JP2012220399A

JP2012220399A - ４端子式測定装置

Info

Publication number: JP2012220399A
Application number: JP2011088070A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Sakata; 裕介坂田
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】コンタクトチェック及び測定を高速に行うことのできる４端子式測定器を提供する。
【解決手段】４端子式測定器１は、測定レンジに対応させた電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５の一端が、電流供給端子Ｌｃに接続されると共に差動増幅回路５の反転入力端子に接続され、電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５とペアになるように抵抗選択用のスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１５の一端が接続されており、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１５の他端が差動増幅回路５の出力端子に接続されている構成を含む電流検出部３を備え、スイッチＳＷ５，ＳＷ１１〜１５の各々が、直列接続された２つのアナログスイッチ、及びその直列接続点と基準電位との間に接続されたアナログスイッチの計３つのアナログスイッチで構成されており、オフにするときは直列接続された２つのアナログスイッチをオフに制御すると共に基準電位間に接続されたアナログスイッチをオンに制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、４端子を用いて測定対象物の電気的特性を測定すると共に、４端子のコンタクトチェック機能を有する４端子式測定器に関するものである。

測定対象物のインダクタンス、静電容量、抵抗やインピーダンスなどの電気的特性を４端子法で測定を行うＬＣＲメータ、インピーダンス測定器、抵抗測定器、静電容量測定器などの４端子式測定器が従来から知られている。例えば、特許文献１に、被測定抵抗について４端子法で測定を行うと共に、コンタクトチェック機能を有する計測装置が記載されている。この計測装置では、４端子法による測定時に、被測定抵抗に定電流源から定電流を供給している。また、コンタクトチェック時にスイッチ部をオンにして、配線（端子）にコンタクトチェック用の定電流を供給している。

また、例えば、特許文献２に、交流電圧源及び直流電圧源から測定対象体に電圧を印加して、測定対象体に流れる交流電流を電流−電圧変換回路で変換して検出するインピーダンス測定装置が記載されている。このインピーダンス測定装置の電流−電圧変換回路は、複数の電流検出抵抗の各々に、測定レンジ設定用の切換スイッチが直列接続されて構成されていて、測定対象体に流れる電流値の大小に対応させて一つの切換スイッチをオンにして、適切な電流検出抵抗が選択されるようになっている。

特開２０００−１１１５９３号公報特開２００７−１３２７７７号公報

前述したような４端子のコンタクトチェック機能を有すると共に、複数の電流検出抵抗を有する４端子式測定器１００を図５に示す。この４端子式測定器１００は、測定対象物（ＤＵＴ）９０の一端に接触させる第１の電流供給端子Ｈｃ及び第１の電圧測定端子Ｈｐと、ＤＵＴ９０の他端に接触させる第２の電流供給端子Ｌｃ及び第２の電圧測定端子Ｌｐと、電流供給端子Ｈｃ、Ｌｃを介してＤＵＴ９０に測定用の電流を供給するための電流供給部２と、電流供給端子Ｈｃ、Ｌｃに流れる電流を電圧に変換して検出する電流検出部１０３と、電圧測定端子Ｈｐ、Ｌｐ間の電圧を検出する電圧検出部４とを備えている。また、コンタクトチェック用として、第１のスイッチＳＷ１０１と、第２のスイッチＳＷ１０２と、第３のスイッチＳＷ１０３と、第４のスイッチＳＷ１０４と、第５のスイッチＳＷ１０５と、コンパレータＣｍｐ１，Ｃｍｐ２と、電流制限抵抗Ｒ２，３と、スイッチ制御部１０８とを備えている。

電流供給部２は、一例として、発振器１０が、演算増幅器Ｏｐ１、アンプＡ１、及び帰還抵抗Ｒ３１で構成されるボルテージフォロア回路の非反転入力端子に接続されたものである。発振器１０が、例えば、１２０Ｈｚ、１ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、１ＭＨｚなどの測定用の交流周波数で発振して、ボルテージフォロア回路が、測定用の交流電流を出力する。アンプＡ１には、ＤＵＴ９０に測定用の交流電流を供給可能なように、出力インピーダンスが低く電流供給能力の高いものが用いられている。アンプＡ１は基準電位を中心として測定用の交流電圧（電流）を出力する。電流供給部２は、スイッチＳＷ１０１及び出力抵抗Ｒ１を介して、電流供給端子Ｈｃに接続されている。出力抵抗Ｒ１は、電流供給部２の出力インピーダンスを規定するためのものであり、例えば出力インピーダンスが５Ωに設定されている。なお、電流供給部２としては、測定用の交流電流を出力可能な回路であれば、公知の種々の回路が使用される。

電流検出部１０３は、ＤＵＴ９０に流れる測定用の交流電流を電流−電圧変換して出力するものであり、測定レンジに対応させて選択される複数の電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５、抵抗選択用のスイッチＳＷ１１１〜ＳＷ１１５、測定用のスイッチＳＷ１２１〜１２５、差動増幅回路５、及び演算増幅器Ｏｐ３〜Ｏｐ５を備えている。また、電流検出部１０３には、スイッチＳＷ１０４及びスイッチＳＷ１０５が組み込まれている。具体的には、電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５の一端同士が、電流供給端子Ｌｃに接続されると共に差動増幅回路５の反転入力端子に第４のスイッチＳＷ１０４を介して接続されている。差動増幅回路５は、演算増幅器Ｏｐ２の出力に、出力インピーダンスが低く電流供給能力の高いアンプＡ２を接続したものである。演算増幅器Ｏｐ２の出力インピーダンスが低く電流供給能力が高い場合にはアンプＡ２は用いなくてもよい。演算増幅器Ｏｐ２は、非反転入力端子が基準電位に接続されているため、反転入力端子は基準電位に仮想接地されている。

電流検出抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５は、順に１０Ω、１００Ω、１ｋΩ、１０ｋΩ、１００ｋΩに設定されている。このように、複数の電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５を適宜切り換えて用いることで、例えばＤＵＴ９０が１０ｍΩ〜２００ＭΩの場合であってもその値を高精度に測定することが可能になる。この電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５の各他端には、電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５とペアになるように、抵抗選択用のスイッチＳＷ１１１〜ＳＷ１１５の一端が接続されている。この複数の抵抗選択用のスイッチＳＷ１１１〜ＳＷ１１５の他端同士は、差動増幅回路５の出力端子（アンプＡ２の出力端子）に接続されている。差動増幅回路５の出力端子と反転入力端子とが、スイッチＳＷ１０５を介して接続されている。さらに、電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５の一端同士は、反転入力端子と出力端子とを接続してボルテージフォロア回路とした演算増幅器Ｏｐ４の非反転入力端子に接続されている。また、電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５の各他端には、電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５とペアになるように、測定用のスイッチＳＷ１２１〜ＳＷ１２５の一端が接続されている。測定用のスイッチＳＷ１２１〜ＳＷ１２５の他端同士は、反転入力端子と出力端子とを接続してボルテージフォロア回路とした演算増幅器Ｏｐ３の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器Ｏｐ４の出力端子は演算増幅器Ｏｐ５の反転入力端子に接続され、演算増幅器Ｏｐ３の出力端子は演算増幅器Ｏｐ５の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器Ｏｐ３、Ｏｐ４は、測定すべき電圧をハイインピーダンスで受けるために用いられている。

電圧検出部４は、一例として、ボルテージフォロア回路とした演算増幅器Ｏｐ６の非反転入力端子に電圧測定端子Ｈｐが接続され、ボルテージフォロア回路とした演算増幅器Ｏｐ６の非反転入力端子に電圧測定端子Ｈｐが接続されている。演算増幅器Ｏｐ７の出力端子は演算増幅器Ｏｐ８の反転入力端子に接続され、演算増幅器Ｏｐ６の出力端子は演算増幅器Ｏｐ８の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器Ｏｐ６，Ｏｐ７は、測定すべき電圧をハイインピーダンスで受けるために用いられている。

また、コンタクトチェック用として直流電源Ｖｃｃが、電流制限抵抗Ｒ２及びスイッチＳＷ１０２を介して、電圧測定端子Ｈｐに接続されている。また、コンタクトチェック用として直流電源Ｖｃｃが、電流制限抵抗Ｒ３及びスイッチＳＷ１０３を介して、電圧測定端子Ｌｐに接続されている。コンタクトチェック用の直流電源Ｖｃｃは、回路の直流電源と供用できる。

また、電圧測定端子Ｈｐには、コンパレータＣｍｐ１の反転入力端子が接続されている。コンパレータＣｍｐ１の非反転入力端子にはコンタクトチェック用の閾値電圧が接続（入力）されている。同様に、電圧測定端子Ｌｐには、コンパレータＣｍｐ２の反転入力端子が接続されている。コンパレータＣｍｐ２の非反転入力端子にはコンタクトチェック用の閾値電圧が接続されている。

前述したスイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１０５、ＳＷ１１１〜ＳＷ１１５、ＳＷ１２１〜ＳＷ１２５は、フォトモスリレー、又は電磁リレー（メカニカルリレー）が用いられている。これらスイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１２５は、スイッチ制御部１０８によってオン（接）／オフ（断）を別個に制御される。

この４端子式測定器１００は、ＤＵＴ９０の電気的特性の測定を行う前や必要性に応じて後に、４つの端子Ｈｃ、Ｌｃ、Ｈｐ、ＬｐがＤＵＴ９０に正常に接触しているか否かの確認（コンタクトチェック）を行う。コンタクトチェックは、端子Ｈｃ、Ｈｐ側の確認と、端子Ｌｃ、Ｌｐ側の確認の２回に分けて行う。

端子Ｈｃ、Ｈｐ側のコンタクトチェックを行う場合、スイッチ制御部１０８は、スイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２、ＳＷ１０５をオンに制御すると共に、スイッチＳＷ１０３、ＳＷ１０４、ＳＷ１１１〜ＳＷ１１５、ＳＷ１２１〜ＳＷ１２５をオフに制御する。また、電流供給部２の発振器１０は停止させておく。これにより、直流電源Ｖｃｃから電流制限抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ１０２、端子Ｈｐ、Ｈｃ、出力抵抗Ｒ１、及びスイッチＳＷ１０１を通って、基準電位となっている電流供給部２の出力端子Ｘに、直流電流が流れる。端子Ｈｃ、ＨｐがＤＵＴ９０に正常に接触している場合、端子Ｈｐの電圧は閾値電圧以下になり、コンパレータＣｍｐ１は、正常であることを示すハイレベル信号を出力する。一方、端子Ｈｃ、ＨｐがＤＵＴ９０に正常に接触していない場合、つまり端子ＨｃやＨｐの接触抵抗が大きい場合や、端子ＨｃやＨｐが非接触の場合には、端子Ｈｐの電圧が正常時よりも高くなって閾値電圧を超え、コンパレータＣｍｐ１が異常信号としてローレベル信号を出力する。

端子Ｌｃ、Ｌｐ側のコンタクトチェックを行う場合、スイッチ制御部１０８は、スイッチＳＷ１０３、ＳＷ１０４、ＳＷ１０５をオンに制御すると共に、スイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２、ＳＷ１１１〜ＳＷ１１５、ＳＷ１２１〜ＳＷ１２５をオフに制御する。これにより、直流電源Ｖｃｃから電流制限抵抗Ｒ３、スイッチＳＷ１０３、端子Ｌｐ、Ｌｃ、スイッチＳＷ１０４、及びスイッチＳＷ１０５を通って、基準電位となっている差動増幅回路５の出力端子Ｙに、直流電流が流れる。端子Ｌｃ、ＬｐがＤＵＴ９０に正常に接触している場合、端子Ｌｐの電圧は閾値電圧以下になり、コンパレータＣｍｐ１は、正常であることを示すハイレベル信号を出力する。一方、端子Ｌｃ、ＬｐがＤＵＴ９０に正常に接触していない場合、端子Ｌｐの電圧が正常時よりも高くなって閾値電圧を超え、コンパレータＣｍｐ２が異常信号としてローレベル信号を出力する。なお、コンパレータＣｍｐ１，２の出力する論理が逆になるように、閾値電圧を反転入力端子側に接続してもよい。

４端子式測定器１００がＤＵＴ９０の電気的特性の測定を行う場合、スイッチ制御部１０８は、スイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０４をオン、スイッチＳＷ１０２、ＳＷ１０３、ＳＷ１０５をオフに制御すると共に、測定レンジに対応する抵抗選択用のスイッチＳＷ１１１〜ＳＷ１１５及び測定用のスイッチＳＷ１２１〜ＳＷ１２５をオンにする。例えば電流検出抵抗Ｒ１１を使用する場合、スイッチＳＷ１１１及びＳＷ１２１をオンに制御して、スイッチＳＷ１１２〜ＳＷ１１５、及びＳＷ１２２〜ＳＷ１２５をオフに制御する。これにより、ＤＵＴ９０に流れる電流が電流検出部１０３で電圧に変換されて出力されると共に、ＤＵＴ９０の両端電圧が電圧検出部４から出力される。これら電流検出部１０３及び電圧検出部４の出力を、各々アナログ／デジタル変換器（図示せず）でデジタル信号に変換し、デジタル化された電流信号及び電圧信号から測定部（図示せず）がＤＵＴ９０の電気的特性を演算する。

この４端子式測定器１００は、電子部品の電気的特性の確認や、回路基板パターンの良否の確認などに用いられるが、電子部品や回路基板等の製造検査ラインで用いられる場合、連続的に多数の電子部品等の検査を行うため、コンタクトチェック及び測定を高速に行うことが望まれている。

コンタクトチェック及び測定を高速に行うためには、前述したスイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１２５を全て、高速に作動するスイッチに換えることが考えられる。フォトモスリレーは、オン／オフの切換の動作時間が５００μｓ程度であり、電磁リレーは動作時間が数ｍｓ以上である。そのため、スイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１２５を、動作時間が数１０ｎｓ〜数１００ｎｓであるアナログスイッチに換えることが考えられる。

しかしながら、アナログスイッチは、周波数が高くなるとオフにしたときのオフアイソレーションが小さくなり、例えば周波数が２００ｋＨｚ程度で２５０ｋΩのインピーダンスになる。そのため、例えばスイッチＳＷ１１５をオンにして１００ｋΩの電流検出抵抗Ｒ１５を使用して測定を行う場合、オフにしたスイッチＳＷ１１１〜ＳＷ１１４が２５０ｋΩの抵抗として機能してしまい、これらが電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４と合わせて並列接続された形となり、全体のインピーダンスが大きく低下してしまう。このため、電流検出抵抗Ｒ１５に電流が殆ど流れなくなり、測定の精度が大幅に悪化するという問題がある。

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、コンタクトチェック及び測定を高速に行うことのできる４端子式測定器を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された４端子式測定器は、測定対象物の一端に接触させる第１の電流供給端子及び第１の電圧測定端子と、測定対象物の他端に接触させる第２の電流供給端子及び第２の電圧測定端子と、該第１及び第２の電流供給端子を介して該測定対象物に測定用の電流を供給する電流供給部と、該第１及び第２の電圧測定端子間の電圧を検出する電圧検出部と、測定レンジに対応させた複数の電流検出抵抗の一端同士が、該第２の電流供給端子に接続されると共に仮想接地されている差動増幅回路の反転入力端子に接続され、各々の該電流検出抵抗とペアになるように該複数の電流検出抵抗の他端に複数の抵抗選択用のスイッチの一端が接続されており、該複数の抵抗選択用のスイッチの他端同士が該差動増幅回路の出力端子に接続されている構成を含む電流検出部とを備える４端子式測定器が、該第１の電流供給端子から該電流供給部までの間に設けられた第１のスイッチと、コンタクトチェック用の電源から該第１の電圧測定端子までの間に設けられた第２のスイッチと、該コンタクトチェック用の電源から該第２の電圧測定端子までの間に設けられた第３のスイッチと、該複数の電流検出抵抗の一端から該反転入力端子までの間に設けられた第４のスイッチと、該差動増幅回路の出力端子及び該反転入力端子を接続する第５のスイッチと、該第１の電圧測定端子の電圧値をコンタクトチェック用の閾値と比較する第１の比較回路と、該第２の電圧測定端子の電圧値を該コンタクトチェック用の閾値と比較する第２の比較回路と、該第１の両端子のコンタクトチェック時に、該第１、該第２、及び該第５のスイッチをオンに制御すると共に、該第３、該第４、及び全ての該抵抗選択用のスイッチをオフに制御し、該第２の両端子のコンタクトチェック時に、該第３、該第４、及び該第５のスイッチをオンに制御すると共に、該第１、該第２、及び全ての該抵抗選択用のスイッチをオフに制御し、該測定対象物の電気的特性の測定時に、該第１、該第４、及び測定レンジに対応する該抵抗選択用のスイッチをオンに制御すると共に、該第２、該第３、及び測定レンジに対応しない該抵抗選択用のスイッチをオフに制御するスイッチ制御部とを備え、該第１〜該第４のスイッチが各々アナログスイッチで構成されると共に、該第５及び該複数の抵抗選択用のスイッチの各々が、直列接続された２つのアナログスイッチ、及びその直列接続点と基準電位との間に接続されたアナログスイッチの計３つのアナログスイッチで構成されており、該スイッチ制御部が、該第５、該抵抗選択用のスイッチをオンに制御するときは、該直列接続された２つのアナログスイッチをオンに制御すると共に該基準電位間に接続されたアナログスイッチをオフに制御し、該第５、該抵抗選択用のスイッチをオフに制御するときは、該直列接続された２つのアナログスイッチをオフに制御すると共に該基準電位間に接続されたアナログスイッチをオンに制御することを特徴とする。

請求項２に記載の４端子式測定器は、請求項１に記載されたもので、前記電流検出部は、前記各々の電流検出抵抗とペアになるように前記複数の電流検出抵抗の他端に接続された複数の測定用のスイッチと、該複数の測定用のスイッチの他端同士が接続されたボルテージフォロア回路とを備え、該測定用のスイッチの各々が、直列接続された２つのアナログスイッチ、及びその直列接続点と基準電位との間に接続されたアナログスイッチの計３つのアナログスイッチで構成されており、前記スイッチ制御部が、該測定用のスイッチをオンに制御するときは、該直列接続された２つのアナログスイッチをオンに制御すると共に該基準電位間に接続されたアナログスイッチをオフに制御し、該測定用のスイッチをオフに制御するときは、該直列接続された２つのアナログスイッチをオフに制御すると共に該基準電位間に接続されたアナログスイッチをオンに制御することを特徴とする。

本発明の４端子式測定器によれば、コンタクトチェック時や測定時に切り換えるスイッチを全てアナログスイッチとし、アナログスイッチの小さなオフアイソレーションの影響を受ける部分には、直列接続された２つのアナログスイッチ、及びその直列接続点と基準電位との間に接続されたアナログスイッチの計３つのアナログスイッチを用いることでその影響を無くしたので、測定の精度を悪化させることなく、コンタクトチェック及び測定を高速に行うことができる。用いるアナログスイッチの数は多くなるが、フォトモスリレーや電磁リレーと比べてアナログスイッチは遥かに安価であるので、全体的なコストを安価にすることができる。

本発明を適用する４端子式測定器１の構成を示すブロック図である。図１中の電流検出部３を示すブロック図である。図２中のスイッチＳＷ５，１１〜１５，２１〜２５のオン／オフの状態を説明する等価回路図である。電流検出部３の変形例を示すブロック図である。従来の４端子式測定器１００の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

本発明の４端子式測定器１について図１〜３を参照して説明する。なお、図５に示した４端子式測定器１００と同様の構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

まず、図５に示す４端子式測定器１００と図１に示す４端子式測定器１との違いを説明すると、４端子式測定器１００では、電流検出部１０３、スイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２、ＳＷ１０３、及びスイッチ制御部１０８を用いていたのに対し、これらに換えて４端子式測定器１では、電流検出部３、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２、第３のスイッチＳＷ３、及びスイッチ制御部８を用いている。４端子式測定器１の電流検出部３を図２に示す。図５に示す電流検出部１０３と図２に示す電流検出部３との違いを説明すると、電流検出部１０３では、スイッチＳＷ１０４、ＳＷ１０５、抵抗選択用のＳＷ１１１〜ＳＷ１１５、測定用のＳＷ１２１〜ＳＷ１２５を用いていたのに対し、これらに換えて電流検出部３では、第４のスイッチＳＷ４、第５のスイッチＳＷ５、抵抗選択用のＳＷ１１〜ＳＷ１５、測定用のＳＷ２１〜ＳＷ２５を用いている。他の構成については４端子式測定器１００と４端子式測定器１とは同様である。

スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、各々アナログスイッチである。また、スイッチＳＷ５、ＳＷ１１〜ＳＷ１５、ＳＷ２１〜ＳＷ２５の各々は、図２に示すように直列接続された２つのアナログスイッチ、及びその直列接続点と基準電位との間に接続されたアナログスイッチの計３つのアナログスイッチで構成されている。アナログスイッチは、トランスミッションゲートやＣＭＯＳスイッチとも呼ばれ、その基本回路はＰ型電界効果トランジスタ及びＮ型電界効果トランジスタ（共に図示せず）のソースとソース、ドレインとドレインとをそれぞれ接続したものであり、ゲートに与えられる電圧によりソースからドレインにアナログ信号を伝達したり、遮断したりするスイッチ素子である。アナログスイッチとしては、各社から多種販売されているものの中から適宜選択して用いることができるが、切換えの動作時間の短いものを用いることが好ましい。

スイッチ制御部８は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５、ＳＷ１１〜ＳＷ１５、ＳＷ２１〜ＳＷ２５の各々のオン／オフの制御を別個に行う。スイッチＳＷ５、ＳＷ１１〜ＳＷ１５、ＳＷ２１〜ＳＷ２５については、スイッチ制御部８は、オンに制御するときは、図３（ａ）に示すように、直列接続された２つのアナログスイッチＡＳＷ１及びＡＳＷ２をオンに制御すると共に、直列接続点と基準電位との間に接続されたアナログスイッチＡＳＷ３をオフに制御する。また、オフに制御するときは、スイッチ制御部８は、図３（ｂ）に示すように、アナログスイッチＡＳＷ１及びＡＳＷ２をオフに制御すると共に、アナログスイッチＡＳＷ３をオンに制御する。スイッチ制御部８は、例えば、ＣＰＵ及びプログラムを記憶したメモリ等で構成されている。

次に、４端子式測定器１の動作について説明する。

端子Ｈｃ、Ｈｐ側のコンタクトチェックを行う場合、スイッチ制御部８は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ５をオンに制御すると共に、スイッチＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ１１〜ＳＷ１５、ＳＷ２１〜ＳＷ２５をオフに制御する。各スイッチＳＷ１〜ＳＷ２５はアナログスイッチであるので、短時間でオン／オフが切り換わる。端子Ｈｃ、ＨｐがＤＵＴ９０に正常に接触している場合、端子Ｈｐの電圧は閾値電圧以下になり、コンパレータＣｍｐ１は、正常であることを示すハイレベル信号を出力する。一方、端子Ｈｃ、ＨｐがＤＵＴ９０に正常に接触していない場合、端子Ｈｐの電圧が正常時よりも高くなって閾値電圧を超え、コンパレータＣｍｐ１が異常信号としてローレベル信号を出力する。

端子Ｌｃ、Ｌｐ側のコンタクトチェックを行う場合、スイッチ制御部８は、スイッチＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５をオンに制御すると共に、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ１１〜ＳＷ１５、ＳＷ２１〜ＳＷ２５をオフに制御する。この場合においても、各スイッチＳＷ１〜２５はアナログスイッチであるので、短時間でオン／オフが切り換わる。端子Ｌｃ、ＬｐがＤＵＴ９０に正常に接触している場合、端子Ｌｐの電圧は閾値電圧以下になり、コンパレータＣｍｐ１は、正常であることを示すハイレベル信号を出力する。一方、端子Ｌｃ、ＬｐがＤＵＴ９０に正常に接触していない場合、端子Ｌｐの電圧が正常時よりも高くなって閾値電圧を超え、コンパレータＣｍｐ２が異常信号としてローレベル信号を出力する。

４端子式測定器１がＤＵＴ９０の電気的特性の測定を行う場合、スイッチ制御部８は、スイッチＳＷ１、ＳＷ４をオン、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５をオフに制御すると共に、抵抗選択用のスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１５及び測定用のスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２５の中の測定レンジに対応する一組みをオンに制御し、他の組をオフに制御する。この場合においても、各スイッチＳＷ１〜２５はアナログスイッチであるので、短時間でオン／オフが切り換わる。

測定レンジに対応して例えば電流検出抵抗Ｒ１５を使用する場合、スイッチ制御部８は、スイッチＳＷ１５及びＳＷ２５をオンに制御して、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４、ＳＷ２１〜ＳＷ２４をオフに制御する。オフに制御されたスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４は、図３（ｂ）に示すように、直列接続されたアナログスイッチＡＳＷ１，２の直列接続点が、オンに制御されたアナログスイッチＡＳＷ３によって基準電位になる。同様に、オフに制御されたスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４は、図３（ｂ）に示すように、直列接続されたアナログスイッチＡＳＷ１，２の直列接続点が、オンに制御されたアナログスイッチＡＳＷ３によって基準電位になる。図２に示すスイッチＳＷ４はオンであるので、電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４の端子Ｌｃ側は、演算増幅器Ｏｐ２の反転入力端子に接続されて、基準電位（仮想接地）になっている。したがって、アナログスイッチＡＳＷ１，２のオフインピーダンスが例えば２５０ｋΩであったとしても、電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４に電流が流れない。同様に、スイッチＳＷ５にも電流が流れない。つまり、電流検出抵抗Ｒ１５だけに電流が流れ、オフにされているスイッチＳＷ５、ＳＷ１１〜ＳＷ１４、ＳＷ２１〜２４や電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４は測定に影響を与えないので、ＤＵＴ９０に流れる電流を正確に測定することができる。

電流検出部３が、ＤＵＴ９０に流れる電流を電圧に変換して出力し、電圧検出部４が、ＤＵＴ９０の両端電圧を出力する。これら電流検出部３及び電圧検出部４の出力を、各々アナログ／デジタル変換器（図示せず）でデジタル信号に変換し、デジタル化された電流信号及び電圧信号から測定部（図示せず）がＤＵＴ９０の電気的特性を演算する。

なお、４端子式測定器１は、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１５のオン抵抗の影響を受けることなくＤＵＴ９０に流れる電流を正確に測定するために、電流検出抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５の両端電圧をスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２５、演算増幅器Ｏｐ３〜Ｏｐ５を介して検出しているが、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１５のオン抵抗が無視できるほど小さい場合には、電流測定部３を、図４に示すように電流測定部３ａのように簡略化してもよい。電流測定部３ａは、電流測定部３からスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２５、演算増幅器Ｏｐ３〜Ｏｐ５を削除したものである。

１は４端子測定器、２は電流供給部、３・３ａは電流検出部、４は電圧検出部、５は差動増幅回路、８はスイッチ制御部、１０は発振器、９０は測定対象物（ＤＵＴ）、１００は４端子測定器、１０３は電流検出部、１０８はスイッチ制御部、Ａ１・Ａ２はアンプ、ＡＳＷ１〜ＡＳＷ３はアナログスイッチ、Ｃｍｐ１・Ｃｍｐ２はコンパレータ、Ｈｃはハイ側（第１）の電流供給端子、Ｈｐはハイ側（第１）の電圧測定端子、Ｌｃはロー側（第２）の電流供給端子、Ｌｐはロー側（第２）の電圧測定端子、Ｏｐ１〜Ｏｐ８は演算増幅器、Ｒ１は出力抵抗、Ｒ２・Ｒ３は電流制限抵抗、Ｒ３１は帰還抵抗、Ｒ１１〜Ｒ１５は電流検出抵抗、ＳＷ１は第１のスイッチ、ＳＷ２は第２のスイッチ、ＳＷ３は第３のスイッチ、ＳＷ４は第４のスイッチ、ＳＷ５は第５のスイッチ、ＳＷ１１〜ＳＷ１５は抵抗選択用のスイッチ、ＳＷ２１〜ＳＷ２５は測定用のスイッチ、ＳＷ１０１〜ＳＷ１０５はスイッチ、ＳＷ１１１〜ＳＷ１１５は抵抗選択用のスイッチ、ＳＷ１２１〜ＳＷ１２５は測定用のスイッチ、Ｖｃｃはコンタクトチェック用の直流電源、Ｘは電流供給部２の出力端子、Ｙは差動増幅回路５の出力端子である。

Claims

測定対象物の一端に接触させる第１の電流供給端子及び第１の電圧測定端子と、
測定対象物の他端に接触させる第２の電流供給端子及び第２の電圧測定端子と、
該第１及び第２の電流供給端子を介して該測定対象物に測定用の電流を供給する電流供給部と、
該第１及び第２の電圧測定端子間の電圧を検出する電圧検出部と、
測定レンジに対応させた複数の電流検出抵抗の一端同士が、該第２の電流供給端子に接続されると共に仮想接地されている差動増幅回路の反転入力端子に接続され、各々の該電流検出抵抗とペアになるように該複数の電流検出抵抗の他端に複数の抵抗選択用のスイッチの一端が接続されており、該複数の抵抗選択用のスイッチの他端同士が該差動増幅回路の出力端子に接続されている構成を含む電流検出部とを備える４端子式測定器が、
該第１の電流供給端子から該電流供給部までの間に設けられた第１のスイッチと、
コンタクトチェック用の電源から該第１の電圧測定端子までの間に設けられた第２のスイッチと、
該コンタクトチェック用の電源から該第２の電圧測定端子までの間に設けられた第３のスイッチと、
該複数の電流検出抵抗の一端から該反転入力端子までの間に設けられた第４のスイッチと、
該差動増幅回路の出力端子及び該反転入力端子を接続する第５のスイッチと、
該第１の電圧測定端子の電圧値をコンタクトチェック用の閾値と比較する第１の比較回路と、
該第２の電圧測定端子の電圧値を該コンタクトチェック用の閾値と比較する第２の比較回路と、
該第１の両端子のコンタクトチェック時に、該第１、該第２、及び該第５のスイッチをオンに制御すると共に、該第３、該第４、及び全ての該抵抗選択用のスイッチをオフに制御し、該第２の両端子のコンタクトチェック時に、該第３、該第４、及び該第５のスイッチをオンに制御すると共に、該第１、該第２、及び全ての該抵抗選択用のスイッチをオフに制御し、該測定対象物の電気的特性の測定時に、該第１、該第４、及び測定レンジに対応する該抵抗選択用のスイッチをオンに制御すると共に、該第２、該第３、及び測定レンジに対応しない該抵抗選択用のスイッチをオフに制御するスイッチ制御部とを備え、
該第１〜該第４のスイッチが各々アナログスイッチで構成されると共に、該第５及び該複数の抵抗選択用のスイッチの各々が、直列接続された２つのアナログスイッチ、及びその直列接続点と基準電位との間に接続されたアナログスイッチの計３つのアナログスイッチで構成されており、
該スイッチ制御部が、該第５、該抵抗選択用のスイッチをオンに制御するときは、該直列接続された２つのアナログスイッチをオンに制御すると共に該基準電位間に接続されたアナログスイッチをオフに制御し、該第５、該抵抗選択用のスイッチをオフに制御するときは、該直列接続された２つのアナログスイッチをオフに制御すると共に該基準電位間に接続されたアナログスイッチをオンに制御することを特徴とする４端子式測定器。
前記電流検出部は、前記各々の電流検出抵抗とペアになるように前記複数の電流検出抵抗の他端に接続された複数の測定用のスイッチと、該複数の測定用のスイッチの他端同士が接続されたボルテージフォロア回路とを備え、該測定用のスイッチの各々が、直列接続された２つのアナログスイッチ、及びその直列接続点と基準電位との間に接続されたアナログスイッチの計３つのアナログスイッチで構成されており、
前記スイッチ制御部が、該測定用のスイッチをオンに制御するときは、該直列接続された２つのアナログスイッチをオンに制御すると共に該基準電位間に接続されたアナログスイッチをオフに制御し、該測定用のスイッチをオフに制御するときは、該直列接続された２つのアナログスイッチをオフに制御すると共に該基準電位間に接続されたアナログスイッチをオンに制御することを特徴とする請求項１に記載の４端子式測定器。