專(zhuān)利名稱(chēng)：具有無(wú)縫范圍切換的改進(jìn)型電流源(mcs)的制作方法
具有無(wú)縫范圍切換的改進(jìn)型電流源(MCS)
背景技術(shù)：
高精度電流源被廣泛地用在測(cè)試和表征半導(dǎo)體器件的過(guò)程中。這樣的源常常被用 在其中在若干數(shù)量級(jí)(例如幾皮安到幾百豪安)上改變(掃描)作為源的電流的測(cè)試中。作為示例，我們假定從最小電流(Imin)到最大電流(Imax)的對(duì)數(shù)電流掃描，其 中Lnin = IOOpA而Imax = IOmA(即八個(gè)數(shù)量級(jí))，并且其中每個(gè)電流十進(jìn)位(current decade)有六個(gè)步進(jìn)(st印)(例如在IOnA到IOOnA之間，每個(gè)步進(jìn)處的電流將是IOnA, 15. 8nA、25. InA,39. 8ηΑ、63· InA 禾口 ΙΟΟηΑ，遵照 In/In-1 = IO0.2 的關(guān)系)。已知一般對(duì)于這 樣的應(yīng)用，電流在步進(jìn)之間不應(yīng)返回到0，因而內(nèi)部調(diào)整應(yīng)“迅速(on-the-fly) ”發(fā)生，同時(shí) 在流向DUT的實(shí)際電流上有最少的毛刺或加性噪聲。如現(xiàn)在所討論的，由于高準(zhǔn)確度的電 流源通常依賴(lài)依賴(lài)精密電阻器(foiet)來(lái)得到電流感測(cè)和反饋，因此這可能難以滿(mǎn)足。我們現(xiàn)在參照?qǐng)D1來(lái)討論這個(gè)問(wèn)題。N位DAC 102的輸出是電流源的輸入電壓 (Vin)。反饋電壓是跨foiet的電壓降，即Idut*foiet (忽略偏置電壓和輸入電流)，這導(dǎo)致以 下關(guān)系(I)IdutRnet = Vin或(2) ^dut88 紛1‘1*
Kmt將OpAmp 104和Diff Amp 106選擇為增益高、泄漏少并且偏置低(儀表級(jí))的 組件，除了在具有非常低的電流和非常低的Vin水平的情況下以外，Voff (偏置電壓)和 Iin (輸入泄漏電流)的影響基本上可忽略。此外，由于只要溫度沒(méi)有較大地改變Voff和 Iin就保持相當(dāng)穩(wěn)定，因此可以通過(guò)在每次測(cè)試開(kāi)始時(shí)獨(dú)立地測(cè)量Voff和Iin而將這兩者 考慮在內(nèi)，并且進(jìn)而基于那些測(cè)量結(jié)果而進(jìn)行補(bǔ)償。精密DAC通常被限制到相對(duì)窄的電壓范圍(0到士 2伏特是典型的)。20位DAC (對(duì) 于這樣的應(yīng)用也是典型的)具有大約4Λ22°)伏特 4μν的分辨率。如果最大電流被限制 為例如200mA，則例如Vin = Vin (max) = 2. OV與foiet = 10 Ω的組合將是適合的。在另一 極端，IOOpA的電流可以用Vin = 10(^￥并且1 1^^ = IM Ω或者替代地用Vin= IOmV并且 Rnet = 100ΜΩ來(lái)獲得(只要有可能，通常推薦使Vin >> Voff)。不管Vin的具體選擇，對(duì)于寬范圍的foiet值一般都有需要。只要相同的foiet被用 于整個(gè)實(shí)驗(yàn)，這本身不是問(wèn)題。不幸的是，在涉及具有l(wèi)lmax/lminl > 100(兩個(gè)數(shù)量級(jí))的 比率的電流掃描的測(cè)試中，適應(yīng)寬范圍的值是不現(xiàn)實(shí)的。當(dāng)電壓源(VS)被使用時(shí)，只要切 換瞬態(tài)恰當(dāng)?shù)乇灰种?，就有可能將不同的toet電阻器接入和斷開(kāi)。另一方面，電流源(CS) 依賴(lài)跨foiet的電壓降來(lái)完成反饋環(huán)路，這意味著聯(lián)機(jī)切換(in-line switching)從根本上 是有問(wèn)題的。

發(fā)明內(nèi)容
按照一方面，電流源配有兩個(gè)電阻器排(resistor bank)，并且數(shù)字電位計(jì)被用于控制每個(gè)電阻器排影響所得到的輸出電流的程度。此外，當(dāng)數(shù)字電位計(jì)處于特定的設(shè)置使 得特定的電阻器排不影響所得到的輸出電流(即該電阻器排“不活動(dòng)”)時(shí)，該電阻器排的 電阻可以被切換而不影響輸出電流，從而最小化或消除電流掃描操作期間輸出電流中的不 連續(xù)。因此，例如當(dāng)電阻器排滿(mǎn)足其閾值并且變?yōu)椴换顒?dòng)時(shí)，該不活動(dòng)的電阻器排的電阻可 以被切換，并且進(jìn)而數(shù)字電位計(jì)設(shè)置可以被改變以便于用新的電阻平滑地重新激活所述電 阻器排。


圖1示出了常規(guī)的電流源。圖2示出了按照示例實(shí)施例的電流源。
具體實(shí)施例方式發(fā)明人意識(shí)到使用諸如在下文中所描述的方法和/或電路，不同的toet電阻器的 聯(lián)機(jī)切換可以根據(jù)需要發(fā)生，同時(shí)在測(cè)量準(zhǔn)確度上沒(méi)有或者有最小的實(shí)際折衷并且沒(méi)有或 有最少的明顯毛刺或有噪瞬態(tài)。圖2示意性地示出了示例實(shí)施例，其被稱(chēng)作“改進(jìn)型電流源”(MCS)。圖2的電流源 與圖1的電流源相似，但是有若干重大的區(qū)別。例如，在圖2中被稱(chēng)作Ra和Rb的兩個(gè)foiet 電阻器代替單個(gè)toet電阻器被提供，其中圖2的示例中的每個(gè)toet電阻器具有相關(guān)聯(lián)的 差分放大器(分別為Diff Amp A和Diff Amp B)。被稱(chēng)為數(shù)字電位計(jì)(DPa)的組件連接在 Diff Amp A和Diff Amp B的輸出之間，其中該組件的“活動(dòng)的”接線(xiàn)端連接到OpAmp 204 的反相輸入。一對(duì)DAC(DACa和DACb)代替圖1的單個(gè)DAC 102被提供。第二數(shù)字電位計(jì) (DPb)連接在兩個(gè)DAC(DACa和DACb)的輸出之間，其中該第二數(shù)字電位計(jì)的活動(dòng)的接線(xiàn)端 連接到OpAmp 204的非反相輸入。數(shù)字電位計(jì)Db和Din3可以包括例如在它們的兩個(gè)“靜態(tài)接線(xiàn)端”之間有固定的 精密電阻(IOkQ或IOOkQ是典型值)的電子芯片?？梢噪娮拥?數(shù)字地)使它們的“活 動(dòng)的”接線(xiàn)端的位置步進(jìn)到適合的位置(100個(gè)步進(jìn)的范圍是典型的)，使得"X"在0和1 之間變化(即 0. 00,0. 01,0. 02、· · ·、0· 99、1. 00)。我們現(xiàn)在討論圖2電路的示例操作場(chǎng)景。特別地，OpAmp 204的反相輸入處的電 壓(Vf)和輸入電壓Vin可以被表征為(3) Vf = Idu凡(I-X)+IdutRbX(4)Vin = Va (I-X)+VbX應(yīng)用Vf和Vin之間的等同性(Voff被忽略)，使用(3)和(4)，容易地得到Idut 的表達(dá)式
權(quán)利要求
1.一種被配置用于大體上無(wú)縫的范圍切換的電流源，所述電流源包括具有輸入和輸出的第一電阻器網(wǎng)絡(luò)，其中所述第一電阻器網(wǎng)絡(luò)的電阻是動(dòng)態(tài)地可配置的；具有輸入和輸出的第二電阻器網(wǎng)絡(luò)，其中所述第二電阻器網(wǎng)絡(luò)的電阻是動(dòng)態(tài)地可配置 的，所述第一電阻器網(wǎng)絡(luò)的輸出連接到所述第二電阻器網(wǎng)絡(luò)的輸入，并且所述第二電阻器 網(wǎng)絡(luò)的輸出被配置為被連接以向被測(cè)器件提供電流；具有輸出、非反相輸入以及反相輸入的第一差分放大器，所述非反相輸入連接到所述 第一電阻器網(wǎng)絡(luò)的輸入，而所述反相輸入連接到所述第一電阻器網(wǎng)絡(luò)的輸出；具有輸出、非反相輸入以及反相輸入的第二差分放大器，所述非反相輸入連接到所述 第二電阻器網(wǎng)絡(luò)的輸入，而所述反相輸入連接到所述第二電阻器網(wǎng)絡(luò)的輸出；具有第一輸入、第二輸入以及輸出的第一數(shù)字電位計(jì)，所述第一輸入連接到所述第一 差分放大器的輸出，而所述第二輸入連接到所述第二差分放大器的輸出，其中所述第一數(shù) 字電位計(jì)被配置用于在所述輸出處提供信號(hào)，所述信號(hào)以第一可選比例包括所述第一數(shù)字 電位計(jì)的第一輸入處的信號(hào)與所述第一數(shù)字電位計(jì)的第二輸入處的信號(hào)的組合；具有非反相輸入、反相輸入以及輸出的運(yùn)算放大器，所述輸出連接到所述第一電阻器 網(wǎng)絡(luò)的輸入，而所述反相輸入連接到所述第一數(shù)字電位計(jì)的輸出；以及具有第一輸入、第二輸入以及輸出的第二數(shù)字電位計(jì)，其中所述第二數(shù)字電位計(jì)被配 置用于在所述輸出處提供信號(hào)，所述信號(hào)以第二可選比例包括所述第二數(shù)字電位計(jì)的第一 輸入處的信號(hào)與所述第二數(shù)字電位計(jì)的第二輸入處的信號(hào)的組合，所述第二數(shù)字電位計(jì)的 輸出連接到所述運(yùn)算放大器的非反相輸入。
2.如權(quán)利要求1所述的電流源，其還包括第一數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器，其具有連接到所述第二數(shù)字電位計(jì)的第一輸入的輸出；以及第二數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器，其具有連接到所述第二數(shù)字電位計(jì)的第二輸入的輸出。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電流源，其中所述電流源被配置使得所述第一可選比例和所述第二可選比例被約束為大體上一致。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電流源，其中所述電流源被配置使得所述第一可選比例可被選為X比1-X，其中X是小于或等于1. 0 的非負(fù)實(shí)數(shù)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的電流源，其中所述第二可選比例可被選為X比1-X，其中X是小于或等于1.0的非負(fù)實(shí)數(shù)。
6.如權(quán)利要求1或2所述的電流源，其中所述電流源被配置使得所述第一可選比例和所述第二可選比例被約束為大體上一致； 并且所述電流源被配置使得所述第一可選比例和所述第二可選比例可被選為X比1-X，其 中X是小于或等于1.0的非負(fù)實(shí)數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的電流源，其中所述電流源被配置使得對(duì)于X的兩個(gè)特定值，即X = 0和X = 1，所述第一和第二電阻 器排中只有一個(gè)對(duì)要被提供給被測(cè)器件的電流做出貢獻(xiàn)。
8.一種操作電流源的方法，所述方法包括a)配置所述電流源使得所述電流源的第一電阻器網(wǎng)絡(luò)和第二電阻器網(wǎng)絡(luò)兩者都對(duì)向所述電流源的輸出提供電流做出貢獻(xiàn)；b)調(diào)整所述電流源的電流控制輸入以使在所述電流源的輸出處所提供的電流改變；c)調(diào)整所述電流源的電阻器網(wǎng)絡(luò)控制輸入使得所述第一電阻器網(wǎng)絡(luò)不對(duì)向所述電流 源的輸出提供電流做出貢獻(xiàn)，并且當(dāng)所述第一電阻器網(wǎng)絡(luò)不對(duì)向所述電流源的輸出提供電 流做出貢獻(xiàn)時(shí)，修改所述第一電阻器網(wǎng)絡(luò)的電阻；d)調(diào)整所述電流源的所述電阻器網(wǎng)絡(luò)控制輸入使得所述第一電阻器網(wǎng)絡(luò)再次對(duì)向所 述電流源的輸出提供電流做出貢獻(xiàn)；e)重復(fù)b)；f)調(diào)整所述電阻器網(wǎng)絡(luò)控制輸入直到所述第二電阻器網(wǎng)絡(luò)不對(duì)向所述電流源的輸出 提供電流做出貢獻(xiàn)，并且當(dāng)所述第二電阻器網(wǎng)絡(luò)不對(duì)向所述電流源的輸出提供電流做出貢 獻(xiàn)時(shí)，修改所述第二電阻器網(wǎng)絡(luò)的電阻；g)重復(fù)步驟b)到f)以獲得提供給所述電流源的輸出的一系列電流值。
9. 一種操作電流源的方法，所述方法包括a)配置所述電流源使得所述電流源的第一電阻器網(wǎng)絡(luò)和第二電阻器網(wǎng)絡(luò)均對(duì)向所述 電流源的輸出提供電流做出貢獻(xiàn)，其中所述第一電阻器網(wǎng)絡(luò)顯著地對(duì)向所述電流源的輸出 提供電流做出貢獻(xiàn)，并且其中所述第二電阻器網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)沒(méi)有那么顯著地對(duì)向所述電流源的輸 出提供電流做出貢獻(xiàn)；b)調(diào)整所述電流源的電流控制輸入以使在所述電流源的輸出處所提供的電流改變；c)調(diào)整所述電流源的電阻器網(wǎng)絡(luò)控制輸入使得所述第二電阻器網(wǎng)絡(luò)顯著地對(duì)向所述 電流源的輸出提供電流做出貢獻(xiàn)，而所述第一電阻器網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)沒(méi)有那么顯著地對(duì)向所述電流 源的輸出提供電流做出貢獻(xiàn)，并且修改所述第一電阻器網(wǎng)絡(luò)的電阻；d)重復(fù)b)；e)調(diào)整所述電阻器網(wǎng)絡(luò)控制輸入直到所述第一電阻器網(wǎng)絡(luò)顯著地對(duì)向所述電流源的 輸出提供電流做出貢獻(xiàn)，并且其中所述第二電阻器網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)沒(méi)有那么顯著地對(duì)向所述電流源 的輸出提供電流做出貢獻(xiàn)；并且修改所述第二電阻器網(wǎng)絡(luò)的電阻；f)重復(fù)步驟b)到e)以獲得提供給所述電流源的輸出的一系列電流值。
全文摘要
電流源配有兩個(gè)電阻器排，并且數(shù)字電位計(jì)被用于控制每個(gè)電阻器排影響所得到的輸出電流的程度。此外，當(dāng)數(shù)字電位計(jì)處于特定的設(shè)置使得特定的電阻器排不影響所得到的輸出電流(即該電阻器排“不活動(dòng)”)時(shí)，該電阻器排的電阻可以被切換而不影響輸出電流，從而最小化或消除電流掃描操作期間輸出電流中的不連續(xù)。因此，例如當(dāng)電阻器排達(dá)到其閾值并且變?yōu)椴换顒?dòng)時(shí)，該不活動(dòng)的電阻器排的電阻可以被切換，并且進(jìn)而數(shù)字電位計(jì)設(shè)置可以被改變以便于用新的電阻平滑地重新激活所述電阻器排。
文檔編號(hào)G01R1/00GK102138077SQ200980134655
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者J·博爾思維克, P·P·奎瓦斯, T·賴(lài)奇曼 申請(qǐng)人:夸利陶公司