JP4216528B2 - 高周波信号測定装置の校正装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、測定装置に備えられ該測定装置の直流電圧レベルを校正する装置に係り、特に、該測定装置が高周波信号を測定する時に、その測定精度に及ぼす影響を低減した校正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体テスターは、被測定信号を安定して高精度で測定するため、その入力部に校正装置を備えている。ここで、従来の半導体テスターの概略構成図を図１に示し、その内部に備えられる校正装置について説明する。
図１において、半導体テスター１００は、被測定信号を受信する入力端子１１０と、被測定信号を測定する測定装置１２０と、測定装置の直流電圧レベルを校正するための校正装置１３０とを備える。校正装置１３０は、スイッチ１３１と、基準電圧源１３２とを備える。スイッチ１３１は、基準電圧源１３２の出力部と測定装置１２０の入力部との間に備えられ、基準電圧源１３２と測定装置１２０とを導通させるか遮断する。基準電圧源１３２は、校正用の直流電圧を出力する。なお、本明細書では、校正用の電圧を校正電圧とも称する。半導体テスター１００が信号を測定する時、スイッチ１３１は開放状態になる。そして、測定装置１２０は入力端子１１０で受信する信号を測定する。一方、半導体テスター１００が自己校正する時、スイッチ１３１は導通状態になる。測定装置１２０では、基準電圧源１３２から出力される所定の基準電圧を読み取る。さらに、測定した電圧値と基準電圧源１３２の出力電圧値とを比較する。両電圧値間で差が生じていれば、その差が無くなるように測定装置１２０を補正し、校正は完了する。
【０００３】
上述のように構成された半導体テスターにおいて、高周波信号を測定する時、測定精度に関わる問題が生じる。一般的なスイッチは、外部回路と接続する為の端子と実質的なスイッチ機構との間に信号線路が存在し、また、スイッチ機構内の接続片なども信号線路となりうる。このような信号経路は、スイッチが開放状態である時、オープンスタブを形成する。オープンスタブは容量性負荷または誘導性負荷として振る舞うので、オープンスタブが接続される回路または装置の周波数特性に影響を及ぼす要因となる。
また、高周波信号を扱う測定装置は、一般的に、その入力インピーダンスが５０オームに調整されている。基準電圧源１３２から測定装置１２０までの信号線路の抵抗値は、その入力インピーダンス（５０オーム）に比べて無視できない値を有するので、測定装置１２０へ印可する電圧を高精度に制御できない。
【０００４】
上記の問題を解決するために、例えば、スイッチ１３１をＳＰＤＴ型スイッチに変更する事ができる。ここで、ＳＰＤＴ型スイッチを用いた校正装置を含む半導体テスターを図２に示す。図２における半導体テスター２００は、被測定信号を受信する入力端子２１０と、被測定信号を測定する測定装置２２０と、測定装置の直流電圧レベルを校正するための校正装置２３０とを備える。校正装置２３０は、高周波用のＳＰＤＴ型スイッチであるスイッチ２３１と、基準電圧源２３２とを備える。スイッチ２３１は、半導体テスター２００が信号を測定する時、入力端子２１０と測定装置２２０とを導通させる。また、スイッチ２３１は、半導体テスター２００が自己校正する時、基準電圧源２３２と測定装置２２０とを導通させる。ＳＰＤＴ型スイッチは、例えば、Agilent Technologies社のＲＦスイッチ「８７６２Ａ」を用いる事ができる。
【０００５】
上述のように高周波用のＳＰＤＴ型スイッチを用いれば、オープンスタブの問題は解消される。しかしながら、このようなスイッチは、大型で高価なうえに、さらに寿命が短い。半導体テスターは、従来より長時間連続で運用可能な事が好ましく、さらに近年では小型かつ安価である事が要求されているため、他の新たな解決技術が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、市場要求を鑑み、上記の従来技術の問題点を解消することを課題とするものであって、その目的とするところは、測定装置の直流電圧レベルを校正する装置において、直流電圧重畳手段を介して校正電圧を測定装置に供給するようにして、校正装置が測定装置の高周波信号の測定精度に及ぼす影響を低減する事である。
【０００７】
また、他の目的は、測定装置の直流電圧レベルを校正する装置において、測定装置に供給される電圧レベルを検知して校正電圧を調整する事により、高精度の校正電圧を測定装置に供給する事である。
【０００８】
【課題を解決しようとする手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、信号伝送路に接続され信号伝送路上の信号を測定する装置の直流電圧レベルを校正する装置であって、信号伝送路に隣接して接続され信号伝送路上の信号レベルを検知すると共に該検知レベルに応答して出力電圧レベルが調整される校正電圧生成手段と、信号伝送路に隣接して接続され校正電圧生成手段の出力電圧を前記信号伝送路へ重畳する直流電圧重畳手段と、校正電圧生成手段と直流電圧重畳手段との間に設けられるスイッチと、を備える事を特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明は、信号伝送路に隣接して接続され、信号伝送路と校正電圧生成手段とを交流的に分離するプローブ手段を備える事を特徴とするものである。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明を添付の図面に示す実施例に基づいて説明する。第一の実施例は、校正装置を備える半導体テスターであって、その構成を図３に示す。
図３において、半導体テスター３００は、被測定信号を受信する入力端子３１０と、被測定信号を測定する測定装置３２０と、入力端子３１０と測定装置３２０とを接続する信号伝送路３３０と、測定装置の直流電圧レベルを校正するための校正装置４００とを備える。
校正装置４００は、抵抗器４６０を介して信号伝送路３３０に接続されるバッファ４１０と、基準電圧発生装置４２０と、バッファ４１０と基準電圧発生装置４２０とに接続される差動増幅器４３０と、差動増幅器４３０と信号伝送路３３０との間に設けられるリードスイッチ４４０と、信号伝送路３３０とリードスイッチ４４０との間に設けられる抵抗器４５０と、を備える。
【００１１】
バッファ４１０は、信号レベル検知手段の一例であって、信号伝送路３３０上の電圧を検知し等電圧を出力する。また、バッファ４１０は、高い入力抵抗特性と微小の入力容量特性を有している。基準電圧発生装置４２０は、基準電圧生成手段の一例であって、基準電圧源４２１と分圧器４２２とを備え、基準電圧源４２１の出力電圧が分圧器４２２により分圧されて出力される。分圧器４２２は、複数の抵抗器を含み、抵抗器の選択的な導入により分圧比が変化する。差動増幅器４３０は、演算手段の一例であって、バッファ４１０の出力電圧レベルと基準電圧発生装置４２０の出力電圧レベルとを比較演算し、その演算結果に応じて出力電圧レベルが変化する。抵抗器４５０は、直流電圧重畳手段の一例であって、実質的な抵抗成分から信号伝送路３３０までの間にあるリードの長さが測定信号波長よりも十分に短くなるように、信号伝送路３３０に隣接して接続される。抵抗器４６０は、プローブ手段の一例であって、実質的な抵抗成分から信号伝送路３３０までの間にあるリードの長さが測定信号波長よりも十分に短くなるように、信号伝送路３３０に隣接して接続される。
【００１２】
以上のように構成される半導体テスター３００の作用について説示する。
半導体テスター３００が信号を測定する時、リードスイッチ４４０は開放状態になり、測定装置３２０は信号伝送路３３０上の信号を観測または測定する。この時、信号伝送路３３０上の信号は、測定装置３２０だけでなく、抵抗器４５０を経由しリードスイッチ４４０へも伝搬する。リードスイッチ４４０は開放状態にあるので、その信号の大半は接点部で反射される。反射された信号は、再度、抵抗器４５０を経由して信号伝送路３３０へ戻る。抵抗器４５０の抵抗値を十分に大きな値にするので、信号伝送路３３０へ戻る反射信号レベルを小さく抑える事ができ、信号伝送路３３０上に生じる信号同士の干渉を防ぐ事ができる。同様に、信号伝送路３３０上の信号は、抵抗器４６０を経由しバッファ４１０へも伝搬する。その信号の一部は、バッファ４１０により反射され再び抵抗器４６０を経由して信号伝送路３３０へ戻る。抵抗器４６０の抵抗値を十分に大きな値にするので、信号伝送路３３０へ戻る反射信号レベルを小さく抑える事ができ、信号伝送路３３０上に生じる信号同士の干渉を防ぐ事ができる。また、バッファ４１０は極めて高い入力抵抗を有しているので、信号伝送路３３０上の直流信号に及ぼす影響は少ない。しかし、バッファ４１０は容量性の入力特性を有しているので、交流信号に対して低インピーダンス負荷として作用する。抵抗器４６０は、信号伝送路３３０上の交流信号がバッファ４１０へ流入する事を制限し、バッファ４１０が信号伝送路３３０上の交流信号に及ぼす影響を抑制している。さらに、信号伝送路３３０に隣接して接続される抵抗器４５０および４６０は、リード、すなわち、実質的なスタブの長さが十分に短いので、信号干渉などの問題も無視できる。
【００１３】
一方、半導体テスター３００が自己校正する時、リードスイッチ４４０は導通状態になる。分圧器４２２は外部制御により所定の分圧比が設定され、基準電圧発生装置４２０は所定の基準電圧を発生する。バッファ４１０は、抵抗器４６０を介して信号伝送路３３０上の電圧レベルを検知し、それと同レベルの電圧を出力する。差動増幅器４３０は、基準電圧発生装置４２０の出力電圧レベルとバッファ４１０の出力電圧レベルとを比較し、その差分電圧を出力する。そして、差動増幅器４３０の出力電圧は、抵抗器４５０による電圧降下分が差し引かれ、信号伝送路３３０に重畳される。このように形成されたフィードバックループ内において、基準電圧発生装置４２０の出力電圧レベルとバッファ４１０の出力電圧レベルが同一になるまで、差動増幅器４３０の出力電圧レベルが変化する。その結果、信号伝送路３３０上の電圧レベルは、基準電圧発生装置４２０の出力電圧レベルと等しくなる。なお、基準電圧発生装置４２０は、その出力電圧が抵抗器の分圧によって所定の値に設定される。低周波領域における抵抗器の抵抗値は極めて高精度であるので、基準電圧発生装置４２０の出力電圧レベルは、内蔵される基準電圧源の精度とほぼ同じ精度を有する。
【００１４】
直流電圧レベルの校正としては、ＤＣオフセット校正とＤＣゲイン校正の２種類がある。ＤＣオフセット校正を行う場合には、基準電圧発生装置４２０の出力電圧レベルをゼロに設定し、信号伝送路３３０上の電圧を測定装置３２０で測定する。測定した電圧レベルと基準電圧発生装置４２０の出力電圧レベルとを比較する。両電圧レベル間で差が生じていれば、その差が無くなるように測定装置３２０を補正し、校正は完了する。ＤＣゲイン校正を行う場合には、基準電圧発生装置４２０の出力電圧レベルをゼロ以外の所定の値に設定し、同様に測定装置３２０を補正する。
【００１５】
直流電圧重畳手段の一例である抵抗器４５０は、差動増幅器４３０の出力電圧を信号伝送路３３０に直流重畳できれば他の回路素子で代替えする事も可能である。例えば、そのような回路素子としてインダクタがある。ここで、抵抗器４５０をインダクタに代えた半導体テスターを、第二の実施例として図４に示す。図４において、半導体テスター５００は、インダクタ４７０を除く他の回路要素は図３に示す半導体テスター３００の備える回路要素と同一である。さて、インダクタ４７０は、低周波領域ではインピーダンスが低く、周波数が高くなるにつれてインピーダンスが高くなる。半導体テスター５００は、入力端子３１０に接続された被測定物から受信する信号を測定するだけでなく、入力端子を経由して被測定物へ電力供給する場合がある。例えば、そのような被測定物として、オープンコレクタ出力のＩＣなどがある。差動増幅器４３０が被測定物へ電力供給する時、直流電圧重畳手段がインダクタであれば、電力損失が少ないので、抵抗器に比べて都合が良い。なお、インダクタ４７０は、低周波領域から大きなインピーダンスを得るためにインダクタンスが大きいものを使用する。ただし、単一のインダクタで、それを実現しようとすると巻線間の浮遊容量などが問題となるので、実際には、複数のインダクタを連結して等価的に大きなインダクタンスを有するインダクタを実現している。
【００１６】
また、プローブ手段の一例である抵抗器４６０は、信号伝送路３３０上の交流信号がバッファ４１０へ流入する事を阻止または制限し、バッファ４１０が信号伝送路３３０上の交流信号に及ぼす影響を抑制できれば、他の回路素子で代替えする事も可能である。例えば、抵抗器４５０と同様に、インダクタを用いる事ができる。この場合にも、連結された複数のインダクタを用いている。
さらに、基準電圧発生装置４２０は、出力電圧のレベル精度が仕様を満たしていれば他の回路素子で代替えする事も可能である。例えば、アナログ・ディジタル変換器を用いる事ができる。最近では、高精度で小さいアナログ・ディジタル変換器が入手可能である。アナログ・ディジタル変換器を用いれば、分圧器と基準電圧源を用いた場合に比べて、プリント基板の専有面積を小さくする事ができる点で有利である。
またさらに、信号測定時に、校正装置４００または６００を信号伝送路３３０から完全分離するためには、抵抗器４６０とバッファ４１０との間にスイッチを追加すれば良い。
また、インダクタ４７０と抵抗器４６０は、信号伝送路３３０上の異なる場所に接続されているが、同じ場所に接続されても良い。
なお、信号伝送路３３０の直流抵抗により、信号伝送路３３０上の抵抗器４６０が接続される場所から測定装置３２０までの間の電圧降下が問題になるようであれば、信号伝送路３３０上の抵抗器４６０が接続される場所を測定装置３２０に近づければ良い。この場合、信号伝送路３３０上のインダクタ４７０が接続される場所は、信号伝送路３３０上の抵抗器４６０が接続される場所と入力端子３１０と間である事が望ましい。
本発明の望ましい実施態様について詳細に例示してきたが、以上の説明及び添付の図面から当然明らかなように、当該技術者には、付属の請求項に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、これらの実施態様に対する修正及び改変が思い浮かぶことであろう。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は上記のように構成され、作用するものであるから、測定装置の直流電圧レベルを校正する装置において、直流電圧重畳手段を介して校正電圧を測定装置に供給するようにしたので、校正装置が測定装置の高周波信号の測定精度に及ぼす影響を低減する事ができる。
また、測定装置の直流電圧レベルを校正する装置において、測定装置に供給される電圧レベルを検知して校正電圧を調整する事により、高精度の校正電圧を測定装置に供給する事ができる。
さらに、測定装置の直流電圧レベルを校正する装置において、信号伝送路と校正電圧生成手段とを交流的に分離するプローブ手段を備える事により、例えば、校正電圧生成手段が容量性の入力特性を有する場合に、校正電圧生成手段が信号伝送路上の交流信号に及ぼす影響を抑制する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の従来技術による校正装置を含む半導体テスターを示す図である。
【図２】第二の従来技術による校正装置を含む半導体テスターを示す図である。
【図３】本第一発明による校正装置を含む半導体テスターを示す図である。
【図４】本第二発明による校正装置を含む半導体テスターを示す図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００，５００ 半導体テスター
１１０，２１０，３１０ 入力端子
１２０，２２０，３２０ 測定装置
１３０，４００，６００ 校正装置
１３１，２３１ スイッチ
１３２，２３２，４２１ 基準電圧源
３３０ 信号伝送路
４１０ バッファ
４２０ 基準電圧発生装置
４３０ 差動増幅器
４４０ リードスイッチ
４５０，４６０ 抵抗器
４７０ インタクダ

Claims (12)

1. 信号伝送路に接続され前記信号伝送路上の信号を測定する装置の直流電圧レベルを校正する装置であって、
   前記信号伝送路に隣接して接続され、前記信号伝送路上の信号レベルを検知すると共に、該検知レベルに応答して出力電圧レベルが調整される校正電圧生成手段と、
   前記信号伝送路に隣接して接続され、前記校正電圧生成手段の出力電圧を前記信号伝送路へ重畳する直流電圧重畳手段と、
   前記校正電圧生成手段と前記直流電圧重畳手段との間に設けられるスイッチと、
   を備える事を特徴とする校正装置。
2. 前記直流電圧重畳手段は、抵抗器またはインダクタである事を特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記信号伝送路に隣接して接続され、前記信号伝送路と前記校正電圧生成手段とを交流的に分離するプローブ手段を備える事を特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記プローブ手段は、抵抗器またはインダクタである事を特徴とする請求項３に記載の校正装置。
5. 前記校正電圧生成手段は、
   前記信号伝送路に隣接して接続され、前記信号伝送路上の信号レベルを検知する信号レベル検知手段と、
   基準電圧生成手段と、
   前記信号レベル検知手段の出力電圧レベルと前記基準電圧生成手段の出力電圧レベルとを比較演算し、その演算結果に応答して出力電圧レベルが調整される演算手段と、
   を備える事を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の校正装置。
6. 前記信号レベル検知手段は、バッファである事を特徴とする請求項５に記載の校正装置。
7. 前記基準電圧生成手段は、基準電圧源と、抵抗器の選択により分圧比が変化する分圧器と、を備える事を特徴とする請求項５または請求項６に記載の校正装置。
8. 前記演算手段は、差動増幅器である事を特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の校正装置。
9. 前記信号伝送路に隣接して接続される、前記校正電圧生成手段および前記直流電圧重畳手段は、前記信号伝送路への接続によって形成されるスタブの長さが前記測定装置の測定信号波長よりも短くなるように接続される事を特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の装置。
10. 前記信号伝送路に隣接して接続される、プローブ手段は、その接続によって形成されるスタブの長さが前記測定装置の測定信号波長よりも短くなるように接続される事を特徴とする請求項３乃至請求項９のいずれかに記載の装置。
11. 信号伝送路に接続され前記信号伝送路上の信号を測定する装置の直流電圧レベルを校正する装置であって、
    前記信号伝送路の電圧レベルを検知するバッファと、
    基準電圧源と、
    前記基準電圧源に接続され、抵抗器の選択により分圧比が変化する分圧器と、前記バッファの出力信号レベルと前記分圧器の出力信号レベルとを比較演算する差動増幅器と、
    前記差動増幅器の出力信号を前記信号伝送路へ導通させるスイッチと、
    前記信号伝送路に隣接して接続されると共に前記スイッチに接続され、前記差動増幅器の出力信号を前記信号伝送路へ重畳する第一の抵抗器と、
    前記信号伝送路に隣接して接続されると共に前記バッファの入力端子に接続される第二の抵抗器と、
    を備える事を特徴とする校正装置。
12. 前記信号伝送路に隣接して接続される、前記第一の抵抗器および前記第二の抵抗器は、前記信号伝送路への接続によって形成されるスタブの長さが前記測定装置の測定信号波長よりも短くなるように接続される事を特徴とする請求項１１に記載の装置。

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