專利名稱：施加電壓測定電流的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種施加電壓測定電流的裝置，能夠用于例如測試半導體集成電路元件(以下稱為IC)各端子的直流特性是否處于規(guī)定條件范圍內(nèi)。
背景技術：
IC的測試中有功能測試和直流測試。所謂功能測試，是指判斷被測試IC是否按照預定功能來操作的測試。而所謂直流測試，是指判斷被測試IC的例如輸入端子的漏電流是否低于規(guī)定值、或者輸出端子的輸出電流是否高于預定電流值的測試。
本發(fā)明涉及用于直流測試的施加電壓測定電流的裝置的改進，特別提供一種結構，能夠不使用高精度的電阻器，即可以很好的精度測定電流值，同時，不進行量程切換，即可高速測定電流值。
圖4示出現(xiàn)有施加電壓測定電流的裝置的一例。圖中，11表示被測試IC，12表示向該被測試IC 11的端子施加規(guī)定電壓的電壓源，13表示在該電壓施加狀態(tài)下、測定流過被測試IC 11端子的電流的電流測定部件。施加電壓測定電流的裝置由這些電壓源12和電流測定部件13構成。
電壓源12包括運算放大器12A；以及DA變換器12B，向該運算放大器12A的正相輸入端子輸入的電壓等于要提供給被測試IC 11端子的電壓。將提供給被測試IC 11端子的電壓V1從感知點(電壓檢測點)SEN反饋到運算放大器12A的反相輸入端子，通過該反饋操作使電壓V1與DA變換器12B提供的電壓VDA一致，向被測試IC 11的端子施加目的電壓(例如規(guī)定H(高)邏輯和L(低)邏輯的電壓)。
電流測定部件13包括電流測定電阻器R1，連接在運算放大器12A的輸出端子和感知點SEN之間；減法電路13A，取出該電流測定電阻器R1上產(chǎn)生的電壓；以及AD變換器13B，對該減法電路13A取出的電壓進行AD變換。
R2和R3表示量程切換電阻器。這些量程切換電阻器R2和R3能夠通過選擇性地將量程切換開關S2和S3控制為接通(ON)，而與電流測定電阻器R1并聯(lián)連接，對電流測定部件13的電流測定流程進行切換。
即，在量程切換開關S2和S3都斷開的狀態(tài)、以及量程切換開關S2接通的狀態(tài)下，作為測定被測試IC特別被控制為輸入模式的端子的漏電流的狀態(tài)，電流測定量程測定大約幾μA～幾十μA的微小電流。因此，電流測定電阻器R1和R2被選定為大約幾十kΩ的比較大的電阻值。
另一方面，量程切換電阻器R3被選定為比較小的電阻值、例如大約10Ω。因此，在將開關S3控制為接通狀態(tài)的情況下，切換到電流值比較大的測定量程，測定被測試IC被控制為輸出模式的端子輸出的電流。
根據(jù)圖4所示的電路結構，其缺點是需要量程切換開關S2和S3。即，因為該量程切換開關S2和S3與要測定的電流直接流過的電路串聯(lián)連接，所以流過特別大的電流的量程切換開關S3的接通電阻必須盡可能地小。因此，量程切換開關S3不能使用CMOS結構的半導體開關元件，所以一般使用繼電器。因為繼電器的響應速度慢，所以切換要花費時間。此外，電流的測定從高靈敏度的測定量程開始，在高靈敏度的測定量程其測定值超出測定量程的情況下，切換到下一個測定量程，再重復進行電流測定，因此其缺點是量程切換要花費時間，而且從微小電流的測定量程切換到大電流的測定量程(將S3接通)的情況下，量程切換后到電路穩(wěn)定之前要花費時間。而且因為通過一臺施加電壓測定電流的裝置對各端子重復進行漏電流的測定、被測試IC 11的輸出電流的測定，所以測試需要的時間延長。
減法電路13A如圖4所示包括運算放大器A1、緩沖放大器A2、以及電阻器R11、R12、R13、R14。在該結構中，特別需要將電阻器R11、R12、R13、R14的各電阻值設定為例如R12/R11＝R14/R13＝1的關系。該電阻值R11～R14的關系對決定運算放大器A1的增益、以及決定同相信號抑制比具有很大的影響。因此，這些電阻器R11、R12～R14的電阻值必須以很好的精度設定，所以，減法電路13A的制造、特別是在IC化的情況下高精度地制作電阻器R11～R14的電阻值很難，從而制造成本提高。
因此，想出圖5所示的電路。該電路將量程切換電阻器R2和量程切換開關S2的串聯(lián)電路、二極管D1、D2與電流測定電阻器R1并聯(lián)連接，大電流測定電阻器R3獨立與電流測定電阻器R1串聯(lián)連接，由減法電路13A和13A′取出各電阻器R1和R3上產(chǎn)生的電壓，將這些減法電路13A和13A′取出的電壓通過開關S22和S33選擇性地輸入到AD變換器13B。
在該電路結構的情況下，在微小電流區(qū)域(二極管D1、D2保持斷開狀態(tài)的電流區(qū)域)，將開關S22控制為接通狀態(tài)，將流過電流測定電阻器R1的電流、或流過電流測定電阻器R1和R2的并聯(lián)電路的電流所產(chǎn)生的電壓提供給AD變換器13B，測定微小電流(被測試IC 11各端子的漏電流)。
與此同時，在大電流區(qū)域，因為電流測定電阻器R1上產(chǎn)生的電壓超過二極管D1或D2接通的電壓，所以大電流由二極管D1或D2旁路，電流測定電阻器R1上產(chǎn)生的電壓被箝位到二極管D1或D2的導通電壓(例如大約0.6V)，在該狀態(tài)下，用減法電路13A′取出電流測定電阻器R3上產(chǎn)生的電壓，通過開關S33輸入到AD變換器13B，進行大電流的測定。
根據(jù)圖5所示的電路，量程切換開關只有S2。通過該量程切換開關S2的切換，電流測定量程沒有大的切換，所以電路的穩(wěn)定時間短。而且因為是微小電流電路，因此量程切換開關S2可以使用DMOS型的半導體開關，所以切換需要的時間也可以很短。因此，其優(yōu)點是量程切換需要的時間可以很短。
然而，減法電路需要兩個、如13A和13A′，其制造成本比圖4的情況還高。此外，在量程切換開關S2使用DMOS結構的開關元件的情況下，因為該DMOS結構的開關元件價格很高，所以整體價格更高。
本發(fā)明的目的在于提供一種施加電壓測定電流的方法及實現(xiàn)該方法的施加電壓測定電流的裝置，用于測定微小電流到大電流，可以高速完成測定，而且可以廉價制作。
發(fā)明概述在本發(fā)明中，提供一種施加電壓測定電流的方法，將運算放大器的輸出電壓通過電流測定電阻器提供給電壓檢測點，將提供給該電壓檢測點的電壓施加到負載上，將電壓檢測點的電壓反饋到運算放大器的反相輸入端子，向負載提供的電壓等于輸入到運算放大器的正相輸入端子的電壓，通過電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓來測定流過負載的電流，其中，與電流測定量程對應，準備多個電流測定電阻器，將該多個電流測定電阻器串聯(lián)連接到運算放大器的輸出端子和電壓檢測點之間，測定該多個電流測定電阻器各端部上產(chǎn)生的電壓，對各端部上產(chǎn)生的電壓進行運算處理，算出各電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓，通過該算出的電壓來求流過負載的電流值。
根據(jù)該施加電壓測定電流的方法，測定電流測定電阻器各端部上產(chǎn)生的電壓，對該測定的電壓進行運算處理，算出各電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓，所以不需要模擬減法電路。因此，不需要制作由高精度電阻值的電阻器構成電流測定電路的IC，所以可以用廉價的元件構成電流測定電路。
在本發(fā)明中，還提供一種施加電壓測定電流的裝置，向運算放大器的正相輸入端子提供規(guī)定電壓，向反相輸入端子提供施加到負載上的電壓，在運算放大器的輸出端子和負載之間連接電流測定電阻器，測定該電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓，在對所述負載施加規(guī)定電壓的狀態(tài)下，測定流過負載的電流，該施加電壓測定電流的裝置包括多個電流測定電阻器，串聯(lián)連接到運算放大器的輸出端子和負載之間，選定為與電流測定量程對應的電阻值；電流旁路開關元件，與該多個電流測定電阻器并聯(lián)連接，在各電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓超過規(guī)定值時接通；以及運算處理控制裝置，依次自動測定各電流測定電阻器各端部上產(chǎn)生的電壓，對各測定結果進行減法處理，算出各電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓，由該算出結果選擇某個包含在測定量程中的最佳值，算出流過負載的電流值。
根據(jù)本發(fā)明的施加電壓測定電流的裝置的結構，將全部電流測定電阻器串聯(lián)連接，將電流旁路開關元件與各電流測定電阻器并聯(lián)連接，所以如果找出一個電流測定電阻器，其產(chǎn)生的電壓不使該電流旁路開關元件接通，則通過由該電阻器上產(chǎn)生的電壓求電流值，可以得到適當?shù)碾娏髦怠?br> 這樣，在本發(fā)明中，沒有量程切換的概念，在將全部電流測定電阻器串聯(lián)連接的狀態(tài)下測定電流，所以不會為量程切換浪費時間。因此，不需要量程切換的時間，可以縮短測定需要的時間。
此外，不會為了量程切換而連接電流測定電阻器、從而伴隨切換操作，所以不必等待到電路穩(wěn)定。因此，其優(yōu)點是可以由此縮短測定時間。
附圖的簡單說明

圖1是本發(fā)明的施加電壓測定電流的方法、及使用該方法的施加電壓測定電流的裝置的一實施例的連接圖。
圖2是說明本發(fā)明操作的流程圖。
圖3是說明本發(fā)明變形實施例的連接圖。
圖4是說明現(xiàn)有技術的連接圖。
圖5是現(xiàn)有技術另一例的連接圖。
實施發(fā)明的最佳方式使用圖1來說明本發(fā)明的施加電壓測定電流的方法、及使用該測定方法的施加電壓測定電流的裝置的一實施例。
在圖1中，與圖4和圖5對應的部分被附以同一標號。在本發(fā)明中，在作為電壓源12操作的運算放大器12A的輸出端子、和電壓檢測點SEN之間全部串聯(lián)連接電流測定電阻器R1、R2、R3，將開關元件D1、D2以及D3、D4分別與各電流測定電阻器R1、R2、R3并聯(lián)連接。
在圖1所示的例子中，電流測定電阻器R3表示電阻值為大約10Ω、在大電流測定時使用的電阻器。因此，沒有必要在該電流測定電阻器R3上連接開關元件(即使連接也沒有意義)，所以省略了開關元件。電阻器R2和R1表示測定幾μA～幾十μA范圍的電流的電流測定電阻器。因此，其電阻值被選定為比較大的電阻值，R1為例如大約100kΩ，R2為大約1kΩ。將開關元件D1、D2以及D3、D4與這些電流測定電阻器R1和R2并聯(lián)連接，通過這些開關元件D1～D4來旁路大電流。
在本例中，電流測定電阻器R1比電流測定電阻器R2的電阻值大大約100倍，所以該電流測定電阻器R1上產(chǎn)生的電壓值很大。因此，開關元件D3、D4的結構是將兩個二極管串聯(lián)連接，將其導通電壓提高為大約1.2V。
在本發(fā)明中，還測定各電流測定電阻器R1、R2、R3各端部a、b、c、d的電壓值Va、Vb、Vc、Vd，將該電壓值Va～Vd輸入到微處理器等構成的運算處理控制裝置14，由運算處理控制裝置14計算各電流測定電阻器R1～R3上產(chǎn)生的電壓，通過該運算處理控制裝置14算出的電壓值來求流過負載(被測試IC)的電流值。
因此，在本實施例中，設置切換開關S4、S5、S6、S7，其一端連接到電流測定電阻器R1、R2、R3的各端部a、b、c、d，其另一端連接在一起，將緩沖放大器15的輸出提供給AD變換器13B，在AD變換器13B中對各端部a～d的電壓進行AD變換，并輸入到運算處理控制裝置14。
運算處理控制裝置14包括測定控制部件，內(nèi)置有微處理器，通過微處理器的控制功能將切換開關S4～S7依次控制為接通、斷開，對各端部a、b、c、d的電壓進行AD變換并取入；減法部件，求電流測定電阻器R1、R2、R3相互鄰接的端部間的電位差V1、V2、V3；判定部件，判定該減法部件求出的各電流測定電阻器R1、R2、R3上產(chǎn)生的電壓值V1、V2、V3是否位于分配給各電流測定電阻器R1、R2、R3的電流測定量程的范圍內(nèi)；電流值計算部件，由該判定部件判定為位于電流測定量程內(nèi)的電壓值來求電流值I1、I2或I3。
因此，通過運算處理控制裝置14將切換開關S4～S7按照S4、S5、S6、S7的順序依次控制為接通狀態(tài)，可以測定a點的電壓Va-、b點的電壓Vb、c點的電壓Vc……。如果通過將該測定的電壓Va、Vb、Vc、Vd輸入到運算處理控制裝置14，通過該運算處理控制裝置14計算Va-Vb，則可以得到電流測定電阻器R3上產(chǎn)生的電壓V3，此外如果計算Vb-Vc，則可以算出電流測定電阻器R2上產(chǎn)生的電壓V2。此外，通過計算Vc-Vd，可以算出電流測定電阻器R1上產(chǎn)生的電壓V1。
電流測定電阻器R3測定的電流值I3的范圍被預定為例如高于1mA。因此，如果V3的值高于10Ω×1mA，則電流測定電阻器R3上產(chǎn)生的電壓V3為適當值，所以通過電壓V3算出電流測定電阻器R3要測定的電流值I3即可。
在電流測定電阻器R3上產(chǎn)生的電壓低于10Ω×1mA＝10mV的情況下，電流測定電阻器R2或R1上產(chǎn)生的電壓V2或V1是適當?shù)碾妷褐?。因此，通過電壓V2或V1算出電流值I2或I1即可。在此情況下，如果電流測定電阻器R2上產(chǎn)生的電壓V2低于開關元件D1或D2的導通電壓0.6V，則再將電流測定電阻器R1上產(chǎn)生的電壓V1與開關元件D3或D4的導通電壓1.2V進行比較，在V1高于1.2V(開關元件D3或D4導通)的情況下，由電流測定電阻器R2上產(chǎn)生的電壓V2算出電流測定電阻器R2要測定的電流值I2。
在電流測定電阻器R2上產(chǎn)生的電壓V2低于開關元件D1或D2的導通電壓0.6V、并且電流測定電阻器R1上產(chǎn)生的電壓V1低于開關元件D3或D4的導通電壓1.2V的情況下，該電流測定電阻器R1上產(chǎn)生的電壓V1是適當值。因此，通過電壓V1算出電流測定電阻器R1要測定的電流值I1。
圖2示出上述操作的流程圖。在步驟SP1～SP4依次將切換開關S4～S7控制為接通，將電壓Va、Vb、Vc、Vd取入到運算處理控制裝置14。
在步驟SP5，計算V1＝Va-Vb。在步驟SP6，判定電壓V1是否高于電流測定電阻器R3測定的電壓(電流)范圍的下限值(在上述的例子中為10Ω×1mA)。如果高于下限值(是)，則分支到步驟SP7，由電壓V1算出電流值I3，并結束。
如果電壓V1低于下限值(否)，則進至步驟SP8。在步驟SP8，計算V2＝Vb-Vc，進至步驟SP9。在步驟SP9，判定V2大于還是小于開關元件D1或D2的導通電壓VON1。如果V2＞VON1，則分支到步驟SP10。在步驟SP10，與步驟SP7一樣，由電壓V3算出電流測定電阻器R3要測定的電流值I3。
在步驟SP9判定V2＞VON1為否的情況下，進至步驟SP11。在步驟SP11，計算V1＝Vc-Vd，進至步驟SP12。在步驟SP12，判定電壓V1大于還是小于開關元件D3或D4的導通電壓VON2。如果V1＞VON2，則分支到步驟SP13，在步驟SP13，由電壓V2算出電流測定電阻器R2要測定的電流值I2，并結束。
如果在步驟SP12判定為否，則進至步驟SP14，在步驟SP14，由電壓V1算出電流測定電阻器R1要測定的電流值I1，并結束。
圖3示出本發(fā)明的變形實施例。在本實施例中，省略了圖1所示的切換開關S4、S5、S6、S7，由緩沖放大器151～154取出全部端部a、b、c、d的電壓Va、Vb、Vc、Vd，分別由AD變換器13B1～13B4對該取出的電壓Va～Vd進行AD變換，將該AD變換過的電壓值分別輸入到運算處理控制裝置14。
根據(jù)本實施例的結構，切換開關S4～S7的切換完全沒有必要，所以可以在極短的時間內(nèi)得到測定結果。因此，能夠進行高速測定，可以進一步縮短測試需要的時間。產(chǎn)業(yè)上的可利用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，用于將各電流測定電阻器R1～R3各端部的電壓Va、Vb、Vc、Vd提供給AD變換器13B的切換開關S4～S7未連接到接通斷開電流的電路，因此可以使用接通電阻大的、例如CMOS結構的半導體開關元件。因此，即使使用廉價的開關元件，也可以以高速度實行圖2所示的步驟SP1～SP4。此外，因為完全未使用減法電路，所以沒有必要形成高精度的電阻器。因此，其優(yōu)點是整體可以廉價制造。
而且通過實行步驟SP5～SP14，不用進行量程切換，即可算出適當量程的電流值，求出測定值，所以可以在極短的時間內(nèi)得到測定結果。因此可以在短時間內(nèi)實行微小電流和電流值比較大的電流的測定，所以可以在短時間內(nèi)進行被測試IC 11的直流測試，通過在大量測試IC的IC制造公司等中使用，其效果頗大。
權利要求
1.一種施加電壓測定電流的方法，將運算放大器的輸出電壓通過電流測定電阻器提供給電壓檢測點，將提供給該電壓檢測點的電壓施加到負載上，將電壓檢測點的電壓反饋到所述運算放大器的反相輸入端子，向所述負載提供的電壓等于輸入到所述運算放大器的正相輸入端子的電壓，通過所述電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓來測定流過所述負載的電流，其中，與電流測定量程對應，準備多個所述電流測定電阻器，將該多個電流測定電阻器串聯(lián)連接到所述運算放大器的輸出端子和電壓檢測點之間，測定該多個電流測定電阻器各端部上產(chǎn)生的電壓，對各端部上產(chǎn)生的電壓進行運算處理，算出各電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓，通過該算出的電壓來求流過負載的電流值。
2.一種施加電壓測定電流的裝置，將運算放大器的輸出電壓通過電流測定電阻器提供給電壓檢測點，將提供給該電壓檢測點的電壓施加到負載上，將電壓檢測點的電壓反饋到所述運算放大器的反相輸入端子，向所述負載提供的電壓等于輸入到所述運算放大器的正相輸入端子的電壓，通過所述電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓來測定流過所述負載的電流，其特征在于，該施加電壓測定電流的裝置包括多個電流測定電阻器，串聯(lián)連接到所述運算放大器的輸出端子和所述負載之間，選定為與電流測定量程對應的電阻值；電流旁路開關元件，與該多個電流測定電阻器并聯(lián)連接，在所述各電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓超過規(guī)定值時接通；以及運算處理控制裝置，依次自動測定所述電流測定電阻器各端部上產(chǎn)生的電壓，對各測定結果進行減法處理，算出各電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓值，由該算出結果判斷是否是某個包含在測定量程中的電壓值并進行選擇，算出流過負載的電流值。
3.如權利要求2所述的施加電壓測定電流的裝置，其特征在于，通過切換開關選擇性地將所述串聯(lián)連接的各電流測定電阻器各端部上產(chǎn)生的電壓提供給共同的緩沖放大器，通過連接到該緩沖放大器輸出端的AD變換器變換為數(shù)字信號，將該數(shù)字信號輸入到所述運算處理控制裝置進行運算處理。
4.如權利要求2所述的施加電壓測定電流的裝置，其特征在于，由分別設置的緩沖放大器分別取出所述串聯(lián)連接的各電流測定電阻器各端部上產(chǎn)生的電壓，通過連接到各緩沖放大器輸出端的AD變換器變換為數(shù)字信號，將該數(shù)字信號輸入到所述運算處理控制裝置進行運算處理。
5.如權利要求2至4中的任一項所述的施加電壓測定電流的裝置，其特征在于，所述運算處理控制裝置包括減法部件，求所述串聯(lián)連接的電流測定電阻器相互鄰接的端部間的電位差；判斷部件，判定該減法部件求出的各電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓值是否位于分配給各電流測定電阻器的電流測定量程的范圍內(nèi)；以及電流值算出部件，由該判定部件判定為位于電流測定量程內(nèi)的電壓值求電流值。
全文摘要
一種施加電壓測定電流的裝置,向運算放大器的正相輸入端子提供規(guī)定電壓,向反相輸入端子提供施加到負載上的電壓,在所述運算放大器的輸出端子和負載之間連接電流測定電阻器,測定該電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓,在對所述負載施加規(guī)定電壓的狀態(tài)下,測定流過負載的電流,其中,與電流測定量程對應,串聯(lián)連接多個電流測定電阻器,將電流旁路開關元件與各電流測定電阻器并聯(lián)連接,在各電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓超過規(guī)定值時,該電流旁路開關元件接通,依次自動測定各電流測定電阻器各端部上產(chǎn)生的電壓,對各測定結果進行減法處理,算出各電流測定電阻器上產(chǎn)生的電壓,由該算出結果選擇某個包含在測定量程中的最佳值,求出流過負載的電流。
文檔編號G01R19/00GK1244924SQ97181378
公開日2000年2月16日 申請日期1997年12月2日 優(yōu)先權日1997年12月2日
發(fā)明者橋本好弘 申請人:株式會社愛德萬測試