JP2000227448A

JP2000227448A - Ｄｃ測定装置

Info

Publication number: JP2000227448A
Application number: JP11029920A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Matsuoka; 和幸松岡
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】測定電圧や測定電流が安定状態になり次第測定
を行うＤＣ測定装置を提供する。【解決手段】被測定回路への入力変化を差動アンプ７で
検出し、この出力を２段のサンプルホールド回路１０、
１１でサンプルホールドし、その出力差を差動アンプ１
４で検出してレジスタ１６に設定されている所定値と比
較する。この値に基づいて変換制御回路２０からＡＤ変
換開始信号をＡＤコンバータ１３に対して与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体検査装置
（以下、テスタ）のＤＣ測定装置に関し、特に、電圧印
加電流測定回路や電流印加電圧測定回路を備えるＤＣ測
定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定回路である半導体集積回路は、テ
スタによる出荷検査で良品と判定されたものが出荷され
る。テスタには、半導体集積回路の消費電流などを測定
するために、電圧印加電流測定回路および電流印加電圧
測定回路（以下、ＤＣ測定回路）がある。図６は、テス
タに使用される従来の電圧印加電流測定回路の一例を示
す。ＤＡコンバータ１に設定された値は抵抗４、５、オ
ペアンプ２およびオペアンプ６のボルテージフォロワか
らなる反転増幅器から出力され、測定デバイス（被測定
回路）に印加される。この時測定デバイスに流れる電流
は、電流検出用抵抗３にも流れ、差動アンプ７によって
抵抗両端の電圧が取り出され、ＡＤコンバータ８でその
値が読み取られて電流測定が行われる。電流印加電圧測
定回路においては、差動アンプ７の出力に代えて、測定
すべき電圧の出力をＡＤコンバータ８に入力すること
で、測定デバイスへの入力電圧値が測定される。

【０００３】ところで、通常のＤＣ測定では、様々な負
荷のために、ＤＡコンバータ１で印加すべき電圧を設定
してから、実際にデバイス側の電圧値や印加すべき電流
値が所定の値に達するまでにある程度の時間が必要であ
る。また、テスタ自身のセットリングタイムなどを考慮
して、ＤＡコンバータ１に印加電圧を設定した後、ある
程度のディレータイムをおいて測定命令を出すが、この
ディレータイムは、デバイス毎やテスタ毎に異なるため
に、セットリングタイムの１番長いものを採用した上
に、ある程度のマージンをそれに加えるのが普通であ
る。その結果、例えば図７の測定電流波形に示すよう
に、電流測定の最適タイミングよりも、実際の電流測定
タイミングが遅れてしまうことが多く、その結果、不必
要に長いディレータイムをとってしまい、テスト時間の
長大化の一因になっている。

【０００４】また、このような問題を解決する目的で、
特開平９−１７８８２０号に開示されているような装置
が提案されている。この装置においては、ＤＡコンバー
タの出力を一定周期でサンプリングし、ＡＤコンバータ
で測定した電圧値より変化率を算出し、次に変化率を基
にＤＡコンバータに設定する電圧を制御するものであ
る。すなわち、一定の周期で出力電圧値をサンプリング
して出力電圧値の変化率を求め、その変化率が大きい時
には印加電圧波形がオーバーシュートしない範囲で、本
来の設定値より大きめの値をＤＡコンバータに設定し、
変化率が小さい時には本来の設定値程度の値をＤＡコン
バータに設定する制御を行うことによって、全体として
セットリングタイムの短縮を図ろうとするものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
装置では、ＤＡコンバータの出力電圧を測定するのにＡ
Ｄコンバータを使用する必要があるが、ＡＤコンバータ
のＡＤ変換には一般に時間がかかるために反応時間が速
い電源に対応できなくなるなど、応答性の問題があり、
テスト時間を短縮するのに限界がある。また、このよう
な方法では、デバイスに印加される電圧収束の最短化を
実現できるだけであって、電流の安定する時間を早める
ことが原理的にできない。このため、電流印加電圧測定
回路には対応可能であるが、電圧印加電流測定回路にお
いては電流測定前に十分なディレータイムを従来と同様
に行わなければならず、余分な待ち時間が生じるという
点で、依然として問題があった。

【０００６】この発明の目的は、測定電圧や測定電流が
安定状態になり次第測定を行うＤＣ測定装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明のＤＣ測定装置
は、次のように構成される。

【０００８】（１）被測定回路へのＤＣ電圧またはＤＣ
電流の入力部に、入力をサンプルホールドする２段のサ
ンプルホールド回路と、各サンプルホールド回路の差出
力が所定値になったときに入力測定を開始する入力測定
開始手段と、を備える。ＡＤコンバータを使わず２個の
サンプルホールド回路の出力差により入力の安定状態を
見ているために高速処理が可能である。すなわち、被測
定回路の回路条件や測定条件などに左右されず、その時
の条件下にある被測定回路に対し最も速いタイミングで
測定を開始することができる。このため、余分な待ち時
間がなくなり、半導体集積回路の出荷検査の時間を短縮
することができる。また、２個のサンプルホールド回路
の出力差によって入力の安定状態を見ているために、電
圧印加電流測定回路および電流印加電圧測定回路のどち
らにでも対応することができる。

【０００９】（２）前記サンプルホールド回路のサンプ
リング周波数を任意の大きさに設定する手段を設けてい
る。サンプリング周波数を変えることによって、入力開
始タイミングの精度を変えたり、多様な入力波形に対応
することが可能である。

【００１０】（３）前記入力測定開始手段は、前記差出
力が所定値になった状態を一定時間保持したときに入力
測定を開始する。ノイズ等が発生した場合は、瞬間的に
上記差出力が所定値になる場合が生じる可能性がある
が、この発明においては、そのような問題を解決するこ
とができる。

【００１１】（４）前記入力測定開始手段は、入力開始
後一定時間経過時に前記差出力が所定値になっていない
時に、入力測定を開始する。入力の変化率が小さくなる
のに時間がかかり過ぎる時にはタイマによって入力測定
が開始される。このために、タイマ時間を適当な値に設
定しておくことによって、入力が十分な値に収束してい
なくても測定を開始できる。この場合、入力値が測定に
影響を及ぼさない程度の値になっていることが必要であ
って、タイマの値は経験的に定められる。

【００１２】（５）前記入力測定開始手段は、各サンプ
ルホールド回路出力を入力とする差動アンプと、この差
動アンプの出力の絶対値をとる絶対値回路と、所定値を
設定したレジスタと、絶対値回路の出力とレジスタの所
定値とを比較するコンパレータと、コンパレータ出力の
変化時にサンプルホールド回路後段に接続されるＡＤコ
ンバータに対して入力測定開始信号を出力する測定開始
制御回路と、を備える。次段のサンプルホールド回路の
それぞれの出力を差動アンプを通してその差を検出し、
その絶対値と所定値とをコンパレータで比較することに
よって、最も簡単な回路構成で入力測定開始信号が得ら
れる。

【００１３】（６）上記（３）の一定時間保持の有無を
検出するために緩衝回路を設け、また、上記（４）の一
定時間経過を計測するためのタイマ回路を設ける。

【００１４】緩衝回路には上記所定値が入力し、ノイズ
等を原因として発生した信号はこの緩衝回路において吸
収されその出力側に信号がでないようにする。緩衝回路
とタイマ回路には別途スタート信号が入力し、スタート
信号の立ち上がりからそれぞれ動作を開始する。スター
ト信号は図７のＤＡコンバータ出力開始タイミングで発
生する。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の実施形態であ
るＤＣ測定装置の電圧印加電流測定回路部の全体構成図
である。図６に示す従来のＤＣ測定装置と相違する点
は、従来のＡＤコンバータ８に代えて高速測定回路９を
設けた点である。

【００１６】すなわち、ＤＡコンバータ１において被測
定回路であるデバイスに対して印加する電圧値を設定
し、オペアンプ２と、４、５の抵抗およびボルテージフ
ォロワーを構成する反転増幅器のオペアンプ６からなる
回路によって、測定デバイスに対して電圧が印加され
る。測定電流は電流検出用抵抗３で検出され、その両端
の電位が差動アンプ７で検出されて、高速測定回路９に
出力される。

【００１７】図２は、上記高速測定回路９の構成図であ
る。差動アンプ７の出力は、２段のサンプルホールド回
路１０、１１に入力され、それぞれにおいてサンプルホ
ールドされる。タイミング発生回路１２は、各サンプル
ホールド回路１０、１１に対して所定のクロックタイミ
ングＴＣＬＫを与え、各回路１０、１１での入力信号を
サンプリングする。差動アンプ１４は、各サンプルホー
ルド回路１０、１１の出力の差を検出し、これを絶対値
回路１５に出力する。なお、差動アンプ１４のゲインは
任意に設定することが可能である。絶対値回路１５は、
差動アンプ１４の出力の絶対値を出力する。このため、
図１の差動アンプ７の出力が正の電位の方向に揺れても
負の電位の方向に揺れても２段のサンプルホールド回路
１０、１１で検出される信号のレベル差を正しく検出す
ることができる。例えば、差動アンプ７の出力が正方向
に変化している場合には、差動アンプ１４の出力は正の
値となり、差動アンプ７の出力が負の方向に変化してい
る時には、差動アンプ１４の出力は負の値となるが、こ
れらの信号を絶対値回路１５を通すことによって、信号
の変化分を符号に関係なく取り出すことができるから、
この値と所定値との比較を行うだけで信号の変化に無関
係に、信号変化率の正しい測定を行うことができる。

【００１８】コンパレータ１７では、この絶対値回路１
５の出力とレジスタ１６に設定されている値、すなわち
変化率とを比較し、その結果を緩衝回路１８に入力す
る。緩衝回路１８は、スタート信号（ＳＴＡＲＴ信号）
が“Ｈ”の期間の時に動作するアナログもしくはデジタ
ル回路で構成されるものであって、コンパレータ１７の
出力が一定時間保持された場合にその値を後段に設けら
れる変換制御回路２０に対して出力する。したがって、
ノイズ等の影響によってコンパレータ１７の出力が瞬間
的に変化した場合には、この変化は緩衝回路１８によっ
て吸収され変換制御回路２０に対して信号が出力されな
い。

【００１９】また、この高速測定回路９にはタイマ回路
１９が設けられている。このタイマ回路１９は、スター
ト信号が“Ｈ”の期間に動作する回路であって、ＤＡコ
ンバータ１に電圧が設定されるタイミングで発生するス
タート信号入力から、一定時間経過した場合に変換制御
回路２０に対してタイムアウト信号を送る。変換制御回
路２０は、上記緩衝回路１８およびタイマ回路１９から
送られてくる信号に基づいて、ＡＤコンバータ１３に対
してＡＤ変換開始信号（入力測定開始信号）を送る。

【００２０】図３に、上記高速測定回路のタイミング図
を示す。

【００２１】今、図１に示すＤＣ測定装置を測定デバイ
スの電源ピンに接続し（図１のＯＵＴ端子を測定デバイ
スの電源ピンに接続する）、ＤＡコンバータ１に５Ｖを
設定して流れる電流を測定する場合を考える。このデバ
イスに電源を印加する直前の電流値は０ｍＡである。こ
の時、タイミング発生回路１２にはサンプリングクロッ
ク周期を、レジスタ１６には変化率のリミット値を電圧
の形で設定しておく。またタイマ回路１９には最大の待
ち時間を設定しておく。ここでいう最大の待ち時間は、
入力の変化率が小さくなるのに時間がかかり過ぎた場合
に、入力値が測定に影響を及ぼさない程度の値になって
いることを条件として、タイムアウトする時間である。
また、レジスタ１６に設定される変化率のリミット値
は、変化率が十分に収束する時の電圧である。

【００２２】上記の条件下で電源を５Ｖに上げると同時
に、そのタイミングでスタート信号を“Ｈ”にする。こ
の時に、測定デバイスに流れ込む電流が電流検出抵抗３
にも流れ、差動アンプ７によってその抵抗の両端電位差
が検出される。この電位の変化は図３の電流波形として
示す波形に等しい。タイミング発生回路１２のクロック
によって２段にシリアルに接続されたサンプルホールド
回路１０、１１の出力は図３のように変化し、それぞれ
の出力の差の絶対値は、電流波形が一定値に収束するよ
うな波形をとる限り図３に示すように変化率も徐々に小
さくなるように収束する波形となる。すなわち、一般に
は、時間の経過と共に差分が小さくなる（変化率が小さ
くなる。）。この差分がレジスタ１６に設定された値よ
り小さくなると、コンパレータ１７の出力が“Ｈ”とな
る。緩衝回路１８では、入力が“Ｈ”の期間が一定時間
保持された時、この例ではクロックの３サイクル以上保
持された時、“Ｈ”の信号を出力する。なお、電圧を５
Ｖに上げる直前にもコンパレータ１７の出力は“Ｈ”に
なるが、スタート信号が入力されていないために緩衝回
路１８の出力は“Ｈ”にならない。コンパレータ１７の
出力がノイズ等の影響によって“Ｈ”になった時は、通
常は、その期間はクロックの３サイクル以下と考えられ
るために、銅緩衝回路１８の出力は“Ｈ”にならない。

【００２３】緩衝回路１８の出力“Ｈ”を受けて、変換
制御回路２０はＡＤ変換開始信号をＡＤコンバータ１３
に対して出力する。

【００２４】このように、測定する電流の変化率がレジ
スタ１６によって設定された所定値以下になった時のタ
イミングで、すなわち測定電流が安定したと認識し得る
状態になったタイミングで、測定が開始されるために、
その時の測定条件や接続される測定デバイスに対してデ
ィレータイムの最も短いタイミングで測定を開始するこ
とができる。なお、変換制御回路２０がＡＤ変換開始信
号を出した時点でスタート信号を“Ｌ”に落とす。ま
た、指定した変化率よりも電流の変化率が小さくなるの
に時間がかかり過ぎる場合にはタイマ回路１９がタイム
アウトを出力する。この場合には、変換制御回路２０は
緩衝回路１８の出力を待つことなく、ＡＤ変換開始信号
を出力する。また、タイミング発生回路１２で発生する
サンプリングクロックＴＣＬＫは、その周期を自由に設
定することが可能である。同様に、レジスタ１６の設定
値も自由に変えることが可能である。このようにするこ
とで、ＡＤ変換開始信号のタイミングの精度を変えた
り、多様な入力波形に対応することができるようにな
る。

【００２５】上記の実施形態では、電圧印加電流測定回
路について述べたが、電流印加電圧測定回路においても
同様な構成によってこの発明を実現することができる。
すなわち、電圧印加電流測定回路では、図１の抵抗３に
よって電流検出を行うようにしているが、ＯＵＴ端子の
電圧を測定する回路を設け、この信号を高速測定回路９
に入力すればよい。

【００２６】なお、図４に絶対値回路１５の回路構成例
を示す。３０、３１、３２、３３、３５をＡ回路、３
６、３７、３９、４０をＢ回路とする。今、Ａ回路に３
Ｖが入力された場合、オペアンプ３３は、＋側の入力が
ＧＮＤレベルになっているために−側の入力を０Ｖにし
ようとし、−３Ｖを出力する（反転増幅する）。また、
オペアンプ３９も＋側の入力がＧＮＤなので、−入力も
０Ｖになる。ここで、Ａ回路の出力が−３Ｖであるため
に抵抗３６には、−６／Ｒの電流が流れる。一方、抵抗
３７には３／Ｒの電流が流れ、抵抗４０には３／Ｒの電
流が流れることになり、Ｂ回路の出力は３Ｖになる（反
転加算される。ただし、抵抗３６の値がＲ／２なので、
抵抗３６の電圧は２倍にして加算される）。

【００２７】次に、Ａ回路の入力に−３Ｖが入力された
場合、Ａ回路によって反転増幅された電圧値が出力さえ
るはずだが、ダイオード３２と３５に電流が流れるため
に、結果的にＡ回路からは０Ｖが出力される。先程と同
様に、抵抗３６、３７にかかる電圧を反転加算した３Ｖ
がＢ回路から出力される。

【００２８】以上のように、この回路に正の電圧が入力
された場合はそのままの電圧が出力され、負の電圧が入
力された場合には反転した値の電圧が出力される。

【００２９】図５は、この発明の他の実施形態を示す。
このＤＣ測定装置では、ＶＦＩＭ／ＩＦＶＭの切り替え
リレーＳＷ１，２が設けられている。この装置では、電
流印加電圧測定と電圧印加電流測定をこのリレーの切り
替えによって選択的に行うことができる。電流印加電圧
測定を行う場合には、上記リレーＳＷ１およびＳＷ２を
ＩＦＶＭ側に設定し、電圧印加電流測定を行う場合に
は、ＶＦＩＭ側に設定する。

【００３０】

【発明の効果】（１）ＡＤコンバータを使わずに２段の
サーブプルホールド回路の出力差によって入力の安定状
態を見ているために高速処理が可能である。また、被測
定回路の回路条件や測定条件等に関係なく、その時に接
続されている被測定回路に対しても最も速いタイミング
で測定を開始させることができる。このため、余分な待
ち時間がなくなり、半導体検査装置の出荷検査の時間の
短縮化を実現することができる。さらに、２段のサンプ
ルホールド回路の出力差によって安定状態になるのを監
視しているために、電圧印加電流測定でも電流印加電圧
測定でもどちらでも同様に高速処理が可能となる。

【００３１】（２）サンプルホールド回路のサンプリン
グ周波数を任意に変えることで、入力測定開始タイミン
グの精度を変えたり、多様な入力波形に対応できるよう
になる。

【００３２】（３）ノイズ等によって誤動作するのを防
ぐことも可能である。

【００３３】（４）タイマ時間を適当な値に設定してお
くことによって、入力の変化率が小さくなるのに時間が
かかり過ぎるような場合には適切な段階で入力測定の開
始を行わせることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態であるＤＣ測定装置の全体
構成図

【図２】高速測定回路の詳細なブロック図

【図３】高速測定回路のタイミング図

【図４】絶対値回路の一例

【図５】ＤＣ測定装置の他の例を示す図

【図６】従来のＤＣ測地装置の全体構成図

【図７】上記従来のＤＣ測定装置の波形を示す図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定回路へのＤＣ電圧またはＤＣ電流
の入力部に、入力をサンプルホールドする２段のサンプ
ルホールド回路と、各サンプルホールド回路の差出力が
所定値になったときに入力測定を開始する入力測定開始
手段と、を備えてなるＤＣ測定装置。
【請求項２】前記サンプルホールド回路のサンプリン
グ周波数を任意の大きさに設定する手段を設けた、請求
項１記載のＤＣ測定装置。
【請求項３】前記入力測定開始手段は、前記差出力が
所定値になった状態を一定時間保持したときに入力測定
を開始する、請求項１または２記載のＤＣ測定装置。
【請求項４】前記入力測定開始手段は、入力開始後一
定時間経過時に前記差出力が所定値になっていない時
に、入力測定を開始する、請求項１〜３のいずれかに記
載のＤＣ測定装置。
【請求項５】前記入力測定開始手段は、各サンプルホ
ールド回路出力を入力とする差動アンプと、この差動ア
ンプの出力の絶対値をとる絶対値回路と、所定値を設定
したレジスタと、絶対値回路の出力とレジスタの所定値
とを比較するコンパレータと、コンパレータ出力の変化
時にサンプルホールド回路後段に接続されるＡＤコンバ
ータに対して入力測定開始信号を出力する測定開始制御
回路と、を備える請求項１〜４のいずれかに記載のＤＣ
測定装置。
【請求項６】被測定回路に対し、電圧入力時の電流値
測定を行う請求項１〜５のいずれかに記載のＤＣ測定装
置。
【請求項７】被測定回路に対し、電流入力時の電圧値
測定を行う請求項１〜５のいずれかに記載のＤＣ測定装
置。