JP2017203740A - 微小電流計測装置および微小電流計測方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】微小電流計測装置10は、入力される微小電流を電圧に変換して出力する前段増幅部13と、微小電流を遮断している前段増幅部から出力される第1出力電圧が入力され、第1出力電圧に基づいて参照電圧を決定し、出力するリーク電流計測部14と、参照電圧と第1出力電圧との電圧差を増幅して出力する後段増幅部15と、参照電圧を維持して出力する状態と、参照電圧を更新し、更新した参照電圧を後段増幅部へ出力する状態とを切り替える第2の切替部12と、後段増幅部が出力する第2出力電圧と前段増幅部に入力される微小電流との関係を示す情報と、第2出力電圧とに基づき微小電流を算出する演算部16とを具備する。
【選択図】 図1
Description
また、本実施形態において使用される前および後は、信号電流の流れ方向に対する前および後を意味する。例えば、図1〜3および図7では、信号電流Iinの流れ方向は左から右であり、装置入力端子Pinがある左側が前側、装置出力端子Poutがある右側が後側となる。
図2および図3は、微小電流計測装置10(図1)の一例である第1の微小電流計測装置10Aの回路構成例(第1の回路構成例)を示した概略図であり、それぞれ、リーク電流計測時(図2)および通常計測時(図3)における回路状態を示している。
なお、図2および図3では、図の煩雑化を防ぐ観点から、図1に示される温度センサ2、計測モード判定部19および第1の比較部21を省略した第1の微小電流計測装置10Aについて説明する。
上述のように構成される第1の微小電流計測装置10A(図2)では、リーク電流計測時には、リーク電流計測モードが選択される。リーク電流計測モードでは、後段増幅部15に入力するリファレンス電圧Vrefが設定される。リファレンス電圧Vrefは、通常計測時に計測精度に影響を及ぼし得るリーク電流を補正するための補正値としての役割を担う。
[数1]
Vleak=r1×Ib …(1)
[数2]
Vref=Vleak …(2)
通常計測時には、通常計測モードが選択される。通常計測モードが選択されている場合、切替制御部17は、第1の切替部11に対して前段増幅部13の入力側の電路を閉じた閉状態(短絡)にする旨の制御信号を出力し、第2の電路の開閉状態を、リーク電流計測部14の入力側と出力側とが切り離されたリーク電流計測部入力側開放状態とする旨の制御信号を出力する。
[数3]
Vnor=r1×(Iin+Ib) …(3)
[数4]
Va_out=(Vnor−Vref)r3/r2 …(4)
[数5]
Vout=Iin×(r1×r3))/r2 …(5)
[数6]
Iin=Vout×r2/(r1×r3) …(6)
図4は、微小電流計測装置10(図1)の一例である第2の微小電流計測装置10Bの回路構成例(第2の回路構成例)を示した概略図であり、通常計測時における回路状態を示している。
図5は、微小電流計測装置10(図1)の一例である第3の微小電流計測装置10Cの回路構成例(第3の回路構成例)を示した概略図であり、通常計測時における回路状態を示している。
なお、図6および図8において示される記号丸Aおよび丸B(それぞれ、白丸の記号「○」内に、文字「A」が記載されている記号および文字「B」が記載されている記号)は、フローを結合する結合子である。
微小電流計測手順(図6)は、例えば、リファレンス電圧Vrefを決定し設定するリファレンス電圧設定工程(ステップS1)と、信号電流Iinを計測する通常計測工程(ステップS2)と、リーク電流を再計測するか否かを確認する工程(ステップS3)と、微小電流計測手順を終了するか否かを確認する工程(ステップS4)とを具備する。
Claims (15)
- 入力される微小電流を電圧に変換して出力する第1の増幅部と、
入力端を開放して前記微小電流を遮断した状態にある前記第1の増幅部から出力される第1の出力電圧が入力され、前記第1の出力電圧に基づいてリファレンス電圧を決定し、出力するリーク電流計測部と、
前記リーク電流計測部から入力される前記リファレンス電圧と、前記微小電流が入力される状態にある前記第1の増幅部から出力される前記第1の出力電圧との電圧差を増幅して出力する第2の増幅部と、
前記リーク電流計測部が予め決定した前記リファレンス電圧を維持して出力する第1の状態と、前記第1の出力電圧を前記リーク電流計測部に入力し、入力される前記第1の出力電圧に基づいて前記リファレンス電圧を新たに決定し、新たに決定したリファレンス電圧を前記第2の増幅部へ出力する第2の状態とを切り替え可能に構成される切替部と、
前記第2の増幅部が出力する第2の出力電圧と前記第1の増幅部に入力される前記微小電流との関係を示す換算情報と、前記第2の出力電圧とに基づいて前記微小電流を算出する演算部と、を具備することを特徴とする微小電流計測装置。 - 前記微小電流を計測する通常計測モードと、前記第1の増幅部で生じるリーク電流を計測し、計測結果に基づいて前記リファレンス電圧を決定して設定するリーク電流計測モードとの二つの計測モードを有しており、
選択されている計測モードが前記通常計測モードであるか前記リーク電流計測モードであるかを判定する計測モード判定部と、
前記計測モード判定部が判定した選択されている計測モードが前記通常計測モードである場合には、前記切替部の状態を前記第1の状態とする一方、選択されている計測モードが前記リーク電流計測モードである場合には、前記切替部の状態を前記第2の状態に切り替える切替制御部をさらに具備する請求項1記載の微小電流計測装置。 - 前記第1の増幅部の入力側に、前記微小電流を発生させる電流発生源と前記第1の増幅部と接続する電路を開閉する開閉部をさらに具備する請求項2記載の微小電流計測装置。
- 前記開閉部が開閉する前記電路の開閉状態を制御するスイッチ制御部をさらに具備する請求項1から3の何れか1項に記載の微小電流計測装置。
- 前記スイッチ制御部は、前記切替制御部と一体的に構成される請求項4記載の微小電流計測装置。
- 前記切替部は、前記第1の増幅部の出力先を、前記第2の増幅部の入力とする第1の経路と前記リーク電流計測部の入力とする第2の経路との何れか一方に切り替えるスイッチで構成される請求項1から5の何れか1項に記載の微小電流計測装置。
- 前記リーク電流計測部は、サンプルホールド回路で構成される請求項1から6の何れか1項に記載の微小電流計測装置。
- 前記微小電流を計測する通常計測モードと、前記第1の増幅部で生じるリーク電流を計測し、計測結果に基づいて前記リファレンス電圧を決定して設定するリーク電流計測モードとの二つの計測モードを有しており、
前記リーク電流計測部は、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するA/D変換回路と、
情報を保持可能に構成される記憶回路と、
前記リーク電流計測モードが選択されている場合に、前記第1の出力電圧の電圧値と、前記第1の出力電圧と設定するリファレンス電圧との関係を規定した情報とに従って、前記リファレンス電圧を決定する演算を実行する演算処理回路と、
入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換して出力するD/A変換回路とを備え、
前記A/D変換回路は、入力される前記第1の出力電圧を所定のタイミングでサンプリングし、アナログ信号からデジタル信号に変換して得られる前記第1の出力電圧の電圧値を前記記憶回路へ出力するように構成され、
前記記憶回路は、前記A/D変換回路から出力される前記第1の出力電圧の電圧値のうち、前記サンプリングのタイミングが直近側から設定した個数以下の個数で前記第1の出力電圧の電圧値を保持するとともに、前記通常計測モードが選択されている間は、前記演算処理回路で決定した前記リファレンス電圧を保持して前記D/A変換回路へ出力するように構成され、
前記第1の出力電圧と設定するリファレンス電圧との関係を規定した情報は、前記リファレンス電圧が前記記憶回路に保持される前記第1の出力電圧の電圧値の代表値と等しいことを示す式の情報と、前記第1の出力電圧の電圧値の代表値を導出する演算式の情報とを含んでいる請求項1から6の何れか1項に記載の微小電流計測装置。 - 前記第1の出力電圧と設定するリファレンス電圧との関係を規定した情報は、前記第1の出力電圧の電圧値の出現頻度を示す関数と、前記関数と前記リファレンス電圧との関係を規定した情報とを含み、
前記演算処理回路は、演算として、前記記憶回路に保持される前記第1の出力電圧の電圧値に基づく前記第1の出力電圧の電圧値の出現頻度分布を導出し、導出した出現頻度分布に現れる特徴量と前記関数の特徴量とを用いて前記関数と前記出現頻度分布との関係を求め、求めた前記関数と前記出現頻度分布との関係および前記関数と前記リファレンス電圧との関係から前記リファレンス電圧を求めることによって、前記リファレンス電圧を決定する請求項8記載の微小電流計測装置。 - 前記微小電流を計測する計測場所の温度を計測する温度計測手段から出力される計測結果を示す温度信号に基づいて前記計測場所の温度の変動が許容する範囲を超えているか否かを判定する比較部をさらに備え、
前記切替制御部は、前記比較部が前記計測場所の温度の変動が許容する範囲を超えていると判定した場合、前記切替部の状態を前記第2の状態に切り替えるように構成される請求項1から9の何れか1項に記載の微小電流計測装置。 - 前記演算部は、前記第2の出力電圧に基づいて前記微小電流を求める際に使用される演算用出力電圧値を算出する出力電圧算出部と、
前記換算情報を参照し、前記出力電圧算出部が決定した前記演算用出力電圧値を電流値に換算して前記微小電流の電流値を得る電流換算部と、を備える請求項1から10の何れか1項に記載の微小電流計測装置。 - 前記第1の増幅部は、抵抗素子および容量性素子の何れか一方を含み、インピーダンス値を少なくとも二つの値に変化可能な帰還インピーダンスを備える請求項1から11の何れか1項に記載の微小電流計測装置。
- 前記電流発生源は、電離箱である請求項1から12の何れか1項に記載の微小電流計測装置。
- 前記第1の増幅部、前記リーク電流計測部、前記第2の増幅部および前記演算部の少なくとも何れか一つは、リコンフィギュアラブルデバイスを用いて構成される請求項1から13の何れか1項に記載の微小電流計測装置。
- 入力される微小電流を電圧に変換して出力する第1の増幅部と、入力端を開放して前記微小電流を遮断した状態にある前記第1の増幅部から出力される第1の出力電圧が入力され、前記第1の出力電圧に基づいてリファレンス電圧を決定し、出力するリーク電流計測部と、前記リーク電流計測部から入力される前記リファレンス電圧と、前記微小電流が入力される状態にある前記第1の増幅部から出力される前記第1の出力電圧との電圧差を増幅して出力する第2の増幅部と、前記リーク電流計測部が予め決定した前記リファレンス電圧を維持して出力する第1の状態と、前記第1の出力電圧を前記リーク電流計測部に入力し、入力される前記第1の出力電圧に基づいて前記リファレンス電圧を新たに決定し、新たに決定したリファレンス電圧を前記第2の増幅部へ出力する第2の状態とを切り替え可能に構成される切替部と、前記第2の増幅部が出力する第2の出力電圧と前記第1の増幅部に入力される前記微小電流との関係を示す情報と、前記第2の出力電圧とに基づいて前記微小電流を算出する演算部と、を具備する装置を用いた前記微小電流の計測方法であって、
前記微小電流を遮断した状態にある前記第1の増幅部から出力される第1の出力電圧に基づき、前記リーク電流計測部が前記第2の増幅部へ出力する前記リファレンス電圧を決定し、設定する工程と、
前記リーク電流計測部から入力される、前記リファレンス電圧を設定する工程で設定された前記リファレンス電圧と、前記第1の増幅部に前記微小電流が入力される状態とし、前記微小電流が入力される状態にある前記第1の増幅部から出力される前記第1の出力電圧との電圧差を増幅した前記第2の出力電圧を得て、得られる前記第2の出力電圧と前記情報に基づいて前記微小電流を算出する工程とを具備することを特徴とする微小電流計測方法。
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