KR100316944B1 - 임피던스 모드 측정장치 및 방법 - Google Patents

임피던스 모드 측정장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종래의 회로에서 응답신호의 DC 오프셋에 의한 측정값의 불안을 해결하기 위한 임피던스 모드 측정장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명인 임피던스 모드 측정장치는 AC소스신호와 응답신호를 +, -피크검출기 및 데이타샘플부로 전달될 수 있도록 하는 제어부(4)와, AC소스신호와 응답신호가 입력되는 입력부(5)와, 상기한 입력부(5)에서 입력되어진 응답신호 및 AC소스의 양의 퍼크치를 검출하는 '+'퍼크검출기(1)와, 응답신호의 음의 피크치를 검출하는 '-'피크검출기(1A)와, AC소스와 동기를 맞춰 임의의 시간 t에서 응답신호 및 AC소스신호 값을 샘플링하는 데이타샘플부(2) 및, 아날로그/디지탈컨버터에 입력될 신호를 홀드하는 샘플앤드홀드부(3)로 구성된다.

Description

임피던스 모드 측정장치 및 방법
본 발명은 ICT(In Circuit Tester)의 임피던스 모드 측정에 있어서 DUT(Device Under Test) 및 DUT 주변소자에 의해 DUT의 응답신호에 나타나는 DC 오프셋 성분의 영향을 고려하여 측정값 불안을 해결함과 동시에 정확한 DUT 값을 측정하는 것을 목적으로 한다.
ICT의 임피던스 모드 측정은 DUT의 한쪽 핀에 AC소스를 인가하고 반대쪽 핀에서는 그 응답신호를 측정하여 두 신호 사이의 위상차를 검출하는 방법에 의해 DUT의 값을 결정하게 된다. 이 때 DUT는 주변의 다른 소자와 연결되어 회로를 구성하기 때문에 실제 DUT를 통과한 응답신호의 파형은 정상적인 교류신호가 아닌 경우가 많다. 특히, DUT 및 DUT 주변소자의 영향에 의한 응답신호의 DC 오프셋 성분은 측정부 회로의 노이즈 안정성 및 연산증폭기(OP-AMP)의 오프셋 조정과는 무관한 문제이므로 위상차 검출시 큰 문제가 되고 있다. 본 발명에서는 이러한 DC 오프셋 성분을 고려하기 위해 응답신호의 '+' 및 '-' 피크 검출기(Peak Detector)를 사용하고, 여기서 DC 오프셋를 계산하여 실제 DUT의 측정값 계산하는 방법을 제시한다.
종래의 기술은 도 1(a)에 도시되어 있는 바와 같이, 측정 PCB(Printed Cicuit Board)상의 DUT에 AC소스를 공급하는 AC소스부와 이 소스에 의해 DUT를 통과한 후 발생되는 응답신호를 처리하는 측정부로 구성되어 있다.
여기서 측정부는, 도 1(b)에 도시되어 있는 바와 같이, 응답신호가 '+'피크 검출기(1) 및 데이타샘플부(2)로 전달될 수 있도록 스위치를 제어하는 제어부(4)와, AC소스신호와 응답신호가 입력되는 입력부(5)와, 상기한 입력부에서 입력되어진 응답신호 및 AC소스의 양의 퍼크치를 검출하는 '+'피크검출기(1)와, AC소스와동기를 맞춰 임의의 시간 t에서 응답신호를 샘플링하는 데이타샘플부(2)와, 아날로그/디지탈컨버터(A/D컨버터)에 입력될 신호를 홀드하는 샘플앤드홀드부(3)로 구성된다.
도 1(a)에 있어서, AC소스부가 100Hz∼100kHz AC소스를 발생하여 DUT에 공급하면, DUT를 통과한 AC소스는 DUT의 특성에 따른 위상차 및 진폭을 갖는 신호로 전류-전압(I-V)으로 변환되어 측정부로 인가된다.
도 1(c)는, 종래기술에 있어서의 실제 파형도를 나타내는 도면으로, 여기서 실제 파형도는 AC소스신호와 전류-전압(I-V)으로 변환되어 나온 응답신호를 나타내고 있다. 측정부로 인가된 응답신호는, 첫째로 제어부(4)의 제어에 의해 입력부(5)에 입력되어 '+'피크검출기(1)에 인가되고 그 피크값이 아날로그/디지탈 컨버터에 인가되어 피크값(V+pr)이 검출된다. 다음으로 제어부(4)의 신호에 의해 데이타샘플부(2)로 응답신호가 인가되어 AC소스와 동기를 맞춘 임의의 시간 t에서 값을 샘플링한다. 그 결과 샘플링된 값이 아날로그/디지탈 컨버터에 인가되어 시간 t에서 값 Vtr을 얻게 된다. 동일한 방법에 의해 AC소스에 대해서도 양의 피크값(V+ps)을 검출하고 임의의 시점 t에서 값 Vts를 얻는다. 이상과 같이 얻어진 4개의 값에 의해 임피던스 조합에 있어서 각각의 값을 구하는 방법은 다음과 같다.
DUT의 조합을 R//C인 경우를 고려할 때 합성 임피던스 Zx는
여기서 Rx과 Cx는 각각 다음과 같다.
위 식에서 위상차 θ는 이미 구해진 4개의 값 V+ps, Vts, V+pr, Vtr로부터 구할 수 있다. 임의의 시간 t에서 샘플링한 값 Vts와 Vtr은
상기 수학식(3)에서 ωt=sin-1(Vts/V+ps)이므로, 위상차 θ=sin-1(Vtr/V+pr)-sin-1(Vts/V+ps)이다. 따라서, 여기서 구해진 θ를 Rx 및 Cx의 식에 대입하면 각각의 값을 구할 수 있다.
종래의 기술에서 DUT 값을 결정하는 방법은 AC소스와 응답신호 각각의 피크 값과 시간 t에서의 각각의 샘플링한 값을 가지고 계산을 하게 된다, 이 때, AC소스부의 +피크검출기(1) 및 데이타 샘플부(2)는 문제가 없으나 응답신호 측정에 있어서 문제가 발생하게 된다. 즉, 종래의 기술은 응답신호의 +피크값(V+pr) 및 -피크 값(V-pr)이 같다는 조건하에서 +피크값 만을 가지고 성립하는 식이다. 그러나, 실제 PCB상에서 AC소스가 인가된 DUT는 주변의 다른 소자와 결합되어 있음으로 인해 그 응답신호에 원치 않는 신호, 특히 DC 오프셋 성분이 실림으로 인해 두개의 피크값이 서로 다르고, 또한 임의의 시간 t에서의 샘플값도 거짓의 값이 얻어지게 된다. 이러한 DC 오프셋은 DUT 및 DUT주변의 소자에 따라 그 값이 다르기 때문에 측정부에서 연산증폭기(OP-AMP)의 오프셋 조정으로는 해결될 수가 없으며 특히 필터를 사용할 수도 없는 상황이다. 그 이유는, 응답신호의 샘플링한 값에는 위상이 관련되어 있음으로 인해 필터를 사용할 경우 응답신호의 위상에 변화를 가져오기 때문이다.
본 발명은 종래의 회로에서 응답신호의 DC 오프셋에 의한 측정값의 불안을 해결하기 위한 임피던스 모드 측정장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 DC 오프셋에 의한 영향을 제거하기 위해 측정부에 '+'피크검출기(1) 및 '-'피크검출기(1A)를 설치하고, 두 피크값을 측정하여 DC 오프셋 성분을 검출한다. 이 값을 DUT의 값을 결정하는 계산식에 부가하여 측정을 수행하도록 함으로써 DC 오프셋에 의한 측정값의 불안정을 해소할 수 있다.
도 1(a)는, 종래기술의 기본적인 구성을 나타내는 도면.
도 1(b)는, 종래기술의 측정부의 구성을 나타내는 도면.
도 1(c)는, 종래기술의 실제 파형도를 나타내는 도면.
도 2는, 종래기술의 측정과정을 나타내는 순서도.
도 3은, 본 발명의 측정부의 구성을 나타내는 도면.
도 4는, 본 발명의 측정과정을 나타내는 순서도.
-도면의주요부분에대한부호의설명-
(1) ------------------------------------ +피크검출기,
(1A) ----------------------------------- -피크검출기,
(2) ------------------------------------ 데이타샘플부,
(3) ---------------------------------- 샘플앤드홀드부,
(4) ----------------------------------------- 제어부,
(5) ----------------------------------------- 입력부,
도 3은, 본 발명의 측정부의 구성을 나타내는 도면이다.
측정부의 기본구성은 종래와 동일하며 측정부에 있어서 종래의 '+'피크검출기(1) 외에 '-'피크값을 검출하기 위해 '-'피크검출기(1A)로 구성된 피크검출부를 설치하였으며, 제어부(4)에 있어서는 피크검출부의 2개의 피크검출기를 선택 및 제어하는 신호를 추가하였다.
따라서, 본 발명의 측정부는, AC소스신호와 응답신호가 '+'피크검출기(1) 및 데이타 샘플부(2)로 전달될 수 있도록 스위치를 제어하는 제어부(4)와, AC소스 및 응답신호가 입력되는 입력부(5)와, 입력부(5)에서 입력되어진 응답신호 및 AC소스의 양의 피크치를 검출하는 '+'피크검출기(1)와, 입력부(5)에서 입력되어진 응답신호의 음의 피크치를 검출하는 '-'피크검출기(1A)와, AC소스와 동기를 맞춰 임의의 시간 t에서 응답신호 및 AC소스신호 값을 샘플링하는 데이타샘플부(2)와, 아날로그/디지탈컨버터에 입력될 신호를 홀드하는 샘플앤드홀드부(3)로 구성된다.
도 3에 도시되어 있는 측정부는 다음과 같이 동작한다. DUT로부터 응답신호가 인가되면 제어부(4)의 명령에 의해 먼저, 양의 피크값(V+pr)을 검출하기 위하여 '+'피크검출기(1)의 스위치를 온(ON)시키고 응답신호를 인가한다. 그 출력은 샘플앤드홀드부(3)를 거쳐 아날로그/디지탈로 변환되고, 다음으로 음의 피크값(V-pr)을 검출하기 위하여 '-'피크검출기(1A)의 스위치를 온(ON)시키고 그 값을 아날로그/디지탈로 변환하게 된다. 그 결과, 이 두개의 피크값에 의해 현재 응답신호에 존재하는 DC 오프셋의 성분 Voffset을 결정할 수 있다.
또한, 응답신호에서 DC 오프셋을 고려한 응답신호의 조정된 피크값 V+pr'은 다음과 같다.
피크값을 검출하였으면 다음으로 응답신호의 값을 샘플링한다, AC소스와 동기를 맞추고 임의의 시간 t에서 응답신호의 값 Vtr을 샘플링한다. 그리고, 이 값을 샘플앤드홀드부(3)를 거쳐 아날로그/디지탈 변화를 하게된다. 이제 AC소스와 DC 오프셋 성분이 고려된 응답신호에 대해 임의의 시간 t에서의 값은 다음과 같다.
상기 수학식(7)로부터 ωt=sin-1(Vts/V+ps)이므로, 위상차 θ=sin-1(Vtr-Voffest/V+pr')Sin-1(Vts/ V+ps)이다.
따라서, 구해진 θ를 종래의 Rx 및 Cx의 식에 대입하면 각각의 값을 구할 수 있다.
본 발명에서는 DC 오프셋에 의한 영향을 제거하기 위해 측정부에 '+'피크검출기(1) 및 '-'피크검출기(1A)를 설치하고, 두 피크값을 측정하여 DC 오프셋 성분을 검출한다. 이 값을 DUT의 값을 결정하는 계산식에 부가하여 측정을 수행하도록 함으로써 DC 오프셋에 의한 측정값의 불안정을 해소할 수 있다, 또한, DC 오프셋 성분을 제거하므로서 AC소스와 응답신호의 위상차를 줄여서 DUT의 정확한 값을 측정할 수 있다.

Claims (4)

  1. AC소스신호와 응답신호를 스위칭하는 제어부(4)와,
    AC소스신호와 응답신호가 입력되는 입력부(5)와;
    상기한 입력부(5)에서 입력되어진 AC소스신호 및 응답신호의 양의 피크치를 검출하는 ' + '피크검출기(1)와,
    상기한 입력부(5)에서 입력되어진 응답신호의 음의 피크치를 검출하는 '-'피크검출기와(1A);
    일정시간 마다 응답신호의 값과 AC소스신호의 값을 샘플링하는 데이타샘플부(2)와,
    상기한 '+'피크검출기(1)와 '-'피크검출기(1A) 및 데이타샘플부(2)에서 얻어진 결과치를 홀드하여 인가하는 샘플앤드홀드부(3)로 구성되는 임피던스 모드 측정장치.
  2. 제어부(4)에 의해서 AC소스신호와 응답신호를 스위칭하는 단계와;
    상기한 AC소스신호와 응답신호가 입력부(5)에 입력되는 단계와;
    입력된 AC소스신호와 응답신호의 양의 피크치를 검출하는 단계와;
    입력된 응답신호의 음의 피크치를 검출하는 단계와;
    일정시간 마다 샘플링되는 응답신호의 값과 AC소스신호의 값을 검출하는 단계와;
    응답신호의 +피크값(V+pr) 및 -피크값(V-pr)에서 DC 오프셋 성분을 계산하는 단계와;
    V+ps, Vts, V+pr, Vtr로부터 위상차를 계산하는 단계로 구성되는 임피던스 모드 측정방법.
    (단, V+ps는 AC소스신호의 +피크값, V+pr은 응답신호의 +피크값, Vts는 AC소스신호의 임의시간 t에서의 샘플값, Vtr은 응답신호의 임의시간 t에서의 샘플값)
  3. 제2항에 있어서, DC 오프셋 성분을 계산하는 단계에 있어 아래의 수식에 의해서 구해지는 것을 특징으로 하는 임피던스 모드 측정방법.
    (상기 식에서 Voffset은 응답신호에 존재하는 DC offset성분, V+pr은 응답신호의 +피크값, V-pr은 응답신호의 -피크값이다)
  4. 제2항에 있어서, 구해진 옵셋에 의해서 위상차를 아래의 수식에 의해서 구해지는 것을 특징으로 하는 임피던스 모드 측정방법.
    (상기 식에서 θ는 위상차, Vtr은 응답신호의 임의시간 t에서의 샘플값,Voffset은 응답신호에 존재하는 DC offset성분, V+pr은 응답신호의 +피크값, Vts는 AC 소스신호의 임의시간 t에서의 샘플값, V+ps는 AC소스신호의 +피크값)
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