TWI333552B - Measurement circuit with improved accuracy - Google Patents

Description

1333552 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般而言係關於使用於自動測試儀器中之測量 電路，特別而言係關於使用準確基準源之測量電路。 【先前技術】 自動測S式系統之一基本需求在於能夠準確地測量來 待測元件之訊號。針對該目的，已設計出各種電路拓蹼 圖1表示一咼階之測量電路範例’該測量電路係使用 準確基準源112。該基準源通常係為可程式，且被調整 用以產生約等於該測量電路之預期差動輸入電壓（HI〜L〇)之 一準確電壓vPED。一加法電路丨14增加該測量電路之一低 端（L0)至VPED，而且一差動放大器11〇測量該測量電路之 一高端（HI)及該加法器114之輸出（L〇+ VpED)之間之差值。 然後该差動放大器之輸出通常係藉由一類比至數位轉換器 11 6而轉換成一數位訊號。 該測量電路讀出數值G*[(HI_L〇)_ [Μ]，其中g係為 差動放大H 110之增益。該讀數係對應於實際輸入電壓 (HI;L〇)及程式化之期望輪入v⑽之間之差值或，，殘差” 藉由S加對應於VPED之數值至該讀數（以及修正增益） ’此讀數可被轉換成輪人電壓（HI_LQ)之—測量值。因此例 如’假設該測量電路係讀出2.4伏特，其+ G=100且 W1伏特，則由這些條件所表示之實際輸人電壓將為i 伏特+2.4伏特/1〇〇 = 1.〇24伏特。 由於V ρ β ο可予精禮说主- 赏磲地表不且可為非常穩定，該測量電 1333552 路可被做成非常地精接。然而我們瞭解到，該測量電路係 具：可能會不利地影響其效能之誤差。例如，於該差動放 大110中之偏移電壓誤差係引起該測量電路中之誤差。 因為”亥，差通常係一小電麼，因此須在高增益下操作該差 =110以便確保該殘差係足夠大而可充分地測量 然而如所知者，差動放大器之偏移誤差係隨著增益之增 加而成比例變大。 因此需要有使用基準源以產生大殘差訊號之測量電路 ’其不會因差動放大器中之誤差而受到不利影響。 【發明内容】 根據上述之先前技術說明，本發明之一目的在於，使 使用基準源之測量電路具有降低之誤差。 為完成以上目的，並完成其它目的及優點，一測量電 路係具有一回饋放大器以及一差動放大器，各具有一第一 輸入、一第二輸入以及一輸出。該回饋放大器之第一輸入 係接收一輪入訊號。該差動放大器之第一輸入係藕接至一 =準源以及該差動放大器之第二輸入係藕接至該回饋放大 器之輸出。一衰減器係藕接於該差動放大器之—盥 輸入、 /、步"一 月】之間並且提供一回饋訊號，該回饋訊號係被傳送至回 饋電路之第二輪入。 ^回饋放大器之操作係有效地放大殘差訊號，並因此允 。午。亥差動放大器於實質上降低之增益下操作，進而降低 體電路誤差。 【實施方式】 6 Ϊ333552 圖2係表示根據本發明之一測量電路之說明實施例。 圖2之測量電路之某些部份係類似於圖工某些部份。例如 ，基準源212係類似於基準源' 112，加法器214係類似於 加法器114,以及類比至數位轉換器216係類似於類比至 數位轉換器116。此外’圖2之差動放大器21〇係類似於 圖1之差動放大器110，除了差動放大器210較佳地操作 係於實質上較低增益下之外。 圖2之測量電路亦產生了一”殘差，，，亦即表示於輸入 電壓HI—LO及基準電壓^之間之差值之訊號。然而，圖 2中所產生之殘差係實質上大於圖丨中所產生之殘差。於 圖1中，差動放大器11 〇係處理放大該殘差的全部工作， 藉以提供一足夠大之訊號，而可充分地被該類比至數位轉 換器116所測量。然而於圖2中，該差動放大器ιι〇及一 回饋電路則共同處理該工作。較佳之情況為，該回饋電路 係提供大部份或者全部之增益，用於放大該殘差以及該 差動放大器係提供相對小之增益。 該回饋電路包含一回饋放大器22〇及一衰減器222。 該衰減器222提供一回饋訊號給該回饋放大器22〇β該衰 咸。。222具有ι/g之公稱衣減，這表示回饋至該回饋放大 器220之電壓為_一_

v- + (VV_)/G 其中V+及V_係分別為差動放大器210之非反相及反相 輸入° 6亥輸入電壓之高（ΗI)端係施加於該回饋放大器2 2 0 之一輸入。此外’該輸入電壓之低（LO)端係增加至基準電 1333552 塵錢加於差動放大器210之反相輸入。藉由回饋放大器 及衰減器之閉路操作，該差動放大器210之非反相⑴輸A 係被控制至一位準，該位準等於___ HI + (HI-(LO + Vped))^(g-1) 假設差動放大器210具有！之增益，則該差動放大器 之輸出係為

Vd.pp=V+-V. = HI + (HI-L0-Vped)*(G-1)-(L0+Vped) =G 氺（（HI-LO)-Vped) =G*(Residue) 该值正好為所需量’而且係以具有增益僅$ 1之差動 放大器210所完成。於測量該值之後，吾人可計算出㈣ 際輸入電壓（HI-LO)為 Vped+Vdiff/g。 所有其它情況皆相同，圖2之電路中之誤差係遠小於 圖！之電路中之誤差。因為差動放大器之輸出w係除以 G’用以計算輸入電屢，因此於整個電路效能上之差動放 大器=移鍾之影響係可忽略。回饋放大H 22〇增加了某 偏移誤差’但藉由選擇一低偏移運算放大器做為回饋放大 器，或藉由修減該回饋放大器之偏移至接近〇,便可勿、略 該偏移誤差。 ~ 因此圖2之測量電路係有效地將該偏移誤差源由該差 動放大器210傳送至該回饋放大器22()。開始這可能不合 顯現出是-實質改善。然而，耗可由市制得許多Μ 移運异放大器，但是大部份之差動放大器具有相對大之偏 移誤差。因此’圖2之測量電路係允許以市場上可容易講 1333552 付之元件來達到較佳之準確度。 β我們已經發現到，與圖1之拓蹼相較之下，圖2之測 里電路具有較低之丘模誤罢。雜蚀.呈心^ 耦為差。雖然差動放大器之 趨向於藉由增益而緙俨妗M B ^ 、锅-吳產 a里而獲件改善，但是其改善之程度卻不如圖 2之電路來得多。例如，操作於增益测之下 = 放大器之共模排斥比（C_比操作於相同增 動 測量電路之共模排斥比小約35dB。 圖2 圖3表示圖2測量電路之一較詳細實施例。 例令及回饋放大器係包含3個不同的層級：一輸入級奶 、一反相器級324 „ 思，\ 以及一積分器級326。最好該3個不同 每，·及为別各以一個別運算 』逑异放大态（OP amp)配合使用。用於 °亥輪入級322之運算放大装县 大益最好具有一低偏移電壓及一高 固有共模排斥比。用A i灶、 用於该積分器級326之運算放大器 —輪入電阻器344、一鈐 w 别電谷态346以及一回饋電容器 料8，它們共同成為影 口饋放大斋開路增益及頻率響應 〈U素。該反相器級 q 4具有輪入及回饋電阻器340及 42’用於達到建立通去 μ 田口饋極性所需反相作用以及提供額 外開路增益。或者，加丄& % 。ι輪入極322之輸入係被反相以 、准持該回饋適當狀況的話，則可省略該反相器級。 ^ $最好以—對電阻器⑽&細配合使用 大# l 旱°又疋了回饋放大器之增益（以上所列 方程式之’’G”）。中雷阳。。〇 G叫。 、T電阻盗328對電阻器330之比率等於 該積分器級32fi 4 * 係改良了測量電路之準確度。如所知 1333552 者，積分器於直流電時係有極高之增益。因此，該輸入級 322之輪出僅需移動些微量用以建立整個回饋放大器任何 所需輸出電壓。這是非常重要的，因為該輸入級322具有 有限之開路增益，#即其可藉由改變非反相及反相輸入之 電壓而僅僅改變其輸出電壓。於閉路操作期間，輸出 β之改麦便會貫際地使该電路承受取決於輸出之偏移誤 其係被反映於測量結果中。藉由確保該輸入級322之 輸出〇會移動些微量，該積分器級326實際上會消除該

差。

圖4係表示其中圖2與圖3之測量電路被使用之典空 則忒％境。該測試環境包含一自動測試系統4〇〇，其具有 用於執行一測試程式（圖中未示出）之測試電腦4丨〇 ^該 測試電腦係控制使待測元件（DUT)412運作之電路配置，諸 =激勵電路414及測量電路416。該測量電路包含此說明 書所揭不及圖2及圖3所示之測量電路。於該測試程式控 制之下，该激勵電路414施加預定之激勵訊號給待測元件 412，而且該測量電路4丨6測量來自待測元件412之電壓及 或電*IL回應。该測試程式比較所測量之電壓及/或電流與 所期望之值》如果該讀出數值係在該所期望值容差範圍之 内，則§亥測試程式便成功。否則該測試程式便為失敗。 圖4之測試環境係用於一製造諸如積體電路之電子電 路之製造環境中。為了節省製造成本，於製程中係早先測 試元件，例如於封裝之前便進行測試。通過測試程式之元 件係移動前往後續製造步驟，然而失敗未通過之元件仍可 10 1333552 能被拋棄。於此階段進行之測試係防止製造商針對會被丟 棄之有缺點元件仍執行高成本之製造步驟。此外，該測試 程式可用於根據元件效能而將該等元件分等級。相較於較 低標準效能之元件，符合較高標準之元件可以較高價格出 售。 替代方案 雖已說明了 一個實施例，然而仍可進行數個替代實施 例或變化方式。如圖2及3所示之測量電路係設計用以接 收具有向端（HI)輸入及低端（L0)輸入兩者之差動輸入電壓 以替代方案’低端輸入可被接地，使輸入訊號被有效地 成為單端輸入訊號。於此情況下，便可省去加法器 214/314 ’而且該基準源可被直接藕接至該差動放大器 210/310 。 名義上’輸入訊號之高端係比低端較為正性，然而該 測里電路之設計並不須如此。低端可傳送比高端更為正性 之電壓，反之亦然。 雖然圖2及圖3中所示之測量電路接收一輸入電壓訊 號（差動或單端）’但該電路並不須用於僅測量來自待測元 件之電壓。例如藉由連接一分路電阻器於低端與高端之間 並測量流經該分路之電流所引起之電壓，該測量電路可用 於測量電流。 雖然已參照較佳實施例詳細地表示及說明本發明，熟 習本項技術人士皆應了解，於不違離本發明精神及範疇前 提下，可進行各種形式及細節之變化。 1333552 【圖式簡單說明】 (一） 圖式部分 藉由說明及圖式可更加瞭解本發明目的、優點及新穎 特點。 圖1係表示根據先前技術使用一基準源之測量電路之 區塊圖。 圖2係表示根據本發明使用一基準源之改良測量電路 之區塊圖。 圖3係表示圖2之測量電路之簡化示意圖。 圖4係表示包含根據本發明之測量電路的測試器之高 階區塊圖。 (二） 元件代表符號 110 差動放大器 112 基準源 114 加法器 116 類比至數位轉換器 210 差動放大器 212 基準源 214 加法器 216 類比至數位轉換器 220 回饋放大器 222 衰減器 310 差動放大器 312 基準源 12 314 加法器 316 類比至數位轉換器 322 輸入級 324 反相器級 326 積分器級 328 電阻器 330 電阻器 340 輸入電阻器 342 回饋電阻器 344 輸入電阻器 346 輸入電容器 348 回饋電容器 400 自動測試糸統 410 測試電腦 412 待測元件 414 激勵電路 416 測量電路

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Claims (1)

1. U33552 曰修(更)正本 拾、申請專利範圍： 1. 一種測量電路，包含. 一差動放大器，具有_ 第一輸入及一第二輸入； 基準源’輕接至兮〇<? 至该差動放大器之第一輸入，用以產 生一基準訊號； =回饋放大器，具有—用於接收1測量之輸入訊號 輸入、-用於接收—回饋訊號之第二輸入以及一耦 接至該差動放大器之第二輪入之輸出；以及 -衰減，，輕接於該差動放大器之第一輸入與第二輸 入之間’並提供用於該回饋放大器之回饋訊號。 2.根據中請專利範圍第1項之測量電路，其中該回饋 放大益第-輸入之輪入訊號係一差動輪入訊號之高㈣端 ，該測量電路進一步包含： 乂加法電路，串聯純於該基準源1以將該差動輸 入訊號之一低（LO)端加至該基準訊號。 3人根據申請專利範圍第丨項之測量電路， 器包含： 一：第-阻抗’具有一耦接至該回饋玫大器之輸出之第 一即點以及一輕接至該回饋放大器之第二輪入之第二節點 ;以及 一第二阻抗，具有—減至該回饋玫大器之第二輸人 ^一 及-㈣至該差動放大器之第—輸入之第二 輸入。 4.根據申請專利範圍帛3項之測量電路，其中該第一 1333552 及第二阻抗係為電阻器，各具有一電阻，而且該第一阻抗. 之電阻係大於該第二阻抗之電阻至少1 〇 〇倍。 5. 根據申請專利範圍第4項之測量電路，其中該差動 放大器具有小於100之差動増益。 6. 根據申請專利範圍第丨項之測量電路，其中該基準 源包含一數位至類比轉換器。 7. 根據申請專利範圍第6項之測量電路，其中該基準 源係可程式設定為一數值，該值係等於該測量電路之—期 望輸入電壓。 0 8. 根據申請專利範圍第丨項之測量電路，其中該回饋 放大器包含一補償放大器，用於建立該回饋電路之所需動 態特性。 9. 根據申請專利範圍第8項之測量電路，其中該補償 放大器包含一積分器。 10. 根據申請專利範圍第1項之測量電路，其中該回饋 放大器包含： 一輸入級，用於接收該需被測量之輸入訊號以及該回鲁 饋訊號；以及 一積分器級，具有一耦接至該輸入級之輸出以及一耦 接至該差動放大器之第二輸入之輪出，用於提供於直流電 時之高增益。 11·根據申請專利範圍第1〇項之測量電路，其中該回 饋放大器進-步包含一反相級，串聯耦接於該輸入級之輸 出及反相器級之輸入之間。 15 1333552 12.根據巾請專利範圍第u #之測量電路，其中該輸 入級、反相級及積分器級各者包含至少一運算放大器。 13’種用於測試電子元件之自動測試系統，包含： 一電腦，用於執行一測試程式； 複數個激勵電路’於該電腦控制之下係為可操作；及 複數個測量電路，於該電腦控制之下係為可操作，每 一測量電路包含： 一差動放大器，具有一第一輸入及一第二輸入 用以產 入訊號 及一麵 該差動 節點， ，其中 號之高 差動輸 '其中 出之第 一基準源，耦接至該差動放大器之第一輸入， 生一基準訊號； 一回饋放大器，具有一用於接收一需測量之輸 之第一輸入、一用於接收一回饋訊號之第二輸入以 接至該差動放大器之第二輸入之輸出；以及 一衰減器，具有第一及第二節點，分別耦接於 放大器之第一輸入與第二輸入之間，並具有一第三 用以提供用於該回饋玫大器之回饋訊號。 14. 根據f請專利範圍第13項之自動測試系統 該回饋放大器第一輸入之輸入訊號係一差動輸入訊 (HI)端’該測量電路進一步包含： 一加法電路，串聯耦接於該基準源，用以將該 入訊號之一低（L0)端加至該基準訊號。 15. 根據f請專利範圍第13項之自動測試系統 該衰減器包含： 一第一阻抗，具有一耦接至該回饋放大器之輪 16 1333552 了節點以及一輕接至該回饋放大器之第二輪入之第二節點 ，以及 一第二阻抗，具有—耗接至該回饋放大器之第二輪八 之第-節點以及一輕接至該差動放大器之第一輸入之第、 輸入。 〜 16.根據申請專利範圍篦η 乾固弟15項之自動測試系統，其中 該第一及第二阻抗係為電阻器，各 谷具有一電阻，而且該第 —阻抗之電阻係大於該第二阻抗之電阻至少1〇〇倍。 …17.根據申請專利範圍第16項之自動測試系統，其中 亥差動放大器具有小於100之差動增益。 1 8. —種測試一電子電路之方法，包含： 施加激勵訊號至該電子電路；及 /貝!J里來自該電子電路之回應，以及 其中測量回應之步驟係使用一測量電路，其包含： 一差動放大器，具有一第一輸入及一第二輸入； 一基準源，耦接至該差動放大器之第一輸入，用 以產生一基準訊號； -回饋放大器，具有一用於接收—輸入訊號之第 一輸入、一用於帛收一回饋訊號之第二輸入以及一耦 接至該差動放大器之第二輸入之輸出；以及 一衰減器，耦接於該差動放大器之第—輪入與第 二輸入之間，並提供用於該回饋放大器之回饋訊於、。 19.根據申請專利範圍第18項之方法， :。^。 /、中該測量回 應之步驟包含讀取來自該測量電路之數值。 17 1333552 20·根據申請專利範圍第19項之方法，其中進一步包 含將所讀取之數值與測試限制值作比較，用以決定該電子 電路是否通過或無法通過其測試。 21·根據申請專利範圍第18項之方法，其中該回饋放 大器第一輪入之輸入訊號係一差動輸入訊號之高（Ηι)端， 該測量電路進一步包含： 一加法電路，串聯耦接於該基準源，用以將該差動輸 入訊號之一低（LO)端加至該基準訊號。 22.根據申請專利範圍第18項之方法，其中該衰減。。 包含： - 以义’益 一第一阻抗，具冑一輕接至該回饋放大器之輸出之第 一節點以及一耦接至該回饋放大器之第二輪入々 ;以及 弟一即點 ::二阻抗，具有一輕接至該回饋放大器之第二輸入 第-卽點以及一耦接至該差動放大器之第一輪入之第二 輸人。 23·根據申請專利範圍第22項之方法其中該第一及 第二阻抗係、為電阻器，各具有—電阻，而且該[阻抗之 電阻係大於該第二阻抗之電阻至少1 〇 〇倍。 24.根據申請專利範圍第23項 乃凌，其中該差動放 大器具有小於10之差動增益。 拾壹、圖式： 如次頁 18 1333552

   (一） 本案指定代表圖為：第（3 )圖。 (二) 本代表圖之元件代表符號簡單說明: 捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式 參 (無）

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