一种ATE系统的微弱电流测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种ATE系统的微弱电流测量装置及测量方法，该测量装置包括至少一组I‑V转换电路和V/I源；所述I‑V转换电路用于进行电流电压转换，其两个测量输入端与被测回路串联，该I‑V转换电路通过开尔文电路与所述V/I源连接；所述V/I源通过所述开尔文电路的Force H线和Force L线连接所述I‑V转换电路的正负电源端，为其提供工作电压，通过所述开尔文电路的Sense H线连接所述I‑V转换电路的输出端，测量其输出电压，通过所述开尔文电路的Sense L线连接所述I‑V转换电路的接地端。本发明专利技术结构简单、体积小、功耗低，能放置到非常靠近被测器件的地方，因而不易受外界干扰，测量准确度高。

A Weak Current Measuring Device and Measuring Method for ATE System

【技术实现步骤摘要】
一种ATE系统的微弱电流测量装置及测量方法
本专利技术涉及集成电路测试
，特别涉及一种ATE系统的微弱电流测量装置及测量方法。
技术介绍
在电路测试中，通过在负载端串联电流表或并联电压表可分别实现对负载端电流或电压的测试，如图1所示，通过在被测回路中串联一电流表，即可测量在VBIAS电压下流过负载RL的电流。但是这种测试方式受电流表测量精度的限制，无法实现高精度微弱电流的测量，并且线路中存在的干扰会对测试的电流产生较大影响。集成电路自动测试系统(ATE)在测试各种直流参数的时候，会提供各种不同规格的电压电流源表(下文简称V/I源)，V/I源通常可以输出电压或者电流，也可以同时提供对电压或者电流的测量功能。如图2所示，为了准确测量负载端的电压，V/I源通常设计成开尔文(Kelvin)连接方式，即具有ForceHigh、SenseHigh、ForceLow、SenseLow四个连接端，其中Force端口用于提供电流，Sense端口用于测量电压。V/I源的Force端和Sense端之间允许有一定的电压，因为虽然线路中有阻抗的存在(如图2中Force线上的阴影部分)，但是通过设定单独的Sense线检测被测器件RL上的电压，并对Force线上的压降进行补偿，使得V/I源仍然能够保证输出/测量到被测器件RL两端的电压是准确的，这属于V/I源的一种标准用法，即ForceH和SenseH以及ForceL和SenseL在被测器件RL的引脚处短接。根据上述原理，图2中的V/I源可以直接输出VBIAS电压到负载RL两端，并测量流过负载RL的电流IL。然而这种测量方式通常只能保证nA(10-9A)量级，因为ATE系统提供的V/I源通常为通用源表，需要较大的电压、电流的输出、测量范围，未对nA(10-9A)级以下电流测量做专门优化；另一方面，由于受到电流动态范围大、连接线路长以及线路中阻抗的存在等因素的影响，其微弱电流测量能力受到很大的限制。想要精确测量nA量级以下的微弱漏电，通常需要增加一个小电流测量的前端电路(如各种形式的I-V转换电路)。为了使该前端电路能正常工作，还需要给其提供电源，特别是在要测量双向电流的情况下，一般还要提供一组正、负电源；如果测量端不是零电位(接地)的，还需要提供高压或者浮动的一组电源。此外，还需要一路电压表来测量该前端电路的输出电压，才能换算出所测电流。然而这种电路的设计较为复杂，成本较高，不能广泛适用于ATE系统的微弱电流测试。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种ATE系统的微弱电流测量装置及测量方法，该测量装置结构简单，只需要一个前端电路和一路浮动V/I源，即能测量非零偏置电压下的微弱漏电，其精度能达到pA(10-12A)量级，甚至更高。并且由于本测量装置结构简单、体积小、功耗低，能放置到非常靠近被测器件的地方，因而不易受外界干扰，测量准确度高。本专利技术采用的技术方案为，一种ATE系统的微弱电流测量装置，包括至少一组I-V转换电路和V/I源；所述I-V转换电路用于进行电流电压转换，其两个测量输入端与被测回路串联，该I-V转换电路通过开尔文电路与所述V/I源连接；所述V/I源通过所述开尔文电路的ForceH线和ForceL线连接所述I-V转换电路的正负电源端，为其提供工作电压，通过所述开尔文电路的SenseH线连接所述I-V转换电路的输出端，测量其输出电压，通过所述开尔文电路的SenseL线连接所述I-V转换电路的接地端。由上，本专利技术利用开尔文电路Force/Sense线之间允许有一定电压的特性，通过在V/I源前端设置一I-V转换电路，由V/I源输出恒定电流驱动I-V转换电路工作，对被测回路的电流进行测量并转换放大为电压反馈给V/I源，V/I源根据测得的电压和I-V转换电路上的电阻比例即可测得被测回路上的负载电流。本专利技术的测量精度可达到pA(10-12A)量级甚至更高，本测量装置的结构简单、体积小、功耗低，能放置到非常靠近被测器件的地方，因而不易受外界干扰，测量准确度高。当ATE系统使用的V/I源是浮动源的时候，可以利用多套I-V转换电路配合多路浮动V/I源，同时对多个负载的微弱电流进行测量，而不会发生相互干扰。即使ATE系统使用非浮动V/I源(共地源)，本专利技术也只需要一路非浮动V/I源即可实现既给前端电路提供电源和测量其输出电压的双重功能。其中，所述I-V转换电路包括：运算放大器，该运算放大器的两输入端与被测回路串联，其输出端与反相输入端之间串联有反馈电阻，其同相输入端接地；其输出端通过所述开尔文电路的SenseH线连接所述V/I源。由上，利用运算放大器的两输入端串联到被测回路上，被测回路上的电流从运算放大器的同相输入端流入，并从输出端流出，然后经过反馈电阻由运算放大器的反相输入端流过被测器件，从而形成闭合的电流环路。由于运算放大器输出端的电压还反馈到V/I源，此时V/I源测得的电压即为电流与反馈电阻相乘后的电压，此时可计算得出所要测量的电流值。优选的，所述运算放大器的正电源端并联一反向稳压二极管接地；负电源端并联一正向稳压二极管接地。由上，正电源端并联一稳压二极管接地，该稳压二极管阴极接正电源端、阳极接地；负电源端并联一稳压二极管接地，该稳压二极管阴极接地，阳极接负电源端，利用稳压二极管用于对V/I源输出的电流建立对运算放大器的供电电压，使其满足运算放大器的工作额定电压。优选的，所述运算放大器的正负电源端还分别并联一滤波电容接地。由上，可通过滤波电容对供电电路进行滤波，消除干扰。优选的，所述I-V转换电路还包括：第一电阻，串联于所述运算放大器的输出端与所述反馈电阻之间；第二电阻，串联于所述反馈电阻与第一电阻的连接节点和接地端之间。优选的，所述第一电阻和第二电阻的阻值远小于所述反馈电阻的阻值。由上，通过第一电阻和第二电阻与反馈电阻形成T型反馈电阻网络，以将反馈电阻上的电压放大，从而提高测量灵敏度。优选的，所述运算放大器的输出端串联一电压放大器后通过所述开尔文电路的SenseH线连接所述V/I源。由上，可通过串联一级或多级放大电路的方式对输出电压进行等比例放大，从而进一步提高测量灵敏度。基于上述ATE系统的微弱电流测量装置，本专利技术还提供了一种ATE系统的微弱电流测量方法，包括以下步骤：通过设置V/I源输出一工作电流，该工作电流通过稳压二极管稳压之后给I-V转换电路供电；启动V/I源对I-V转换电路的输出电压进行测量；利用V/I源测量的电压和所述I-V转换电路的电阻计算被测目标的微弱电流值。由上，通过设定V/I源的输出电流，使其经过稳压二极管后满足I-V转换电路的工作电压，I-V转换电路将测得的电流进行转换并反馈到V/I源，根据V/I源测得的电压和I-V转换电路的电阻即可计算得出ATE系统被测回路的负载电流。当ATE系统使用的V/I源是浮动源的时候，可以利用多套I-V转换电路配合多路浮动V/I源，利用本专利技术的方法可同时对多个负载电流进行测量，而不会发生相互干扰，提高了测量效率和测量精度。附图说明图1为利用电流表测量负载电流的电路连接图；图2为V/I源利用开尔文电路测量负载电流的电路连接图；图3为本专利技术ATE系统的微弱电流测量装置的原理图；图4为本专利技术I-V转换电路的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ATE系统的微弱电流测量装置，其特征在于，包括至少一组I‑V转换电路和V/I源；所述I‑V转换电路用于进行电流电压转换，其两个测量输入端与被测回路串联，该I‑V转换电路通过开尔文电路与所述V/I源连接；所述V/I源通过所述开尔文电路的Force H线和Force L线连接所述I‑V转换电路的正负电源端，为其提供工作电压，通过所述开尔文电路的Sense H线连接所述I‑V转换电路的输出端，测量其输出电压，通过所述开尔文电路的Sense L线连接所述I‑V转换电路的接地端。

【技术特征摘要】
1.一种ATE系统的微弱电流测量装置，其特征在于，包括至少一组I-V转换电路和V/I源；所述I-V转换电路用于进行电流电压转换，其两个测量输入端与被测回路串联，该I-V转换电路通过开尔文电路与所述V/I源连接；所述V/I源通过所述开尔文电路的ForceH线和ForceL线连接所述I-V转换电路的正负电源端，为其提供工作电压，通过所述开尔文电路的SenseH线连接所述I-V转换电路的输出端，测量其输出电压，通过所述开尔文电路的SenseL线连接所述I-V转换电路的接地端。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述I-V转换电路包括：运算放大器，该运算放大器的两输入端与被测回路串联，其输出端与反相输入端之间串联有反馈电阻，其同相输入端接地；其输出端通过所述开尔文电路的SenseH线连接所述V/I源。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述运算放大器的正电源端并联一反向稳压二极管接地；负电源端并联一正向稳压二极管接地。4.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鹏，孙衍翀，佟宇，
申请(专利权)人：北京华峰测控技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11