JP2012154921A - リーク補償された電子スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】電子スイッチの開放されたスイッチを通したリーク電流は、信号クロストークを引き起こす。
【解決手段】スイッチング用の電子回路は少なくとも４個の電子スイッチ２００のセット１００を備える。第１サブセット１１０の少なくとも２個の電子スイッチ２１０，２３０は直列接続され、第２サブセット１２０の少なくとも２個の電子スイッチ２２０，２４０は直列接続される。前記第１サブセット１１０の第１電子スイッチ２１０に接続される第１バッファ３１０、及び前記第２サブセット１２０の第２電子スイッチ２２０に接続される第２バッファ３２０を備え、前記第１バッファ３１０は開状態における前記第１電子スイッチ２１０を通した電圧降下を最小化し、前記第２バッファ３２０は開状態における前記第２電子スイッチ２２０を通した電圧降下を最小化する。また２個のサブセット１１０，１２０の間に配され、グランドに接続されたスイッチ４１０を備える。
【選択図】図１

Description

［関連する出願への相互参照］
本願は、参照としてここに組み込まれる、２０１１年１月２５日に出願された米国非仮出願１３／０１３，４８６号の出願日の利益を受ける。

本願発明は、自動試験装置（ＡＴＥ）及び他の精密測定装置に用いられる電子スイッチに関連する。

混合信号装置の試験のためのＡＴＥにおいて、高価なシステム計器資源、特に被試験装置（ＤＵＴ）の複数のピンを通じた高出力及び高精度の電圧源及び電流源を共有する要求があった。

従来のＡＴＥは、この要求を満たすために、機械式リレー又はリードリレーを用いていた。このアプローチの欠点は、リレーの寿命が限定されることである。特定の負荷におけるリレーの寿命が物理的に限定されるだけでなく、ＤＵＴには予期できない不良があるので、リレーは、そのライフサイクルの間、予期できない電圧及び電流の組み合わせに晒されることになる。従って、従来のＡＴＥにおけるリレーによるアプローチは、システム信頼性の観点から考慮すべきである。前述した信頼性に加えて、機械式リレーは動作するのに比較的長い時間が必要であった。この時間は、試験処理能力を大きく限定し、試験コストを引き上げることになる。

従って、機械式リレー又はリードリレーを電子スイッチに置き換える多くのアプローチが存在する。しかしながら、全ての公知の電子スイッチは機械式と比べてよい点ばかりとは限らない。高精度測定において、特に開放されたスイッチを通したリーク電流は、実現可能な測定精度を限定し、開放されたスイッチの大きな容量性カップリングは動的測定に影響する信号クロストークを引き起こす。

このような背景において、本発明の主な目的は、上記の課題の少なくとも１つを解決する電子スイッチを提供することである。

この課題は、本発明の自動試験装置のスイッチング用のリーク補償された電子回路により解決される。電子回路は、所望の電流を流す閉状態及び所望の電流を流さない開状態を有する少なくとも４個の電子スイッチのセットを備え、これにより、電子回路の第１サブセットはセットの少なくとも２個の電子スイッチを備え、第２サブセットはセットの少なくとも２個の残りの電子スイッチを備える。

第１サブセットの少なくとも２個の電子スイッチは直列接続で配され、そしてこれにより、第２サブセットの少なくとも２個の電子スイッチは直列接続で配される。電子回路の直列接続は、更に第１バッファ及び第２バッファを有する。第１バッファは、第１サブセットの第１電子スイッチに接続される。第２バッファは、第２サブセットの第２電子スイッチに接続され、これにより、第１バッファは開状態における第１電子スイッチを通した電圧降下を最小化し、第２バッファは開状態における第２電子スイッチを通した電圧降下を最小化する。

電子回路は更に、第１サブセット及び第２サブセットとの間に配されたグランドに接続されたスイッチ（以下、交換接続とも言う）を備え、これにより、グランドに接続されたスイッチは、動作中に、その閉状態においてグランドに接続されたスイッチを通じて電流を供給し、及び、これにより、スグランドに接続されたスイッチを介した電流は、第１サブセットの第１バッファを介した電流及び第２サブセットの第２バッファを介した電流を含む。

一般的に、交換接続は、スイッチを含む接続を介して所望の電流を流す閉状態にスイッチするため、又は、スイッチを含む接続を介して所望の電流を流さない開状態にそれぞれスイッチするために当業者に知られる如何なるスイッチを含んでよい。しかし、本発明の望ましい実施形態によると、交換接続は電子スイッチを有する。

本発明の実施形態においては、Ｔポールアーキテクチャに基づいて、信号クロストークを防ぎ、リーク電流を補償するアクティブ回路を含みつつ、過電圧に対する防御機構をも含んでよい。本発明の実施形態は、機械式リレーを直接置き換え、ＡＴＥシステムの信頼性及び試験処理能力を向上させるために用いられてよい。

本発明の実施形態において、リーク補償電子回路は、第１サブセットの第１バッファに供給する第１電力供給装置及び第２サブセットの第２バッファに供給する第２電力供給装置とを備える。

本発明の別の実施形態において、第１サブセットの第１バッファは、第１サブセットの少なくとも２個の電子スイッチの第１電子スイッチと並列に接続され、第２サブセットの第２バッファは、第２サブセットの少なくとも２個の電子スイッチの第２の電子スイッチと並列に接続される。

本発明の別の実施形態において、少なくとも４個の電子スイッチのセットは、厳密に４個の電子スイッチの直列接続であり、セットの第１サブセットはセットの厳密に２個の電子スイッチを有し、セットの第２のサブセットはセットの厳密に２個の他の電子スイッチを有する。

本発明の他の好ましい実施形態において、セットの電子スイッチの各々はトランジスタを含む。

一般的に、電子スイッチの各々は、当業者に知られる、いかなる電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含んでもよい。しかし、本発明の好ましい実施形態によると、電子スイッチの各々はＭＯＳＦＥＴを含んでよい。電子スイッチの少なくとも１つはＭＯＳＦＥＴを含んでよい。他の実施形態において、電子スイッチはＤＧＭＯＳＦＥＴ、ＦＲＥＤＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＩＧＢＴ、ＪＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、ＭＯＤＦＥＴ、ＮＯＭＦＥＴ及び／又はＯＦＥＴを含んでよい。そのような実施形態は、異なる利点を有しうる。例えば、ＦＥＴのボディダイオードの超高速回復（ターンオフ）、超高速スイッチングトランジスタ及び／又は低コスト電子回路が挙げられる。

本発明の他の実施形態において、セットの第１サブセット及び第２サブセットは直列に配される。

本発明の実施形態に即したいくつかの装置及び／又は方法は、例示により、参照される図面と共にここに記述される。

本発明の実施形態によるリーク補償されたスイッチを示す単純化された概略図を示す。 ＭＯＳＦＥＴにより実現される従来の電子スイッチを概略的に示す。 ＭＯＳＦＥＴにより実現される従来の電子スイッチの等価回路を概略的に示す。 本発明による、開状態におけるリーク補償されたスイッチのブロック図及び機能を概略的に示す。 本発明の閉状態におけるリーク補償されたスイッチのブロック図を概略的に示す。

本発明は、好ましい実施形態に基づいて記述されるが、これは本発明を例示するものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。実施形態に記載される全ての特徴及びその組み合わせは、本発明に必ずしも必須ではない。

この実施形態において、「Ａ部材がＢ部材に接続される状態」とは、部材Ａ及び部材Ｂが物理的に互いに直接接続される状態、及び、電気的な接続に影響しない他の部材を介して部材Ａ及び部材Ｂが間接的に接続される状態を指す。同様に、「部材Ｃが部材Ａ及び部材Ｂの間に配される状態」は、部材Ａ及び部材Ｂまたは部材Ｂ及び部材Ｃが互いに直接接続された状態に加えて、これらの複数の部材が電気的接続に影響しない他の部材を介して間接的に接続された状態を指す。

追って説明される実施形態は、試験装置に関連し、より具体的には被試験装置（ＤＵＴ）を試験する自動試験装置（ＡＴＥ）に関連する。

図１は、本発明の実施形態によるリーク補償されたスイッチを示す単純化された概略図を示す。

自動試験装置においてスイッチング目的でリーク補償された電子回路は、少なくとも４個の電子スイッチ２００のセット１００を備え、電子スイッチは所望の電流を流す閉状態及び所望の電流を流さない開状態を有する。これにより、第１サブセット１１０はセット１００の少なくとも２個の電子スイッチ２１０及び２３０を有し、第２サブセット１２０はセット１００の少なくとも２個の他の電子スイッチ２２０及び２４０を有し、第１サブセット１１０の少なくとも２個の電子スイッチ２１０及び２３０は直列接続に配される。

第２サブセット１２０の少なくとも２個の電子スイッチ２２０及び２４０は直列接続に配される。自動試験装置は更に第１バッファ３１０及び第２バッファ３２０と備え、第１バッファ３１０は第１サブセット１１０の第１電子スイッチ２１０に接続され、第２バッファ３２０は第２サブセット１２０の第２電子スイッチ２２０に接続される。これにより第１バッファ３１０は開状態における第１電子スイッチ２１０を通した電圧降下を最小化し、第２バッファ３２０は開状態における第２電子スイッチ２２０を通した電圧降下を最小化する。

電子回路は、更に第１サブセット１１０及び第２サブセット１２０との間に配されたグランドに接続されたスイッチ４１０を備え、これにより、グランドに接続されたスイッチ４１０は、動作中に、その閉状態においてグランドに接続されたスイッチ４１０を通じて電流を供給する。グランド接続４１０を介した電流は、第１サブセット１１０の第１バッファ３１０を介した電流及び第２サブセット１２０の第２バッファ３２０を介した電流を含む。

図２はＭＯＳＦＥＴにより実現される従来の電子スイッチを概略的に示し、図３はその電子スイッチの等価回路を概略的に示す。等価回路は、スイッチ、抵抗、及びキャパシタからなる。これら３個全ての部材は並列に接続される。

スイッチが開状態であった場合でも、並列回路上の電圧降下は電子ＭＯＳＦＥＴスイッチの抵抗部分を通してリーク電流を生じさせ、ＭＯＳＦＥＴスイッチのキャパシタ部分によりクロストークが生じることが観察されうる。

更に、電子スイッチ上の電圧降下はスイッチを通じたリーク電流を生じさせることが観察されうる。リーク電流は、電子スイッチの電圧及び温度に依存する。並列キャパシタは、電子スイッチ上にクロストークを生じさせる。

図４は、本発明による、開状態におけるリーク補償されたスイッチのブロック図を概略的に示す。リーク補償された電子スイッチは、４個の直列ＭＯＳＦＥＴスイッチ２１０、２２０、２３０及び２４０を有する。グランドに接続されたスイッチ４１０を有する公知のＴスイッチ構造１３０が中央に配される。両側において、バッファ３１０及び３２０と共にリーク補償されたスイッチが配される。

更に、図４は、本発明による、開状態における電子スイッチの機能を概略的に示す。開状態において、グランドに接続されたスイッチ４１０は閉じられており、従って、グランドに向かって所望の電流６００が流れる。４個の直列のＭＯＳＦＥＴスイッチ２１０、２２０、２３０及び２４０は各々開状態である。外部電圧はバッファ３１０及び３２０にバッファされ、最初の２個のスイッチ２１０及び２２０の間に印加される。外部電圧と内部電圧の電圧差５００は、約０Ｖである。従って、外部電圧源から電流は流れない。２番目の内部スイッチ２３０及び２４０を通したリーク電流６００は、リークバッファの電力供給からもたらされる。

図５は、本発明による、閉状態におけるリーク補償されたスイッチのブロック図を概略的に示す。閉状態において、グランドに接続されたスイッチ４１０は開き、一方で４個の直列のＭＯＳＦＥＴスイッチ２１０、２２０、２３０及び２４０の各々は閉状態となる。従って、４個の直列のＭＯＳＦＥＴスイッチを通じて所望の電流を流すことができる。閉状態において、バッファ３１０及び３２０の各々は回路に接続されない。

この記述及び図面は単に本発明の原理を表すものである。当業者が、ここに明確に記述され又は示されないが本発明の原理を具現化する、及び、その思想及び範囲内の様々なアレンジを考案しうることが理解されるだろう。更に、ここに記述される全ての例は、原則的に、読者に本発明の原理を理解することを助け、及び本発明者らが寄与する概念により技術を促進するための、単なる教育目的であることが明確に意図される。そして、全ての例は、明確に記述された例や条件に限定されることなく解釈されるものである。更に、ここに本発明の原理、側面、実施形態、及びその特定の例を記述する全ての陳述は、その均等物を包含することを意図するものである。

Claims (7)

1. 所望の電流を流す閉状態及び所望の電流を流さない開状態を有する少なくとも４個の電子スイッチのセット、第１バッファ、第２バッファ、及び、グランドに接続されたスイッチを備え、
   第１サブセットは前記セットの少なくとも２個の電子スイッチを含み、
   第２サブセットは前記セットの少なくとも２個の別の電子スイッチを含み、
   前記第１サブセットの前記少なくとも２個の電子スイッチは直列接続で配され、
   前記第２サブセットの前記少なくとも２個の電子スイッチは直列接続で配され、
   前記第１バッファは、前記第１サブセットの第１電子スイッチに接続され、
   前記第２バッファは、前記第２サブセットの第２電子スイッチに接続され、
   前記第１バッファは開状態における前記第１電子スイッチを通した電圧降下を最小化し、
   前記第２バッファは開状態における前記第２電子スイッチを通した電圧降下を最小化し、
   前記グランドに接続されたスイッチは、前記第１サブセット及び前記第２サブセットとの間に配され、
   前記グランドに接続されたスイッチは、動作中に、その閉状態において前記グランドに接続されたスイッチを通じて電流を供給し、
   前記グランドに接続されたスイッチを介した前記電流は、前記第１サブセットの前記第１バッファを介した電流及び前記第２サブセットの前記第２バッファを介した電流を含む
   自動試験装置のスイッチング用のリーク補償された電子回路。
2. 前記第１サブセットの前記第１バッファに供給する第１電力供給装置、及び
   前記第２サブセットの前記第２バッファに供給する第２電力供給装置を備える、
   請求項１に記載のリーク補償された電子回路。
3. 前記第１サブセットの前記第１バッファは、前記第１サブセットの前記少なくとも２個の電子スイッチの前記第１電子スイッチと並列に接続され、
   前記第２サブセットの前記第２バッファは、前記第２サブセットの前記少なくとも２個の電子スイッチの前記第２電子スイッチと並列に接続される、
   請求項１又は２に記載のリーク補償された電子回路。
4. 少なくとも４個の電子スイッチの前記セットは、厳密に４個の電子スイッチの直列接続であり、
   前記セットの前記第１サブセットは前記セットの厳密に２個の電子スイッチを有し、
   前記セットの前記第２サブセットは前記セットの厳密に２個の他の電子スイッチを有する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のリーク補償された電子回路。
5. 前記セットの前記電子スイッチの各々はトランジスタを含む、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のリーク補償された電子回路。
6. 前記電子スイッチの各々は、ＭＯＳＦＥＴを含む、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のリーク補償された電子回路。
7. 前記セットの前記第１サブセット及び前記セットの前記第２サブセットは直列に配される、
   請求項１から６のいずれか１項に記載のリーク補償された電子回路。

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