KR100903405B1 - 전압인가 전류측정 장치 및 그것에 사용되는 스위치부착 전류 버퍼 - Google Patents

전압인가 전류측정 장치 및 그것에 사용되는 스위치부착 전류 버퍼 Download PDF

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Abstract

직류전원 공급부(220)로부터의 전압이 레인지 전환부(210)를 통하여 피시험 디바이스(DUT)의 단자에 인가되고, 그 단자에 흐르는 전류를 측정하는 전압인가 전류측정 장치에 있어서, 레인지 전환부(210)는 전류의 측정 레인지에 대응하여 복수의 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)와 그것들의 출력측에 각각 직렬접속된 복수의 전류측정용 저항(R1∼Rn)을 갖고, 선택된 직렬접속의 전류측정용 저항의 양단 전압을 전위차 측정부(150)에서 측정함으로써 피시험 디바이스의 단자에 흐른 전류를 측정한다. 각 스위치부착 전류 버퍼(CBi)는 제어신호에 따라 접속/절단가능한 출력단(12)을 갖고 있다.
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전압인가 전류측정 장치, 제어신호, 출력단, 스위치부착 전류 버퍼, 전류측정용 저항, 전류측정 레인 전환부, 직류전원 공급부, 직류전압, 전위차

Description

전압인가 전류측정 장치 및 그것에 사용되는 스위치부착 전류 버퍼{VOLTAGE-IMPRESSED CURRENT MEASURING APPARATUS AND CURRENT BUFFERS WITH SWITCHES USED THEREFOR}
본 발명은, 아날로그 회로의 소형화나 MCM(Multi Chip Module)화나 IC화가 가능한, 반도체 시험장치의 전압인가 전류측정 장치 및 그것에 사용되는 스위치부착 전류 버퍼에 관한 것이다.
일본 특허출원공개 5-119110호 공보에서는, IC 시험장치의 직류시험에 사용되고, 설정한 정전류 또는 정전압을 부하(피시험 디바이스: DUT)에 공급하고, 그때 부하에 발생하는 전압 또는 부하에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출용 저항기를 그 부하전류 레인지에 따라 전환하도록 한 직류측정기를 개시하고 있다.
일본 특허출원공개 8-54424호 공보에서는, 레인지 전환 회로를 없애고, 고속화, 소형화한 전압인가 전류측정 장치를 개시하고 있다.
일본 특허출원특개 10-10162호 공보에서는, 전류검출회로 및 이 회로를 사용하는 전압인가 전류측정회로 및 정전류원 회로에 있어서, 전류검출저항의 전환을 하는 리크 방지용의 릴레이를 적게 한 전류검출회로를 개시하고 있다.
도 1A는 상기 일본 특허출원공개 5-119110호에 개시되어 있는 종래의 전압인 가 전류측정회로의 구성을 요약하여 개시한다. 또한, 반도체 시험장치에서는 일반적으로 피시험 디바이스인 반도체 집적회로의 복수의 단자 핀에 대응한 복수의 측정 채널에 각각 도 1A에 도시하는 전압인가 전류측정회로가 설치되어 있다.
이 전압인가 전류측정회로는, DA 변환기(10)와, 저항(Ra, Rb)과, 연산증폭기(A1)와, 전류측정부(100)와, 케이블(5)을 갖고, 피시험 디바이스(DUT)의 단자에 원하는 시험전압(Vs)를 인가하고, 그 단자에 흐르는 전류를 전류측정부(100)로 측정한다.
DA 변환기(10)는, 외부로부터 DUT에 인가할 원하는 설정 데이터(DV)를 받아, 대응하는 직류의 기준전압(Vr)을 발생한다. 이 기준전압(Vr)을 저항(Ra)을 통하여 연산증폭기(A1)의 반전 입력단자에 공급한다.
연산증폭기(A1)는, DUT에 정부(正負) 임의의 직류전압을 공급하는 전력용의 연산증폭기로서, 상기 기준전압(Vr)을 받고, 저항(Ra, Rb)에 기초하여 DUT 단자전압(Vs)이 소정의 일정한 직류전압이 되도록 귀환 선로(Als)를 통하여 귀환 제어하고 있다. 이 전압(Vs)은 예를 들면 Vs=RbVr/Ra와 같이 나타낼 수 있다. 연산증폭기(A1)의 출력전압(Va)은 전류측정부(100)를 통하여 DUT의 단자에 인가 된다. 또한, 연산증폭기(A1)의 비반전 입력단자는 회로 그라운드(GND)에 접속되어 있다.
전류측정부(100)는 DUT의 부하전류를 측정하는 측정부로서, 직렬로 삽입하는 저항의 양단에 발생하는 전압을 측정함으로써 DUT에 흐르는 전류량을 검출하고, 디지털값으로 변환하여 측정데이터로서 도시되어 있지 않은 시험장치에 공급한다. 전류측정범위는 수 μA부터 수십 mA까지의 넓은 전류 레인지가 요구된다. 이 때문 에, 도 1B에 도시하는 바와 같이, 전류측정부(100)는 레인지 전환부(110)와, 전위차 측정부(150)를 구비하고 있다. 상기 레인지 전환부(110)는, 도 1C에 도시하는 바와 같이, 복수 n개의 직렬저항(R1∼Rn)과, 이들 저항과 각각 직렬접속된 스위치(SW1∼SWn)를 구비하고 있다.
레인지 전환부(110)내의 스위치(SW1∼SWn)는, 높은 입출력 아이솔레이션을 실현하기 위해서, 시판의 개별부품인 포토 MOS 릴레이(출력단에 MOS 트랜지스터를 갖는 포토커플러를 사용한 반도체 스위치)에 의해 구성되고, 외부로부터의 제어신호(cnt1∼cntn)에 의해 ON/OFF 제어된다. 포토 MOS 릴레이를 사용한 경우, 레인지 전환 시간이 수백 μS∼수 mS 정도 걸린다. 또, 스위치의 구동전류는 10mA 전후가 필요하다.
전위차 측정부(150)의 내부회로 구성의 일례로서는, 도 2에 도시하는 바와 같이 스위치(SWi)에 의해 선택된 직렬저항(Ri)(i는 1≤i≤n의 정수)의 양단의 전압(Vc, Vd)을 연산증폭기(A55, A56)가 고임피던스로 받아서, 양단의 전위차(Vx)를 디지털값으로 변환하는 구성이다. 이 회로는 예를 들면 미국특허 No.6,255,839호에 개시되어 있고, 저항(R51∼R54)값을 적당히 선택함으로써 Vx=Ve로 할 수 있다. 전압 Ve는 AD 변환기(59)에 의해 디지털값으로 변환되어, 도시되어 있지 않은 시험장치에 공급된다.
상기 설명한 바와 같이 전압인가 전류측정회로 등에 사용되는 종래 기술의 레인지 전환수단에 의하면, 수 μA부터 수십 mA까지의 넓은 전류 레인지의 측정을 전환하는 스위치(SW1∼SWn)가 개별부품인 포토 MOS 릴레이로 구성되어 있기 때문 에, 전압인가 전류측정회로 등의 아날로그 회로 전체의 소형화나 MCM(Multi Chip Module)화나 IC화를 할 수 없는 난점이 있다. 또, 레인지 전환 시간이 수백 μS∼수 mS 정도 걸리는 난점도 있다. 또한, ON/OFF 제어하는 구동 전류가 10mA 전후를 필요로 하는 난점도 있다.
그래서, 본 발명의 목적은, 아날로그 회로의 소형화나 MCM화나 IC화가 가능한, 전압인가 전류측정 장치 및 그것에 사용되는 스위치부착 전류 버퍼를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 소정의 전압을 인가하여 부하장치에 흐르는 전류를 측정하는 전압인가 전류측정 장치는,
제공된 제어신호에 따라 전기적으로 접속/절단 가능한 출력단을 갖는 복수의 스위치부착 전류 버퍼와, 그것들의 스위치부착 전류 버퍼의 출력단에 각각 접속된 다른 저항값의 전류측정용 저항을 직렬접속한 복수의 페어를 갖고, 제어신호에 의해 임의의 1개의 페어가 선택되어서 전류측정 레인지를 전환하는 전류 레인지 전환부와, 상기 선택된 페어의 스위치부착 전류 버퍼의 상기 출력단은 접속상태로 되고,
상기 전류 레인지 전환 수단의 선택된 스위치부착 전류 버퍼와 전류측정용 저항의 직렬접속을 통하여 상기 부하장치에 소정의 직류전압을 공급하는 직류전원 공급부와,
상기 부하장치에의 상기 직류전압의 인가에 따라 상기 선택된 직렬접속의 스위치부착 전류 버퍼로부터 상기 부하장치에 흐르는 전류에 의한 상기 직렬접속의 전류측정용 저항의 양단 전위차를 상기 부하장치에 흐르는 전류에 대응하는 값으로서 측정하는 전위차 측정수단,
을 포함하도록 구성된다.
본 발명에 의하면, 전단부와 출력단을 각각 갖는 스위치부착 전류 버퍼는,
상기 출력단은 서로의 에미터가 접속되고, 그 접속점의 전압을 상기 스위치부착 전류 버퍼의 출력전압으로 하고, 콜렉터가 각각 정(正)전원 및 부(負)전원에 접속된 컴플리멘터리 제 1 및 제 2 트랜지스터를 갖고,
상기 전단부는,
에미터가 각각 제 1 및 제 2 정전류원에 접속되고, 콜렉터가 각각 부전원 및 정전원에 접속되고, 상기 직류전원 공급부로부터의 전압이 입력전압으로서 각각의 베이스에 제공되고, 베이스·에미터간의 전압을 상기 입력전압에 가산한 전압인 제 1 베이스 전압과, 베이스·에미터간의 전압을 상기 입력전압으로부터 감산한 전압인 제 2 베이스 전압을 각각의 에미터로부터 상기 컴플리멘터리 제 1 및 제 2 트랜지스터의 베이스에 제공하는 제 1 PNP 트랜지스터 및 제 1 NPN 트랜지스터와,
상기 컴플리멘터리 제 2 트랜지스터의 베이스와 상기 정전원에 각각 접속된 콜렉터와 에미터를 갖는 제 2 PNP 트랜지스터와, 상기 컴플리멘터리 제 1 트랜지스터의 베이스와 상기 부전원에 각각 접속된 콜렉터와 에미터를 갖는 제 2 NPN 트랜지스터와,
상기 제어신호에 따라 상기 스위치부착 전류 버퍼가 비선택일 때는, 상기 제 1 및 제 2 정전류원을 오프로 하는 제 1 및 제 2 오픈 신호를 상기 제 1 및 제 2 정전류원에 제공하고, 상기 제 2 PNP 트랜지스터 및 상기 제 2 NPN 트랜지스터의 베이스에 그들 트랜지스터를 온 상태로 하는 제 3 및 제 4 오픈 신호를 제공하고, 그것에 의해 상기 출력단의 상기 컴플리멘터리 제 1 및 제 2 트랜지스터를 오프 상태에 유지하고, 상기 스위치부착 전류 버퍼가 선택시는, 상기 제 1 및 제 2 정전류원을 온으로 하는 제 1 및 제 2 오픈 신호를 상기 제 1 및 제 2 정전류원에 제공하고, 상기 제 2 PNP 트랜지스터 및 상기 제 2 NPN 트랜지스터의 베이스에 그들 트랜지스터를 오프 상태로 하는 제 3 및 제 4 오픈 신호를 제공하고, 그것에 의해 상기 출력단의 상기 컴플리멘터리 제 1 및 제 2 트랜지스터를 온 상태로 하는 제어수단,
을 각각 포함하도록 구성된다.
도 1A는 종래의 전압인가 전류측정회로의 구성예를 도시하는 블럭도이다.
도 1B는 도 1A에서의 전류측정부(100)의 원리적 구성도이다.
도 1C는 도 1B에 있어서의 레인지 전환부(110)의 구체적인 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1B에 있어서의 전위차 측정부(150)의 내부 회로구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 전압인가 전류측정 장치의 실시예를 도시하는 블럭도이다.
도 4는 도 3에 있어서의 스위치부착 전류 버퍼(CBi)의 구성예를 도시하는 도 면이다.
도 5는 도 4에 있어서의 스위치부착 전류 버퍼(CBi)의 전단부(11)와 출력단(12)의 구체적인 회로구성예를 도시하는 회로도이다.
도 6은 도 3에 있어서의 전류 레인지 전환부(210)의 다른 구성예를 도시하는 도면이다.
도 7은 도 3에 있어서의 전류 레인지 전환부(210)의 또 다른의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 8은 도 3에 있어서의 전류 레인지 전환부(210)의 다른 구성예를 도시하는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태
이하에 본 발명에 의한 전압인가 전류측정 장치의 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다. 또, 이하의 실시형태의 설명내용에 의해 특허청구범위를 한정하는 것은 아니고, 또한, 실시형태에서 설명되고 있는 요소나 접속관계 등이 해결 수단에 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 실시형태에서 설명되고 있는 요소나 접속관계 등의 형용/형태는, 일례이며 본 발명은 그 형용/형태 내용에만 한정되는 것은 아니다.
또한, 종래 구성에 대응하는 요소는 동일한 부호를 붙이고, 또 필요가 없은 한 동일 부호의 요소는 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명에 의한 전압인가 전류측정 장치의 실시예를 도시한다. 전압 인가 전류측정 장치는, 직류전원 공급부(220)와, 전류측정부(200)로 구성되어 있다. 직류전원 공급부(220)는 DA 변환기(10)와, 저항(Ra, Rb)과, 연산증폭기(A1)로 구성되고, 이것들은 도 1A에 있어서의 대응하는 부분과 동일한 동작을 행한다. 전류측정부(200)는 레인지 전환부(210)와 전위차 측정부(150)로 구성되어 있다. 이 실시예에서는, 전류 레인지 전환부(210)의 회로구성은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 복수(n개)의 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)와, 그것들의 출력에 각각 접속된 전류측정용의 직렬저항(R1∼Rn)을 구비한다.
각 스위치부착 전류 버퍼(CBi)(i는 1≤i≤n을 만족하는 정수)는, 외부(예를 들면 도시하지 않은 시험장치)로부터 제공되는 제어신호(cnti)에 의해 오픈 상태(전기적으로 오프 상태)로 제어하는 것이 가능한 출력단을 갖고 있다. 각 스위치부착 전류 버퍼(CBi)의 출력단은 대응하는 직렬저항(Ri)에 직렬 접속되어 있다.
각 스위치부착 전류 버퍼(CBi)의 내부구성은 예를 들면 도 4에 도시하는 바와 같이, 전단부(11)와 출력단(12)을 구비한다. 전단부(11)는 전류 버퍼로서 동작하는 동시에, 시험장치로부터의 제어신호(cnti)에 의해 출력단(12)을 ON/OFF 제어한다. 출력단(12)은, 컴플리멘터리 구성의 트랜지스터에 의해 구성되고, 제어신호(conti)에 기초하여 전단부(11)에 의해 고임피던스 상태로 ON/OFF 제어할 수 있다.
도 5는 스위치부착 전류 버퍼(CB1)의 전단부(11)와 출력단(12)의 구체적인 회로구성예이다. 전단부(11)에는 차동 트랜지스터(Q1, Q2)와 정전류원(CC1, CC2, CC3)과, 제어레벨 변환수단(8)과, PNP 트랜지스터(Q3, Q5)와, NPN 트랜지스터(Q4, Q6)를 구비한다. 출력단(12)은 서로의 에미터가 접속된 컴플리멘터리 PNP 트랜지 스터(Q12)와 NPN 트랜지스터(Q11)를 구비한다. 전원은 정전원(VP)과 부전원(VN)을 사용한다. 외부로부터의 제어신호(cnt1)로서 차동제어신호(cntla, cntlb)를 사용하는 경우를 설명한다.
차동 트랜지스터(Q1과 Q2)의 에미터는 각각 정전류원(CC3)에 접속되고, 콜렉터는 제어 레벨 변환부(8)를 통하여 정전원(VP)에 접속되어 있다. 차동 트랜지스터(Q1과 Q2)는 제어신호(cntla, cntlb)에 의해 서로 반전하여 ON/OFF 상태로 동작하고, 제어 레벨 변환부(8)는 그 상태의 페어에 의해 미리 정한 오픈 신호(C1, C2, C3, C4)를 출력한다.
PNP 트랜지스터(Q3)는 베이스에 입력전압(Sin)(즉 직류전원 공급부(220)로부터의 전압(Va))이 제공되고, 에미터는 정전류원(CC1)에 접속되고, 콜렉터는 부전원(VN)에 접속되어 있다. PNP 트랜지스터(Q3)는 정전류원(CC1)에 기초하여 일정 전류가 흐르므로, 에미터 단자전압(Vb11)은 입력전압(Sin)보다 베이스·에미터간의 전압(약 0.6V)만큼 높은 전압이 되고, 이 전압이 제 1 베이스 전압으로서 NPN 트랜지스터(Q11)의 베이스 입력단에 공급된다.
동일하게 하여, NPN 트랜지스터(Q4)는 베이스가 PNP 트랜지스터(Q3)의 베이스에 접속되어 입력전압(Sin)이 제공되고 있다. 에미터에 접속된 정전류원(CC2)에 기초하여 일정 전류가 흐르므로, 에미터 단자전압(Vb12)은 입력전압(Sin)보다 베이스·에미터간의 전압(약 0.6V)만큼 낮은 전압이 되고, 이 전압이 제 2 베이스 전압으로서 PNP 트랜지스터(Q12)의 베이스 입력단에 공급된다. 베이스에 오픈 신호(C3, C4)가 제공되는 PNP 트랜지스터(Q5)와 NPN 트랜지스터(Q6)의 콜렉터는 각각 트랜지스터(Q12와 Q11)의 베이스에 접속되어 있고, 오픈 신호(C3, C4)에 의해 트랜지스터(Q12, Q11)의 ON/OFF 작동을 제어한다.
NPN 트랜지스터(Q11)와 PNP 트랜지스터(Q12)는 컴플리멘터리 구성의 출력단으로 되어 있고, 오픈 신호(C1, C2)에 의해 정전류원(CC1, CC2)이 온으로 되어 있는 상태에서는, 상기 제 1 베이스 전압(Vb11)과 제 2 베이스 전압(Vb12)에 기초하여 양쪽 트랜지스터는 항상 능동상태로 바이어스된 상태에서 동작한다. 따라서, 입력전압(Sin)을 받아, 1:1의 전류 버퍼한 출력전압(Vout)이 출력된다.
상기한 바와 같이 제어 레벨 변환부(8)는 외부의 제어신호(cnt1)에 기초하여 출력단(12)을 OFF 상태로 제어하는 4개의 오픈 신호(C1, C2, C3, C4)를 발생하는 것으로서, 일방의 차동제어신호(cntlb)에는 예를 들면 고정한 1.5V를 공급하고, 타방의 차동제어신호(cntla)의 전압을 0V 또는 3V로 전환함으로써, 차동 트랜지스터(Q1, Q2)의 전류가 서로 반전 동작하므로, 이 반전 동작에 기초하여 원하는 제어 레벨의 오픈 신호(C1, C2, C3, C4)를 발생한다.
제 1 오픈 신호(C1)가 유효하게 되면 정전류원(CC1)의 일정 전류를 OFF 상태로 제어한다. 제 2 오픈 신호(C2)가 유효하게 되면 정전류원(CC2)의 일정 전류를 OFF 상태로 제어한다.
제 3 오픈 신호(C3)가 유효하게 되면 PNP 트랜지스터(Q5)를 ON상태로 제어하여, 일방의 컴플리멘터리 트랜지스터인, PNP 트랜지스터(Q12)가 강제적으로 OFF 상태로 바이어스 된다. 이 결과, 출력전압(Vout)이 정전원(VP)으로부터 부전원(VN)까지의 어떠한 전압범위에 있어도 고임피던스로 할 수 있고, 오픈 상태를 유지할 수 있다.
제 4 오픈 신호(C4)가 유효하게 되면 NPN 트랜지스터(Q6)를 ON상태로 제어하고, 타방의 컴플리멘터리 트랜지스터인, NPN 트랜지스터(Q11)가 강제적으로 OFF 상태로 바이어스 된다. 이 결과, 출력전압(Vout)이 정전원(VP)으로부터 부전원(VN)까지의 어떠한 전압범위에 있어서도 고임피던스로 할 수 있고, 오픈 상태를 유지할 수 있다.
따라서, 제 1에, 출력단(12)을 능동상태(ON 상태)로 했을 때는, 최종단의 NPN 트랜지스터(Q11)와 PNP 트랜지스터(Q12)를 능동상태로 바이어스 할 필요가 있으므로, 정전류원(CC1, CC2)이 능동상태가 되도록 오픈 신호(C1, C2)를 제어하고, 또한, PNP 트랜지스터(Q5)와 NPN 트랜지스터(Q6)를 OFF 상태로 제어한다. 이것에 의하면, PNP 트랜지스터(Q3)와 NPN 트랜지스터(Q11)의 베이스·에미터간의 전압 강하는 양자의 상쇄에 의해 입력전압(Sin)에 대응한 전압(Vout)이 출력된다. 마찬가지로, NPN 트랜지스터(Q4)와 PNP 트랜지스터(Q12)의 베이스·에미터간의 전압강하는 양자의 상쇄에 의해 입력전압(Sin)에 대응한 전압(Vout)이 출력된다. 즉 일반적인 전류 버퍼로서 기능한다. 여기에서, 상기 트랜지스터의 베이스·에미터간의 전압강하의 제조 불균일을 없애기 위해서, 트랜지스터(Q3, Q4, Q11, Q12)를 동일한 IC상에 형성하면, 출력전압(Vout)은 입력전압(Sin)에 대해 실용상 동일 전위라고 간주할 수 있다.
제 2에 출력단(12)을 오픈 상태(OFF 상태)로 하고 싶을 때는, 최종단의 NPN 트랜지스터(Q11)와 PNP 트랜지스터(Q12)를 완전히 역 바이어스 상태로 제어할 필요 가 있으므로, 정전류원(CC1, CC2)이 OFF 상태로 되도록 오픈 신호(C1, C2)를 제어하고, 또한, PNP 트랜지스터(Q5)와 NPN 트랜지스터(Q6)를 ON 상태로 제어한다. 이것에 의하면, 출력전압(Vout)의 출력단과 출력단(12)과의 회로간에 있어서, 전기적으로 완전하게 분리된 오픈 상태가 된다. 여기에서, NPN 트랜지스터(Q11)와 PNP 트랜지스터(Q12)는 베이스·에미터간의 역전압 바이어스에 대해 리크 전류가 발생하지 않는 내압을 구비한 트랜지스터를 적용한다.
따라서, 상기한 도 4의 스위치부착 전류 버퍼(CB1)를 적용하여 도 3에 도시하는 레인지 전환부(210)를 구성할 수 있다. 이것에 의해, 외부의 제어신호(cnt1∼cntn)에 의해 원하는 직렬저항(R1∼Rn)에 DUT의 부하전류를 흘리고, 상기 직렬저항에 기초하여 검출되는 입력측 전압(Va)(검출전압(Vc))과 부하측 전압(Vb)(검출전압(Vd))의 양쪽 전압신호를 전위차 측정부(150)에 공급함으로써 각 레인지마다의 전류를 측정할 수 있게 된다. 이와 같이 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)는 트랜지스터로 구성할 수 있고, 그것들의 회로구성 요소는 IC화 혹은 MCM화가 가능한 구성요소인 결과, 대폭적인 소형화를 실현할 수 있다. 또 ON/OFF 제어의의 세틀링 시간은 수 μ초 미만이므로 종래에 대비하여 각별히 고속으로 전환 가능하게 되는 이점도 얻어진다. 또한, ON/OFF 제어에 필요하게 되는 구동 전류는 미소해도 되는 이점이 얻어진다.
도 6은 도 3의 실시예에서의 전류 레인지 전환부(210)의 다른 회로구성예이다. 이것은, 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)의 각 입출력 사이에서 부하전류량의 변화에 따라 발생하는 미소한 전위차 변동이 측정오차에 영향을 주는 것을 해소하 는 구성예이다. 이 전류 레인지 전환부(210)의 구성은, 복수 n개의 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)와, 직렬저항(R1∼Rn)과, 셀렉터 스위치(20)를 구비하고, 도 3에 있어서의 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)의 입력측의 전압(Va)을 검출전압(Vc)으로서 검출하는 대신에, 출력측의 전압(Va1∼Van)중 1개를 셀렉터 스위치(20)에 의해 선택한 전압을 검출전압(Vc)으로서 검출한다.
스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)와 직렬저항(R1∼Rn)에 의한 구성은 전술의 도 3에 있어서의 구성과 동일하므로 설명을 생략한다.
셀렉터 스위치(20)는, 각 직렬저항(R1∼Rn)의 일단의 전압신호를 받아, 제어신호(cnt1∼cntn)에 기초하여 어느 하나로 선택 전환하여 신호중의 하나를 출력한다. 이러한 셀렉터 스위치(20)는, IC화가 가능한 트랜지스터 회로에 의해 구성할 수 있다.
상기한 도 6의 구성에 의하면, 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)의 각 입출력 사이에서 부하전류량의 변화에 따라 발생하는 미소한 전위차 변동의 영향을 받지 않고 측정할 수 있는 이점이 있다.
도 7은 전류 레인지 전환부(210)의 다른 회로구성예이다. 이것은, 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)의 각 입출력 사이에서 부하전류량의 변화에 따라 발생하는 미소한 전위차 변동이 측정오차에 영향을 주는 것을 해소하는 구성예이다. 이 전류 레인지 전환부(210)의 구성은, 복수 n개의 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)와, 직렬저항(R1∼Rn)과, 복수 n개의 스위치부착 버퍼(CB31∼CB3n)를 구비하고 있다.
스위치부착 버퍼(CB31∼CB3n)는 전압신호를 전송하는 스위치로서, 상기한 도 5에 도시하는 스위치부착 전류 버퍼(CB1)와 기본적으로는 동일한 내부 구성이다. 단, 전위차 측정부(150)가 고임피던스로 받으므로, 전류 버퍼할 필요가 없어, 전압신호의 전송만으로 된다. 따라서, 상기한 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)에 의해 야기되는 것같이 전압 드롭하는 오차 요인은 없다.
상기한 도 7의 구성에 의하면, 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)의 각 입출력 사이에서 부하전류량의 변화에 따라 발생하는 미소한 전위차 변동의 영향을 받지 않고 측정할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 실시형태의 구체구성예, 접속형태예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 기술적 사상에 기초하여, 상기 실시형태를 적당하게 변형하여 광범하게 응용해도 좋다.
예를 들면, 도 3에 도시하는 구성에 있어서 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)의 삽입에 따르는 측정오차 요인이 무시할 수 없는 경우에는, 필요에 따라 경우 교정(캘리브레이션) 기능을 추가하여 구비해도 좋다. 즉 직렬저항(R1∼Rn)이나 전위차 측정부(150)를 포함하는 측정계의 각종 편차를 교정하기 위해서, 미리 각 레인지 마다 복수 포인트에서 기지 전류를 흘려서 전위차 측정부(150)에서 측정하고, 얻어진 측정데이터가 기지 전류값과 상관하도록, 리니어리티 보정량이나 옵셋 보정량을 미리 테이블로 만들어 도시하지 않은 메모리에 보존해 둔다. 그리고 실제의 미지인 전류를 측정할 때마다, 저장해 둔 테이블로부터 대응하는 보정량을 읽어 내서 보정 연산처리한다. 이것에 의하면, 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)를 포함하는 측정계의 각종 불균일한 편차에 따르는 오차요인을 실용적으로 상쇄할 수 있어, 정밀도가 좋은 측정결과가 얻어지고, 또 부품의 불균일한 편차나 시간에 따른 변화도 상쇄할 수 있는 이점이 얻어진다.
또, 상기 도 3의 구성예에서는, 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)를 사용하는 구체예로 설명했는데, 필요에 따라 도 8에 도시하는 레인지 전환부(210)를 사용해도 좋다. 도 8의 전류 레인지 전환부(210)는, 귀환 연산증폭기(A31∼A3n)와, 그것들의 출력에 접속된 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)와, 그들 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)의 출력에 접속된 직렬저항(R1∼Rn)으로 구성되어 있다. 각 스위치부착 전류 버퍼(CBi)의 출력은 대응하는 귀환 연산증폭기(A3i)의 반전 입력에 귀환되어 있다. 단, 귀환 연산증폭기(A31∼A3n)의 입력단은 고임피던스로 측정하고 그리고 측정에 지장이 없는 것을 적용한다. 이 경우에는 귀환 연산증폭기(A31∼A3n)에 의해 각 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)의 출력단의 출력전압(Va1∼Van)은 입출력되는 전압(Va)과 일치하도록 귀환 제어되는 결과, 스위치부착 전류 버퍼(CB1∼CBn)의 개개의 출력전압 오차요인을 해소할 수 있는 이점이 얻어진다.
본 발명은, 상기의 설명내용으로부터, 하기에 기재되는 효과를 나타낸다.
상기한 본 발명의 구성에 의하면, IC화 혹은 MCM화가 가능한 구성요소로 실현할 수 있는 큰 이점이 얻어지고, 또 대폭적인 소형화를 실현할 수 있다.
또, ON/OFF 제어의 세틀링 시간은 수 μ초 미만이므로 종래에 비해서 각별히 고속으로 전환 가능하게 되는 이점도 얻어진다. 특히, 다수 채널 구비할 필요성이 있는 반도체 시험장치의 전압인가 전류측정 장치에 적용한 경우에는, DC 시험항목 에 있어서의 디바이스 시험의 처리량을 향상할 수 있는 큰 이점이 얻어진다. 또한, ON/OFF 제어에 필요한 구동 전류는 미소해도 되는 이점도 얻어진다.
따라서, 본 발명의 기술적 효과는 크고, 산업상의 경제 효과도 크다.

Claims (9)

  1. 소정의 전압을 인가하여 부하장치에 흐르는 전류를 측정하는 전압인가 전류측정 장치로서,
    부하장치에 인가해야 할 직류전압을 출력단자로 출력하는 직류전원 공급부와,
    스위치부착 전류 버퍼와 이에 직렬로 접속되는 전류측정용 저항을 갖는 직렬접속을 복수개 포함하고,
    상기 복수개의 직렬접속의 각각에 있어서, 스위치부착 전류 버퍼는, 출력단자를 가지며 전기적으로 접속 또는 절단가능한 출력단; 및 입력단자가 상기 직류전원 공급부의 출력단자에 접속되어 전류 버퍼로서 동작하고, 부여된 제어신호가 해당 직렬접속을 선택하는지 여부에 응답하여 상기 출력단을 접속 또는 절단상태로 제어하는 전단부;를 구비하고,
    전류측정용 저항은, 입력단자가 스위치부착 전류 버퍼의 출력단의 출력단자에 접속되고, 출력단자가 부하장치에 접속되고, 이에 의해 상기 복수의 직렬접속은 직류전원 공급부와 부하장치 사이에 서로 병렬로 연결되고,
    상기 복수개의 직렬접속의 전류측정용 저항은 서로 다른 저항값을 가지며, 전류측정 레인지를 전환하기 위해 제어신호에 의해 상기 복수개의 직렬접속의 어느 하나를 선택함으로써, 선택된 직렬접속의 스위치부착 전류 버퍼의 전단부가, 출력단을 접속상태로 제어하여, 입력단자에 인가된 전압에 상당하는 전류 버퍼된 출력전압을 출력단자로부터 출력하고, 이 출력전압을 상기 선택된 직렬접속의 전류측정용 저항을 통해 부하장치로 인가하는, 전류 레인지 전환부와,
    상기 부하장치에의 상기 출력전압의 인가에 따라 상기 선택된 직렬접속의 스위치부착 전류 버퍼로부터 상기 부하장치에 흐르는 전류에 의한 상기 선택된 직렬접속의 양단 전위차를 상기 부하장치에 흐르는 전류에 대응하는 값으로서 측정하는 전위차 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압인가 전류측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 직류전원 공급부는,
    주어진 디지털 전압값을 아날로그 기준전압으로 변환하는 디지털 아날로그 변환기, 및 상기 아날로그 기준전압을 수신하고 상기 아날로그 기준전압에 대하여 상기 부하장치에 인가된 단자 전압을 귀환 제어하여 상기 인가된 단자 전압이 소정 직류 전압이 되도록 하는 연산증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압인가 전류측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 스위치부착 전류 버퍼의 입력측은 서로 접속되어서 상기 연산증폭기의 출력측에 접속되어 있고, 상기 전류측정용 저항의 출력측은 서로 접속되어서 상기 부하장치에 접속되어 있고,
    상기 선택된 직렬접속의 스위치부착 전류 버퍼의 입력측 전압과 상기 선택된 전류측정용 저항의 출력측 전압이 상기 전위차 측정부의 두 개의 입력단자에 공급되어, 상기 전위차 측정부가 상기 두 개의 입력단자에 공급된 전압 사이의 전위차를 상기 선택된 직렬접속의 전류측정용 저항의 양단에 걸리는 전위차로서 측정하는 것을 특징으로 하는 전압인가 전류측정 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 스위치부착 전류 버퍼의 입력측은 서로 접속되어서 상기 연산증폭기의 출력측에 접속되어 있고, 상기 전류측정용 저항의 출력측은 서로 접속되어서 상기 부하장치에 접속되어 있고,
    상기 전류 레인지 전환부는, 상기 제어신호에 따라 스위치부착 전류 버퍼의 출력 전압중 하나의 출력 전압을 선택하여 상기 전위차 측정부의 두 개의 입력단자 중 하나로 출력하는 셀렉터 스위치를 더 포함하고,
    상기 선택된 전류측정용 저항의 출력측 전압은 상기 전위차 측정부의 두 개의 입력단자 중 다른 하나로 공급되어, 상기 전위차 측정부가 상기 두 개의 입력단자에 공급된 전압 사이의 전위차를 상기 선택된 직렬접속의 전류측정용 저항의 양단에 걸리는 전위차로서 측정하는 것을 특징으로 하는 전압인가 전류측정 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 스위치부착 전류 버퍼의 입력측은 서로 접속되어서 상기 연산증폭기의 출력측에 접속되어 있고, 상기 전류측정용 저항의 출력측은 서로 접속되어서 상기 부하장치에 접속되어 있고,
    상기 전류 레인지 전환부는, 상기 제어신호에 따라 접속 또는 절단 가능한 상태로 되는 출력단을 갖는 복수의 부가적인 스위치부착 버퍼를 더 포함하고,
    상기 복수의 부가적인 스위치부착 버퍼의 각각은 상기 복수의 스위치부착 전류 버퍼의 각각의 대응하는 출력측에 접속되고,
    상기 부가적인 스위치부착 버퍼중 상기 선택된 직렬접속의 스위치부착 전류 버퍼에 접속되어 있는 부가적인 스위치부착 버퍼가 상기 제어신호에 의해 선택되어, 상기 선택된 직렬접속의 스위치부착 전류 버퍼의 출력전압에 대응하는 전압이 하나의 검출된 전압으로서 상기 전위차 측정부의 두 개의 입력단자 중 하나에 공급되고,
    상기 선택된 전류측정용 저항의 출력측 전압은 상기 전위차 측정부의 두 개의 입력단자 중 다른 하나로 공급되어, 상기 전위차 측정부가 상기 두 개의 입력단자에 공급된 전압 사이의 전위차를 상기 선택된 직렬접속의 전류측정용 저항의 양단에 걸리는 전위차로서 측정하는 것을 특징으로 하는 전압인가 전류측정 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 전류측정용 저항의 출력측은 서로 접속되어서 상기 부하장치에 접속되어 있고,
    상기 직렬접속의 각각은, 대응하는 스위치부착 전류 버퍼의 출력측에 접속된 반전 입력단자, 상기 직류전원 공급부에 접속된 비반전 입력단자 및 상기 대응하는 스위치부착 전류 버퍼의 입력측에 접속된 출력단자를 갖는 귀환 연산증폭기를 더 포함하고,
    상기 귀환 연산증폭기의 각각의 비반전 입력단자에 제공되는 입력전압은 상기 전위차 측정부의 두 개의 입력단자 중 하나에 제공되고,
    상기 선택된 직렬접속의 상기 전류측정용 저항의 출력측 전압은 상기 전위차 측정부의 두 개의 입력단자 중 다른 하나에 제공되어, 상기 전위차 측정부가 상기 두 개의 입력단자에 공급된 전압 사이의 전위차를 상기 선택된 직렬접속의 전류측정용 저항의 양단에 걸리는 전위차로서 측정하는 것을 특징으로 하는 전압인가 전류측정 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 직류전원 공급부는, 상기 디지털 아날로그 변환기의 출력측과 상기 연산증폭기의 반전 입력단자 사이에 삽입된 제1 저항 및 상기 부하장치로부터 상기 연산증폭기의 상기 반전 입력단자로의 귀환 경로에 삽입된 제2 저항을 포함하고, 상기 연산증폭기의 비반전 입력단자는 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 전압인가 전류측정 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
    각 상기 스위치부착 전류 버퍼의 상기 출력단은, 서로의 에미터가 상기 출력단의 출력측을 형성하도록 서로 접속되어 있는 컴플리멘터리 제1 NPN 트랜지스터 및 컴플리멘터리 제2 PNP 트랜지스터를 포함하고, 상기 컴플리멘터리 제1 NPN 트랜지스터는 정전원에 접속된 콜렉터를 가지며, 상기 컴플리멘터리 제2 PNP 트랜지스터는 부전원에 접속된 콜렉터를 가지며,
    각 상기 스위치부착 전류 버퍼의 상기 전단부는,
    상기 컴플리멘터리 제1 NPN 트랜지스터의 베이스에 접속되고 또한 제1 정전류원을 통해 상기 정전원에 접속된 에미터 및 상기 부전원에 접속된 콜렉터를 갖는 제1 PNP 트랜지스터,
    상기 컴플리멘터리 제2 PNP 트랜지스터의 베이스에 접속되고 또한 제2 정전류원을 통해 상기 부전원에 접속된 에미터 및 상기 정전원에 접속된 콜렉터를 갖는 제1 NPN 트랜지스터,
    상기 컴플리멘터리 제2 PNP 트랜지스터의 베이스에 접속된 콜렉터 및 상기 정전원에 접속된 에미터를 갖는 제2 PNP 트랜지스터,
    상기 컴플리멘터리 제1 NPN 트랜지스터의 베이스에 접속된 콜렉터 및 상기 부전원에 접속된 에미터를 갖는 제2 NPN 트랜지스터, 및
    제어수단을 포함하고,
    상기 직류전원 공급부의 출력전압은 상기 제1 PNP 트랜지스터 및 상기 제1 NPN 트랜지스터의 베이스에 상기 전단부의 입력전압으로서 공급되고,
    상기 제어수단은, 상기 제1 정전류원에 대해 제1 오픈 신호, 상기 제2 정전류원에 대해 제2 오픈 신호, 상기 제2 PNP 트랜지스터의 베이스에 대해 제3 오픈 신호, 및 상기 제2 NPN 트랜지스터의 베이스에 대해 제4 오픈 신호를 공급하고,
    상기 스위치부착 전류 버퍼가 상기 제어신호에 의해 선택되지 않을 때, 상기 제1 오픈 신호는 상기 제1 정전류원을 오프상태로 하도록 제어되고, 상기 제2 오픈 신호는 상기 제2 정전류원을 오프상태로 하도록 제어되고, 상기 제3 오픈 신호는 상기 제2 PNP 트랜지스터를 온 상태로 하도록 제어되고, 그리고 상기 제4 오픈 신호는 상기 제2 NPN 트랜지스터를 온 상태로 하도록 제어되어, 이에 의해 상기 출력단의 상기 컴플리멘터리 제1 NPN 트랜지스터 및 상기 컴플리멘터리 제2 PNP 트랜지스터를 오프상태로 유지하고,
    상기 스위치부착 전류 버퍼가 선택되면, 상기 제1 오픈 신호는 상기 제1 정전류원을 온 상태로 하도록 제어되고, 상기 제2 오픈 신호는 상기 제2 정전류원을 온 상태로 하도록 제어되고, 상기 제3 오픈 신호는 상기 제2 PNP 트랜지스터를 오프상태로 하도록 제어되고, 그리고 상기 제4 오픈 신호는 상기 제2 NPN 트랜지스터를 오프상태로 하도록 제어되어, 상기 입력전압 보다 베이스·에미터 전압만큼 높은 상기 제1 PNP 트랜지스터의 제1 에미터 단자 전압이 상기 컴플리멘터리 제1 NPN 트랜지스터의 베이스에 제1 베이스 전압으로서 공급되고, 상기 입력전압 보다 베이스·에미터 전압만큼 낮은 상기 제1 NPN 트랜지스터의 제2 에미터 단자 전압은 상기 컴플리멘터리 제2 PNP 트랜지스터의 베이스에 제2 베이스 전압으로서 공급되고, 이에 의해 상기 출력단의 상기 컴플리멘터리 제1 NPN 트랜지스터 및 상기 컴플리멘터리 제2 PNP 트랜지스터를 온 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 전압인가 전류측정 장치.
  9. 전단부와 출력단을 갖는 스위치부착 전류 버퍼로서,
    상기 출력단은 서로의 에미터가 접속되고, 그 접속점의 전압을 상기 스위치부착 전류 버퍼의 출력전압으로 하고, 콜렉터가 각각 정전원 및 부전원에 접속된 컴플리멘터리 제 1 및 제 2 트랜지스터를 갖고,
    상기 전단부는,
    에미터가 각각 제 1 및 제 2 정전류원에 접속되고, 콜렉터가 각각 부전원 및 정전원에 접속되고, 상기 직류전원 공급부로부터의 전압이 입력전압으로서 각각의 베이스에 제공되고, 베이스·에미터 사이의 전압을 상기 입력전압에 가산한 전압인 제 1 베이스 전압과, 베이스·에미터간의 전압을 상기 입력전압으로부터 감산한 전압인 제 2 베이스 전압을 각각의 에미터로부터 상기 컴플리멘터리 제 1 및 제 2 트랜지스터의 베이스에 제공하는 제 1 PNP 트랜지스터 및 제 1 NPN 트랜지스터와,
    상기 컴플리멘터리 제 2 트랜지스터의 베이스와 상기 정전원에 각각 접속된 콜렉터와 에미터를 갖는 제 2 PNP 트랜지스터와, 상기 컴플리멘터리 제 1 트랜지스터의 베이스와 상기 부전원에 각각 접속된 콜렉터와 에미터를 갖는 제 2 NPN 트랜지스터와,
    상기 제어신호에 따라 상기 스위치부착 전류 버퍼가 비선택일 때는, 상기 제 1 및 제 2 정전류원을 오프로 하는 제 1 및 제 2 오픈 신호를 상기 제 1 및 제 2 정전류원에 제공하고, 상기 제 2 PNP 트랜지스터 및 상기 제 2 NPN 트랜지스터의 베이스에 그들 트랜지스터를 온 상태로 하는 제 3 및 제 4 오픈 신호를 제공하고, 그것에 의해 상기 출력단의 상기 컴플리멘터리 제 1 및 제 2 트랜지스터를 오프 상태로 유지하고, 상기 스위치부착 전류 버퍼가 선택시는, 상기 제 1 및 제 2 정전류원을 온으로 하는 제 1 및 제 2 오픈 신호를 상기 제 1 및 제 2 정전류원에 제공하고, 상기 제 2 PNP 트랜지스터 및 상기 제 2 NPN 트랜지스터의 베이스에 그들 트랜지스터를 오프 상태로 하는 제 3 및 제 4 오픈 신호를 제공하고, 그것에 의해 상기 출력단의 상기 컴플리멘터리 제 1 및 제 2 트랜지스터를 온 상태로 하는 제어수단 을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치부착 전류 버퍼.
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