ノイズ除去装置、電源装置、及び試験装置
【課題】入力電圧に応じた出力電圧を出力する電源において、入力電圧に重畳されたノイズを精度よく除去し、ノイズの少ない出力電圧を生成する。
【解決手段】
入力電圧に重畳されたノイズ成分を除去するノイズ除去装置であって、ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に入力電圧を受け取り、ドレイン端子又はソース端子の他方から、入力電圧に応じた出力電圧を出力するトランジスタと、入力電圧の直流成分と、出力電圧との差分が、一定の基準電圧となるように、入力電圧及び出力電圧に基づいて、トランジスタのゲート端子に入力する制御電圧を生成して出力するコントロール部とを備えるノイズ除去装置を提供する。
【解決手段】
入力電圧に重畳されたノイズ成分を除去するノイズ除去装置であって、ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に入力電圧を受け取り、ドレイン端子又はソース端子の他方から、入力電圧に応じた出力電圧を出力するトランジスタと、入力電圧の直流成分と、出力電圧との差分が、一定の基準電圧となるように、入力電圧及び出力電圧に基づいて、トランジスタのゲート端子に入力する制御電圧を生成して出力するコントロール部とを備えるノイズ除去装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電圧に重畳されたノイズ成分を除去するノイズ除去装置、当該ノイズ除去装置を備える電源装置、及び当該電源装置を備える試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源装置が出力する電圧に、当該電源装置に起因するノイズが重畳する場合があることが知られている。例えば、スイッチング電源は、所定のスイッチング周波数でスイッチを開閉して生成した信号を平滑化することにより、所望の出力電圧を生成する。しかし、当該スイッチング動作により、出力電圧にスイッチング周波数に応じたノイズが重畳してしまう。
【０００３】
このため従来は、リニアレギュレータ等により、当該ノイズを除去している。リニアレギュレータは、トランジスタのソース端子又はドレイン端子に、ノイズが重畳された電圧を入力し、トランジスタが出力する電圧が一定電圧となるように、トランジスタのゲート電圧を制御する。このような構成により、リニアレギュレータが出力する電圧は、入力電圧のノイズによらず一定電圧となり、ノイズが除去される。
【０００４】
現在、関連する特許文献等は認識していないので、その記載を省略する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、リニアレギュレータが出力する電圧は、入力電圧の電圧値が変動した場合であっても、一定電圧となってしまう。このため、リニアレギュレータを用いた場合、ノイズを除去した電圧を出力することができるが、その電圧値を変動させることができない。このため、所望の電圧を出力する必要がある電源には用いることが困難であった。例えば、半導体回路等を試験する試験装置に用いられる電源は、値が変化する電圧を生成する場合がある。しかし上述したように、当該電源には、リニアレギュレータを用いることができず、電源電圧のノイズを除去することが困難であった。
【０００６】
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ノイズ除去装置、電源装置、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１形態においては、入力電圧に重畳されたノイズ成分を除去するノイズ除去装置であって、ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に入力電圧を受け取り、ドレイン端子又はソース端子の他方から、入力電圧に応じた出力電圧を出力するトランジスタと、入力電圧の直流成分と、出力電圧との差分が、一定の基準電圧となるように、入力電圧及び出力電圧に基づいて、トランジスタのゲート端子に入力する制御電圧を生成して出力するコントロール部とを備えるノイズ除去装置を提供する。
【０００８】
コントロール部は、入力電圧から、基準電圧を減じた電圧信号を生成する基準電圧生成部と、電圧信号から、予め定められた帯域の周波数成分を抽出するフィルタ部と、フィルタ部が出力する信号の電圧値と、出力電圧の電圧値とが略等しくなるように、制御電圧を生成する増幅回路とを有してよい。
【０００９】
増幅回路は、トランジスタを能動領域で動作させる制御電圧を生成してよい。フィルタ部は、電圧信号から予め定められた帯域の周波数成分を除去する帯域除去フィルタを有してよい。
【００１０】
入力電圧は、所定のスイッチング周波数でスイッチを開閉することにより、所望の電圧を出力するスイッチング電源により生成され、帯域除去フィルタは、電圧信号から、スイッチング周波数に応じた周波数成分を除去してよい。フィルタ部は、帯域除去フィルタが出力する信号から、スイッチング周波数の高調波成分を更に除去するローパスフィルタを更に有してよい。
【００１１】
コントロール部は、入力電圧から、基準電圧を減じた電圧信号を生成する基準電圧生成部と、入力電圧の信号成分の周波数帯域より高く、入力電圧のノイズ成分の周波数帯域より低い動作周波数帯域を有し、電圧信号の電圧値と出力電圧の電圧値とが略等しくなるように、制御電圧を生成する増幅回路とを有してよい。
【００１２】
ノイズ除去装置は、トランジスタが出力する出力電圧を伝送する出力経路と、出力経路と接地電位との間に設けられたコンデンサとを更に備えてよい。出力経路と接地電位との間に設けられた抵抗を更に備えてよい。
【００１３】
ノイズ除去装置は、トランジスタを直列に複数備え、それぞれのトランジスタに対応して、コントロール部をそれぞれ備えてよい。
【００１４】
本発明の第２の形態においては、所望の出力電圧を生成する電源装置であって、所定のスイッチング周波数でスイッチを開閉することにより、所望の電圧を出力するスイッチング電源と、スイッチング電源が出力する電圧に重畳されたノイズ成分を除去するノイズ除去装置とを備え、ノイズ除去装置は、ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に、スイッチング電源からの入力電圧を受け取り、ドレイン端子又はソース端子の他方から、入力電圧に応じた出力電圧を出力するトランジスタと、入力電圧の直流成分と、出力電圧との差分が、一定の基準電圧となるように、入力電圧及び出力電圧に基づいて、トランジスタのゲート端子に入力する制御電圧を生成して出力するコントロール部とを有する電源装置を提供する。
【００１５】
本発明の第３の形態においては、被試験デバイスを試験する試験装置であって、被試験デバイスに所定の電源電圧を入力する電源装置と、電源装置から、被試験デバイスに入力される電源電流を測定する測定部と、電源電流に基づいて、被試験デバイスの良否を判定する判定部とを備え、電源装置は、電源電圧を出力する電力増幅回路と、被試験デバイスに入力すべき電源電圧の電圧値と、被試験デバイスに入力される電源電圧の電圧値とに基づいて、電力増幅回路が出力する電源電圧の電圧値を制御する制御部と、電力増幅回路に供給する駆動電圧を生成するスイッチング電源と、スイッチング電源が生成する駆動電圧に重畳されたノイズ成分を除去して電力増幅回路に供給するノイズ除去装置とを有し、ノイズ除去装置は、ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に駆動電圧を受け取り、ドレイン端子又はソース端子の他方から、駆動電圧に応じた出力電圧を出力するトランジスタと、駆動電圧の直流成分と、出力電圧との差分が、一定の基準電圧となるように、駆動電圧及び出力電圧に基づいて、トランジスタのゲート端子に入力する制御電圧を生成するコントロール部とを含む試験装置を提供する。
【００１６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係るノイズ除去装置１００の構成の一例を示す図である。ノイズ除去装置１００は、接続された電源１１０から与えられる入力電圧Ｖｎに重畳されたノイズ成分を除去する装置であって、トランジスタ５０、及びコントロール部１０を備える。本例では、トランジスタ５０の一例として電界効果トランジスタを用いて説明する。
【００１９】
トランジスタ５０は、ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に入力電圧Ｖｎを受け取り、ドレイン端子又はソース端子の他方から、入力電圧Ｖｎに応じた出力電圧Ｖｏを出力する。トランジスタ５０の出力電圧Ｖｏの電圧レベルは、ゲート端子に与えられる制御電圧によって定まる。
【００２０】
コントロール部１０は、トランジスタ５０のゲート端子に供給する制御電圧を生成する。コントロール部１０は、入力電圧Ｖｎの直流成分と、出力電圧Ｖｏとの差分が、一定の基準電圧となるように、入力電圧Ｖｎ及び出力電圧Ｖｏに基づいて、当該制御電圧を生成して出力する。ここで、入力電圧Ｖｎの直流成分とは、入力電圧Ｖｎから、ノイズ成分を除去した成分である。
【００２１】
本例においてコントロール部１０は、基準電圧生成部１２及び増幅回路１４を有する。基準電圧生成部１２は、入力電圧Ｖｎから、予め定められた基準電圧を減じた電圧信号を生成する。例えば、基準電圧をＶｒｅｆとすると、基準電圧生成部１２は、Ｖｎ−Ｖｒｅｆの電圧信号を出力する。
【００２２】
増幅回路１４は、基準電圧生成部１２が出力する電圧信号の電圧値と、出力電圧Ｖｏの電圧値とが略等しくなるように制御電圧を生成し、トランジスタ５０のゲート端子に供給する。例えば、増幅回路１４は、正入力端子に電圧信号を受け取り、負入力端子に出力電圧Ｖｏを受け取り、出力端子がトランジスタ５０のゲート端子に接続される差動増幅回路であってよい。このような構成により、トランジスタ５０の出力電圧の電圧値は、Ｖｎ−Ｖｒｅｆとなり、トランジスタ５０のドレイン−ソース間には、基準電圧Ｖｒｅｆが常時印加されることになる。これにより、トランジスタ５０は、高いノイズ除去効果を発揮する。また、トランジスタ５０における電力消費は、トランジスタ５０が出力する出力電流に基準電圧Ｖｒｅｆを乗じたものとなり、電力消費量を小さくすることができる。
【００２３】
しかし、増幅回路１４に入力される電圧信号にノイズが重畳されている場合、当該ノイズを制御電圧に伝達してしまうと、出力電圧Ｖｏに、当該ノイズに応じた成分が重畳されてしまう。このため、コントロール部１０は、電圧信号から、予め定められた帯域の周波数成分を抽出し、ノイズ成分を除去するフィルタ部を有する。
【００２４】
本例では、増幅回路１４の動作周波数帯域を、入力電圧Ｖｎの信号成分（直流成分）の周波数帯域より高く、入力電圧Ｖｎのノイズ成分の周波数帯域より低い動作周波数帯域とすることにより、当該ノイズ成分を除去した制御電圧を生成する。例えば、電源１１０がスイッチング電源である場合、ノイズ成分の周波数帯域は、スイッチング周波数に応じた帯域となるので、当該スイッチング周波数に基づいて、増幅回路１４の動作周波数帯域を容易に定めることができる。
【００２５】
つまり、増幅回路１４を、ノイズ成分の周波数帯域では動作させないように設計することにより、増幅回路１４を上述したフィルタ部として更に機能させる。このような構成により、ノイズ成分を除去した出力電圧Ｖｏを生成することができる。また、入力電圧Ｖｎの電圧値に応じて電圧値が変動する出力電圧Ｖｏを生成することができる。
【００２６】
また、増幅回路１４は、トランジスタ５０を能動領域で動作させる制御電圧を生成することが好ましい。ここで、能動領域とは、トランジスタにおいて、ゲート電圧の増加に応じて、ドレイン出力が増加する領域をいう。
【００２７】
図２は、ノイズ除去装置１００の詳細な構成の一例を示す図である。本例におけるノイズ除去装置１００は、トランジスタ５０、コントロール部１０、入力経路５６、出力経路５８、コンデンサ５２、及び抵抗５４を備える。トランジスタ５０は、図１において説明したトランジスタ５０と同一であるので、その説明を省略する。また、入力経路５６は、電源１１０とトランジスタ５０を接続する伝送経路であり、出力経路５８は、トランジスタ５０が出力する出力電圧Ｖｏを外部に伝送する伝送経路である。
【００２８】
コントロール部１０は、基準電圧生成部１２、フィルタ部２０、増幅回路１４、及び位相補償部４０を有する。基準電圧生成部１２は、上述したように入力電圧Ｖｎから基準電圧Ｖｒｅｆを減じた電圧信号を生成する。
【００２９】
本例における基準電圧生成部１２は、抵抗１６及び定電流源１８を有する。抵抗１６は、入力経路５６と接地電位との間に設けられ、定電流源１８は、抵抗１６と接地電位との間に設けられる。また、抵抗１６と定電流源１８との接続点は、フィルタ部２０に接続される。このような構成により、抵抗１６の抵抗値、及び定電流源１８が生成する電流の電流値に応じた基準電圧を生成し、入力電圧Ｖｎから当該基準電圧を減じた電圧信号を生成することができる。
【００３０】
フィルタ部２０は、基準電圧生成部１２から与えられる電圧信号から、ノイズ成分を除去する。フィルタ部２０は、例えば低域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、帯域除去フィルタ、又はこれらの組み合わせであってよい。フィルタ部２０の構成例は、図４において後述する。
【００３１】
増幅回路１４は、フィルタ部２０によりノイズが除去された電圧信号と、トランジスタ５０が出力する出力電圧Ｖｏとを受け取る。そして、電圧信号の電圧値と、出力電圧Ｖｏの電圧値が略一致するように、トランジスタ５０のゲート端子に供給する制御電圧を制御する。電圧信号は、入力電圧Ｖｎから基準電圧Ｖｒｅｆを減じた電圧であるので、出力電圧Ｖｏも、入力電圧Ｖｎから基準電圧Ｖｒｅｆを減じた電圧となる。
【００３２】
位相補償部４０は、トランジスタ５０の出力端子と、増幅回路１４との間に設けられ、増幅回路１４にフィードバックされる出力電圧Ｖｏの位相と、電圧信号の位相とを略一致させることにより、制御電圧が発振することを防ぐ。本例において位相補償部４０は、コンデンサ４２及び抵抗４４を有する。
【００３３】
抵抗４４は、一端が出力経路５８に接続され、他端が増幅回路１４の負入力端子及び出力端子に接続される。また、コンデンサ４２は、増幅回路１４の出力端子と抵抗４４との間に設けられる。このような構成により、入力電圧Ｖｎの電圧値に応じて電圧値が変動し、且つノイズ成分を除去した出力電圧Ｖｏを生成することができる。
【００３４】
また、コンデンサ５２は、出力経路５８と接地電位との間に設けられる。これにより、ノイズ除去能力を更に向上させることができる。また、抵抗５４は、出力経路５８と接地電位との間に設けられる。これにより、抵抗５４が負荷として機能し、トランジスタ５０及び増幅回路１４の動作を補助することができる。
【００３５】
図３は、図２に示したノイズ除去装置１００の動作の一例を示す図である。図３（ａ）は、ノイズ除去装置１００がコンデンサ５２を備えない場合の、入力電圧Ｖｎ及び出力電圧Ｖｏの波形の一例を示す。この場合、出力電圧Ｖｏは、入力電圧Ｖｎの直流成分に対して一定電圧差を有する波形となる。
【００３６】
図３（ｂ）は、ノイズ除去装置１００がコンデンサ５２を備える場合の、入力電圧Ｖｎ及び出力電圧Ｖｏの波形の一例を示す。この場合、入力電圧Ｖｎの立ち上がり時には、トランジスタ５０が出力する出力電流が入力電圧Ｖｎに応じて増加する。そして、当該出力電流によりコンデンサ５２が充電されることにより、出力電圧Ｖｏは、入力電圧Ｖｎに対して一定電圧差を保ちつつ変動する。
【００３７】
また、トランジスタ５０のソース・ドレイン間には、等価的にダイオードが形成される。当該ダイオードは、順方向電圧が所定の電圧Ｖｆ以上となった場合に、コンデンサ５２を放電させる電流を生成する。このため、入力電圧の立ち下がり時には、入力電圧Ｖｎが、出力電圧Ｖｏより、ダイオードの閾電圧Ｖｆ以上小さくなった場合に、当該電流によりコンデンサ５２は放電する。このため、出力電圧Ｖｏは、入力電圧Ｖｎに対して一定電圧差を保ちつつ変動する。
【００３８】
そして、図３（ｂ）の時間Ｔ１に示すように、入力電圧Ｖｎが立ち下がった後は、抵抗５４に放電電流が流れ、Ｖｏ＝Ｖｎ−Ｖｒｅｆとなるまで、出力電圧Ｖｏは減少し、出力電圧Ｖｏは、入力電圧Ｖｎに対して一定電圧差を有することになる。
【００３９】
図４（ａ）は、フィルタ部２０の構成の一例を示す図である。本例におけるフィルタ部２０は、与えられる電圧信号から予め定められた帯域の周波数成分を除去する帯域除去フィルタである。フィルタ部２０は、複数の抵抗（２２、２４、３２）及び複数のコンデンサ（２６、２８、３０）を有する。
【００４０】
抵抗２２及び抵抗２４は、フィルタ部２０の入力端と出力端との間に直列に設けられる。また、コンデンサ２８及びコンデンサ３０も同様に、フィルタ部２０の入力端と出力端との間に直列に設けられる。
【００４１】
コンデンサ２６は、抵抗２２及び抵抗２４の接続点と、接地電位との間に設けられる。また、抵抗３２は、コンデンサ２８及びコンデンサ３０の接続点と、接地電位との間に設けられる。それぞれのコンデンサ及び抵抗の特性を調整することにより、電圧信号から、ノイズ成分の基本周波数成分を急峻に除去することができる。
【００４２】
図４（ｂ）は、フィルタ部２０の構成の他の例を示す図である。本例におけるフィルタ部２０は、帯域除去フィルタ６０及びローパスフィルタ７０を有する。帯域除去フィルタ６０は、図４（ａ）に示したフィルタ部２０と同一である。ローパスフィルタ７０は、帯域除去フィルタ６０の後段に設けられ、帯域除去フィルタ６０が出力する信号から、ノイズ成分の高調波を除去する。
【００４３】
ローパスフィルタ７０は、抵抗３４、抵抗３８、コンデンサ３６、及びコンデンサ３９を有する。抵抗３４及び抵抗３８は、帯域除去フィルタ６０と増幅回路１４との間に直列に設けられる。コンデンサ３６は、抵抗３４及び抵抗３８の接続点と、増幅回路１４の出力端との間に設けられる。コンデンサ３９は、抵抗３８及び増幅回路１４の接続点と、接地電位との間に設けられる。
【００４４】
それぞれのコンデンサ及び抵抗の特性を調整することにより、帯域除去フィルタ６０が出力する信号から、ノイズ成分の高調波を除去することができる。ローパスフィルタの遮断特性は緩やかであるので、電源１１０が出力する入力電圧Ｖｎにおいて、信号成分の周波数と、ノイズ成分の周波数との差が小さい場合、ローパスフィルタを用いてノイズ成分のみを除去することは困難である。しかし、本例におけるフィルタ部２０のように、所定の周波数成分を急峻に除去できるノッチフィルタ等の帯域除去フィルタ６０により、ノイズの基本周波数成分を除去し、且つローパスフィルタ７０によりノイズの高調波成分を除去することにより、ノイズ成分を精度よく除去することができる。
【００４５】
図５は、フィルタ部２０の遮断特性の一例を示す図である。図５において横軸は周波数を示し、縦軸はフィルタ部２０に入力される信号に対する、フィルタ部２０が出力する信号のゲインを示す。また、入力電圧Ｖｎの信号成分の基本周波数をｆｓ、ノイズ成分の基本周波数をｆｎとする。
【００４６】
図５（ａ）は、図１において説明した、増幅回路１４の動作周波数帯域を制御することにより、増幅回路１４をフィルタ部として機能させた場合の遮断特性の一例を示す。図５（ａ）に示すように、増幅回路１４の利得帯域幅積ＧＢＷを、周波数ｆｓより大きく、周波数ｆｎより小さくすることにより、電圧信号からノイズ成分を除去することができる。
【００４７】
図５（ｂ）は、図４（ａ）において説明したフィルタ部２０の遮断特性の一例を示す図である。この場合、フィルタ部２０は、予め定められた周波数の成分を急峻に除去する。このため、当該周波数として、周波数ｆｎを設定することにより、フィルタ部２０は、電圧信号からノイズの基本周波数成分を急峻に除去することができる。
【００４８】
図５（ｃ）は、図４（ｂ）において説明したフィルタ部２０の遮断特性の一例を示す図である。この場合、フィルタ部２０は、帯域除去フィルタ６０及びローパスフィルタ７０を有する。帯域除去フィルタ６０の遮断特性は、図５（ｂ）に示した特性と同一である。ローパスフィルタ７０の遮断周波数は、信号成分の特性に影響を与えない程度に、周波数ｆｓより十分大きくし、且つノイズの高調波成分を除去できる程度に、ノイズ成分の２次高調波の周波数より十分小さくすることにより、電圧信号からノイズ成分を精度よく除去することができる。
【００４９】
図６（ａ）は、ノイズ除去装置１００の構成の他の例を示す図である。図１から図５においては、電源１１０が、正電圧の入力電圧Ｖｎを生成する場合におけるノイズ除去装置１００の構成を説明した。この場合、図１に示すように、トランジスタ５０はＮチャネルのトランジスタであり、ドレイン端子に入力電圧Ｖｎが与えられ、ソース端子から出力電圧Ｖｏを出力する。また、基準電圧生成部１２は、入力電圧Ｖｎから正の基準電圧Ｖｒｅｆを減算する。また、増幅回路１４の正入力端子に電圧信号が与えられ、負入力端子に出力電圧Ｖｏが与えられる。
【００５０】
これに対し、本例においては、電源１１０が負電圧の入力電圧Ｖｎを生成する場合における、ノイズ除去装置１００の構成を説明する。この場合、トランジスタ５０はＮチャネルのトランジスタであり、ソース端子に入力電圧Ｖｎが与えられ、ドレイン端子から出力電圧Ｖｏを出力する。また、基準電圧生成部１２は、入力電圧Ｖｎから負の基準電圧Ｖｒｅｆを減算する。また、増幅回路１４の負入力端子に電圧信号が与えられ、正入力端子に出力電圧Ｖｏが与えられる。このような構成により、ノイズ成分を除去した出力電圧Ｖｏを生成することができる。
【００５１】
図６（ｂ）は、ノイズ除去装置１００の構成の更なる他の例を示す図である。本例におけるノイズ除去装置１００は、電源１１０が正電圧の入力電圧Ｖｎを生成した場合において、トランジスタ５０としてＰチャネルのトランジスタを用いた場合を説明する。この場合、トランジスタ５０のドレイン端子に入力電圧Ｖｎが与えられ、ソース端子から出力電圧Ｖｏを出力する。また、基準電圧生成部１２は、入力電圧Ｖｎから正の基準電圧Ｖｒｅｆを減算する。また、増幅回路１４の負入力端子に電圧信号が与えられ、正入力端子に出力電圧Ｖｏが与えられる。このような構成によっても、ノイズ成分を除去した出力電圧Ｖｏを生成することができる。
【００５２】
図７は、半導体回路等の被試験デバイス３００を試験する試験装置２００の構成の一例を示す図である。本例における試験装置２００は、被試験デバイス３００の駆動時又は静止時に入力される電源電流を測定することにより、被試験デバイス３００の良否を判定する。試験装置２００は、電源装置４００、測定部１４０、及び判定部１５０を備える。
【００５３】
電源装置４００は、被試験デバイス３００に所定の電源電圧を入力する。例えば、電源装置４００は、被試験デバイス３００に所定の定格電圧を入力してよい。電源装置４００は、電源１１０、ノイズ除去装置１００、デジタルアナログコンバータ１２０（以下、ＤＡＣ１２０と称する）、制御部１２２、電力増幅回路１２４、及び測定抵抗１２６を有する。
【００５４】
ＤＡＣ１２０には、被試験デバイス３００に入力すべき電源電圧の電圧値が与えられ、当該電圧値に応じた電圧を出力する。電力増幅回路１２４は、ＤＡＣ１２０が出力する電圧に応じて、被試験デバイス３００に入力すべき電源電圧を出力する。
【００５５】
制御部１２２は、被試験デバイス３００に入力すべき電源電圧の電圧値と、被試験デバイス３００に入力される電源電圧の電圧値とに基づいて、電力増幅回路１２４が出力する電源電圧の電圧値を制御する。本例において制御部１２２は、ＤＡＣ１２０が出力する電圧と、被試験デバイス３００の近傍からフィードバックされた電源電圧とが略同一となるように、電力増幅回路１２４が出力する電圧を制御する。
【００５６】
また、電源１１０は例えばスイッチング電源であって、電力増幅回路１２４に供給する駆動電圧を生成する。電力増幅回路１２４は、電源１１０が生成した電力から、被試験デバイス３００に入力すべき電源電圧を生成する。また、ノイズ除去装置１００は、電源１１０が生成する駆動電圧に重畳されたノイズ成分を除去して、電力増幅回路１２４に供給する。ノイズ除去装置１００は、図１から図６において説明したノイズ除去装置１００である。このような構成により、電力増幅回路１２４は、ノイズの少ない電源電圧を生成することができる。また、測定抵抗１２６は、電力増幅回路１２４と被試験デバイス３００との間に設けられる。
【００５７】
測定部１４０は、電源装置４００から被試験デバイス３００に入力される電源電流を測定する。本例において測定部１４０は、測定抵抗１２６の両端における電位差に基づいて、当該電源電流を測定する。測定部１４０は、差動増幅回路１３０及びアナログデジタルコンバータ１２８（以下ＡＤＣ１２８と称する）を有する。
【００５８】
差動増幅回路１３０は、測定抵抗１２６の両端における電位差に応じた電圧を出力する。ＡＤＣ１２８は、差動増幅回路１３０が出力する電圧の電圧値に応じたデジタル値を出力する。
【００５９】
判定部１５０は、測定部１４０が測定した電源電流の電流値に基づいて、被試験デバイス３００の良否を判定する。例えば、判定部１５０は、当該電流値が予め定められた範囲内にあるか否かに基づいて、被試験デバイス３００の良否を判定してよい。
【００６０】
本例における試験装置２００によれば、被試験デバイス３００にノイズの少ない電源電圧を供給することができる。このため、被試験デバイス３００に入力される電源電流を精度よく測定することができ、被試験デバイス３００の良否を精度よく判定することができる。
【００６１】
また、被試験デバイス３００の駆動時における電源電流を測定する場合、試験装置２００は、被試験デバイス３００に入力するパターン信号を生成するパターン発生部を更に備えることが好ましい。試験装置２００は、被試験デバイス３００にパターン信号を印加した状態における電源電流に基づいて、被試験デバイス３００の良否を判定してよい。
【００６２】
また、電源装置４００は、電源１１０と電力増幅回路１２４との間に、複数のノイズ除去装置１００を直列に設けてもよい。本例におけるノイズ除去装置１００は、トランジスタ５０のドレインソース間電圧が一定に保たれる。このため、ノイズ除去装置１００における電力消費が小さく、複数のノイズ除去装置１００を直列に接続しても消費電力を小さく抑えることができる。これにより、更にノイズを低減した電圧を生成することができる。
【００６３】
図８は、電源１１０の構成の一例を示す図である。上述したように、電源１１０はスイッチング電源であって、誘導成分１１２、スイッチ１１４、ダイオード１１６、及びコンデンサ１１８を有する。電源１１０には、予め定められた電圧Ｖｐｐが入力端子に与えられる。
【００６４】
誘導成分１１２は、入力端子とダイオード１１６との間に設けられる。また、ダイオード１１６は、誘導成分１１２と出力端子との間に設けられる。スイッチ１１４は、誘導成分及びダイオード１１６の接続点と、接地電位との間に設けられる。また、コンデンサ１１８は、ダイオード１１６及び出力端子の接続点と、接地電位との間に設けられる。
【００６５】
スイッチ１１４は、所定のスイッチング周波数で制御され、開放又は短絡を繰り返す。また、ダイオード１１６及びコンデンサ１１８により、スイッチ１１４の制御に応じた出力電圧が平滑化される。
【００６６】
このような構成及び制御により、電源１１０から所望の電圧値の電圧が出力される。しかし、スイッチ１１４のスイッチング動作により、当該電圧にはスイッチング周波数に応じたノイズ成分が重畳される。
【００６７】
図１から図７に関連して説明したノイズ除去装置１００は、電源１１０のスイッチング周波数に基づいて、入力電圧Ｖｎからノイズ成分を除去してよい。つまり、図５に関連して説明したように、フィルタ部２０が除去するノイズ成分の周波数ｆｎとして、当該スイッチング周波数を用いてよい。
【００６８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上から明らかなように、本発明によれば、入力電圧に応じた出力電圧を出力する電源において、入力電圧に重畳されたノイズを精度よく除去し、ノイズの少ない出力電圧を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に係るノイズ除去装置１００の構成の一例を示す図である。
【図２】ノイズ除去装置１００の詳細な構成の一例を示す図である。
【図３】図２に示したノイズ除去装置１００の動作の一例を示す図である。図３（ａ）は、ノイズ除去装置１００がコンデンサ５２を備えない場合の、入力電圧Ｖｎ及び出力電圧Ｖｏの波形の一例を示す。図３（ｂ）は、ノイズ除去装置１００がコンデンサ５２を備える場合の、入力電圧Ｖｎ及び出力電圧Ｖｏの波形の一例を示す。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、フィルタ部２０の構成例を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、図１において説明した、増幅回路１４の動作周波数帯域を制御することにより、増幅回路１４をフィルタ部として機能させた場合の遮断特性の一例を示す。図５（ｂ）は、図４（ａ）において説明したフィルタ部２０の遮断特性の一例を示す。図５（ｃ）は、図４（ｂ）において説明したフィルタ部２０の遮断特性の一例を示す。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、ノイズ除去装置１００の構成例を示す図である。
【図７】半導体回路等の被試験デバイス３００を試験する試験装置２００の構成の一例を示す図である。
【図８】電源１１０の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０・・・コントロール部、１２・・・基準電圧生成部、１４・・・増幅回路、１６・・・抵抗、１８・・・定電流源、２０・・・フィルタ部、２２、２４、３２、３４、３８、４４、５４・・・抵抗、２６、２８、３０、３６、３９、４２、５２、１１８・・・コンデンサ、４０・・・位相補償部、５０・・・トランジスタ、５６・・・入力経路、５８・・・出力経路、６０・・・帯域除去フィルタ、７０・・・ローパスフィルタ、１００・・・ノイズ除去装置、１１０・・・電源、１１２・・・誘導成分、１１４・・・スイッチ、１１６・・・ダイオード、１２０・・・デジタルアナログコンバータ、１２２・・・制御部、１２４・・・電力増幅回路、１２６・・・測定抵抗、１２８・・・アナログデジタルコンバータ、１３０・・・差動増幅回路、１４０・・・測定部、１５０・・・判定部、２００・・・試験装置、３００・・・被試験デバイス、４００・・・電源装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電圧に重畳されたノイズ成分を除去するノイズ除去装置、当該ノイズ除去装置を備える電源装置、及び当該電源装置を備える試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源装置が出力する電圧に、当該電源装置に起因するノイズが重畳する場合があることが知られている。例えば、スイッチング電源は、所定のスイッチング周波数でスイッチを開閉して生成した信号を平滑化することにより、所望の出力電圧を生成する。しかし、当該スイッチング動作により、出力電圧にスイッチング周波数に応じたノイズが重畳してしまう。
【０００３】
このため従来は、リニアレギュレータ等により、当該ノイズを除去している。リニアレギュレータは、トランジスタのソース端子又はドレイン端子に、ノイズが重畳された電圧を入力し、トランジスタが出力する電圧が一定電圧となるように、トランジスタのゲート電圧を制御する。このような構成により、リニアレギュレータが出力する電圧は、入力電圧のノイズによらず一定電圧となり、ノイズが除去される。
【０００４】
現在、関連する特許文献等は認識していないので、その記載を省略する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、リニアレギュレータが出力する電圧は、入力電圧の電圧値が変動した場合であっても、一定電圧となってしまう。このため、リニアレギュレータを用いた場合、ノイズを除去した電圧を出力することができるが、その電圧値を変動させることができない。このため、所望の電圧を出力する必要がある電源には用いることが困難であった。例えば、半導体回路等を試験する試験装置に用いられる電源は、値が変化する電圧を生成する場合がある。しかし上述したように、当該電源には、リニアレギュレータを用いることができず、電源電圧のノイズを除去することが困難であった。
【０００６】
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ノイズ除去装置、電源装置、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１形態においては、入力電圧に重畳されたノイズ成分を除去するノイズ除去装置であって、ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に入力電圧を受け取り、ドレイン端子又はソース端子の他方から、入力電圧に応じた出力電圧を出力するトランジスタと、入力電圧の直流成分と、出力電圧との差分が、一定の基準電圧となるように、入力電圧及び出力電圧に基づいて、トランジスタのゲート端子に入力する制御電圧を生成して出力するコントロール部とを備えるノイズ除去装置を提供する。
【０００８】
コントロール部は、入力電圧から、基準電圧を減じた電圧信号を生成する基準電圧生成部と、電圧信号から、予め定められた帯域の周波数成分を抽出するフィルタ部と、フィルタ部が出力する信号の電圧値と、出力電圧の電圧値とが略等しくなるように、制御電圧を生成する増幅回路とを有してよい。
【０００９】
増幅回路は、トランジスタを能動領域で動作させる制御電圧を生成してよい。フィルタ部は、電圧信号から予め定められた帯域の周波数成分を除去する帯域除去フィルタを有してよい。
【００１０】
入力電圧は、所定のスイッチング周波数でスイッチを開閉することにより、所望の電圧を出力するスイッチング電源により生成され、帯域除去フィルタは、電圧信号から、スイッチング周波数に応じた周波数成分を除去してよい。フィルタ部は、帯域除去フィルタが出力する信号から、スイッチング周波数の高調波成分を更に除去するローパスフィルタを更に有してよい。
【００１１】
コントロール部は、入力電圧から、基準電圧を減じた電圧信号を生成する基準電圧生成部と、入力電圧の信号成分の周波数帯域より高く、入力電圧のノイズ成分の周波数帯域より低い動作周波数帯域を有し、電圧信号の電圧値と出力電圧の電圧値とが略等しくなるように、制御電圧を生成する増幅回路とを有してよい。
【００１２】
ノイズ除去装置は、トランジスタが出力する出力電圧を伝送する出力経路と、出力経路と接地電位との間に設けられたコンデンサとを更に備えてよい。出力経路と接地電位との間に設けられた抵抗を更に備えてよい。
【００１３】
ノイズ除去装置は、トランジスタを直列に複数備え、それぞれのトランジスタに対応して、コントロール部をそれぞれ備えてよい。
【００１４】
本発明の第２の形態においては、所望の出力電圧を生成する電源装置であって、所定のスイッチング周波数でスイッチを開閉することにより、所望の電圧を出力するスイッチング電源と、スイッチング電源が出力する電圧に重畳されたノイズ成分を除去するノイズ除去装置とを備え、ノイズ除去装置は、ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に、スイッチング電源からの入力電圧を受け取り、ドレイン端子又はソース端子の他方から、入力電圧に応じた出力電圧を出力するトランジスタと、入力電圧の直流成分と、出力電圧との差分が、一定の基準電圧となるように、入力電圧及び出力電圧に基づいて、トランジスタのゲート端子に入力する制御電圧を生成して出力するコントロール部とを有する電源装置を提供する。
【００１５】
本発明の第３の形態においては、被試験デバイスを試験する試験装置であって、被試験デバイスに所定の電源電圧を入力する電源装置と、電源装置から、被試験デバイスに入力される電源電流を測定する測定部と、電源電流に基づいて、被試験デバイスの良否を判定する判定部とを備え、電源装置は、電源電圧を出力する電力増幅回路と、被試験デバイスに入力すべき電源電圧の電圧値と、被試験デバイスに入力される電源電圧の電圧値とに基づいて、電力増幅回路が出力する電源電圧の電圧値を制御する制御部と、電力増幅回路に供給する駆動電圧を生成するスイッチング電源と、スイッチング電源が生成する駆動電圧に重畳されたノイズ成分を除去して電力増幅回路に供給するノイズ除去装置とを有し、ノイズ除去装置は、ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に駆動電圧を受け取り、ドレイン端子又はソース端子の他方から、駆動電圧に応じた出力電圧を出力するトランジスタと、駆動電圧の直流成分と、出力電圧との差分が、一定の基準電圧となるように、駆動電圧及び出力電圧に基づいて、トランジスタのゲート端子に入力する制御電圧を生成するコントロール部とを含む試験装置を提供する。
【００１６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係るノイズ除去装置１００の構成の一例を示す図である。ノイズ除去装置１００は、接続された電源１１０から与えられる入力電圧Ｖｎに重畳されたノイズ成分を除去する装置であって、トランジスタ５０、及びコントロール部１０を備える。本例では、トランジスタ５０の一例として電界効果トランジスタを用いて説明する。
【００１９】
トランジスタ５０は、ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に入力電圧Ｖｎを受け取り、ドレイン端子又はソース端子の他方から、入力電圧Ｖｎに応じた出力電圧Ｖｏを出力する。トランジスタ５０の出力電圧Ｖｏの電圧レベルは、ゲート端子に与えられる制御電圧によって定まる。
【００２０】
コントロール部１０は、トランジスタ５０のゲート端子に供給する制御電圧を生成する。コントロール部１０は、入力電圧Ｖｎの直流成分と、出力電圧Ｖｏとの差分が、一定の基準電圧となるように、入力電圧Ｖｎ及び出力電圧Ｖｏに基づいて、当該制御電圧を生成して出力する。ここで、入力電圧Ｖｎの直流成分とは、入力電圧Ｖｎから、ノイズ成分を除去した成分である。
【００２１】
本例においてコントロール部１０は、基準電圧生成部１２及び増幅回路１４を有する。基準電圧生成部１２は、入力電圧Ｖｎから、予め定められた基準電圧を減じた電圧信号を生成する。例えば、基準電圧をＶｒｅｆとすると、基準電圧生成部１２は、Ｖｎ−Ｖｒｅｆの電圧信号を出力する。
【００２２】
増幅回路１４は、基準電圧生成部１２が出力する電圧信号の電圧値と、出力電圧Ｖｏの電圧値とが略等しくなるように制御電圧を生成し、トランジスタ５０のゲート端子に供給する。例えば、増幅回路１４は、正入力端子に電圧信号を受け取り、負入力端子に出力電圧Ｖｏを受け取り、出力端子がトランジスタ５０のゲート端子に接続される差動増幅回路であってよい。このような構成により、トランジスタ５０の出力電圧の電圧値は、Ｖｎ−Ｖｒｅｆとなり、トランジスタ５０のドレイン−ソース間には、基準電圧Ｖｒｅｆが常時印加されることになる。これにより、トランジスタ５０は、高いノイズ除去効果を発揮する。また、トランジスタ５０における電力消費は、トランジスタ５０が出力する出力電流に基準電圧Ｖｒｅｆを乗じたものとなり、電力消費量を小さくすることができる。
【００２３】
しかし、増幅回路１４に入力される電圧信号にノイズが重畳されている場合、当該ノイズを制御電圧に伝達してしまうと、出力電圧Ｖｏに、当該ノイズに応じた成分が重畳されてしまう。このため、コントロール部１０は、電圧信号から、予め定められた帯域の周波数成分を抽出し、ノイズ成分を除去するフィルタ部を有する。
【００２４】
本例では、増幅回路１４の動作周波数帯域を、入力電圧Ｖｎの信号成分（直流成分）の周波数帯域より高く、入力電圧Ｖｎのノイズ成分の周波数帯域より低い動作周波数帯域とすることにより、当該ノイズ成分を除去した制御電圧を生成する。例えば、電源１１０がスイッチング電源である場合、ノイズ成分の周波数帯域は、スイッチング周波数に応じた帯域となるので、当該スイッチング周波数に基づいて、増幅回路１４の動作周波数帯域を容易に定めることができる。
【００２５】
つまり、増幅回路１４を、ノイズ成分の周波数帯域では動作させないように設計することにより、増幅回路１４を上述したフィルタ部として更に機能させる。このような構成により、ノイズ成分を除去した出力電圧Ｖｏを生成することができる。また、入力電圧Ｖｎの電圧値に応じて電圧値が変動する出力電圧Ｖｏを生成することができる。
【００２６】
また、増幅回路１４は、トランジスタ５０を能動領域で動作させる制御電圧を生成することが好ましい。ここで、能動領域とは、トランジスタにおいて、ゲート電圧の増加に応じて、ドレイン出力が増加する領域をいう。
【００２７】
図２は、ノイズ除去装置１００の詳細な構成の一例を示す図である。本例におけるノイズ除去装置１００は、トランジスタ５０、コントロール部１０、入力経路５６、出力経路５８、コンデンサ５２、及び抵抗５４を備える。トランジスタ５０は、図１において説明したトランジスタ５０と同一であるので、その説明を省略する。また、入力経路５６は、電源１１０とトランジスタ５０を接続する伝送経路であり、出力経路５８は、トランジスタ５０が出力する出力電圧Ｖｏを外部に伝送する伝送経路である。
【００２８】
コントロール部１０は、基準電圧生成部１２、フィルタ部２０、増幅回路１４、及び位相補償部４０を有する。基準電圧生成部１２は、上述したように入力電圧Ｖｎから基準電圧Ｖｒｅｆを減じた電圧信号を生成する。
【００２９】
本例における基準電圧生成部１２は、抵抗１６及び定電流源１８を有する。抵抗１６は、入力経路５６と接地電位との間に設けられ、定電流源１８は、抵抗１６と接地電位との間に設けられる。また、抵抗１６と定電流源１８との接続点は、フィルタ部２０に接続される。このような構成により、抵抗１６の抵抗値、及び定電流源１８が生成する電流の電流値に応じた基準電圧を生成し、入力電圧Ｖｎから当該基準電圧を減じた電圧信号を生成することができる。
【００３０】
フィルタ部２０は、基準電圧生成部１２から与えられる電圧信号から、ノイズ成分を除去する。フィルタ部２０は、例えば低域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、帯域除去フィルタ、又はこれらの組み合わせであってよい。フィルタ部２０の構成例は、図４において後述する。
【００３１】
増幅回路１４は、フィルタ部２０によりノイズが除去された電圧信号と、トランジスタ５０が出力する出力電圧Ｖｏとを受け取る。そして、電圧信号の電圧値と、出力電圧Ｖｏの電圧値が略一致するように、トランジスタ５０のゲート端子に供給する制御電圧を制御する。電圧信号は、入力電圧Ｖｎから基準電圧Ｖｒｅｆを減じた電圧であるので、出力電圧Ｖｏも、入力電圧Ｖｎから基準電圧Ｖｒｅｆを減じた電圧となる。
【００３２】
位相補償部４０は、トランジスタ５０の出力端子と、増幅回路１４との間に設けられ、増幅回路１４にフィードバックされる出力電圧Ｖｏの位相と、電圧信号の位相とを略一致させることにより、制御電圧が発振することを防ぐ。本例において位相補償部４０は、コンデンサ４２及び抵抗４４を有する。
【００３３】
抵抗４４は、一端が出力経路５８に接続され、他端が増幅回路１４の負入力端子及び出力端子に接続される。また、コンデンサ４２は、増幅回路１４の出力端子と抵抗４４との間に設けられる。このような構成により、入力電圧Ｖｎの電圧値に応じて電圧値が変動し、且つノイズ成分を除去した出力電圧Ｖｏを生成することができる。
【００３４】
また、コンデンサ５２は、出力経路５８と接地電位との間に設けられる。これにより、ノイズ除去能力を更に向上させることができる。また、抵抗５４は、出力経路５８と接地電位との間に設けられる。これにより、抵抗５４が負荷として機能し、トランジスタ５０及び増幅回路１４の動作を補助することができる。
【００３５】
図３は、図２に示したノイズ除去装置１００の動作の一例を示す図である。図３（ａ）は、ノイズ除去装置１００がコンデンサ５２を備えない場合の、入力電圧Ｖｎ及び出力電圧Ｖｏの波形の一例を示す。この場合、出力電圧Ｖｏは、入力電圧Ｖｎの直流成分に対して一定電圧差を有する波形となる。
【００３６】
図３（ｂ）は、ノイズ除去装置１００がコンデンサ５２を備える場合の、入力電圧Ｖｎ及び出力電圧Ｖｏの波形の一例を示す。この場合、入力電圧Ｖｎの立ち上がり時には、トランジスタ５０が出力する出力電流が入力電圧Ｖｎに応じて増加する。そして、当該出力電流によりコンデンサ５２が充電されることにより、出力電圧Ｖｏは、入力電圧Ｖｎに対して一定電圧差を保ちつつ変動する。
【００３７】
また、トランジスタ５０のソース・ドレイン間には、等価的にダイオードが形成される。当該ダイオードは、順方向電圧が所定の電圧Ｖｆ以上となった場合に、コンデンサ５２を放電させる電流を生成する。このため、入力電圧の立ち下がり時には、入力電圧Ｖｎが、出力電圧Ｖｏより、ダイオードの閾電圧Ｖｆ以上小さくなった場合に、当該電流によりコンデンサ５２は放電する。このため、出力電圧Ｖｏは、入力電圧Ｖｎに対して一定電圧差を保ちつつ変動する。
【００３８】
そして、図３（ｂ）の時間Ｔ１に示すように、入力電圧Ｖｎが立ち下がった後は、抵抗５４に放電電流が流れ、Ｖｏ＝Ｖｎ−Ｖｒｅｆとなるまで、出力電圧Ｖｏは減少し、出力電圧Ｖｏは、入力電圧Ｖｎに対して一定電圧差を有することになる。
【００３９】
図４（ａ）は、フィルタ部２０の構成の一例を示す図である。本例におけるフィルタ部２０は、与えられる電圧信号から予め定められた帯域の周波数成分を除去する帯域除去フィルタである。フィルタ部２０は、複数の抵抗（２２、２４、３２）及び複数のコンデンサ（２６、２８、３０）を有する。
【００４０】
抵抗２２及び抵抗２４は、フィルタ部２０の入力端と出力端との間に直列に設けられる。また、コンデンサ２８及びコンデンサ３０も同様に、フィルタ部２０の入力端と出力端との間に直列に設けられる。
【００４１】
コンデンサ２６は、抵抗２２及び抵抗２４の接続点と、接地電位との間に設けられる。また、抵抗３２は、コンデンサ２８及びコンデンサ３０の接続点と、接地電位との間に設けられる。それぞれのコンデンサ及び抵抗の特性を調整することにより、電圧信号から、ノイズ成分の基本周波数成分を急峻に除去することができる。
【００４２】
図４（ｂ）は、フィルタ部２０の構成の他の例を示す図である。本例におけるフィルタ部２０は、帯域除去フィルタ６０及びローパスフィルタ７０を有する。帯域除去フィルタ６０は、図４（ａ）に示したフィルタ部２０と同一である。ローパスフィルタ７０は、帯域除去フィルタ６０の後段に設けられ、帯域除去フィルタ６０が出力する信号から、ノイズ成分の高調波を除去する。
【００４３】
ローパスフィルタ７０は、抵抗３４、抵抗３８、コンデンサ３６、及びコンデンサ３９を有する。抵抗３４及び抵抗３８は、帯域除去フィルタ６０と増幅回路１４との間に直列に設けられる。コンデンサ３６は、抵抗３４及び抵抗３８の接続点と、増幅回路１４の出力端との間に設けられる。コンデンサ３９は、抵抗３８及び増幅回路１４の接続点と、接地電位との間に設けられる。
【００４４】
それぞれのコンデンサ及び抵抗の特性を調整することにより、帯域除去フィルタ６０が出力する信号から、ノイズ成分の高調波を除去することができる。ローパスフィルタの遮断特性は緩やかであるので、電源１１０が出力する入力電圧Ｖｎにおいて、信号成分の周波数と、ノイズ成分の周波数との差が小さい場合、ローパスフィルタを用いてノイズ成分のみを除去することは困難である。しかし、本例におけるフィルタ部２０のように、所定の周波数成分を急峻に除去できるノッチフィルタ等の帯域除去フィルタ６０により、ノイズの基本周波数成分を除去し、且つローパスフィルタ７０によりノイズの高調波成分を除去することにより、ノイズ成分を精度よく除去することができる。
【００４５】
図５は、フィルタ部２０の遮断特性の一例を示す図である。図５において横軸は周波数を示し、縦軸はフィルタ部２０に入力される信号に対する、フィルタ部２０が出力する信号のゲインを示す。また、入力電圧Ｖｎの信号成分の基本周波数をｆｓ、ノイズ成分の基本周波数をｆｎとする。
【００４６】
図５（ａ）は、図１において説明した、増幅回路１４の動作周波数帯域を制御することにより、増幅回路１４をフィルタ部として機能させた場合の遮断特性の一例を示す。図５（ａ）に示すように、増幅回路１４の利得帯域幅積ＧＢＷを、周波数ｆｓより大きく、周波数ｆｎより小さくすることにより、電圧信号からノイズ成分を除去することができる。
【００４７】
図５（ｂ）は、図４（ａ）において説明したフィルタ部２０の遮断特性の一例を示す図である。この場合、フィルタ部２０は、予め定められた周波数の成分を急峻に除去する。このため、当該周波数として、周波数ｆｎを設定することにより、フィルタ部２０は、電圧信号からノイズの基本周波数成分を急峻に除去することができる。
【００４８】
図５（ｃ）は、図４（ｂ）において説明したフィルタ部２０の遮断特性の一例を示す図である。この場合、フィルタ部２０は、帯域除去フィルタ６０及びローパスフィルタ７０を有する。帯域除去フィルタ６０の遮断特性は、図５（ｂ）に示した特性と同一である。ローパスフィルタ７０の遮断周波数は、信号成分の特性に影響を与えない程度に、周波数ｆｓより十分大きくし、且つノイズの高調波成分を除去できる程度に、ノイズ成分の２次高調波の周波数より十分小さくすることにより、電圧信号からノイズ成分を精度よく除去することができる。
【００４９】
図６（ａ）は、ノイズ除去装置１００の構成の他の例を示す図である。図１から図５においては、電源１１０が、正電圧の入力電圧Ｖｎを生成する場合におけるノイズ除去装置１００の構成を説明した。この場合、図１に示すように、トランジスタ５０はＮチャネルのトランジスタであり、ドレイン端子に入力電圧Ｖｎが与えられ、ソース端子から出力電圧Ｖｏを出力する。また、基準電圧生成部１２は、入力電圧Ｖｎから正の基準電圧Ｖｒｅｆを減算する。また、増幅回路１４の正入力端子に電圧信号が与えられ、負入力端子に出力電圧Ｖｏが与えられる。
【００５０】
これに対し、本例においては、電源１１０が負電圧の入力電圧Ｖｎを生成する場合における、ノイズ除去装置１００の構成を説明する。この場合、トランジスタ５０はＮチャネルのトランジスタであり、ソース端子に入力電圧Ｖｎが与えられ、ドレイン端子から出力電圧Ｖｏを出力する。また、基準電圧生成部１２は、入力電圧Ｖｎから負の基準電圧Ｖｒｅｆを減算する。また、増幅回路１４の負入力端子に電圧信号が与えられ、正入力端子に出力電圧Ｖｏが与えられる。このような構成により、ノイズ成分を除去した出力電圧Ｖｏを生成することができる。
【００５１】
図６（ｂ）は、ノイズ除去装置１００の構成の更なる他の例を示す図である。本例におけるノイズ除去装置１００は、電源１１０が正電圧の入力電圧Ｖｎを生成した場合において、トランジスタ５０としてＰチャネルのトランジスタを用いた場合を説明する。この場合、トランジスタ５０のドレイン端子に入力電圧Ｖｎが与えられ、ソース端子から出力電圧Ｖｏを出力する。また、基準電圧生成部１２は、入力電圧Ｖｎから正の基準電圧Ｖｒｅｆを減算する。また、増幅回路１４の負入力端子に電圧信号が与えられ、正入力端子に出力電圧Ｖｏが与えられる。このような構成によっても、ノイズ成分を除去した出力電圧Ｖｏを生成することができる。
【００５２】
図７は、半導体回路等の被試験デバイス３００を試験する試験装置２００の構成の一例を示す図である。本例における試験装置２００は、被試験デバイス３００の駆動時又は静止時に入力される電源電流を測定することにより、被試験デバイス３００の良否を判定する。試験装置２００は、電源装置４００、測定部１４０、及び判定部１５０を備える。
【００５３】
電源装置４００は、被試験デバイス３００に所定の電源電圧を入力する。例えば、電源装置４００は、被試験デバイス３００に所定の定格電圧を入力してよい。電源装置４００は、電源１１０、ノイズ除去装置１００、デジタルアナログコンバータ１２０（以下、ＤＡＣ１２０と称する）、制御部１２２、電力増幅回路１２４、及び測定抵抗１２６を有する。
【００５４】
ＤＡＣ１２０には、被試験デバイス３００に入力すべき電源電圧の電圧値が与えられ、当該電圧値に応じた電圧を出力する。電力増幅回路１２４は、ＤＡＣ１２０が出力する電圧に応じて、被試験デバイス３００に入力すべき電源電圧を出力する。
【００５５】
制御部１２２は、被試験デバイス３００に入力すべき電源電圧の電圧値と、被試験デバイス３００に入力される電源電圧の電圧値とに基づいて、電力増幅回路１２４が出力する電源電圧の電圧値を制御する。本例において制御部１２２は、ＤＡＣ１２０が出力する電圧と、被試験デバイス３００の近傍からフィードバックされた電源電圧とが略同一となるように、電力増幅回路１２４が出力する電圧を制御する。
【００５６】
また、電源１１０は例えばスイッチング電源であって、電力増幅回路１２４に供給する駆動電圧を生成する。電力増幅回路１２４は、電源１１０が生成した電力から、被試験デバイス３００に入力すべき電源電圧を生成する。また、ノイズ除去装置１００は、電源１１０が生成する駆動電圧に重畳されたノイズ成分を除去して、電力増幅回路１２４に供給する。ノイズ除去装置１００は、図１から図６において説明したノイズ除去装置１００である。このような構成により、電力増幅回路１２４は、ノイズの少ない電源電圧を生成することができる。また、測定抵抗１２６は、電力増幅回路１２４と被試験デバイス３００との間に設けられる。
【００５７】
測定部１４０は、電源装置４００から被試験デバイス３００に入力される電源電流を測定する。本例において測定部１４０は、測定抵抗１２６の両端における電位差に基づいて、当該電源電流を測定する。測定部１４０は、差動増幅回路１３０及びアナログデジタルコンバータ１２８（以下ＡＤＣ１２８と称する）を有する。
【００５８】
差動増幅回路１３０は、測定抵抗１２６の両端における電位差に応じた電圧を出力する。ＡＤＣ１２８は、差動増幅回路１３０が出力する電圧の電圧値に応じたデジタル値を出力する。
【００５９】
判定部１５０は、測定部１４０が測定した電源電流の電流値に基づいて、被試験デバイス３００の良否を判定する。例えば、判定部１５０は、当該電流値が予め定められた範囲内にあるか否かに基づいて、被試験デバイス３００の良否を判定してよい。
【００６０】
本例における試験装置２００によれば、被試験デバイス３００にノイズの少ない電源電圧を供給することができる。このため、被試験デバイス３００に入力される電源電流を精度よく測定することができ、被試験デバイス３００の良否を精度よく判定することができる。
【００６１】
また、被試験デバイス３００の駆動時における電源電流を測定する場合、試験装置２００は、被試験デバイス３００に入力するパターン信号を生成するパターン発生部を更に備えることが好ましい。試験装置２００は、被試験デバイス３００にパターン信号を印加した状態における電源電流に基づいて、被試験デバイス３００の良否を判定してよい。
【００６２】
また、電源装置４００は、電源１１０と電力増幅回路１２４との間に、複数のノイズ除去装置１００を直列に設けてもよい。本例におけるノイズ除去装置１００は、トランジスタ５０のドレインソース間電圧が一定に保たれる。このため、ノイズ除去装置１００における電力消費が小さく、複数のノイズ除去装置１００を直列に接続しても消費電力を小さく抑えることができる。これにより、更にノイズを低減した電圧を生成することができる。
【００６３】
図８は、電源１１０の構成の一例を示す図である。上述したように、電源１１０はスイッチング電源であって、誘導成分１１２、スイッチ１１４、ダイオード１１６、及びコンデンサ１１８を有する。電源１１０には、予め定められた電圧Ｖｐｐが入力端子に与えられる。
【００６４】
誘導成分１１２は、入力端子とダイオード１１６との間に設けられる。また、ダイオード１１６は、誘導成分１１２と出力端子との間に設けられる。スイッチ１１４は、誘導成分及びダイオード１１６の接続点と、接地電位との間に設けられる。また、コンデンサ１１８は、ダイオード１１６及び出力端子の接続点と、接地電位との間に設けられる。
【００６５】
スイッチ１１４は、所定のスイッチング周波数で制御され、開放又は短絡を繰り返す。また、ダイオード１１６及びコンデンサ１１８により、スイッチ１１４の制御に応じた出力電圧が平滑化される。
【００６６】
このような構成及び制御により、電源１１０から所望の電圧値の電圧が出力される。しかし、スイッチ１１４のスイッチング動作により、当該電圧にはスイッチング周波数に応じたノイズ成分が重畳される。
【００６７】
図１から図７に関連して説明したノイズ除去装置１００は、電源１１０のスイッチング周波数に基づいて、入力電圧Ｖｎからノイズ成分を除去してよい。つまり、図５に関連して説明したように、フィルタ部２０が除去するノイズ成分の周波数ｆｎとして、当該スイッチング周波数を用いてよい。
【００６８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上から明らかなように、本発明によれば、入力電圧に応じた出力電圧を出力する電源において、入力電圧に重畳されたノイズを精度よく除去し、ノイズの少ない出力電圧を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に係るノイズ除去装置１００の構成の一例を示す図である。
【図２】ノイズ除去装置１００の詳細な構成の一例を示す図である。
【図３】図２に示したノイズ除去装置１００の動作の一例を示す図である。図３（ａ）は、ノイズ除去装置１００がコンデンサ５２を備えない場合の、入力電圧Ｖｎ及び出力電圧Ｖｏの波形の一例を示す。図３（ｂ）は、ノイズ除去装置１００がコンデンサ５２を備える場合の、入力電圧Ｖｎ及び出力電圧Ｖｏの波形の一例を示す。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、フィルタ部２０の構成例を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、図１において説明した、増幅回路１４の動作周波数帯域を制御することにより、増幅回路１４をフィルタ部として機能させた場合の遮断特性の一例を示す。図５（ｂ）は、図４（ａ）において説明したフィルタ部２０の遮断特性の一例を示す。図５（ｃ）は、図４（ｂ）において説明したフィルタ部２０の遮断特性の一例を示す。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、ノイズ除去装置１００の構成例を示す図である。
【図７】半導体回路等の被試験デバイス３００を試験する試験装置２００の構成の一例を示す図である。
【図８】電源１１０の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０・・・コントロール部、１２・・・基準電圧生成部、１４・・・増幅回路、１６・・・抵抗、１８・・・定電流源、２０・・・フィルタ部、２２、２４、３２、３４、３８、４４、５４・・・抵抗、２６、２８、３０、３６、３９、４２、５２、１１８・・・コンデンサ、４０・・・位相補償部、５０・・・トランジスタ、５６・・・入力経路、５８・・・出力経路、６０・・・帯域除去フィルタ、７０・・・ローパスフィルタ、１００・・・ノイズ除去装置、１１０・・・電源、１１２・・・誘導成分、１１４・・・スイッチ、１１６・・・ダイオード、１２０・・・デジタルアナログコンバータ、１２２・・・制御部、１２４・・・電力増幅回路、１２６・・・測定抵抗、１２８・・・アナログデジタルコンバータ、１３０・・・差動増幅回路、１４０・・・測定部、１５０・・・判定部、２００・・・試験装置、３００・・・被試験デバイス、４００・・・電源装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧に重畳されたノイズ成分を除去するノイズ除去装置であって、
ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に前記入力電圧を受け取り、前記ドレイン端子又は前記ソース端子の他方から、前記入力電圧に応じた出力電圧を出力するトランジスタと、
前記入力電圧の直流成分と、前記出力電圧との差分が、一定の基準電圧となるように、前記入力電圧及び前記出力電圧に基づいて、前記トランジスタのゲート端子に入力する制御電圧を生成して出力するコントロール部と
を備えるノイズ除去装置。
【請求項２】
前記コントロール部は、
前記入力電圧から、前記基準電圧を減じた電圧信号を生成する基準電圧生成部と、
前記電圧信号から、予め定められた帯域の周波数成分を抽出するフィルタ部と、
前記フィルタ部が出力する信号の電圧値と、前記出力電圧の電圧値とが略等しくなるように、前記制御電圧を生成する増幅回路と
を有する請求項１に記載のノイズ除去装置。
【請求項３】
前記増幅回路は、前記トランジスタを能動領域で動作させる前記制御電圧を生成する
請求項２に記載のノイズ除去装置。
【請求項４】
前記フィルタ部は、前記電圧信号から予め定められた帯域の周波数成分を除去する帯域除去フィルタを有する
請求項２に記載のノイズ除去装置。
【請求項５】
前記入力電圧は、所定のスイッチング周波数でスイッチを開閉することにより、所望の電圧を出力するスイッチング電源により生成され、
前記帯域除去フィルタは、前記電圧信号から、前記スイッチング周波数に応じた周波数成分を除去する
請求項４に記載のノイズ除去装置。
【請求項６】
前記フィルタ部は、前記帯域除去フィルタが出力する信号から、前記スイッチング周波数の高調波成分を更に除去するローパスフィルタを更に有する
請求項５に記載のノイズ除去装置。
【請求項７】
前記コントロール部は、
前記入力電圧から、前記基準電圧を減じた電圧信号を生成する基準電圧生成部と、
前記入力電圧の信号成分の周波数帯域より高く、前記入力電圧のノイズ成分の周波数帯域より低い動作周波数帯域を有し、前記電圧信号の電圧値と前記出力電圧の電圧値とが略等しくなるように、前記制御電圧を生成する増幅回路と
を有する請求項１に記載のノイズ除去装置。
【請求項８】
前記トランジスタが出力する前記出力電圧を伝送する出力経路と、
前記出力経路と接地電位との間に設けられたコンデンサと
を更に備える請求項１に記載のノイズ除去装置。
【請求項９】
前記出力経路と接地電位との間に設けられた抵抗を更に備える請求項８に記載のノイズ除去装置。
【請求項１０】
前記トランジスタを直列に複数備え、
それぞれの前記トランジスタに対応して、前記コントロール部をそれぞれ備える
請求項１に記載のノイズ除去装置。
【請求項１１】
所望の出力電圧を生成する電源装置であって、
所定のスイッチング周波数でスイッチを開閉することにより、所望の電圧を出力するスイッチング電源と、
前記スイッチング電源が出力する電圧に重畳されたノイズ成分を除去するノイズ除去装置と
を備え、
前記ノイズ除去装置は、
ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に、前記スイッチング電源からの入力電圧を受け取り、前記ドレイン端子又は前記ソース端子の他方から、前記入力電圧に応じた出力電圧を出力するトランジスタと、
前記入力電圧の直流成分と、前記出力電圧との差分が、一定の基準電圧となるように、前記入力電圧及び前記出力電圧に基づいて、前記トランジスタのゲート端子に入力する制御電圧を生成して出力するコントロール部と
を有する電源装置。
【請求項１２】
被試験デバイスを試験する試験装置であって、
前記被試験デバイスに所定の電源電圧を入力する電源装置と、
前記電源装置から、前記被試験デバイスに入力される電源電流を測定する測定部と、
前記電源電流に基づいて、前記被試験デバイスの良否を判定する判定部と
を備え、
前記電源装置は、
前記電源電圧を出力する電力増幅回路と、
前記被試験デバイスに入力すべき前記電源電圧の電圧値と、前記被試験デバイスに入力される前記電源電圧の電圧値とに基づいて、前記電力増幅回路が出力する前記電源電圧の電圧値を制御する制御部と、
前記電力増幅回路に供給する駆動電圧を生成するスイッチング電源と、
前記スイッチング電源が生成する前記駆動電圧に重畳されたノイズ成分を除去して前記電力増幅回路に供給するノイズ除去装置と
を有し、
前記ノイズ除去装置は、
ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に前記駆動電圧を受け取り、前記ドレイン端子又は前記ソース端子の他方から、前記駆動電圧に応じた出力電圧を出力するトランジスタと、
前記駆動電圧の直流成分と、前記出力電圧との差分が、一定の基準電圧となるように、前記駆動電圧及び前記出力電圧に基づいて、前記トランジスタのゲート端子に入力する制御電圧を生成するコントロール部と
を含む試験装置。
【請求項１】
入力電圧に重畳されたノイズ成分を除去するノイズ除去装置であって、
ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に前記入力電圧を受け取り、前記ドレイン端子又は前記ソース端子の他方から、前記入力電圧に応じた出力電圧を出力するトランジスタと、
前記入力電圧の直流成分と、前記出力電圧との差分が、一定の基準電圧となるように、前記入力電圧及び前記出力電圧に基づいて、前記トランジスタのゲート端子に入力する制御電圧を生成して出力するコントロール部と
を備えるノイズ除去装置。
【請求項２】
前記コントロール部は、
前記入力電圧から、前記基準電圧を減じた電圧信号を生成する基準電圧生成部と、
前記電圧信号から、予め定められた帯域の周波数成分を抽出するフィルタ部と、
前記フィルタ部が出力する信号の電圧値と、前記出力電圧の電圧値とが略等しくなるように、前記制御電圧を生成する増幅回路と
を有する請求項１に記載のノイズ除去装置。
【請求項３】
前記増幅回路は、前記トランジスタを能動領域で動作させる前記制御電圧を生成する
請求項２に記載のノイズ除去装置。
【請求項４】
前記フィルタ部は、前記電圧信号から予め定められた帯域の周波数成分を除去する帯域除去フィルタを有する
請求項２に記載のノイズ除去装置。
【請求項５】
前記入力電圧は、所定のスイッチング周波数でスイッチを開閉することにより、所望の電圧を出力するスイッチング電源により生成され、
前記帯域除去フィルタは、前記電圧信号から、前記スイッチング周波数に応じた周波数成分を除去する
請求項４に記載のノイズ除去装置。
【請求項６】
前記フィルタ部は、前記帯域除去フィルタが出力する信号から、前記スイッチング周波数の高調波成分を更に除去するローパスフィルタを更に有する
請求項５に記載のノイズ除去装置。
【請求項７】
前記コントロール部は、
前記入力電圧から、前記基準電圧を減じた電圧信号を生成する基準電圧生成部と、
前記入力電圧の信号成分の周波数帯域より高く、前記入力電圧のノイズ成分の周波数帯域より低い動作周波数帯域を有し、前記電圧信号の電圧値と前記出力電圧の電圧値とが略等しくなるように、前記制御電圧を生成する増幅回路と
を有する請求項１に記載のノイズ除去装置。
【請求項８】
前記トランジスタが出力する前記出力電圧を伝送する出力経路と、
前記出力経路と接地電位との間に設けられたコンデンサと
を更に備える請求項１に記載のノイズ除去装置。
【請求項９】
前記出力経路と接地電位との間に設けられた抵抗を更に備える請求項８に記載のノイズ除去装置。
【請求項１０】
前記トランジスタを直列に複数備え、
それぞれの前記トランジスタに対応して、前記コントロール部をそれぞれ備える
請求項１に記載のノイズ除去装置。
【請求項１１】
所望の出力電圧を生成する電源装置であって、
所定のスイッチング周波数でスイッチを開閉することにより、所望の電圧を出力するスイッチング電源と、
前記スイッチング電源が出力する電圧に重畳されたノイズ成分を除去するノイズ除去装置と
を備え、
前記ノイズ除去装置は、
ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に、前記スイッチング電源からの入力電圧を受け取り、前記ドレイン端子又は前記ソース端子の他方から、前記入力電圧に応じた出力電圧を出力するトランジスタと、
前記入力電圧の直流成分と、前記出力電圧との差分が、一定の基準電圧となるように、前記入力電圧及び前記出力電圧に基づいて、前記トランジスタのゲート端子に入力する制御電圧を生成して出力するコントロール部と
を有する電源装置。
【請求項１２】
被試験デバイスを試験する試験装置であって、
前記被試験デバイスに所定の電源電圧を入力する電源装置と、
前記電源装置から、前記被試験デバイスに入力される電源電流を測定する測定部と、
前記電源電流に基づいて、前記被試験デバイスの良否を判定する判定部と
を備え、
前記電源装置は、
前記電源電圧を出力する電力増幅回路と、
前記被試験デバイスに入力すべき前記電源電圧の電圧値と、前記被試験デバイスに入力される前記電源電圧の電圧値とに基づいて、前記電力増幅回路が出力する前記電源電圧の電圧値を制御する制御部と、
前記電力増幅回路に供給する駆動電圧を生成するスイッチング電源と、
前記スイッチング電源が生成する前記駆動電圧に重畳されたノイズ成分を除去して前記電力増幅回路に供給するノイズ除去装置と
を有し、
前記ノイズ除去装置は、
ドレイン端子又はソース端子のいずれか一方に前記駆動電圧を受け取り、前記ドレイン端子又は前記ソース端子の他方から、前記駆動電圧に応じた出力電圧を出力するトランジスタと、
前記駆動電圧の直流成分と、前記出力電圧との差分が、一定の基準電圧となるように、前記駆動電圧及び前記出力電圧に基づいて、前記トランジスタのゲート端子に入力する制御電圧を生成するコントロール部と
を含む試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１９５３１０（Ｐ２００７−１９５３１０Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０２１０（Ｐ２００６−１０２１０）
【出願日】平成１８年１月１８日（２００６．１．１８）
【出願人】（３９０００５１７５）株式会社アドバンテスト (1,005)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１８日（２００６．１．１８）
【出願人】（３９０００５１７５）株式会社アドバンテスト (1,005)
【Ｆターム（参考）】
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