JPH08262069A

JPH08262069A - 電圧電流特性測定装置

Info

Publication number: JPH08262069A
Application number: JP7086204A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kaito; 登海東; Shun Takagi; 駿高木
Original assignee: Hewlett Packard Japan Inc
Current assignee: Hewlett Packard Japan Inc
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1996-10-11
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: JP3457091B2; US5754041A

Abstract

(57)【要約】【目的】測定対象に供給する電圧・電流の設定変更時に
出力に現れるスパイク及びオーバ−シュートを抑え、な
おかつ高速な設定変更が可能な電圧電流特性測定装置を
提供する。【構成】電圧電流特性測定装置において、キャパシタ
１、誤差増幅器３、ＦＥＴスイッチ５、電圧電流変換器
７、積分手段４１，電力増幅器４２、電流レンジ抵抗手
段４３、バッファ増幅器４５を有するＶホールドループ
を有し、通常の動作時には、ＦＥＴスイッチ５をオンに
し、キャパシタ１に出力電圧を記憶し、電圧／電流の設
定変更時には、ＦＥＴスイッチ５をオフにしてＶホール
ドループの帰還回路を形成し、キャパシタ１の電圧を基
準にして出力電圧を変更直前の値に維持し、その間に電
圧値及び電流値を変更し、変更が完了した時点でＶホー
ルドループの帰還回路を切断し、電圧電流特性測定装置
を通常の動作状態に戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、電源の出力電
圧あるいは出力電流の設定を変更するときに出力に現れ
るスパイク及びオーバ−シュートを軽減する方法及び電
圧または電流の設定変更に要する時間を短縮する方法に
係わり、特に半導体直流パラメータ測定装置に用いられ
る電圧電流特性測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体技術の微細化は目覚ましい
ものがあるが、それに伴い半導体製品はストレスに対し
て弱くなってきている。従って、半導体を測定する装置
にも、測定対象である半導体に不用なストレスを与えな
いことが要求されている。また、特に製造ラインで用い
られる半導体試験装置では、製品検査に要する時間を極
力短くしたい要求があり、そのために各測定項目間の切
り換え時間をできるだけ短縮する必要がある。

【０００３】半導体直流パラメータ測定装置に用いられ
る電圧電流特性測定装置は、定電圧源から測定対象に電
圧を印加してそこに流れる電流を測定すること、及び定
電流源から測定対象に電流を流して測定対象の両端の電
圧を測定することが可能な装置である。なお、電圧電流
特性測定装置は、本願出願人が販売している半導体回路
試験装置の分野でのパラメトリック測定ユニット（ＰＭ
Ｕ）及び半導体直流パラメータ測定装置の分野での電圧
電流測定ユニット（ＳＭＵ）として用いられている。

【０００４】上述の測定を行うために、電圧電流特性測
定装置は、定電圧源モード、正定電流源モード及び負定
電流源モードの３つのモードを備え、これらのいずれか
１つのモードで測定対象に電源を供給し、電圧または電
流を測定する。図４は、横軸を電圧、縦軸を電流とする
座標に、これらのモードを図示したものである。

【０００５】定電圧源モードは、出力電流の絶対値がＩ
以下の範囲で、出力電圧が一定値Ｖであるモードである
（ここで、Ｉ及びＶは正の値）。すなわち、図４の座標
（Ｖ、Ｉ）と（Ｖ、−Ｉ）の間を結ぶ縦の直線が定電圧
源モードを表す。なお、正負のＩの絶対値が等い必要は
ないが、本明細書では、以下の説明の簡略化のために等
しいものとしておく。

【０００６】正定電流モードは、出力電圧がＶ以下の範
囲で、出力電流が一定値Ｉであるモードである。図４で
は、座標（Ｖ、Ｉ）から左にのびる横軸に平行な直線が
正定電流源モードを表す。また負定電流源モードは、出
力電圧がＶ以上の範囲で出力電流が一定値−Ｉであるモ
ードである。図４では、座標（Ｖ、−Ｉ）から右にのび
る横軸に平行な直線がこのモードを表す。これらの３つ
のモードを合成したクランク形の折り線が、電圧電流特
性測定装置の電圧電流特性を表している。

【０００７】ここで、上記の定電圧源のＶを制御電圧値
と、定電流源のＩを制御電流値と呼ぶことにする。制御
電圧値及び制御電流値は常時ある値に設定されている
が、現在電源がどのモードであるかは、Ｖ及びＩの設定
値のみでは決まらず、測定対象の抵抗値にも関係する。
図５に、測定対象の抵抗値がモードの決定に関係するこ
とを示し、さらにＶまたはＩの変更によってモードが遷
移する様子を例示する。図５の測定対象は抵抗値がＲの
抵抗であり、その他端が接地されている例を示してい
る。その電圧電流特性は勾配が１／Ｒの右上がりの直線
で表される。この直線と電圧電流特性測定装置の電圧電
流特性を表す折り線との交点が抵抗の動作点であり、電
圧電流特性測定装置の動作点でもある。また、動作点が
ある折り線の部分が電圧電流特性測定装置のモードを示
している。

【０００８】図５において、始めに電圧電流特性測定装
置は、Ｖ＝Ｖ1、Ｉ＝Ｉ1に設定されており、抵抗にはＶ
1／Ｒの電流（ただしＩ1以下）が流れているとする。こ
のときは、電圧電流特性測定装置は定電圧源モードであ
る。ここで、ＶをＶ2に上げる（ただしＶ2はＩ1・Ｒ以
下）。この結果出力電流はＶ2／Ｒに増加するが、この
値はＩ1以下であるので、モードは変化せず、電流値が
新しい値に変化するだけである。次ぎに、ＶをＶ3に変
更する。ここでＶ3／ＲはＩ1より大きいとする。このと
き、電圧電流特性測定装置は定電圧源モードで電流Ｖ3
／Ｒを出力することはできず、モードを遷移して定電流
源モードになり、出力電流Ｉ1、出力電圧Ｉ1・Ｒの動作
点に落ちつく。

【０００９】以上は、制御電圧値がＶ1の定電圧源モー
ドから、制御電圧値を変更して定電流源モードに遷移す
る例であるが、制御電流値を変更してもモードの遷移が
あり得る。図５の初期状態の定電圧源モードにおいて、
制御電流値をＩ1からＶ1／Ｒ以下に変更すれば、定電流
源モードに遷移することが、容易に分かる。

【００１０】また初期状態が定電流源モードで、制御電
圧値または制御電流値を変更したとき定電圧源モードに
遷移する例は示さないが、上記と同様の動作で遷移す
る。

【００１１】図３に従来技術の電圧電流特性測定装置の
基本構成図を示す。図３は電圧電流特性測定装置の基本
動作及び後に述べる本発明と関係する構成要素のみを示
し、帰還回路等の補正手段、レンジ切換、及び各種信号
処理や制御を行う演算制御部等の構成要素は省略してい
る。

【００１２】上述の電圧電流特性を持った定電圧源モー
ド、正定電流源モード及び負定電流源モードを実現する
ために、電圧電流特性測定装置は３つのモードに対応し
てＶループ、Ｉpループ及びＩnループと呼ぶ帰還ループ
を備えている。図３において、ＤＡ変換器１１、電圧レ
ンジ抵抗回路１２、誤差増幅器１３、電圧電流変換器１
７、積分手段４１、電力増幅器４２、電流レンジ抵抗回
路４３、バッファ増幅器４５及び抵抗１６からなる帰還
回路がＶループである。端子４４が電圧電流特性測定装
置の出力端子で、この端子と接地間または他の電圧電流
測定装置の出力端子間に測定対象が接続される。

【００１３】Ｉpループは、ＤＡ変換器２１、反転増幅
器２２、抵抗２３、誤差増幅器２４、電圧電流変換器２
８、積分回路４１、電力増幅器４２、電流レンジ抵抗回
路４３、差動増幅器４６、抵抗２７から構成されている
帰還回路である。Ｉnループは、ＤＡ変換器２１、抵抗
３３、誤差増幅器３４、電圧電流変換器３８、積分回路
４１、電力増幅器４２、電流レンジ抵抗回路４３、差動
増幅器４６、抵抗３７から構成されている帰還回路であ
る。なお、図３は正と負の定電流モードの制御電流の絶
対値が等しい場合の例である。等しくない場合は、反転
増幅器２２が不要で、２１とは別のＤＡ変換器から、基
準電圧を抵抗３３に印加する。

【００１４】ここで、電圧レンジ抵抗回路１２及び電流
レンジ抵抗回路４３は、通常、複数のレンジ抵抗とそれ
らを切り換えるＦＥＴスイッチから構成されている。電
圧レンジ抵抗回路１２が制御電圧値のレンジを、ＤＡ変
換器１１がレンジ内の値を設定する。制御電流値の場合
は、電流レンジ抵抗回路４３がレンジを、ＤＡ変換器２
１がレンジ内の値を設定する。また積分回路は、通常電
力増幅器の入力と接地間に接続したキャパシタで構成さ
れる。

【００１５】さらに、誤差増幅器１３、２４及び３４の
入出力間にはそれぞれクランプ回路１４、２５及び３５
が接続され、誤差増幅器の出力はクランプ回路で決まる
クランプ電圧（Ｖc）以上にならないようになってい
る。

【００１６】次ぎに、電圧電流変換器１７、２８及び３
８の入力電圧対出力電流の関係を図６に示す。出力電流
は、入力電圧にほぼ比例して変化するが、入力電圧の絶
対値が図６のＶsより大きい範囲では飽和するように設
定されている。Ｖループの電圧電流変換器１７は原点に
対してほぼ点対称の特性で、飽和電流の大きさはＩsで
ある。一方、Ｉpループの電圧電流変換器２８では、正
電圧側の飽和電流がほぼゼロになるように、電圧電流変
換器２８の特性に−Ｉsのバイアスがかかった特性にな
っている。また、Ｉnループの電圧電流変換器３８は＋
Ｉsのバイアスがかかった特性になっている。また入力
電圧は上述の誤差増幅器のクランプ電圧Ｖc以上にはな
らない。

【００１７】なお、これらの電圧電流変換器の入出力特
性の傾斜部分の勾配が、等しい必要はない。

【００１８】次ぎに、各ループの動作を述べる。まずＶ
ループが帰還制御を行っているとする。このとき、出力
端子４４からバッファ増幅器４５と抵抗１６を介して誤
差増幅器１３の入力に帰還された電圧と、ＤＡ変換器１
１の電圧が電圧レンジ抵抗回路１２を介して誤差増幅器
１３の入力に加えられた電圧との差が、誤差増幅器１３
で増幅され、電圧電流変換器１７から差電圧に相当する
電流が出力される。この電流は、積分回路４１で積分さ
れ、電力増幅器４２の入力となる。このようなＶループ
の負帰還により、出力端子４４の電圧とＤＡ変換器の電
圧の比が、抵抗１６と電圧レンジ抵抗回路１２の抵抗値
の比に等しくなるように平衡する。この状態では、出力
電圧が一定、すなわち電力増幅器４２の入力電圧はほぼ
一定に保たれるので、積分回路４１に入力する電流はほ
ぼゼロである。

【００１９】一方、Ｖループが帰還制御を行っていると
きは、出力電流は制御電流値より小さな値であるから、
Ｉpループの誤差増幅器２４の入力は、誤差増幅器を飽
和させる大きさの負電圧になっている。このため誤差増
幅器２４の出力はクランプ回路２５で正の電圧Ｖｃにク
ランプされる。またＩnループの誤差増幅器３４も、極
性が逆だが同様の理由で−Ｖcにクランプされる。従っ
て、Ｉp及びＩnループは帰還制御できない状態になって
いる。このとき、Ｉp及びＩnループの電圧電流変換器２
８及び３８の入力電圧はそれぞれＶc及び−Ｖcになるか
ら、その出力電流は図６に示すようにほぼゼロである。
３つの電圧電流変換器の電流の和が、積分回路４１に入
力する電流であるが、流入する電流がほぼゼロになるよ
うに電圧電流変換器１７の電流が微調整されて帰還回路
が平衡するのである。

【００２０】ＩpまたはＩnループが帰還制御を行う場合
は、下記の点を除いてＶループの場合と同様である。す
なわち、帰還電圧が出力電圧ではなく、電流レンジ抵抗
回路４３の両端の、電流に比例した電圧を帰還する。電
圧レンジ抵抗回路に相当する位置の抵抗２３及び３３は
レンジ切替の必要がない。また、極性の異なるＩpルー
プとＩnループのために、ＤＡ変換器２１の極性を反転
する反転増幅器２２が設けられている。さらに、詳細は
省略するが、帰還回路が平衡している状態での各電圧電
流変換器の出力電流はゼロではなく、全体の和がゼロに
なっている。

【００２１】また、電圧及び電流の測定は次ぎの方法で
行う。差動増幅器４６の入力インピーダンスはほぼ無限
大で、その出力電圧は電圧電流特性測定装置の出力電流
に比例しているので、この電圧を図示していない電圧計
で測定して、測定対象に流れる電流値を求めることがで
きる。また、バッファ増幅器４５の出力電圧は電圧電流
特性測定装置の出力電圧に等しいので、この電圧を図示
していない電圧計で測定して、測定対象の電圧値を求め
ることができる。

【００２２】上記３つモードの１つから他のモードへ移
る動作を、図５に示した定電圧源モードから定電流源モ
ードへ遷移する例で述べる。始めに制御電圧値がＶ1、
制御電流値がＩ1で、定電圧源モードにあるとする。こ
のとき、Ｖループが帰還制御を行って平衡状態にあり、
Ｉpループ及びＩnループの誤差増幅器はクランプされて
いる。

【００２３】ここで、制御電圧値をＶ3まで大きくした
とすると、Ｖループの帰還制御動作で出力電圧が増加し
て、出力電流が増加し制御電流値Ｉ1を越えようとす
る。このとき、Ｉpループの誤差増幅器２４の入力電圧
がゼロに近くなり、誤差増幅器２４はクランプ状態から
解放され、電圧電流変換器２８の入力電圧も飽和領域か
ら解放される。電圧電流変換器２８は入力電圧が下がっ
てくると、図６に示すように、電流を吸収するようにな
っているため、積分回路から電流を吸収する。一方Ｉn
ループでは設定電流と出力電流が大きく異なるためクラ
ンプ状態を続け、電圧電流変換器３８の電流はゼロの状
態を維持している。この結果、Ｉpループが電力増幅器
４２の入力電圧を下げ、さらに出力電圧を下げる方向に
働く。

【００２４】一方、Ｖループでは、出力電圧がまだ設定
値Ｖ3より低いので、誤差増幅器１３の出力は増加し、
電圧電流変換器１７の出力電流を流出しようとする。こ
こで電圧電流変換器１７と電圧電流変換器２８が互いに
逆方向の動作をするが、図６に示すように、電圧電流変
換器１７が流出できる上限Ｉsは、電圧電流変換器２８
が吸収できる電流の上限（ほぼ２Ｉs）より小さいの
で、電圧電流変換器１７が先に飽和する。結局誤差増幅
器１３もクランプされるまで、出力を上げて帰還制御が
不可能な状態になる。このように、電圧電流変換器１７
の飽和電流は電圧電流変換器２８に吸収される状態で帰
還回路が平衡し、Ｖループは定電圧制御の状態から離
れ、Ｉpループが定電流制御する状態になって、出力電
流が一定値に保たれる。

【００２５】なお、電圧設定がＶ1からＶ2に変化すると
きは、Ｉpループの誤差増幅器２４の入力の誤差電圧が
ゼロに近くなることはないので、Ｖループの電圧制御状
態を維持して電圧Ｖ2になる。

【００２６】上述のように、電圧電流特性測定装置は、
定電圧源モード、正定電流源モード及び負定電流源モー
ドを実行するために複数の帰還回路を有している。これ
らの帰還回路の周波数応答が有限であること及び複数次
の極を含んでるため、平衡状態にある帰還回路の状態を
決定しているパラメータを１つでも変化させると、出力
にスパイクやオーバシュートが発生する。電源のモード
が遷移するときは、複数の帰還回路が、飽和やクランプ
している帰還動作停止状態と帰還制御動作状態を入れ替
わるので、特に大きなスパイクやオーバシュートが発生
する。これらのスパイクやオーバシュートが測定対象半
導体に不用なストレスを与えるのである。

【００２７】従来からスパイク及びオーバーシュートを
抑える方法は種々工夫されてきた。それらを以下に例示
する。

【００２８】（ア）ＤＡ変換器の出力にフィルタを設け
る方法制御電圧値及び制御電流値を設定するＤＡ変換器の出力
に低域通過形フィルタを挿入して、ＤＡ変換器出力の急
激な変化を抑えることにより、帰還ループの急激な変化
を抑える方法である。

【００２９】（イ）電圧レンジ変更時ＤＡ変換器を一時
ゼロにする方法制御電圧値のレンジ変更は、電圧レンジ抵抗回路１２
で、抵抗（図示していない）を切り換えることによって
行なわれる。定電圧源モードでのレンジ切替時のスパイ
ク及びオーバシュートを防止するために、一旦ＤＡ変換
器１１の設定をゼロにし、その状態でレンジ抵抗を切替
え、その後ＤＡ変換器を所望の値に設定する方法であ
る。

【００３０】（ウ）電圧レンジ抵抗回路でメーク・ビフ
ォア・ブレーク切換する方法定電流源モードで制御電圧値の変更を伴う設定変更の場
合、該電圧値が小さくなるとモード遷移が生じることが
予測される場合、電圧レンジ抵抗回路の抵抗切替（図示
していない）をメーク・ビフォア・ブレークとなるよう
にする方法である。これにより切替の期間に一時的に切
替前後の２本のレンジ抵抗が並列接続されるので、切替
中に出力電圧が低い方に振れることはない。従って、レ
ンジ抵抗切替中の不用なループ遷移を避け、スパイク及
びオーバシュートの発生を抑える。

【００３１】（エ）電圧レンジ抵抗回路でブレーク・ビ
フォア・メーク切換する方法定電流源モードで制御電圧値の変更を伴う設定変更の場
合、該電圧値が大きくなるとモード遷移が生じることが
予測される場合、レンジ抵抗の切替をブレーク・ビフォ
ア・メークとなるようにする方法である。これにより切
替の期間に一時的にレンジ抵抗が小さくなることはな
く、出力電圧が大きい方に振れることはない。従って、
レンジ抵抗切替中の不用なループ遷移を避け、スパイク
及びオーバシュートの発生を抑える。

【００３２】（オ）定電圧源モード変換方法現在定電流源モードで、電流レンジ抵抗回路４３の抵抗
（図示していない）を変更する場合に、初めに、現状の
動作点がほとんど変化しないように制御電圧値を変更し
て強制的に定電圧源モードにする。その後、電流レンジ
抵抗回路の抵抗値を変更する方法である。

【００３３】（カ）Ｉループを切断する方法現在定電圧源モードで、電流レンジ抵抗回路の抵抗の変
更を伴う設定変更を行う場合、Ｉpループ及びＩnループ
の電圧電流変換器を機能停止状態にし、Ｉpループ及び
Ｉnループのそれぞれの帰還ループを切断する。電流関
係の設定変更を行い全ての変更が終了してからＩpルー
プ及びＩnループの帰還ループを復活させる方法であ
る。

【００３４】（キ）ソフトスイッチ方法電流ループの電圧電流変換器を機能停止しても電流レン
ジ抵抗回路４３はＶループの構成要素にもなっているの
で、電流レンジ抵抗を切り換えるときに出力にスパイク
またはオーバシュートが現れてしまう。そこで電流レン
ジ抵抗を切り換えるＦＥＴスイッチをランプ電圧波形で
駆動し、レンジ抵抗の変化がＶループの周波数応答より
遅くなるよにする方法である。

【００３５】上記従来技術を組み合わせ、また現在の状
態に応じて選択し、スパイク及びオーバーシュートを抑
える目的は達成できている。しかし、これらには以下の
問題がある。（１）１つの設定変更をするのに、複数のステップの操
作を行わなければならない。そのために設定変更に時間
を要する。（２）ＤＡ変換器の低域通過フイルタ及びソフトスイッ
チ等は設定変更を徐々に行うので、設定変更に時間を要
する。（３）現在のモードを監視し、設定変更後のモードを予
測して上述した複数の変更方法から適当な方法を選び、
操作の順序を切り換えなければならないので、制御が複
雑で、演算制御部のファームウェアの負担が大である。（４）上記（１）（２）項により、測定時間を短縮した
いという市場の要求を満足することができない。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、スパイク及
びオーバーシュートを抑え、なおかつ高速な設定変更が
可能な電圧電流特性測定装置を提供する。さらに従来技
術の設定変更時の複雑な制御を単純化し、制御を行うフ
ァームウェアの負荷を軽減する。

【００３７】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術のＶ
ループ、Ｉpループ及びＩnループに加えて、新たにＶホ
ールドループを設ける。このループは、電圧電流特性測
定装置の通常の動作時には、出力電圧記憶回路で出力電
圧を記憶している。制御電圧・電流値の変更時に、Ｖホ
ールドループの帰還回路が形成され、この帰還回路が、
出力電圧記憶回路の記憶電圧を基準にして出力電圧を変
更直前の値に維持する。その間に制御電圧値及び制御電
流値のいずれかまたは両方を変更する。変更が完了した
時点で、Ｖホールドループの帰還回路を切断し、電圧電
流特性測定装置は通常の動作状態に戻る。

【００３８】

【実施例】本発明の実施例の基本構成を図１に示す。従
来技術と同じ機能の構成要素には同じ符号を付してい
る。なお、図１は電圧電流特性測定装置の基本動作に関
する構成要素のみを示し、帰還回路等の補正手段、レン
ジ切換、及び各種信号処理や制御を行う演算制御部等の
構成要素は省略している。

【００３９】Ｖホールドループの基本構成は、出力電圧
記憶回路であるキャパシタ１、誤差増幅器３、ＦＥＴス
イッチ５、電圧電流変換器７、積分回路４１，電力増幅
器４２、電流レンジ抵抗回路４３、バッファ増幅器４５
を一巡するループである。積分回路４１，電力増幅器４
２、電流レンジ抵抗回路４３及びバッファ増幅器４５は
従来技術のＶループ、Ｉpループ及びＩnループと共通の
ループ構成要素である。

【００４０】Ｖホールドループには、出力電圧トラック
動作と出力電圧維持動作の２つの動作状態がある。出力
電圧維持動作は、電圧電流特性測定装置の制御電圧・電
流値を変更する期間の動作であり、その目的は出力電圧
を一定値に維持することである。出力電圧トラック動作
は、電圧電流特性測定装置の変更が完了した通常の動作
状態の期間の動作で、その目的は出力電圧に追従して電
圧を記憶することである。

【００４１】出力電圧トラック動作では、ＦＥＴスイッ
チ５を閉じて、Ｖホールドループの帰還ループを切断
し、帰還制御動作を停止させておく。

【００４２】ＦＥＴスイッチ５を閉じれば、誤差増幅器
３は全帰還状態になり、その入出力端子はゼロ電位に保
持されるので、帰還ループは切断される。誤差増幅器の
入力端子がゼロに保たれているので、キャパシタ１の誤
差増幅器側の端子の電位はゼロである。またキャパシタ
１の他の端子は、バッファ増幅器４５から電圧電流特性
測定装置の出力電圧に等しい電圧が常に印加されてい
る。この結果、キャパシタ１に出力電圧に等しい電圧を
常に充電しておくことができる。

【００４３】電圧電流特性測定装置の制御電圧・電流値
を変更するときは、まず切断されているＶホールドルー
プの帰還ループを形成させ、出力電圧維持動作に切り換
える。これにはＦＥＴスイッチ５を開放する。本ループ
の電圧電流変換器７は、図７の点線で示すように、Ｖル
ープ、Ｉpループ及びＩnループの電圧電流変換器より電
流出力のダイナミックレンジを大きく設定してある。つ
まり、飽和時の電流値が電圧電流変換器１７の飽和電流
Ｉｓの３倍を越える値以上に設定してある。

【００４４】Ｖホールドループが帰還ループを形成する
と、キャパシタ１に充電されている電圧とバッファ増幅
器４５から印加される出力電圧に等しい電圧との差電圧
が誤差増幅器３に入力され、Ｖホールドループはこの差
電圧をゼロになるように帰還制御しようとする。その前
に帰還制御して出力電圧を決定していたＶループまたは
ＩループとＶホールドループが同時に出力電圧を制御し
ようと競合するが、電圧電流変換器のダイナッミクレン
ジが小さいＶループまたはＩループの電圧電流変換器が
先に飽和してしまい、最終的にはＶホールドループが制
御するようになる。そして、それまで帰還制御していた
ループの誤差増幅器はクランプ状態になる。

【００４５】帰還制御がＶホールドループに移っている
この間に、制御電圧及び／または電流値を一気に変更し
ても出力に影響は現れない。変更が完了後、Ｖホールド
ループのループを切断すると、帰還制御は新しい値に応
じてＶループ、ＩpループまたはＩnループのいずれかに
戻る。

【００４６】前述の基本構成のＶホールドループの動作
により、スパイク及びオーバシュートは低減するが、Ｖ
ホールドループと通常のループ間の遷移により新たなス
パイク及びオーバシュートが生じる場合がある。これを
取り除き、またＶホールドループの帰還動作の安定性を
改善する手段を施した詳細実施例を図２に示す。但し、
図２は基本動作に関する構成要素のみを示し、Ｖホール
ドループを含む帰還回路等の補正手段、レンジ切換、及
び各種信号処理や制御を行う演算制御部等の構成要素は
省略している。

【００４７】図２において、Ｖホールドループのキャパ
シタ１と誤差増幅器３の間に抵抗２を挿入し、該抵抗に
並列にＦＥＴスイッチ４を接続している。また、キャパ
シタ１と抵抗２の接続点と誤差増幅器３の出力端子の間
にクランプ回路６を接続している。さらに、Ｖループ、
Ｉpループ及びＩnループの誤差増幅器の入出力間にＦＥ
Ｔスイッチ１５、２６及び３６を接続している。これら
の作用を以下に記す。

【００４８】（Ａ）Ｖホールドループが出力電圧維持動
作中、Ｖループ、Ｉpループ及びＩnループの電圧電流変
換器を機能停止状態にする。これにより、過渡的に生じ
ることがあるスパイクの発生を防止する。電圧電流変換
器の機能停止状態とは、電圧電流変換器の変換効率が等
価的にゼロになることでありる。従ってそれを実現する
には、電圧電流変換器の入力を切断する、電圧電流変換
器内部を制御して出力を遮断する、あるいは出力端を遮
断する等の方法がある。

【００４９】（Ｂ）キャパシタ１と誤差増幅器３の入力
との間に挿入した抵抗２を、Ｖループの帰還抵抗１６と
ほぼ等しい値にして、Ｖホールドループの帰還ループの
安定性を改善する。出力電圧トラック動作中は、抵抗２
をＦＥＴスイッチ４で短絡してホールドの遅れが生じな
い様にする。

【００５０】（Ｃ）Ｖホールドループの出力電圧維持動
作と出力電圧トラック動作の切換を一気に行うと、ＦＥ
Ｔスイッチ４及び５からの電荷移動等により、新たなス
パイクが発生するので、切換をランプ波形で駆動するソ
フト切換方式で、ＦＥＴスイッチ４、５及び７の切換タ
イミングを調整する。

【００５１】（Ｄ）Ｖホールドループが出力電圧維持動
作中に、Ｖループ、Ｉpループ及びＩnループの誤差増幅
器がクランプされた状態だと、出力電圧維持動作が完了
して、電圧電流特性測定装置の通常の動作に復帰すると
きにオーバシュートが発生する場合があるので、出力電
圧維持動作中は誤差増幅器１３、２４及び３４の入出力
をそれぞれＦＥＴスイッチ１５、２６及び３６で短絡す
る。

【００５２】（Ｅ）Ｖホールドループにクランプ回路６
を接続し、出力電圧維持動作中にＦＥＴスイッチが誤動
作するのを防ぐ。

【００５３】上記方法でスパイク及びオーバシュートが
なくなり、単純な制御で高速な設定変更が可能になっ
た。

【００５４】以上に本発明の実施例を示したが、例示の
様式、配置、その他を限定するものでなく、必要に応じ
て本発明の要旨を失うことなく構成の変形も許容され
る。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、スパイク及びオーバシ
ュートの発生を十分抑えることができ、従来技術で数ｍ
ｓから１０ｍｓ程度を要した設定変更時間を、１０分の
１以下に短縮できる。この結果、半導体特性を高速に測
定できるようになり、実用に供し有益である。さらに、
従来技術で必要だった、現在の状態及び設定後に予想さ
れる状態によって制御方法を切り換える方法が不用にな
ったため、ファームウェアによる制御が極めて単純化で
きるようになり、開発期間の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の基本構成を示す図である。

【図２】本発明の実施例のより詳細な構成を示す図であ
る。

【図３】従来技術の基本構成を示す図である。

【図４】電圧電流特性測定装置の出力モードを示す図で
ある。

【図５】電圧電流特性測定装置の出力モードの遷移の例
を示す図である。

【図６】電圧電流変換器の入力電圧、出力電流特性を示
す図である。

【図７】電圧電流変換器の入力電圧、出力電流特性を示
す図である。

【符号の説明】

１：キャパシタ２：抵抗３：誤差増幅器４：ＦＥＴスイッチ５：ＦＥＴスイッチ６：クランプ回路７：電圧電流変換器１１：ＤＡ変換器１２：電圧レンジ抵抗回路１３：誤差増幅器１４：クランプ回路１５：ＦＥＴスイッチ１６：抵抗１７：電圧電流変換器２１：ＤＡ変換器２２：反転増幅器２３：抵抗２４：誤差増幅器２５：クランプ回路２６：ＦＥＴスイッチ２７：抵抗２８：電圧電流変換器３３：抵抗３４：誤差増幅器３５：クランプ回路３６：ＦＥＴスイッチ３７：抵抗３８：電圧電流変換器４１：積分回路４２：電力増幅器４３：電流レンジ抵抗回路４４：出力端子４５：バッファ増幅器４６：差動増幅器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端が出力端子に接続され、前記出力端子
から測定対象に流れる出力電流を検出する電流レンジ抵
抗回路と、前記電流レンジ抵抗回路の他端を駆動する電力増幅器及
び前記電力増幅器の入力に接続された積分回路と、前記出力端子の電圧を検出する出力電圧検出手段並びに
電圧レンジ抵抗回路を介して出力電圧用基準電圧が接続
された誤差増幅器が、電圧電流変換器を介して前記積分
回路に接続されている第１制御手段と、前記電流レンジ抵抗回路の両端の電圧を検出する出力電
流検出手段並びに抵抗を介して出力電流用基準電圧が接
続された誤差増幅器が電圧電流変換器を介して前記積分
回路に接続されている少なくとも１つの第２制御手段
と、を備えて成り、前記第１制御手段により前記出力電
圧を所定の値に制御するか、または前記第２制御手段に
より前記出力電流を所定の値に制御する電圧電流特性測
定装置において、一端が前記出力電圧検出手段に接続され、他端が誤差増
幅器の入力に接続された電圧記憶手段と、前記誤差増幅
器の入出力間に接続された制御切換手段とを有し、前記
誤差増幅器が電圧電流変換器を介して前記積分回路に接
続されている第３制御手段を有し、前記第１制御手段または第２制御手段が前記出力電圧ま
たは出力電流を制御している場合は、前記第３制御手段
は、前記制御切換手段によって、前記電圧記憶手段が前
記出力電圧検出手段の電圧を記憶する状態に切り替わ
り、前記出力電圧を記憶し、前記出力電圧及び出力電流の一方または両方の設定値を
変更する場合は、まず前記制御切換手段により前記第３
制御手段が出力電圧を制御する状態に切り替わり、前記
第３制御手段が前記出力電圧を、前記電圧記憶手段に記
憶された電圧に保持する制御を開始して、前記第１制御
手段および第２制御手段が制御を自動的に停止した後、
前記電圧レンジ、出力電圧用基準電圧、電流レンジ及び
／または出力電流用基準電圧の設定値を変更し、前記設
定変更の過渡期間終了後、前記制御切換手段により前記
第３制御手段の制御動作を停止し、前記第１制御手段ま
たは第２制御手段が制御を再開し、前記第３制御手段は
前記出力電圧検出手段の電圧の記憶を再開することを特
徴とする電圧電流特性測定装置。
【請求項２】前記第３制御手段の前記電圧記憶手段がキ
ャパシタで成り、前記制御切換手段がＦＥＴスイッチで
成り、前記ＦＥＴスイッチを短絡して、前記キャパシタに出力
電圧に対応した電圧を充電し、前記ＦＥＴスイッチを開
放して、前記キャパシタに充電した電圧を基準にして前
記出力電圧が、前記ＦＥＴスイッチの開放直前の出力電
圧に保持されるよう制御すること、を特徴とする請求項
１記載の電圧電流特性測定装置。
【請求項３】前記第３制御手段が、前記出力電圧検出手段にキャパシタの一端を接続し、前
記キャパシタの他端を抵抗を介して前記誤差増幅器の入
力端に接続し、前記誤差増幅器の入出力間を第１ＦＥＴ
スイッチで接続し、前記抵抗の両端を第２ＦＥＴスイッ
チで接続し、前記誤差増幅器の出力を前記電圧電流変換
器を介して前記積分回路に接続して成り、前記第１ＦＥＴスイッチおよび第２ＦＥＴスイッチを短
絡して、前記キャパシタに出力電圧に対応した電圧を充
電し、前記第１ＦＥＴスイッチおよび第２ＦＥＴスイッチを開
放して、前記キャパシタに充電した電圧を基準にして前
記出力電圧が、前記第１ＦＥＴスイッチおよび第２ＦＥ
Ｔスイッチの開放直前の出力電圧に保持されるよう制御
すること、を特徴とする請求項１記載の電圧電流特性測
定装置。
【請求項４】前記第１ＦＥＴスイッチおよび第２ＦＥＴ
スイッチの短絡、開放の切換制御をランプ波形で行うこ
とを特徴とする請求項３記載の電圧電流特性測定装置。
【請求項５】前記第３制御手段が、前記キャパシタと前記抵抗の接続点と前記誤差増幅器の
出力との間をクランプ回路を接続して成り、前記第１Ｆ
ＥＴスイッチおよび第２ＦＥＴスイッチの誤動作を防止
することを特徴とする請求項４記載の電圧電流特性測定
装置。
【請求項６】前記第１制御手段および第２制御手段が、
それぞれの前記誤差増幅器の入出力間にＦＥＴスイッチ
を接続し、前記第１制御手段または第２制御手段が前記
出力電圧または出力電流を制御する期間は、前記ＦＥＴ
スイッチを開放し、前記第３制御手段が出力電圧を保持
する制御を開始した後、前記ＦＥＴスイッチを短絡し、
前記電圧レンジ、出力電圧用基準電圧、電流レンジ及び
／または出力電流用基準電圧の設定値を変更し、前記設
定変更の過渡期間終了直後に、前記ＦＥＴスイッチを開
放することを特徴とする請求項１記載の電圧電流特性測
定装置。
【請求項７】前記第１制御手段および第２制御手段が、
前記電圧電流変換器の機能を停止させる手段を有し、前記第３制御手段が出力電圧を保持する制御を開始した
後、前記第１制御手段および第２制御手段の前記電圧電
流変換器の機能を停止させて、前記電圧レンジ、出力電
圧用基準電圧、電流レンジ及び／または出力電流用基準
電圧の設定値を変更し、前記設定変更の過渡期間終了直
後に、前記電圧電流変換器の機能を回復させることを特
徴とする請求項１記載の電圧電流特性測定装置。