JP3569099B2 - 波形生成回路および半導体試験装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意の設定電圧レベルのパルス波形を任意の切替タイミングで発生する波形生成回路に係り、寄生容量の低減が可能な回路構成とすることで、高速な立上り/立下り時間のパルス波形の生成を行え、特に、半導体試験装置のピンエレクトロニクスに適した波形生成回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の波形生成回路は、図8に示す様に、2つの定電流源と、2つのダイオードブリッジと、2つのカレントスイッチから成る。この波形生成回路では、カレントスイッチを切替信号に従って実時間で切り替え、どちらか一方のダイオードブリッジをオンさせ、ダイオードブリッジの入力電圧信号LowまたはHighの電圧を出力端子OUTに発生させ、LowまたはHighの電圧レベルからなるパルス波形を生成する。出力端子OUTの電圧がLowまたはHighに切り替わって形成されるパルスの周期Tは、出力端子OUTに付加される寄生容量Cと、回路の出力電流Iとにより、数1で示すような式により表される。
【0003】
【数1】
1/T∝I/C
パルスの周期Tの逆数は、パルスの周波数S(動作速度)により示されるので、パルス周波数Sは、出力端子OUTに付加される寄生容量Cに反比例し、出力電流に比例する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
即ち、パルス周波数Sは、回路電流が同じであるならば寄生容量Cが大きくなると遅く(小さく)なる。ここで寄生容量Cは、従来の回路構成においては、ダイオードD2、D8のオフ時の寄生容量と、トランジスタQ5およびQ6のコレクタ容量と、トランジスタQ3およびQ4のコレクタ容量との和で表される。
【0005】
また、従来の回路構成においては、トランジスタQ1〜Q8のトランジスタサイズは、ダイオードブリッジの2つのダイオードに電流を供給するため、ダイオードの2倍の電流量が供給できるようなサイズが必要となる。トランジスタサイズが大きくなると、トランジスタの寄生容量も大きくなるので、寄生容量Cの低減が難しく、動作速度の向上が困難である。
【0006】
本発明の目的は、パルス波形を生成する波形生成回路において、より高速動作が可能な波形生成回路を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、切替信号に従い、2つの入力電圧の一方を選択する第一の選択回路と、前記2つの入力電圧の他方を選択する第二の選択回路とを有する波形生成回路において、
前記第一および第二の選択回路の各々は、
定電流源と、
前記定電流源から出力される電流の経路を前記切替信号に従い第一の経路と第二の経路とに切替える第一のカレントスイッチと、
前記定電流源から出力される電流の経路を前記切替信号に従い第三の経路と第四の経路とに切替える第二のカレントスイッチと、
前記第一のカレントスイッチの第二の経路と前記第二のカレントスイッチの第三の経路とを導通させる接続点と、
当該接続点から電流経路を2つに分岐させる分岐部分と、
前記第一のカレントスイッチの第二の経路と前記第二のカレントスイッチの第三の経路とが選択されたときに、前記分岐された各々の経路に流れる電流により導通し、前記第一のカレントスイッチの第二の経路と前記第二のカレントスイッチの第三の経路とが選択されていないときに、他の経路からの電流の流入を阻止するスイッチ素子と、
前記分岐された一方の電流の経路に接続される出力端子と、
前記分岐された他方の電流の経路に接続され、当該接続された部分に前記2つの入力電圧のうちの1つに相当する電位を与える機能回路とを備える。
【0008】
本発明の回路構成においては、第一のカレントスイッチにより電流の経路を第一/第二の経路に切り替え、また、第二のカレントスイッチにより電流の経路を第三/第四の経路に切り替える。接続点は、第一のカレントスイッチの第二の経路と前記第二のカレントスイッチの第三の経路とを導通させる。また、分岐部分は、当該接続点から電流経路を2つに分岐させる。
【0009】
スイッチ素子は、前記第一のカレントスイッチの第二の経路と前記第二のカレントスイッチの第三の経路とが選択されたときに、前記分岐された各々の経路に流れる電流により導通する。また、機能回路は、分岐された他方の電流の経路に接続され、当該接続された部分に前記2つの入力電圧のうちの1つに相当する電位を与えるている。スイッチ素子が導通したときに、機能回路により分岐された他方に与えられた電位は、接続点で接続されている、分岐された一方の経路、すなわち出力端子にも現われ、これにより、入力電圧の一方が出力端子から出力される。また、前記第一のカレントスイッチの第二の経路と前記第二のカレントスイッチの第三の経路とが選択されていないときに、すなわち、前記第一のカレントスイッチの第一の経路と前記第二のカレントスイッチの第四の経路とが選択されたときに、他の経路からの電流の流入をスイッチ素子が阻止するので、機能回路により、分岐された他方に与えられた電位は、出力端子には現われない。
【0010】
このように、スイッチ素子には、接続点から電流経路を2つに分岐された後の電流が流れ込む。例えば、第一のカレントスイッチの第二の経路と前記第二のカレントスイッチの第三の経路とが選択されたときに、分岐された後の電流をIとすると、接続点には、電流2Iが流れ、また、カレントスイッチに切り替えられる第二または第三の経路に流れる電流はそれぞれIとなる。このため、第一および第二のカレントスイッチには、電流Iがそれぞれ流れる。
【0011】
これに対して、図8に示す従来の回路構成では、カレントスイッチが1つであり、ダイオードブリッジのD5とD6とに各々流れる電流をIとすると、カレントスイッチに流れる電流は2Iとなる。
【0012】
このため、出力電流は、本発明と従来とでは、同じ電流Iとなるが、カレントスイッチに流れる電流量は、本発明によれば、従来より1/2にすることができる。カレントスイッチに流れる電流量を半減できるので、例えば、このカレントスイッチにトランジスタを利用した場合、トランジスタサイズを半減することができる。トランジスタの寄生容量はトランジスタサイズに比例するので、トランジスタサイズが半減すると、トランジスタの寄生容量も低減することができる。
【0013】
また、スイッチ素子としては、分岐された経路の各々にダイオードを使用することができる。
より具体的には、定電流源から出力される電流経路を切替信号に従い切替える第一のカレントスイッチと、
前記第一のカレントスイッチによりオンオフ動作し、該第一のカレントスイッチへ電流が逆流することを阻止する第一および第二のダイオードと、
前記第一のダイオードの陰極に接続される第一のトランジスタと、
定電流源に入力される電流経路を切替信号に従い切替える第二のカレントスイッチと、
前記第二のカレントスイッチによりオンオフ動作し、該第二のカレントスイッチから電流が逆流することを阻止する第三および第四のダイオードと、
前記第三のダイオードの陽極に接続される第二のトランジスタを有する構成とすることができる。
【0014】
波形生成回路の高速化には、前述したように、出力端に付加される寄生容量の低減が最も効果的であり、本発明の回路構成において、出力端子からみた場合の寄生容量は、カレントスイッチの寄生容量の低減分、従来より低減することができる。このため、本発明によれば、電圧の切替時間を早くすることができ、波形生成回路における波形の周波数を高速化することができる。
また、本発明によれば、定電流源から出力される電流経路を切替信号に従い切替える第一のカレントスイッチと、前記第一のカレントスイッチによりオンオフ動作し、前記第一のカレントスイッチへ電流が逆流することを阻止する第一および第二のダイオードと、前記第一のダイオードの陰極に接続される第一のトランジスタと、定電流源に入力される電流経路を切替信号に従い切替える第二のカレントスイッチと、前記第二のカレントスイッチによりオンオフ動作し、該第二のカレントスイッチから電流が逆流することを阻止する第三および第四のダイオードと、前記第三のダイオードの陽極に接続される第二のトランジスタを有する波形生成回路によって生成された試験波形を被試験素子に印加する工程と、
前記被試験素子からの応答波形の信号と良品の応答である期待値信号とを比較し、該被試験素子の良否判定を行う工程とにより半導体を試験することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1から図7を参照して説明する。
【0016】
図1に、本発明の第一の実施の形態の波形生成回路の構成図を示す。図1において、第一の実施の形態の波形生成回路は、正電源側の同一の定電流源Is1およびIs2と、正電源側の定電流源から出力される電流の経路を切替信号に従い切替える、PNPトランジスタQ1およびQ2を備える正電源側のカレントスイッチ1と、PNPトランジスタQ3およびQ4を備える正電源側のカレントスイッチ2と、正電源側の2つのカレントスイッチによりオンオフ動作し、当該カレントスイッチへの逆電流の流入を阻止する正電源側のダイオードD1及びD2と、入力電圧V1をベース入力とし、ダイオードD1の陰極に接続されるエミッタフォロワのPNPトランジスタQ9と、負電源側の同一の定電流源Is3およびIs4と、負電源側の定電流源に入力される電流経路を切替信号に従い切替える、NPNトランジスタQ5およびQ6を備える負電源側のカレントスイッチ3と、NPNトランジスタQ7およびQ8を備える負電源側のカレントスイッチ4と、負電源側の2つのカレントスイッチにより、オンオフ動作し、当該カレントスイッチからの逆電流の流入を阻止する負電源側のダイオードD3及びD4と、入力電圧V2をベース入力とし、負電源側のダイオードD3の陽極に接続されるエミッタフォロワのNPNトランジスタQ10とを有する。トランジスタQ4およびトランジスタQ8のコレクタと、ダイオードD2の陰極と、D4の陽極との接続部分を出力端子OUTとし、バッファ回路B1およびB2に入力される切替信号にしたがって、入力電圧V1、V2のどちらか一方の電圧をこの出力端子OUTから出力する。定電流源Is1、Is2、Is3およびIs4の電流値は、同一であり、それぞれから出力される電流をIs1、Is2、Is3、Is4とする。また、定電流源に接続される電圧値のVccとVeeとは、入力電圧V1とV2とに相当する電圧を備える。
【0017】
つぎに、入力電圧V1、V2の切替え動作を詳細に説明する。
【0018】
まず始めに入力電圧V1(正確には、V1+Vbe(Q9))を出力端子OUTに発生させる場合について説明する。バッファ回路B1に、切替信号としてハイレベルが入力されると、トランジスタQ2、Q3のベース電位がローレベル、トランジスタQ1、Q4のベース電位がハイレベルとなり、トランジスタQ2、Q3をオン、トランジスタQ1、Q4をオフにする。同時に、バッファ回路B2に、切替信号としてローレベルが入力されると、トランジスタQ6、Q7のベース電位がローレベル、トランジスタQ5、Q8のベース電位がハイレベルとなり、トランジスタQ6、Q7をオフ、トランジスタQ5、Q8をオンにする。これにより、同一の定電流源からの電流Is1、Is2は、トランジスタQ2、Q3を介し、ダイオードD1及びD2に流れ、D2に流れた回路電流I2(=Is1=Is2)は、トランジスタQ8を介し、定電流源Is1、Is2と同一の電流を流す定電流源Is4に流れ込む。また、ダイオードD1に流れた電流I1は、トランジスタQ9を介し、負電源Veeに流れる。
【0019】
一方、電流I3は、正電源VccからトランジスタQ10、Q5を介して定電流源Is3に流れ込む。このとき、ダイオードD1とD2に流れる回路電流I1、I2が等しいので、ダイオードD1とD2との電圧降下が等しくなり、出力端子OUTの電位は、入力電圧V1より、トランジスタQ9のベース・エミッタ間電圧Vbeだけ高電位であるセンス電位VS1と同電位となる。すなわち、出力端子OUTの電位は、V1+Vbe(Q9)=VS1となる。
【0020】
つぎに、入力電圧V2(正確には、V2−Vbe(Q10))を出力端子OUTに発生させる場合は、切替信号を上記設定と逆にし、バッファ回路B1の入力信号をローレベルにし、バッファ回路B2の入力信号をハイレベルにし、トランジスタQ2、Q3のベース電位をハイレベル、トランジスタQ1、Q4のベース電位をローレベルとし、トランジスタQ2、Q3をオフ、トランジスタQ1、Q4をオンにする。同時に、トランジスタQ6、Q7のベース電位をハイレベル、トランジスタQ5、Q8のベース電位をローレベルとし、トランジスタQ6、Q7をオン、トランジスタQ5、Q8をオフにする。これにより、ダイオードD3、D4に同一の回路電流が流れ、ダイオードD3とD4の電圧降下が等しくなり、出力端子OUTの電位は、入力電圧V2よりトランジスタQ10のベース・エミッタ間電圧Vbeだけ低い電位であるセンス電位VS2と同電位となる。すなわち、出力端子OUTの電位は、V2ーVbe(Q10)=VS2となる。
【0021】
以上のように、切替信号に従って、カレントスイッチを動作させることにより2つの入力V1の電圧値と、V2の電圧値とを切り替えて出力端子OUTに発生させることができ、所望する波形を発生させることができる。また、トランジスタQ9、Q10は常にオンし、端子VS1、VS2は、それぞれV1+Vbe(Q9),V2−Vbe(Q10)が出力される。
【0022】
前述したように、パルス周波数は、回路電流が同じであるならば寄生容量Cに反比例する。上記実施の形態における効果を説明するために、上記実施の形態における寄生容量を具体的に計算する。例えば、表1に示すような一般的な素子における寄生容量値を用いて、波形生成回路の出力に付加される寄生容量C1を計算する。
【0023】
【表1】
【0024】
図1に示した波形生成回路の出力に付加される寄生容量C1は、トランジスタQ4のコレクタ容量Ccspと、Q8のコレクタ容量Ccsnと、ダイオードD2,D4のオフ時の寄生容量Cjと、配線容量Clとの和で表さる。すなわち、C1=Ccsp+Ccsn+2Cj+Cl=1040(fF)となる。
【0025】
一方、図8に示す従来のダイオードブリッジを用いた波形生成回路の出力に付加される寄生容量C2を同様に計算する。図8に示した波形生成回路の出力に付加される寄生容量C2は、トランジスタQ5およびQ6のコレクタ容量Ccspと、Q3およびQ4のコレクタ容量Ccsnと、ダイオードD2,D8のオフ時の寄生容量Cjと、配線容量Clとの和で表さる。すなわち、C2=2(Ccsp+Ccsn)+2Cj+Cl=1590(fF)となる。このように、本実施の形態によれば、従来の回路構成に比べて寄生容量を低減することができる。
【0026】
本発明の第一の実施の形態における波形生成回路においては、ダイオードブリッジの代わりに、カレントスイッチを2つ設けることにより、カレントスイッチに供給する電流量を半減することができ、カレントスイッチのトランジスタサイズを従来より半減することができるので、寄生容量も低減することができる。従って、波形生成回路の出力に付加される寄生容量のうち一つのトランジスタ分の寄生容量を削減することができる。本発明の第一の実施の形態における波形生成回路によれば、寄生容量を低減することができ、より高速な周波数のパルスの生成ができる。
【0027】
なお、図1に示す構成において、ダイオードD1ーD4の代わりに、例えば、耐圧の大きいトランジスタを用いるようにしてもよい。また、第一の実施の形態における波形生成回路では、正電源側と負電源側との選択回路を備えているが、正電源側と負電源側との選択回路を設ける代わりに、正電源側の選択回路を2つ備えるか、もしくは、負電源側の選択回路を2つ備えるようにしてもよい。この場合、入力電圧は、正/負の電圧のいずれかになり、VeeまたはVccをグランドに接地する。
【0028】
次に、第二の実施の形態を図2を参照して説明する。図2に、出力電圧補正機能を付加した波形生成回路の構成図を示す。図2において図1と同一符号は相当部分である。第二の実施の形態では、第一の実施の形態における構成に、オペアンプ100を追加し、センス端子VS1の電位と入力電圧V1の電位とが常に同じになるように動作させ、入力トランジスタQ9のベース・エミッタ間電圧Vbeをキャンセルして、出力端子OUTに入力電圧V1と同電位を出力させる。
【0029】
図2において、オペアンプ100の正相入力端子には所望の入力電圧V1を印加させ、図1における波形生成回路のセンス電圧VS1をオペアンプ100の負相端子に入力させ、オペアンプ100の出力を波形生成回路の電圧入力端子VF1に接続させる。これにより、オペアンプ100はセンス端子VS1の電位と入力電圧V1の電位が常に同じになるように動作し、入力トランジスタQ9のベース・エミッタ間電圧Vbeをキャンセルすることができる。加えて、ダイオードD1とD2との電圧降下が同一になるように回路電流を調整すれば、出力端子OUTに入力電圧V1と同電位を発生させることができ、容易に設定誤差のない電圧設定ができる。
【0030】
同様に、オペアンプ101の正相入力端子には、所望の入力電圧V2を印加させ、波形生成回路のセンス電圧VS2をオペアンプ101の負相端子に入力させ、オペアンプ101の出力を波形生成回路の電圧入力端子VF2に接続させることで、波形生成回路の入力トランジスタQ10のベース・エミッタ間電圧Vbeをキャンセルすることができる。さらに、ダイオードD3、D4の電圧降下が同一になるように回路電流を調整すれば、出力端子OUTにV2と同電位を発生させることができる。
【0031】
第二の実施の形態によれば、トランジスタQ9及びQ10のベース・エミッタ間電圧Vbeを考慮して電圧設定する必要が無く、容易に出力電圧の設定ができ、また、Q9及びQ10のVbeの製造プロセスによるバラツキを補正することができる。
【0032】
次に、第三の実施の形態を図3を参照して説明する。図3に、波形生成回路の構成図を示す。図3において図1と同一符号は相当部分である。第三の実施の形態においては、IC製造後に、オフセット電圧の調整を可能とする場合の構成について説明する。
【0033】
図2に示すようにOPアンプを用いて入力トランジスタQ9、Q10のVbeの補正を行えば、第二の実施の形態における波形生成回路のオフセット電圧は、センス電圧VS1、または、センス電圧VS2と、出力端子OUTとの電圧差のみとなる。この場合、出力端子OUTに設定電圧V1を出力させる場合のオフセット電圧は、ダイオードD1とD2とに流れる電流量の差となる。即ち、I1とI2との電流差により、ダイオードD1、D2の電圧降下に違いが発生し、これがオフセット電圧になる。ダイオードD1とD2とに流れる電流量の差は、プロセス偏差による上下の定電流源Is1、Is2、Is3、Is4の電流量のバラツキと、上側のカレントスイッチ1、2がPNPトランジスタにより構成され、下側のカレントスイッチ3、4がNPNトランジスタにより構成され、それぞれのトランジスタのベース電流量のプロセス偏差によるバラツキとでコレクタ電流量に差が生じることにより発生する。
【0034】
そこで、第三の実施の形態における図3に示す波形生成回路では、レーザ等により調整可能な抵抗R0を、定電流源Is3およびIs4に直列に接続させておく。IC製造後に、抵抗R0の抵抗値を調整することでオフセット電圧の補正を可能とする。その方法は、出力端子OUTの出力電圧を入力電圧V1、または、V2のどちらか一方に設定し、オフセットを調整する電圧、例えば、VS1=ゼロに設定する。IC製造直後の抵抗R0の抵抗値は、プロセスバラツキ等の変動を考慮し、予め、設計中心より小さい値となるように設計されている。したがって、オフセット電圧調整前の定電流源Is3、Is4の電流量は、上側の定電流源Is1、Is2より大きな値になっており、ダイオードD2に流れる電流I2は、D1に流れる電流I1に比べ大きく、D2の電圧降下もD1より大きい。したがって、出力端子OUTの出力電圧は、センス電圧VS1よりダイオードの電圧差だけ低い電圧が出力される。つぎに、レーザ等により調整抵抗R0を削り、徐々に抵抗値を高くすると、ダイオードD2に流れる電流量は、D1に流れる電流量に近づく。さらにレーザ等により調整抵抗R0をカットし、センス端子VS1と出力端子OUTは同一電位になったところで、レーザ等による抵抗のカットを終了する。
【0035】
本実施の形態によれば、IC製造後にオフセット電圧の調整が可能となり、歩留まり向上によるコスト低減が期待できる。図3においては、定電流源Is3,Is4の電流を調整したが、同様に、定電流源Is1,Is2の電流を調整するために、定電流源Is1,Is2に直列に調整抵抗R0を備えるようにして、オフセット電圧の調整をすることも可能である。また、バイアス電圧Vcs1、Vcs2の電位を調整することでも同様の効果が得られる。
【0036】
つぎに、第四の実施の形態を図4を参照して説明する。図4に、本発明の第四の実施の形態における、高抵抗モードを備えた波形生成回路の構成図を示す。図1と同一符号は、相当部分である。表2は、切替信号の各設定値に対する出力端子OUTの出力電圧を表す真理値表を示している。
【0037】
【表2】
【0038】
図4に示す波形生成回路は、図1に示す波形生成回路に、カレントスイッチ5および6を追加することのみで高抵抗モードを実現可能としたものである。
【0039】
高抵抗モードの設定は、バッファ回路B1の入力DHをローとし、カレントスイッチ1のトランジスタQ1をオンにし、定電流源Is1の電流をQ1、Q9を介して、負電源Veeに流す。また、バッファ回路B2の入力DLをローとし、カレントスイッチ3のトランジスタQ5をオンにし、正電源VccからトランジスタQ10、Q5を介して定電流源Is3に電流を流す。同時に、バッファ回路B3、B4の入力UE,LEをローとし、カレントスイッチ5、6のトランジスタQ12、Q14をオンとし、定電流源電流Is2をトランジスタQ12、Q14を介し定電流源Is4に流す。一方、トランジスタQ4の入力レベルは、ローレベルであるが、トランジスタQ11がオフであり電流が流れないため、オフとなる。同様に、トランジスタQ8の入力レベルは、ハイレベルであるが、トランジスタQ13がオフで電流が流れないため、オフとなり、出力端子OUTの配線には回路電流は流れない。したがって、出力端子OUTは、高抵抗モードとなり出力端子OUTに別な回路を接続してもその回路に影響を与えることはない。
【0040】
つぎに、本発明の第五の実施の形態を図5を参照して説明する。図5に、第五の実施の形態における、4値の電圧レベルを持つ波形生成ができる波形生成回路の構成図を示す。図5に示す波形生成回路は、図1に示す波形生成回路を2個備え、出力端子どうしを接続させ、出力端子OUTに4つの入力電圧のうち、所望する電圧を実時間で選択することができるようにしたものである。表3は切替信号の各設定値に対する出力端子OUTの出力電圧を表す真理値表を示す。
【0041】
【表3】
【0042】
まず、入力電圧V1を出力端子OUTに発生させる場合について説明する。バッファ回路B1の入力DH1をハイとし、カレントスイッチ1、2のトランジスタQ2、Q3をオンにし、定電流源Is1、Is2の電流をQ2、Q3を介して、ダイオードD1、D2に流し、D1,D2をオンとし、センス電圧VS1の電位を出力端子OUTに発生させる。同時に、バッファ回路B2の入力DL1をローとし、カレントスイッチ3、4のトランジスタQ5、Q8をオンにし、ダイオードD2に流れた電流をトランジスタQ8を介して、定電流源Is4に流す。また、正電源VccからトランジスタQ10、Q5を介して定電流源Is3に電流を流す。さらに、同時に、バッファ回路B3、B4の入力DH2、DL2をローとし、カレントスイッチ5、6、7、8のトランジスタQ11、Q14、Q15、Q18をオンとし、定電流源Is5の電流をトランジスタQ11、Q15を介し定電流源Is7に流し、定電流源Is6の電流をトランジスタQ14、Q19を介し負電源Veeに流し、正電源VccからトランジスタQ20、Q18を介して定電流源Is8に電流を流し、ダイオードD5、D6、D7、D8をオフとする。これにより、出力端子OUTは入力電圧V1のセンス電圧VS1と同じ電圧が発生する。同様に、表3に示す真理値表の通りに切替信号を設定すれば、所望の入力電圧を出力端子OUTに発生させることができ、切替信号を切り替えていくことで、所望する波形を発生させることができる。
【0043】
また、図5においては、図1における波形生成回路を2個並列に接続したが、さらに、複数の波形生成回路を接続すれば回路数の2倍の入力電圧の切替えが可能である。
【0044】
以上、第五の実施の形態によれば図5による波形生成回路において、4値(V1、V2、V3、V4)の波形を高速に任意のタイミングで発生することができ、多値レベルを必要とする信号伝送に使用することができる。
【0045】
つぎに、第六の実施の形態を図6を参照して説明する。図6に、第6の実施の形態における、4値の波形生成ができる波形生成回路の構成図を示す。図6に示す波形生成回路は、図5に示す波形生成回路にカレントスイッチ9、10を追加し、電流経路を切り替えて、一方の回路をオフとすることで回路電流の増加なく、4つの入力電圧信号のうちの1つを任意に選択し、出力端子OUTに発生することができるようにしたものである。表4は切替信号の各設定値に対する出力端子OUTの出力電圧を表す真理値表である。
【0046】
【表4】
【0047】
図6において、入力電圧V1を発生させる場合には、バッファ回路B5、B6の入力UE1、DL1をハイとし、カレントスイッチ9、10のトランジスタQ21、Q23をオンにし、定電流源Is1、Is3の電流を波形生成回路200に流し、波形生成回路201をオフとする。また、バッファ回路B1の入力をハイとし、カレントスイッチ1、2のトランジスタQ2、Q3をオンにし、定電流源Is1の電流をQ2、Q3を介して、ダイオードD1、D2に流し、D1、D2をオンとし、センス電圧VS1の電位を出力端子OUTに発生させる。同時に、バッファ回路B2の入力をローとし、カレントスイッチ3、4のトランジスタQ5、Q8をオンにし、ダイオードD2に流れた電流をトランジスタQ8を介して、定電流源Is4に流す。また、正電源VccからトランジスタQ10、Q5を介して定電流源Is3に電流を流す。これにより、出力端子OUTには入力電圧V1のセンス電圧VS1が発生する。同様に、表4の真理値表の通りに切替信号を設定すれば、所望の入力電圧を出力端子OUTに発生させることができる。本実施の形態によれば、回路電流を増加させることなく多数の入力電圧の切替えが行える。また、本発明の第六の実施の形態における波形生成回路によれば、寄生容量を低減することができ、高速なパルス生成ができる。
【0048】
また、第6の実施の形態において、前述した第二の実施の形態における出力電圧補正機能を追加するようにしてもよい。さらに、前述した第三の実施の形態におけるオフセット電圧をIC製造後に調整可能とする可変抵抗を追加してもよい。これらにより、出力電圧を補正することができ、また、オフセット電圧をIC製造後に調整することができる。
【0049】
つぎに、第七の実施の形態として、上述した波形生成回路を備える半導体試験装置について図7を参照して説明する。
【0050】
図7において、半導体試験装置は、テスタ全体の動作を制御するコンピュータ11と、被試験素子を試験するためのテストプログラムや試験結果を印字するプリンタ13と、試験タイミングの時間基準となるクロック信号を発生する基準信号発生器14と、クロック信号をもとに試験タイミング信号を発生するタイミング発生器15と、その動作タイミングでテストパターンを発生するパターン発生器16と、そのテストパターン信号と上記試験タイミング信号とをもとに被試験素子に印加するテスト信号を発生する波形フォーマッタ19と、被試験素子に印加する試験波形のハイレベル、ローレベルをドライバ回路に与えるリファレンス電圧発生回路22と、テスト信号に対応する切替信号に従って、試験波形を生成する、前述した実施の形態における波形生成回路23と、そのハイレベル、ローレベルに従い生成された試験波形を被試験素子に印加するための試験波形に波形整形するドライバ回路20と、ドライバ回路の出力である試験波形を被試験素子に与える伝送線路24と、試験波形の応答としての被試験素子からの出力波形を伝送線路を介して入力し、上記リファレンス電圧発生回路で発生した比較電圧と比較するアナログコンパレータ21と、その比較信号とパターン発生器より入力する良品の応答波形である期待値信号とを比較するデジタルコンパレータ18と、その比較した良否の判定結果を格納するフェイルメモリ17とを有する。
【0051】
図7において、基準信号発生器14は、試験波形の時間基準となる基準クロック14aを発生する。タイミング発生器15は、基準クロック14aをテスタバス26を介して設定されるタイミング設定信号26bにしたがい基準クロック14aを計数し、所望の周期、時間遅れをもつフェーズ信号15a,15b,15cを生成する。パターン発生器16は、タイミング発生器15からの、フェーズ信号15bのタイミングでパターンデータ信号16aを発生する。波形フォーマッタ19はタイミング信号15aのタイミングでパターンデータ信号16aを論理合成により被試験素子を試験するためのテスト波形19aを生成する。前述した実施の形態における波形生成回路23は、テスト波形19aのタイミングで、設定電圧信号22aにしたがったハイレベル、ローレベルの試験波形を発生し、ドライバ20に印加する。さらに、大電流動作するドライバ20は、試験波形19aを、伝送線路24を介して、被試験素子25に印加する。アナログコンパレータ21は、被試験素子からの応答波形を入力し、リファレンス電圧発生器22で発生した比較電圧22aとそれぞれ比較し、比較結果21aを出力する。アナログコンパレータ21が、被試験素子からの応答波形を入力するときには、波形生成回路23は、第四の実施の形態に示したように、高抵抗モードにしておくことにより、被試験素子からの応答波形をアナログコンパレータ21に入力させることができる。デジタルコンパレータ18はアナログコンパレータ21で比較した被試験素子の応答波形21aと良品の応答である期待値信号16bとをフェーズ信号15cのタイミングで比較し、良否判定を行う。フェイルメモリ17は被試験素子25の良否判定した判定結果18aを格納し、試験終了後にテスタバス26を介して判定結果26dをコンピュータ11に出力する。上記の動作を被試験素子の各ピン毎同時に行い、被試験素子251〜253の良否判定が完了する。
【0052】
また、第一の実施の形態における波形生成回路と従来の波形生成回路の、前述の表1に示す素子を用いて、SPICEシミュレーションを行った結果を、それらの動作周波数と出力振幅との関係により図9に示す。図9に示すように、本発明の実施の形態における波形生成回路によれば、従来技術より高速な動作周波数で動作することが可能となる。
【0053】
したがって、本発明による波形生成回路を備えた第七の実施の形態における半導体試験装置によれば、所望のハイ/ロー電圧レベルのパルス波形の生成が高速に行える。すなわち、半導体ICを、より高周波数のパルスで試験することができる。
【0054】
また、被試験素子の応答波形を入力する際に、被試験素子がECL等の終端デバイスの場合には、本発明の実施の形態による波形生成回路の出力をハイ、ローレベル以外の終端電圧レベルに切替え、即ち、第3の設定電圧レベルに切り替え、ドライバ回路20で終端する。この第3の設定電圧レベルを変えることで、GTL,CTT等の小振幅インタフェースを使用するデバイスにも対応可能である。さらに、ドライバ20に高抵抗モードとなる機能を付加すれば、CMOS、TTL等の非終端デバイスの試験も可能である。
【0055】
第七の実施の形態によれば、出力端に付加される寄生容量が小さく高速動作が可能で、さらに、複数の電圧レベルを持つパルス波形の生成ができ、多値のパルス波形の生成回路に適す。とくに、複雑な信号印加が必要な半導体試験装置のピンエレクトロニクスの実現が可能となる。
【0056】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による波形生成回路は、カレントスイッチトランジスタのサイズを増加させること無く、任意の電圧レベルを持つパルス波形を実時間に生成でき、従来に比べ小さなサイズのトランジスタを使用するため、寄生容量の低減が可能であり、高速に動作する。また、回路を並列に接続することで、多値の電圧レベルを持つパルス波形生成や高抵抗モードの実現が容易なため、多様な入出力インターフェースに対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の実施の形態における波形生成回路の構成図である。
【図2】第二の実施の形態における、出力電圧補正機能を付加した波形生成回路の構成図である。
【図3】第三の実施の形態における、オフセット電圧をIC製造後に調整可能とする波形生成回路の構成図である。る。
【図4】第四の実施の形態における、高抵抗モードを備えた波形生成回路の構成図である。
【図5】第五の実施の形態における、4値の波形生成ができる波形生成回路の構成図である。
【図6】第六の実施の形態における、4値の波形生成ができる波形生成回路の構成図である。
【図7】第七の実施の形態における、波形生成回路を備えたピンエレクトロニクスを用いた半導体試験装置の構成図である。
【図8】従来技術における波形生成回路の構成図である。
【図9】SPICEシミュレーションの結果を示す説明図である。
【符号の説明】
1〜10…カレントスイッチ
11…制御コンピュータ
12…モニタ
13…プリンタ
14…基準信号発生器
15…タイミング発生器
16…パターン発生器
17…フェイルメモリ
18…デジタルコンパレータ
19…波形フォーマッタ
20…ドライバ
21…アナログコンパレータ
22…リファレンス電圧発生器
23…波形生成回路
24…伝送線路
25…被試験素子
26…テスタバス
B1〜6…バッファ回路
Is1〜Is8…定電流源
Q1〜Q24…トランジスタ
D1〜D8…ダイオード
100、101…オペアンプ。
Claims (10)
- 第1レベル ( H ) 及び第2レベル ( L ) のいずれか一方のレベルの切替信号の入力を受け付ける第1及び第2の信号入力端子 ( DH、DL ) と、
第1の直流電圧入力端子 ( V1 ) と、
第2の直流電圧入力端子 ( V2 ) と、
正電源 ( Vcc ) に接続され、定電流を流す第1の定電流源 ( Is1 ) と、
前記正電源 ( Vcc ) に接続され、前記第1の定電流源 ( Is1 ) と同じ大きさの定電流を流す第2の定電流源 ( Is2 ) と、
第1及び第2の端子を有し、前記第1の信号入力端子 ( DH ) に第1レベル ( H ) の切替信号が入力されたときには、前記第1の定電流回路 ( Is1 ) からの電流 ( I1 ) を前記第2の端子から出力し、前記第1の信号入力端子 ( DH ) に第2レベル ( L ) の切替信号が入力されたときには、前記第1の定電流回路 ( Is1 ) からの電流を前記第1の端子から出力する第1のカレントスイッチ ( 1 ) と、
第3及び第4の端子を有し、前記第1の信号入力端子 ( DH ) に第1レベル ( H ) の切替信号が入力されたときには、前記第2の定電流回路 ( Is2 ) からの電流 ( I2 ) を前記第3の端子から出力し、前記第1の信号入力端子 ( DH ) に第2レベル ( L ) の切替信号が入力されたときには、前記第2の定電流回路 ( Is2 ) からの電流を前記第4の端子から出力する第2カレントスイッチ ( 2 ) と、
前記第2及び第3の端子からの電流を合流させてから2つの分岐先に分岐する第1の分岐接続部と、
前記第1の分岐接続部からの2つの分岐先にそれぞれ陽極側が接続され、陰極側から陽極側への電流の流入を阻止する第1及び第2のダイオード ( D1 , D2 ) と、
負電源 ( Vee ) に接続され、定電流を流す第3の定電流源 ( Is3 ) と、
前記負電源 ( Vee ) に接続され、前記第3の定電流源 ( Is3 ) と同じ大きさの定電流を流す第4の定電流源 ( Is4 ) と、
第5及び第6の端子を有し、前記第2の信号入力端子 ( DL ) に第1レベル ( H ) の切替信号が入力されたときには、前記第6の端子に流れ込んだ電流を前記第3の定電流回路 ( Is3 ) に流し、前記第2の信号入力端子 ( DL ) に第2レベル ( L ) の切替信号が入力されたときには、前記第5の端子からの定電流 ( I3 ) を前記第3の定電流回路 ( Is3 ) に流す第3のカレントスイッチ ( 3 ) と、
第7の端子、及び、前記第2のダイオードの陰極に接続された第8の端子を有し、前記第2の信号入力端子 ( DL ) に第1レベル ( H ) の切替信号が入力され、前記第1の信号入力端子 ( DH ) に第2レベル ( L ) の切替信号が入力されたときには、前記第7の端子からの定電流を前記第4の定電流回路 ( Is4 ) に流し、前記第2の信号入力端子 ( DL ) に第2レベル ( L ) の切替信号が入力され、前記第1の信号入力端子 ( DH ) に第1レベル ( H ) の切替信号が入力されたときには、前記第8の端子に流れ込んだ電流 ( I2 ) を前記第4の定電流回路 ( Is4 ) に流す第4のカレントスイッチ ( 4 ) と、
陰極側から陽極側への電流の流入を阻止する第3及び第4のダイオード ( D3 , D4 ) と、
前記第3及び前記第4のダイオードの陰極からの電流を合流させてから、前記第6及び第7の端子へ供給する電流として分岐する第2の接続分岐部と、
前記第2のダイオード ( D2 ) の陰極及び前記第8の端子と、前記第4の端子及び前記第4のダイオード ( D4 ) の陽極とに接続された出力端子 ( OUT ) と、
前記第1の直流電圧入力端子 ( V1 ) に入力端子が接続され、前記負電源 ( Vee ) と前記第1のダイオード ( D1 ) の陰極と前記第1の端子とに接続されており、前記第1の信号入力端子 ( DH ) に第1レベル ( H ) の切替信号が入力されたときには、前記第1の直流電圧入力端子 ( V1 ) からの入力電圧に応じた電位を、前記第1のダイオード ( D1 ) の陰極との接続部に与え、前記第1の信号入力端子 ( DH ) に第2レベル ( L ) の切替信号が入力されたときには、前記第1の端子からの電流を前記負電源 ( Vee ) に流す第1のトランジスタ ( Q 9 ) と、
前記第2の直流電圧入力端子 ( V2 ) に入力端子が接続され、前記正電源 ( Vcc ) と前記第3のダイオード ( D3 ) の陽極と前記第5の端子とに接続されており、前記第2の信号入力端子 ( DL ) に第1レベル ( H ) の切替信号が入力されたときには、前記第2の直流電圧入力端子 ( V2 ) からの入力電圧に応じた電位を、前記第3のダイオード ( D3 ) の陽極との接続部に与え、前記第2の信号入力端子 ( DL ) に第2レベル ( L ) の切替信号が入力されたときには、前記定電流 ( I3 ) を前記第5の端子に流す第2のトランジスタ ( Q10 ) と、
を有することを特徴とする波形生成回路。 - 請求項1記載の波形生成回路において、
前記第1及び第2のトランジスタ ( Q9 , Q10 ) として、それぞれ、エミッタフォロワ回路が用いられたことを特徴とする波形生成回路。 - 請求項1記載の波形生成回路において、
前記第1及び第2のカレントスイッチ ( 1 , 2 ) として、2つのPNPトランジスタのエミッタを接続した差動回路が用いられ、
前記第3及び第4のカレントスイッチ ( 3 , 4 ) として、2つのNPNトランジスタのエミッタを接続した差動回路が用いられたことを特徴とする波形生成回路。 - 請求項1記載の波形生成回路において、
前記第1及び第2の信号入力端子 ( DH , DL ) に第1レベル ( H ) の切替信号が入力された場合、前記出力端子(OUT)を高抵抗にするモードをさらに有することを特徴とする波形生成回路。 - 請求項1または2記載の波形生成回路において、
前記第1、第2、第3及び第4の定電流源( Is1 , Is2 , Is3 , Is4 )は、トランジスタと抵抗とを有し、
前記抵抗として、抵抗値を調整可能な抵抗体を用いたことを特徴とする波形生成回路。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の波形生成回路を複数備え、
当該複数の波形生成回路のそれぞれの出力端子が接続され、
当該複数の波形生成回路の各々の切替信号にしたがって、接続された波形生成回路の数の2倍の数の入力電圧うち、いずれか1つを選択して出力することを特徴とする波形生成回路。 - 試験タイミングの基準クロック信号を発生する基準信号発生器と、
前記基準クロック信号をもとに試験タイミング信号を発生するタイミング発生器と、
テストパターンの信号を発生するパターン発生器と、
被試験素子に印加するテスト信号を発生する波形フォーマッタと、
試験波形を生成する複数の波形生成回路を含むドライバ回路と、
前記ドライバ回路の出力である試験波形の応答である前記被試験素子からの出力波形を比較電圧と比較するアナログコンパレータと、
前記被試験素子からの出力波形の信号と良品の応答波形である期待値信号とを比較するデジタルコンパレータと、
を有する半導体試験装置であって、
前記複数の波形信号発生回路は、請求項1から7のいずれか1項に記載の波形生成回路であることを特徴とする半導体試験装置。 - 試験タイミングの基準クロック信号を発生する基準信号発生器と、
前記基準クロック信号をもとに試験タイミング信号を発生するタイミング発生器と、
テストパターンの信号を発生するパターン発生器と、
被試験素子に印加するテスト信号を発生する波形フォーマッタと、
試験波形を生成する波形生成回路を含むドライバ回路と、
前記ドライバ回路の出力である試験波形の応答である前記被試験素子からの出力波形を比較電圧と比較するアナログコンパレータと、
前記被試験素子からの出力波形の信号と良品の応答波形である期待値信号とを比較するデジタルコンパレータと、
を有する半導体試験装置であって、
前記波形生成回路は、請求項1から7のうちのいずれか1項に記載の波形生成回路であることを特徴とする半導体試験装置。 - 請求項1から7のうちのいずれか1項に記載の波形生成回路を備えた半導体試験装置を用いる半導体試験方法であって、
前記波形生成回路の第1及び第2の信号入力端子に交互に第1レベル ( H ) の切替信号を入力し、前記波形生成回路の出力端子からの出力電圧を被試験素子に印加する工程と、
前記被試験素子からの応答波形の信号と予め生成された期待値信号とを比較して、前記被試験素子の良否判定を行う工程と、
を有することを特徴とする半導体試験方法。 - 請求項1から7のうちのいずれか1項に記載の波形生成回路を備えた半導体試験装置を用いる半導体試験方法であって、
前記波形生成回路の第1及び第2の信号入力端子に交互に第1レベル ( H ) の切替信号を入力し、前記波形生成回路の出力端子からの出力電圧を、電流増幅するトランジスタと伝送線路とを介して被試験素子に印加する工程と、
前記被試験素子からの応答波形の信号と、予め生成された期待値信号とを比較し、前記被試験素子の良否判定を行う工程と、
を有することを特徴とする半導体試験方法。
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