JP4859353B2 - 増幅回路、及び試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、与えられる入力電圧を増幅して外部の負荷に出力する増幅回路、及び当該増幅器を備える試験装置に関する。特に本発明は、増幅器における歪みを低減する増幅回路に関する。

従来、与えられる入力電圧を増幅して外部の負荷に出力するときに、負荷のインピーダンスが小さい場合、当該負荷に大電流を供給する必要がある。このような場合、入力電圧を増幅して負荷に供給する回路として、エミッタフォロワ回路が用いられる。エミッタフォロワ回路の電圧利得は、トランジスタのエミッタ抵抗に反比例し、エミッタ抵抗はトランジスタのコレクタ電流に反比例する。

このような回路において、入力電圧が大きく変動すると、負荷に供給される電流が変動し、コレクタ電流が大きく変動する。このため、電圧利得が大きく変動してしまう。電圧利得が入力電圧の振幅に応じて大きく変動することにより、負荷に出力する信号は大きく歪んでしまう。増幅回路としてエミッタフォロワ回路以外の増幅器を用いた場合も、同様である。

特に、増幅回路を高速動作させる場合、増幅回路の出力インピーダンスを小さくする必要があるが、前述したように負荷のインピーダンスが小さい場合には、増幅回路が大きな電流を出力し、歪みが大きくなってしまう。

また、例えば半導体回路等の電子デバイスを試験する試験装置において、電子デバイスに増幅回路を介して入力信号を入力する場合がある。このとき、電子デバイスの入力インピーダンスが小さいと、前述したように電子デバイスへの入力信号が大きく歪んでしまい、電子デバイスを精度よく試験することができない。また、試験装置内部の伝送経路が長いときに、信号を増幅して伝送する場合があるが、このような場合にも、増幅回路の出力信号が歪んでしまい、電子デバイスを精度よく試験することができなかった。

このため本発明は、上述した課題を解決することのできる増幅回路、及び試験装置を提供することを目的とする。この目的は、請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、与えられる入力電圧を増幅して外部の負荷に出力する増幅回路であって、入力電圧を受け取り、所定の増幅率で増幅した出力電圧を負荷に出力する増幅器と、負荷に対して増幅器と並列に設けられ、出力電圧に応じた電流を負荷に供給する正相電流源とを備える増幅回路を提供する。

正相電流源は、出力電圧に応じて負荷に供給されるべき出力電流に略等しい電流を負荷に供給してよい。また正相電流源は、負荷と略等しいインピーダンスを有する正相電流源抵抗と、ベース端子に出力電圧を反転した電圧を受け取り、コレクタ端子が負荷及び増幅器の出力端に接続され、エミッタ端子が正相電流源抵抗を介して接地電位に接続される正相電流源トランジスタとを有してよい。

正相電流源は、出力電圧の直流成分に応じて負荷に供給されるべき電流の少なくとも一部を負荷に供給する正相直流電流源と、出力電圧の交流成分に応じて負荷に供給されるべき電流の少なくとも一部を負荷に供給する正相交流電流源とを有してよい。

増幅器は、正相出力電圧と逆相出力電圧とを負荷に出力する差動増幅器であり、正相電流源は、逆相出力電圧に応じた電流を負荷に供給し、増幅回路は、正相出力電圧に応じた電流を負荷に供給する逆相電流源を更に備えてよい。

正相電流源は、負荷と略等しいインピーダンスを有する正相電流源抵抗と、ベース端子に逆相出力電圧を受け取り、コレクタ端子が負荷及び増幅器の正相出力端に接続され、エミッタ端子が正相電流源抵抗を介して接地電位に接続される正相電流源トランジスタとを有し、逆相電流源は、負荷と略等しいインピーダンスを有する逆相電流源抵抗と、ベース端子に正相出力電圧を受け取り、コレクタ端子が負荷及び増幅器の逆相出力端に接続され、エミッタ端子が逆相電流源抵抗を介して接地電位に接続される逆相電流源トランジスタとを有してよい。

正相電流源は、正相出力電圧の直流成分に応じて負荷に供給されるべき電流の少なくとも一部を負荷に供給する正相直流電流源と、正相出力電圧の交流成分に応じて負荷に供給されるべき電流の少なくとも一部を負荷に供給する正相交流電流源とを有し、逆相電流源は、逆相出力電圧の直流成分に応じて負荷に供給されるべき電流の少なくとも一部を負荷に供給する逆相直流電流源と、逆相出力電圧の交流成分に応じて負荷に供給されるべき電流の少なくとも一部を負荷に供給する逆相交流電流源とを有してよい。また増幅回路は、入力インピーダンスが１００Ω以下の負荷に出力電圧を供給する回路であってよい。

本発明の第２の形態においては、電子デバイスを試験する試験装置であって、電子デバイスを試験するための試験パターンを生成するパターン発生器と、試験パターンに基づいて、電子デバイスに入力する試験信号を生成する波形成形器と、電子デバイスの入力端に接続され、試験信号を電子デバイスに供給する入力部と、電子デバイスが試験信号に応じて出力する出力信号に基づいて、電子デバイスの良否を判定する判定部とを備え、入力部は、試験信号を受け取り、所定の増幅率で増幅した出力電圧を電子デバイスに出力する増幅器と、電子デバイスに対して増幅器と並列に設けられ、出力電圧に応じた電流を電子デバイスに供給する正相電流源とを有してよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る増幅回路１００の構成の一例を示す図である。増幅回路１００は、与えられる入力電圧を増幅して外部の負荷に出力する回路であって、増幅器１０、及び正相電流源２０を備える。

増幅器１０は、例えばエミッタフォロワ回路、差動増幅回路等の増幅器であり、入力電圧Ｖ_ｉｎを受け取り、所定の増幅率で増幅した出力電圧（Ｖ_ｏｕｔ）を外部の負荷２００に出力する。

正相電流源２０は、増幅器１０が負荷２００に供給するべき出力電流（Ｉ_ｏｕｔ）の少なくとも一部を、出力電圧に応じて生成し、負荷２００に供給する。つまり、正相電流源２０は、出力電圧の増減に応じて増減する電流を生成し、負荷２００に供給する。このような構成により、増幅器１０が負荷２００に供給する電流（Ｉ_ｏ）の、出力電圧の増減に応じた変動を減少することができる。このため、入力電圧の変動により生じる出力電圧の歪みを低減することができる。

正相電流源２０は、負荷２００に対して増幅器１０と並列に設けられた正相交流電流源２４、正相直流電流源２２、及び反転回路２６を有する。正相直流電流源２２は、出力電圧の直流成分に応じて負荷２００に供給されるべき電流の少なくとも一部を生成して負荷２００に供給する（Ｉ_２）。このような構成により、増幅器１０の負担を小さくすることができる。また、接続される負荷２００の入力インピーダンスが十分大きく、大きな直流バイアス電流を供給する必要が無い場合には、増幅回路１００は、正相直流電流源２２を備えなくともよい。

正相交流電流源２４は、出力電圧の交流成分に応じて負荷２００に供給されるべき電流の少なくとも一部を生成して負荷２００に供給する（Ｉ_１）。反転回路２６は、出力電圧の交流成分を反転した信号を正相交流電流源２４に供給し、正相交流電流源２４は、反転回路２６から与えられる電圧に応じた電流を生成する。例えば増幅器１０が正の出力電圧を負荷２００に供給する場合において、出力電圧の交流成分が増加した場合、正相交流電流源２４は、負荷２００に供給する電流（Ｉ_１）を増加させ、出力電圧の交流成分が減少した場合、正相交流電流源２４は、負荷２００に供給する電流を減少させる。

また、正相交流電流源２４は、出力電圧の変動に応じて変動する、負荷２００に供給される出力電流の変動分の電流を生成してもよい。この場合、増幅器１０が出力する電流の変動を略零にすることができ、出力電圧の歪みを無くすことができる。ここで、接続される負荷２００の入力インピーダンスは既知であることが好ましい。正相交流電流源２４は、負荷２００の入力インピーダンスと、出力電圧の変動に基づいて、出力電流の変動分を算出し、当該変動分の電流を生成する。

また、正相電流源２０は、出力電圧（Ｖ_ｏｕｔ）に応じて負荷２００に供給されるべき出力電流（Ｉ_ｏｕｔ）に略等しい電流を負荷２００に供給することが好ましい。この場合、正相直流電流源２２は、出力電流の直流成分と略等しい電流を生成し、正相交流電流源２４は、出力電流の交流成分と略等しい電流を生成する。

以上説明したように、本例における増幅回路１００によれば、増幅器１０が出力する出力電圧の歪みを低減し、又は略零とすることができる。また、負荷２００に大電流を供給する必要が有る場合であっても、増幅器１０の負担を低減し、又は略零とすることができる。

図２は、増幅回路１００の構成の他の例を示す図である。本例における増幅回路１００は、増幅器１０、正相電流源２０、及び逆相電流源４０を備える。本例における増幅器１０は、正相出力電圧（Ｖ_ｏｕｔ）を負荷２００−１に出力し、逆相出力電圧（−Ｖ_ｏｕｔ）を負荷２００−２に出力する差動増幅器である。

正相電流源２０は、負荷２００−１に対して、増幅器１０の正相出力端と並列に設けられた正相直流電流源２２及び正相交流電流源２４を有する。正相直流電流源２２は、図１において説明した正相直流電流源２２と同一の機能を有し、正相出力電圧の直流成分に応じて負荷２００に供給されるべき電流の少なくとも一部を負荷２００に供給する。また正相交流電流源２４は、増幅器１０の正相出力電圧の交流成分に応じて負荷２００に供給されるべき電流の少なくとも一部を、逆相出力電圧の交流成分に基づいて生成し、負荷２００−１に供給する。このような構成により、図１において説明した正相電流源２０と同様に、負荷２００−１に供給するべき正相出力電流（Ｉ_ｏｕｔ）の少なくとも一部を負荷２００−１に供給し、増幅器１０が出力する正相電流（Ｉ_ｏ）の変動を低減し、増幅器１０が出力する正相出力電圧の歪みを低減することができる。

逆相電流源４０は、負荷２００−２に対して、増幅器１０の逆相出力端と並列に設けられた逆相直流電流源４２及び逆相交流電流源４４を有する。逆相直流電流源４２は、正相直流電流源２２と同様に、負荷２００−２に供給するべき逆相出力電流（−Ｉ_ｏｕｔ）の直流成分の少なくとも一部を、負荷２００−２に供給する。これにより、増幅器１０の負担を低減することができる。

逆相交流電流源４４は、増幅器１０の逆相出力電圧の交流成分に応じて負荷２００−２に供給されるべき電流を、増幅器１０の正相出力電圧の交流成分に基づいて生成し、電流を負荷２００−２に供給する。逆相交流電流源４４の動作は、正相交流電流源２４の動作と略同一である。このような構成により、正相電流源２０と同様に、負荷２００−２に供給するべき逆相出力電流（−Ｉ_ｏｕｔ）の少なくとも一部を負荷２００−２に供給し、増幅器１０が出力する逆相電流（−Ｉ_ｏ）の変動を低減し、増幅器１０が出力する逆相出力電圧の歪みを低減することができる。

また、本例における増幅回路１００によれば、正相交流電流源２２及び逆相交流電流源４４のそれぞれが、互いに逆相の出力電圧に応じて電流を生成するため、増幅回路１００の出力にノイズが生じた場合であっても、当該ノイズを低減することができる。

図３は、正相交流電流源２４及び逆相交流電流源４４の構成の一例を示す図である。正相交流電流源２４は、正相電流源抵抗３０及び正相電流源トランジスタ２８を有する。正相電流源抵抗３０は、増幅器１０の正相出力端に接続される負荷２００−１のインピーダンスＲ _Ｌ１ と略等しいインピーダンスを有する。正相電流源トランジスタ２８は、ベース端子に逆相出力電圧の交流成分を受け取り、コレクタ端子が負荷２００−１及び増幅器１０の正相出力端に接続され、エミッタ端子が正相電流源抵抗３０を介して接地電位に接続される。このような構成により、正相出力電流の交流成分を、逆相出力電圧に基づいて生成することができる。

また、逆相交流電流源４４は、逆相電流源抵抗５０及び逆相電流源トランジスタ４８を有する。逆相電流源抵抗５０は、増幅器１０の逆相出力端に接続される負荷２００−２のインピーダンスＲ_Ｌ２と略等しいインピーダンスを有する。逆相電流源トランジスタ４８は、ベース端子に正相出力電圧の交流成分を受け取り、コレクタ端子が負荷２００−２及び増幅器１０の逆相出力端に接続され、エミッタ端子が逆相電流源抵抗５０を介して接地電位に接続される。このような構成により、逆相出力電流の交流成分を、正相出力電圧に基づいて生成することができる。

また、本例において正相電流源抵抗３０及び逆相電流源抵抗５０は、それぞれの負荷のインピーダンスと略等しいインピーダンスを有しているが、他の例においては、負荷のインピーダンスより小さいインピーダンスを有していてもよい。このような構成であっても、負荷のインピーダンスと電流源抵抗のインピーダンスの比に応じて、増幅器１０が出力する電流の変動を低減することができる。また、増幅回路１００は、入力インピーダンスが１００Ω以下の負荷に出力電圧を供給する回路であってよい。図１から図３において説明した増幅回路１００は、低インピーダンスの負荷系に電圧を供給する場合に特に有用である。

図４は、本発明の他の実施形態に係る試験装置３００の構成の一例を示す図である。試験装置３００は、半導体回路等の電子デバイスを試験する装置であって、パターン発生器３１０、波形成形器３２０、入力部３３０、タイミング発生器３４０、及び判定部３５０を備える。

パターン発生器３１０は、電子デバイス４００を試験するための試験パターンを生成する。ここで試験パターンとは、例えば１又は０の数値の配列である。波形成形器３２０は、試験パターンに基づいて、電子デバイス４００に入力する試験信号を生成する。例えば波形成形器３２０は、クロック信号に基づくタイミングで、試験パターンに応じて電圧レベルが変化する試験信号を生成する。

入力部３３０は、試験信号を受け取り、所定の増幅率で増幅した出力電圧を電子デバイス４００に出力する。入力部３３０は、図１から図３において説明した増幅回路１００を用いて出力電圧を生成してよい。

判定部３５０は、電子デバイス４００が試験信号に応じて出力する出力信号に基づいて、電子デバイスの良否を判定する。例えば判定部３５０は、出力信号と、パターン発生器３１０から与えられる期待値信号とを比較することにより、電子デバイス４００の良否を判定する。本例における試験装置３００によれば、電子デバイス４００に与える出力電圧を精度よく生成することができるため、電子デバイス４００の試験を精度よく行うことができる。

また、試験装置３００は、試験装置３００の内部の信号の伝送に、図１から図３において説明した増幅回路１００を用いてもよい。例えば、試験装置３００の内部に所定の長さ以上の伝送線路を有する場合、増幅回路１００を用いて当該伝送線路を伝送する信号を増幅して伝送させてよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

以上から明らかなように、本発明によれば、増幅器が出力する出力電圧の歪みを低減し、又は略零とすることができる。また、負荷に大電流を供給する必要が有る場合であっても、増幅器の負担を低減し、又は略零とすることができる。

本発明の実施形態に係る増幅回路１００の構成の一例を示す図である。 増幅回路１００の構成の他の例を示す図である。 正相交流電流源２４及び逆相交流電流源４４の構成の一例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る試験装置３００の構成の一例を示す図である。

符号の説明

１０・・・増幅器、２０・・・正相電流源、２２・・・正相直流電流源、２４・・・正相交流電流源、２６・・・反転回路、２８・・・正相電流源トランジスタ、３０・・・正相電流源抵抗、４０・・・逆相電流源、４２・・・逆相直流電流源、４４・・・逆相交流電流源、４８・・・逆相電流源トランジスタ、５０・・・逆相電流源抵抗、２００・・・負荷、３００・・・試験装置、３１０・・・パターン発生器、３２０・・・波形成形器、３３０・・・入力部、３４０・・・タイミング発生器、３５０・・・判定部、４００・・・電子デバイス

Claims (4)

1. 与えられる入力電圧を増幅して外部の負荷に出力する増幅回路であって、
   前記入力電圧を受け取り、所定の増幅率で増幅した正相出力電圧および逆相出力電圧を前記負荷に出力する差動増幅器と、
   前記正相出力電圧を前記負荷に伝送する正相配線と、
   前記逆相出力電圧を前記負荷に伝送する逆相配線と、
   前記逆相配線を伝送する前記逆相出力電圧を受け取り、受け取った前記逆相出力電圧に応じた電流を、前記正相配線を介して前記負荷に供給する正相電流源と、
   前記正相配線を伝送する前記正相出力電圧を受け取り、受け取った前記正相出力電圧に応じた電流を、前記逆相配線を介して前記負荷に供給する逆相電流源と
   を備え、
   前記正相電流源は、
   前記負荷に対して前記差動増幅器と並列に設けられ、前記正相出力電圧の直流成分に応じて前記負荷に供給されるべき電流の少なくとも一部を前記負荷に供給する正相直流電流源と、
   前記負荷に対して前記差動増幅器と並列に設けられ、前記正相出力電圧の交流成分に応じて前記負荷に供給されるべき電流の少なくとも一部を前記負荷に供給する正相交流電流源と
   を有し、
   前記逆相電流源は、
   前記負荷に対して前記差動増幅器と並列に設けられ、前記逆相出力電圧の直流成分に応じて前記負荷に供給されるべき電流の少なくとも一部を前記負荷に供給する逆相直流電流源と、
   前記負荷に対して前記差動増幅器と並列に設けられ、前記逆相出力電圧の交流成分に応じて前記負荷に供給されるべき電流の少なくとも一部を前記負荷に供給する逆相交流電流源とを有し、
   前記正相交流電流源は、
   正相電流源抵抗と、
   ベース端子に前記逆相出力電圧の交流成分を受け取り、コレクタ端子が前記正相配線に接続され、エミッタ端子が前記正相電流源抵抗を介して接地電位に接続される正相電流源トランジスタと
   を有し、
   前記逆相交流電流源は、
   逆相電流源抵抗と、
   ベース端子に前記正相出力電圧の交流成分を受け取り、コレクタ端子が前記逆相配線に接続され、エミッタ端子が前記逆相電流源抵抗を介して接地電位に接続される逆相電流源トランジスタと
   を有する
   増幅回路。
2. 前記正相電流源抵抗は、前記負荷と略等しいインピーダンスを有し、
   前記逆相電流源抵抗は、前記負荷と略等しいインピーダンスを有する
   請求項１に記載の増幅回路。
3. 入力インピーダンスが１００Ω以下の前記負荷に前記出力電圧を供給する
   請求項１または２に記載の増幅回路。
4. 電子デバイスを試験する試験装置であって、
   前記電子デバイスを試験するための試験パターンを生成するパターン発生器と、
   前記試験パターンに基づいて、前記電子デバイスに入力する試験信号を生成する波形成形器と、
   前記電子デバイスの入力端に接続され、前記試験信号を前記電子デバイスに供給する入力部と、
   前記電子デバイスが前記試験信号に応じて出力する出力信号に基づいて、前記電子デバイスの良否を判定する判定部と
   を備え、
   前記入力部は、
   前記試験信号を前記入力電圧として受け取り、前記電子デバイスを前記負荷として動作する請求項１から３のいずれか一項に記載の増幅回路を有する
   ことを特徴とする試験装置。

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