一种用于测量电流和/或电压的装置及方法与流程

本发明总体上涉及半导体测试领域，具体而言涉及一种用于测量电流和/或电压的装置。此外，本发明还涉及一种用于测量电流和/或电压的方法。

背景技术：

随着半导体技术的进步，电子器件日益趋于小尺寸化，其输入和输出电流/电压也随之变得更加细微。此外，各种基于新材料或新架构的电子器件也不断出现，对它们的测试可能要求较高的时间精度以确定其性能或特性。而现有的电子器件测试系统已无法满足测试所要求的高电流/电压精度以及高时间精度。

尽管现有的高精度交流源表可以产生高精度的交流信号，但是若要用其进行同步的信号测量的话，电流测试精度非常有限，特别是对于脉宽小于几十纳秒的脉冲信号，其测量误差高达几十微安培。尽管现有的高精度直流源表可以产生高精度的直流信号，但是用其来测量信号时，由于其采样率非常低，造成其时间测量精度非常差，只有毫秒量级。

在现有技术中的一种折中测试方案是，将负载电阻和被测设备串联，由此将电流信号转换为电压信号，然后将示波器并联到测试回路中，以便用示波器测量电压信号。这种测试方案有较高的时间精度，电流/电压精度也高于交流源表的直接测量结果。然而，由于示波器是通过与被测设备并联的方式接入测试回路的，因此会对测试回路的电流分流，从而造成电流/电压测试精度下降，这一分流电流的典型值是例如1微安培左右。

因此，无论是单独的源表系统、还是将源表和负载电阻的并联电路与示波器相结合的方法，都无法同时实现电流/电压和时间信号的高精度测量。然而，随着半导体技术的发展，特别是新材料新架构的电子器件，对高电流/电压和时间精度的测试系统的需求是极为迫切的。

技术实现要素：

从现有技术出发，本发明的任务是，提供一种用于测量电流和/或电压的装置和方法，通过该装置或方法，可以避免因测试回路的电流分流而导致的精度下降，从而提供具有高时间精度的高度精确的电流/电压测量结果。

在本发明第一方面，该任务通过一种用于测量电流和/或电压的装置来解决，该装置包括：

电流到电压转换器，其被配置为能够与被测设备串联以将流经所述被测设备的输出电流信号转换成输出电压信号；以及

示波器，其与电流到电压转换器连接以显示所述输出电压信号的波形。

在此应当指出，在本发明中，“被测设备”既可以指电子元器件，也可以指电路板或成品电子设备。

在本发明的另一扩展方案中规定，该装置还包括：

直流输入信号源，其与被测设备连接以为被测设备提供直流输入信号；以及

交流输入信号源，其与被测设备连接以为被测设备提供交流输入信号。

通过该优选方案，可以为被测设备提供直流输入信号和交流输入信号而无需外接信号源，以便完成各种测试。在此应当指出，所述信号源既可以是电流信号源，也可以是电压信号源，而根据不同类型的信号源，其与被测设备的连接方式也不同，即以串联或并联方式接入测试回路。用户可根据需要进行选择。

在本发明的另一优选方案中规定，所述直流输入信号源是直流源表，并且交流输入信号源是交流源表。通过该优选方案，可以为被测设备提供高精度的直流和交流输入信号，这是因为，现有直流和交流源表已经可提供高精度的直流和交流信号，因此可直接用作高精度信号源。

在本发明的又一优选方案中规定，被测设备为三端器件。三端器件例如可以是三极管、晶体管等等。在这种情况下，电流到电压转换器可以与三端器件的输出端连接以测试其输出信号。应当指出，在本发明中，被测设备既可以是两端的器件、如阻变存储器和相变存储器，也可以是三端的器件、如晶体管，但是也可以是更多端口的新型器件等。在多端口器件的情况下，输入设备提供足够多的通道数以匹配器件输入端口数。在多个输出端的情况下，可设置对应的电流/电压转换器和测量用的示波器通道数。

在本发明的第二方面，前述任务通过一种用于测量电流和/或电压的方法来解决，该方法包括下列步骤：

为被测设备提供直流输入信号；

为被测设备提供交流输入信号；

用电流到电压转换器将被测设备的输出电流信号转换成输出电压信号；以及

用示波器显示所述输出电压信号的波形。

在本发明的一个优选方案中规定，该方法还包括步骤：

将输出电压信号的波形转换成输出电流信号的波形。

例如，可以将输出电压除以电阻值以得到输出电流，或者将输出电压除以电流到电压转换器的转换系数或转换精度以得到输出电流。

本发明至少具有下列优点：(1)通过本发明，可以得到高精度的测量结果，这是因为本发明采用高精度的输入信号源并同时采用高测量精度的示波器作为测量设备，因此可以得到高精度的结果；(2)本发明通过将电流到电压转换器与被测设备串联后然后连接示波器，避免了现有技术中的示波器的电流分流作用，由此显著地提高了测量精度；(3)本发明结构简单、成本低廉，适于大规模应用于半导体测试领域。

附图说明

下面结合附图参考具体实施例来进一步阐述本发明。

图1示出了根据现有技术的用于测量电流和/或电压的装置的框图；

图2示出了根据本发明的用于测量电流和/或电压的装置的框图；以及

图3示出了根据本发明的用于测量电流和/或电压的方法的流程。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。

在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。

另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。

图1示出了根据现有技术的用于测量电流和/或电压的装置100的框图。

本发明基于发明人的独特洞察：常规的电流/电压测量系统为了保证高时间精度，采用直流源表101和交流源表104分别作为被测设备103的直流和交流信号源；同时，由于示波器105只能测量电压、即显示电压信号的波形，因此将被测设备103与负载电阻102串联后，再将示波器105与被测设备103并联以测量被测设备103上的电压，其中通过这种方式可以获得高精度的输入信号以及高时间精度的测量结果；然而该方案的缺点在于，示波器105会对流经被测设备103的电流进行分流，使得被测设备103上的电压变小，从而影响测量结果的精度，例如示波器105的内阻通常是50欧姆或者1兆欧姆，这使得示波器105这一并联支路会对被测设备103产生电流分流效应，即使示波器105选用1兆欧姆，也会产生接近1微安培的分流，从而限制了电流测试精度；本发明通过将电流到电压转换器与被测设备串联后然后连接示波器，避免了现有技术中的示波器的电流分流作用，由此显著地提高了测量精度。

下面结合附图和实施例进一步阐述本发明。

图2示出了根据本发明的用于测量电流和/或电压的装置200的框图。

如图2所示，装置200包括电流到电压转换器204和示波器205，但是可选地可以包括直流输入信号源201和交流输入信号源202以给被测设备203提供高精度的直流和交流输入信号，其中被测设备203既可以为半导体器件，也可以为电路或电子设备。直流输入信号源201和交流输入信号源202既可以是电流信号源，也可以是电压信号源，而根据不同类型的信号源，其与被测设备的连接方式也不同，即以串联或并联方式接入测试回路。

电流到电压转换器204与被测设备203串联，其中电流到电压转换器204用于将被测设备203的电流信号转换为电压信号。电流到电压转换器204可以是市售电流到电压转换器模块，其包括转换电路，所述转换电路例如包括运放和反馈电阻。为了不模糊本发明，对电流到电压转换器204的细节不做进一步展开。

示波器205与电流到电压转换器204串联，从而测量其电压信号(对应的电流信号可从电压信号换算得到)。

下面阐述本发明的装置200的运行原理。

在信号输入方面，被测设备203的直流和交流输入信号分别来自于直流源表201和交流源表202，其中直流源表201和交流源表202主要用于提供高精度的输入信号。根据用户需求和应用场合，其它信号源也是可设想的。通过使用现有的商业成熟的高精度源表，可以产生高精度的电流、电压信号，在交流测试中，脉冲信号的时间精度也可以达到高精度。值得注意的是，直流源表201和交流源表202尽管可以在产生信号的同时同步的测量电流/电压信号，但是由于直流源表201和交流源表202的本身技术限制，存在着较大测量误差。例如对于直流源表201，采样率极低，通常低于1ksa/s，这导致测试的时间精度较低，要求测试的信号频率低于1khz。对于交流源表202，其电流测试精度较低，特别是对于几十纳秒以下的脉冲信号，电流测试的噪声达到了几十微安培，同时其采样率也不高，仅为200msa/s。

在信号测量方面，为了应对前面提及的源表201和202在测量脉冲信号上电流精度的问题，本发明采用了电流到电压信号转换器204将示波器205串联进入被测设备的测试回路。和传统的示波器并联测试系统(参见图1)相比，本发明的装置可以同时保证测试的电流/电压精度和时间精度。本发明采用示波器205和被测设备203串联的方式，避免了分流效应，利用示波器205在时间测量精度和电压测量精度上的优势，实现了被测设备高时间精度、高电压精度(电压测试结果可以转换为电流结果)测量。采用本发明的装置200的电子器件测试系统，能够实现高电流/电压精度和时间精度的电流/电压电子器件测试。

本发明至少具有下列优点：(1)通过本发明，可以得到高精度的测量结果，这是因为本发明采用高精度的输入信号源并同时采用高测量精度的示波器作为测量设备，因此可以得到高精度的结果；(2)本发明通过将电流到电压转换器与被测设备串联后然后连接示波器，避免了现有技术中的示波器的电流分流作用，由此显著地提高了测量精度；(3)本发明结构简单、成本低廉，适于大规模应用于半导体测试领域。

图3示出了根据本发明的用于测量电流和/或电压的方法300的流程，其中虚线框表示可选步骤。

在步骤302，为被测设备203提供直流输入信号。这可以通过直流输入信号源来实现。用户可以根据需求选择不同精度的直流输入信号源。

在步骤304，为被测设备203提供交流输入信号。这可以通过交流输入信号源来实现。用户可以根据需求选择不同精度的交流输入信号源。

在步骤306，用电流到电压转换器204将被测设备的输出电流信号转换成输出电压信号，其中电流到电压转换器204与被测设备203串联后再与示波器205串联，使得整个过程不存在分流效应，由此保证较高的测量精度。

在步骤308，用示波器205显示所述输出电压信号的波形。示波器205的高时间精度和高电压精度可以保证测量结果具有较高的时间精确性和电压精度(对应的电流信号可从电压信号换算得到)，以便于精确测试电子器件、电子设备或电路随时间的电学特性。

在可选步骤310，将输出电压信号的波形转换成输出电流信号的波形。这可以通过简单的换算、例如除以电流-电压转换系数来实现。

虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是本领域技术人员能够理解，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员在本发明的教导下可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并藉此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。