DE102023106385A1

DE102023106385A1 - Hochstromverlängerung für eine zweistufige quellenmesseinheit

Info

Publication number: DE102023106385A1
Application number: DE102023106385.5A
Authority: DE
Inventors: Wayne C. Goeke; Martin J. Rice
Original assignee: Keithley Instruments LLC
Current assignee: Keithley Instruments LLC
Priority date: 2022-03-14
Filing date: 2023-03-14
Publication date: 2023-09-14
Also published as: US20230288448A1; JP2023134403A

Abstract

Eine Quellenmesseinheit hat eine Spannungsausgangsstufe, um eine Spannung über erste und zweite Ausgangsanschlüsse bereitzustellen, um eine Last anzuschließen, und eine Stromausgangsstufe, um eine Spannung an einen ersten Messwiderstand bereitzustellen, wobei die Quellenmesseinheit schaltbar sowohl die Spannungsausgangsstufe als auch die Stromausgangsstufe für einen ersten Bereich des Ausgangsstroms verwendet, einen gemeinsamen Punkt und entweder die Ausgangsspannung oder den Ausgangsstrom zu regeln, oder nur die Spannungsausgangsstufe oder die Stromausgangsstufe zu verwenden, um sowohl den ersten als auch den zweiten Ausgangsanschlüssen und einem zweiten Messwiderstand für einen zweiten Bereich des Ausgangsstroms Spannung zuzuführen und entweder die Ausgangsspannung oder den Ausgangsstrom zu regeln.

Description

Diese Offenbarung beansprucht die Vorteile der U.S. Provisional Application No. 63/319,742 mit dem Titel „HIGH CURRENT EXTENSION FOR A DUAL-STAGE SOURCE MEASURE UNIT“, die am 14. März 2022 eingereicht wurde und deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang enthalten ist.
GEBIET DER TECHNIK
Diese Offenbarung bezieht sich auf Test- und Messinstrumente und insbesondere auf eine Quellenmesseinheit (SMU; Source Measure Unit).
HINTERGRUND
Eine Quellenmesseinheit (SMLJ; Source Measure Unit) ist ein Instrument, das eine Quellen-Funktion für die Einspeisung einer Spannung und/oder eines Stroms in eine zu testende Vorrichtung (DUT; Device Under Test) und eine Messfunktion für die gleichzeitige Messung der resultierenden Spannung und/oder des Stroms an demselben Pin oder Anschluss bietet. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von SMU- Topologien. 1 zeigt den ersten Typ, ein Design mit einer einzigen Ausgangsstufe. Die Ausgangsstufe liefert die Spannung über der Last und dem Messwiderstand R_sense. Die Last besteht in vielen Fällen aus einer zu testenden Vorrichtung (DUT), und die Abmessungen, einschließlich des Widerstands, der Last sind unbekannt. Der Messwiderstand ermöglicht die Verwendung der SMU zur Messung oder Erzwingung von Strom.
2 zeigt den zweiten Typ mit zwei Ausgangsstufen, bei dem eine Stufe die Spannung über dem Messwiderstand liefert, die als Strom I durch V/R gemessen wird. Eine zweite Ausgangsstufe liefert die Spannung über der Last. Der fett gedruckte Pfad zeigt den Strompfad. Der zweistufige Aufbau hat mehrere Vorteile, wie in U.S. Pat. Nr. 7,906,977 beschrieben, dessen Inhalt hiermit in vollem Umfang berücksichtigt wird. Wie in 2 dargestellt, verursachen die Schalter SWv und SW_I in ihrer aktuellen Ausbildung eine Spannung über dem Lastwiderstand. Wenn die Schalter in ihre anderen Positionen umgeschaltet werden, liefert die untere Stufe eine Spannung über den Messwiderstand, die am Knotenpunkt auf der linken Seite des Messwiderstands messbar ist.
Das zweistufige Design hat jedoch einen Nachteil. Wenn man von linearen Stufen ausgeht, benötigen beide Stufen eine zusätzliche Spannung. Wenn der an die Last gelieferte Strom ansteigt, kann die Verlustleistung in der zusätzlichen Ausgangsstufe beträchtlich werden und eine Herausforderung für die Stromversorgung und das Wärmemanagement des Designs darstellen. Die Ausführungsformen der Offenbarung gehen dieses Problem der Verlustleistung sowie andere Unzulänglichkeiten des Standes der Technik an.
Die Ausführungsformen der Offenbarung stellen im Allgemeinen eine Mischung aus einer zweistufigen und einer einstufigen SMU dar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine Quellenmesseinheit mit einer Ausgangsstufe.
2 zeigt eine Quellenmesseinheit mit zwei Ausgangsstufen.
FIGen. 3A, 3B, 3C und 3D zeigen verschiedene Ausführungsformen von Spannungsoffsets.
4 zeigt eine Quellenmesseinheit, die zwischen dem Betrieb einer SMU mit zwei Ausgangsstufen oder einer SMU mit einer Ausgangsstufe umschalten kann.
5 zeigt eine Quellenmesseinheit, die zwischen dem Betrieb einer zweistufigen SMU oder einer einstufigen SMU mit einem Hochstrom-Shunt umschalten kann.

BESCHREIBUNG
Wie hier verwendet, stellen die Spannungsquellen, wie sie in 1 und 2 dargestellt sind, Spannungsoffsets in der Schaltung dar. Diese dienen als Mittel zur Einstellung der Spannung in variablen Spannungsquellen, um den Strom in eine Richtung zu zwingen. Die einstellbaren Spannungsquellen setzen diese Offsets in die Rückkopplungsschleifen, zu denen die Differenzverstärker gehören. Der Schalter wählt aus, welche Rückkopplungsschleife, die Spannungs- oder die Stromstufe, eine Spannung am Last- oder Messwiderstand erzwingt.
3A-3D zeigen beispielhaft Änderungen an den Rückkopplungsschleifen. In 3A ist die Rückkopplungsschleife der Stromstufe so modifiziert, dass ihr Offset durch Ansteuerung von R₁ mit einer Spannungsquelle, wie z. B. einem Digital-Analog-Wandler (DAC), erzeugt wird. Die Verwendung eines DAC hat den Vorteil, dass er einen programmierbaren Spannungspegel hat, den eine Steuerung einstellen kann. Wenn der Schalter diese Rückkopplungsschleife in die Gesamtschleife des Schaltkreises einbindet, treibt die Schleife eine Spannung auf R₂ und R_sense, um den Offset aufzuheben.
In 3B resultiert der Offset der Stromrückführung aus der Injektion von Strom. Wenn die Rückkopplungsschleife der Stromstufe mit der Gesamtschleife verbunden wird, treibt die Schleife eine Spannung auf den Messwiderstand, um den Offset zu löschen. In 3C wird der Offset am Fehlerverstärker erzeugt. Der Offset-Wert muss sich ändern, wenn der Schalter von der Spannungsrückkopplung auf die Stromrückkopplung für die Gesamtschleife umschaltet. In 3D treiben Spannungsquellen, z. B. DACs, die Referenzknoten der Differenzverstärker an, um die Offsets in den Rückkopplungsschleifen zu erzeugen.
Wenn man also davon ausgeht, dass der Spannungszustand und die Stromstufen diese Offsets haben, wendet sich die Diskussion dem Gesamtschaltkreis einer zweistufigen SMU mit einer Hochstromeinstellung zu. 4 zeigt eine SMU, die zwischen dem Betrieb als zweistufige SMU für einen ersten Strombereich und als einstufige SMU für einen zweiten Strombereich umschalten kann. Die Spannungsendstufe besteht aus einem Operationsverstärker 10 und einer Offsetspannung 12. Zur Unterscheidung zwischen den verschiedenen Komponenten werden diese Komponenten im Folgenden als Komponenten der Spannungsstufe bezeichnet. Die Stromausgangsstufe besteht aus einem Operationsverstärker 24 und einer Offset-Spannung 18. Im Folgenden wird die Offset-Spannung 18 als Offset-Spannung für den ersten Strombereich bezeichnet. Die zweite Spannung 20 ist weder Teil der Stromausgangsstufe noch der Spannungsausgangsstufe, sondern wirkt auf den Stromstufenverstärker 24. Die Eingänge des ersten Differenzverstärkers 14 sind mit der Last R_Load verbunden. Die Last besteht hier typischerweise aus einer zu testenden Vorrichtung (DUT), deren Widerstand nicht bekannt ist. Der Verstärker 22 arbeitet, wenn _Rsense2 verwendet wird, worauf weiter unten näher eingegangen wird.
Für die Zwecke dieser Diskussion wird angenommen, dass der zweite Strombereich höher ist als der erste Strombereich. Der erste und der zweite Strombereich können auch jeweils mehrere Bereiche umfassen, wobei die Bereiche von der Größe der Widerstände abhängen. Obwohl diese Situation im Allgemeinen den Wechsel von einer zweistufigen zu einer einstufigen Schaltung auslöst, könnte man die Schaltung auch so ausbilden, dass sie in umgekehrter Weise funktioniert. Zur Vereinfachung der Diskussion und des Verständnisses wird die Spannungsausgangsstufe als Betriebsstufe verwendet, wenn die Schaltung im zweiten Strombereich arbeitet. Die Verwendung dieser besonderen Bedingungen dient dem besseren Verständnis und der Vereinfachung der Diskussion und soll nicht dazu dienen, den Betrieb oder die Ausbildung der Schaltung auf diese besonderen Bedingungen zu beschränken. Eine solche Einschränkung ist weder beabsichtigt, noch sollte sie impliziert werden.
Im Normalbetrieb, z. B. wenn der Strom in einem niedrigeren Bereich liegt, arbeitet die Schaltung als zweistufige SMU. Mit den Schaltern SW₁ und SW₂, wie dargestellt, arbeitet die Schaltung als zweistufige Quellenmesseinheit, und die Komponenten, die im Hochstrombereich arbeiten, sind inaktiv. Die Schaltung arbeitet wie in der Schaltung von 2. Wenn die Stufenschalter SW_V und SW_I wie in 4 dargestellt sind, erzwingt die SMU eine Spannung (V) an den ersten und zweiten Quellenanschlüssen 30 und 32, die über die Last angeschlossen sind. Die Anschlüsse 40 und 42 sind Messanschlüsse. Der Verstärker 10 legt V-S über die Last, während der Verstärker 24 S auf Null setzt (virtuelle Masse). Die Verstärker 10 und 20 arbeiten zusammen und zwingen V über die Last. Der Punkt „S“ kann auch als der gemeinsame Punkt bezeichnet werden.
Wenn man die Schalter SW_V und SW_I in die andere Position schaltet, zwingt die SMU einen Strom durch die Last. Der Spannungsverstärker sorgt dafür, dass die rechte Seite des Messwiderstands, _Rsense1, auf 0 (virtuelle Masse) gelegt wird und die linke Seite des Widerstands eine Spannung aufweist, die sich in einen Strom umwandelt (I = V_I1/R_Sense1).
Mit den Schaltern SW₁ und SW₂ für den Hochstrombereich in den gezeigten Stellungen arbeitet die Schaltung als zweistufige Quellenmesseinheit. Wenn die Schaltung beginnt, mit einem hohen Strombereich zu arbeiten, auf dessen Bezeichnung später kurz eingegangen wird, kippen die Schalter SW₁ und SW₂ in ihre entgegengesetzten Zustände. Der Strompfad geht nun am Schalter SW₂ auf Masse, und SW₁ leitet das Signal, das die Spannung an _RSense2 darstellt, über den Differenzverstärker 22 an SWv weiter. Die Schaltung arbeitet wie die Schaltung in 1. Die SMU erzwingt eine Spannung an der Last, während sich SW_V im gezeigten Zustand befindet. Das Umschalten von SWv in den entgegengesetzten Zustand führt dazu, dass die SMU Strom durch die Last treibt. Der Referenz- oder gemeinsame Punkt S für die Differenzialstufe 14 muss Null sein, damit die SMU die Spannung korrekt erzwingen kann. Wenn SW_I wie gezeigt bleibt, treibt der Verstärker 24 S wie erforderlich auf Null. Es gibt jedoch viele andere Möglichkeiten, den Referenzeingang an 14 auf Null zu setzen. Der Laststrom fließt jetzt nur noch durch den Verstärker 10, wodurch der Verstärker 24 aus dem Pfad entfernt wird. Diese SMU arbeitet nun als einstufige SMU, wie in dargestellt. Durch die Änderung von SW₁ wird die Rückkopplung bei der Ausgabe des Stroms vom gemeinsamen Punkt auf die Spannung am zweiten Messwiderstand geändert.
Die Bestimmung des Betriebsbereichs des Stroms kann auf verschiedene Weise erfolgen. In einer Ausführungsform stellt der Benutzer fest, dass der Strombereich höher ist als der „normale“ Strombereich der Schaltung und stellt die Strombereichsschalter SW₁ und SW₂ so ein, dass die Schaltung als einstufige SMU arbeitet. Der Benutzer kann die Schalter über eine Einstellung an der SMU einstellen. Alternativ kann eine Steuerung den Strom überwachen, und wenn ein höherer Strombereich erkannt wird, ändert die Steuerung die Schalter. Eine weitere Alternative ist, dass eine analoge Schaltung den Strom empfängt und bei einem höheren Strom die Schalter umschaltet. Ein Beispiel für diese Art von Schaltung mit automatischer Umschaltung findet sich im US-Patent Nr. 7,923,985 . Dies ist nur ein Beispiel für einen selbstregulierenden Stromkreis, viele andere Typen sind ebenfalls möglich.
In 4 fungiert der Stromstufenverstärker 24 im Wesentlichen als Amperemeter, so dass der Strom gemessen werden kann, während er Null Volt, S, liefert. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Offenlegung, bei der das Amperemeter in der Ausführungsform von 4 durch einen aktiven Shunt ersetzt wird. Der aktive Shunt liefert eine Spannung, die gleich der Spannung an R_Sense1 geteilt durch die Verstärkung des Verstärkers 26, k, ist. Der Schalter SW₂ hat die Form eines MOSFET-Transistors, wie gezeigt, oder könnte Dioden oder andere schaltbare Komponenten umfassen. Der aktive Shunt liefert eine Lastspannung, die es dem MOSFET ermöglicht, Strom auf Masse zu leiten. Der MOSFET wirkt wie ein steuerbarer Widerstand, der sich je nach Bedarf einschaltet, um den Strom auf Masse zu leiten. Der aktive Shunt kann ein aktiver Nebenschluss sein, wie er in U.S. Pat. Nr. 9,274,145 und U. S. Pat. Nr. 9,453,880 , deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in diese Offenbarung aufgenommen wird. Der Operationsverstärker 24 aus 4 wäre ein Verstärker mit reduzierter Verstärkung 26, wie in 5 gezeigt.
Die Quellenmesseinheit von 4 und 5 ist so ausgebildet, dass der Laststrom entweder durch beide Ausgangsstufen oder durch eine einzelne Ausgangsstufe in einer schaltbaren Weise fließt. Die schaltbare Weise kann durch ein Paar von Schaltern bereitgestellt werden, die einen ersten Schalter betätigen können, um einen zweiten Messwiderstand mit dem Verstärker in derjenigen Ausgangsstufe zu verbinden, die als einzelne Ausgangsstufe arbeitet, und einen zweiten Schalter, um einen Strompfad von einer Seite des zweiten Messwiderstandes auf Masse zu schalten. Durch die Umschaltbarkeit der Anschlüsse kann sich die Schaltung je nach Strombereich, in dem sie arbeitet, neu ausbilden.
Aspekte der Offenlegung können auf einer speziell entwickelten Hardware, auf Firmware, digitalen Signalprozessoren oder auf einem speziell programmierten Allzweckcomputer mit einem Prozessor, der nach programmierten Anweisungen arbeitet, arbeiten. Die hier verwendeten Begriffe „Controller“ oder „Prozessor“ sollen Mikroprozessoren, Mikrocomputer, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) und spezielle Hardware-Controller umfassen. Ein oder mehrere Aspekte der Offenbarung können in computerverwendbaren Daten und computerausführbaren Anweisungen verkörpert sein, beispielsweise in einem oder mehreren Programmmodulen, die von einem oder mehreren Computern (einschließlich Überwachungsmodulen) oder anderen Geräten ausgeführt werden. Im Allgemeinen umfassen Programmmodule Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen usw., die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren, wenn sie von einem Prozessor in einem Computer oder einem anderen Gerät ausgeführt werden. Die computerausführbaren Anweisungen können auf einem nicht transitorischen, computerlesbaren Medium wie einer Festplatte, einer optischen Platte, einem Wechselspeichermedium, einem Festkörperspeicher, einem Random Access Memory (RAM) usw. gespeichert sein. Wie dem Fachmann klar sein wird, kann die Funktionalität der ProgrammModule in verschiedenen Aspekten beliebig kombiniert oder verteilt werden. Darüber hinaus kann die Funktionalität ganz oder teilweise in Firmware oder Hardware-Äquivalenten wie integrierten Schaltungen, FPGA und dergleichen verkörpert sein. Bestimmte Datenstrukturen können verwendet werden, um einen oder mehrere Aspekte der Offenbarung effektiver zu implementieren, und solche Datenstrukturen werden im Rahmen der hier beschriebenen computerausführbaren Anweisungen und computerverwendbaren Daten in Betracht gezogen.
Die offengelegten Aspekte können in einigen Fällen in Hardware, Firmware, Software oder einer Kombination davon implementiert werden. Die offengelegten Aspekte können auch in Form von Befehlen implementiert werden, die auf einem oder mehreren nicht-übertragbaren computerlesbaren Medien gespeichert sind, die von einem oder mehreren Prozessoren gelesen und ausgeführt werden können. Solche Anweisungen können als Computerprogrammprodukt bezeichnet werden. Computerlesbare Medien, wie hier beschrieben, sind alle Medien, auf die ein Computer zugreifen kann. Computerlesbare Medien können zum Beispiel Computerspeichermedien und Kommunikationsmedien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein.
Computerspeichermedien sind alle Medien, die zur Speicherung von computerlesbaren Informationen verwendet werden können. Zu den Computerspeichermedien gehören beispielsweise RAM, ROM, EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), Flash-Speicher oder andere Speichertechnologien, CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), DVD (Digital Video Disc) oder andere optische Plattenspeicher, Magnetkassetten, Magnetbänder, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen sowie alle anderen flüchtigen oder nicht flüchtigen, entfernbaren oder nicht entfernbaren Medien, die in beliebigen Technologien eingesetzt werden. Computerspeichermedien schließen Signale als solche und vorübergehende Formen der Signalübertragung aus.
Kommunikationsmedien sind alle Medien, die für die Übertragung von computerlesbaren Informationen verwendet werden können. Zu den Kommunikationsmedien gehören beispielsweise Koaxialkabel, Glasfaserkabel, Luft oder jedes andere Medium, das für die Übertragung von elektrischen, optischen, Hochfrequenz- (HF), Infrarot-, akustischen oder anderen Signalen geeignet ist.
Außerdem wird in dieser schriftlichen Beschreibung auf bestimmte Merkmale verwiesen. Es ist davon auszugehen, dass die Offenbarung in dieser Spezifikation alle möglichen Kombinationen dieser besonderen Merkmale umfasst. Wenn zum Beispiel ein bestimmtes Merkmal im Zusammenhang mit einem bestimmten Aspekt offenbart wird, kann dieses Merkmal, soweit möglich, auch im Zusammenhang mit anderen Aspekten verwendet werden.
Auch wenn in dieser Anmeldung auf ein Verfahren mit zwei oder mehr definierten Schritten oder Vorgängen Bezug genommen wird, können die definierten Schritte oder Vorgänge in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden, es sei denn, der Kontext schließt diese Möglichkeiten aus.
BEISPIELE
Im Folgenden werden Beispiele für die offengelegten Technologien aufgeführt. Eine Ausführungsform der Technologien kann eines oder mehrere und jede Kombination der unten beschriebenen Beispiele umfassen.
Beispiel 1 ist eine Quellenmesseinheit, die Folgendes umfasst: eine Spannungsausgangsstufe, die so aufgebaut ist, dass sie eine Spannung über einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss zum Anschluss an eine Last bereitstellt; und eine Stromausgangsstufe, die so aufgebaut ist, dass sie eine Spannung an einen ersten Messwiderstand liefert, wobei die Quellenmesseinheit schaltbar so ausgebildet ist, dass sie entweder sowohl die Spannungsausgangsstufe als auch die Stromausgangsstufe für einen ersten Bereich des Ausgangsstroms einsetzt, um einen gemeinsamen Punkt und entweder die Ausgangsspannung oder den Ausgangsstrom zu regeln, oder nur entweder die Spannungsausgangsstufe oder die Stromausgangsstufe einsetzt, um eine Spannung sowohl an den ersten und den zweiten Ausgangsanschluss als auch an einen zweiten Messwiderstand für einen zweiten Bereich des Ausgangsstroms zu liefern, der sich vom ersten Bereich unterscheidet, und um entweder die Ausgangsspannung oder den Ausgangsstrom zu regeln.
Beispiel 2 ist die Quellenmesseinheit von Beispiel 1, wobei die Spannungsausgangsstufe mit dem ersten Ausgangsanschluss verbunden ist und der zweite Ausgangsanschluss mit einem ersten Ende des zweiten Messwiderstandes verbunden ist, ein zweites Ende des zweiten Messwiderstandes schaltbar entweder mit Masse oder einem Ende des ersten Messwiderstandes verbunden ist und die Stromausgangsstufe mit dem anderen Ende des ersten Messwiderstandes verbunden ist.
Beispiel 3 ist die Quellenmeßeinheit der Beispiele 1 oder 2, wobei die Spannungsausgangsstufe mit dem ersten Ausgangsanschluss verbunden ist und der zweite Ausgangsanschluss mit einem Ende des zweiten Meßwiderstandes verbunden ist, ein zweites Ende des zweiten Meßwiderstandes mit einem Ende des ersten Meßwiderstandes verbunden ist und über einen steuerbaren Widerstand mit Masse verbunden ist, und das andere Ende des ersten Meßwiderstandes mit der Stromausgangsstufe verbunden ist.
Beispiel 4 ist die Quellenmesseinheit nach einem der Beispiele 1 bis 3, bei der eine Rückkopplung des gemeinsamen Punktes so geschaltet ist, dass sie die Spannung am zweiten Messwiderstand misst.
Beispiel 5 ist die Quellenmesseinheit nach einem der Beispiele 1 bis 4, wobei der erste Strombereich aus einer Vielzahl von Bereichen besteht.
Beispiel 6 ist die Quellenmesseinheit eines der Beispiele 1 bis 5, wobei der zweite Strombereich aus einer Vielzahl von Bereichen besteht.
Beispiel 7 ist die Quellenmesseinheit eines der Beispiele 1 bis 6, die ferner Schalter umfasst, die in ersten Positionen die Quellenmesseinheit so ausbilden, dass sie die Spannungsausgangsstufe und die Stromausgangsstufe verwendet, und in zweiten Positionen die Quellenmesseinheit so ausbilden, dass sie nur eine der Spannungsausgangsstufe und der Stromausgangsstufe verwendet.
Beispiel 8 ist die Quellenmesseinheit nach einem der Beispiele 1 bis 6, wobei die Schalter einen ersten Schalter umfassen, der ein Signal vom zweiten Messwiderstand schaltbar mit einem Operationsverstärker in der Spannungsausgangsstufe verbindet, und einen zweiten Schalter, der einen Strompfad vom zweiten Messwiderstand zu Masse schaltet.
Beispiel 9 ist die Quellenmesseinheit von Beispiel 8, wobei der zweite Schalter einen Schalter mit einem steuerbaren Widerstand umfasst.
Beispiel 10 ist die Quellenmesseinheit nach einem der Beispiele 1 bis 9, wobei die Verstärkung der Spannungsausgangsstufe oder der Stromausgangsstufe reduziert ist.
Beispiel 11 ist die Quellenmesseinheit nach einem der Beispiele 1 bis 10, wobei die Schalter entweder vor dem Betrieb der Quellenmesseinheit oder als Reaktion auf eine automatische Messschaltung ausgebildet werden.
Beispiel 12 ist die Quellenmesseinheit nach einem der Beispiele 1 bis 11, wobei die Quellenmesseinheit so ausgebildet ist, dass sie nur die Spannungsendstufe für den zweiten Bereich des Stroms verwendet.
Beispiel 13 ist die Quellenmesseinheit nach einem der Beispiele 1 bis 12, wobei der zweite Bereich des Stroms höher ist als der erste Bereich des Stroms.
Beispiel 14 ist eine Quellenmesseinheit, die Folgendes umfasst: eine Spannungsausgangsstufe mit einem Spannungsstufen-Operationsverstärker, einem Spannungsstufen-Spannungsoffset, der mit dem Spannungsstufen-Operationsverstärker verbunden ist, und Ausgangsanschlüssen, um zu ermöglichen, dass eine Last mit dem Ausgang des Spannungsstufen-Operationsverstärkers verbunden wird; einen ersten Differenzverstärker mit Messanschlüssen als Eingänge um Eingangsanschlüsse zu messen um eine Verbindung über die Last zu ermöglichen; eine Stromausgangsstufe mit einem Stromstufenverstärker, einem ersten Stromstufen-Spannungsoffset, der schaltbar mit dem Stromstufenverstärker verbunden ist, und einem ersten Messwiderstand, der mit einem Ausgang des StromstufenOperationsverstärkers verbunden ist; einen zweiten Differenzverstärker mit Eingängen, die über einen zweiten Messwiderstand verbunden sind; einen zweiten Stromstufen-Spannungsoffset, der mit einem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers verbunden ist, der schaltbar mit dem Spannungsstufen-Operationsverstärker verbunden ist, wobei die Quellenmesseinheit so ausgebildet ist, dass sie entweder sowohl die Spannungsausgangsstufe als auch die Stromausgangsstufe für einen ersten Bereich des Ausgangsstroms verwendet oder nur die Spannungsausgangsstufe für einen zweiten Bereich des Stroms verwendet.
Beispiel 15 ist die Quellenmesseinheit von Beispiel 14, wobei ein Eingang des zweiten Differenzverstärkers so schaltbar ist, dass er mit Masse verbunden ist, und der Spannungsoffset der zweiten Stromstufe so schaltbar ist, dass er mit dem Operationsverstärker der Spannungsstufe verbunden ist.
Beispiel 16 ist die Quellenmesseinheit der Beispiele 14 oder 15, wobei der zweite Bereich des Stroms höher ist als der erste Bereich des Stroms.
Beispiel 17 ist die Quellenmesseinheit nach einem der Beispiele 14 bis 16, wobei der Stromstufenverstärker einen Verstärker mit begrenzter Verstärkung umfasst und der zweite Messwiderstand über einen steuerbaren Widerstand mit Masse verbunden ist.
Beispiel 18 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Quellenmeßeinheit mit einer Spannungsausgangsstufe, die mit einer Last gekoppelt ist, und einer Stromausgangsstufe, die mit einem Meßwiderstand gekoppelt ist, umfassend: Bestimmen, ob ein ausgewählter Ausgangsstrompegel innerhalb eines ersten Bereichs oder eines zweiten Bereichs liegt; automatisches Ausbilden der Quellenmesseinheit, um sowohl die Spannungsausgangsstufe als auch die Stromausgangsstufe zu verwenden, wenn der ausgewählte Ausgangsstrompegel innerhalb des ersten Bereichs liegt; und automatisches Ausbilden der Quellenmesseinheit, um nur eine der Spannungsausgangsstufe und der Stromausgangsstufe zu verwenden, wenn der ausgewählte Ausgangsstrompegel innerhalb des zweiten Bereichs liegt.
Beispiel 19 ist das Verfahren von Beispiel 18, wobei der zweite Bereich höher ist als der erste Bereich.
Beispiel 20 ist das Verfahren aus den Beispielen 18 oder 19, wobei die automatische Ausbilden der Quellenmesseinheit entweder ein automatisches Ausbilden der Quellenmesseinheit auf der Grundlage eines vorbestimmten ersten und zweiten Bereichs oder eine Verwendung einer Schaltung mit automatischer Bereichswahl umfasst.
Alle in der Beschreibung offengelegten Merkmale, einschließlich der Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen, sowie alle Schritte in einem offengelegten Verfahren oder Prozess können in jeder beliebigen Kombination kombiniert werden, mit Ausnahme von Kombinationen, bei denen sich zumindest einige dieser Merkmale und/oder Schritte gegenseitig ausschließen. Jedes in der Beschreibung, einschließlich der Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen, offenbarte Merkmal kann durch alternative Merkmale ersetzt werden, die dem gleichen, gleichwertigen oder ähnlichen Zweck dienen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.
Obwohl spezifische Beispiele der Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung dargestellt und beschrieben wurden, können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne von Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sollte die Erfindung nicht eingeschränkt werden, außer wie durch die beigefügten Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7923985 [0015]
US 9274145 [0016]
US 9453880 [0016]

Claims

Eine Quellenmesseinheit, die Folgendes umfasst: eine Spannungsausgangsstufe, die so aufgebaut ist, dass sie eine Spannung über erste und einen zweite Ausgangsanschlüsse zum Verbinden mit einer Last liefert; und eine Stromausgangsstufe, die so aufgebaut ist, dass sie eine Spannung an einen ersten Messwiderstand liefert, die Quellenmesseinheit schaltbar ausgebildet ist, um entweder sowohl die Spannungsausgangsstufe als auch die Stromausgangsstufe für einen ersten Bereich eines Ausgangsstroms zu verwenden, um einen gemeinsamen Punkt und entweder, die Ausgangsspannung oder den Ausgangsstrom zu regeln, oder nur, entweder die Spannungsausgangsstufe oder die Stromausgangsstufe zu verwenden, um eine Spannung sowohl an den ersten als auch an den zweiten Ausgangsanschluss und einen zweiten Messwiderstand für einen zweiten Bereich des Ausgangsstroms bereitzustellen, der sich von dem ersten Bereich unterscheidet, und um entweder die Ausgangsspannung oder den Ausgangsstrom zu regeln.
Die Quellenmesseinheit nach Anspruch 1, wobei die Spannungsausgangsstufe mit dem ersten Ausgangsanschluss verbunden ist und der zweite Ausgangsanschluss mit einem ersten Ende des zweiten Messwiderstandes verbunden ist, ein zweites Ende des zweiten Messwiderstandes schaltbar entweder mit Masse oder einem Ende des ersten Messwiderstandes verbunden ist und die Stromausgangsstufe mit dem anderen Ende des ersten Messwiderstandes verbunden ist.
Die Quellenmesseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spannungsausgangsstufe mit dem ersten Ausgangsanschluss verbunden ist und der zweite Ausgangsanschluss mit einem Ende des zweiten Messwiderstandes verbunden ist, ein zweites Ende des zweiten Messwiderstandes mit einem Ende des ersten Messwiderstandes verbunden ist und über einen steuerbaren Widerstand mit Masse verbunden ist, und das andere Ende des ersten Messwiderstandes mit der Stromausgangsstufe verbunden ist.
Die Quellenmesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Rückkopplung des gemeinsamen Punktes so geschaltet wird, dass die Spannung am zweiten Messwiderstand gemessen wird.
Die Quellenmesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Strombereich einer Vielzahl von Bereichen besteht.
Die Quellenmesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zweite Strombereich aus einer Vielzahl von Bereichen besteht.
Die Quellenmesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner Schalter umfasst, die in ersten Positionen die Quellenmesseinheit so ausbilden, dass sie die Spannungsausgangsstufe und die Stromausgangsstufe verwendet, und in zweiten Positionen die Quellenmesseinheit so ausbilden, dass sie nur eine der Spannungsausgangsstufe und der Stromausgangsstufe verwendet.
Die Quellenmesseinheit nach Anspruch 7, wobei die Schalter einen ersten Schalter umfassen, der ein Signal vom zweiten Messwiderstand schaltbar mit einem Operationsverstärker in der Spannungsausgangsstufe verbindet, und einen zweiten Schalter, der einen Strompfad vom zweiten Messwiderstand zu Masse schaltet.
Die Quellenmesseinheit nach Anspruch 8, wobei der zweite Schalter einen Schalter mit einem steuerbaren Widerstand umfasst.
Die Quellenmesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Verstärkung der Spannungsausgangsstufe oder der Stromausgangsstufe reduziert ist.
Die Quellenmesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Schalter entweder vor dem Betrieb der Quellenmesseinheit oder als Reaktion auf eine automatische Messschaltung ausgebildet werden.
Die Quellenmesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Quellenmesseinheit so ausgebildet ist, dass sie die Spannungsendstufe nur für den zweiten Bereich des Stroms verwendet.
Die Quellenmesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der zweite Bereich des Stroms höher ist als der erste Bereich des Stroms.
Eine Quellenmesseinheit, die Folgendes umfasst: eine Spannungsausgangsstufe mit einem Spannungsstufen-Operationsverstärker, einem Spannungsstufen-Spannungsoffset, der mit dem Spannungsstufen-Operationsverstärker verbunden ist, und Ausgangsanschlüssen, die den Anschluss einer Last an den Ausgang des Spannungsstufen-Operationsverstärkers ermöglichen; einen ersten Differenzverstärker mit Messanschlüssen als Eingänge zu Messeingangsanschlüssen, um eine Verbindung über die Last zu ermöglichen; eine Stromausgangsstufe mit einem Stromstufenverstärker, einem ersten Stromstufen-Spannungsoffset, der schaltbar mit dem Stromstufenverstärker verbunden ist, und einem ersten Messwiderstand, der mit einem Ausgang des Stromstufenoperationsverstärkers verbunden ist; einen zweiten Differenzverstärker mit Eingängen, die über einen zweiten Messwiderstand angeschlossen sind; einen zweiten Stromstufen-Spannungsoffset, der mit einem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers verbunden ist, der schaltbar mit dem Spannungsstufen-Operationsverstärker verbunden ist, die Quellenmesseinheit so ausgebildet ist, dass sie entweder sowohl die Spannungsausgangsstufe als auch die Stromausgangsstufe für einen ersten Bereich des Ausgangsstroms verwendet oder nur die Spannungsausgangsstufe für einen zweiten Bereich des Stroms verwendet.
Die Quellenmesseinheit nach Anspruch 14, wobei ein Eingang des zweiten Differenzverstärkers so schaltbar ist, dass er mit Masse verbunden ist, und der Spannungsoffset der zweiten Stromstufe so schaltbar ist, dass er mit dem Operationsverstärker der Spannungsstufe verbunden ist.
Die Quellenmesseinheit nach Anspruch 14 oder 15, wobei der zweite Bereich des Stroms höher ist als der erste Bereich des Stroms .
Die Quellenmesseinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Stromstufenverstärker einen Verstärker mit begrenzter Verstärkung umfasst und der zweite Messwiderstand über einen steuerbaren Widerstand mit Masse verbunden ist.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Quellenmesseinheit mit einer Spannungsausgangsstufe, die mit einer Last gekoppelt ist, und einer Stromausgangsstufe, die mit einem Messwiderstand gekoppelt ist, umfassend: Bestimmen, ob ein ausgewählter Ausgangsstrompegel innerhalb eines ersten oder eines zweiten Bereichs liegt, automatisches Ausbilden der Quellenmesseinheit zur Verwendung sowohl der Spannungsausgangsstufe als auch der Stromausgangsstufe, wenn der ausgewählte Ausgangsstrompegel innerhalb des ersten Bereichs liegt; und automatisches Ausbilden der Quellenmesseinheit, um nur eine der Spannungsausgangsstufen und der Stromausgangsstufen zu verwenden, wenn der ausgewählte Ausgangsstrompegel innerhalb des zweiten Bereichs liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei der zweite Bereich höher ist als der erste Bereich.
Das Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei das automatische Ausbilden der Quellenmesseinheit entweder ein automatisches Ausbilden der Quellenmesseinheit auf der Grundlage eines vorbestimmten ersten und zweiten Bereichs oder einer Verwendung einer Schaltung mit automatischer Bereichswahl umfasst.