JP2010276346A - 任意波形発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波アナログ波形に対して優れたリニアリティ特性を有するとともに、低周波アナログ波形および直流アナログ波形にも優れたリニアリティ特性を有する任意波形発生装置を提供する。
【解決手段】デジタルデータに基づいてアナログ波形を生成するアナログ波形生成回路と、アナログ波形を増幅して出力する第１増幅回路と、第１増幅回路よりも低周波信号および直流信号のリニアリティ特性に優れた、アナログ波形を増幅して出力する第２増幅回路と、アナログ波形生成回路が生成したアナログ波形を、第１増幅回路および第２増幅回路のいずれかに選択的に入力する切替回路とを備えた任意波形発生装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、集積回路や大規模集積回路等の半導体デバイスの電気的試験を行なう半導体試験装置（ＡＴＥ：Automated Test Equipment）に係り、特に、半導体試験装置において被試験デバイスに入力する試験信号を生成する任意波形発生装置に関する。

集積回路や大規模集積回路等の半導体デバイスの製造工程において、製品の性能等の試験を行なうために半導体試験装置が用いられている。半導体試験装置では、被試験デバイス（ＤＵＴ：Device Under Test）に、あらかじめ作成されたテストパターンの波形を入力し、出力信号を期待値と比較することで試験を行なう。

被試験デバイスに入力する波形は、半導体試験装置内に備えられた任意波形発生装置によって生成する。任意波形発生装置では、ＤＡＣ（digital-to-analog converter）がテストパターンに対応したデジタルデータをアナログ波形に変換し、増幅器が増幅することで被試験デバイスに入力する波形を生成する。この際に、減衰器によるレベル調整やローパスフィルタによる高周波ノイズ除去等が行なわれる場合もある。

図５は、従来の任意波形発生装置の構成の一例を示すブロック図である。従来の任意波形発生装置６００は、高周波アナログ波形に対応できるように高周波増幅器が用いられており、本図に示すようにＤＡＣ６１０と第１高周波増幅器６２０と可変減衰器６３０とローパスフィルタ群６４０と第２高周波増幅器６５０とが接続されて構成される。

ＤＡＣ６１０は、外部の制御コンピュータ等からテストパターンに対応したデジタルデータを入力し、アナログ波形に変換して出力する。第１高周波増幅器６２０は、ＤＡＣ６１０が出力したアナログ波形を増幅する。

可変減衰器６３０は、固定減衰器（ＡＴＴ）６３２が任意の個数接続されて構成され、リレー６３１により固定減衰器６３２の切り替えを行なうことができるようになっている。ローパスフィルタ群６４０は、特性の異なるローパスフィルタ（ＬＰＦ）６４２を複数個備えて構成され、リレー６４１、リレー６４３によりローパスフィルタ６４２の切り替えを行なうことができるようになっている。

第２高周波増幅器６５０は、出力バッファあるいは信号増幅用として用いられる。第２高周波増幅器６５０にＤＣオフセット加算を行なえる機能を付加してもよい。

可変減衰器６３０において固定減衰器６３２を切り替えるリレー６３１およびローパスフィルタ群６４０においてローパスフィルタ６４２を切り替えるリレー６４１、リレー６４３は、信頼性、コスト、サイズ等のメリットを考慮して、メカニカルリレーではなく光ＭＯＳＦＥＴリレーが用いられている。また、高周波アナログ波形を正確に伝送するため、任意波形発生装置６００の内部回路は、例えば、５０Ω系で統一して構成されている。

特開２００８−１０２０６０号公報

一般に、高周波増幅器は、低周波アナログ波形および直流アナログ波形の伝送において、高精度の低周波増幅器に比べ、リニアリティ性能が劣る場合が多い。また、内部経路の切り替えに光ＭＯＳＦＥＴを用いた場合には、光ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗に起因する誤差が生じる場合がある。すなわち、光ＭＯＳＦＥＴがオンになり信号が流れると、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗により発熱する。この温度変化のため、オン抵抗が時間とともに増加していくことになる。オン抵抗の変動幅は、例えば、５０ｍΩ程度であるが、５０Ω系の内部回路では、０．１％に相当し、無視できない値となる。オン抵抗は、光ＭＯＳＦＥＴが定常状態になると安定するが、定常状態になるまで試験開始を待つとすると、半導体試験のスループットが低下することになる。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、高周波アナログ波形に対して優れたリニアリティ特性を有するとともに、低周波アナログ波形および直流アナログ波形にも優れたリニアリティ特性を有する任意波形発生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明によれば、デジタルデータに基づいてアナログ波形を生成するアナログ波形生成回路と、アナログ波形を増幅して出力する第１増幅回路と、前記第１増幅回路よりも低周波信号および直流信号のリニアリティ特性に優れた、アナログ波形を増幅して出力する第２増幅回路と、前記アナログ波形生成回路が生成したアナログ波形を、前記第１増幅回路および前記第２増幅回路のいずれかに選択的に入力する切替回路とを備えた任意波形発生装置が提供される。

この任意波形発生装置は、切替回路により、高周波アナログ波形を出力する場合には、第１増幅回路に切り替え、低周波アナログ波形あるいは直流アナログ波形を出力する場合には、第２増幅回路に切り替えることができるため、高周波アナログ波形に対して優れたリニアリティ特性を有するとともに、低周波アナログ波形および直流アナログ波形にも優れたリニアリティ特性を有することができる。

ここで、前記切替回路は、光ＭＯＳＦＥＴリレーを用いて構成し、前記第２増幅回路の入力インピーダンスは、前記第１増幅回路の入力インピーダンスよりも高くすることができる。

さらに、前記第１増幅回路は、信号レベルを減衰させる減衰器およびローパスフィルタの少なくともいずれか一方を含むようにしてもよい。また、前記第１増幅回路が出力するアナログ波形および前記第２増幅回路が出力するアナログ波形を選択的に外部に出力する切替回路をさらに備えることができる。

本発明によれば、高周波アナログ波形に対して優れたリニアリティ特性を有するとともに、低周波アナログ波形および直流アナログ波形にも優れたリニアリティ特性を有する任意波形発生装置が提供される。

本実施形態に係る任意波形発生装置の基本構成を示すブロック図である。 任意波形発生装置に含まれる各回路の具体的な構成の第１例を示すブロック図である。 任意波形発生装置に含まれる各回路の具体的な構成の第２例を示すブロック図である。 任意波形発生装置に含まれる各回路の具体的な構成の第３例を示すブロック図である。 従来の任意波形発生装置の構成の一例を示すブロック図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る任意波形発生装置の基本構成を示すブロック図である。本図に示すように任意波形発生装置１００は、アナログ波形生成回路１０と切替回路２０と高周波増幅回路３０と低周波高精度増幅回路４０と切替回路５０とを備えている。ここで、高周波増幅回路３０は、第１増幅回路として機能し、低周波高精度増幅回路４０は、第２増幅回路として機能する。

任意波形発生装置１００は、アナログ波形生成回路１０が生成するアナログ波形を、切替回路２０および切替回路５０により、高周波増幅回路３０と低周波高精度増幅回路４０とを選択的に切り替えて増幅し、外部に出力する。このため、切替回路２０と切替回路５０とは連動して経路を切り替えるようになっている。

高周波増幅回路３０は、特に高周波アナログ信号のリニアリティ特性に優れ、低周波高精度増幅回路４０は、特に低周波アナログ信号および直流アナログ信号のリニアリティ特性に優れた増幅回路である。ここで、高周波アナログ信号は、例えば、数ＭＨｚ以上のアナログ信号とし、低周波アナログ信号は、例えば、数ＭＨｚ未満のアナログ信号とすることができる。もちろん、この範囲に限られないし、両者の周波数帯域が重なっていてもよい。

ユーザは、図示しない制御装置等を操作して、切替回路２０および切替回路５０を切り替えることにより、いずれかの増幅回路を任意に用いてアナログ波形の増幅を行なうことができる。具体的には、任意波形発生装置１００から高周波アナログ波形を出力する場合には、高周波増幅回路３０側に切り替え、任意波形発生装置１００から低周波アナログ波形あるいは直流アナログ波形を出力する場合には、低周波高精度増幅回路４０側に切り替えるようにする。

このため、高周波増幅回路３０は、従来と同様に、例えば、５０Ω系とするが、低周波高精度増幅回路４０は、高周波アナログ波形の正確な伝送は要求されないため、高入力インピーダンスとすることができる。したがって、切替回路２０の抵抗による誤差の影響を小さくすることができ、低周波アナログ波形および直流アナログ波形のリニアリティ性能を高めることができる。この利点は、切替回路２０に、オン抵抗が変動する光ＭＯＳＦＥＴリレーを用いた場合に特に顕著となる。

図２は、任意波形発生装置１００に含まれる各回路の具体的な構成の第１例を示すブロック図である。本図の例では、任意波形発生装置１００ａのアナログ波形生成回路１０をＤＡＣ１１０と第１高周波増幅器１２０で構成している。ＤＡＣ１１０は、外部の制御コンピュータ等からテストパターンに対応したデジタルデータを入力し、アナログ波形に変換して出力する。第１高周波増幅器１２０は、ＤＡＣ１１０が出力したアナログ波形を増幅する。

切替回路２０および切替回路５０は、いずれも、相反的に動作する少なくとも１対の光ＭＯＳＦＥＴリレーで構成している。すなわち、本実施形態では、信頼性、コスト、サイズ等の観点からメカニカルリレーではなく、光ＭＯＳＦＥＴリレーを用いるようにしている。

ここで、高周波アナログ波形伝送時の反射損失を防ぎ、正確な伝送を可能とするために、切替回路２０および切替回路５０の分岐箇所のスタブは最小限とすることが望ましい。また、高周波アナログ波形伝送時の歪みを回避するために、光ＭＯＳＦＥＴリレーをシリーズに接続する等によりそれぞれの経路のアイソレーションを十分確保することが望ましい。

高周波増幅回路３０は、従来と同様に、可変減衰器（可変ＡＴＴ）３１０とローパスフィルタ群（ＬＰＦ群）３２０と第２高周波増幅器３３０とを接続して構成している。可変減衰器３１０は、従来と同様に、固定減衰器（ＡＴＴ）が任意の個数接続されて構成され、リレーにより任意の組合わせの固定減衰器をオンにすることで減衰量を変更することができるようになっている（図５参照）。

ローパスフィルタ群３２０も従来と同様に、特性の異なるローパスフィルタを複数個備えて構成され、リレーによりローパスフィルタの切り替えを行なうことができるようになっている（図５参照）。可変減衰器３１０とローパスフィルタ群３２０とは、省略したり、いずれか一方だけであってもよい。あるいは、さらに別の回路を付加するようにしてもよい。第２高周波増幅器３３０は、出力バッファあるいは信号増幅用として用いられる。

低周波高精度増幅回路４０は、特に低周波アナログ信号および直流信号のリニアリティ特性に優れた低周波高精度増幅器４１０を用いて構成している。低周波高精度増幅器４１０を用いることにより、任意波形発生装置１００ａは、従来の任意波形発生装置よりも直流リニアリティ性能を高くすることができる。

図３は、任意波形発生装置１００に含まれる各回路の具体的な構成の第２例を示すブロック図である。本図の例では、任意波形発生装置１００ｂにおけるアナログ波形生成回路１０、切替回路２０、高周波増幅回路３０、切替回路５０は、第１例と同様の構成である。

第２例において、低周波高精度増幅回路４０は、特に低周波アナログ信号および直流信号のリニアリティ特性に優れた低周波高精度増幅器４２０とＤＡＣ４３０を用いて構成している。低周波高精度増幅器４２０は、直流オフセット加算機能を備えており、ＤＡＣ４３０が出力する直流アナログ波形と、アナログ波形生成回路１０が出力するアナログ波形とを加算して出力する。これにより、例えば、任意波形発生装置１００ｂが出力するアナログ波形が片側の極性のみの場合には、ＤＡＣ１１０に入力するデジタル信号の全ビットを片側極性に用いることができるため出力アナログ波形の分解能を高めることができるようになる。

図４は、任意波形発生装置１００に含まれる各回路の具体的な構成の第３例を示すブロック図である。本図の例では、任意波形発生装置１００ｃにおける切替回路２０、切替回路５０は、第１例と同様の構成である。本図の例では、アナログ波形生成回路１０をＤＡＣ１１０で構成している。すなわち、第１高周波増幅器１２０を、アナログ波形生成回路１０ではなく、高周波増幅回路３０内に配置するようにしている。これにより、低周波高精度増幅器４２０側の経路が選択された場合に、低周波アナログ波形あるいは直流アナログ波形が高周波増幅器を通らないため、これらのアナログ波形のリニアリティを一層向上させることができるようになる。

低周波高精度増幅器４２０は、第１低周波高精度増幅器４４０と可変減衰器（可変ＡＴＴ）４５０とローパスフィルタ群（ＬＰＦ群）４６０と第２低周波高精度増幅器４７０とを接続して構成している。可変減衰器４５０とローパスフィルタ群４６０とは、省略したり、いずれか一方だけであってもよい。あるいは、さらに別の回路を付加するようにしてもよい。また、第１低周波高精度増幅器４４０は、第１例における第１高周波増幅器１２０の役割を担っている。

以上説明したように、本実施形態によれば、高周波アナログ波形に対して優れたリニアリティ特性を有するとともに、低周波アナログ波形および直流アナログ波形にも優れたリニアリティ特性を有する任意波形発生装置が提供される。

１０…アナログ波形生成回路
２０…切替回路
３０…高周波増幅回路
４０…低周波高精度増幅回路
５０…切替回路
１００…任意波形発生装置
１００ａ…任意波形発生装置
１００ｂ…任意波形発生装置
１００ｃ…任意波形発生装置
１１０…ＤＡＣ
１２０…高周波増幅器
３１０…可変減衰器
３２０…ローパスフィルタ群
３３０…高周波増幅器
４１０…低周波高精度増幅器
４２０…低周波高精度増幅器
４３０…ＤＡＣ
４４０…低周波高精度増幅器
４５０…可変減衰器
４６０…ローパスフィルタ群
４７０…低周波高精度増幅器
６００…任意波形発生装置
６１０…ＤＡＣ
６２０…高周波増幅器
６３０…可変減衰器
６３１…光ＭＯＳＦＥＴリレー
６３２…固定減衰器
６４０…ローパスフィルタ群
６４１…光ＭＯＳＦＥＴリレー
６４２…ローパスフィルタ
６４３…光ＭＯＳＦＥＴリレー
６５０…高周波増幅器

Claims (4)

1. デジタルデータに基づいてアナログ波形を生成するアナログ波形生成回路と、
   アナログ波形を増幅して出力する第１増幅回路と、
   前記第１増幅回路よりも低周波信号および直流信号のリニアリティ特性に優れた、アナログ波形を増幅して出力する第２増幅回路と、
   前記アナログ波形生成回路が生成したアナログ波形を、前記第１増幅回路および前記第２増幅回路のいずれかに選択的に入力する切替回路とを備えたことを特徴とする任意波形発生装置。
2. 請求項１に記載の任意波形発生装置であって、
   前記切替回路は、光ＭＯＳＦＥＴリレーを用いて構成され、
   前記第２増幅回路の入力インピーダンスは、前記第１増幅回路の入力インピーダンスよりも高いことを特徴とする任意波形発生装置。
3. 請求項１に記載の任意波形発生装置であって、
   前記第１増幅回路は、信号レベルを減衰させる減衰器およびローパスフィルタの少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする任意波形発生装置。
4. 請求項１に記載の任意波形発生装置であって、
   前記第１増幅回路が出力するアナログ波形および前記第２増幅回路が出力するアナログ波形を選択的に外部に出力する切替回路をさらに備えたことを特徴とする任意波形発生装置。