JP2002537708A - 自動検査装置用の直列スイッチドライバ構造 - Google Patents
自動検査装置用の直列スイッチドライバ構造Info
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- G01R31/317—Testing of digital circuits
- G01R31/3181—Functional testing
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- G01R31/31917—Stimuli generation or application of test patterns to the device under test [DUT]
- G01R31/31924—Voltage or current aspects, e.g. driver, receiver
Abstract
Description
は、半導体テスタにおいてロジックデバイスのテスト(試験)を行うのに用いる
、直列スイッチドライバに関する。
パッケージングされたデバイスのレベルで行っている。この検査は通常、一般的
に自動検査装置と呼ばれる複雑なシステムによって実行される。この装置は、一
般的に、1つまたはそれよりも多い被試験デバイス(DUT)に波形をドライブ
(駆動)して、そこからの出力を検出する。検出した出力を次に期待値と比較し
て、そのデバイスが正しく機能しているかどうかを判定する。
のが多い。したがって、こういったデバイスの全性能の検査を行うためには、半
導体メーカは、検査装置がトライステート波形を駆動してそういった電圧レベル
をシミュレーションできるようになっていることが必要であることが多い。この
能力は、設ける場合には、DUTの特定のピンに対応するそれぞれのチャネルに
ついて、ドライバ構造内に備わっている。
ピンに結合するピン電子機器の一部を形成する特定用途向け集積回路(ASIC
)上で、設計されている。ASICは、典型的には、高いデバイス密度を達成で
きるためにバイポーラ技術、MOS技術、またはGaAs技術を利用する。
リフォルニア州Agoura Hillsのテラダイン社が製造するJ973マ
グナムテスタ(Magnum Tester)において用いられている。この従
来技術の構造は、バッファ増幅器10から可変電流を引き込んで、出力VOUT
における電圧レベルを変える、A級スイッチ構成を含む。このバッファ増幅器は
、「高い」電圧レベルVhおよび抵抗R1で表される出力抵抗(典型的には50
オーム)を生成する、内部回路を含む。出力には、差動対のスイッチ12、16
の並列ネットワークが結合しており、差動対のスイッチ12、16はそれぞれ、
プログラム可能な電流源(シンク)14、18を含んでおり、バッファ増幅器か
ら選択的に電流を引き出す。スイッチはそれぞれ、相補ロジック信号A*、A、
およびB*、Bに応答して活性化する、相補型トランジスタの対Q1、Q2、お
よびQ3、Q4を含む。
に動作している、ということである。典型的には、これらの電流源は、特定の電
流を吸収(シンク)してR1の両端電圧が所望の電圧降下を生じ、VOUTにお
いて所望の電圧を達成するように、プログラムされている。図1に示す構造につ
いて、I1をプログラムする関係は(Vh−Vl)/R1であることが多く、I
2については、関係は(Vh−Vt)/R1である。Vh=2V、Vt=1V、
Vl=0V、R1=50オーム、VCC=7ボルト、およびVEE=−6ボルト
というパラメータで動作すると、I1およびI2の電流はそれぞれ、40ミリア
ンペアおよび20ミリアンペアに対応する。
ジック信号A、A*、およびB、B*に応答して、適切なトランジスタを活性化
および非活性化し、出力VOUTにおいて所望のトライステート波形を作成する
。図2は、トライステートの波形20を達成するトランジスタQ1〜Q4のシー
ケンス動作に関するタイミング図を示す。出力をVh(2ボルト)に設定するに
は、トランジスタQ2、Q4を非活性化し、相補ロジック信号A*、B*によっ
てQ1、Q3を活性化する。その結果、バッファ10からの電流は最小限になり
、R1の両端電圧がほとんど電圧降下を生じず、VOUTがVh(2ボルト)に
なる。ロジック信号BでQ4を活性化し、信号B*でQ3を非活性化することに
よって、第2のスイッチ16がバッファ10から、電流源12のプログラムされ
たレベルに対応する、20ミリアンペアの電流を引き出す。その結果、出力電圧
はVt(1ボルト)に降下する。出力VOUTにおいて第3の電圧レベルVlを
達成するには、Q4をオフにすると同時にQ2をオンにし、I2がR1の両端間
で40mAを引き出し、VOUTを0ボルトに降下させるようにする。
働くが、当業者は、VtからVlへのVOUTの出力遷移中に、不正確さを観察
している。 この不正確さの理由は、同時にQ4を不活性化してQ2を活性化す
ることが困難であることにある。万一Q2がオンになる前にQ4がオフになると
、図2に示すように、「プリシュート」22が生じてしまう。このプリシュート
22は、信号チャネルにリンギング変動(外乱)を引き起こし、この変動が定常
状態に戻ることができるようにするには時間が必要である。これは、トライステ
ートの波形の正確さに不所望な影響を及ぼし、テスタの実効速度を間接的に下げ
てしまう。
上述のように、A級ドライバは、電流源I1、I2の動作を連続して維持してい
る。上の例において、VCCレール(典型的には7ボルト)からであれバッファ
増幅器10からであれ、電流は常にこれらの源(ソース)から引き出される。し
たがって、連続電流の総和は60ミリアンペアになり、対応する消費電力は、6
0mA*13V=780ミリワットになる。状況によっては、テスタのユーザが
VlをVtに設定することもある。その結果、I1、I2によってバッファから
引き出される、それぞれのプログラムされた電流は、共に比較的高く(それぞれ
約40ミリアンペアであることが多い)、約80mA*13V=1040mWの
レベルの電力を消費する。こういった消費電力のレベルは、多くのアプリケーシ
ョンにおいて不所望である。
自動検査装置用のトライステートのドライバ構造が、必要とされ、これまで利用
できなかった。さらに、動作中に最小限の電力しか消費しないドライバ構造が、
必要とされている。本発明の直列スイッチドライバ構造は、こういった必要を満
たすものである。
がら、非常に正確に被試験デバイスのピンにトライステート波形を送出すること
ができる。このような利点によって、テスタの信頼性およびスループットが改良
され、半導体装置の検査コストがかなり低減する。
ピンに3つの信号レベルを駆動する、トライステート回路を含む。トライステー
ト回路は、第1の信号レベルの出力を有しピンに結合するようになっている、ド
ライバを含む。この出力には、第1のスイッチングユニットが結合し、この第1
のスイッチングユニットは、プログラムされた信号に応答する。第1のスイッチ
ングユニットは、選択的に第1の信号レベルを第2の信号レベルに変えるように
動作する。第2のスイッチングユニットは、第1のスイッチに直列に接続する。
第2のスイッチングユニットは、第2のプログラムされた信号に応答して、第1
のスイッチと協動して第2の信号レベルを第3の信号レベルに変えるように動作
する。
ンに3つの電圧レベルを駆動するトライステート回路を備える。トライステート
回路は、電圧源によって作動し出力抵抗を有するバッファ増幅器を含む、ドライ
バを含む。電圧源は、高い電圧レベルを規定するプログラム可能な電圧で動作し
、ピンに結合するようになっている出力を有する。この出力には、第1のスイッ
チングユニットが結合し、第1のスイッチングユニットは、第1の電流引き込み
ネットワークを含む。ネットワークは、第1の電流経路を規定し、プログラムさ
れた信号に応答して、第1の電流経路に沿って第1の所定の電流をドライバから
引き出すことによって、選択的に高い電圧レベルを中間の電圧レベルに変える。
第1のスイッチングユニットには、第2のスイッチングユニットが直列に結合し
、第2のスイッチングユニットは、第2の電流経路を規定する第2の電流引き込
みネットワークを含む。第2の電流引き込みネットワークは、プログラムされた
信号に応答して、第1の電流経路に沿って、そして続けて第2の電流経路に沿っ
て、第2の所定の電流をドライバから引き出すことによって、選択的に中間の電
圧レベルを変える。
ドライバからの出力信号レベルを切り替えて、遷移の過渡現象を最小限にする方
法を含む。方法は、トライステート波形の第1の状態として第1の信号レベルを
利用するステップと、第1の電流経路に沿って所定の第1の電流をドライバから
引き出して、出力を、トライステートの波形の第2の状態を規定する第2の信号
レベルまで低減するステップと、第1の電流経路に沿っておよび第1の経路と直
列に配置された第2の電流経路を通じて、所定の第2の電流をドライバから引き
込んで、出力を、トライステート波形の第3の状態を規定する第3の信号レベル
まで低減するステップと、を含む。
明らかになろう。
りよく理解されよう。
、ドライバ32および1対の直列に接続したスイッチングユニット34、36を
含む。この直列スイッチ構成によって、出力の状態遷移中のいかなる「プリシュ
ート」も最小限になり、動作中の消費電力が最小限になる。
ム可能に生成する回路を含む、既知の構成のバッファ増幅器を備える。バッファ
は、抵抗器R1によって表され通常50オームである、出力抵抗を含む。
、第1のスイッチングユニットは、差動対を含む電子スイッチを有して構成され
、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)Q1、Q2の相補対を含む。Q1、Q
2のエミッタはそれぞれ、ノードN1において合流し、ベースはそれぞれ、相補
入力A、A*を受け取る。Q2のコレクタは、出力VOUTへの分流を形成して
いる。第1のプログラム可能な電流源I1は、ノードN1に結合して、差動対を
通じて第1のプログラムされた電流を引き出す(Q1を通じ電力レールVccか
ら、または、Q2を通じバッファ32から、のどちらか)。第1の電流源によっ
て引き出される電流は、(V3−V2)/R1の関係に従ってプログラムされる
。ただしV2は中間レベルの電圧を表す。
ドN1に結合して、37において第2の電流経路を確立し、第2のスイッチング
ユニットを第1のスイッチングユニット34と直列関係に配置する。第1のスイ
ッチングユニットと同様、第2のスイッチングユニットは、好ましくは、Q1、
Q2と同様に構成したトランジスタQ3、Q4の差動対を含む、電子スイッチを
備える。Q3、Q4への入力は、それぞれのベースにおいて印加されるロジック
信号B、B*に応答する。Q3、Q4の一緒に結合されたエミッタは、第2のノ
ードN2を形成する。ノードN2には、第2のプログラム可能な電流源I2が結
合している。第2の電流源は、関係(V2−V1)/R1に従って電流を引き出
し、第1の源I1からの電流と合計すると、出力VOUTを低いレベルV1に引
き下げるように、プログラムされている。
)のピンに結合するようになっている。DUTの検査前に、それぞれの電流源I
1、I2とともに、高い電圧レベルV3が、V3からの出力をV2およびV1に
ついての他の所望のレベルに変えるために、バッファから電流レベルを引き出す
ようにプログラムされる。ユーザは、また、特定のトランジスタQ1〜Q4を正
確な時間に活性化するロジック信号A、A*、およびB、B*のタイミングをプ
ログラムして、それによって、トライステート波形の遷移すなわちエッジ(縁部
)を規定する。プログラムされた位置に対する実際のエッジ位置の正確さは、ロ
ジックデバイスの検査の実行を成功させる上で重要な要因である。
の関係に従う。大多数のアプリケーションにおいて、V3は「高い」レベル(V
h)にプログラムされ、V2は「中間」のレベル(Vt)に設定され、V1は「
低い」レベル(Vl)にマッピングされている。しかし状況によっては、ユーザ
は、Vt>VhまたはVt<Vlに設定するフレキシビリティを必要とする。こ
のような状況においては、フォーマッタ(図示せず)が適切なマッピングを認識
して、確実に、V3が最高電圧レベルに設定され、V2が中間電圧レベルに設定
され、V1が低い電圧レベルに設定されるようにする。
て進行する。この例において、V3は2ボルトにプログラムされており、V2お
よびV1についての所望の電圧レベルはそれぞれ、1ボルトおよび0ボルトに対
応している。VOUTをV2およびV1の所望のレベルに引き下げるために、電
流源I1、I2はそれぞれ、バッファ32から20ミリアンペアの電流を引き出
すようにプログラムされている。例えば、電流源I1は、(V3−V2)/50=
20ミリアンペア、という関係にしたがって、バッファから第1の電流を引き出
すようにプログラムされている。同様に、電流源I2は、(V2−V1)/50
=20ミリアンペアという関係にしたがって、バッファ増幅器から、第1の電流
と合計された第2の電流を引き込むようにプログラムされている。
スにロジック信号Aを印加することによって活性化され、トランジスタQ1が同
時に非活性化される。その結果、バッファ32への第1の電流経路が確立され、
結果としてバッファ32から20mAの電流が引き込まれる。これによって、負
荷R1(50オーム)の両端電圧V3(2ボルト)が、中間レベルの電圧V2(
1ボルト)に降下する。時間t2において、トランジスタQ2がオフになって、
第1の電流経路に沿ったいかなる導通もなくなり、Q1が活性化して、それによ
って源I1が電力レールVccから電流を引き出す。DUTのピン(図示せず)
における高入力インピーダンスを仮定すると、R1を通る電流の流れは最小限に
なり、出力VOUTが高レベルの電圧V3に従うようになっている。t3におい
て、トランジスタQ1、Q2は再び前述のように状態を切り替えて、回路出力V
OUTをV2に低減させる。
のままであるのに対し、トランジスタQ4はオンになる。Q4を通って導通し電
流源I2によって引き出されるさらなる電流(20mA)が、I1からの20m
Aの電流と合計されて、バッファ増幅器32から全部で40mAが引き出され、
これに対応して、出力VOUTがV1(0ボルト)に引き下げられる。Q2が確
立した第1の電流経路を前もって活性化しているので、V2からV1への遷移は
、いかなるプリシュート問題もない状態で起こる。いかなるプリシュート変動も
なくなることによって、結果として生じる遷移エッジは非常に正確になる。時間
t5において、Q4をオフにすると、回路出力VOUTはV2の状態に戻る。
ようにプログラムする必要があるかもしれない。本発明のさらなる特徴のひとつ
は、トランジスタQ2、Q4を同時に活性化する必要なしに、非常に正確に、こ
のような遷移を実行することができる、ということである。これは、トランジス
タQ4が規定する第2の電流経路に沿ったいかなる導通も、必ず、第1の電流経
路を通る電流の導通に依存するからである。したがって、ある場合には、Q2が
活性化されるまでVOUTに影響がない状態で、トランジスタQ4が、トランジ
スタQ2が活性化される前にオンになるようにプログラムされていてもよい。こ
の例において、Q4を通る電流は、Q2が活性化される時までに安定してしまう
ので、Q4からのいかなる過渡現象効果も無視できる。さらに、Q2とQ4につ
いての相対的タイミングの厳密さの程度は下がるかもしれないが、結果としてタ
イミングの正確さはより高まる。
直列スイッチ構造は、従来技術の並列構造が従来達成していたものと比較して、
動作中に消費する電力がかなり少ない、ということを理解しよう。第1の電流源
と第2の電流源は、A級ドライバの要件に一致して、それぞれ常に電力を消費す
るが、電流源I1、I2からのプログラムされた電流は個別に最小限にされ、可
能な場合には、協動して組み合わせた電流を引き出すように構成されている。そ
の結果、上記の具体例について動作中に消費される全電力は、約40mA*13
V=520MWとなり、これは、従来技術の並列スイッチ構造と比較して、約3
3%の消費電力低減である。これによって、貴重な電力資源をテスタ内の他の回
路に向けることができ、それによって、全体的な電力効率が最大限になる。
おける実施によく適しており、当業者には、A級スイッチドライバの独特の構成
として理解されよう。
、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細における様々
な変更を行ってもよい、ということが理解されよう。例えば、本明細書において
は好適な実施形態としてバイポーラ技術を詳細に説明しているが、MOSタイプ
およびGaAsタイプの技術(これらに限定するものではない)を含む他のトラ
ンジスタ技術も、本発明の範囲内であるということが理解されるべきである。
ング図である。
タイミング図である。
ジック信号A、A*、およびB、B*に応答して、適切なトランジスタを活性化
および非活性化し、出力VOUTにおいて所望のトライステート波形を作成する
。図2は、トライステートの波形20を達成するトランジスタQ1〜Q4のシー
ケンス動作に関するタイミング図を示す。出力をVh(2ボルト)に設定するに
は、トランジスタQ2、Q4を非活性化し、相補ロジック信号A*、B*によっ
てQ1、Q3を活性化する。その結果、バッファ10からの電流は最小限になり
、R1の両端電圧がほとんど電圧降下を生じず、VOUTがVh(2ボルト)に
なる。ロジック信号BでQ4を活性化し、信号B*でQ3を非活性化することに
よって、第2のスイッチ16がバッファ10から、電流源12のプログラムされ
たレベルに対応する、20ミリアンペアの電流を引き出す。その結果、出力電圧
はVt(1ボルト)に降下する。出力VOUTにおいて第3の電圧レベルVlを
達成するには、Q4をオフにすると同時にQ2をオンにし、I2がR1の両端間
で40mAを引き出し、VOUTを0ボルトに降下させるようにする。同様の構
成がNagataへの米国特許第5,276,355号に開示されている。
Claims (18)
- 【請求項1】 被試験デバイスのピンに3つの信号レベルを駆動するトライ
ステート回路において、 第1の信号レベルで、前記ピンに結合するように適応された出力を有するドラ
イバと、 前記出力に結合され、プログラムされた信号に応答して、選択的に前記第1の
信号レベルを第2の信号レベルに変えるように動作可能な第1のスイッチングユ
ニットと、 該第1のスイッチに直列に接続され、第2のプログラムされた信号に応答して
、前記第1のスイッチと協動して前記第2の信号レベルを第3の信号レベルに変
えるように動作可能な第2のスイッチングユニットと、 を含むトライステート回路。 - 【請求項2】 前記ドライバは、前記第1の信号レベルを規定するプログラ
ム可能な電圧を確立するように動作可能な回路を有するバッファ増幅器を含む、
請求項1記載のトライステート回路。 - 【請求項3】 前記第1のスイッチングユニットは、第1の電流経路に沿っ
て前記ドライバから第1の所定の電流を引き出す第1の電流引き込みネットワー
クを含む、請求項1記載のトライステート回路。 - 【請求項4】 前記第1の電流引き込みネットワークは、 第1の電子スイッチと、 シンク構成で前記第1の電子スイッチに結合される第1の電流源と、 を含む、請求項3記載のトライステート回路。
- 【請求項5】 前記第1の電流源は、前記第1の電流経路に沿って前記バッ
ファから、前記出力信号レベルを第2の信号レベルに降下させる選択可能な電流
を引き出すようにプログラム可能である、請求項4記載のトライステート回路。 - 【請求項6】 前記第1の電子スイッチは、差動対として配置された1対の
バイポーラトランジスタを含む、請求項4記載のトライステート回路。 - 【請求項7】 前記第2のスイッチングユニットは、前記ドライバから第2
の所定の電流を引き出す第2の電流引き込みネットワークを含む、請求項1記載
のトライステート回路。 - 【請求項8】 前記第2の電流引き込みネットワークは、 第2の電子スイッチと、 シンク構成で前記第2の電子スイッチに結合される第2の電流源と、 を含む、請求項7記載のトライステート回路。
- 【請求項9】 前記第2の電流源は、前記第1の電流経路に沿って、前記第
1の電流と合計され前記出力信号レベルを第3の信号レベルに降下させる選択可
能な第2の電流を引き出すようにプログラム可能である、請求項8記載のトライ
ステート回路。 - 【請求項10】 前記第2の電子スイッチは、差動対として配置された1対
のバイポーラトランジスタを含む、請求項8記載のトライステート回路。 - 【請求項11】 集積回路において用いる、被試験デバイスのピンに3つの
電圧レベルを駆動するA級スイッチドライバ回路において、前記トライステート
回路は、 出力抵抗を有するバッファ増幅器を含むドライバであって、該バッファは、高
い電圧レベルを規定し前記ピンに結合するように適応された出力を有するプログ
ラム可能な電圧を生成するように動作可能な回路を有する、ドライバと、 前記出力に結合される第1のスイッチングユニットであって、第1の電流経路
を規定し、プログラムされた信号に応答して、前記第1の電流経路に沿って第1
の所定の電流を前記ドライバから引き出すことによって、選択的に前記高い電圧
レベルを中間の電圧レベルに変える、第1の電流引き込みネットワークを含む、
第1のスイッチングユニットと、 該第1のスイッチングユニットに直列に結合される第2のスイッチングユニッ
トであって、第2の電流経路を規定し、プログラムされた信号に応答して、前記
第1の電流経路に沿って、そして続く前記第2の電流経路に沿って、前記第1の
電流と合計される第2の所定の電流を前記ドライバから引き出すことによって、
選択的に前記中間の電圧レベルを変える、第2の電流引き込みネットワークを含
む、第2のスイッチングユニットと、 を含む、A級スイッチドライバ回路。 - 【請求項12】 前記第1の電流引き込みネットワークは、 バイポーラ接合トランジスタからなる第1の差動対と、 前記エミッタに結合される第1の電流源と、 を含む、請求項11記載のA級スイッチドライバ回路。
- 【請求項13】 前記第1の電流源は、前記第1の電流経路に沿って前記バ
ッファから、前記出力信号レベルを第2の信号レベルに降下させる選択可能な電
流を引き出すようにプログラム可能である、請求項12記載のA級スイッチドラ
イバ回路。 - 【請求項14】 前記第2の電流引き込みネットワークは、 バイポーラ接合トランジスタからなる第2の差動対と、 前記エミッタに結合される第2の電流源と、 を含む、請求項11記載のA級スイッチドライバ回路。
- 【請求項15】 前記第2の電流源は、前記第1の電流経路に沿って、前記
第1の電流と合計され前記出力信号レベルを第3の信号レベルに降下させる選択
可能な第2の電流を引き出すようにプログラム可能である、請求項14記載のA
級スイッチドライバ回路。 - 【請求項16】 所定のトライステート波形に従ってドライバからの出力信
号レベルを切り替えて、遷移の過渡現象を最小限にする方法であって、前記ドラ
イバは第1の信号レベルを生成する回路を有する、方法において、 前記トライステート波形の第1の状態として前記第1の信号レベルを利用する
ステップと、 第1の電流経路に沿って所定の第1の電流を前記ドライバから引き出して、前
記出力を、前記トライステート波形の第2の状態を規定する第2の信号レベルま
で低減させるステップと、 前記第1の電流経路に沿っておよび該第1の経路と直列に配置された第2の電
流経路を通じて、前記第1の電流と合計された所定の第2の電流を前記ドライバ
から引き込んで、前記出力を、前記トライステート波形の第3の状態を規定する
第3の信号レベルまで低減させるステップと、 を含む方法。 - 【請求項17】 前記第2の電流経路を非活性化して、前記出力を前記第
2の信号レベルに戻すステップをさらに含む、請求項16記載の方法。 - 【請求項18】 前記第1の電流経路を非活性化して、前記出力を前記第
1の信号レベルに戻すステップをさらに含む、請求項17記載の方法。
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