JPH0559332U - 微小電流測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定時間を短縮する。 【構成】 基準電位ＶＲを演算増幅器２１の非反転入力
端に与え、電位ＶＲ−ａをスイッチ３２を通じて演算増
幅器２１の反転入力端へ供給して積分回路２３で積分
し、その積分出力電圧Ｖが基準電位ＶＲ＋ｂより越える
と、比較器３５の出力が反転してフリップフロップ３７
がセットされ、スイッチ３２がオフ、３１がオンとな
り、電位ＶＲ＋ａが積分回路２３へ供給され、その積分
出力電圧ＶがＶＲ−ｂよりも低くなると、比較器３６の
出力が高レベルに反転してフリップフロップ３７がリセ
ットされ、スイッチ３１がオフ、３２がオンになる。こ
の時の積分出力電圧Ｖ（曲線３８）が波形デジタイザ２
５で、例えば１０μＳ周期で取り込まれ、最小自乗法で
曲線３８の傾斜Ｉａが演算される。測定対象デバイス１
４から被測定電流Ｉが入力されると、積分出力電圧Ｖ
は、Ｉが負で曲線３９，Ｉが正で曲線４１となり、この
傾斜を最小自乗法で求め、その傾斜からＩａを引くこと
により被測定電流Ｉを求める。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、例えばアナログ、デジタル混在のＩＣを試験するＩＣ試験装置に おける、数ＰＡのような微小電流の測定に適用される微小電流測定器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図３に従来の微小電流測定器を示す。演算増幅器１１の反転入力端と出力端と の間に帰還抵抗器１２が接続され、演算増幅器１１の非反転入力端は基準電位点 １３に接続され、測定対象デバイス１４から基準電位点１３の電位へ流れ込む、 また逆に流れる電流が帰還抵抗器１２に流れ、帰還抵抗器１２の降下電圧を電圧 測定器１５で測定して測定対象デバイス１４に対し流れる電流を測定する。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

例えば１００ＰＡのような微小電流を測定するには、帰還抵抗器１２の抵抗値 を１００ＭΩのような高抵抗を用いる必要がある。このような高抵抗の帰還抵抗 器１２を用いると、外乱雑音の影響を受け易いため、複数回繰り返し測定してそ の測定値の平均を求め、雑音の影響があまりでないようにしている。このため高 確度の測定を行うには測定回数を多くする必要があり、測定時間が長くなるとい う問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

この発明によれば、被測定電流が積分回路により積分され、その積分回路の出 力電圧が波形デジタイザに入力され、その波形デジタイザに取り込まれた所定数 以上のデータから統計的処理により積分回路の出力電圧の傾斜を演算処理部で演 算して、その演算結果から被測定電流の電流値を得る。

【０００５】

【実施例】

図１にこの考案の実施例を示す。この考案においては演算増幅器２１の反転入 力端と出力端との間にコンデンサ２２が接続されて積分回路２３が構成される。 演算増幅器２１の非反転入力端は基準電位点１３に接続される。コンデンサ２２ と並列にスイッチ２４が接続される。積分回路２３の出力側は波形デジタイザ２ ５に接続される。

【０００６】 必要に応じてスイッチ２４をオンとしてコンデンサ２２の電荷を放電した後、 積分回路２３の入力側に測定対象デバイス１４を接続すると、基準電位点１３の 電位ＶＲに対し、測定対象デバイス１４に電流が流出または流入し、その電流が 積分回路２３で積分され、積分回路２３の出力電圧Ｖはその被測定電流Ｉの極性 に応じて直線的に上昇または下降し、またその勾配は被測定電流Ｉの大きさに応 じたものとなる。つまり、コンデンサ２２の容量をＣ，積分時間をｔとすると、 積分出力電圧ＶはＩｔ／Ｃとなる。

【０００７】 この積分回路２３の出力電圧は波形デジタイザ２５で一定周期でサンプリング してデータとして取り込まれ、その各サンプル値がデジタル値に変換される。積 分回路２３の出力電圧の傾斜Ｉは、２つの入力データがあれば直線の式Ｖ＝Ｉｔ ／Ｃより求めることができる。しかし、２つのデータだけで積分回路２３の出力 電圧の傾斜Ｉを求めるだけでは、雑音の影響を受ける。そこで演算処理部２６で 誤差が最小になるように多数の入力データを用いて、いわゆる最小自乗法などの 統計的処理により、出力電圧の傾斜Ｉ，つまり被測定電流値を求め、その電流値 を表示器２７に表示する。

【０００８】 演算増幅器２１はその入力電流をゼロとしても電流がゼロにならない。そこで 予め入力電流ゼロの状態での積分回路２３の出力電圧の傾斜Ｉ₀ を求めておき、 被測定電流を入力した時の積分回路２３の出力電圧の傾斜ＩからＩ₀ を差し引け ばよい。また微小電流のみの測定ではなく、ある程度大きい被測定電流も測定し ようとすると、演算増幅器２１の出力電圧が飽和してしまい、ある程度の精度で 電流値（出力電圧の傾斜）を演算するに必要とするデータが不足する。このよう な場合は、次のようにすればよい。

【０００９】 すなわち、図２Ａに図１と対応する部分に同一符号を付けて示すように、基準 電源２８から基準電位ＶＲと、その基準電位ＶＲに対してａだけ高い電位ＶＲ＋ ａと、ａだけ低い電位ＶＲ−ａとを出力させ、電位ＶＲ＋ａ，ＶＲ−ａをそれぞ れスイッチ３１，３２を通じ、更に抵抗器３３，３４を通じて演算増幅器２１の 反転入力端へ供給することができるようにされる。また積分回路２３の出力電圧 Ｖは比較器３５，３６でそれぞれ電位ＶＲ＋ｂ，ＶＲ−ｂと比較される。出力電 圧ＶがＶＲ＋ｂより高くなると、比較器３５の出力が高レベルに反転し、出力電 圧ＶがＶＲ−ｂより低くなると、比較器３６の出力が高レベルに反転するように される。比較器３５が高レベルに反転すると、その出力でフリップフロップ３７ がセットされ、比較器３６が高レベルに反転すると、その出力でフリップフロッ プ３７がリセットされる。フリップフロップ３７のＱ出力が高レベルでスイッチ ３１がオンにされ、フリップフロップ３７のｑ出力が高レベルでスイッチ３２が オンにされる。

【００１０】 抵抗器３３，３４の各抵抗値をＲとすると、スイッチ３１がオンで電流Ｉａ＝ ａ／Ｒが積分回路２３に流れ込み、スイッチ３２がオンで電流Ｉａが積分回路２ ３から基準電源２８へ出流する。電流Ｉａの大きさは、被測定電流Ｉの最小値の 例えば１０倍程度とされる。測定対象デバイス１４からの入力電流Ｉがゼロの状 態で、かつスイッチ２４を短時間オンにしてコンデンサ２２の電荷をゼロにした 後、フリップフロップ３７をリセットすると、スイッチ３２がオンになり、積分 回路２３の出力電圧Ｖは電流Ｉａで上昇し、出力電圧ＶがＶＲ＋ｂを越えると、 フリップフロップ３７がセットされて、スイッチ３２がオフ、３１がオンになっ て、出力電圧Ｖは電流Ｉａで降下し、出力電圧ＶがＶＲ−ｂより下になると、フ リップフロップ３７がリセットされて、スイッチ３１がオフ、３２がオンとなり 、出力電圧Ｖは再び上昇し始める。以下同様のことを繰り返し、図２Ｂに示す曲 線３８に示すように変化する。演算増幅器２１が理想的なものであれば、曲線３ ８の上昇の傾斜と、下降の傾斜とは同じになる。

【００１１】 測定対象デバイス１４から被測定電流Ｉが入力されると、その電流Ｉが負であ り、積分回路２３から電流を流出する方向にあると、積分回路２３の出力電圧Ｖ は図２Ｂの曲線３９に示すように、スイッチ３２がオンの状態で出力電圧Ｖの傾 斜が曲線３８より急になり、スイッチ３１がオンの状態で出力電圧Ｖの傾斜が曲 線３８よりゆるやかになる。つまりスイッチ３２がオン状態で積分される電流は −（Ｉａ＋Ｉ）となり、スイッチ３１がオン状態で積分される電流はＩａ−Ｉと なる。従って、曲線３８の傾斜を予め求めておくことにより、入力電流Ｉを求め ることができる。被測定電流Ｉが正である場合はスイッチ３２がオン状態で積分 される電流は−Ｉａ＋Ｉとなり、スイッチ３１がオン状態で積分される電流はＩ ａ＋Ｉとなり、積分出力電圧Ｖは曲線４１に示すようになり、この曲線４１の傾 斜を求めることにより被測定電流Ｉを求めることができる。演算増幅器２１が非 理想的な場合も、被測定電流Ｉがゼロの状態の曲線３８の上昇時、下降時の各傾 斜を基準にして、その傾斜の変化から被測定電流Ｉを測定することができる。

【００１２】

【考案の効果】

以上述べたように、この考案によれば被測定電流を積分し、その積分出力電圧 を波形デジタイザで周期的に取り込み、その取り込んだサンプル値から積分出力 電圧の傾斜を統計的処理により求めることによりパルシブな雑音を抑圧すること ができ、また積分回路２３の特性から高周波雑音の影響を受けない。しかも波形 デジタイザ２５は、例えば１０μＳ周期で積分出力電圧を取り込み、その各取り 込んだ値を求めることができ、例えば１０００点の取り込みを統計的処理する場 合は、測定時間は１０ｍＳであるが、図３に示した従来技術により同程度の精度 で測定する場合は、測定時間は１秒程度となり、測定時間を１００分の１に短縮 でき、多くの測定を行う場合には著しく測定時間が短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の実施例を示すブロック図。

【図２】Ａはこの考案の他の実施例を示すブロック図、
Ｂはその各種状態における積分出力電圧の変化状態の例
を示す図である。

【図３】従来の微小電流測定器を示すブロック図。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定電流を積分する積分回路と、 その積分回路の出力電圧を入力とする波形デジタイザ
   と、 その波形デジタイザに取り込まれた所定数以上のデータ
   から統計的処理により上記積分回路の出力電圧の傾斜を
   演算して、その演算結果から上記被測定電流の電流値を
   得る演算処理部と、 を具備する微小電流測定器。