KR101727784B1 - 전원 노이즈 저감 회로 및 전원 노이즈 저감 방법 - Google Patents

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Abstract

회로 소자를 대형화할 필요가 없고, 전원 전압의 전압 강하를 야기하지 않는, 전원 노이즈 저감 회로 및 전원 노이즈 저감 방법을 제공하는 것이다.
전원(2)으로부터 부하에 출력되는 정전압 출력에 포함되는 노이즈를 저감하기 위한 전원 노이즈 저감 회로(10)로서, 전원(2)으로부터 부하에 이르는 전원선 L1에 삽입된 제 1 저항(20)과, 이 제 1 저항(20)의 부하단에 접속되어, 정전압 출력으로부터 노이즈를 저감한 제 1 전압을 출력하는 필터(31)와, 이 필터(31)에서 출력된 제 1 전압을 구동하여 제 1 저항(20)의 부하단에 출력하는 단위 이득 증폭기(32)를 구비한다.

Description

전원 노이즈 저감 회로 및 전원 노이즈 저감 방법{POWER SUPPLY NOISE REDUCTION CIRCUIT AND POWER SUPPLY NOISE REDUCTION METHOD}
본 발명은, 전원으로부터 부하에 출력되는 정전압 출력에 포함되는 노이즈를 저감하기 위한 전원 노이즈 저감 회로 및 전원 노이즈 저감 방법에 관한 것이다.
반도체 테스터에 의해 반도체 디바이스의 시험을 행할 때에는, 해당 반도체 디바이스를 전원으로부터의 전력에 의해 구동하여 시험을 행하지만, 이 전원으로부터 출력되는 정전압 출력에 노이즈(잡음 성분)가 포함되어 있는 경우에는, 정확한 시험을 행하는 것이 곤란하게 된다. 그 때문에, 종래부터, 전원으로부터 반도체 디바이스에 대해서 출력되는 정전압 출력에 포함되는 노이즈를 저감하기 위한 전원 노이즈 저감 회로가 실용화되어 있다. 이러한 전원 노이즈 저감 회로는, 수동 소자만으로 구성된 패시브 로우 패스 필터와, 능동 소자를 이용하여 구성된 액티브 로우 패스 필터로 크게 구분된다.
패시브 필터로서는, 이른바 바이패스 콘덴서(바이패스 캐패시터)와 초크 코일의 조합에 의한 것이 일반적이다. 바이패스 콘덴서는, 부하와 병렬로 접속된 콘덴서(교류 션트 회로)를 포함하여 구성되어 있고, 이 콘덴서의 노이즈 신호에 대한 임피던스를 낮은 값으로 유지함으로써, 콘덴서에 잡음 전류를 바이패스시켜, 부하로의 노이즈의 유입을 억제하는 것이다. 한편, 초크 코일은, 정전압원으로부터 부하에 이르는 전원선에 직렬로 삽입함으로써 노이즈 전류의 통과를 저지하고, 또한 전원선의 직렬 임피던스와, 바이패스 콘덴서의 병렬 임피던스의 비에 의해 노이즈 전압을 분압하여, 임피던스비를 크게 함으로써, 노이즈 억제 효과를 높임으로써, 부하로의 노이즈 인가를 억제하는 것이다.
한편, 액티브 필터로서 정전압원에 이용되는 것은, 유효 증폭기를 이용한 필터 회로 등이 일반적이지만, 대전력을 취급하는 정전압 전원 회로에서는, 통상, 정전압 안정화 회로가 필터로서의 역할을 담당한다. 또한, 전원 장치 외부의 급전선에 삽입하는 필터 회로도, 3 단자 레귤레이터나 션트 레규레이터 등의, 전압 강압을 수반하는 전압 변환과 리풀 제거를 포함하는 직류 전압 안정화를 목적으로 한 이른바 드롭퍼(dropper) 형태의 간이 정전압 전원 회로에 의한 것이 일반적이며, 전압 강압을 수반하는 정전압 안정화의 부차적인 효과로서 노이즈를 저감할 수 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
특허 문헌 1 : 일본 특개 제2002－238245호 공보
그러나, 이러한 종래의 패시브 로우 패스 필터와 액티브 로우 패스 필터에는, 이하와 같은 문제가 있었다.
우선, 패시브 로우 패스 필터에 관해서는, 노이즈의 주파수가 음성 주파수 대역 이하의 주파수와 같이 낮은 주파수인 경우나, 노이즈원의 임피던스가 낮은 경우에는, 바이패스 콘덴서의 용량치를 매우 크게 하거나, 초크 코일의 인덕턴스치를 매우 크게 할 필요가 생기기 때문에, 전원 노이즈 저감 회로의 부품 형상이 커져 버린다. 이 때문에, 실장 설계상의 제약에 의해, 전원 노이즈 저감 회로의 실용화가 곤란하게 되거나, 전원 노이즈 저감 회로를 적용할 수 있는 장치가 한정되어 버리는 것이 많았다.
또한, 이와 같이 바이패스 콘덴서의 용량치를 매우 크게 하거나, 초크 코일의 인덕턴스치를 매우 크게 한 경우에는, 이들 소자의 조합에 의한 시정수가 커지기 때문에 전원 노이즈 저감 회로의 응답 시간이 매우 길어지고, 전원 전압의 상승 시간이나 하강 시간이 길어진다고 하는 문제가 있었다. 특히, 반도체 테스터와 같이 반도체 디바이스를 지극히 단시간에 시험할 필요가 있는 장치로서, 피시험 반도체 디바이스에 저노이즈의 정전압 전원을 공급할 필요가 있는 경우에는, 1개의 반도체 디바이스를 시험하는 동안에도, 전원 전압의 인가와 정지를 빈번하게 행하거나, 전원 전압의 스텝 변화를 인가할 필요가 있기 때문에, 전원 전압의 상승 시간이나 하강 시간의 증가가 시험 시간 전체의 증가로 직결해 버린다고 하는 문제가 있었다.
또한, 바이패스 콘덴서의 용량치를 매우 크게 하거나, 초크 코일의 인덕턴스치를 매우 크게 한 경우에는, 비교적 낮은 주파수 대역으로부터 위상 회전이 커져, 전원 전압의 상승 시나 하강 시에 회로가 발진하기 쉬워지거나, 과도 시간에 있어서의 콘덴서나 초크 코일의 통과 전류 변동량이 크기 때문에, 전원, 부하, 및 공급 경로 전체로의 전기적인 악영향(예를 들면, 돌입 전류의 증대 등)을 주기 때문에, 이 악영향에 대해서 설계상의 대책을 더 실시하는 것이 필요하게 되는 등, 폐해가 많다고 하는 문제가 있었다.
또한, 초크 코일을 사용하는 경우에는, 노이즈의 주파수가 낮을수록, 유도 리액턴스가 작아지기 때문에, 필터의 노이즈 억압 효과는 작아진다. 임피던스가 주파수에 의존하지 않는 저항기를 코일과 직렬로 삽입하면, 저주파역에서의 억압 효과를 개선할 수 있지만, 전원 전압에 대한 전압 강하의 발생이나, 저항기에 의한 전력 손실과 발열이라고 하는 새로운 문제가 생기기 때문에, 저주파 노이즈 개선량을 향상시키기 위해서 큰 저항값을 사용하는 것은 어렵고, 결국은, 충분한 노이즈 저감 효과를 얻을 수 없다고 하는 문제가 있었다.
한편, 3 단자 레귤레이터나 션트 레규레이터와 같은 액티브 회로에서는, 전원 전압을 전압 강하를 수반하여 안정화시킴으로써 부차적으로 노이즈를 저감하는 것이기 때문에, 미리 회로 설계 시에 결정한 고정 전압(전원 전압보다 낮은 전압) 값만을 부하에 공급할 수 있고, 전원으로부터 공급된 전압을 그대로 부하에 공급할 수 없기 때문에, 예를 들면, 정전압 출력의 전압치가 프로그램 가능한 전원을 이용하여 소망하는 전원 전압을 부하에 공급하고자 하는 경우에는, 해당 회로를 적용할 수 없는 등의 문제가 있었다.
본 발명은, 이러한 종래의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 회로 소자를 대형화할 필요 등이 없고, 전원 전압의 전압 강하를 야기하지 않는, 전원 노이즈 저감 회로 및 전원 노이즈 저감 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 따른 본 발명은, 전원으로부터 부하에 출력되는 정전압 출력에 포함되는 노이즈를 저감하기 위한 전원 노이즈 저감 회로로서, 상기 전원으로부터 상기 부하에 이르는 전원선에 삽입된 제 1 저항과, 상기 제 1 저항의 부하단에 접속되어, 상기 정전압 출력으로부터 상기 노이즈를 저감한 제 1 전압을 출력하는 로우 패스 필터와, 상기 로우 패스 필터에서 출력된 상기 제 1 전압을 구동하여 상기 제 1 저항의 부하단에 출력하는 단위 이득 증폭기를 구비한다.
청구항 2에 따른 본 발명은, 청구항 1에 따른 본 발명에 있어서, 상기 로우 패스 필터를, 제 2 저항과 콘덴서를 직렬 접속하여 구성했다.
청구항 3에 따른 본 발명은, 청구항 2에 따른 본 발명에 있어서, 상기 제 2 저항을 바이패스하기 위한 바이패스로를 전환하는 필터 전환 수단을 구비한다.
청구항 4에 따른 본 발명은, 청구항 2 또는 3에 따른 본 발명에 있어서, 상기 제 2 저항과의 분압에 의해, 상기 단위 이득 증폭기에 대한 입력 전압을 저하시키기 위한 제 3 저항을 구비한다.
청구항 5에 따른 본 발명은, 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 따른 본 발명에 있어서, 상기 단위 이득 증폭기로부터 상기 제 1 저항의 부하단에 이르는 출력로의 온과 오프를 전환하는 증폭기 전환 수단을 구비한다.
청구항 6에 따른 본 발명은, 전원으로부터 부하에 출력되는 정전압 출력에 포함되는 노이즈를 저감하기 위한 전원 노이즈 저감 회로를 거쳐서, 상기 노이즈를 저감하기 위한 전원 노이즈 저감 방법으로서, 상기 전원 노이즈 저감 회로는, 상기 전원으로부터 상기 부하에 이르는 전원선에 삽입된 제 1 저항과, 상기 제 1 저항의 부하단에 접속되어, 상기 정전압 출력으로부터 상기 노이즈를 저감한 제 1 전압을 출력하는 로우 패스 필터로서, 제 2 저항과 콘덴서를 직렬 접속하여 구성된 로우 패스 필터와, 상기 로우 패스 필터에서 출력된 상기 제 1 전압을 구동하여 상기 제 1 저항의 부하단에 출력하는 단위 이득 증폭기와, 상기 제 2 저항을 바이패스하기 위한 바이패스로를 전환하는 필터 전환 수단을 구비하여 구성되고, 상기 전원을 온으로 하기 전에, 상기 로우 패스 필터 전환 수단을 거쳐서 상기 제 2 저항을 바이패스하도록 상기 바이패스로를 전환하는 바이패스 단계와, 상기 바이패스 단계 이후에, 상기 전원을 온으로 함으로써, 상기 콘덴서를 충전하는 충전 단계와, 상기 충전 단계 이후에, 상기 필터 전환 수단을 거쳐서 상기 제 2 저항을 접속하도록 상기 바이패스로를 전환하는 접속 단계를 포함한다.
청구항 7에 따른 본 발명은, 청구항 6에 따른 본 발명에 있어서, 상기 전원 노이즈 저감 회로는, 상기 단위 이득 증폭기로부터 상기 제 1 저항의 부하단에 이르는 출력로의 온과 오프를 전환하는 증폭기 전환 수단을 구비하여 구성되고, 상기 바이패스 단계에 있어서, 상기 증폭기 전환 수단을 거쳐서 상기 출력로를 오프로 하고, 상기 접속 단계에 있어서, 상기 증폭기 전환 수단을 거쳐서 상기 출력로를 온으로 한다.
청구항 1에 따른 본 발명에 의하면, 단위 이득 증폭기를 거쳐서 제 1 전압을 구동함으로써, 전원 전압의 전압 강하를 야기하는 일 없이 노이즈 저감을 행할 수 있어, 전원으로부터 공급된 전압을 그대로 부하에 공급할 수 있으므로, 예를 들면, 정전압 출력이 프로그램 가능한 전원을 이용하여 소망하는 전원 전압을 부하에 공급하고자 하는 경우에도, 전원 노이즈 저감 회로를 적용하는 것이 가능하게 된다. 또한, 대용량 콘덴서나 인덕턴스치가 큰 코일을 사용할 필요가 없기 때문에, 종래와 같이 대용량 콘덴서, 대인덕턴스의 코일, 혹은 저항값이나 허용 손실치가 큰 저항기를 사용하는 것에 의한 폐해(전원 노이즈 저감 회로의 부품 형상의 대형화, 시정수가 커지는 것에 의한 시험 시간의 장시간화, 발진이 쉬워지거나 과도 시간에서의 전류 진동량이 커짐으로써 설계상의 대책이 필요하게 되는 것 등)를 해소하는 것이 가능하게 된다.
또한, 청구항 2에 따른 본 발명에 의하면, 로우 패스 필터를, 제 2 저항과 콘덴서를 직렬 접속하여 구성했으므로, 로우 패스 필터를 간단하고 쉽게 구성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 청구항 3에 따른 본 발명에 의하면, 필터 전환 수단에 의해 제 2 저항을 바이패스함으로써, 전원 노이즈 저감 회로의 기동과 정지를 신속하고 용이하게 전환하는 것이 가능하게 되어, 저노이즈에 의한 전원 공급이 필요하게 되는 임의의 시간에 전원 노이즈 저감 회로를 기동하여, 전원 공급이 불필요해진 임의의 시간에 전원 노이즈 저감 회로를 정지할 수 있다.
또한, 청구항 4에 따른 본 발명에 의하면, 제 2 저항과의 분압에 의해, 단위 이득 증폭기에 대한 입력 전압을 저하시키기 위한 제 3 저항을 구비하였으므로, 전원의 정전압 출력에 대해서 전원 노이즈 저감 회로의 정전압 출력은 약간 낮아지고, 단위 이득 증폭기로부터 부하에 전력이 공급되는 것을 방지하여, 단위 이득 증폭기의 전력 부담은 거의 없고, 노이즈 전력을 흡수하기 위한 전력을 공급하면 좋다.
또한, 청구항 5에 따른 본 발명에 의하면, 증폭기 전환 수단에 의해, 정전압 전원의 상승 시나 하강 시에, 단위 이득 증폭기의 출력로를 오프함으로써, 정전압 전원의 전압과 단위 이득 증폭기의 출력 전압차이에 의한 전류 발생을 방지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 청구항 6에 따른 본 발명에 의하면, 전원을 온으로 하기 전에는, 제 2 저항을 바이패스하고, 전원을 온하고 콘덴서를 즉석에서 충전한 후에, 제 2 저항을 접속하므로, 전원 노이즈 저감 회로는 전원 온과 거의 동시의 기동 완료가 가능해지고, 저노이즈에 의한 전원 공급이 필요한 임의의 시간에 전원 노이즈 저감 회로를 기동하고, 전원 공급이 불필요해진 임의의 시간에 전원 노이즈 저감 회로를 정지할 수 있다.
또한, 청구항 7에 따른 본 발명에 의하면, 전원을 온으로 하기 전에는, 단위 이득 증폭기에 의한 전원 라인의 구동을 정지하고, 전원을 온하고 콘덴서를 충전하며, 단위 이득 증폭기의 출력 전압이 전원 라인의 출력 전압과 동일해지고, 전원 노이즈 저감 회로의 기동이 완료한 후에, 단위 이득 증폭기에 의한 전원 라인의 구동을 개시하므로, 전원 노이즈 저감 회로의 기동과 정지 시에 전원 라인에 전기적인 영향을 주는 일 없이, 전원 노이즈 저감 회로가 없는 경우와 유사한, 정전압 전원의 상승, 하강 시간이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 전원 노이즈 저감 회로를 포함하는 정전압 전원 회로의 블럭도이다.
도 2는 전원 노이즈 저감 처리의 플로우차트이다.
도 3은, 출력 단자로부터의 노이즈를 스펙트럼 분석기에 의해 해석한 결과를 나타내는 그래프로서, (a)는, 전원 노이즈 저감 회로를 오프 상태로 한 경우의 해석 결과, (b)는, 전원 노이즈 저감 회로를 오프 상태로 한 경우의 해석 결과로서, (a)와는 상이한 용량의 제 1 콘덴서를 배치한 경우의 해석 결과, (c)는, 전원 노이즈 저감 회로를 온 상태로 한 경우의 해석 결과를 나타낸다.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 우선,〔I〕실시 형태의 기본적인 개념에 대해 설명한 후,〔II〕실시 형태의 구체적 내용에 대해 설명하고,〔III〕마지막으로, 실시 형태에 대한 변형예에 대해 설명한다. 단, 본 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
〔I〕 실시 형태의 기본적 개념
우선, 실시 형태의 기본적 개념에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 따른 전원 노이즈 저감 회로 및 전원 노이즈 저감 방법은, 전원으로부터 부하에 출력되는 정전압 출력에 포함되는 노이즈를 저감하기 위한 것이다. 전원 노이즈 저감 회로는, 정전압 전원 장치와 같이 각종의 장치나 회로로부터 독립적으로 구성되는 것 이외에, 이들 각종의 장치나 회로에 포함되는 것을 포함한다. 후자의 경우로서는, 예를 들면, 전원 노이즈 저감 회로를 정전압 전원 장치의 내용에 포함함으로써 전체적으로 저노이즈 정전압 전원 장치를 구성한 경우가 해당한다. 또한, 전원 노이즈 저감 회로는 다른 장치와 협동하여 동작하도록 구성해도 좋고, 예를 들면, 전원 노이즈 저감 회로에 포함되는 능동 소자의 제어를, 외부의 제어 장치로 제어하도록 해도 좋다.
전원의 구체적인 구성은 임의적이며, 예를 들면, DPS(Device Power Supply)를 포함한다. 또한, 부하의 구체적인 구성도 임의적이지만, 특히, 낮은 전원 잡음 레벨이 요구되는 디바이스(예를 들면, 오디오 용도의 반도체 디바이스)가 해당한다.
이하에서는, 반도체 디바이스를 반도체 테스터로 시험하는 경우에 있어서, 반도체 테스터의 내부에 포함된 전원 회로에 전원 노이즈 저감 회로를 마련한 경우로서, 이 전원 노이즈 저감 회로의 능동 소자(구체적으로는, 후술하는 제 1 릴레이 및 제 2 릴레이)를 해당 반도체 테스터의 내부에 마련한 제어부에 의해 제어하는 경우에 대해 설명한다.
〔II〕 실시 형태의 구체적 내용
다음에, 실시 형태의 구체적 내용에 대해 설명한다. 최초로, 전원 노이즈 저감 회로의 구성에 대해 설명하고, 그 후, 이 전원 노이즈 저감 회로를 이용하여 행해지는 전원 노이즈 저감 방법에 대해 설명한다.
(구성)
도 1은 본 실시 형태에 따른 전원 노이즈 저감 회로를 포함하는 전원 회로의 블럭도이다. 이 도 1에 나타내는 전원 회로(1)는, 전원(2), 출력 단자(AVDD 단자)(3), GND 단자(4), 제 1 콘덴서(5), 및 전원 노이즈 저감 회로(Active Noise Suppressor)(10)를 구비하여 구성되어 있다. 또한, 이 도 1에는, 각 회로 소자의 설정치를 참고를 위해서 기재하고 있지만, 이 설정치는 적절히 변경하는 것이 가능하다.
전원(2)은, 부하에 직류 전력을 공급하는 것으로, 여기에서는, DPS로서 구성되어 있다. 이 전원(2)의 정극은 전원선 L1을 거쳐서 출력 단자(3)에 접속되고, 이 출력 단자(3)를 거쳐서 부하에 전력이 공급된다. 한편, 전원(2)의 부극은 GND선 L2를 거쳐서 GND 단자(4)에 접속되어 있다. 이들 전원선 L1 및 GND선 L2에는, 각각 모니터선 L3, L4가 접속되어 있고, 이 모니터선 L3, L4가 전원(2)에 접속되고, 전원(2)으로부터 공급된 모니터 전압이 모니터선 L3, L4를 거쳐서 전원(2)에 피드백됨으로써, 공지의 피드백 전원 제어가 행해진다.
제 1 콘덴서(5)는, 전원선 L1과 GND선 L2를 연결하는 선로 L5에 삽입되어 있고, 전원 노이즈 저감 회로(10)의 후술하는 제 1 저항(20)과 함께 직렬 RC 회로를 구성한다. 이와 같이 직렬 RC 회로를 마련함으로써, 전원 노이즈 저감 회로(10)가 작동 OFF로 전환되어 있는 상태에 있어서, 전원(2)으로부터 부하에 공급되는 직류 전력의 고주파 노이즈 성분을 직렬 RC 회로에 의해 저감하여, 직류 전력의 최저한의 규제를 확보하는 것이 가능해진다.
전원 노이즈 저감 회로(10)는, 전원(2)으로부터 부하에 공급되는 노이즈를 저감하기 위한 것으로, 구체적으로는, 제 1 저항(20), 주회로(30), 및 구동 전원(50)를 구비하여 구성되어 있다.
제 1 저항(20)은, 전원선 L1에 삽입되어 있고, 전원 노이즈 저감 회로(10)가 작동 OFF로 전환되어 있는 상태에 있어서는, 위에서 설명한 바와 같이 제 1 콘덴서(5)와 함께 직렬 RC 회로를 구성하고, 전원 노이즈 저감 회로(10)가 작동 ON으로 전환되어 있는 상태에 대해서는, 후술하는 로우 패스 필터(31)와 협동하여 노이즈 저감을 행한다.
주회로(30)는, 전원선 L1와 GND선 L2를 연결하는 선로 L6에 삽입되어 있고, 로우 패스 필터(31), 단위 이득 증폭기(32), 및 제 3 저항(33)을 구비하여 구성되어 있다. 이 주회로(30)는, 1 칩으로 모듈화되어 있고, PF 단자(34), GF 단자(35), UP5V 단자(36), CHG 단자(37), OUT 단자(38),＋PW 단자(39), 및 -PW 단자(40)를 구비한다. 또한, 도 1에 있어서, 이들 각 단자(34∼40)를 연결하는 선은, 1 칩화된 주회로(30)의 외형선이다.
로우 패스 필터(31)는, 제 1 저항(20)의 부하단에 고임피던스로 접속되고, 정전압 출력으로부터 노이즈를 저감한 제 1 전압을 출력하는 것으로, 구체적으로는, 제 2 저항(41)과 제 2 콘덴서(42)를 직렬 접속하여 구성되어 있다. 여기에서는, 로우 패스 필터(31)의 시정수가 가능한 한 커지도록, 이들 제 2 저항(41)과 제 2 콘덴서(42)의 값이 설정된다.
이 제 2 저항(41)의 양단에는, 해당 제 2 저항(41)을 바이패스하기 위한 바이패스로 L7이 접속되어 있고, 이 바이패스로 L7에는, 해당 바이패스로 L7을 접속 또는 비접속으로 전환하기 위한 제 1 릴레이(필터 전환 수단)(43)가 설치되어 있다. 이 제 1 릴레이(43)는, 반도체 테스터의 내부에 마련한 제어부로부터 CHG 단자(37)에 입력된 제어 신호에 의해 구동되고, 바이패스로 L7이 접속(단락)으로 전환된 경우에는, 제 2 저항(41)이 바이패스 상태(비사용 상태)로 되고, 바이패스로 L7이 비접속(단선)으로 전환된 경우에는, 제 2 저항(41)이 비바이패스 상태(사용 상태)로 된다. 또한, 이 제 1 릴레이(43)의 구동용 전원은, UP5V 단자(36)를 거쳐서 공급된다.
또한, 단위 이득 증폭기(32)는, 로우 패스 필터(31)에서 출력된 제 1 전압 V1을 저임피던스로 구동하여 제 1 저항(20)의 부하단에 출력하는 것으로, 그 입력단은 제 2 저항(41)과 제 2 콘덴서(42)의 상호 간에 접속되어 있고, 그 출력단은 출력로 L8을 거쳐서 제 2 저항(41)의 부하단에 접속되어 있다.
또한 출력로 L8에는, 해당 출력로 L8을 접속 또는 비접속으로 전환하기 위한 제 2 릴레이(증폭기 전환 수단)(44)가 설치되어 있다. 이 제 2 릴레이(44)는, 반도체 테스터의 내부에 마련한 제어부로부터 OUT 단자(38)에 입력된 제어 신호에 의해 구동되고, 출력로 L8가 접속(단락)으로 전환된 경우에는, 단위 이득 증폭기(32)의 출력이 제 2 저항(41)의 부하단에 출력되고, 출력로 L8가 비접속(단선)으로 전환된 경우에는, 제 2 저항(41)의 부하단으로의 단위 이득 증폭기(32)의 출력이 정지된다. 또한, 이 제 2 릴레이(44)의 구동용 전원은, UP5V 단자(36)를 거쳐서 공급된다.
제 3 저항(33)은, 단위 이득 증폭기(32)의 입력단과 제 2 콘덴서(42)의 접지단의 사이에 삽입되어 있다. 이와 같이 제 3 저항(33)을 마련하는 이유는 이하와 같다. 즉, 이 제 3 저항(33)이 없는 경우에는, 제 1 저항(20)의 부하단의 전압(이하, 제 2 전압) V2와, 단위 이득 증폭기(32)의 정전압 출력(이하, 제 3 전압) V3이, 서로 거의 동일하게 된다. 그리고, 단위 이득 증폭기(32)를 지극히 저임피던스로 구동한 경우에는, 전원(2)보다 부하에 가까운 단위 이득 증폭기(32)로부터 해당 부하에 전력이 공급되게 되지만, 단위 이득 증폭기(32)에는 전력을 계속 공급하는 파워가 없기 때문에, 문제가 된다. 그래서, 제 3 저항(33)을 마련함으로써, 제 2 저항(41)과의 분압에 의해, 단위 이득 증폭기(32)에 입력되는 제 1 전압 V1을 약간 낮춤으로써, 단위 이득 증폭기(32)를 낮은 입력 전압으로 구동하는 것으로 하고 있다. 단, 제 3 저항이 필요 이상으로 작으면 로우 패스 필터(31)의 노이즈 제거 성능이 악화되고, 또한, 제 1 전압 V1이 제 3 저항(33)에 비례하여 낮아지고, 그 결과, 단위 이득 증폭기(32)의 출력 전압이 보다 낮아짐으로써, 단위 이득 증폭기(32)에 큰 음의 방향(흡입 방향)의 직류 전류가 흐르기 때문에, 제 3 저항(33)으로서는, 가능한 한 큰 저항을 사용하는 것이 바람직하다.
구동 전원(50)은, 단위 이득 이득 증폭기(32)를 구동하기 위한 전원으로, 여기에서는, 절연형 DC－DC 컨버터가 사용되고 있고, 이 구동 전원(50)에서 소정 전압으로 변환된 직류 전력이, ＋PW 단자(39) 및 -PW 단자(40)로부터 주회로(30)에 입력되고, 이 주회로(30) 내부의 도시하지 않는 선로를 거쳐서 단위 이득 증폭기(32)에 공급된다.
(전원 노이즈 저감 방법)
다음에, 전원 노이즈 저감 방법에 대해 설명한다. 여기에서는, 전원(2)을 오프로부터 온으로 전환한 때의 전원 상승 시에, 전원 노이즈 저감 회로(10)의 능동 소자를 제어하고, 그 후에는, 전원(2)이 재차 오프로 전환될 때까지, 해당 제어의 최종 상태를 유지한다. 이후 마찬가지로, 전원(2)을 오프로부터 온으로 전환할 때마다, 전원 노이즈 저감 회로(10)의 능동 소자를 제어한다. 이 제어는 전원 노이즈 저감 처리로서 미리 프로그램화되어 있고, 반도체 테스터의 내부에 마련한 도시하지 않는 제어부가 해당 프로그램을 실행함으로써, 전원(2)의 온과 오프의 전환과, CHG 단자(37) 및 OUT 단자(38)로의 제어 신호의 출력을 행한다.
도 2는, 전원 노이즈 저감 처리의 플로우차트이다. 이하에서는, 스텝을 「S」라고 약기한다. 우선, 제어부는, 제 1 릴레이(43)를 제어함으로써 바이패스로 L7을 접속하여 제 2 저항(41)을 바이패스 상태로 함과 아울러, 제 2 릴레이(44)를 제어함으로써 출력로 L8을 비접속 상태로 한 상태에서(SA1), 전원(2)을 오프로부터 온으로 전환한다(SA2). 그리고 나서, 전원(2)으로부터 공급된 전원 전류의 일부가 제 1 콘덴서(5)와 제 2 콘덴서(42)에 동시에 유입하여, 해당 제 1 콘덴서(5)와 제 2 콘덴서(42)를 충전한다.
그 다음에, 제어부는, 전원(2)의 상승 시간(제 1 콘덴서(5)의 충전 완료 시간)의 경과를 대기한다. 이 때, 제 2 저항(41)을 바이패스시키고 있으므로, 로우 패스 필터(31)의 시정수를 거의 제로로 하는 것이 가능해지기 때문에, 전원(2)의 상승 완료(제 1 콘덴서(5)의 충전 완료)와 동시에, 제 2 콘덴서(42)의 충전도 완료한다. 즉, 전원 노이즈 저감 회로(10)의 기동 시간은, 전원(2)의 상승 시간과 동일하게 된다. 이 전원(2)의 상승 시간은, 전원 개별의 상승 특성이나, 상승 시간의 프로그램에 의해, 미리 정할 수 있다. 또한, 전원(2)의 상승 시간에 제약이 없는 경우에는, 제 2 저항(41)의 바이패스는 불필요하게 되기 때문에 생략할 수 있고, 이 경우에는, 제 2 콘덴서(42)의 충전 완료를 대기하고 후술하는 SA4로 이행할 수 있지만, 제 2 저항(41)과 제 2 콘덴서(42)에 의한 시정수는 매우 길지 않으면 의미가 없기 때문에, 상승 시간은 길어진다.
이와 같이 전원(2)의 상승이 완료한 후(SA3, Yes), 제어부는, 제 1 릴레이(43)를 제어함으로써 바이패스로 L7을 비접속으로 하여 제 2 저항(41)을 비바이패스 상태로 함과 아울러, 제 2 릴레이(44)를 제어함으로써 출력로 L8을 접속 상태로 하여 단위 이득 증폭기(32)의 출력을 제 2 저항(41)의 부하단에 출력한다(SA4). 그러면, 전원(2)으로부터 공급된 전원 전압의 일부가 로우 패스 필터(31)에 인가되고, 이 필터(31)에 의해 노이즈가 저감되고, 제 1 전압 V1(평균 전압. 보다 정확하게는, 제 3 저항(33)에 의해 분압된, 평균 전압보다 약간 낮은 전압)이 취출되고, 단위 이득 증폭기(32)의 입력단에 입력된다.
이 상태에 있어서, 단위 이득 증폭기(32)는, 입력단에 입력된 제 1 전압 V1을 구동한다. 여기서, 단위 이득 증폭기(32)의 입력단은 하이 임피던스이므로, 이 단위 이득 증폭기(32)에는 전류는 거의 흐르지 않는다. 이후, 이와 같이, 로우 패스 필터(31)에서 노이즈가 저감된 전압을 단위 이득 증폭기(32)로 구동함으로써, 제 1 저항(20)의 부하단과 AVDD 단자(3)의 전원선의 전압은 강제적으로 단위 이득 증폭기(32)가 구동하는 노이즈가 저감된 직류 전압과 동일 값으로 되고, 전원(2)으로부터 출력되는 노이즈 전력에 의해 연속적으로 생기는 제 1 저항(20)으로부터 AVDD 단자(3)에 이르는 전원선상의 노이즈 전압은, 노이즈 전류로 되어 단위 이득 증폭기(32)에 흡수되어 소비된다. 또한, 단위 이득 증폭기(32)의 출력 전압 V3가 전원(2)의 설정 전압보다 약간 낮기 때문에, 제 2 전압 V2는 V1로 저하한 후, 모니터선 L4를 거쳐서 전원(2)에 피드백되고, 공지의 피드백 보정에 의해, 본래 프로그램된 전압으로 복귀하고, 수렴하여, 안정화된다.
(시험 결과)
마지막으로, 전원 노이즈 저감 회로(10)의 성능 시험의 결과에 대해 설명한다. 도 3은, 출력 단자(3)로부터의 노이즈를 스펙트럼 분석기에 의해 해석한 결과를 나타내는 그래프로서, (a)에는, 도 1의 회로에 있어서 전원 노이즈 저감 회로(10)를 오프 상태로 한 경우의 해석 결과(제 1 저항(20)=1.0Ω, 제 1 콘덴서(5)=10μF(15.9 kHz)), (b)에는, 도 1의 회로에 있어서 전원 노이즈 저감 회로(10)를 오프 상태로 한 경우의 해석 결과(제 1 저항(20)=1.0Ω, 제 1 콘덴서(5)=100μF(1.6 kHz)), (c)에는, 도 1의 회로에 있어서 전원 노이즈 저감 회로(10)를 온 상태로 한 경우의 해석 결과를 각각 나타낸다. 이들 도 3(a)∼도 3(c)에 있어서, 가로축은, 주파수(Hz), 세로축은, 노이즈 레벨(dBv)을 나타낸다.
도 3(a), 도 3(b)로부터 알 수 있는 바와 같이, 전원 노이즈 저감 회로(10)를 오프 상태로 한 상태에서는, 제 1 저항(20)과 제 1 콘덴서(5)에 의한 RC 직렬 회로(패시브 로우 패스 필터)에 의한 노이즈 저감 효과가 어느 정도 얻어지지만, 노이즈 레벨이 약 -80 dBv로 여전히 높다. 이에 대해서, 도 3(c)로부터 알 수 있는 바와 같이, 전원 노이즈 저감 회로(10)를 온 상태로 함으로써, 노이즈 레벨의 피크가 약 -100 dBv(10μV)로 큰 폭으로 저감되어 있다. 이것으로부터, 종래의 패시브 필터보다, 본 실시 형태에 따른 전원 노이즈 저감 회로(10)에 의한 노이즈 저감 효과가 큰 것이 확인되었다.
〔III〕 본 실시 형태에 대한 변형예
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명의 구체적인 구성 및 수단은, 특허 청구의 범위에 기재한 각 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있으며, 임의로 변경 및 개량할 수 있다. 이하, 이러한 변형예에 대해 설명한다.
(해결하려고 하는 과제나 발명의 효과에 대해)
또한, 발명이 해결하려고 하는 과제나 발명의 효과는, 상기한 내용으로 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 의해, 상기에 기재되지 않은 과제를 해결하거나, 상기에 기재되지 않은 효과를 얻을 수도 있고, 또한, 기재되어 있는 과제의 일부만을 해결하거나, 기재되어 있는 효과의 일부만을 얻는 경우가 있다.
(구체적인 회로 구성에 대해)
구체적인 회로 구성은, 도 1에 나타낸 구성 이외에도, 해당 구성을 공지 기술의 범위 내에서 변경함으로써, 여러 가지 구성으로 할 수 있다. 예를 들면, 로우 패스 필터(31)는, 제 1 저항(20)의 부하단에 접속되고, 정전압 출력으로부터 노이즈를 저감한 제 1 전압을 출력하는 것이면 좋고, 도 1에 나타낸 필터(31) 이외에도 소망하는 특성을 갖는 필터를 채용할 수도 있다. 또한, 예를 들면, 전원 노이즈 저감 회로(10)의 작동 오프 시의 규제를 고려할 필요가 없는 경우에는, 제 1 콘덴서(5)를 생략해도 좋다. 또한, 제 1 저항(20)에 대해서도, 주회로(30)와 일체로 1 칩화해도 좋다. 또한, 로우 패스 필터(31)와 단위 이득 증폭기(32)를 일체화하여, 소망하는 필터 특성을 갖는 증폭기로 해도 좋다.
(주회로나 필터의 구성수에 대해)
상기 실시 형태에서는, 주회로(30)의 내부에, 필터(31), 단위 이득 증폭기(32), 및 제 3 저항(33)을 각각 1개만 마련하고 있지만, 이들 필터(31), 단위 이득 증폭기(32), 및 제 3 저항(33)(실제로는, PF 단자(34)와 GF 단자(35))의 조합을 복수 세트 더 마련함으로써, 복수 전원용의 전원 노이즈 저감 회로(10)를 구성해도 좋다.
(제어부에 대해)
상기 실시 형태에서는, 전원 노이즈 저감 회로(10)를, 반도체 테스터의 내부에 마련한 제어부에 의해 제어하는 것으로서 설명했지만, 이 제어부를 전원 회로의 내부에 포함해도 좋다.
1 : 전원 회로 2 : 전원
3 : 출력 단자 4 : GND 단자
5 : 제 1 콘덴서 10 : 전원 노이즈 저감 회로
20 : 제 1 저항 30 : 주회로
31 : 로우 패스 필터 32 : 단위 이득 증폭기
33 : 제 3 저항 34 : PF 단자
35 : GF 단자 36 : UP5V 단자
37 : CHG 단자 38 : OUT 단자
39 : ＋PW 단자 40 : －PW 단자
41 : 제 2 저항 42 : 제 2 콘덴서
43 : 제 1 릴레이 44 : 제 2 릴레이
50 : 구동 전원 L1 : 전원선
L2 : GND선 L3, L4 : 모니터선
L5, L6 : 선로 L7 : 바이패스로
L8 : 출력로 V1 : 제 1 전압
V2 : 제 2 전압 V3 : 제 3 전압

Claims (10)

  1. 전원으로부터 부하에 출력되는 정전압 출력에 포함되는 노이즈를 저감하기 위한 전원 노이즈 저감 회로로서,
    상기 전원으로부터 상기 부하에 이르는 전원 라인에 삽입된 제 1 저항과,
    상기 제 1 저항의 부하단에 접속되어, 상기 정전압 출력으로부터 상기 노이즈를 저감하여 획득된 제 1 전압을 출력하는 로우 패스 필터 - 상기 로우 패스 필터는 직렬 접속된 제 2 저항과 콘덴서를 포함하며, 상기 제 2 저항을 바이패스 하기 위한 바이패스 라인을 포함함 - 와,
    상기 로우 패스 필터에서 출력된 상기 제 1 전압을 구동하고 구동된 상기 제 1 전압을 상기 제 1 저항의 부하단에 출력하는 단위 이득 증폭기(unity gain amplifier)를 포함하며,
    상기 로우 패스 필터는 상기 전원을 온으로 하기 전에 상기 바이패스 라인을 연결하여 상기 제 2 저항이 바이패스되도록 구성되며,
    상기 로우 패스 필터는 상기 전원을 온으로 하고 상기 콘덴서가 충전된 후에, 상기 바이패스 라인을 전환하여 상기 제 2 저항이 연결되도록 구성되는
    전원 노이즈 저감 회로.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원을 온으로 하기 전에 상기 제 2 저항을 바이패스하기 위해 상기 바이패스 라인을 전환하는 필터 전환 수단을 포함하는
    전원 노이즈 저감 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 저항과의 분압에 의해, 상기 단위 이득 증폭기에 대한 입력 전압을 저하시키는 제 3 저항을 포함하는
    전원 노이즈 저감 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 이득 증폭기로부터 상기 제 2 저항의 부하단에 이르는 출력 라인을 온과 오프로 전환하는 증폭기 전환 수단을 포함하는
    전원 노이즈 저감 회로.
  6. 전원 노이즈 저감 회로를 사용하여, 전원으로부터 부하에 출력되는 정전압 출력에 포함되는 노이즈를 저감하기 위한 전원 노이즈 저감 방법으로서,
    상기 전원 노이즈 저감 회로는,
    상기 전원으로부터 상기 부하에 이르는 전원 라인에 삽입된 제 1 저항과,
    상기 제 1 저항의 부하단에 접속되고, 상기 정전압 출력으로부터 상기 노이즈를 저감한 제 1 전압을 출력하는 로우 패스 필터―상기 로우 패스 필터는 직렬 접속된 제 2 저항과 콘덴서를 포함함―와,
    상기 로우 패스 필터에서 출력된 상기 제 1 전압을 구동하고 구동된 상기 제 1 전압을 상기 제 1 저항의 부하단에 출력하는 단위 이득 증폭기와,
    상기 제 2 저항을 바이패스하기 위해 바이패스 라인을 전환하는 필터 전환 수단을 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 전원을 온으로 하기 전에, 상기 필터 전환 수단을 통해 상기 제 2 저항을 바이패스하도록 상기 바이패스 라인을 전환하는 바이패스 단계와,
    상기 바이패스 단계 이후에, 상기 전원을 온으로 함으로써, 상기 콘덴서를 충전하는 충전 단계와,
    상기 충전 단계 이후에, 상기 필터 전환 수단을 통해 상기 제 2 저항을 접속하도록 상기 바이패스 라인을 전환하는 접속 단계를 포함하는
    전원 노이즈 저감 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전원 노이즈 저감 회로는, 상기 단위 이득 증폭기로부터 상기 제 1 저항의 부하단에 이르는 출력 라인을 온과 오프로 전환하는 증폭기 전환 수단을 포함하고,
    상기 바이패스 단계에서, 상기 증폭기 전환 수단에 의해 상기 출력 라인을 오프로 하고,
    상기 접속 단계에서, 상기 증폭기 전환 수단에 의해 상기 출력 라인을 온으로 하는
    전원 노이즈 저감 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 바이패스 라인은 상기 필터 전환 수단을 통해서 상기 제 2 저항에 연결되는
    전원 노이즈 저감 회로.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 콘덴서는 상기 바이패스 라인이 상기 제 2 저항이 바이패스되도록 스위칭된 이후에 상기 전원을 온으로 함에 의하여 충전되는
    전원 노이즈 저감 회로.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 저항은 상기 단위 이득 증폭기의 입력단과 상기 콘덴서의 접지단 사이에 연결되어 있는
    전원 노이즈 저감 회로.
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