
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Das
US-Patent 6087843 offenbart
ein Halbleiterprüfgerät, das eine
Stromversorgung umfasst.
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Was
gebraucht wird und bisher nicht verfügbar ist, ist eine hochgenaue
Messobjektstromversorgung, die fähig
ist die Kalibrierungs- und Validierungsprobleme anzugehen, ohne
das Prüfgerät abdocken
zu müssen.
Die Messobjektstromversorgung der vorliegenden Erfindung erfüllt diese
Notwendigkeit.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen, wie in Anspruch 1 definierten,
Stromversorgungskreis, ein, wie in Anspruch 13 definiertes, Kalibrierverfahren und
ein, wie in Anspruch 14 definiertes, Validierungsverfahren bereit.
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Die
Messobjektstromversorgung der vorliegenden Erfindung stellt einen
Weg bereit eine Messobjektstromversorgung praktisch und kostenwirksam zu
kalibrieren und zu validieren, ohne das Prüfgerät von der Messobjekt-Handhabungsvorrichtung
oder vom Prüfkopf
abdocken zu müssen.
Dies minimiert die Prüfgerätausfallzeit,
was folglich den Bauelementdurchsatz für Halbleiterhersteller maximiert.
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Um
die vorgenannten Vorteile zu realisieren, umfasst eine Ausführungsform
eine Stromversorgung zur Verwendung mit einem Halbleiterprüfgerät zum Speisen
eines Messobjekts. Die Stromversorgung umfasst ein Gehäuse und
Leistungsschaltung, die im Gehäuse
angeordnet ist, um Leistung für
das Messobjekt zu generieren. Interne Lastschaltung ist im Gehäuse angeordnet
und an die Leistungsschaltung gekoppelt, um die elektrische Last
eines Messobjekts auf die Stromversorgung selektiv zu simulieren.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die Erfindung automatische Prüfeinrichtung zum Prüfen eines
Messobjekts. Die automatische Prüfausrüstung umfasst
eine Computer-Workstation und einen Prüfkopf, der an die Computer-Workstation
gekoppelt ist. Die Prüfeinrichtung
umfasst weiter eine Stromversorgung für das Messobjekt, die ein Gehäuse und
eine Leistungsschaltung umfasst, die im Gehäuse angeordnet sind, um Leistung
für das
Messobjekt zu generieren. Interne Lastschaltung ist im Gehäuse angeordnet
und an die Leistungsschaltung gekoppelt, um die elektrische Last
eines Messobjekts auf die Stromversorgung selektiv zu simulieren.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der
folgenden ausführlichen
Beschreibung offenkundig, wenn sie im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen gelesen
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird mit Bezugnahme auf die folgende ausführlichere
Beschreibung und zugehörigen
Zeichnungen besser verstanden werden, in denen
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1 ein
Blockdiagramm eines Halbleiterprüfgeräts gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein
Blockdiagramm einer Messobjektstromversorgung gemäß einer
Ausführungsform
der der vorliegenden Erfindung ist;
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3 ein
Blockdiagramm der Kalibrierungs- und Validierungsschaltung ist,
die in der Lastleiterplatte der 2 verwendet
wird; und
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4 ein
Blockdiagramm einer Messobjektstromversorgung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der der vorliegenden Erfindung ist;
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Mit
Bezugnahme auf 1 lässt sich die Messobjektstromversorgung
der vorliegenden Erfindung, die generell mit 30 bezeichnet
ist, für
Verwendung von automatischer Prüfeinrichtung
anpassen, die generell mit 10 bezeichnet ist. Die Stromversorgung
implementiert "on-tester" Lastschaltung 36 (2 und 3),
um Kalibrierungs- und Validierungsprozesszeiten zu minimieren. Durch
Bereitstellung von "on-tester" Lastschaltung, die
der Messobjektstromversorgung verfügbar ist, werden kostspielige
Hardwaremodifikationen für
Kalibrierungs-/Validierungsverfahren vermieden.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf 1 umfasst die automatische Prüfeinrichtung
bzw. ATE 10 generell eine Computer-Workstation 12,
die sich über ein
Kabelbündel 16 an
einen Prüfkopf 14 koppeln lässt. Der
Prüfkopf
beherbergt eine Mehrheit von Kanalkarten (nicht gezeigt) und Stromversorgungsleiterplatten 30 (nur
eine Leiterplatte gezeigt) in relativ nächster Nähe zum Messobjekt 40.
Das Messobjekt lässt
sich auf eine Produktions-Geräteschnittstellenplatte
(DIB) 18 montieren, die über eine Prüfgerätschnittstelle (nicht gezeigt)
mit dem Prüfkopf
in Verbindung ist. Die Prüfgerätschnittstelle
stellt eine Zwischenverbindung des Signals, Erdung und Leistungspfade
zwischen der automatischen Prüfeinrichtung
(ATE) und dem Messobjekt (DUT) bereit.
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Mit
Bezugnahme auf 2 umfasst eine spezifische Ausführungsform
der Messobjektstromversorgung 30, die interne Kalibrierungs-/Validierungsschaltung
der vorliegenden Erfindung verwendet, eine digitale Schaltung 32,
eine Leistungsschaltung 34, eine interne Leistungsschaltung 36 und
eine Verstärkerschaltung 50.
Die digitale Schaltung 32 stellt eine Digital-Analog-Steuerschnittstelle
zwischen dem Prüfgerät und der
Messobjektstromversorgung bereit. Die Leistungsschaltung 34 nimmt,
in einer Ausführungsform,
die Form eines rauscharm schaltenden GS-GS-Umsetzers an.
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Mit
Bezugnahme auf 2 und 3 können die
digitale Schaltung 32, die Leistungsschaltung 34 und
die Verstärkerschaltung 50 der 2 zusammen
als eine Ausführungsform
einer Leistungsgenerierschaltung 60 (in Phantom) für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung betrachtet werden. Unter weiterer Bezugnahme
auf 3 ist eine Strommesseinheit 62 an die
Leistungsgenerierschaltung gekoppelt, um der Leistungsschaltung
genaue und präzise Stromausgangsinformation
bereitzustellen, um richtige Regelung unter variierenden Lasten
und Betriebsbedingungen zu bewirken.
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Weiter
auf 3 Bezug nehmend umfasst die "on-tester" Lastschaltung 36 vorzugsweise
eine interne Kalibrierschaltung in Form einer aktiven Last 70 und
eine interne Validierungsschaltung, die eine WS-Last 80 und
eine kapazitive Last 82 umfasst. In einer Ausführungsform
umfasst die aktive Last eine Mehrheit von FET-Transistoren FC1–FCN, die
parallel geschaltet gekoppelt sind. Jeder Transistor wird Steuerschaltung
C1–Cn
geregelt, um konsistenten und stabilen Betrieb durch variierende
Temperaturen und andere Parameter beizubehalten. Schaltschaltung
in Form einer Mehrheit von Schaltern SW1–SW5 ersetzt das Messobjekt 40 selektiv
für die aktive
Last 70 über
den Leistungsschaltungsausgang als Reaktion auf Softwaretreiberbefehle.
In einer bevorzugten Ausführungsform
werden die aktive Last 70, die WS-Last 80 und
die kapazitive Last 82 an eine NIST-verfolgbare Stromquelle
I gekoppelt.
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Zum
Kalibrierten der Strommesseinheit 62 für die Stromversorgung wird
die aktive Last 70 zuerst mithilfe der NIST-verfolgbaren
Stromquelle I kalibriert. Der präzise
Wert der Stromquelle wird in einem nichtflüchtigen RAM-Speicher 64 gespeichert. Der
präzise
bekannte Stromwert, beispielsweise 1.000 Ampere, wird in Reihenfolge
an jedem FET (Feldeffekttransistor) der aktiven Last angewandt. Spannungsmessungen
werden zum Beispiel an den Klemmen T1 und T2 (durch NIST-verfolgbare
Spannungsmessschaltung, nicht gezeigt) genommen und mit dem bekannten
Strom in Übereinstimmung
mit dem ohmschen Gesetz kombiniert, um den präzisen Widerstandswert für jeden
FET-Transistor zu bestimmen.
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Sobald
die aktiven Lastwiderstände
für die FETs
FC1–FCN
bekannt sind, können
sie dann individuell, oder in Kombination, als Kalibrierlasten für die Strommesseinheit 62 aktiviert
werden. Für
eine beliebige gegebene Last können
Spannungsmessungen genommen werden (wiederum mithilfe der nicht
gezeigten Spannungsmessschaltung), um den Ausgangsstrom (mittels
des grundlegenden ohmschen Gesetzes) zu bestimmen. Diese Messung wird,
zusätzlich
zu den Ablesungen von der Strommesseinheit selbst, vorgenommen.
Die gemessenen Stromwerte werden dann verglichen. Kalibrieroffsets und
Verstärkungsfaktoren
werden dann berechnet und in einem Kalibrierspeicher (nicht gezeigt)
für künftige Strommessungen
gespeichert, die von der Stromversorgungsschaltung während normaler
Bauelementprüfung
gemacht wurden.
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Diese
Kombination von Schaltung und Prozess erzielt eine NIST-verfolgbare
Kalibrierung Strommesseinheit 62 für die Stromversorgung ohne das
Prüfgerät (oder
den Prüfkopf)
vom Prüfkopf
oder einer Handhabungsvorrichtung während seiner normalen Betriebsbedingungen
abdocken zu müssen.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf 3 emulieren die WS-Last 80 und
die kapazitive Last 82 die dynamischen Lastströme, die
der Stromversorgung durch die Aktivität des Messobjekts und die Volumenkapazitanz
präsentiert
werden, die auf der Geräteschnittstellenplatte
(DIB) vorhanden sind, um Spannungsabfall zu minimieren, indem dem
Messobjekt unverzögerter
Strom zugeführt
wird. Durch Ein- und Ausschalten
verschiedener Zahlen von Last-FET-Schaltern auf eine dynamische
Weise kann die variierende Last des Messobjekts emuliert werden.
Durch Einschalten verschiedener Zahlen von Kondensatoren wird die
Fähigkeit
der Stromversorgung verifiziert, die verschiedenen Lastwiderstände zu treiben.
Validierungsverfahren sind sehr erwünscht, bevor das Prüfgerät in eine
Fertigungsumgebung platziert wird.
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Die
WS-Last 80 umfasst vorzugsweise einen Satz dynamischer
Lasten einschließlich
Widerstände R1–Rn, um
die Strompegel ein zustellen und FETs FV1–FVN, die selektiv aktiviert
werden, um einen Pfad von der Stromversorgung zu den Lastwiderständen bereitzustellen.
Durch Implementieren mehrerer parallel geschalteter Widerstände/FETs
könnte der
Strompegel variiert werden. Ebenso umfasst die kapazitive Last 82 eine
Mehrheit von FETs F2V1–F2VN,
die selektiv jeweilige Kondensatoren C1–CN zuschalten. Die kombinierte
Verwendung dieser zwei Stromkreise erlaubt der Last, eine breite
Palette von Prüfzuständen für das Messobjekt
und die Geräteschnittstellenplatte
mit einer breiten Palette von Strömen und Lastimpedanzen zu emulieren.
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Einer
der herausfordernden Gesichtspunkte, wenn sich die Lastschaltung 36,
wie oben beschrieben, im Prüfkopf
der automatischen Prüfeinrichtung befindet,
ist, dass sich, im Gegensatz zu Validierungsplänen, die auf externen Geräteschnittstellenplatten
beruhen, die tatsächlichen
Schnittstellen-Parasitärelemente
zu einer Geräteschnittstellenplatte nicht
im Validierungslastpfad befinden. Folglich könnte die Performance der automatischen
Prüfeinrichtungsversorgung,
bei Treiben einer Last durch die "in-tester" Parasitärelemente, nicht voll validiert
sein. Weiter könnte
die Qualität
des Pfads von der automatischen Prüfeinrichtungstromversorgung
zum Messobjekt nicht voll verifiziert sein. Der Erfinder ist die möglichen
Herausforderungen mit einer einzigartigen Modifikation, wie nachstehend
beschrieben, angegangen.
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Indem
jetzt auf 4 Bezug genommen wird, werden
die obigen Herausforderungen durch Bereitstellen einer automatischen
Prüfeinrichtungsstromversorgung 100 gelindert,
die zwei Stromversorgungseinheiten umfasst, nämlich Stromversorgung A 90 und
Stromversorgung B 92. Die Versorgungen können individuell
oder parallel geschaltet betrieben werden. Für jede Versorgung werden jeweilige
interne Lasten 94 und 96 bereitgestellt. Die Lasten
gleichen in der Konstruktion den früher beschriebenen selektiv
geschalteten WS- und kapazitiven Lasten und bedürfen keiner weiteren Beschreibung.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf 4 sind beide Versorgungen über separate
Pfade 91, 93 (für Stromversorgung A 90)
und 95, 97 (für
Stromversorgung B 92) mit dem Messobjekt 40 verbunden.
Die Verbindungen ermöglichen
Antreiben der Pfade zur Geräteschnittstellenplatte 18 von
einer Stromversorgung (beispielsweise Stromversorgung A) und Anschließen der
Last 96, die mit der anderen Versorgung assoziiert ist,
(Stromversorgung B) an den Pfad jener Versorgung zur Geräteschnittstellenplatte.
An dieser Stelle umfasst der Pfad von der gesamten kombinierten
Stromversorgung zur Last die Parasitärelemente von der ersten Versorgung
zur Geräteschnittstellenplatte
und außerdem
die Parasitärelemente
von der Geräteschnittstellenplatte
zurück
zur Last, die mit der zweiten Stromversorgung assoziiert sind. Somit
könnten
die Verbindungsparasitärelemente
und die Fähigkeit
der Stromversorgung, Strom richtig durch diese Parasitärelemente
zu liefern, verifiziert werden.
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Anschließend an
Kalibrierung und Validierung werden die Kalibrierungs- und Validierungslasten 70, 80 und 82 (3)
durch die Schaltschaltung Swa–Swe
deaktiviert und das Messobjekt (DUT) 40 wird in den Stromversorgungskreis
geschaltet. An dieser Stelle ist die Stromversorgung für die Geräteprüfung bereit,
wo genaue Strommessungsfähigkeit kritisch
wichtig ist.
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Fachleute
werden die zahlreichen Nutzen und Vorteile erkennen, die durch die
vorliegende Erfindung geboten werden. Von besonderer Wichtigkeit ist
die "in-tester" Lastschaltung, die
die Eliminierung irgendwelcher Abdockverfahren ermöglicht,
die mit dem Kalibrierungs- und Validierungsprozess verbunden sind.
Durch Eliminieren der Abdockungsschritte werden wesentliche Einsparungen
an Durchsatz und Zeit, die mit Kalibrierung und Validierung assoziiert sind,
vom Hersteller von Halbleiterbauelementen realisiert.
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Obwohl
die Erfindung insbesondere mit Bezug auf deren bevorzugte Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben worden ist, wird von Fachleuten erkannt
werden, dass verschiedene Änderungen bezüglich Form
und Detail darin vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung
abzuweichen. Obwohl, beispielsweise, die vorliegende Erfindung im
Detail für
Verwendung in Anwendungen auf Kompaktbauelementebene beschrieben
worden ist, könnten
kleine Modifikationen vorgenommen werden, um die Stromversorgung
in Wafer- bzw. Scheibenprüfungsanwendungen
zu benutzen. In solchen Anwendungen nehmen Geräteleiterplatten die Form von
Prüfkarten
an. Überdies
ist die Implementierung von FET-Transistoren speziell zur Verwendung
in "in-tester" Lastkreisen der
vorliegenden Erfindung identifiziert. Obwohl FETs bevorzugt werden,
ist zu verstehen, dass jeder Typ von "in-tester" Lasten, einschließlich diskreter Widerstände und
anderer Formen von Transistortechnologien, im Umfang der vorliegenden
Erfindung liegen.
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Außerdem bezieht
sich die Beschreibung hierin häufig
auf "in-tester" als innerhalb des
Prüfkopfes
befindlich. Obwohl dies als im Umfang der vorliegenden Erfindung
liegend erachtet wird, könnten
die "in-tester" Lasten irgendwo
im Prüfgerät, einschließlich des
Hauptrahmens und/oder dem Stromversorgungsgehäuse platziert werden.