JPS61172073A - 高周波信号測定回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、高周波信号を高速、かつ高精度で測定する
高周波信号測定回路に係り、特にトランジスタやダイオ
ード等の半導体素子、集積回路からなる各種半導体装置
における自動測定評価装置に内蔵される高周波信号測定
回路に関する。

［発明の技術的背景〕 トランジスタやダイオード等の半導体素子、集積回路等
の各種半導体装置の特性測定項目の一つに高周波特性が
ある。この高周波特性は従来、第３図に示すような回路
で測定されている。半導体装置から出力される高周波信
号Ｖｉｎは、まず、入力緩衝増幅回路（入力バッファ）
１１で増幅された後、測定レンジ制御回路１２に供給さ
れる。この測定レンジ制御回路１２は主制御回路１３の
制御の下に入力緩衝増幅回路１１からの出力の振幅を調
整する。この測定レンジ制御回路１２で振幅が調整され
た高周波信号は高周波検波回路、１４で検波され、直流
電圧に変換される。この後、この直流電圧はアナログ／
ディジタル変換回路＜Ａ／Ｄ変換回路）１５でディジタ
ル信号に変換され、上記主制御回路１３に供給される。

この後、主制御回路１３はこのディジタル信号に基づい
て、被測定半導体装置の高周波特性を検出する。

［背景技術の問題点］ ところで、上記のような高周波信号のレベル測定で問題
になるのは、上記高周波検波回路１４のダイナミックレ
ンジの広さである。通常、半導体装置の底周波信号測定
に要求されるダイナミックレンジは１０ｍ　Ｖないし１
■程度であり、ダイナミックレンジが広くなるにつれて
高周波検波回路１４の直線性および温度ドリフト等の特
性が悪化する。

従来の測定回路では、高周波検波回路１４に上記のよう
な広いダイナミックレンジを持たせているため、直線性
および温度ドリフトの特性が悪くなり、高精度の測定が
困難であるという欠点がある。

［発明の目的］ この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
ありその目的は、測定精度を大幅に向上させることがで
きる高周波信号測定回路を提供することにある。

［発明の概要］ 上記の目的を達成するためこの発明の高周波信号測定回
路にあっては、第１の検波回路により入力高周波信号を
検波し、振幅範囲測定回路により上記検波出力電圧をそ
れぞれ値が異なる複数の直流電圧と比較することによっ
て上記高周波信号の振幅範囲を測定し、この測定結果に
応じて利得制御増幅回路の利得を調整して上記入力高周
波信号を増幅し、第２の検波回路によりこの利得制御増
幅回路の出力信号を検波し、この検波によって得られた
直流電圧をディジタル変換回路によりディジタル信号に
変換するようにしている。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はこの発明に係る高周波信号測定回路の一実施例
の構成を示すブロック図である。図において、２１は高
周波信号■ｔｎを増幅する入力緩衝増幅回路である。こ
の入力緩衝増幅回路２１で増幅された高周波信号はこの
後、測定レンジ制御回路２２に供給される。この測定レ
ンジ制御回路２２は、主制御回路２３の制御の下に入力
緩衝増幅回路２１の出力振幅を調整するものである。こ
の測定レンジｔｓｍ回路２２で振幅が調整された高周波
信号はダイナミックレンジ測定回路２４および利得制御
増幅回路２５に並列に供給される。　　　□ 上記ダイナミックレンジ測定回路２５は、上記測定レン
ジ制御回路２２から出力される高周波信号を検波してそ
の振幅に応じた直流電圧を発生する高周波検波回路３１
、この高周波検波□回路３１の検波出力電圧をそれぞれ
値が異なる複数の直流電圧と比較することにより上記測
定レンジ制御回路２２の出力高周波信号の振幅範囲（ダ
イナミックレンジ）を検出するダイナミックレンジ検出
回路３２、このダイナミックレンジ検出回路３２の出力
を記憶する記憶回路３３等から構成され、測定レンジ制
御回路２２の出力高周波信号の振幅レベル範囲を測定す
る。

そして、上記利得制御増幅回路２５の利得は、上記ダイ
ナミ゛ツクレンジ測定回路２４内の記憶回路３３の記憶
データに応じて調整されるようになっている。

そして、入力高周波信号Ｖｉｎの振幅が大きく、これに
伴って測定レンジ制御回路２２の出力信号の振幅も大き
いような場合、上記利得ＭＩｌＩ増幅回路２５の利得は
、上記ダイナミックレンジ測定回路２４からの出力に応
じて小さくなるように調整され、他方、入力高周波信号
Ｖｉｎの振幅が小さく、これに伴って測定レンジＩＩＪ
　ｌｉｔ回路２２の出力信号振幅も小さいような場合に
は大きくなるように調整される。

上記利得制御増幅回路２５は、上記のようにして調整さ
れた利得で上記測定レンジ制御回路２２の出力倍電を増
幅する。にのため、この利得制御増幅回路２５の出力信
号の振幅は常に一定の範囲となるように制御される。

上記利得制御増幅回路２５の出力信号は高周波検波回路
２６で検波され、直流電圧に変換される。この直流電圧
はＡ／Ｄ変換回路２７でディジタル信号に変換され、上
記主制御回路２３に供給される。この主制御回路２３に
は上記記憶回路３３の記憶データも供給されているので
、この後、主制御回路２３は上記Ａ／Ｄ変換回路２７か
らの出力データ並びに記憶回路３３の記憶データに基づ
いて、被測定半導体装置の高周波特性を検出する。

なお、上記記憶回路３３における記憶タイミングおよび
ＡＩＤ変換回路２７における変換タイミングはそれぞれ
、上記主制御回路２３からの制御信号に基づいて制御ｌ
されている。

このような構成によれば、高周波検波回路２６には上記
利得制御増幅回路２５で一定の振幅範囲となるように調
整された高周波信号が常に供給されているので、この高
周波検波回路２６のダイナミックレンジは従来のように
広くする必要がない。このため、従来回路よりもこの＾
周波検波回路２６の直線性や温度ドリフト等の特性が大
幅に向上し、高精度の測定が可能である。

なお、この実施例回路においてもう一つの高周波検波回
路３１は、従来回路の高周波検波回路１４と同様にかな
り広いＩ囲の周波数信号を検波する必要がある。ところ
が、ここで検波するのは入力高周波信号の振幅がどの程
度の範囲にあるかを検出する、いわば目安であり、それ
ほど高精度を必要とせず、かつ、この検波回路３１の検
波出力が主制御回路２３に対する直接のデータとはなら
ないので問題はない。

第２図は上記実施例回路の各回路部分を具体化した全体
の回路図である。

前記入力緩衝増幅回路２１は図示するように、増幅率が
１の増幅器４１およびこの増幅器４１の入力端子とアー
スとの間に接続されている入力負荷抵抗４２とから構成
されている。

前記測定レンジ制御回路２２は、演算増幅器４３、この
演算増幅器４３の一方入力端子と上記入力緩衝増幅回路
２１の出力端子との間に挿入された抵抗４４、演算増幅
器４３の他方入力端子とアースとの間に挿入される抵抗
４５、前記主制御回路１３により制御されるスイッチ４
６．４７により上記演算増幅器４３の一方入力端子と出
力端子との間に選択的に接続される帰還用の抵抗４８．
４９から構成されている。そしてこの測定レンジ制御回
路２２では、スイッチ４６がオン状態にされ、抵抗４８
が演算増幅器４３の帰還抵抗にされることにより、上記
入力緩衝増幅回路２１の出力信号を１倍する増幅回路と
なり、このときの測定レンジは１０ｍＶ（ｒｍｓ）から
　１００ｍ　Ｖ（ｒｍｓ）に設定される゛。また上記測
定レンジ制御回路２２では、スイッチ４７がオン状態に
され、抵抗４９が演算増幅器４３の帰還抵抗にされるこ
とにより、上記入力緩衝増幅回路２１の出力信号を１０
倍する増幅回路となり、このときの測定レンジは１００
ｍＶ（ｒｍｓ）からＩＶ（ｒｍｓ）に設定される。

前記ダイナミックレンジ測定回路２４内のダイナミック
レンジ検出回路３２は、各一方入力端子に前記高周波検
波回路３１の出力電圧が並列に供給され、各他方入力端
子に１００ｍ　Ｖ　、　　２００ｍ　Ｖ　、　　４００
ｍ　Ｖ　。

ａｏｏｍ　ｖの直流電圧がそれぞれ供給され、それぞれ
両電圧を比較しそれぞれの大小関係に応じた論理信号を
出力する４個の電圧比較回路５１ないし５４と、これら
４個の電圧比較回路５１ないし５４の論理出力信号が供
給され、これらの信号から前記入力高周波信号Ｖｉｎの
ダイナミックレンジを判定するダイナミックレンジ判定
回路５５とから構成されている。そして、前記記憶回路
３３は上記ダイナミックレンジ判定回路５５の複数ビッ
トの出力信号を記憶する。

そして、このダイナミックレンジ測定回路２４でや は、１００ｍ　Ｖ直流電圧が供給されている電圧比較回
路５１の論理出力信号のみが例えば“１”レベルにされ
、残りの電圧比較回路５２ないし５４それぞれの論理出
力信号が例えば０”レベルにされた場合、前記入力高周
波信号Ｖｉｎのダイナミックレンジは１００ｍ　Ｖから
２００ｍ　Ｖの範囲にあると判定される。

鷺また、電圧比較回路５１および５２の論理出力信号が
“１”レベルにされ、残りの電圧比較回路５３および５
４それぞれの論理出力信号が“Ｏｒｅレベルにされた場
合、前記入力高周波信号Ｖｉｎのダイナミックレンジは
２００ｍ　Ｖから４００ｍ　Ｖの範囲にあると判定され
る。

さらに、電圧比較回路５１ないし５３の論理出力信号が
“１″レベルにされ、残りの電圧比較回路５４の論理出
力信号が“０″レベルにされた場合、前記入力高周波信
号Ｖｉｎのダイナミックレンジは４００ｍ　Ｖから８０
０ｍ　Ｖの範囲にあると判定される。

またさらに、全ての電圧比較回路５１ないし５４の論理
出力信号が°゛１１パレベルれた場合、前記入力高周波
信号■ｉｎのダイナミックレンジは８００ｍＶ以上の範
囲にあると判定される。

前記利得制御増幅回路２５は、演算増幅器６１、この演
算増幅器６１の一方入力端子と上記測定レンジ制御回路
２２の出力端子との間に挿入された抵抗６２、演算増幅
器６１の他方入力端子とアースとの間に挿入される抵抗
６３、上記記憶回路３３の対応するビット記憶内容に応
じて制御されるスイッチ６４ないし６７それぞれにより
上記演算増幅器６１の一方入力端子と出力端子との間に
選択的に接続される帰還用の抵抗６８ないし７１から構
成されている。

そしてこの利得制御増幅回路２５では、スイッチ６４が
オン状態にされて抵抗６８が演算増幅器６１の帰還抵抗
にされたときには上記測定レンジ制御回路２２の出力信
号を１０倍の利得で、スイッチ６５がオン状態にされて
抵抗６９が演算増幅器６１の帰還抵抗にされたときには
上記測定レンジ制御回路２２の出力信号を５倍の利得で
、スイッチ６６がオン状態にされて抵抗６９が演算増幅
器６１の帰還抵抗にされたときには上記測定レンジ制御
回路２２の出力信号を２．５倍の利得で、スイッチ６７
がオン状態にされて抵抗７０が演算増幅器６１の帰還抵
抗にされたときには上記測定レンジ制御回路２２の出力
信号を１．２５倍の利得で、それぞれ増幅する。このた
め、この利得制御増幅回路２５の出力信号の振幅は常に
１Ｖ（ＲＭＳ）から２Ｖ　（ＲＭＳ）の範囲となるよう
に調整される。

このため、この利得制御増幅回路２５の出力信号を検波
する高周波検波回路１６のダイナミックレンジは、１Ｖ
（ＲＭＳ）から２Ｖ　（ＲＭＳ）の狭い範囲に設定して
おけばよい。　この結果、高精度の検波が行われ、従来
回路での測定誤差が±１０％であったものが、この実施
例回路によれば±３％以下に改善された。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
種々の変形が可能であることはいうまでもない。例えば
、上記実施例では入力高周波信号Ｖｉｎのダイナミック
レンジを１００ｍ　Ｖから２００ｍ　Ｖ　、　　２００
ｍ　Ｖから４００ｍ　Ｖ　、　　４００ｍ　Ｖから８０
０ｍＶおよび８００ｍ　Ｖ以上の４つに分類したが、こ
れ゛はその他の分類方法を用いてもよい。

Ｃ発明の効果〕 以上説明したようにこの発明の高周波信号測定回路では
、測定精度を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の係る菖周波信号測定回路の一実施例
の構成を示すブロック図、第２図はその具体的回路図、
第３図は従来回路のブロック図である。 ２１・・・入力緩衝増幅回路、２２・・・測定レンジ制
御回路、２３・・・主制御回路、２４・・・ダイナミッ
クレンジ測定回路、２５・・・利得制御増幅回路、２６
・・・高周波検波回路、２７・・・アナログ／ディジタ
ル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）、３１・・・高周波検波
回路、３２・・・ダイナミックレンジ検出回路、３３・
・・記憶回路、５１〜５４・・・電圧比較回路、５５・
・・ダイナミックレンジ判定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力高周波信号を検波して直流電圧を得る第１の検波回
   路と、上記第１の検波回路の検波出力電圧をそれぞれ値
   が異なる複数の直流電圧と比較することにより上記高周
   波信号の振幅範囲を測定する振幅範囲測定回路と、上記
   振幅範囲測定回路による測定結果に応じて利得が調整さ
   れ、上記入力高周波信号を増幅する利得制御増幅回路と
   、上記利得制御増幅回路の出力信号を検波して直流電圧
   を得る第２の検波回路と、上記第２の検波回路の直流出
   力電圧をディジタル信号に変換するディジタル変換回路
   とを具備したことを特徴とする高周波信号測定回路。