JP4869453B2 - シームレスなレンジ切り替えを備えた変調電流源(mcs) - Google Patents
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Description
(1)IdutRnet=Vin
または
(2)Idut=Vin/Rnet
オペアンプ104および差動アンプ106が、高利得、低リーク、および、低オフセットの(計装グレードの)構成要素となるように選択すると、Voff(オフセット電圧)およびIin(入力漏れ電流)の影響は、電流が非常に低くVinのレベルが非常に低い状況を除けば、基本的には無視することができる。さらに、VoffおよびIinは両方とも、温度が著しく変化しない限りはかなり安定しているため、各試験の始めに別個に測定し、それらの測定値に基づいて補正することによって考慮に入れることができる。
(3)Vf=IdutRa(1−X)+IdutRbX
(4)Vin=Va(1−X)+VbX
この式(3)および(4)を用いて、VfおよびVin(Voffは無視)を等しいとすると、容易にIdutの式(5)が得られる。
(i)RaおよびRb間の比は、Cまたはその逆数の1/Cのいずれかであり(すなわち、Ra=CRbまたはRa=(1/C)Rb)、ここでCは任意の定数である。
(ii)同様に、Va=CVbまたはVa(1/C)Vb、である。
(i)および(ii)を組み合わせると、以下の式(6)が得られる。
更に、Ra=CRbの場合について、(6)を(5)に代入すると、次式(7)を得る:
一般に、Idutの小さい変化は、次式(8)のように、その全微分によって近似されるように表現することができる。さらに興味深いことに、Idutに関する相対変化は、以下の式(9)の通りである。
(i)直列の2つのRnet抵抗器(RaおよびRb、これらは抵抗器バンクから選択された抵抗器であり、各バンクは電流源の所望の電流レンジに適切ないくつかの抵抗器を含む)であって、それぞれの抵抗値の比が0.1または10のいずれかであるRnet抵抗器。
(ii)2つの同一のDACであって、上記の(i)に記載した抵抗比に従って、それらの出力電圧比が0.1または10に設定されるDAC。
(iii)2つのデジタルポテンショメータ(DPaおよびDPb)。DPaの固定端子は、RaおよびRbの差動増幅器の出力に接続され、DPbの固定端子は、DACの出力(VaおよびVb)に接続される。DPaおよびDPbの「可動」端子は、それぞれ、演算増幅器の反転入力および非反転入力に接続される。
(iv)上記の(i)〜(iii)に記載した構成は、フィードバック電圧Vfが、必要に応じて、Idut*RaまたはIdut*Rbのいずれかに従うことを可能にする。さらに、Rnet(すなわち、RaまたはRb)は、異なる抵抗器で置き換えることが可能であり、明らかな電流グリッチまたはノイズを伴わない。一般に、回路は、抵抗器による相対的な寄与および抵抗器の抵抗値に応じて、出力電圧の比例性を高める。
(v)最後に、大きい方のRnet(RaまたはRb)における最適レンジの電圧降下で動作すると、精度および感度の低下がない。
(vi)Xを「理想的な」値である0.00および1.00から、それぞれ0.01(Ra>Rb)および0.99(Rb>Ra)に変更することで、全体の電流源分解能は100倍になる(>6桁)。
Claims (9)
- 実質的にシームレスなレンジ切り替えを行うために構成された電流源であって、
入力および出力を有する第1の抵抗器ネットワークであって、前記第1の抵抗器ネットワークの抵抗値は動的に設定可能である第1の抵抗器ネットワークと、
入力および出力を有する第2の抵抗器ネットワークであって、前記第2の抵抗器ネットワークの抵抗値は動的に設定可能であり、前記第1の抵抗器ネットワークの前記出力は前記第2の抵抗器ネットワークの前記入力に接続され、前記第2の抵抗器ネットワークの前記出力は、被試験素子に電流を供給するために接続されるよう構成されている第2の抵抗器ネットワークと、
出力と、非反転入力と、反転入力とを有する第1の差動増幅器であって、前記非反転入力は前記第1の抵抗器ネットワークの前記入力に接続され、前記反転入力は前記第1の抵抗器ネットワークの前記出力に接続されている第1の差動増幅器と、
出力と、非反転入力と、反転入力とを有する第2の差動増幅器であって、前記非反転入力は前記第2の抵抗器ネットワークの前記入力に接続され、前記反転入力は前記第2の抵抗器ネットワークの前記出力に接続されている第2の差動増幅器と、
第1の入力と、第2の入力と、出力とを有する第1のデジタルポテンショメータであって、前記第1の入力は前記第1の差動増幅器の前記出力に接続され、前記第2の入力は前記第2の差動増幅器の前記出力に接続され、前記第1のデジタルポテンショメータは、前記第1のデジタルポテンショメータの前記第1の入力における信号および前記第1のデジタルポテンショメータの前記第2の入力における信号の組み合わせを第1の選択可能な比で含む信号を前記出力において供給するよう構成されている第1のデジタルポテンショメータと、
非反転入力と、反転入力と、出力とを有する演算増幅器であって、前記出力は前記第1の抵抗器ネットワークの前記入力に接続され、前記反転入力は前記第1のデジタルポテンショメータの前記出力に接続されている演算増幅器と、
第1の入力と、第2の入力と、出力とを有する第2のデジタルポテンショメータであって、前記第2のデジタルポテンショメータは、前記第2のデジタルポテンショメータの前記第1の入力における信号および前記第2のデジタルポテンショメータの前記第2の入力における信号の組み合わせを第2の選択可能な比で含む信号を前記出力において供給するよう構成されており、前記第2のデジタルポテンショメータの前記出力は前記演算増幅器の前記非反転入力に接続されている第2のデジタルポテンショメータと
を備える電流源。 - 請求項1に記載の電流源であって、さらに、
前記第2のデジタルポテンショメータの前記第1の入力に接続された出力を有する第1のデジタルアナログ変換器と、
前記第2のデジタルポテンショメータの前記第2の入力に接続された出力を有する第2のデジタルアナログ変換器と
を備える電流源。 - 請求項1または2に記載の電流源であって、
前記電流源は、前記第1の選択可能な比および前記第2の選択可能な比が実質的に同一になるように制約されるよう構成されている電流源。 - 請求項1または2に記載の電流源であって、
前記電流源は、前記第1の選択可能な比がX:1−Xとなるように選択できるよう構成されており、Xは、1.0以下の負でない実数である電流源。 - 請求項1または2に記載の電流源であって、
前記第2の選択可能な比は、X:1−Xとなるように選択可能であり、Xは、1.0以下の負でない実数である電流源。 - 請求項1または2に記載の電流源であって、
前記電流源は、前記第1の選択可能な比および前記第2の選択可能な比が実質的に同一になるように制約されるよう構成されており、
前記電流源は、前記第1および第2の選択可能な比がX:1−Xとなるように選択できるよう構成されており、Xは、1.0以下の負でない実数である電流源。 - 請求項6に記載の電流源であって、
前記電流源は、2つの特定のXの値、すなわちX=0およびX=1について、前記第1および第2の抵抗器バンクの一方のみが、前記被試験素子に供給される前記電流に寄与するよう構成されている電流源。 - 電流源を動作させる方法であって、
a)前記電流源の第1の抵抗器ネットワークおよび第2の抵抗器ネットワークの両方が前記電流源の出力への電流の供給に寄与するように前記電流源を構成する工程と、
b)前記電流源の前記出力における前記供給電流を変化させるために前記電流源への電流制御入力を調整する工程と、
c)前記第1の抵抗器ネットワークが前記電流源の前記出力への電流の供給に寄与しないように、前記電流源への抵抗器ネットワーク制御入力を調整し、前記第1の抵抗器ネットワークが前記電流源の前記出力への電流の供給に寄与しない時に、前記第1の抵抗器ネットワークの抵抗値を修正する工程と、
d)前記第1の抵抗器ネットワークが前記電流源の前記出力への電流の供給に再び寄与するように、前記電流源への前記抵抗器ネットワーク制御入力を調整する工程と、
e)工程b)を繰り返す工程と、
f)前記第2の抵抗器ネットワークが前記電流源の前記出力への電流の提供に寄与しないようになるまで、前記抵抗器ネットワーク制御入力を調整し、前記第2の抵抗器ネットワークが前記電流源の前記出力への電流の供給に寄与しない時に、前記第2の抵抗器ネットワークの抵抗値を修正する工程と、
g)前記電流源の前記出力に供給される前記電流の値域を達成するために、工程b)からf)を繰り返す工程と
を備える方法。 - 電流源を動作させる方法であって、
a)前記電流源の第1の抵抗器ネットワークおよび第2の抵抗器ネットワークの両方が前記電流源の出力への電流の供給に寄与するように、前記電流源を構成する工程であって、前記第1の抵抗器ネットワークは、前記電流源の前記出力への電流の供給に実質的に寄与し、前記第2の抵抗器ネットワークは、前記電流源の前記出力への電流の供給に実質的にはるかに小さく寄与する工程と、
b)前記電流源の前記出力における前記供給電流を変化させるために前記電流源への電流制御入力を調整する工程と、
c)前記第2の抵抗器ネットワークが前記電流源の前記出力への電流の供給に実質的に寄与し、前記第1の抵抗器ネットワークが前記電流源の前記出力への電流の供給に実質的にはるかに小さく寄与するように、前記電流源への抵抗器ネットワーク制御入力を調整し、前記第1の抵抗器ネットワークの抵抗値を修正する工程と、
d)工程b)を繰り返す工程と、
e)前記第1の抵抗器ネットワークが前記電流源の前記出力への電流の供給に実質的に寄与し、前記第2の抵抗器ネットワークが前記電流源の前記出力への電流の供給に実質的にはるかに小さく寄与するようになるまで、前記抵抗器ネットワーク制御入力を調整し、前記第2の抵抗器ネットワークの抵抗値を修正する工程と、
f)前記電流源の前記出力に供給される前記電流の値域を達成するために、工程b)からe)を繰り返す工程と
を備える方法。
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