特許 7357462 電流計及び電流測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-28

(45)【発行日】2023-10-06

(54)【発明の名称】電流計及び電流測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 19/00 20060101AFI20230929BHJP

   H03F 1/34 20060101ALN20230929BHJP

【ＦＩ】

G01R19/00 B

H03F1/34

【請求項の数】 5

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019087809

(22)【出願日】2019-05-07

(65)【公開番号】P2019200203

(43)【公開日】2019-11-21

【審査請求日】2022-04-26

(31)【優先権主張番号】62/666510

(32)【優先日】2018-05-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/401470

(32)【優先日】2019-05-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】505436014

【氏名又は名称】ケースレー・インスツルメンツ・エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】Ｋｅｉｔｈｌｅｙ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(74)【代理人】

【識別番号】110001209

【氏名又は名称】特許業務法人山口国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ウェイン・シー・ゲーク

(72)【発明者】

【氏名】ジェームズ・エイ・ニーマン

【審査官】永井 皓喜

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－９３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－８７０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－１２６８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５０－６５３４１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００５－９４５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－２３３４７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ １９／００

Ｇ０１Ｒ １５／００

Ｇ０１Ｒ １／２０

Ｇ０１Ｒ ３１／２８

Ｇ０１Ｒ ３１／００

Ｈ０３Ｆ １／００

Ｈ０３Ｆ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１入力端子、第２入力端子及び出力端子を有すると共に上記第１入力端子及び上記第２入力端子において入力インピーダンスを有する演算増幅器と、
該演算増幅器の上記出力端子と上記第１入力端子との間に電気的に結合され、第１非線形デバイスを含むフィードバック・パスと、
上記演算増幅器の上記第１入力端子と上記演算増幅器の上記出力端子とに電気的に結合される増幅器と、
該増幅器の上記出力端子と上記演算増幅器の上記第２入力端子との間に電気的に結合される抵抗器及び第２非線形デバイスとを具え、
該抵抗器の抵抗値がおおよそ上記入力インピーダンスと等しいか又は上記入力インピーダンスの倍数である電流計。

【請求項2】

上記抵抗器は、第１抵抗器であり、
上記フィードバック・パスが、
第２抵抗器と、
該第２抵抗器と直列で上記第１非線形デバイスと並列な第３抵抗器と
を更に有する請求項１の電流計。

【請求項3】

上記増幅器の上記出力端子に電気的に結合されると共に上記第２非線形デバイスに並列な第４抵抗器と、
上記第１抵抗器及び上記第４抵抗器に電気的に結合されると共に上記第４抵抗器と直列な第５抵抗器と
を更に具える請求項２の電流計。

【請求項4】

被試験デバイスを通って流れる電流を測定する方法であって、
上記被試験デバイスを通って流れる上記電流を表す入力信号を受ける処理と、
第１非線形デバイスにかかる出力電圧を生成する処理と、
抵抗器と直列な第２非線形デバイスを有する制御回路を供給する処理と
を具え、
上記制御回路は、上記第２非線形デバイスにかかる電圧を上記出力電圧と等しくなるよう強制するよう構成されると共に、入力抵抗値を上記抵抗器の抵抗値に比例するよう制御するよう構成される方法。

【請求項5】

上記出力電圧が、演算増幅器のフィードバック・パス中の上記第１非線形デバイスを横断して生成される請求項４の電流を測定する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、電流測定装置に関し、特に、電流計及び電流測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ソース・メジャー・ユニット（Source Measure Unit：SMU）は、半導体製品の試験を含む多くの分野で、正確な測定を行うために利用されている。典型的なＳＭＵの構造では、電圧源又は電流源があり、電圧及び電流測定機能が組み込まれている。被試験デバイス（ＤＵＴ）をＳＭＵに結合して、電圧源又は電流源で刺激することができる。ＤＵＴを流れる電流を測定できる方法にはいくつかある。例えば、単純に検出抵抗器（sense resistor）にかかる電圧を検出するのに、シャント（分流）電流計を用いても良い。

【0003】

図１は、単純に、抵抗器Ｒｓ１０２にかかる電圧を検出する従来のシャント電流計１００の基本的なブロック図である。この例では、入力信号に対する大きな負担電圧（Burden voltage）が生じないように、Ｒｓ１０２を小さく維持しなければならない。低ノイズ利得段増幅器１０４は、負担電圧を増幅するので、これを測定できる。入力から見たインピーダンスは、Ｒｓである。

【0004】

フィードバック電流計は、抵抗器を通して入力回路から引き出すのに、通常、高利得演算増幅器（オペアンプ）を利用する。オペアンプは、その高ＤＣ利得（例えば、典型的には、１００万より大きい）のために、負担電圧を低く維持する。これは、抵抗をより大きいものとするのを可能にし、それによって、出力信号をより大きいものにできる。

【0005】

図２は、抵抗器Ｒｓを通して入力回路から引き出すための高利得演算増幅器（オペアンプ）２０２を有するフィードバック電流計２００の基本回路ブロック図である。オペアンプ２０２は、その高ＤＣ利得（例えば、典型的には、１００万より大きい）のために、負担電圧を低く維持する。これは、抵抗器Ｒｓ２０４の抵抗をより大きいものとするのを可能にし、それによって、出力信号をより大きいものにできる。しかし、オペアンプ２０２の高利得は、比較的低い周波数でロールオフを始める。加えて、これは、高周波数での負担電圧を増加させる。もし入力部が容量性である場合、これは、フィードバック電流計２００をリンギングさせるか、又は、発振さえさせることがある。入力から見たインピーダンスは、Ｒｓ／Ａであり、従って、高周波数で利得がロールオフするにつれて、インピーダンスがロールアップして入力部が誘導性のように見える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１４－０８７０６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

図１に示すようなシャント電流計については、入力信号に対する大きな負担電圧が生じないように、検出抵抗器の抵抗を小さく維持しなければならない。負担電圧を測定できるように負担電圧を増幅する低ノイズ利得段が必要となる。

【0008】

図２に示すようなフィードバック電流計については、そのオペアンプの高利得が比較的低い周波数でロールオフを始め、高周波数で負担電圧も増加させる。もし入力部が容量性である場合、フィードバック電流計をリンギングさせるか、又は、発振さえさせることがある。

【0009】

本開示の実施形態は、これら及び従来の欠点を解決しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

以下では、本願で開示される発明の理解に有益な実施例が提示される。本発明の実施形態は、以下で記述する実施例の１つ以上及び任意の組み合わせを含んでいても良い。

【0011】

実施例１は、電流計であって、抵抗器と、該抵抗器の抵抗値とおおよそ等しい入力抵抗値を有する入力部と、上記抵抗器と直列な第１非線形デバイスと、上記入力部に電気的に結合された第２非線形デバイスとを具えている。

【0012】

実施例２は、実施例１の電流計であって、このとき、上記第１非線形デバイス及び上記第２非線形デバイスの夫々は、並列なダイオードの対である。

【0013】

実施例３は、実施例１及び２のいずれかの電流計であって、このとき、上記第１非線形デバイス及び上記第２非線形デバイスの夫々は、クランプ回路（clamping circuit）である。

【0014】

実施例４は、実施例３の電流計であって、このとき、上記クランプ回路は、スイッチ又は並列なダイオードの対である。

【0015】

実施例５は、実施例１から４のいずれかの電流計であって、入力端子及び出力端子を有する演算増幅器と、上記演算増幅器の上記出力端子及び上記入力端子間に電気的に結合され、上記第１非線形デバイスを含むフィードバック・パスとを更に具え、上記抵抗器が上記演算増幅器の上記入力端子に電気的に結合され、上記第２非線形デバイスが上記演算増幅器の上記出力端子に電気的に結合されている。

【0016】

実施例６は、実施例５の電流計であって、上記フィードバック・パス中の第１コンデンサと、上記増幅器の上記出力端子に電気的に結合された第２コンデンサとを更に具え、上記第１コンデンサ及び上記第２コンデンサが、おおよそ同じ容量を有している。

【0017】

実施例７は、実施例５又は６のいずれかの電流計であって、このとき、上記フィードバック・パスが第３非線形デバイスを含んでいる。

【0018】

実施例８は、実施例７の電流計であって、このとき、上記第３非線形デバイスは、上記第１非線形デバイスと直列である。

【0019】

実施例９は、実施例５から８のいずれかの電流計であって、このとき、上記抵抗器は、第１抵抗器であり、上記フィードバック・パスが、第２抵抗器と、該第２抵抗器と直列で上記第１非線形デバイスと並列な第３抵抗器とを更に含んでいる。

【0020】

実施例１０は、実施例９の電流計であって、上記増幅器の上記出力端子に電気的に結合されると共に上記第１非線形デバイスに並列な第４抵抗器と、上記第１抵抗器及び上記第４抵抗器に電気的に結合されると共に上記第４抵抗器と直列な第５抵抗器とを更に具えている。

【0021】

実施例１１は、実施例１から１０のいずれかの電流計であって、このとき、該電流計の動作中、該電流計の入力抵抗値が、全ての周波数において、上記抵抗器の抵抗値におおよそ等しい。

【0022】

実施例１２は、試験測定装置であって、被試験デバイスからの電流を受けるよう構成される入力ポートと、上記被試験デバイスからの上記電流を測定するよう構成される請求項１の上記電流計とを具えている。

【0023】

実施例１３は、電流計であって、第１入力端子、第２入力端子及び出力端子を有すると共に上記第１入力端子及び上記第２入力端子において入力インピーダンスを有する演算増幅器と、該演算増幅器の上記出力端子と上記第１入力端子との間に電気的に結合され、第１非線形デバイスを含むフィードバック・パスと、上記演算増幅器の上記入力端子と上記演算増幅器の上記出力端子とに電気的に結合される増幅器と、該増幅器の出力端子に電気的に結合される第２非線形デバイスと、該第２コンデンサと上記演算増幅器の上記第２入力端子との間に電気的に結合される抵抗器とを具え、該抵抗器の抵抗値がおおよそ上記入力インピーダンスと等しいか又は上記入力インピーダンスの倍数である。

【0024】

実施例１４は、実施例１３の電流計であって、このとき、上記フィードバック・パスが第３非線形デバイスを含んでいる。

【0025】

実施例１５は、実施例１４の電流計であって、このとき、上記第３非線形デバイスが、上記第１非線形デバイスと直列である。

【0026】

実施例１６は、実施例１３から１５のいずれかの電流計であって、このとき、上記抵抗器は第１抵抗器であり、上記フィードバック・パスが、第２抵抗器と、該第２抵抗器と直列で、上記第１非線形デバイスと並列な第３抵抗器とを更に有している。

【0027】

実施例１７は、実施例１６の電流計であって、上記増幅器の上記出力端子に電気的に結合されると共に上記第１非線形デバイスと並列な第４抵抗器と、上記第１抵抗器と上記第４抵抗器に電気的に結合されると共に上記第４抵抗器と直列な第５抵抗器とを更に有している。

【0028】

実施例１８は、被試験デバイスを通って流れる電流を測定する方法であって、この方法は、上記被試験デバイスを通って流れる上記電流を表す入力信号を受ける処理と、第１非線形デバイスにかかる出力電圧を生成する処理と、抵抗器と直列な第２非線形デバイスを有する制御回路を供給する処理とを具え、上記制御回路は、上記第２非線形デバイスにかかる電圧を上記出力電圧に強制し、入力抵抗値を上記抵抗器の抵抗値に比例するよう制御するよう構成される。

【0029】

実施例１９は、実施例１８の方法であって、このとき、上記出力電圧は、演算増幅器のフィードバック・パス中の上記第１非線形デバイスを横断して生成される。

【0030】

実施例２０は、実施例１８及び１９のいずれかの方法であって、上記第１非線形デバイスを通って流れる電流は、上記抵抗器も流れる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１は、単純に抵抗器Ｒｓにかかる電圧を検出するよう構成された従来のシャント電流計の例を示す。

【図2】図２は、高利得オペアンプを使い、抵抗器Ｒｓを通して入力回路から引き出すように構成された従来のフィードバック電流計の例を示す。

【図3】図３は、本発明のある実施形態によるダイオード・アクティブ・シャント電流計回路の第１例を示す。

【図4】図４は、本発明のある実施形態によるダイオード・アクティブ・シャント電流計回路の第２例を示す。

【図5】図５は、複数のレンジがあるダイオード・アクティブ・シャント電流計回路の例を示す。

【図6】図６は、本発明のある実施形態によるダイオード・アクティブ・シャント電流計回路の第３例を示す。

【図7】図７は、本発明のある実施形態によるダイオード・アクティブ・シャント電流計回路の別の例を示す。

【図8】図８は、本発明のある実施形態によるダイオード・アクティブ・シャント電流計回路の別の例を示す。

【図9】図９は、本発明のある実施形態によるダイオード・アクティブ・シャント電流計回路の別の例を示す。

【図10】図１０は、本発明のある実施形態による、非線形デバイスとしてトランジスタを有するダイオード・アクティブ・シャント電流計回路の例を示す。

【図11】図１１は、本発明のある実施形態によるダイオード・アクティブ・シャント電流計回路の例を示す。

【図12】図１２は、本発明のある実施形態による試験測定ユニットのブロック図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本発明の実施形態は、概して、電気測定装置に関し、特に、電流測定に使用するアクティブ・シャント電流計の回路構造に関する。こうした電流計は、デジタル・マルチメータ（ＤＭＭ）やソース・メジャー・ユニット（ＳＭＵ）を含む測定製品のサブ・コンポーネントであることが多い。被試験デバイス（ＤＵＴ）を通る電流を測定できる方法は、いくつかある。

【0033】

本発明の実施形態は、図１及び２の電流計の様々な課題に取り組むものである。図３は、本発明の実施形態によるダイオード・アクティブ・シャント電流計回路３００の第１の例を示す。オプションのオペアンプ３０２には、オペアンプ３０２の入力及び出力間に電気的に結合された、非線形デバイスＤ_Ｓ３０４及びコンデンサＣ_Ｓ３０６を有するフィードバック・パスがあっても良い。非線形デバイスＤ_Ｓ３０４及びコンデンサＣ_Ｓ３０６は、並列である。差動増幅器３０８の入力もフィードバック・パスに電気的に結合される。差動増幅器３０８の出力は、オプションのコンデンサＣ_２３１２及び非線形デバイスＤ_２３１４に接続されるが、これらは並列である。抵抗器Ｒ_０３１６及び増幅器３１８の両方は、オペアンプ３０２の入力に加えて、並列なコンデンサ３１２及び非線形デバイス３１４に電気的に結合される。コンデンサＣ_Ｓ３０６及びＣ_２３１２は、非線形デバイスＤ_Ｓ３０４及びＤ_２３１４の容量であるか、又は、追加された増設の容量であっても良い。

【0034】

非線形デバイス３０４及び３１４の夫々は、図３の実施形態では、ダイオードの対として示されているが、本開示の実施形態は、ダイオードの対に限定されず、区分線形（piece-wise linear）回路及びバイポーラ・トランジスタ（これらに限定されないが）のような任意の非線形デバイスが使用されても良い。実施形態によっては、ダイオードの対ではなく、電流の１極性を測定するよう単一のダイオードのみを使用しても良い。

【0035】

図３の実施形態では、２つの非線形デバイスＤ_Ｓ３０４及びＤ_２３１４の夫々が、これらの電流が小さいときに大きなΔＶ／ΔＩ（即ち、接線抵抗：tangential resistance）を有することになり、また、これらの電流が大きいときに小さな接線抵抗を有することになろう。抵抗器Ｒ_０３１６の抵抗値で割り算した非線形デバイスＤ_２３１４の接線抵抗は、非線形デバイスＤ_Ｓ３０４の接線抵抗に作用する小さな信号利得を設定する。この利得は、回路３００を流れる電流と共に変化する。もしＲ_０Ｃ_Ｓが、オペアンプ３０２の利得帯域幅（Ｇ）に渡って１に等しくなるよう調整されるか又は選択されるなら、非線形デバイスＤ_Ｓ３０４の接線抵抗は、Ｄ_２３１４の接線抵抗とＲ_０３１６の比で設定される利得からオペアンプ３０２の利得がロールオフを始めるのと同じ周波数において、コンデンサＣ_Ｓ３０６のインピーダンスに等しいであろう。

【0036】

このように、オペアンプの利得は、周波数増加と共に減少するので、オペアンプ３０２のフィードバック・パス（非線形デバイスＤ_Ｓ３０４と並列なＣ_Ｓ３０６）のインピーダンスは、同じ比率で減少していく。よって、入力インピーダンスＲ_ｉｎは、オペアンプの周波数帯域に渡って一定であり、この関係は、入力電流の全ての作動する値について維持される。回路３００は、一定の入力インピーダンスＲ_ｉｎとしつつ、入力電流のログ（log：対数）を出力し、複数桁（many decades：１０の複数倍の範囲）の入力電流を扱うことができる。

【0037】

この回路３００は、数式１及び２に示されるダイオード・モデルに基づいている。

【0038】

【数1】

【0039】

【数2】

【0040】

以下の複数の数式に示されるように、数式１及び２のダイオード・モデルと図３に示される回路とに基づいて、入力抵抗は、おおよそＲ_０に等しく、これは、回路の入力部が抵抗性であることを意味し、回路に安定性を提供する。

【0041】

【数3】

【0042】

【数4】

【0043】

【数5】

【0044】

図３の回路の動作中、非線形デバイスＤ_Ｓ３０４を横断する電流の測定が行われても良い。

【0045】

図４は、本発明のある実施形態によるダイオード・アクティブ・シャント電流計回路４００の第２の例を示す。この例では、回路４００は、区分線形（piecewise linear）回路であっても良い。回路４００には、オペアンプ４０２があり、これには、フィードバック・パスがあっても良い。フィードバック・パスには、直列の２つの抵抗器Ｒ_１４０４及びＲ_２４０６があっても良い。抵抗器Ｒ_２４０６には、これと並列な非線形デバイスＤ_１４０８がある。フィードバック・パスには、２つの抵抗器Ｒ_１４０４及びＲ_２４０６と並列なコンデンサＣ_１４１０もある。

【0046】

増幅器４１２は、抵抗器Ｒ_１４０４及びＲ_２４０６の間に電気的に結合されて、電流測定のために、そのポイントにおける電圧を決定する。更に、回路のＶ_１で電圧が測定されても良い。

【0047】

加えて、差動増幅器４１４の入力が、フィードバック・パスに電気的に結合される。差動増幅器４１４の出力は、上記フィードバック・パスと同一の回路に接続される。即ち、この回路には、抵抗器Ｒ_１４１６及びＲ_２４１８、非線形デバイスＤ_１４２０並びにコンデンサＣ_１４２２があり、これらは、抵抗器Ｒ_１４０４及びＲ_２４０６、非線形デバイスＤ_１４０８並びにコンデンサＣ_１４１０と同一であり、まったく同じ配置にされている。抵抗器Ｒ_０３１６及び増幅器３１８は、両方とも、オペアンプ４０２の入力に加えて、コンデンサ４２２及び抵抗器４１６に電気的に結合されている。

【0048】

回路４００には、図３の回路３００と同様に、抵抗器Ｒ_０３１６及び増幅器３１８もあり、そのため、これらコンポーネントについては、図４に関して、ここでは更なる説明はしない。図３に示された回路３００と同様に、この例では、回路４００は、次の通りである。

【0049】

【数6】

【0050】

【数7】

【0051】

回路４００では、非線形デバイスＤ_１４０８及び４２０の夫々は、図４に示すような１対のダイオードのようなクランプ・デバイス（Clamping Device）であるか又はスイッチである。抵抗器Ｒ_１４０４及びＲ_２４０６の夫々は、異なる抵抗値を有している。一般に、ダイオードは、電圧がしきい値よりも大きいときにオンになる。従って、回路４００の動作中、もし電流が、非線形デバイスＤ_１４０８がオンになるほど十分に大きければ、抵抗器Ｒ_２４０６が飽和し、よって、Ｒ_１にかかる電圧は、電流の正確な測定値となる。もし電流が、非線形デバイスＤ_１４０８がオンになるには小さ過ぎる場合には、Ｒ_２にかかる電圧は、電流の更に正確な測定値となる。電圧Ｖ_１及びＶ_２を読み取れば、電流が求められる。

【0052】

例示的な回路４００には、２つのレンジがあるだけであるが、この回路は、図５に示されるように、複数のレンジを有するように拡張しても良い。回路５００は、Ｎ個のレンジを有することができ、ここでＮは整数である。図４におけるコンポーネントと同様の図５のコンポーネントには、同じ参照番号が付与されており、図５に関して、ここでは更なる説明はしない。

【0053】

図５では、２つの抵抗器Ｒ_１４０４及びＲ_２４０６だけがあるのではなく、Ｎ個の抵抗器が用意され、夫々がその抵抗器と並列なクランプ・デバイスを有している。例えば、図５では、並列な非線形デバイスＤ_Ｎ－１５０４を伴う抵抗器Ｒ_Ｎ５０２を示している。差動増幅器４１４の後の回路は、上記フィードバック・パスと同じなので、やはり、夫々が並列なクランプ・デバイスを有するＮ個の抵抗器が用意され、差動増幅器４１４の出力に電気的に結合される。例えば、図５は、並列な非線形デバイスＤ_Ｎ－１５０８を伴う第Ｎ抵抗器Ｒ_Ｎ５０６を示している。

【0054】

抵抗器Ｒ_１４０４、Ｒ_２４０６及びＲ_Ｎ５０２の夫々は、異なる抵抗値を有する。例えば、Ｎを３とすれば、Ｒ_１４０４を１０オームとし、Ｒ_２４０６を１００オームとし、Ｒ_３を１０００オームとしても良い。また、この例では、電圧制限デバイスＤ_１４０８及びＤ_Ｎ－１５０４が０.６Ｖでオンすることが仮定されてもよい。もし電流が１ｍＡなら、Ｒ_３５０２を横断して１Ｖが現れて、非線形デバイスＤ_２５０４はオンになるだろうし、もって、電流が抵抗器Ｒ_３５０２の周りを巡るようになる。抵抗器Ｒ_１４０４は、１０オームしかないので、ノイズが比較的多い測定であり、電流測定は、Ｒ_２４０６にかかる電圧に基づいて行われても良い。もし電流が１００ｍＡへ急に変化（ジャンプ）すると、Ｒ_１４０４には、ある電圧が生じ、他の２つの抵抗器Ｒ_２４０６及びＲ_３５０２は飽和するであろうことから、電流を求めるのにＲ_１４０４にかかる電圧を利用できる。これは、回路５００に対数関数的な動作（logarithmic behavior）を生成させ、あらゆる様々な大きさの電流において、より正確な電流測定値を生成できる。実施形態によっては、回路中の複数の抵抗器の抵抗値は、上述したように、１０の倍数で選択されても良い。

【0055】

図６は、本発明のある実施形態によるダイオード・アクティブ・シャント電流計回路６００の別の例を示す。この例は、図３に関して上述したものと同様のコンポーネントを含む。従って、これらコンポーネントには、同じ参照番号を付与し、ここでは、更に詳細には説明しない。

【0056】

回路６００では、非線形デバイスＤ_２３１４の個数よりも多数の非線形デバイスＤ_Ｓ３０４をフィードバック・パス中に用意しても良い。図３に示す例では、２つの非線形デバイスＤ_Ｓ３０４が設けられ、そして、１つの非線形デバイスＤ_２３１４が設けられる。回路の入力インピーダンスＲ_ｉｎ間の関係をＲ_０の比率であるようにする。例えば、回路６００では、上述の数式１及び２で示されるダイオード・モデルを用いて、Ｒ_ｉｎは、以下の数式８から１１で示されるように、Ｒ_０の半分に等しい。

【0057】

【数8】

【0058】

【数9】

【0059】

【数10】

【0060】

【数11】

【0061】

しかしながら、本開示の実施形態は、図６に示される実施形態に限定されない。異なる個数の非線形デバイスＤ_S３０４及び非線形デバイスＤ_２３１４を用意して、Ｒ_０に対するＲ_ｉｎの比率を変更しても良い。更に、複数の非線形デバイスＤ_S３０４は、並列である必要はなく、直列であっても良い。

【0062】

図７～１０は、本開示の実施形態による他の実施形態のアクティブ・シャント電流計７００、８００、９００及び１０００を夫々示している。アクティブ・シャント電流計７００、８００、９００及び１０００の中の複数のコンポーネントは、図３に関して上述したものと同様であるが、異なる回路にアレンジされている。このため、複数のコンポーネントには、同じ参照番号が付与されている。

【0063】

図７のアクティブ・シャント電流計７００には、オペアンプ３０２の反転入力端子への第１フィードバック・パスと、第２フィードバック・パスとがあり、第２フィードバック・パスは、抵抗器Ｒ_０３１６及び増幅器３１８に加えて、抵抗器Ｒ_０３１６に電気的に結合された非線形デバイスＤ_Ｓ３１４と、加えて、非線形デバイスＤ_Ｓ３０４及びコンデンサ３０６とを含む。非線形デバイスＤ_Ｓ３０４及びコンデンサ３０６は、オペアンプ３０２の入力端子に電気的に結合される。この実施形態では、非線形デバイスＤ_Ｓ３０４を通って流れる電流を求めるのに、Ｖ_Measure７０２で電圧が測定されても良い。図３と同様に、もしＲ_０Ｃ_Ｓが、利得帯域幅に渡って１であるように設定されるか又は選択されると、入力インピーダンスＲ_ｉｎは、おおよそＲ_０に等しい。

【0064】

図７のアクティブ・シャント電流計と同様に、図８のアクティブ・シャント電流計８００では、オペアンプ３０２は、抵抗器３１６に電気的に結合され、抵抗器３１６は、次いで、非線形デバイスＤ_２３１４及び増幅器３１８に電気的に結合される。増幅器３１８には、ネガティブ・フィードバック・パスがある。非線形デバイスＤ_Ｓ３０４は、オペアンプ３０２の入力端子に接続されると共に、コンデンサＣ_Ｓ３０６と並列である。この実施形態では、電圧が、Ｖ_Measure８０２で測定され、接続された被試験デバイスを通って流れる電流を求めるのに利用されても良い。図３と同様に、もしＲ_０Ｃ_Ｓが、利得帯域幅に渡って１であるように設定されるか又は選択されると、入力インピーダンスＲ_ｉｎは、おおよそＲ_０に等しい。

【0065】

アクティブ・シャント電流計９００は、アクティブ・シャント電流計８００と同様に、コンデンサＣ_Ｓ３０６と並列な非線形デバイスＤ_Ｓ３０４を含んでいても良く、これらは、オペアンプ３０２の入力端子に電気的に結合される。また、オペアンプ３０２の入力端子に電気的に結合されるものとしては、抵抗器３１６と増幅器３１８の出力端子もある。増幅器３１８の一方の入力端子は、抵抗器３０６及び非線形デバイスＤ_２３１４に電気的に結合され、非線形デバイスＤ_２３１４は、グラウンドに電気的に結合される。増幅器３１８の他方の入力端子は、オペアンプ３０２の出力端子に接続される。

【0066】

アクティブ・シャント電流計９００では、電流を求めるために、Ｖ_Measure９０２で電圧測定が行われても良い。他のアクティブ・シャント電流計と同様に、もしＲ_０Ｃ_Ｓが、利得帯域幅に渡って１であるように設定されるか又は選択されると、入力インピーダンスＲ_ｉｎは、おおよそＲ_０に等しい。

【0067】

アクティブ・シャント電流計１０００は、図３に示すダイオードの対Ｄ_Ｓ３０４及びＤ_２３１４に代えて、トランジスタ１００２及び１００３である場合における図３に示す実施形態を示す。更に、図１０には、オプションのコンデンサＣ_２３１２がない。アクティブ・シャント電流計１０００の動作は、図３に示す実施形態と実質的に同等に動作するので、更に詳細には説明しない。こうしたトランジスタは、非線形デバイスとして、上述した任意の実施形態で使用されても良い。

【0068】

図１１は、上述した実施形態に基づく簡略化した回路１１００の例を示す。例えば、図１１に示されるように、非線形デバイスＤ_Ｓ１１０２は、電流計１１００の入力端子１１０４に接続される。図１１では、コンデンサＣ_Ｓ１１０６が示されている。このコンデンサＣ_Ｓ１１０６は、非線形デバイスＤ_２１１０２の寄生容量を表すとしても良い。実施形態によっては、コンデンサＣ_Ｓ１１０６用として、コンデンサを加えても良い。Ｃ_Ｓ１１０６の容量の値がわかっていれば、周波数に対して一定の入力インピーダンスを有するように電流計１１００を設計可能になるだろう。入力端子１１０４は、更に、制御回路１１１０に接続される。制御回路１１１０には、非線形デバイスＤ_２１１１４と直列な抵抗器Ｒ_０１１１２があっても良い。先に詳細に説明したように、電流計中に他のコンポーネントを設けて、異なる機能及び回路のバリエーションを提供しても良い。

【0069】

図１１では、入力電流Ｉ_ｉｎは、非線形デバイスＤ_Ｓ１１０２を通って流れる。制御回路１１１０は、非線形デバイスＤ_Ｓ１１０２にかかる電圧を強制し、これは、非線形デバイスＤ_２１１１４にかかる約Ｖ_ｘ－Ｖ_ｉｎに等しい。非線形デバイスＤ_２１１１４を通って流れる電流は、抵抗器Ｒ_０１１１２も通って流れる。制御回路１１００は、電圧Ｖ_ｉｎ及び電圧Ｖ_ｌｏ間の差が、抵抗器Ｒ_o１１１２にかかる電圧（即ち、Ｖ_ｂ－Ｖ_ａ）に等しくなるように、電圧Ｖ_ｘ及びＶ_ｌｏを制御する。これは、入力抵抗Ｒ_ｉｎが抵抗器Ｒ_o１１１２に比例するという結果をもたらす。

【0070】

図１２は、本開示のいくつかの実施形態による試験測定装置のブロック図を示す。当業者であれば容易に理解されるように、試験測定装置１２００は、図１２に示されていない追加のコンポーネントを含んでも良い。

【0071】

試験測定装置１２００には、１つ以上のポート１２０２があり、これは、任意の電気信号伝達媒体であっても良い。試験測定装置１２００は、上述したように、限定するものではないが、ソース・メジャー・ユニット又はデジタル・マルチメータのような電流を測定できる任意の装置であっても良い。ポート１２０２は、レシーバ、トランスミッタやトランシーバを含んでいても良い。ポート１２０２は、電流計１２０４に結合されても良く、電流計１２０４は、電流計３００、４００、５００若しくは６００のいずれかであるか、又は、もし試験測定装置１２００がソース・メジャー・ユニットであるなら、信号源（ソース）であっても良い。説明を簡単にするため、図１３では、１個のプロセッサ１２０６だけが示されているが、当業者であれば理解されるように、単一のプロセッサ１２０６ではなくて、様々な形式の複数のプロセッサ１２０６を組み合わせて使用しても良い。プロセッサ１２０６は、電流計１２０４に電気的に結合されて、接続された被試験デバイスの電流を測定し、表示し、記憶するのを支援しても良い。

【0072】

１つ以上のプロセッサ１２０６は、メモリ１２０８からの命令を実行するよう構成されても良く、こうした命令によって示される任意の方法や関連する工程を実行しても良い。メモリ１２０８は、プロセッサのキャッシュ、ランダム・アクセス・メモリ（RAM）、読み出し専用メモリ（ROM）、ソリッド・ステート・メモリ、ハード・ディスク・ドライブ、又は、その他のメモリ形式として実現されても良い。メモリ１２０８は、データ、コンピュータ・プログラム・プロダクト及び他の命令を記憶する媒体として動作する。

【0073】

ユーザ入力部１２１０が、１つ以上のプロセッサ１２０６に結合される。ユーザ入力部１２１０には、キーボード、マウス、トラックボール、タッチスクリーンや、その他、表示部１２１２上のＧＵＩと共にユーザが使用できる操作装置があっても良い。表示部１２１２は、ユーザに波形、測定値及び他のデータを表示するためのデジタル・スクリーン、陰極線管ベースの表示装置又は他のモニタであっても良い。試験測定装置１２００のコンポーネントは、試験測定装置１２００内に統合されているとして描かれているが、１２００の当業者には当然ながら、これらコンポーネントのどれもが試験装置１２００の外にあっても良く、そして、何らかの従来のやり方（例えば、有線や無線の通信媒体やメカニズム）で試験装置１２００に結合されても良い。例えば、実施形態によっては、表示部１２１２が、試験測定装置１２００から遠く離れていても良い。

【0074】

本願で説明された実施形態によれば、あらゆる電流レベルで正確で、電流の広いダイナミックレンジが可能になる。これら実施形態によれば、ユーザは、電流計を変更する必要なしに、低及び高の両方の電流において、デバイスを正確に測定できる。例えば、もしデバイスが、突然大きな電流を受けた場合に、その前は低い電流を受けていたとしても、本願で開示される実施形態の電流計は、その低い電流と高い電流の両方を正確に測定できる。

【0075】

本開示では、単数形は、状況的に別段の指示がある場合を除き、複数の指示対象を含む。用語「又は」は、包括的であることを意味し、列挙された項目の中の任意のもの、いくつか又は全てのいずれかを意味する。用語「からなる（comprises）」、「からなっている（comprising）」、「を含む（includes）」、「を含んでいる（including）」又はその他のバリエーションは、非排他的な包含をカバーすることが意図されており、要素のリストからなるプロセス、方法又は製品が、必ずしもこれら要素だけを含むのではなく、明示的に列挙されていないか又はこうしたプロセス、方法、物品又は装置に固有の他の要素を含んでいても良い。相対的な用語、例えば、「約（about）」、「おおよそ（approximately）」、「ほぼ（substantially）」及び「概して（generally）」などは、述べた値又は理解される値の±１０％のあり得るバリエーションを示すのに使用される。

【0076】

本開示の態様は、様々な変更及び代替形態で可能である。特定の態様は、図面に例として示されており、詳細に説明されている。しかしながら、本願に開示された実施例は、説明を明確にする目的で提示されており、明示的に限定されない限り、開示される一般的概念の範囲を本願に記載の具体例に限定することを意図していない。このように、本開示は、添付の図面及び特許請求の範囲に照らして、記載された態様のすべての変更、均等物及び代替物をカバーすることを意図している。

【0077】

明細書における態様、実施例などへの言及は、記載された項目が特定の特徴、構造又は特性を含み得ることを示す。しかしながら、全ての開示される態様は、そうした特定の特徴、構造又は特性を含んでいても良いし、必ずしも含んでいなくても良い。更に、このような言い回しは、特に明記しない限り、必ずしも同じ態様を指しているとは限らない。更に、特定の態様に関連して特定の特徴、構造又は特性が記載されている場合、そのような特徴、構造又は特性は、そのような特徴が他の開示された態様と明示的に関連して記載されているか否かに関わらず、そうした他の開示された態様と関連して使用しても良い。

【0078】

本開示の態様は、特別に作成されたハードウェア、ファームウェア、デジタル・シグナル・プロセッサ又はプログラムされた命令に従って動作するプロセッサを含む特別にプログラムされた汎用コンピュータ上で動作できる。本願における「コントローラ」又は「プロセッサ」という用語は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＡＳＩＣ及び専用ハードウェア・コントローラ等を意図する。本発明の態様は、１つ又は複数のコンピュータ（モニタリング・モジュールを含む）その他のデバイスによって実行される、１つ又は複数のプログラム・モジュールなどのコンピュータ利用可能なデータ及びコンピュータ実行可能な命令で実現できる。概して、プログラム・モジュールとしては、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含み、これらは、コンピュータその他のデバイス内のプロセッサによって実行されると、特定のタスクを実行するか、又は、特定の抽象データ形式を実現する。コンピュータ実行可能命令は、ハードディスク、光ディスク、リムーバブル記憶媒体、ソリッド・ステート・メモリ、ＲＡＭなどのコンピュータ可読記憶媒体に記憶しても良い。当業者には理解されるように、プログラム・モジュールの機能は、様々な実施例において必要に応じて組み合わせられるか又は分散されても良い。更に、こうした機能は、集積回路、ＦＰＧＡなどのようなファームウェア又はハードウェア同等物において全体又は一部を具体化できる。特定のデータ構造を使用して、本開示の１つ以上の態様をより効果的に実施することができ、そのようなデータ構造は、本願に記載されたコンピュータ実行可能命令及びコンピュータ使用可能データの範囲内と考えられる。

【0079】

開示された態様は、場合によっては、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はそれらの任意の組み合わせで実現されても良い。開示された態様は、１つ以上のプロセッサによって読み取られ、実行され得る１つ又は複数のコンピュータ可読媒体によって運搬されるか又は記憶される命令として実現されても良い。そのような命令は、コンピュータ・プログラム・プロダクトと呼ぶことができる。本願で説明するコンピュータ可読媒体は、コンピューティング装置によってアクセス可能な任意の媒体を意味する。限定するものではないが、一例としては、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を含むことができる。

【0080】

コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能な情報を記憶するために使用することができる任意の媒体を意味する。限定するものではないが、例としては、コンピュータ記憶媒体としては、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリやその他のメモリ技術、コンパクト・ディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ-ＲＯＭ）、ＤＶＤ（Digital Video Disc）やその他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置やその他の磁気記憶装置、及び任意の技術で実装された任意の他の揮発性又は不揮発性の取り外し可能又は取り外し不能の媒体を含んでいても良い。コンピュータ記憶媒体としては、信号そのもの及び信号伝送の一時的な形態は排除される。

【0081】

通信媒体は、コンピュータ可読情報の通信に利用できる任意の媒体を意味する。限定するものではないが、例としては、通信媒体には、電気、光、無線周波数（ＲＦ）、赤外線、音又はその他の形式の信号の通信に適した同軸ケーブル、光ファイバ・ケーブル、空気又は任意の他の媒体を含むことができる。

【0082】

開示された主題の上述のバージョンは、記述したか又は当業者には明らかであろう多くの効果を有する。それでも、開示された装置、システム又は方法のすべてのバージョンにおいて、これらの効果又は特徴のすべてが要求されるわけではない。

【0083】

加えて、本願の記述は、特定の特徴に言及している。本明細書における開示には、これらの特定の特徴の全ての可能な組み合わせが含まれると理解すべきである。ある特定の特徴が特定の態様又は実施例の状況において開示される場合、その特徴は、可能である限り、他の態様及び実施例の状況においても利用できる。

【0084】

また、本願において、２つ以上の定義されたステップ又は工程を有する方法に言及する場合、これら定義されたステップ又は工程は、状況的にそれらの可能性を排除しない限り、任意の順序で又は同時に実行しても良い。

【0085】

説明の都合上、本発明の具体的な実施例を図示し、説明してきたが、本発明の要旨と範囲から離れることなく、種々の変更が可能なことが理解できよう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲を除いて限定されるべきではない。

【符号の説明】

【0086】

３００ ダイオード・アクティブ・シャント電流計回路
３０２ オペアンプ（演算増幅器）
３０４ 非線形デバイス
３０６ コンデンサ
３０８ 差動増幅器
３１２ コンデンサ
３１４ 非線形デバイス
３１６ 抵抗器
３１８ 増幅器
４００ ダイオード・アクティブ・シャント電流計回路
４０２ オペアンプ（演算増幅器）
４０４ 抵抗器
４０６ 抵抗器
４０８ 非線形デバイス
４１０ コンデンサ
４１２ 増幅器
４１４ 差動増幅器
４１６ 抵抗器
４１８ 抵抗器
４２０ 非線形デバイス
４２２ コンデンサ
５００ ダイオード・アクティブ・シャント電流計回路
５０２ 抵抗器
５０４ 非線形デバイス
５０６ 抵抗器
５０８ 非線形デバイス
６００ ダイオード・アクティブ・シャント電流計回路
７００ アクティブ・シャント電流計回路
７０２ Ｖ_Measure
８００ アクティブ・シャント電流計回路
８０２ Ｖ_Measure
９００ アクティブ・シャント電流計回路
９０２ Ｖ_Measure
１０００ アクティブ・シャント電流計回路
１００２ トランジスタ
１００３ トランジスタ
１１００ アクティブ・シャント電流計回路
１１０４ 電流計の入力端子
１１０６ コンデンサ
１１１０ 制御回路
１１１２ 抵抗器
１１１４ 非線形デバイス
１２００ 試験測定装置
１２０２ ポート
１２０４ 電流計
１２０６ プロセッサ
１２０８ メモリ
１２１０ ユーザ入力部
１２１２ 表示部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】