JP2008157769A - 任意波形発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】汎用ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）にて実現していた従来どおりの周波数帯域の出力が可能であり、しかも低周波帯域においては、従来より高精度（低歪み、低ノイズ、リニアリティの良い）の出力波形が得られる任意波形発生器を提供する。
【解決手段】任意波形発生器２００は、入力されるデジタルデータをアナログ波形に変換する第１のＤＡＣ２０５（汎用ＤＡＣ）と、第１のＤＡＣ２０５より高分解能のアナログ波形を出力可能な第２のＤＡＣ２１０（高分解能ＤＡＣ）とを含む。第１のＤＡＣ２０５または第２のＤＡＣ２１０はセレクタ２２０によって選択的に用いられてアナログ波形を出力する。また、制御部１１４は第１または第２のいずれか一方にのみデジタルデータを与え、他方を機能させないでおくことができ、これによって、クロストークの防止も可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば集積回路や大規模集積回路などの被試験デバイスの電気的試験を行うＩＣテスタに関し、特にＤＡＣ（Digital to Analogue Converter）を用いた任意波形発生器に関するものである。

近年、集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）の大容量化、高速化、小型化（高密度化）が進んでいる。かかる集積回路を有するデバイスでは、集積回路の高密度化に伴って、電気的機能試験も高速で複雑な工程が要求されている。このような試験を行うＩＣテスタにおいて、被試験デバイス（Device Under Test：以下「ＤＵＴ」という。）には、メモリ、大規模集積回路（ＬＳＩ：Large Scale Integration）、ＳＯＣ（System On a Chip：システムＬＳＩともよばれる）などが含まれる。なおＳＯＣとは、特定機能を実現する複数の回路を組み合わせて、１つのチップに混載したＬＳＩである。

電気的試験を行うＤＵＴに与えられる波形は、ＩＣテスタのテストヘッドに搭載された中継ボード（中継カードまたはピンエレクトロニクスとも呼ばれる）に搭載された任意波形発生モジュールによって生成される。例えば特許文献１に記載のように、任意波形発生モジュールの主たる構成要素はＤＡＣであり、ＤＡＣは、入力されるデジタルデータ（デジタルビットストリーム）を正弦波その他のアナログ波形に変換し、増幅器（オペアンプ）にて増幅して所望の波形とし、ＤＵＴに対して出力する。
特開２００４−８６６７７号公報

しかし、任意波形発生モジュールにて採用されているＤＡＣの仕様、とりわけ分解能によって、ＤＡ変換の精度（ノイズ、歪み、リニアリティなど）は決定されてしまう。本願では、４〜１６ビットの分解能を有するＤＡＣを汎用ＤＡＣと呼び、それよりビット長の長い、高分解能のＤＡＣを高分解能ＤＡＣと呼ぶ。汎用ＤＡＣでは、当然、高分解能ＤＡＣから得られるような高い分解能の出力波形は期待できない。

高分解能ＤＡＣは、オーディオ機器など、低周波出力で電気的試験が可能なＤＵＴであればよいが、高周波出力波形（数ＭＨｚ帯）が必要となる場合、応答できないという欠点がある。その点、汎用ＤＡＣは、分解能の点では高分解能ＤＡＣには劣るものの、低周波出力から高周波出力まで比較的広範な出力帯域をカバーできる。したがって、高分解能であるからと言って、汎用ＤＡＣを単純に高分解能ＤＡＣに置換することはできない。ＤＵＴの種類によっては電気的試験が不可能になってしまうからである。

汎用ＤＡＣでも、平滑フィルタとして高次数、低歪みなものを選択すれば、精度を高くすることも可能であるが、実装性、コストの面で困難がある。

また、汎用ＤＡＣより広い出力周波数帯域、典型的には１０ＭＨｚ以上の出力が可能な広帯域ＤＡＣが存在し、汎用ＤＡＣでは賄えない高周波信号が必要なＤＵＴに対応できる。しかし、かかる広帯域ＤＡＣは、通常、汎用ＤＡＣより分解能の点で劣る。

汎用ＤＡＣより高分解能かつ広帯域という理想的なＤＡＣも存在する。しかし、コストが高いし、常にこのようなあらゆる種類のＤＵＴに対応可能なＤＡＣが必要になるとは限らない。

本発明はこのような課題に鑑み、従来の汎用ＤＡＣでカバーされていた出力周波数帯域をカバーしつつ、汎用ＤＡＣの出力周波数帯域に比較して狭帯域であるが所定の低周波出力帯域で高分解能な波形を出力可能な任意波形発生器を提供することを目的とする。また本発明は、従来の汎用ＤＡＣの出力周波数帯域にてその分解能を維持しつつ、分解能では劣るものの汎用ＤＡＣより広帯域の出力周波数帯域をカバーできる任意波形発生器を提供することを目的とする。

本発明の実施形態による任意波形発生器は、上述の課題を解決するために、入力されるデジタルデータをアナログ波形に変換する第１のＤＡＣと、第１のＤＡＣより高分解能のアナログ波形を出力可能な第２のＤＡＣと、第１または第２のＤＡＣを選択してアナログ波形を出力させるセレクタと、出力されたアナログ波形を増幅する演算増幅器とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、第１のＤＡＣを選択することにより、汎用ＤＡＣにて実現していた従来どおりの出力周波数帯域での出力が可能であり、しかも低周波帯域においては、第２のＤＡＣを選択することにより、従来より高精度（低歪み、低ノイズ、リニアリティの良い）の出力波形が得られる。

また、演算増幅器が第１および第２のＤＡＣに共通であるから、実装が簡便である。

本発明による上記の任意波形発生器は、第１または第２のＤＡＣのいずれか一方にのみデジタルデータを入力する制御部をさらに含んでよく、その場合、セレクタはデジタルデータが入力されたＤＡＣを選択する。

上記の構成によれば、高集積化が図られている任意波形モジュールにおいて生じるクロストークが防止される。

また本発明による任意波形発生器は、他の代表的な構成として、入力されるデジタルデータをアナログ波形に変換する第１のＤＡＣと、第１のＤＡＣより広帯域にアナログ波形を出力可能な第３のＤＡＣと、第１または第３のＤＡＣを選択してアナログ波形を出力させるセレクタと、出力されたアナログ波形を増幅する広帯域の演算増幅器とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、第１のＤＡＣにより、汎用ＤＡＣにて実現していた従来どおりの広帯域の出力が可能であり、しかも、汎用ＤＡＣを超える高周波出力が可能である。

本発明による上記の任意波形発生器は、第１または第３のＤＡＣのいずれか一方にのみデジタルデータを入力する制御部をさらに含んでよく、その場合、セレクタはデジタルデータが入力されたＤＡＣを選択する。

上記の構成によれば、高集積化が図られている任意波形モジュールにおいて生じるクロストークが防止される。

本発明によれば、汎用ＤＡＣまたは高分解能ＤＡＣのいずれかを選択的に利用可能であるから、汎用ＤＡＣを選択した場合には、従来技術同様、直流〜数ＭＨｚの周波数帯域の波形を出力可能である。

一方、高分解能ＤＡＣを選択した場合には、１ＭＨｚ未満、典型的には数百ｋＨｚ程度の低周波帯域において、低ノイズ、低歪み、リニアリティに優れた、高精度のアナログ波形を出力可能である。

また本発明によれば、汎用ＤＡＣまたは広帯域ＤＡＣのいずれかを選択的に利用してもよく、汎用ＤＡＣを選択した場合に上述のように従来の出力周波数帯域の波形を出力可能であることはもとより、広帯域ＤＡＣを選択した場合には、汎用ＤＡＣを超える高周波出力、典型的には１０ＭＨｚ以上の出力が可能となる。

さらに本発明によれば、選択的に利用される複数のＤＡＣの出力波形を増幅する演算増幅器を共通化しているから、実装性に優れている。

次に添付図面を参照して本発明による任意波形発生器の実施形態を詳細に説明する。図中、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。また、同様の要素は同一の参照符号によって表示する。

図１は、本発明による任意波形発生器の実施形態を適用可能な、半導体試験装置の概略構成図である。図１に示す半導体試験装置１００は、本体１１０と、テストヘッド１２０とを含んで構成される。テストヘッド１２０にはパフォーマンスボード１３０が載設され、パフォーマンスボード１３０上にＤＵＴ１４０が載設される。本実施形態においては、ＤＵＴ１４０として、メモリ、ＬＳＩ（Large Scale Integration：大規模集積回路）、ＳＯＣ（System On a Chip：システムＬＳＩともよばれる）などを対象としている。

上記本体１１０は、制御コンピュータ１１２を介して設定された試験工程を遂行する制御部１１４が設けられている。上記テストヘッド１２０には、ＤＵＴ１４０の各デバイス端子に接続されるテスト端子と、テスト端子に接続され試験機能を遂行するピンモジュールを例えば３２個単位で備える中継カード１２２とが設けられる。中継カード１２２は、本体１１０からの機能試験に関する指令をテスト端子に反映する。パフォーマンスボード１３０は、テストヘッド１２０に嵌合可能であり、ＤＵＴ１４０を載設可能な構造となっていて、複数のテスト端子をＤＵＴ１４０のデバイス端子に電気的に接続する。

（第１の実施形態）
図２は本発明による任意波形発生器の実施形態を示すブロック図である。任意波形発生器２００は、図１に示した中継カード１２２と制御部１１４とで構成され、ＤＵＴ１４０に対して所望の波形を出力して、半導体試験装置１００によるＤＵＴ１４０の電気的試験を実施する。中継カード１２２は、第１のＤＡＣ２０５、第２のＤＡＣ２１０を含み、これらは、いずれも、制御部１１４から入力されるデジタルデータをアナログ波形に変換可能である。

第１のＤＡＣ２０５は、４〜１６ビットの分解能を有する、いわゆる汎用ＤＡＣである。したがって、第１のＤＡＣ２０５は、直流波形〜数ＭＨｚの交流波形という出力周波数帯域の波形を出力可能である。第１のＤＡＣ２０５から正弦波などの交流波形を出力するには、制御部１１４からのデジタルパターンデータとして、デジタルビットストリーム（疎密波）を与えればよい。第１のＤＡＣ２０５から極限の低周波である直流波形を出力するには、制御部１１４からクロックパルスを１発だけ与えればよい。クロックパルスで最初に与えたデータがずっと出力され続け、直流波形が得られる。

なお、こうしたデジタルデータは、制御コンピュータ１１２で生成されたものを制御部が中継してＤＡＣ２０５または２１０に入力することとしてよい。

一方、第２のＤＡＣ２１０は、１６ビットを超える分解能を有する高分解能ＤＡＣであり、所定の低周波の出力帯域において、第１のＤＡＣ２０５より高精度のアナログ波形を出力可能である。「所定の低周波の出力帯域」とは、１ＭＨｚ未満、典型的には数百ｋＨｚの低周波帯域を意味し、かかる低周波出力帯域にて、第２のＤＡＣ２１０は、低ノイズ、低歪み、リニアリティに優れた、高精度のアナログ波形を出力可能である。

なお、本願では、便宜上、分解能や出力帯域の高低を上述のような数値で表しているが、分解能が異なり、応答可能な出力帯域に差が生じる複数のＤＡＣを用いる限り、いかなる数値によって本発明を実施してもよい。

中継カードはまた、第１のＤＡＣ２０５または第２のＤＡＣ２１０を選択してアナログ波形を出力させるセレクタ２２０と、出力されたアナログ波形を増幅する演算増幅器２３０とを含む。セレクタ２２０は、制御部１１４からの指示信号２４０によって、第１のＤＡＣ２０５または第２のＤＡＣ２１０を選択する。第１のＤＡＣ２０５を選択すれば、従来から汎用ＤＡＣにて実現されていた周波数帯域の出力が可能である。その一方、第２のＤＡＣ２１０を選択すれば、低周波帯域において、従来より高精度（低歪み、低ノイズ、リニアリティの良い）の出力波形が得られる。

このように、本実施形態によれば、従来技術にて得られていた出力周波数帯域の波形を出力できるとともに、低周波の出力帯域において、従来より高精度の波形を出力できる。とりわけオーディオ機器など、低周波信号によって電気的試験が可能なＤＵＴの場合、より高精度の波形をＤＵＴに与えることができる。

また、演算増幅器２３０が第１および第２のＤＡＣに共通であるから、実装が簡便である。

図２に示す制御部１１４からは、第１および第２の両方のＤＡＣ２０５、２１０にデジタルデータを与えてもよいが、いずれか一方のＤＡＣにのみデジタルデータを与え、他方のＤＡＣを機能させないでおくのが望ましい。そしてセレクタ２２０はデジタルデータが与えられたいずれか一方のＤＡＣを選択するとよい。

上記のようにすることで、高集積化が図られている任意波形発生器２００において生じるクロストークが防止される。クロストークは、第１および第２のＤＡＣ２０５、２１０の両方にデジタルデータが与えられた場合に、高密度実装されたＤＡＣ２０５、２１０がコンデンサを形成して容量結合してしまうことによって生じる。ＤＡＣ２０５、２１０の両方にデジタルデータを与えられると、それぞれにてＤＡ変換が実行され、セレクタ２２０が例えば第１のＤＡＣ２０５を選択していても、第１のＤＡＣ２０５の出力信号に、セレクタ２２０が選択していない他方のＤＡＣ２１０の出力信号が載ってしまうクロストーク現象が生じてしまう。

したがって、制御部１１４がチップセレクトし、選択したいずれか一方のＤＡＣにのみデジタルデータを与えることが極めて望ましい。

（第２の実施形態）
引き続き図２を用いて本発明による任意波形発生器の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第２のＤＡＣ２１０に代えて、第３のＤＡＣ２１５を用いている。第３のＤＡＣ２１５は、第１のＤＡＣ２０５より広帯域にアナログ波形を出力可能である。これにより、汎用ＤＡＣと広帯域ＤＡＣとの切替が可能になる。ここで、広帯域ＤＡＣである第３のＤＡＣ２１５からは、１０ＭＨｚ以上の高周波出力が可能である。

このように、本実施形態によれば、従来技術にて得られていた帯域の波形を出力できるとともに、汎用ＤＡＣを超える広帯域の出力が可能である。とりわけテレビジョンや携帯電話機など、高周波信号による電気的試験を必要とするＤＵＴに、適切な高周波信号を与えることができる。

上記の汎用ＤＡＣ・広帯域ＤＡＣを切り替える実施形態においても、クロストーク防止のため、制御部１１４は、第１または第３のＤＡＣのいずれか一方にのみデジタルデータを入力し、セレクタ２２０はデジタルデータが入力されたいずれか一方のＤＡＣを選択するのがよい。

図２にて高分解能ＤＡＣ２１０を用いる場合、演算増幅器２３０を高精度出力を前提としたオペアンプとする必要がある。すなわち、帯域については１００〜２００ｋＨｚぐらいまでに対応していればよいが、きわめて低ノイズの高精度なオペアンプとする必要がある。一方、図２にて広帯域ＤＡＣ２１５を用いる場合は、演算増幅器２３０を広帯域オペアンプとすることが必要である。

なお、高分解能ＤＡＣ２１０と広帯域ＤＡＣ２１５とを併用する構成も可能ではあるが、上記のように、出力部のオペアンプに要求される仕様が異なるため、実現は今後の課題となる。

（比較例）
図３は、本発明との比較例を示す、他の任意波形発生器のブロック図である。図３の任意波形発生器３００では、図２と異なり、単一の汎用ＤＡＣ２０５が用いられている。したがって、本願発明の実施形態である図２の任意波形発生器のように、多様なＤＵＴに対応した波形を出力することができない。

一方、本発明の実施形態では、図２において高分解能ＤＡＣ２１０を利用する場合、従来の汎用ＤＡＣ２０５でカバーされていた出力周波数帯域をカバーしつつ、汎用ＤＡＣ２０５の出力周波数帯域に比較して、狭帯域であるが所定の低周波出力帯域で高分解能な波形を出力可能な任意波形発生器を提供可能である。

また本発明の実施形態では、図２において広帯域ＤＡＣ２１５を利用する場合、従来の汎用ＤＡＣの出力周波数帯域にてその分解能を維持しつつ、分解能では劣るものの汎用ＤＡＣ２０５より広帯域の出力周波数帯域をカバーできる任意波形発生器を提供可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、例えば集積回路や大規模集積回路などの被試験デバイスの電気的試験を行うＩＣテスタに関し、特にＤＡＣ（Digital to Analogue Converter）を用いた任意波形発生器に適用可能である。

本発明による任意波形発生器を適用可能な、半導体試験装置の概略構成図である。 本発明による任意波形発生器の実施形態を示すブロック図である。 本発明との比較例を示す、他の任意波形発生器のブロック図である。

符号の説明

１００ 半導体試験装置
１１４ 制御部
１２２ 中継カード
１４０ ＤＵＴ
２００ 任意波形発生器
２０５ 汎用ＤＡＣ（第１のＤＡＣ）
２１０ 高分解能ＤＡＣ（第２のＤＡＣ）
２１５ 広帯域ＤＡＣ（第３のＤＡＣ）
２２０ セレクタ
２３０ 演算増幅器

Claims (4)

1. 入力されるデジタルデータをアナログ波形に変換する第１のＤＡＣ（Digital to Analog Converter）と、
   第１のＤＡＣより高分解能のアナログ波形を出力可能な第２のＤＡＣと、
   第１または第２のＤＡＣを選択してアナログ波形を出力させるセレクタと、
   該出力されたアナログ波形を増幅する演算増幅器とを含むことを特徴とする、任意波形発生器。
2. 第１または第２のＤＡＣのいずれか一方にのみデジタルデータを入力する制御部をさらに含み、
   前記セレクタは前記デジタルデータが入力されたＤＡＣを選択することを特徴とする、請求項１に記載の任意波形発生器。
3. 入力されるデジタルデータをアナログ波形に変換する第１のＤＡＣと、
   第１のＤＡＣより広帯域のアナログ波形を出力可能な第３のＤＡＣと、
   第１または第３のＤＡＣを選択してアナログ波形を出力させるセレクタと、
   該出力されたアナログ波形を増幅する演算増幅器とを含むことを特徴とする、任意波形発生器。
4. 第１または第３のＤＡＣのいずれか一方にのみデジタルデータを入力する制御部をさらに含み、
   前記セレクタは前記デジタルデータが入力されたＤＡＣを選択することを特徴とする、請求項３に記載の任意波形発生器。

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