JP4062039B2 - 電流検出回路及び半導体装置並びに電流検出回路の調整方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電流検出回路及び半導体装置並びに電流検出回路の調整方法に係り、特に、検出用抵抗に発生する電圧を検出し、検出電圧レベルに応じて出力信号を出力する電流検出回路及び半導体装置並びに電流検出回路の調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図8は従来の情報処理システムのシステム回路図を示す。
【0003】
情報処理システム1は、電池11、シャント抵抗12、外部回路13、電流検出回路14を含む構成とされている。電池11は、外部回路13にシャント抵抗12を介して接続されており、外部回路13により充放電可能とされている。
【0004】
電流検出回路14は、シャント抵抗12の両端に入力端子Tin1、Tin2が接続されており、シャント抵抗12に流れる電流によりシャント抵抗12の両端に発生する電圧を検出し、検出した電圧に応じた出力信号を出力端子Toutから出力する。出力端子Toutから出力された出力信号は、外部回路13に供給される。外部回路13は、電流検出回路14の出力信号に基づいて電池11からの充放電を制御する。外部回路13は、例えば、電池11が過放電あるいは過充電状態にならないように制御する。
【0005】
このような情報処理システムが従来、知られていた。ただし、上記のような情報処理システムに相当する技術文献は発見し得なかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の電流検出回路では、シャント抵抗12のばらつきをA、電流検出回路14のばつきをBとすると、電流検出回路14の出力信号のばらつきCは、
C=(A×B)
となり、非常に大きなばらつきが発生していた。
【0007】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、検出電流に応じた正確な出力信号を取得できる電流検出回路及び半導体装置並びに電流検出回路の調整方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の電流検出回路は、一つの集積回路チップから構成されており、前記集積回路チップ上の配線から構成された検出用抵抗と、検出用抵抗の両端の電圧を増幅する入力アンプと、前記入力アンプの出力の絶対値を出力する絶対値アンプと、前記絶対値アンプの出力を増幅する第1アンプと、前記第1アンプより大きいゲインに設定され、前記絶対値アンプの出力を増幅する第2アンプと、前記第1アンプの出力に応じて切換信号を生成する切換回路と、前記切換回路で生成された前記切換信号に応じて前記第1アンプの出力又は前記第2アンプの出力を出力端子に供給する出力切換スイッチと、前記入力アンプの出力のオフセットを調整するオフセット調整回路とを有し、更に、前記オフセット調整回路は、オフセット値を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されたオフセット値をアナログ値に変換するディジタルアナログ変換回路と、前記入力アンプの出力が供給され、前記入力アンプの出力に応じて前記入力アンプの出力の極性を判別する極性判別回路と、前記極性判別回路の判別結果を出力する極性判別端子と、前記絶対値アンプの出力が予め設定された零近傍範囲内か否かを識別する零近傍識別回路と、前記零近傍識別回路の識別結果を出力する零近傍識別端子と、を有し、前記検出用抵抗に前記記憶部に記憶されたオフセット値に応じた電圧を印加したときの前記出力端子の出力信号レベルを検出し、前記出力端子の出力信号レベルが所定のレベルとなるように、前記記憶部に記憶されるオフセット値が調整されることを特徴とする。
【0009】
本発明によれば、電流検出回路を入力アンプ、絶対値アンプ、第1アンプ、第2アンプ、切換回路と、出力切換スイッチ、オフセット調整回路から構成し、更に、オフセット調整回路を記憶部、ディジタルアナログ変換回路から構成し、検出用抵抗に記憶部に記憶されたオフセット値に応じた電圧を印加したときの出力端子の出力信号レベルを検出し、出力端子の出力信号レベルが所定のレベルとなるように、検出電流のダイナミックレンジを拡大でき、かつ、微小電流を精度よく検出できる。
【0010】
なお、上記の参照符号は参考であり、これによって特許請求の範囲が限定されるものではない。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施例のシステム構成図を示す。
【0012】
本実施例のシステム100は、電池111、電流検出回路112、外部回路113を含む構成とされている。
【0013】
電池111は、例えば、リチウムイオン電池などから構成されており、電流検出回路112を介して外部回路113に接続され、外部回路113により充放電可能とされている。外部回路113は、電池111から供給される電力により駆動され、各種制御を行う。また、外部回路113は、電流検出回路112からの検出信号に基づいて電池111の充放電を制御する。
【0014】
電流検出回路112は、一つのIC(integrated circuit)チップから構成されており、入力端子Tin11及びTin12に入出力される電流を検出し、検出電流に応じた出力信号を出力端子Tout11から出力する。このとき、電流検出回路112は、予めオフセット設定端子Tsetを通して設定されたオフセット値により出力信号のオフセットをキャンセルさせる。また、電流検出回路112は、出力端子Tout12から極性信号を出力し、出力端子Tout13から零近傍識別信号を出力し、出力端子Tout14からゲイン切換信号を出力する。
【0015】
図2は電流検出回路112の回路構成図、図3は電流検出回路112の要部の平面図を示す。
【0016】
電流検出回路112は、シャント抵抗121、入力アンプ回路122、オフセット調整部123、絶対値アンプ124、5倍アンプ回路125、10倍アンプ回路126、ゲイン切換回路127、極性判別回路128、零近傍識別回路129、出力切換スイッチ130が1チップにIC化された構成とされている。
【0017】
シャント抵抗121は、例えば、入力アンプ回路122、オフセット調整部123、絶対値アンプ124、5倍アンプ回路125、10倍アンプ回路126、ゲイン切換回路127、極性判別回路128、零近傍識別回路129、出力切換スイッチ130が形成される半導体チップ131上に配線132として形成される。シャント抵抗121を構成する配線132は、パッド133とパッド134とを接続するように形成される。なお、シャント抵抗121の抵抗値は、配線132の幅、厚さ、あるいは材質によって決定される。パッド133は、ワイヤ135により入力端子Tin11に接続される。また、パッド134は、ワイヤ135により入力端子Tin12に接続される。また、半導体チップ131は、樹脂パッケージ136により封入される。
【0018】
入力アンプ回路122は、演算増幅回路141、抵抗R1〜R3から構成される。演算増幅回路141の反転入力端子は、入力抵抗R1を介してシャント抵抗121と端子Tin11との接続点に接続されている。演算増幅回路141の非反転入力端子は、入力抵抗R2を介してシャント抵抗121と端子Tin12との接続点に接続されている。演算増幅回路141の出力端子と反転入力端子との間には、帰還抵抗R3が接続されている。入力アンプ回路122は、入力抵抗R1、R2及び帰還抵抗R3によって増幅率が決定する反転増幅回路を構成しており、シャント抵抗121の両端の電圧を反転増幅した信号を出力する。
【0019】
オフセット調整部123は、記憶回路151及びD/A(digital/analog)変換器152、抵抗R4から構成される。
【0020】
記憶回路151は、書き込み可能な記憶素子、例えば、書き換え可能なE^2PROM、1回の書き込みが可能な1タイムROMから構成されており、端子Tsetからオフセット値が記憶可能とされている。D/A変換器152には、記憶回路151に記憶されたオフセット値が供給される。D/A変換器152は、記憶回路151からのオフセット値をアナログ信号に変換する。
【0021】
D/A変換器152で変換されたアナログ信号は、抵抗R4を介して入力アンプ回路122を構成する演算増幅回路141の非反転入力端子に接続され、入力アンプ回路122の出力信号にオフセットを与える。このようにして記憶回路151に記憶するオフセット値に基づいて入力アンプ回路122の出力信号オフセットを調整可能となる。
【0022】
入力アンプ回路122の出力は、絶対値アンプ124及び、極性判別回路128に供給される。絶対値アンプ124は、入力アンプ回路122の出力信号の絶対値の出力信号を出力する。絶対値アンプ124の出力信号は、5倍アンプ125、10倍アンプ126、零近傍識別回路129に供給される。5倍アンプ125は、抵抗R5〜R7及び演算増幅回路161から構成され、絶対値アンプ124の出力信号レベルを5倍に増幅して出力する。10倍アンプ126は、抵抗R8〜R10及び演算増幅回路171から構成され、絶対値アンプ124の出力信号レベルを10倍に増幅して出力する。
【0023】
5倍アンプ125の出力信号及び10倍アンプ126の出力信号は、出力切換スイッチ130に供給される。出力切換スイッチ130は、ゲイン切換回路127からの切換信号がローレベルの時には5倍アンプ125の出力信号を出力端子Tout11から出力し、ゲイン切換回路127からの切換信号がハイレベルのときには、10倍アンプ126の出力信号を出力端子Tout11から出力する。
【0024】
ゲイン切換回路127は、コンパレータ181及び基準電圧源182から構成され、5倍アンプ125の出力信号が供給されている。ゲイン切換回路127は、5倍アンプ125の出力信号が基準電圧源182で生成される基準レベル以上のときは出力をハイレベルとし、基準レベル未満のときには出力をローレベルにする。ゲイン切換回路127の出力は、出力切換スイッチ130に供給されるとともに、出力端子Tout14に供給される。
【0025】
また、極性判別回路128には、入力アンプ122の反転出力信号が供給される。極性判別回路128は、コンパレータ191から構成されている。コンパレータ191の反転入力端子には、入力アンプ122の出力信号が供給され、非反転入力端子には、基準電圧(0V)が印加されている。極性判別回路128は、入力アンプ122の反転出力信号が基準電圧(0V)より大きければ、出力をローレベルとし、入力アンプ122の出力信号が基準電圧(0V)より小さければ、出力をハイレベルとする。極性判別回路128の出力信号は、出力端子Tout12に供給される。
【0026】
零近傍識別回路129は、シュミットトリガ回路201及び基準電圧源202から構成され、シュミットトリガ回路201の反転入力端子には絶対値アンプ124の出力信号が供給され、非反転入力端子には基準電圧源192から零レベル近傍に設定された基準電圧源202が供給されている。零近傍識別回路129は、絶対値アンプ124の出力信号が基準電圧源202の基準電圧より小さければ出力をハイレベルとし、大きければ出力をローレベルとする。
【0027】
出力端子Tout11〜Tout14は、外部回路113に接続される。外部回路113は、出力端子Tout11からの信号によって電池111の充放電電流を検出する。また、出力端子Tout12からの信号によって極性、すなわち、充電か、放電かを識別する。さらに、出力端子Tout13からの信号によって、零レベル付近か否かを識別する。また、出力端子Tout14からの信号によって出力端子Tout11からの信号のゲインが5倍か、10倍かを識別する。
【0028】
また、図4は電流検出回路112の動作波形図を示す。図4(A)はシャント抵抗121に供給される電流に対する入力端子Tin11と入力端子Tin12との間に印加される電圧、図4(B)は出力端子Tout11の出力電圧、図4(C)は出力端子Tout12の出力電圧、図4(D)は出力端子Tout14の出力電圧の変化、図4(E)は出力端子Tout13の出力電圧を示す。
【0029】
シャント抵抗121の電圧が図4(A)に示すように変化した場合、零レベル近傍の電圧V1〜V2では、ゲイン切換回路127により10倍アンプ126の出力が出力端子Tout11に供給されるように出力切換スイッチ130が制御される。また、シャント抵抗121の電圧が電圧V1より小さい場合及び電圧V2より大きい場合には、ゲイン切換回路127により5倍アンプ125の出力が出力端子Tout11に供給されるように出力切換スイッチ130が制御される。
【0030】
これによって、出力端子Tin11の出力信号は、図4(B)に示すように入力電圧が零レベル近傍の電圧V1〜V2の間で10倍のゲインとなり、電圧V1以下あるいは電圧V2以上の電圧では、5倍のゲインとなる。
【0031】
このとき、絶対値アンプ124により絶対値を取り、図4(C)に示す極性判定回路128の出力により極性を判定することにより、出力端子Tout11の出力信号のダイナミックレンジを拡大できる。また、入力電圧が零レベル付近の電圧V1〜V2でゲインを10倍に大きくし、出力端子Tout11から出力可能な電圧範囲を最大限利用することにより、更にダイナミックレンジを拡大できるため、シャント抵抗121に流れる微小電流を精度よく検出できる。また、電圧V1以下、及び、電圧V2以上では、ゲインを5倍に小さくすることにより、電圧V1以下、及び、電圧V2以上の入力電圧でも充分なダイナミックレンジを確保できる。このとき、図4(D)に示す出力端子Tout14の出力信号によって入力電圧が電圧V1〜V2の範囲か、それ以外の範囲かを判断して、シャント抵抗121に流れる電流を正確に検出できるようにしている。
【0032】
また、零レベル近傍では、オフセットの影響が大きくなるので、零レベルオフセットを受けるため、零近傍識別回路129により零レベル近傍であることを検出し、図4(E)に示すような出力信号を出力端子Tout13から出力することにより、オフセットの影響があることを認識できる。また、出力端子Tout13の出力時には、シャント抵抗121に流れる電流は零であると判断することにより、検出精度を確保することができる。
【0033】
以上により高精度にシャント抵抗121に流れる電流を検出することができる。
【0034】
次に、オフセット調整部123への調整データ設定動作を説明する。
【0035】
図5はオフセット調整動作のフローチャートを示す。
【0036】
オフセット調整動作は、例えば、ICの出荷時に各々のIC対して行われる。
【0037】
ICを調整装置のソケットに装着する。
【0038】
調整装置は、ステップS1で入力端子Tin11と入力端子Tin12との間に印加電圧を零にする。すなわち、シャント抵抗121に電流が流れないようにする。
【0039】
調整装置は、ステップS2で出力端子Tout11の出力信号を検出する。このときの出力端子Tout11の出力信号が検出オフセットVoffとなる。
【0040】
次に調整装置は、ステップS3で検出オフセットVoffが予め設定された上限のオフセットVoffHと下限のオフセットVoffLとで設定される許容範囲内に存在するか否かを判定する。ステップS3で検出オフセットVoffが許容範囲内に存在すれば、調整処理を終了する。
【0041】
調整装置は、ステップS3で検出オフセットVoffが許容範囲内になければ、ステップS4で検出オフセットVoffが零となるような調整データを作成して、ステップS5で記憶回路151に書き込み処理を終了する。
【0042】
本実施例によれば、入力アンプ122のオフセットをオフセット調整部123により記憶回路151に予め記憶された調整情報に基づいて調整可能とされているため、シャント抵抗121と出力端子Tout11から出力される信号のレベルとの関係を自在に、かつ、容易に調整できるため、正確な電流検出が可能となる。また、出荷時に調整を行うことにより部品ごとのばらつきをなくすことができる。
例えば、従来に比べて誤差を1/10以下に追い込むことができる。
【0043】
また、シャント抵抗121をIC内部に内蔵することにより、図1にシステムを構成する場合に部品点数を削減できる。
【0044】
また、本実施例では、シャント抵抗121を半導体チップ131上に配線132により形成することにより、数十mΩ程度の微小な抵抗とできるため、シャント抵抗121による電池111の消耗を最小限に抑制することができる。
【0045】
さらに、本実施例では、シャント抵抗121を半導体チップ131上に配線132により形成したが、これに限定されるものではなく、図6に示すようにリードフレーム211と半導体チップ131とを接続するワイヤ212を入力端子Tin11を構成するリードフレーム211と入力端子Tin12を構成するリードフレーム211との間に配線し、ワイヤ212によりシャント抵抗121を構成することもできる。さらに、図7に示すように入力端子Tin11を構成するリードフレーム221と入力端子Tin12を構成するリードフレーム222との間にリードフレーム223を横架するように形成することによりリードフレーム223をシャント抵抗121として機能させるようにしてもよい。
【0046】
図6、図7ともにシャント抵抗121をパッケージ136内に設けることができるため、抵抗素子を別途容易する必要がない。
【0047】
なお、本実施例では、シャント抵抗121を電流検出回路112と一体にパッケージ136内に設けるようにしたが、従来と同様にシャント抵抗121をディスクリートの電子部品で容易するようにしてもよい。
【0048】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、電流検出回路を入力アンプ、絶対値アンプ、第1アンプ、第2アンプ、切換回路と、出力切換スイッチ、オフセット調整回路から構成し、更に、オフセット調整回路を記憶部、ディジタルアナログ変換回路から構成し、検出用抵抗に記憶部に記憶されたオフセット値に応じた電圧を印加したときの出力端子の出力信号レベルを検出し、出力端子の出力信号レベルが所定のレベルとなるように記憶部に記憶されるオフセット値を調整することにより、検出電流のダイナミックレンジを拡大でき、かつ、微小電流を精度よく検出できるなどの特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の情報処理システムの一実施例のシステム構成図である。
【図2】 電流検出回路112の回路構成図である。
【図3】 電流検出回路112の要部の平面図である。
【図4】 電流検出回路112の動作波形図である。
【図5】 オフセット調整動作のフローチャートである。
【図6】 本発明の一実施例の第1変形例の構成図である。
【図7】 本発明の一実施例の第2変形例の構成図である。
【図8】 従来の情報処理システムの一例のシステム構成図である。
【符号の説明】
100 システム
111 電池、112 電流検出回路、113 外部回路
121 シャント抵抗、入力アンプ、123 オフセット調整部
124 絶対値アンプ、125 5倍アンプ、126 10倍アンプ
127 ゲイン切換回路、128 極性判定回路、129 零近傍識別回路
130 出力切換スイッチ
Claims (5)
- 一つの集積回路チップから構成されており、
前記集積回路チップ上の配線から構成された検出用抵抗と、
検出用抵抗の両端の電圧を増幅する入力アンプと、
前記入力アンプの出力の絶対値を出力する絶対値アンプと、
前記絶対値アンプの出力を増幅する第1アンプと、
前記第1アンプより大きいゲインに設定され、前記絶対値アンプの出力を増幅する第2アンプと、
前記第1アンプの出力に応じて切換信号を生成する切換回路と、
前記切換回路で生成された前記切換信号に応じて前記第1アンプの出力又は前記第2アンプの出力を出力端子に供給する出力切換スイッチと、
前記入力アンプの出力のオフセットを調整するオフセット調整回路とを有し、
更に、前記オフセット調整回路は、オフセット値を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されたオフセット値をアナログ値に変換するディジタルアナログ変換回路と、
前記入力アンプの出力が供給され、前記入力アンプの出力に応じて前記入力アンプの出力の極性を判別する極性判別回路と、
前記極性判別回路の判別結果を出力する極性判別端子と、
前記絶対値アンプの出力が予め設定された零近傍範囲内か否かを識別する零近傍識別回路と、
前記零近傍識別回路の識別結果を出力する零近傍識別端子と、
を有し、
前記検出用抵抗に前記記憶部に記憶されたオフセット値に応じた電圧を印加したときの前記出力端子の出力信号レベルを検出し、前記出力端子の出力信号レベルが所定のレベルとなるように、前記記憶部に記憶されるオフセット値が調整される電流検出回路。 - 前記検出用抵抗に電圧を印加しないときの前記検出部の出力信号レベルを検出し、前記検出用抵抗に印加された前記所定の電圧と前記出力信号レベルとの関係にずれがある毎に段階的に前記調整情報を制御し、前記記憶部に前記調整情報を記憶することを特徴とする請求項1記載の電流検出回路の調整方法。
- 一つの集積回路チップから構成されており、
一端が第1のリードフレームに接続され、他端が第2のリードフレームに接続され、前記第1のリードフレームと前記第2のリードフレームとの間に横架された導電部材から構成された検出用抵抗と、
検出用抵抗の両端の電圧を増幅する入力アンプと、
前記入力アンプの出力の絶対値を出力する絶対値アンプと、
前記絶対値アンプの出力を増幅する第1アンプと、
前記第1アンプより大きいゲインに設定され、前記絶対値アンプの出力を増幅する第2アンプと、
前記第1アンプの出力に応じて切換信号を生成する切換回路と、
前記切換回路で生成された前記切換信号に応じて前記第1アンプの出力又は前記第2アンプの出力を出力端子に供給する出力切換スイッチと、
前記入力アンプの出力のオフセットを調整するオフセット調整回路とを有し、
更に、前記オフセット調整回路は、オフセット値を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されたオフセット値をアナログ値に変換するディジタルアナログ変換回路と、
前記入力アンプの出力が供給され、前記入力アンプの出力に応じて前記入力アンプの出力の極性を判別する極性判別回路と、
前記極性判別回路の判別結果を出力する極性判別端子と、
前記絶対値アンプの出力が予め設定された零近傍範囲内か否かを識別する零近傍識別回路と、
前記零近傍識別回路の識別結果を出力する零近傍識別端子と、
を有し、
前記検出用抵抗に前記記憶部に記憶されたオフセット値に応じた電圧を印加したときの前記出力端子の出力信号レベルを検出し、前記出力端子の出力信号レベルが所定のレベルとなるように、前記記憶部に記憶されるオフセット値が調整される電流検出回路。 - 前記導電部材は、前記第1のリードフレームと前記第2のリードフレームと一体に形成された請求項3記載の電流検出回路。
- 前記導電部材は、一端が前記第1のリードフレームにボンディングされ、他端が前記第2のリードフレームにボンディングされたワイヤから構成された請求項3記載の電流検出回路。
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