有源分流安培计设备和方法技术

本发明专利技术公开了用于测量流经被测试装置（DUT）的电流的有源分流安培计和方法。该有源分流安培计包括构造成接收输入信号的输入，输入信号具有在频带内的频率并且表示流经DUT的电流。输出构造成生成输出电压，输出电压表示流经DUT的电流。该有源分流安培计还包括具有放大器和反馈元件的增益电路，放大器具有相关于频带内的频率变化的增益特性，反馈元件具有从增益电路的输出耦合到增益电路的负输入的阻抗，反馈元件的阻抗构造成随频率而变化以与放大器的增益特性相关，使得被频带上的放大器增益相除的反馈元件的阻抗具有最小的频率从属性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了用于测量流经被测试装置（DUT）的电流的有源分流安培计和方法。该有源分流安培计包括构造成接收输入信号的输入，输入信号具有在频带内的频率并且表示流经DUT的电流。输出构造成生成输出电压，输出电压表示流经DUT的电流。该有源分流安培计还包括具有放大器和反馈元件的增益电路，放大器具有相关于频带内的频率变化的增益特性，反馈元件具有从增益电路的输出耦合到增益电路的负输入的阻抗，反馈元件的阻抗构造成随频率而变化以与放大器的增益特性相关，使得被频带上的放大器增益相除的反馈元件的阻抗具有最小的频率从属性。【专利说明】
本专利技术总的涉及电测量设备，并且特别地涉及用于在测量电流时使用的有源分流安培计。
技术介绍
在包括半导体产品测试在内的很多领域中，源测量单元(SMU)用来进行精确的测量。例如，美国专利N0.5，039, 034公开了一个这种装置，并且在美国专利N0.5，144，154中描述了这种装置中的量程变化，这两个专利都通过参引的方式全部并入本文。典型的SMU设计包括具有集成的电压和电流测量功能的电压源或电流源。被测试装置(DUT)耦合于SMU并且然后利用电压源或电流源激励。存在多种可以测量经过DUT的电流的方式。例如，分流安培计可以用来简单地感测电阻器Rs两端的电压。Rs必须保持较小以不会导致对输入信号的较大承载电压(burdenvoltage)。需要低噪声增益级来放大承载电压，以使其能够被测量。反馈安培计使用高增益运算放大器来吸弓I输入电路通过电阻器Rs。运算放大器由于其高直流增益(一般大于I百万)而保持低的承载电压。这使得Rs能够较大，从而允许输出信号较大。然而，运算放大器高增益开始以相对较低的频率衰减。这导致承载电压也以较高的频率升高。如果输入是电容性的，则其能够导致反馈安培计减幅振荡(ring)或者甚至振动。提供解决这些问题的改进的安培计构型将是需要的。
技术实现思路
公开了用于测量流经被测试装置(DUT)的电流的有源分流安培计和方法。该有源分流安培计包括构造成接收输入信号的输入，输入信号具有在频带内的频率并且表示流经DUT的电流。输出构造成生成输出电压，输出电压表示流经DUT的电流。该有源分流安培计还包括具有放大器和反馈元件的增益电路，放大器具有相关于频带内的频率变化的增益特性，反馈元件具有从增益电路的输出耦合到增益电路的负输入的阻抗，反馈元件的阻抗构造成随频率而变化以与放大器的增益特性相关，使得被频带上的放大器增益相除的反馈元件的阻抗(the feedback element impedence divided by the amplifier gain over thefrequency band)具有最小的频率从属性。放大器可以具有并联RC反馈元件。放大器可以是具有耦合在负输入端子与输出端子之间的并联RC反馈元件的差分放大器。增益电路可以具有基于增益特性和反馈元件的阻抗的输入阻抗，该输入阻抗在放大器的整个带宽范围内保持基本恒定。放大器可以具有反馈元件两端的受控负增益。放大器可以具有反相级，该反相级具有由电阻器比率设定的增益。放大器可以具有在两个运算放大器(op-amps)之间分割的增益。反馈元件两端的电压可以被缓冲并且被电阻器比率衰减。放大器可以具有输入运算放大器，该输入运算放大器具有置于其反馈路径中的增益。还公开了一种测量流经被测试装置(DUT)的电流的方法，该方法包括接收输入信号，该输入信号具有在频带内的频率并且表示流经DUT的电流。输出电压被生成，该输出电压表示流经DUT的电流。提供了增益电路。该增益电路具有放大器和反馈元件，放大器具有相关于频带内的频率变化的增益特性，反馈元件具有从增益电路的输出耦合到增益电路的负输入的阻抗，反馈元件的阻抗构造成随频率而变化以与放大器的增益特性相关，使得被频带上的放大器增益相除的反馈元件的阻抗具有最小的频率从属性。放大器可以具有并联RC反馈元件。放大器可以是具有耦合在负输入端子与输出端子之间的并联RC反馈元件的差分放大器。增益电路可以具有基于增益特性和反馈元件的阻抗的输入阻抗，该输入阻抗在放大器的整个带宽范围内保持基本恒定。放大器可以具有反馈元件两端的受控负增益。放大器可以具有反相级，该反相级具有由电阻器比率设定的增益。放大器可以具有在两个运算放大器(op-amps)之间分割的增益。反馈元件两端的电压可以被缓冲并且被电阻器比率衰减。放大器可以具有输入运算放大器，该输入运算放大器具有置于其反馈路径中的增益。【专利附图】【附图说明】图1A是构造成简单地感测电阻器Rs两端的电压的分流安培计的基本视图； 图1B是构造有高增益运算放大器以吸引输入电路通过电阻器Rs的反馈安培计的基本视图； 图2A是使用并联RC反馈元件两端的受控负增益的有源分流安培计设计； 图2B是示出了图2A中的有源分流安培计的固定增益放大器的增益B(S)的图表； 图3是具有使用反相级构建的固定增益放大器的有源分流安培计设计，其中反相增益由电阻器比率设定； 图4是具有固定增益放大器的有源分流安培计设计，其中增益在两个运算放大器之间分割； 图5是具有固定增益放大器的有源分流安培计设计，其中分流器两端的电压被缓冲并且被电阻器比率微微地衰减；以及 图6是具有固定增益放大器的有源分流安培计设计，其中输入运算放大器具有置于其反馈路径中的微小增益。【具体实施方式】本文的公开内容总的涉及电测量设备，并且特别地，涉及用于在测量电流时使用的有源分流安培计。这种安培计通常是包括数字式万用表(DMM)和源测量单元(SMU)的测量产品的子部件。存在多种可以测量经过被测试装置(DUT)的电流的方式。图1A是构造成简单地感测电阻器Rs两端的电压的分流安培计10的基本视图。Rs必须保持为小的阻值以不会导致对输入信号的大的承载电压。低噪声增益级12对承载电压进行放大，以使其能够被测量。图1B是构造有高增益运算放大器以吸引输入电路通过电阻器Rs的反馈安培计20的基本视图。运算放大器(op-amp) 22由于其高直流增益(一般大于I百万)而保持低的承载电压。这使得Rs能够较大，从而允许输出信号较大。然而,运算放大器高增益开始以相对较低的频率衰减(roll off)。这导致承载电压也以较高的频率升高。如果输入是电容性的，则其能够导致反馈安培计减幅振荡或者甚至振动。有源分流安培计设计解决了这些问题。有源分流安培计构型通常用固定增益放大器代替在反馈安培计中使用的运算放大器。结果是恒定于较高频率的增益。放大器开始以该频率衰减，电容器阻抗(1/j oCs)设计成等于Rs。与放大器增益的衰减相结合的Rs和Cs的并联阻抗的衰减产生在放大器的整个带宽范围内恒定的安培计的输入阻抗。结果是与常规的分流安培计相比，具有较高的输出信号/承载电压比的分流器状的安培计，并且不存在反馈安培计的稳定性问题。图2A是有源分流安培计设计30，其使用并联RC反馈元件32两端的受控负增益，使得电路的输入阻抗是等于R除以该增益的电阻。在本示例中，有源分流安培计30包括固定增益差分放大器38，固定增益差分放大器38具有连接在固定增益差分放大器38的负输入端子与输出端子之间的并联的电阻器34和电容器36。电阻器34和电容器3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量流经被测试装置的电流的有源分流安培计，所述有源分流安培计包括：构造成接收输入信号的输入，所述输入信号具有在频带内的频率并且表示流经所述被测试装置的电流；构造成生成输出电压的输出，所述输出电压表示流经所述被测试装置的电流；具有放大器和反馈元件的增益电路，所述放大器具有相关于所述频带内的频率变化的增益特性，所述反馈元件具有从所述增益电路的输出耦合到所述增益电路的负输入的阻抗，所述反馈元件的阻抗构造成随频率而变化以与所述放大器的增益特性相关，使得被频带上的放大器增益相除的反馈元件的阻抗具有最小的频率从属性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：WC格克，
申请(专利权)人：基思利仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US