JP2000506612A

JP2000506612A - 電子デバイスのパラメータ測定装置

Info

Publication number: JP2000506612A
Application number: JP9532925A
Authority: JP
Inventors: デヴィルビス，アラン
Original assignee: Symetrix Corp
Current assignee: Symetrix Corp
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 2000-05-30
Also published as: WO1997034156A1; EP0886782A1; KR19990087689A; US5818238A

Abstract

(57)【要約】被測定デバイス（ＤＵＭ）の第１端子（７９１）を、緩衝増幅器（７５８）に及び演算増幅器（７５４）の反転入力（７４７）に接続する。ＤＵＭの第２端子（７９２）を、演算増幅器（７５４）の非反転入力（７４６）に出力（７９６）が接続された緩衝増幅器（７５６）に接続する。この非反転入力は、信号発生器（７６０）の出力（７９３）にも接続する。第２端子（７９２）は、プログラム可能負荷回路（７６２）を介して、接地（７６７）にも接続する。回路(７７９)が、ＤＵＭおよび負荷回路（７６２）から演算増幅器（７５４）へのフィードバック・ループを形成し、増幅器がＤＵＭ両端間に所定の電圧を維持し、負荷回路（７６２）からの電流の流れから増幅器を分離することを可能にする。緩衝増幅器（７５８、７５７）の出力（７２７、７９６）間にオシロスコープ（７６６）を接続し、コンピュータ（７６４）が、オシロスコープからの信号に応答して信号発生器（７６０）を制御し、且つ負荷制御回路（７６５）を介して負荷（７６２）を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】電子デバイスのパラメータ測定装置発明の背景１．発明の分野本発明は、一般的に、電子デバイスの電子的特性を測定する装置に関し、更に特定すれば、印加された電圧に応答して電子デバイスを通じて流れる電流または電荷を測定する装置に関するものである。２．問題の論述研究所において、印加電圧に応答して電子デバイスを通じて流れる電流または電荷を精度高く測定可能であることは非常に重要である。例えば、集積回路コンデンサにおいて用いるための強誘電体のような先進の材料を開発する研究所においては、多数の集積回路コンデンサの電子的パラメータを精度高く測定し、材料の相違をデバイスのキャパシタンス、漏れ電流等の差と相関付けることを可能にするのは、重要なことである。この開示において、１つ以上の電気的パラメータを測定すべきデバイスのことを、被測定デバイスまたはＤＵＭ(device-under-me asurement)と呼ぶことにする。研究所において強誘電体デバイス内において変位する電流または電荷を測定する最も一般的な方法は、ソーヤータワー回路(Sawyer-Tower circuit)である。ソーヤータワー回路においては、波形発生器によって出力される電圧を、電子的パラメータの測定を行う対象となるデバイス（ＤＵＭ）の入力端子、及びオシロスコープの一つの入力に印加する。ＤＵＭの出力はオシロスコープの他の入力、および負荷を介して接地に接続する。この回路は、ＤＵＭへの伝送線を適正に終端しておらず、ＤＵＭが一定の高インピーダンスを有するという仮定を基本としている。この仮定は、非線形材料に対して、および高周波数においては無効である。更に、殆ど全てのＤＵＭでは、ＤＵＭをまたいで未知の電圧降下がいくらかあり、したがってソーヤータワー回路は、ＤＵＭを通過する真の電流および電荷について、不適当な近似を与えることができるに過ぎない場合が多い。ソーヤータワー回路に伴う上述の問題のため、仮想接地を追加することによって、ソーヤータワー回路を改良するに至った。即ち、接地に直接接続する代わりに、ＤＵＭの出力を、演算増幅器（オペ・アンプ）の反転入力に接続し、演算増幅器の非反転入力を接地に接続し、更にその出力をオシロスコープの第２の入力に接続する。更に、演算増幅器の反転入力とその出力との間に負荷を接続する。低速オペ・アンプは、典型的に、低入力オフセット電流及び電圧を有するので、負荷間の電圧降下は、ＤＵＭを通過する電流／電荷に精度高く関係付けることができる。しかしながら、高速オペ・アンプは、典型的に、大きな入力オフセット電流及び電圧を有するので、高周波数では、負荷の両端間の電圧はＤＵＭを通過する電流／電荷に精度高く関係付けられない。更に、ＤＵＭが低インピーダンス及び／又は可変インピーダンスを有する場合、従来の仮想接地は、低周波数においても、それ自体において及びそれ自体の高精度の結果が得られなかった。３．問題に対する解決本発明は上述の問題を解決するに当たり、ＤＵＭを駆動する電圧を可変とする測定回路を提供する。ＤＵＭの負荷側から、ＤＵＭに電圧を印加する回路に、フィードバックを与える。駆動回路は、回路がその電流コンプライアンス(current compliance)及び帯域幅の制限内で動作する限りにおいて、ＤＵＭのインピーダンスがどのようなものであれ、ＤＵＭ両端間の所定の電圧を発生するために必要ないかなる電圧をも、しかもあらゆる周波数で印加する。反転入力が抵抗を介して接地及び出力に接続され、非反転入力が同様に抵抗を介してフィードバック線及び信号発生器に接続される演算増幅器が、ＤＵＭ電圧駆動回路を提供する。また、本発明は、負荷を通過する電気的パラメータをＤＵＭパラメータと明確に関係付け、容易かつ高精度に測定可能とするように、負荷を選択することを許可する。これは、負荷を介しての接地への非反転入力を参照することによって達成する。言い換えると、本発明は本質的に信号発生回路とは独立したＤＵＭ／負荷回路を提供する。緩衝増幅器（緩衝増幅器）がＤＵＭ／負荷回路を演算増幅器の入力に接続し、これにより、ＤＵＭ／負荷回路と信号発生回路との間のあらゆる電流の流れを防止する。こうして、信号発生回路とＤＵＭ／負荷回路の本質的な独立により、ＤＵＭを通過する信号と負荷間の電圧降下とを別個に判定することが可能となる。また、前述の問題は、プログラム可能な負荷を備えることによっても解決される。所望の負荷を、コンピュータ及び負荷制御回路を通じて、選択可能とする。これによって、負荷の手動調節または自動調節を可能とし、ＤＵＭを通過する信号の過大化または過小化を防止する。これらは、いずれも測定の低精度を招く可能性がある。本発明は、電子的パラメータの測定を行う対象となるデバイス（ＤＵＭ）に接続するための第１電気端子と、ＤＵＭに接続するための第２電気端子と、負荷回路入力および負荷回路出力を有する負荷回路と、第１入力、第２入力および出力を有する演算増幅器を含む信号発生回路とを備え、第２端子が負荷回路入力および演算増幅器の入力の一つに接続されている、測定回路を提供する。別の面では、本発明は、ＤＵＭ／負荷回路と、信号発生回路と、ＤＵＭ／負荷回路と信号発生回路との間に接続された第１緩衝増幅器とを備え、これによりＤＵＭ／負荷回路と信号発生回路との間の接続部を通過する電流の流れを防止する測定回路を提供する。好ましくは、信号発生回路は入力を有する演算増幅器を含み、緩衝増幅器は入力および出力を含み、更に緩衝増幅器の入力はＤＵＭ／負荷回路に接続され、緩衝増幅器の出力は演算増幅器の入力に接続される。好ましくは、ＤＵＭ／負荷回路は、電子的パラメータの測定を行う対象となるデバイス（ＤＵＭ）に接続するための第１端子と、ＤＵＭに接続するための第２端子と、負荷回路入力を含む負荷回路とを含み、演算増幅器は反転入力と非反転入力とを含み、第２端子は負荷回路の入力及び緩衝増幅器の入力に接続され、第１の緩衝増幅器の出力は非反転入力に接続され、さらに、回路は、入力および出力を有する第２の緩衝増幅器を含み、第１端子は演算増幅器の出力および演算増幅器の反転入力に接続される。好ましくは、測定回路は、第１緩衝増幅器の出力と第２緩衝増幅器の出力との間に接続されたオシロスコープを含む。好ましくは、測定回路は接地を含み、信号発生回路は信号発生器を含み、測定回路は、更に、反転入力と接地との間に接続された第１抵抗と、第２緩衝増幅器の出力と反転入力との間に接続された第２抵抗と、信号発生器と非反転入力との間に接続された第３抵抗と、第２緩衝増幅器の出力と非反転入力との間の接続された第４抵抗とを含む。好ましくは、オシロスコープと信号発生器との間にコンピュータが接続される。さらに別の面では、本発明は、電子測定を行う対象となるデバイス（ＤＵＭ）に接続するための端子と負荷に接続するための入力とを備えるＤＵＭ／負荷回路と、ＤＵＭに電気信号を印加する信号発生回路と、ＤＵＭ／負荷回路から信号発生回路にフィードバック信号を供給するフィードバック回路とを備え、信号発生回路が、フィードバック信号に応答して、ＤＵＭに印加される信号を調節する増幅回路を含む、電気測定回路を提供する。好ましくは、ＤＵＭ／負荷回路の端子は、電子的パラメータの測定を行う対象となるデバイス（ＤＵＭ）に接続するための第１電気端子と、ＤＵＭに接続するための第２電気端子とを備え、増幅回路は、第１入力および出力を有する演算増幅器を備え、第２端子は演算増幅器の第１入力に接続され、演算増幅器の出力は第１端子に接続される。更に別の態様では、本発明は電気測定回路を提供し、この電気測定回路は、電子的パラメータの測定を行う対象となるデバイス（ＤＵＭ）に接続するための第１電気端子と、ＤＵＭに接続するための第２電気端子と、接地、第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗、および第４抵抗と、信号発生器と、反転入力と非反転入力と出力とを有する演算増幅器とを備え、第１端子は演算増幅器の出力に接続され、第１端子は、更に、第１抵抗を介して反転入力に接続され、反転入力はまた第２抵抗を介して接地に接続され、信号発生器は第３抵抗を介して非反転入力に接続され、第２端子は第４抵抗を介して非反転入力に接続される。好ましくは、電気測定回路は、更に、第１緩衝増幅器と第２緩衝増幅器とを含み、第１緩衝増幅器は第１端子と第１抵抗との間に接続され、第２緩衝増幅器は第２端子と第４抵抗との間に接続される。本発明による測定回路は、ＤＵＭを通過する測定信号を、負荷を通過する信号から独立して選択可能とするだけでなく、これを簡単に且つ僅かな費用で行う。更に、本発明による測定回路は、演算増幅器の周波数応答によってのみ制限される広い周波数範囲において精度が高い。本発明の多数の他の特徴、目的および利点は、以下の説明を添付図面と関連付けながら読むことによって明白となろう。図面の簡単な説明図１は、本発明による測定回路の例示的実施形態を示す。図２は、本発明による測定回路の代替実施形態を含む、本発明による測定システムの例示的実施形態を示す。図３は、従来技術のソーヤータワー回路を用いて行った分極切替電荷測定についての、１平方センチメートル当たりのマイクロクーロンを単位とする分極と秒を単位とする時間との関係を示すグラフである。図４は、図２の測定回路を用いて行った分極切替電荷測定についての、１平方センチメートル当たりのマイクロクーロンを単位とする分極と秒を単位とする時間との関係を示すグラフである。図５は、従来技術のソーヤータワー回路について測定した入力波形パルスに対する、ボルトを単位とする電圧とマイクロ秒を単位とする時間との間の関係を示すグラフである。図６は、図２の測定回路について測定した入力波形パルスに対する、ボルトを単位とする電圧とマイクロ秒を単位とする時間との関係を示すグラフである。図７は、本発明による測定回路の好適な実施形態を含む、本発明による測定システムの好適な実施形態を示す。図８及び図９は、図７の測定システムの詳細を示す。好適な実施形態の説明図１に注意を向けると、本発明にしたがう測定システム１０の一例が示されている。測定システム１０は、被測定デバイス（ＤＵＭ）１２、演算増幅器１４、負荷コンデンサ１８、及び抵抗２０〜２３を含む測定回路４０と、更に、信号発生器１６及びオシロスコープ２６を含む。接地を３０で示す。オシロスコープ２６は、各測定パルスで負荷コンデンサ１８を流れる電流又は電荷を測定する。図示の実施形態では、ＤＵＭはコンデンサのような二端子デバイスであるが、他の電気デバイスであってもよい。なお、「電気的」及び「電子的」という用語は、ここでは同等の意味であることは理解されよう。即ち、ここでは、「電子的」という用語は、従来の「電子的」という用語に含まれる全て、および従来の「電気的」という用語に含まれる全ても包含するものとする。同様に、「電気的」という用語は、従来の「電気的」という用語に含まれる全て、及び従来の「電子的」という用語に含まれる全ても包含するものとする。ＤＵＭ１２は、第１端子３４と第２端子３６とを有する。演算増幅器１４の出力は、ＤＵＭ１２の第１端子３４に接続され、一方、第２端子３６は負荷１８を介して接地に接続される。負荷１８は、図示の実施形態ではコンデンサであるが、抵抗、抵抗又はコンデンサの組み合わせ、あるいは１つ以上の他の電子デバイスとしてもよい。ＤＵＭ１２の第１端子３４はまた、抵抗２１を介して、演算増幅器１４の反転入力に接続される。また、演算増幅器１４の反転入力は、抵抗２０を介して接地に接続される。ＤＵＭ１２の第２端子３６はまた、抵抗２３を介して、演算増幅器１４の非反転入力に接続される。また、演算増幅器１４の非反転入力は、抵抗２２を介して、信号発生器１６の出力３７に接続される。オシロスコープ２６は、ＤＵＭの第２端子と接地との間に接続される。なお、オシロスコープへの接続には、通常、同軸ケーブルを用い、その外側の導体は接地され、接地は図では矩形２７で表されていることを注記しておく。信号発生器１６もまた、接地に接続される。例示の測定回路４０の好適な実施形態では、抵抗２０はＲの値を有し、一方抵抗２１は値ａＲを有し、抵抗２２はｒの値を有し、また抵抗２３は値ａｒを有する。この構成では、演算増幅器１４および抵抗２０〜２３を含む回路は、利得が「ａ」の可変基準増幅器を形成する。信号発生器１６が振幅「Ｖ」のＡＣ出力信号を供給する場合、回路４０は振幅が「ａｘＶ」のＡＣ信号をＤＵＭ１２を通して印加する。ＤＵＭ１２に印加される信号が演算増幅器１４の電圧および電流コンプライアンスならびに動作帯域内にある限り、ＤＵＭ１２に印加される信号の形状および振幅は、ＤＵＭのインピーダンスまたは負荷コンデンサの両端の電圧には無関係に、歪みなく維持される。負荷コンデンサ１８のインピーダンスが、抵抗２２および２３の合成インピーダンスに比較して小さい場合、負荷コンデンサ１８の両端の電圧は、概ね、ＤＵＭ内において変位される電荷に比例する。したがって、従来技術の測定回路と比較して、オシロスコープ２６による負荷１８の両端間の電圧の測定では、所定の振幅の信号パルスがＤＵＭを通して変位する電荷の測定の精度の向上が得られる。図２は、本発明にしたがう測定回路５０の代替実施例を含む、本発明による測定システム１００の実施例を示す。測定回路５０は、ＤＵＭ５２、演算増幅器５４、緩衝増幅器５６及び５８、負荷６２、抵抗７１〜７５、５０オーム・ケーブル８４〜８６、ならびに撚り線対（twisted pair）８２を含む。測定システム１００は、回路５０に加えて、信号発生器６０、オシロスコープ６６、コンピュータ６４、ならびに接続ケーブル９７および９８を含む。回路４０と同様に、回路５０は、接地と演算増幅器５４の反転入力との間に接続され値「Ｒ」を有する抵抗７２、演算増幅器５４の反転入力とＤＵＭ５２の第１端子９１との間に接続され値「ａＲ」を有する抵抗７１、信号発生器６０の出力９３と演算増幅器５４の非反転入力との間に接続され値「ｒ」を有する抵抗７４、ＤＵＭ５２の第２端子９２と演算増幅器５４の非反転入力との間に接続され値「ａｒ」を有する抵抗７５、および入力６１がＤＵＭ５２の第２端子９２に接続され且つその出力６３が接地に接続された負荷回路６２を含む。従って、図２の回路５０は、入力がＤＵＭ５２の第１端子９１に接続され且つ出力９５が抵抗７１に接続された緩衝増幅器５８と、入力がＤＵＭ５２の第２端子９２に接続され且つ出力９６が抵抗７５に接続された緩衝増幅器５６とを含むことを除いて、図１の回路４０と本質的に同一である。加えて、システム１００は、オシロスコープ６６のチャネル１が直列の同軸ケーブル８６および抵抗７０を通じてバッファ５８の出力９５に接続され、オシロスコープ６６のチャネル２が直列の同軸ケーブル８５および抵抗７７を通じてバッファ５６の出力９６に接続され、信号発生器６０の出力９３が同軸ケーブル８４を通じて抵抗７４に接続され、同軸ケーブル８４と抵抗７４との間のノードが抵抗７３を介して接地に接続され、ＤＵＭ５２が撚り線対８２を通じて回路５０の残りに接続され、コンピュータ６４がケーブル９７を通じてオシロスコープ６６の出力を受け取り且つケーブル９８を通じて信号発生器６０の出力を制御する、という点において一層精巧度を増している。図２では、負荷６２は、概略的に、抵抗７６およびコンデンサ８０を含む回路６２として示されている。尚、負荷６２は、ＤＵＭおよび測定すべき当該ＤＵＭの電子的パラメータによっては、抵抗のみ、コンデンサのみ、または他のいずれか適切な負荷回路を含み得ることは理解されよう。緩衝増幅器５６及び５８は、演算増幅器５４に適正なフィードバックを与え、同時に、電流がＤＵＭから緩衝を介して接地に流れるのを防止することにより、ＤＵＭから接地への有効な経路のみが負荷６２を通過し、負荷６２を通過する電流がＤＵＭ５２を通過する電流と同一となることを保証する。また、緩衝増幅器５６および５８は、信号をオシロスコープ６６に搬送する各伝送ケーブル８５及び８６のためのライン・ドライバとしても機能する。これによって、ケーブル８５及び８６を適正に終端し、インピーダンス不整合の結果として高周波数において発生するリンギングを解消することが可能となる。緩衝増幅器５６および５８を介してフィードバック・レッグ(feedback Ieg)を接続することにより、短絡回路に対する保護を備える。撚り線対８２は、磁気ワイヤ(magnet wire)のような、極細ワイヤで作ることが好ましい。かかる撚り線対を用いて信号をＤＵＭ５２に搬送することにより、高周波数において問題となり得るあらゆるストレイ・インダクタンス（stray inductance）を抑制する。抵抗７０及び８０は、本質的に、電圧デバイダを構成し、緩衝増幅器によって出力される電圧を、オシロスコープ６６への入力に一層適したレベルに分割する。コンピュータ・キーボード８８を用いて、信号発生器６０を制御するソフトウエア・プログラムにデータを入力する。また、ソフトウエア・プログラムは、オシロスコープ６６からのデータを受け取り、表示し、また、印刷する。以下で論ずる測定を行う際に、抵抗７０ないし７５を、それぞれ、４５０オーム、２.２キロオーム、１.１キロオーム、５０オーム、５００オーム、および１キロオームとした。負荷６２は６５０ピコファラッドのコンデンサとした。すなわち、「ａ」は２に等しく、「Ｒ」は１.１キロオームに等しく、「ｒ」は５００オームに等しくした。抵抗７０の上述の値は、オシロスコープ６６のチャネル１への入力を１０対１デバイダとし、抵抗７７の上述の値は、オシロスコープ６６へのチャネル２入力を２対１デバイダとした。緩衝増幅器５６及び５８はアナログ・デバイスイズ（Analog Devices）社のＢＵＦ０４緩衝増幅器とし、演算増幅器５４は、これもアナログ・デバイスイズ社のＡＤ８１１オペ・アンプとした。図２の実施形態では、信号発生器６０はヒューレット・パッカード社(Hewle tt Packard Company)のＨＰ８１１５Ａとし、オシロスコープ６６はこれもヒューレット・パッカード社のＨＰ５４５０４Ａとし、コンピュータ６４はＩＢＭコンパチブルの４８６コンピュータとし、ケーブル４０及び９８はＨＰＩＢ通信バスとした。このバスはＧＰＩＢバス又はＩＥＥＥ４８８標準インターフェースと呼ばれてる場合もある。同軸ケーブル８４、８５及び８６は、特性インピーダンスが５０オームの標準的な同軸ケーブルとした。これら構成部品全てには、他の値も勿論使用可能である。例えば、演算増幅器５４ならびに緩衝増幅器５６及び５８は、他のいずれか適当な市販の増幅器または特注の増幅器としてもよく、あるいは集積回路または単体の様々な回路としてもよい。以下で論ずる測定においては、ＤＵＭは強誘電体コンデンサとし、負荷エレメント６２は６５０ピコファラッド線形コンデンサとした。ＤＵＭを強誘電体コンデンサとした場合、負荷エレメント６２は、コンデンサ、抵抗、またはこれら２つの組み合わせとしてもよい。抵抗のみを用いる場合、負荷抵抗の両端間の電圧は、ＤＵＭ５２を流れる電流に比例する。従って、電流を時間に対して積分することにより、電荷を算出することができる。負荷コンデンサのみを用いる場合、この負荷コンデンサの両端間の電圧は、ＤＵＭ５２を流れる電荷に比例し、電荷を時間に対して微分することによって電流を算出することができる。コンデンサおよび抵抗の組み合わせ、またはいずれかの他のエレメントの組み合わせを負荷６２として用いる場合、当技術分野では公知の数式を用いて、負荷６２の両端間の電圧から、変位電荷および電流を算出することができる。ＡＣ電圧信号をＤＵＭ５２に印加し、ＤＵＭ内の結果的な電流を測定することによって、オームの法則からＤＵＭのインピーダンスを電圧および周波数の関数として算出することができる。好ましくは、かかる測定では、抵抗を負荷６２として用いる。ＤＣバイアスをＤＵＭ５２に印加することにより、ＤＵＭ５２のＤＣ漏れ電流を測定することができる。ＤＣ電圧を変化させることにより、漏れ電流を電圧の関数として得ることができる。本発明の測定回路５０を用いて、次に示す薄膜コンデンサの電気的パラメータを、電圧および周波数の関数として測定した。１）抵抗、容量（キャパシタンス）およびインダクタンス、２）複素誘電率、３）強誘電性、常誘電性（paraelectric）、および誘電性の分極（polariza tion）ならびに電流、および４）時間依存性絶縁破壊（time-dependent dielect ric breakdown)。これまでの説明から、コンデンサだけでなく、広い範囲におよぶ様々なその他の電気デバイスおよび電子デバイスについても、これらおよび他の多くの電気的パラメータを測定可能であることは明白である。図３および図４は、従来技術のソーヤータワー回路を用いて行った強誘電性コンデンサの強誘電分極のＰＵＮＤ型測定（図３）を、本発明による測定回路の好適な実施形態を用いて行ったその測定（図４）とを比較するものである。双方の図において、１平方センチメートル当たりのマイクロクーロンを単位として測定された強誘電分極を、秒を単位とする時間の関数としてプロットした（グラフにした）。従来技術のソーヤータワー回路を用いて行った測定では、測定は、本発明による回路について測定された分極のわずか約半分である極値間で振動している。図２の回路を用いて行った測定には、リンギングがなく、且つ従来の回路を用いて測定したものよりもはるかに高い分極が明示されている。図５および図６は、従来技術のソーヤータワー回路について（図５）及び本発明による図２の測定回路について（図６）の、ＤＵＭへの入力波形を比較する。双方の図において、入力電圧は、マイクロ秒を単位とする時間の関数として、期間が１マイクロ秒の５ボルト電圧パルスについて測定した。（目盛りは２つの図で多少異なっている）。ソーヤータワー回路の入力パルスの方が、立ち上がりおよび立ち下がりが緩やかであり、立ち上がり時に振動を含み、半立ち上がり点から半立ち下がり点までの測定パルス長は、実際には１マイクロ秒ではない。本発明による回路の入力パルスの方が格段に方形に近く、１マイクロ秒期間パルスに対する最適なパルス形状に非常に近い形となっている。次に図７に移ると、本発明による測定システム７００の好適な実施形態が示されている。測定システム７００は、好適な測定回路７５０を含む。システム７００は図２のシステム１００と本質的に同一であり、それに以下の変更を加えたものとして恐らく容易に理解することができよう。図２の緩衝増幅器５６は、小さな入力バイアス電流および大きな帯域幅の双方を与える精巧度を高めた緩衝増幅器７５６（点線で囲まれた部分）と置換されている。緩衝増幅器７５６は、増幅器７５７及び７４０、コンデンサ７４２、ならびに抵抗７４３〜７４５を含む。ダイオード７３１〜７３６及び関連する回路によって、静電放電保護を設けた。抵抗７０および７７は、可変抵抗７７０および７７７で置換し、更に抵抗７７４に直列に可変抵抗７７８を追加することによって、入力インピーダンスおよび出力インピーダンスの制御を一層便利に且つ高精度にした。負荷６２をプログラム可能な負荷７６２および負荷制御回路７６５で置換し、負荷をコンピュータ７６４で選択可能とした。緩衝増幅器５８を再配置し、オシロスコープのチャネル１に出力７８７を駆動する際の帯域幅を拡大した。測定回路７５０は、ＤＵＭ７５２、演算増幅器７５４、緩衝増幅器７５６および７５８、負荷７６２、可変抵抗７７０、７７７及び７７８、抵抗７７１〜７７５、ダイオード７３１〜７３６、ならびに撚り線対７８２を含む。測定システム７００は、回路７５０に加えて、信号発生器７６０、オシロスコープ７６６、コンピュータ７６４、５０オーム・ケーブル７８４〜７８６、ならびに接続ケーブル７９７、７９８、７９９、および７０１を含む。回路４０及び５０と同様、回路７５０は、接地と演算増幅器７５４の反転入力との間に接続され値「Ｒ」を有する抵抗７７２、演算増幅器７５４の反転入力とその出力およびＤＵＭ７５２の第１端子７９１との間に接続され値「ａＲ」を有する抵抗７７１、信号発生器７６０からの入力線７９３と演算増幅器７５４の非反転入力との間に接続され値「ｒ」を有する抵抗７７４および７７８、ＤＵＭ７５２の第２端子７９２（緩衝増幅器７５６を介して）と演算増幅器７５４の非反転入力との間に接続され値「ａｒ」を有する抵抗７７５、ならびに入力７６１がＤＵＭ７５２の第２端子７９２に接続され且つ出力７６３が接地に接続された負荷回路７６２を含む。この回路の好適な実施形態では「ａ」はこの場合も２であるが、「Ｒ」及び「ｒ」は好適には５００オームである。緩衝増幅器７５８はその入力が、ＤＵＭ７５２の第１端子７９１及び演算増幅器７５４の出力に接続され、その出力が、可変抵抗７７０及び同軸ケーブル７８６を通じてオシロスコープ７６６のチャネル１を駆動する。また、演算増幅器７５４の出力と緩衝増幅器７５８の入力との間のノード７５５は、ダイオード７３１を介して正電圧電源＋Ｖｓに接続され、そのダイオードのカソードが＋Ｖｓ電源を向いており、更にダイオード７３２を介して負電源電圧−Ｖｓに接続され、そのダイオードのアノードが−Ｖｓ電源を向いている。緩衝増幅器７５６は、その入力７３７がＤＵＭ７５２の第２端子７９２に接続され、その出力７９６が抵抗７７５を介して演算増幅器７５４の非反転入力に接続される。また、出力７９６は、可変抵抗７７７を介して、出力ライン７８８に接続される。出力ライン７８８は同軸ケーブル７８５を通じてオシロスコープ７６のチャネル２に接続される。入力ライン７９３は、同軸ケーブル７８４を通じて信号発生器７６０に、及び抵抗７７３を介して接地に接続される。ＤＵＭ７５２は撚り線対７８２を通じて回路７５０の残りに接続されており、コンピュータ７６４は、ケーブル７９７を通じてオシロスコープ７６６の出力を受け取り、ケーブル７９８を通じて信号発生器７６０の出力を制御し、ケーブル７９９を通じて出力信号を制御回路７６５に供給する。一方、制御回路７６５はケーブル７０１を通じて可調節負荷７６２を動作させる。図７では、可調節負荷７６２は、概略的に、複数の抵抗７７６および複数のコンデンサ７８０を含む回路７６２として示されている。制御回路７６５および可調節負荷回路７６２の詳細は図８及び図９に示し、以下で論ずることにする。先に示したように、緩衝増幅器７５６は、増幅器７５７、演算増幅器７４０、コンデンサ７４２、および抵抗７４３〜７４５を含む。緩衝増幅器７５６の入力７３９は、抵抗７４３を介して演算増幅器７４０の非反転入力７４６に、及びコンデンサ７４２を介して増幅器７５７の入力に接続される。尚、オプションとして、信号におけるバウンス（はね返り）を減らし安定性を高めることが望ましい場合、コンデンサ７４２と増幅器７５７の入力との間に約１００オームの抵抗を挿入可能であることを注記しておく。しかしながら、ほとんどの用途では、追加の抵抗がなくとも、信号は十分に安定的である。演算増幅器７４０の出力７４８は、抵抗７４５を介して接地に、及び抵抗７４４を介して増幅器７５７の入力に接続される。増幅器７５７の出力７９６は、緩衝増幅器７５６の出力を与える。また、出力７９６は、演算増幅器７４０の反転入力７４７に、および可変抵抗７７７及び同軸ケーブル７８５を通じてオシロスコープ７６６のチャネル２に接続される。さらに、出力７９６は、ダイオード７３５のアノードおよびダイオード７３６のカソードに接続される。ダイオード７３５のカソードは正電圧源＋Ｖｓに接続され、ダイオード７３６のアノードは負電圧源−Ｖｓに接続される。緩衝増幅器７５６の入力７３７は、並列なダイオード対７３３および７３４を介してその出力７９６に接続され、ダイオード７３３のアノードは出力７９６に接続され、ダイオード７３４のアノードは入力７３７に接続される。先に示したように、図７の実施例は、小さな入力バイアス電流及び広い帯域幅の双方を有する緩衝増幅器回路７５６を提供する。これは、２つの増幅器７５７及び７４０を一緒に用いることによって達成される。演算増幅器７４０は、小さな入力バイアス電流及び比較的狭い帯域幅を有する。この増幅器７４０は低周波数信号を通す。何故なら、それは抵抗７４３を介して入力７３７にＤＣ結合されるからである。増幅器７５７は大きな入力バイアス電流および広い帯域幅を有する。これは高周波数信号を通す。何故なら、それはコンデンサ７４２を介して入力７３７にＡＣ結合されるからである。増幅器７４０の出力は、抵抗７４４を介して増幅器７５７に入力バイアス電流を供給する。増幅器７５７の出力電圧は増幅器７４０の反転入力によって検知されるので、緩衝増幅器の入力７３７と緩衝増幅器の出力７９６との間にＤＣオフセットは生じない。高周波数信号はコンデンサ７４２を介して増幅器７５７を直接に通過する。その正味の結果として、緩衝増幅器７５６は、増幅器７４０の入力バイアス電流及び増幅器７５７の全帯域幅、更に幾らかの追加の低周波数帯域を有することになる。好適な実施形態においては、増幅器７５７はアナログ・デバイスイズ社のＢＵＦ−０４緩衝増幅器であり、増幅器７４０はアナログ・デバイスイズ社のＡＤ− ５４６オペ・アンプであり、コンデンサ７４２は１ナノファラッドのコンデンサであり、抵抗７４３、７４４、７４５はそれぞれ１００キロオーム(ｋオーム)、１メガオーム、１０キロオームであり、供給電圧はそれぞれ＋１５ボルトおよび −１５ボルトである。この構成では、緩衝増幅器７５６は、少なくとも３５メガヘルツの帯域幅、および約１ピコアンペアの入力バイアス電流を有する。また、図７の実施形態は、測定回路７５０に対するＥＳＤ保護も提供する。第１ＤＵＭ端子７９１が、ダイオード７３１および７３２を介して、電源レールに接続されている。これは、ＤＵＭを接続する場合に発生し得るＥＳＤに対する保護を提供する従来の方法である。しかしながら、従来のＥＳＤ保護が緩衝増幅器７５６の入力７３９に対して提供されると、ダイオードを通じての漏れ電流が測定を妨害し得る。図７に示す実施形態では、ダイオード７３３および７３４は、通常動作では、それらを通しての電圧バイアスがない。したがって、それらを通じての漏れもない。しかしながら、第２ＤＵＭ端子７９２がＥＳＤの発生源にさらされると、ダイオード７３３および７３４の両端間に大きな電圧が発生する。これによって、ダイオードが静電荷を導通させ、ダイオード７３５および７３６を介して放電する。図８及び図９に移る。可調節（調節可能）負荷７６２と、負荷制御回路７６５と、制御回路７６５とコンピュータ７６４（図７）との間にあるインターフェース８１０と、コンピュータ７６４、オシロスコープ７６６、信号発生器７６０、および測定回路７５０の間のコネクタ８４０と、制御回路７６５との詳細が示されている。好適な実施形態では、可調節負荷７６２は、アナログ・デバイスイズ社から入手可能な２つのＡＤＧ４３１ＣＭＯＳスイッチ８２０および８３０、抵抗７７６、コンデンサ７８０、ならびにアロマット社(Aromat Corp.)から入手可能な２つのＴＱ２５５−Ｌ−５Ｖリレー８１６および８１８を備える。好適な実施形態では、制御回路７６５は、マイクロチップ・テクノロジ社(MicrochipTe chnology，Inc.)から入手可能なＰ１Ｃ１６Ｃ７４集積回路から成り、インターフェース８１０は、マキシム社(Maxim，Inc.)から入手可能なＭＡＸ２３２ＡＲＳ−２３２インターフェース、又はアナログ・デバイスイズ社のＡＤＭ２３２ＡＲＳ−２３２インターフェースである。コネクタ８４０は従来からのピン型のコネクタである。コネクタ８４０のオシロスコープのチャネル１、関数発生器、及びオシロスコープのチャネル２のソケットは、測定回路７５０のライン７８７、７９３及び７８８にそれぞれ接続される。測定回路７５０のライン７６１は、リレー８１６の８番ピンに接続される。コネクタ８４０のＲＳ−２３２ＩＮおよびＲＳ−２３２ＯＵＴのソケットはそれぞれにインターフェース８１０の１３番ピンおよび１４番ピンに接続される。インターフェース８１０の６番ピンはコンデンサ８１１を介して接地に接続され、インターフェース８１０の４番ピンと５番ピンはコンデンサ８１２を介して接続され、インターフェース８１０の１番ピンと３番ピンはコンデンサ８１３を介して接続され、インターフェース８１０の２番ピンと１６番ピンはコンデンサ８１４を介して接続される。また、１６番ピンは＋５ボルト電源に接続され、１５番ピンは接地される。集積回路（ＩＣ）７６５の入力及び出力は、ピン番号の代わりに、ＲＣ０のような内部信号に関して与えられている。何故なら、集積回路の入出力(in outs) はパッケージ・オプションが異なると異なってしまうため、ピン番号が曖昧になるからである。当業者はここの記載及びＩＣに付随の説明書からＩＣ７６５の設定方法を明確に理解するであろう。インターフェース８１０の１０番ピンおよび１１番ピンは、それぞれ、ＩＣ７６５のＲＣ６およびＲＣ７信号に接続される。ＣＭＯＳスイッチ８２０におけるマイクロスイッチ８２１〜８２３の各々のドレイン、及びＣＭＯＳスイッチ８３０におけるマイクロスイッチ８３１〜８３４の各々のドレインは、接地７６７に接続される。ＣＭＯＳスイッチ８２０のマイクロスイッチ８２１〜８２４のＩＮ（イン）ラインはＩＣ７６５のＲＢ７、ＲＢ６、ＲＢ５、ＲＢ４信号に接続される。ＣＭＯＳスイッチ８３０のマイクロスイッチ８３１〜８３４のＩＮラインは、それぞれ、ＩＣ７６５のＲＢ３、ＲＢ２、ＲＢ１、ＲＢ０信号に接続される。マイクロスイッチ８２１のソースは、並列に接続された抵抗８５１およびコンデンサ８７１を介して、マイクロスイッチ８２４のドレインに接続される。マイクロスイッチ８２２のソースは、並列に接続された抵抗８５２及びコンデンサ８７２を介して、マイタロスイッチ８２４のドレインに接続される。マイクロスイッチ８２３のソースは、並列に接続された抵抗８５３及びコンデンサ８７３を介して、マイクロスイッチ８２４のドレインに接続される。また、マイクロスイッチ８２４のドレインは、並列に接続された抵抗８５４及びコンデンサ８７４を介して、接地にも接続される。マイクロスイッチ８２４のソースは、並列に接続された抵抗８５５お及びコンデンサ８７５を介して、接地に接続される。リレー８１８の２番ピンは、並列に接続された抵抗８５６及びコンデンサ８７６を介して、接地に接続される。リレー８１８の７番ピンは、接地に接続される。リレー８１８の９番ピンは抵抗８５７を介して接地に接続される。また、リレー８１８の９番ピンは、抵抗８５８〜８６１を介して、それぞれ、各マイクロスイッチ８３１〜８３４のソースにも接続される。ＩＣ７６５のＡＣＬＲ信号は抵抗８６２を介して＋５ボルト電圧源に接続される。ＩＣ７６５のＶｄｄ信号は＋５ボルト電圧源に接続され、Ｖｓｓ信号は接地に接続される。ＯＳＣ２信号及びＯＳＣ１信号は、それぞれ、コンデンサ８７７および８７８を介して接地に接続され、更に、発振器８６６を介して接続される。ＩＣ７６５のＲＣ０信号及びＲＣＩ信号は、それぞれ、リレー８１６の１番ピン及び１０番ピンに接続される。ＩＣ７６５のＲＣ２信号及びＲＣ３信号は、それぞれ、リレー８１８の１番ピン及び１０番ピンに接続される。リレー８１６の７番ピン及び９番ピンは、それぞれ、リレー８１８の３番ピン及び８番ピンに接続される。図８および図９の回路の好適な実施形態では、コンデンサ８１１ないし８１４は、各々０.１マイクロファラッドであり、コンデンサ８７１〜８７８は、それぞれ、１マイクロファラッド、１００ナノファラッド、８.２ナノファラッド、１ナノファラッド、１００ピコファラッド、１０ピコファラッド、１５ピコファラッド、および１５ピコファラッドである。抵抗８５１〜８６２は、それぞれ、１００キロオーム、１メガオーム、１０メガオーム、１００メガオーム、１ギガオーム、１０ギガオーム、１００キロオーム、１０キロオーム、１キロオーム、１００オーム、１０オーム、および１０キロオームとすることが好ましい。発振器８６６は、４ミリヘルツ水晶発振器とすることが好ましい。測定システム７００は、次のように動作する。ＩＣ７６５は、コンピュータ７６４からのコマンドに応答して、出力ピンＲＣ０〜ＲＣ３およびＲＢ０〜ＲＢ７の個々のものの出力電圧を、高電圧状態（＋５Ｖ）又は低電圧状態（０Ｖ）のいずれかに設定する。リレー８１６および８１８の１番ピンおよび１０番ピンは、リレー８１６、８１８内のコイル８８１、８８２をまたがって接続される。コイルはリレーのパッケージ内にあるので破線で示されている。各リレーの３番ピンおよび８番ピンは、８８４のようなスイッチに接続される。スイッチ８８４〜８８７は、図面ではそれらのデフォルト状熊にあるものとして示されており、ピン番号２および３、及びピン番号８および９を接続している。８８２のようなコイルが付勢されると、８８６および８８７のようなスイッチは、３番ピンおよび４番ピンを、及び７番ピンおよび８番ピンを接続するように切り替わる。リレーはラッチ可能とし、コイル８８１および８８２への信号によって再度切り替えられるまで、リレーは切り替えられた位置に留まることが好ましい。したがって、適切なＲＣ０およびＲＣＩ信号がＩＣ７６５によって出力されると、ライン７６１は、リレー８１８の８番ピンに接続されている状態から、リレー８１８の３番ピンに接続される状態に切り替えられる。そして、適切なＲＣ２およびＲＣ３信号がＩＣ７６５によって出力されると、リレー８１８の３番ピンからの回路が、抵抗８５６およびコンデンサ８７６を通過する状態から、抵抗８５５およびコンデンサ８７６を通過する状態に切り替えられ、他の抵抗およびコンデンサがスイッチ８２０を介してこの回路に接続される。同様に、リレー８１８のピン番号８からの回路が、抵抗８５７及びスイッチ８３０を介して回路に接続されている他の抵抗を通過する状態から、接地に直接至る状態に切り替えられる。同様に、適切なＲＢ０〜ＲＢ７信号がＩＣ７６５から出力されると、スイッチ８２０および８３０の所望のものが活性化され、抵抗８５１〜８５４および８５８〜８６１ならびにコンデンサ８７１〜８７４の選択されたものを、負荷回路に含ませる。ユーザはキーボード７８８を通じてコマンドを入力し、特定の測定に望ましい負荷を示す。コンピュータ７６４は、そのメモリ内のテーブルを参照し、可調節負荷６２を所望の負荷または使用可能な最も近い選択可能な負荷を設定するためにＩＣ７６５に送らなければならない信号を決定する。通常、選択された負荷が正確に所望の負荷であるか否かは問題にはならない。何故なら、選択された負荷が所望の負荷に適度に近ければ、有用な測定を行うことができるからである。次に、コンピュータ７６４は、テーブルが示す信号を送り、モニタ７６５を通じてユーザに、設定しようとする負荷を示す。集積回路７６５は、ＲＳ−２３２インターフェース８１０を介して送られたコンピュータ７６４からの選択されたコマンドに応答して、ＩＣ７６５がその出力ピンＲＣ０〜ＲＣ３およびＲＢ０〜ＲＢ７上の電圧を適切に設定し、リレー８１６および８１８ならびにＣＭＯＳスイッチ８２０および８３０の回路を開くかまたは閉じるようにして、選択された負荷を測定回路７５０と接地との間に配置するように、プログラムされている。次に、コンピュータは信号発生器７６０に、所望の信号を測定回路７５０に供給するように命令し、測定回路は出力をオシロスコープ７６６のチャネル１及び２に供給し、オシロスコープは出力をコンピュータ７６４に送り、コンピュータはモニタ７６５上にそれを表示し、更に、ユーザによる要求に応じてプリンタ（図示せず）でそれを印刷する。一連の負荷及び／又は信号は、コンピュータ７６４内にプログラムすることにより、コンピュータ７６４が予め規定された一連の測定を自動的に実行することが可能である。また、ＤＵＭからの信号が余りに小さくてバックグラウンド・ノイズから引き出すのが困難である場合、又はＤＵＭからの信号が余りに大きくてシステムの平衡を崩し電流またはその他の望ましくないフィードバックを信号発生回路に流し得るような場合には、コンピュータはオシロスコープ７６６からの入力を用いて負荷を自動的に調節することができる。図２または図７のいずれかの測定回路５０、７５０は、ＤＵＭ５２、７５２および負荷６２、７６２を備えるＤＵＭ／負荷回路７８、７２８と、演算増幅器５４、７５４および抵抗７１〜７５、７７１〜７７５を備える信号発生回路６８、７６８との組み合わせと見なすことができる。本発明の特徴は、ＤＵＭ／負荷回路７８、７２８が信号発生回路に電圧フィードバックを与えつつ、電流に関しては信号発生回路６８、７６８から分離されるようにすることである。例えば、回路５０において、バッファ５６、５８は、ＤＵＭ／負荷回路７８を信号発生回路６８から分離することにより、ＤＵＭ／負荷回路７８と信号発生回路６８との間の接続部を通じた電流の流れを防止する。同様に、回路７５０においては、バッファ７５６がＤＵＭ／負荷回路７２８を信号発生回路７６８から分離することにより、接続部を通じた信号の流れを防止する。本発明の別の特徴は、ＤＵＭ／負荷回路７８、７２８から信号発生回路に、フィードバック回路７９、７７９を通じてのフィードバックが与えられ、信号発生回路が、ＤＵＭの両端間に所定の電圧を維持可能とすることである。また本発明の特徴は、負荷１８、６２、７６２の両端間の電圧が、演算増幅器１４、５４、７５４への基準電圧を提供することである。本発明の別の特徴は、ＤＵＭの第１端子３４、９１、７９１が、ＤＵＭ両端間に所望の所定電圧を維持する電圧に浮かせられるようにしたことである。即ち、ＤＵＭの第２端子３６、９２、７９２上の電圧は、演算増幅器への基準電圧として入力され、演算増幅器はその出力を、ＤＵＭ両端間の電圧降下が所定の電圧となるような電圧に保持する。従って、電気的パラメータの測定は、常に、ＤＵＭ両端間に印加される正確な既知の電圧に対するものであり、印加電圧の低精度による誤差は解消される。前述の２つの特徴の組み合わせは、電圧、電流またはその他の測定される負荷パラメータが測定許容度よりも常に大幅に高くなるような負荷の選択を許容し、そのため測定が常に高精度で行われる。即ち、回路の残り部分がＤＵＭ両端間に自動的に所定の電圧を印加することがわかっているので、負荷に対する電気的パラメータの測定が最適化されるように負荷を選択することができる。本発明の更に別の特徴は、ＤＵＭ１２、５２、７５２から流出する電流またはこれらを通過する電流は、負荷１８、６２、７６２を通過する電流と同一であることである。図１の回路では、抵抗２２および２３ならびに負荷を適正に選択するのであれば、これにかなり近い状態となる。図２および図７の回路では、緩衝増幅器５６、７５６および５８が、バッファ・アプライヤ(applier)の公差内でこれが成り立つことを保証する。公差は従来技術の回路の低精度と比較すると通常は極端に小さい。本発明の関連する特徴の１つは、緩衝増幅器が演算増幅器の入力への電流の流れを制御することである。従って、ＤＵＭ５２、７５２および負荷６２、７６２を含む回路５０、７５０の部分から得られるオフセット電流は、実質的に除かれる。以上、印加電圧に応答して電流、電荷およびその他の電子的パラメータを測定する新規な装置および方法について説明した。尚、図に示しこの明細書に記載した特定の実施形態は例示の目的のためのものであり、以下の請求の範囲に記載する本発明を限定するものと解釈すべきではないことは理解されよう。更に、当業者は今や本発明の概念から逸脱することなく、記載した具体的な実施形態の多数の使用および変更が可能であることは明白である。例えば、所定の電圧がＤＵＭ両端間に印加されること及びＤＵＭを通過する電流が負荷を通過する電流と同一であることを保証する演算増幅器のような回路の利点から、他のかかる回路も考案することが可能であろう。多種多様の負荷エレメント又は回路が使用可能である。更に、本発明の装置及び方法を、他の電子エレメント及びプロセス・ステップと組み合わせて、記載した装置および方法の変形を得ることも可能である。あるいは、等価の回路およびプロセスで、記載した種々の回路およびプロセスに代替することも可能である。したがって、本発明は、ここに記載した測定装置および方法の中に存在し、またそれらが有する新規の特徴の各々およびその全て、ならびに特徴の新規な組み合わせを包含するものとして解釈すべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９８年３月２０日（１９９８．３．２０）【補正内容】ＤＵＭ１２に印加される信号が演算増幅器１４の電圧および電流コンプライアンスならびに動作帯域内にある限り、ＤＵＭ１２に印加される信号の形状及び振幅は、ＤＵＭのインピーダンスまたは負荷コンデンサの両端の電圧には無関係に、歪みなく維持される。負荷コンデンサ１８のインピーダンスが、抵抗２２および２３の合成インピーダンスに比較して小さい場合、負荷コンデンサ１８の両端の電圧は、概ね、ＤＵＭ内において変位される電荷に比例する。したがって、従来技術の測定回路と比較して、オシロスコープ２６による負荷１８の両端間の電圧の測定では、所定の振幅の信号パルスがＤＵＭを通して変位する電荷の測定の精度の向上が得られる。図２は、本発明に従う測定回路５０の代替実施例を含む、本発明による測定システム１００の実施例を示す。測定回路５０は、ＤＵＭ５２、演算増幅器５４、緩衝増幅器５６および５８、負荷６２、抵抗７１〜７５、５０オーム・ケーブル８４〜８６、ならびに撚り線対（twisted pair）８２を含む。測定システム１００は、回路５０に加えて、信号発生器６０、オシロスコープ６６、コンピュータ６４、ならびに接続ケーブル９７および９８を含む。回路４０と同様に、回路５０は、接地と演算増幅器５４の反転入力との間に接続され値「Ｒ」を有する抵抗７２、演算増幅器５４の反転入力とＤＵＭ５２の第１端子９１との間に接続され値「ａＲ」を有する抵抗７１、信号発生器６０の出力９３と演算増幅器５４の非反転入力との間に接続され値「ｒ」を有する抵抗７４、ＤＵＭ５２の第２端子９２と演算増幅器５４の非反転入力との間に接続され値「ａｒ」を有する抵抗７５、および入力６１がＤＵＭ５２の第２端子９２に接続され且つその出力６３が接地に接続された負荷回路６２を含む。従って、図２の回路５０は、入力がＤＵＭ５２の第１端子９１に接続され且つ出力９５が抵抗７１に接続された緩衝増幅器５８と、入力がＤＵＭ５２の第２端子９２に接続され且つ出力９６が抵抗７５に接続された緩衝増幅器５６とを含むことを除いて、図１の回路４０と本質的に同一である。加えて、システム１００は、オシロスコープ６６のチャネル１が直列の同軸ケーブル８６及び抵抗７０を通じて緩衝５８の出力９５に接続され、オシロスコープ６６のチャネル２が直列の同軸ケーブル８５及び抵抗７７を通じてバッファ５６の出力９６に接続され、信号発生器６０の出力９３が同軸ケーブル８４を通じて抵抗７４に接続され、同軸ケーブル８４と抵抗７４との間のノードが抵抗７３を介して接地に接続され、ＤＵＭ５２が撚り線対８２を通じて回路５０の残りに接続され、コンピュータ６４がケーブル９７を通じてオシロスコープ６６の出力を受け取り且つケーブル９８を通じて信号発生器６０の出力を制御する、という点において一層精巧度を増している。図２では、負荷６２は、概略的に、抵抗７６およびコンデンサ８０を含む回路６２として示されている。尚、負荷６２は、ＤＵＭおよび測定すべき当該ＤＵＭの電子的パラメータによっては、抵抗のみ、コンデンサのみ、または他のいずれか適切な負荷回路を含み得ることは理解されよう。緩衝増幅器５６及び５８は、演算増幅器５４に適正なフィードバックを与え、同時に、電流がＤＵＭからバッファを介して接地に流れるのを防止することにより、ＤＵＭから接地への有効な経路のみが負荷６２を通過し、負荷６２を通過する電流がＤＵＭ５２を通過する電流と同一となることを保証する。また、緩衝増幅器５６および５８は、信号をオシロスコープ６６に搬送する各伝送ケーブル８５及び８６のためのライン・ドライバとしても機能する。これによって、ケーブル８５及び８６を適正に終端し、インピーダンス不整合の結果として高周波数において発生するリンギングを解消することが可能となる。緩衝増幅器５６および５８を介してフィードバック・レッグ(feedback leg)を接続することにより、短絡回路に対する保護を備える。撚り線対８２は、磁気ワイヤ(magnet wire)のような、極細ワイヤで作ることが好ましい。かかる撚り線対を用いて信号をＤＵＭ５２に搬送することにより、高周波数において問題となり得るあらゆるストレイ・インダクタンス（stray inductance）を抑制する。抵抗７０及び７７は、本質的に、電圧デバイダを構成し、緩衝増幅器によって出力される電圧を、オシロスコープ６６への入力に一層適したレベルに分割する。コンピュータ・キーボード８８を用いて、信号発生器６０を制御するソフトウエア・プログラムにデータを入力する。また、ソフトウエア・プログラムは、オシロスコープ６６からのデータを受け取り、表示し、また、印刷する。以下で論ずる測定を行う際に、抵抗７０ないし７５を、それぞれ、４５０オーム、２.２キロオーム、１.１キロオーム、５０オーム、５００オーム、および１キロオームとした。負荷６２は６５０ピコファラッドのコンデンサとした。すなわち、「ａ」は２に等しく、「Ｒ」は１.１キロオームに等しく、「ｒ」は５００オームに等しくした。抵抗７０の上述の値は、オシロスコープ６６のチャネル１への入力を１０対１デバイダとし、抵抗７７の上述の値は、オシロスコープ６６へのチャネル２入力を２対１デバイダとした。緩衝増幅器５６及び５８はアナログ・デバイスイズ（Analog Devices）社のＢＵＦ０４緩衝増幅器とし、演算増幅器５４は、これもアナログ・デバイスイズ社のＡＤ８１１オペ・アンプとした。１１．請求項１に記載の電気測定回路であって、更に、複数の負荷(８９０) を含むプログラム可能負荷回路（７６２）と、該プログラム可能負荷回路と通信して前記複数の負荷の１つを選択する電子装置（７６４、７６５）とを含むことを特徴とする電気測定回路。１２．請求項１１に記載の電気測定回路であって、更に、前記電子装置がコンピュータ（７６４）を備えることを特徴とする電気測定回路。１３．請求項１１に記載の電気測定回路であって、更に、前記プログラム可能負荷回路が、複数のプログラム可能マイクロスイッチ（８２０）と、前記マイクロスイッチの各々と前記端子の１つ（７９２）との間に並列に接続された抵抗 (８５１)およびコンデンサ(８７１)とを含むことを特徴とする電気測定回路。１４．電気測定回路であって、電子測定を行う対象となるデバイス(ＤＵＭ) （７５２）に接続するための端子（７９１、７９２）を備えたＤＵＭ回路（７２８）と、前記ＤＵＭの端子の一つに電気信号を印加する信号発生回路（７６８）とを備え、複数の負荷（８９０）と該複数の負荷の選択されたものを前記ＤＵＭ端子の一つに接続するスイッチング・デバイス（８１６、８１８）とを含むプログラム可能負荷回路（７６２）と、該プログラム可能負荷回路と通信して前記複数の負荷の１つを選択する電子装置（７６４、７６５）とを含むことを特徴とする電気測定回路。１５．強誘電体デバイス（７５２）を通過する電荷の流れを測定する電気測定回路であって、前記強誘電体デバイスに接続するための端子(７９１．７９２) と、前記端子の一つに電気信号を印加する信号発生回路（７６８）とを備え、更に、複数の負荷（８９０）と該複数の負荷の選択されたものを前記端子の一つに接続するスイッチング・デバイス（８１６、８１８）とを含むプログラム可能負荷回路（７６２）と、前記プログラム可能負荷回路と通信して前記複数の負荷の１つを選択する電子装置（７６４、７６５）とを含むことを特徴とする電気測定回路。１６．請求項１４または１５に記載の電気測定回路であって、更に、前記電子装置がコンピュータ（７６４）を備えることを特徴とする電気測定回路。１７．請求項１４または１５に記載の電気測定回路であって、更に、前記プログラム可能負荷回路が複数のプログラム可能マイクロスイッチ（８２０）を含み、抵抗（８５１）およびコンデンサ（８７１）が前記マイクロスイッチの各々と前記端子の一つ（７９２）との間に並列に接続されることを特徴とする電気測定回路。１８．請求項１４または１５に記載の電気測定回路であって、更に、前記プログラム可能負荷回路が複数のプログラム可能マイクロスイッチ（８３０）を含み、該マイクロスイッチの各々と前記端子の一つ（７９２）との間に抵抗（８５８）が接続されることを特徴とする電気測定回路。１９．請求項１４または１５に記載の電気測定回路であって、更に、前記信号発生回路（７６８）と、前記信号発生器が接続される前記端子の前記一つ（７９２）との間に接続された緩衝増幅器（７５２）を含むことを特徴とする電気測定回路。２０．請求項１４または１５に記載の電気測定回路であって、更に、オシロスコープ（７６６）および緩衝増幅器（７５８、７５６）を含み、前記緩衝増幅器が前記端子の一つ（７９１、７９２）と前記オシロスコープとの間に接続されることを特徴とする電気測定回路。

Claims

【特許請求の範囲】１．電気測定回路（７００）であって、電子測定を行う対象となるデバイス（ＤＵＭ）（７５２）に接続するための端子（７９、７９２）と、前記端子の一つに電気信号を印加する信号発生回路（７６８）とを備え、前記端子の一つから前記信号発生回路にフィードバック信号を供給するフィードバック回路（７７９）と、前記信号発生回路が前記フィードバック信号に応答して前記ＤＵＭに印加される前記信号を調節する増幅器（７５４）を含むこととを特徴とする電気測定回路。２．強誘電体デバイス（７５２）を通過する電荷の流れを測定するための電気測定回路であって、前記強誘電体デバイスおよび信号発生回路（７６８）に接続するための端子（７９、７９２）を備え、前記信号発生回路が前記端子の一つに電気信号を印加するものであり、前記端子の一つから前記信号発生回路にフィードバック信号を供給するフィードバック回路（７７９）と、前記信号発生回路が前記フィードバック信号に応答して前記強誘電体デバイスに印加される前記信号を調節する増幅器（７５４）を含むこととを特徴とする前記電気測定回路。３．請求項１または２に記載の電気測定回路において、前記端子が、前記デバイスに接続するための第１電気端子（７９１）と、前記デバイスに接続するための第２電気端子(７９２)とを備え、更に、前記増幅器が、第１入力(７４６)、第２入力（７４７）、および出力（７４８）を有する演算増幅器（７５４）を備え、前記第２端子（７９２）が前記演算増幅器の前記第１入力（７４６）に接続され、前記演算増幅器の前記出力（７４８）および前記第２入力（７４７）が前記第１端子（７９１）に接続されることを特徴とする前記測定回路。４．請求項３に記載の電気測定回路であって、更に、接地（７６７）を含み、負荷（７６２）を含み、前記信号発生回路が信号発生器（７６０）を含み、前記負荷が前記第２電気端子（７９２）と前記接地との間に接続され、前記信号発生器が前記第１入力（７４６）に接続される電気測定回路。５．請求項３に記載の電気測定回路であって、更に、緩衝増幅器（７５６）を介して前記第２端子（７９２）にオシロスコープ（７６６）が接続され、該オシロスコープおよび前記信号発生器にコンピュータ（７６４）が接続されることを特徴とする電気測定回路。６．請求項１または２に記載の電気測定回路であって、更に、第１緩衝増幅器（７５６）が前記デバイス（７５２）と前記信号発生回路（７６８）との間に接続され、これによって、前記デバイスと前記信号発生回路との間の前記接続を通じた電流の流れを防止することを特徴とする電気測定回路。７．請求項６に記載の電気測定回路であって、更に、前記増幅器が、入力（７４６、７４７）を有する演算増幅器（７５４）を備え、前記第１緩衝増幅器（７５６）が入力（７３７）および出力（７９６）を含み、前記第１緩衝増幅器の入力が前記端子の一つ（７９１、７９２）に接続され、前記第１緩衝増幅器の出力が前記演算増幅器の入力に接続されることを特徴とする電気測定回路。８．請求項７に記載の電気測定回路であって、更に、負荷回路入力(７６１) を含み、前記端子が、前記デバイスに接続するための第１端子（７９１）と、前記デバイスに接続するための第２端子（７９２）とを含み、前記演算増幅器が、反転入力（７４７）および非反転入力（７４６）を含み、前記第２端子が前記負荷回路の入力および前記緩衝増幅器の入力に接続され、前記第１緩衝増幅器の出力が前記非反転入力に接続され、前記回路が、更に、入力（７２６）および出力（７２７）を有する第２緩衝増幅器（７５８）を含み、前記第１端子（７９１）が前記演算増幅器の出力（７４８）および前記演算増幅器の反転入力（７４７）に接続され、更に、前記第１緩衝増幅器の前記出力（７９６）と前記第２緩衝増幅器の前記出力(７２７)との間に接続されたオシロスコープ（７６６）を含む電気測定回路。９．請求項８に記載の電気測定回路であって、更に、接地を含み、前記信号発生回路が信号発生器（７６０）を含み、更に、前記反転入力（７４７）と前記接地との間に第１抵抗（７７２）が接続され、前記第１端子（７９１）と前記反転入力（７４７）との間に第２抵抗（７７１）が接続され、前記信号発生器と前記非反転入力（７４６）との間に第３抵抗（７７４）が接続され、前記第２緩衝増幅器の出力（７９６）と前記非反転入力との間に第４抵抗（７７５）が接続されることを特徴とする電気測定回路。１０．請求項９に記載の電気測定回路であって、更に、前記オシロスコープと前記信号発生器との間に接続されたコンピュータ（７６４）を含む電気測定回路。１１．請求項１に記載の電気測定回路であって、更に、複数の負荷(８９０) を含むプログラム可能負荷回路（７６２）と、該プログラム可能負荷回路と通信して前記複数の負荷の１つを選択する電子装置（７６４、７６５）とを含むことを特徴とする電気測定回路。１２．請求項１１に記載の電気測定回路であって、更に、前記電子装置がコンピュータ（７６４）を備えることを特徴とする電気測定回路。１３．請求項１１に記載の電気測定回路であって、更に、前記プログラム可能負荷回路が、複数のプログラム可能マイクロスイッチ（８２０）と、前記マイクロスイッチの各々と前記端子の１つ（７９２）との間に並列に接続された抵抗 (８５１)およびコンデンサ(８７１)とを含むことを特徴とする電気測定回路。１４．電気測定回路であって、電子測定を行う対象となるデバイス(ＤＵＭ) （７５２）に接続するための端子（７９１、７９２）を備えたＤＵＭ回路（７２８）と、前記ＤＵＭの端子の一つに電気信号を印加する信号発生回路（７６８）とを備え、前記ＤＵＭの端子の一つに接続可能な複数の負荷（８９０）を含むプログラム可能負荷回路（７６２）と、該プログラム可能負荷回路と通信して前記複数の負荷の１つを選択する電子装置（７６４、７６５）とを含むことを特徴とする電気測定回路。１５．強誘電体デバイス（７５２）を通過する電荷の流れを測定する電気測定回路であって、前記強誘電体デバイスに接続するための端子(７９１、７９２) と、前記端子の一つに電気信号を印加する信号発生回路（７６８）とを備え、更に、前記端子の一つに接続可能な複数の負荷（８９０）を含むプログラム可能負荷回路（７６２）と、前記プログラム可能負荷回路と通信して前記複数の負荷の１つを選択する電子装置（７６４、７６５）とを含むことを特徴とする電気測定回路。１６．請求項１４または１５に記載の電気測定回路であって、更に、前記電子装置がコンピュータ（７６４）を備えることを特徴とする電気測定回路。１７．請求項１４または１５に記載の電気測定回路であって、更に、前記プログラム可能負荷回路が複数のプログラム可能マイクロスイッチ（８２０）を含み、抵抗（８５１）およびコンデンサ（８７１）が前記マイクロスイッチの各々と前記端子の一つ（７９２）との間に並列に接続されることを特徴とする電気測定回路。１８．請求項１４または１５に記載の電気測定回路であって、更に、前記プログラム可能負荷回路が複数のプログラム可能マイクロスイッチ（８３０）を含み、該マイクロスイッチの各々と前記端子の一つ（７９２）との間に抵抗（８５８）が接続されることを特徴とする電気測定回路。１９．請求項１４または１５に記載の電気測定回路であって、更に、前記信号発生回路（７６８）と、前記信号発生器が接続される前記端子の前記一つ（７９２）との間に接続された緩衝増幅器（７５２）を含むことを特徴とする電気測定回路。２０．請求項１４または１５に記載の電気測定回路であって、更に、オシロスコープ（７６６）および緩衝増幅器（７５８、７５６）を含み、前記緩衝増幅器が前記端子の一つ（７９１、７９２）と前記オシロスコープとの間に接続されることを特徴とする電気測定回路。