JP2023147059A

JP2023147059A - 調整装置、調整方法、及びプログラム

Info

Publication number: JP2023147059A
Application number: JP2022054602A
Authority: JP
Inventors: 大輔平野; Daisuke Hirano
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2022-03-29
Filing date: 2022-03-29
Publication date: 2023-10-12

Abstract

【課題】被調整回路の調整時間を短縮することにより、検査コストを低減することができる技術を提供する。【解決手段】本開示の調整装置１００は、可変電圧源１１１、可変電圧源１１１に対して直列に接続されるフィルタ抵抗１１２、並びに可変電圧源１１１及びフィルタ抵抗１１２に対して並列に接続されるフィルタ容量１１３を含む被調整回路１１０と、可変電圧源１１１のインピーダンスとフィルタ抵抗１１２のインピーダンスとの合計値よりもインピーダンスが小さく、且つ所望の電圧値の電圧が印加される外部電源１２０と、被調整回路１１０と外部電源１２０との間の電流の少なくとも向きを検出する検出回路１３０と、フィルタ容量１１３の充電完了後に、当該電流の少なくとも向きに基づいて、可変電圧源１１１の出力電圧を調整する調整システム１４０と、を備える。【選択図】図３

Description

本開示は、調整装置、調整方法、及びプログラムに関する。

高精度な温度測定が要求されるアナログ・フロント・エンドでは、リファレンス電圧を高精度に調整することが必要となる。従来のシステムでは、出力電圧が測定され、当該出力電圧が所与の固定値となるような調整が実行される。

例えば、特許文献１には、スイッチ回路が、電源投入時に、またリファレンス電圧のトリミング動作中に、電圧フォロワを選択することにより、リファレンス電圧のトリミング動作中にリファレンス電圧の電圧低下による誤差を低減すると共に、半導体集積回路の電源投入時にリファレンス電圧の高速な立ち上がりを実現するための半導体リーク電流検出器が開示されている。

特開２００７－１７２７６６号公報

従来技術では、例えば可変電圧源又はトリミングを必要とするリファレンス電圧源等、調整を必要とする電圧源においては、出力インピーダンスが高かったり、或いは負荷容量が大きかったりする場合に、調整時間が長くなり、検査コスト、ひいては製造コストが大きくなるという問題がある。

そこで、本開示は、被調整回路の調整時間を短縮することにより、検査コスト、ひいては製造コストを低減することができる技術を提供することを目的とする。

幾つかの実施形態に係る調整装置は、可変電圧源、前記可変電圧源に対して直列に接続されるフィルタ抵抗、並びに前記可変電圧源及び前記フィルタ抵抗に対して並列に接続されるフィルタ容量を含む被調整回路と、前記可変電圧源のインピーダンスと前記フィルタ抵抗のインピーダンスとの合計値よりもインピーダンスが小さく、且つ所望の電圧値の電圧が印加される外部電源と、前記被調整回路と前記外部電源との間の電流の少なくとも向きを検出する検出回路と、前記フィルタ容量の充電完了後に、前記電流の前記少なくとも向きに基づいて、前記可変電圧源の出力電圧を調整する調整システムと、を備える。これにより、前記被調整回路の調整時間を短縮することにより、検査コスト、ひいては製造コストを低減することができる。

一実施形態において、前記検出回路は、電流検出器の検出回路であって、前記調整システムは、前記電流検出器によって検出された前記電流の大きさ及び向きに基づいて、前記出力電圧を調整してもよい。これにより、前記調整装置の製造コストを低減することができる。

一実施形態において、前記検出回路は、抵抗及びコンパレータを含んでもよい。これにより、前記調整装置の製造コストを低減することができる。

幾つかの実施形態に係る調整方法は、可変電圧源、前記可変電圧源に対して直列に接続されるフィルタ抵抗、並びに前記可変電圧源及び前記フィルタ抵抗に対して並列に接続されるフィルタ容量を含む被調整回路と、前記可変電圧源のインピーダンスと前記フィルタ抵抗のインピーダンスとの合計値よりもインピーダンスが小さい外部電源と、を含む調整回路を用いて実行される、前記被調整回路の出力電圧の調整方法であって、前記外部電源に所望の電圧値の電圧を印加すること、前記フィルタ容量を充電すること、前記フィルタ容量の充電完了後に、前記外部電源と前記被調整回路との間の電流の少なくとも向きを検出すること、及び前記電流の前記少なくとも向きに基づいて、前記可変電圧源の出力電圧を調整することを含む。これにより、前記被調整回路の調整時間を短縮することにより、検査コスト、ひいては製造コストを低減することができる。

一実施形態において、前記フィルタ容量の充電は１回のみであってもよい。これにより、前記可変電圧源の調整に必要な時間も大幅に低減することができる。

幾つかの実施形態に係るプログラムは、可変電圧源、前記可変電圧源に対して直列に接続されるフィルタ抵抗、並びに前記可変電圧源及び前記フィルタ抵抗に対して並列に接続されるフィルタ容量を含む被調整回路と、前記可変電圧源のインピーダンスと前記フィルタ抵抗のインピーダンスとの合計値よりもインピーダンスが小さい外部電源と、を含む調整回路を用いて、コンピュータに、前記フィルタ容量の充電完了後に、前記外部電源と前記被調整回路との間の電流の少なくとも向きに基づいて、前記可変電圧源の出力電圧を調整することを実行させる。これにより、前記被調整回路の調整時間を短縮することにより、検査コスト、ひいては製造コストを低減することができる。

本開示によれば、被調整回路の調整時間を短縮することにより、検査コスト、ひいては製造コストを低減することができる技術を提供することができる。

比較例に係る調整装置の概略構成を示す図である。図１に示される調整システムの概略構成を示す図である。本開示の一実施形態に係る調整装置の概略構成を示す図である。図３に示される調整システムの概略構成を示す図である。図３に示される調整装置の動作を説明する図である。本開示の一変形例に係る調整装置の概略構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。各図において、同一符号は、同一又は同等の構成要素を示す。

図１に示されるように、比較例に係る調整装置３００は、製品基板３１０と、電圧計３２０と、調整システム３３０と、を備える。

製品基板３１０は、リファレンス電圧源３１１、調整回路３１２、及びフィルタ抵抗３１３を含むＩＣ（集積回路）３１４と、フィルタ容量３１５と、を含む。

電圧計３２０は、リファレンス電圧源３１１の電圧値を読み取ることが可能な汎用的な電圧計である。

調整システム３３０は、図２に示されるように、電圧読取部３３１と、比較部３３２と、調整値演算部３３３と、調整値送信部３３４と、を含む。

電圧読取部３３１は、タイマー等を用いて所定の時間が経過したことを検知すると、電圧計３２０を介してリファレンス電圧源３１１の電圧値を読み取り、比較部３３２に送信する。なお、所定の時間は、フィルタ抵抗３１３とフィルタ容量３１５とによる時定数から算出されるフィルタ容量３１５の充電に必要な時間に基づいて、調整装置３００のユーザ等により適宜設定可能である。例えば、所定の時間は、フィルタ容量３１５の充電に必要な時間と上記時定数のばらつきとを合計した時間であってもよい。

比較部３３２は、電圧読取部３３１から受信したリファレンス電圧源３１１の電圧値を所望の電圧値と比較し、比較結果を調整値演算部３３３に送信する。

調整値演算部３３３は、比較部３３２から受信した比較結果に基づいて、リファレンス電圧源３１１に印加すべき電圧値（すなわち、調整後の電圧値）を算出し、算出した電圧値を調整値送信部３３４に送信する。

調整値送信部３３４は、調整値演算部３３３から受信した電圧値を示す信号をリファレンス電圧源３１１に送信する。これにより、リファレンス電圧源３１１の出力電圧が調整後の電圧値となる。

なお、調整システム３３０は、調整システム３３０の各部を制御しながら、調整システム３３０の動作に関わる処理を実行するプロセッサと、調整システム３３０の動作に用いられる各種情報が記憶されるメモリとを含む。当該プロセッサは、ＣＰＵ等の汎用的な集積回路によって構成される。当該メモリは、半導体メモリ等によって構成される。

以上述べたとおり、比較例に係る調整装置３００では、電圧値の測定に基づいて製品基板等の被調整回路の調整が行われるため、被調整回路の容量及び電圧測定器の容量等で遅延が発生し、被調整回路の調整に時間がかかり、検査コスト、ひいては製造コストが大きくなるという問題がある。

そこで、本開示は、被調整回路の調整時間を短縮することにより、検査コスト、ひいては製造コストを低減することができる技術について説明する。

（調整装置）
図３に示されるように、本開示の一実施形態に係る調整装置１００は、被調整回路１１０と、外部電源１２０と、被調整回路１１０と外部電源１２０との間の電流の大きさ及び向きを検出する電流検出器１３０と、調整システム１４０と、を備える。

被調整回路１１０は、可変電圧源１１１、可変電圧源１１１に対して直列に接続されるフィルタ抵抗１１２、並びに可変電圧源１１１及びフィルタ抵抗１１２に対して並列に接続されるフィルタ容量１１３を含む。可変電圧源１１１及びフィルタ容量１１３は、それぞれ接地される。以下、可変電圧源１１１の出力電圧の電圧値をＶ_ｔｒｉｍと表記し、フィルタ抵抗１１２の抵抗値をＲと表記し、フィルタ容量１１３のキャパシタンスをＣと表記する。

外部電源１２０は、可変電圧源１１１のインピーダンスとフィルタ抵抗１１２のインピーダンスとの合計値よりもインピーダンスが小さい任意の外部電源であり、所望の電圧値（調整目標値）の電圧が印加される。なお、外部電源１２０のインピーダンスと電流検出器１３０のインピーダンスとの合計値が可変電圧源１１１のインピーダンスとフィルタ抵抗１１２のインピーダンスとの合計値よりも１/１０以下であれば、フィルタ容量１１３の充電時間が１/１０以下になり、検査コストが１/１０以下となる。ただし、本開示はこれに限られず、外部電源１２０のインピーダンスと電流検出器１３０のインピーダンスとの合計値は、可変電圧源１１１のインピーダンスとフィルタ抵抗１１２のインピーダンスとの合計値の１/２等であってもよい。外部電源１２０は、プログラマブル電圧源等の汎用的な電源であってもよい。以下、外部電源１２０に印加される電圧の値をＶ_ｔａｒｇと表記する。

電流検出器１３０は、外部電源１２０に対して直列に接続され、且つ被調整回路１１０に任意の調整端子１５０を介して接続される。以下、電流検出器１３０によって検出される電流をＩ_ｍｏｎと表記する。ここで、Ｉ_ｍｏｎの絶対値は、外部電源１２０と被調整回路１１０との間の電流の大きさを示し、Ｉ_ｍｏｎの正負は、外部電源１２０と被調整回路１１０との間の電流の向きを示す。なお、電流検出器１３０の被調整回路１１０側端子から外部電源１２０側端子に電流が流れる場合を「負」と定義し、その逆を「正」と定義する。

調整システム１４０は、フィルタ容量１１３の充電完了後に、電流検出器１３０によって検出された電流Ｉ_ｍｏｎの大きさ及び向きに基づいて、可変電圧源１１１の出力電圧の電圧値Ｖ_ｔｒｉｍを調整する。ここで、調整システム１４０は、図４に示されるように、電流読取部１４１と、比較部１４２と、調整値演算部１４３と、調整値送信部１４４と、を含んでもよい。

電流読取部１４１は、タイマー等を用いて、外部電源１２０に電圧が印加されてから所定の時間が経過したことを検知すると、電流検出器１３０によって検出された電流Ｉ_ｍｏｎの大きさ及び向きを読み取り、読み取った電流Ｉ_ｍｏｎを比較部１４２に送信する。なお、所定の時間は、フィルタ抵抗１１２とフィルタ容量１１３とによる時定数から算出されるフィルタ容量１１３の充電に必要な時間に基づいて、調整装置１００のユーザ等により適宜設定可能である。例えば、所定の時間は、フィルタ容量１１３の充電に必要な時間と上記時定数のばらつきとを合計した時間であってもよい。

比較部１４２は、電流読取部１４１から受信した電流Ｉ_ｍｏｎを比較基準（例えば０Ａ）と比べ、比較結果を調整値演算部１４３に送信する。ここで、比較結果は、Ｉ_ｍｏｎの絶対値とＩ_ｍｏｎの正負（すなわち、電流の向き）とを含んでもよい。

調整値演算部１４３は、比較部１４２から受信した比較結果に基づいて、可変電圧源１１１の出力電圧の電圧値（すなわち、調整後の電圧値）を算出し、算出した電圧値を調整値送信部１４４に送信する。

ここで、Ｉ_ｍｏｎ＝（Ｖ_ｔａｒｇ－Ｖ_ｔｒｉｍ）/Ｒという関係が近似的に成立する。したがって、Ｉ_ｍｏｎ＞０Ａの場合、Ｖ_ｔａｒｇ＞Ｖ_ｔｒｉｍを示しており、可変電圧源１１１の出力電圧の電圧値をＶ_ｔｒｉｍ＋Ｒ×Ｉ_ｍｏｎ（正）に調整すべきであること、すなわち、現在の出力電圧の電圧値Ｖ_ｔｒｉｍにＲ×Ｉ_ｍｏｎ分の電圧値を加える必要があることがわかる。また、Ｉ_ｍｏｎ＜０Ａの場合、Ｖ_ｔａｒｇ＜Ｖ_ｔｒｉｍを示しており、可変電圧源１１１の出力電圧の電圧値をＶ_ｔｒｉｍ＋Ｒ×Ｉ_ｍｏｎ（負）に調整すべきであること、すなわち、現在の出力電圧の電圧値Ｖ_ｔｒｉｍから｜Ｒ×Ｉ_ｍｏｎ｜分の電圧値を下げる必要があることがわかる。また、Ｉ_ｍｏｎ＝０Ａの場合、Ｖ_ｔａｒｇ＝Ｖ_ｔｒｉｍを示しており、調整が完了したことがわかる。なお、本実施形態における「０」とは、数学的に厳密な０を意味するものではない。

調整値送信部１４４は、調整値演算部１４３から受信した電圧値を示す信号を可変電圧源１１１に送信する。これにより、可変電圧源１１１の出力電圧が調整後の電圧値となる。

なお、調整システム１４０は、調整システム１４０の各部を制御しながら、調整システム１４０の動作に関わる処理を実行するプロセッサと、調整システム１４０の動作に用いられる各種情報が記憶されるメモリとを含んでもよい。当該プロセッサは、ＣＰＵ等の汎用的な集積回路によって構成されてもよい。当該メモリは、半導体メモリ等によって構成されてもよい。なお、当該プロセッサは、所定のプログラムを実行することによって、種々の機能が実現される。したがって、本開示は、コンピュータ（より具体的にはコンピュータに含まれるプロセッサ）が実行可能なプログラム、又は当該プログラムを記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体としても実現可能である。

（調整装置の動作）
図５を参照して、本実施形態に係る調整装置１００の動作について説明する。この動作は、本開示の一実施形態に係る調整方法に相当する。

ステップＳ１：Ｖ_ｔａｒｇの印加
調整装置１００のユーザ等により、外部電源１２０に対して所望の電圧値Ｖ_ｔａｒｇの電圧を印加する操作が行われる。

ステップＳ２：フィルタ容量の充電
外部電源１２０に印加された電圧に起因して、電流検出器１３０の外部電源１２０側端子から被調整回路１１０側端子の向きに電流が流れることにより、フィルタ容量１１３が充電される。

ここで、比較例に係る調整装置３００では、リファレンス電圧源３１１がフィルタ容量３１５を充電する。このため、製品基板３１０の内部インピーダンスが影響し、フィルタ容量３１５の充電に時間がかかる。これに対して、本実施形態によれば、可変電圧源１１１のインピーダンスとフィルタ抵抗１１２のインピーダンスとの合計値よりもインピーダンスが小さい外部電源１２０がフィルタ容量１１３を充電する。このため、フィルタ容量１１３の充電に必要な時間が比較例よりも短くなる。その結果、後述するステップＳ４において可変電圧源１１１の調整に必要な時間を大きく節約することができる。

ステップＳ３：Ｉ_ｍｏｎの検出
調整システム１４０の電流読取部１４１は、タイマー等を用いて、外部電源１２０に電圧を印加してから所定の時間が経過したことを検知すると、電流検出器１３０によって検出された電流Ｉ_ｍｏｎを読み取る。そして、調整システム１４０の電流読取部１４１は、読み取った電流Ｉ_ｍｏｎを比較部１４２に送信する。なお、所定の時間は、フィルタ抵抗１１２とフィルタ容量１１３とによる時定数から算出されるフィルタ容量１１３の充電に必要な時間に基づいて、調整装置１００のユーザ等により適宜設定可能である。例えば、所定の時間は、フィルタ容量１１３の充電に必要な時間と上記時定数のばらつきとを合計した時間であってもよい。

ステップＳ４：Ｖ_ｔｒｉｍの調整
調整システム１４０の調整値演算部１４３は、比較部１４２から受信した比較結果に基づいて、可変電圧源１１１の出力電圧の電圧値Ｖ_ｔｒｉｍを算出し、算出した電圧値を調整値送信部１４４に送信する。算出方法の詳細については、本実施形態につき上述した説明を援用する。そして、調整値送信部１４４は、調整値演算部１４３から受信した電圧値を示す信号を可変電圧源１１１に送信する。これにより、可変電圧源１１１の出力電圧の電圧値は、調整後の電圧値となる。なお、可変電圧源１１１の調整方法は、半導体製造工程で実施される各種トリミングであってもよい。

ここで、可変電圧源１１１の出力電圧の電圧値が変更されても、外部電源１２０に印加される電圧の電圧値は一定値であるため、フィルタ容量１１３を再び充電する必要がない。すなわち、被調整回路１１０の出力電圧を調整するにあたって、フィルタ容量１１３の充電は１回のみでよい。このため、可変電圧源１１１の調整に必要な時間を大きく節約することができる。

このように、本実施形態によれば、可変電圧源１１１のインピーダンスとフィルタ抵抗１１２のインピーダンスとの合計値よりもインピーダンスが小さい外部電源１２０と、電流の大きさ及び向きを検出する電流検出器１３０と、を用いることにより、被調整回路１１０の出力電圧を一定値（目標電圧値）に調整する。このため、被調整回路１１０の調整時間を短縮することができ、検査コスト、ひいては製造コストを低減することができる。

以上、本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び改変を行ってもよいことに注意されたい。したがって、これらの変形及び改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

一変形例として、被調整回路１１０と外部電源１２０との間の電流の少なくとも向きを検出する検出回路を用いて、被調整回路１１０の出力電圧を一定値（目標電圧値）に調整してもよい。例えば、図６に示されるように、調整装置２００が備える被調整回路１１０と外部電源１２０との間の電流の向きを検出する検出回路は、抵抗１６０及びコンパレータ１７０を含んでもよい。抵抗１６０としては、外部電源１２０のインピーダンスと抵抗１６０のインピーダンスとの合計値が可変電圧源１１１のインピーダンスとフィルタ抵抗１１２のインピーダンスとの合計値よりも小さい限り、任意の抵抗が採用可能である。一例として、抵抗１６０としては、外部電源１２０のインピーダンスと抵抗１６０のインピーダンスとの合計値が可変電圧源１１１のインピーダンスとフィルタ抵抗１１２のインピーダンスとの合計値の１/１０以下である抵抗が採用可能である。ただし、本開示はこれに限られず、外部電源１２０のインピーダンスと抵抗１６０のインピーダンスとの合計値は、可変電圧源１１１のインピーダンスとフィルタ抵抗１１２のインピーダンスとの合計値の１/２等であってもよい。また、コンパレータ１７０としては、任意のコンパレータが採用可能である。その他については、上述した実施形態における説明を援用する。

本開示は、温度計測器向けの共通アナログ・フロント・エンド、製造におけるリファレンス電圧値の調整工程、又はトリミング若しくはキャリブレーション等の調整工程等に適用可能である。ただし、本開示の適用範囲は、当該例に限定されるものではなく、特定の製品に限定されるものでもない。

１００、２００調整装置
１１０被調整回路
１１１可変電圧源
１１２フィルタ抵抗
１１３フィルタ容量
１２０外部電源
１３０電流検出器
１４０調整システム
１４１電流値読取部
１４２比較部
１４３調整値演算部
１４４調整値送信部
１５０調整端子
１６０抵抗
１７０コンパレータ

Claims

可変電圧源、前記可変電圧源に対して直列に接続されるフィルタ抵抗、並びに前記可変電圧源及び前記フィルタ抵抗に対して並列に接続されるフィルタ容量を含む被調整回路と、
前記可変電圧源のインピーダンスと前記フィルタ抵抗のインピーダンスとの合計値よりもインピーダンスが小さく、且つ所望の電圧値の電圧が印加される外部電源と、
前記被調整回路と前記外部電源との間の電流の少なくとも向きを検出する検出回路と、
前記フィルタ容量の充電完了後に、前記電流の前記少なくとも向きに基づいて、前記可変電圧源の出力電圧を調整する調整システムと、
を備える、調整装置。
請求項１に記載の調整装置であって、
前記検出回路は、電流検出器の検出回路であって、
前記調整システムは、前記電流検出器によって検出された前記電流の大きさ及び向きに基づいて、前記出力電圧を調整する、調整装置。
請求項１に記載の調整装置であって、
前記検出回路は、抵抗及びコンパレータを含む、調整装置。
可変電圧源、前記可変電圧源に対して直列に接続されるフィルタ抵抗、並びに前記可変電圧源及び前記フィルタ抵抗に対して並列に接続されるフィルタ容量を含む被調整回路と、
前記可変電圧源のインピーダンスと前記フィルタ抵抗のインピーダンスとの合計値よりもインピーダンスが小さい外部電源と、
を含む調整回路を用いて実行される、前記被調整回路の出力電圧の調整方法であって、
前記外部電源に所望の電圧値の電圧を印加すること、
前記フィルタ容量を充電すること、
前記フィルタ容量の充電完了後に、前記外部電源と前記被調整回路との間の電流の少なくとも向きを検出すること、及び
前記電流の前記少なくとも向きに基づいて、前記可変電圧源の出力電圧を調整すること
を含む、調整方法。
請求項４に記載の調整方法であって、
前記フィルタ容量の充電は１回のみである、調整方法。
可変電圧源、前記可変電圧源に対して直列に接続されるフィルタ抵抗、並びに前記可変電圧源及び前記フィルタ抵抗に対して並列に接続されるフィルタ容量を含む被調整回路と、
前記可変電圧源のインピーダンスと前記フィルタ抵抗のインピーダンスとの合計値よりもインピーダンスが小さい外部電源と、
を含む調整回路を用いて、
コンピュータに、
前記フィルタ容量の充電完了後に、前記外部電源と前記被調整回路との間の電流の少なくとも向きに基づいて、前記可変電圧源の出力電圧を調整することを実行させる、プログラム。