JP2003035732A - 微少容量測定方法及び微少容量測定回路 - Google Patents
微少容量測定方法及び微少容量測定回路Info
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- JP2003035732A JP2003035732A JP2001220019A JP2001220019A JP2003035732A JP 2003035732 A JP2003035732 A JP 2003035732A JP 2001220019 A JP2001220019 A JP 2001220019A JP 2001220019 A JP2001220019 A JP 2001220019A JP 2003035732 A JP2003035732 A JP 2003035732A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】大きな浮遊容量を伴なう状態にある微少容量の
容量値を測定する微少容量測定方法及び微少容量測定回
路に関する。 【解決手段】浮遊容量Cs を有する回路に設けられた微
少容量Cx の被測定容量を測定する微少容量測定方法に
おいて、浮遊容量Cs のみを所定電圧V0 に充電した
後、充電された浮遊容量Cs を所定の放電電流I1 で所
定時間Tds放電させたときの放電終了時の被測定回路の
電圧V1 とし、該電圧V1 を残留電圧補正用電圧Vb1で
補正のうえ所定の倍率Mで増幅して第1の測定電圧値を
得た後、浮遊容量Cs と被測定容量Cx との合成容量を
所定電圧V0 に充電した後、この充電容量を所定の放電
電流I1 で所要時間Tds放電して得られた電圧V2 を残
留電圧補正用電圧Vb2と共に所定の倍率Mで増幅して第
2の測定電圧値を得、前記第1の測定電圧値と該第2の
測定電圧値により被測定容量Cx を求める。
容量値を測定する微少容量測定方法及び微少容量測定回
路に関する。 【解決手段】浮遊容量Cs を有する回路に設けられた微
少容量Cx の被測定容量を測定する微少容量測定方法に
おいて、浮遊容量Cs のみを所定電圧V0 に充電した
後、充電された浮遊容量Cs を所定の放電電流I1 で所
定時間Tds放電させたときの放電終了時の被測定回路の
電圧V1 とし、該電圧V1 を残留電圧補正用電圧Vb1で
補正のうえ所定の倍率Mで増幅して第1の測定電圧値を
得た後、浮遊容量Cs と被測定容量Cx との合成容量を
所定電圧V0 に充電した後、この充電容量を所定の放電
電流I1 で所要時間Tds放電して得られた電圧V2 を残
留電圧補正用電圧Vb2と共に所定の倍率Mで増幅して第
2の測定電圧値を得、前記第1の測定電圧値と該第2の
測定電圧値により被測定容量Cx を求める。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的容量の測定
回路に関し、例えば低温ポリシリコン表示器の画素容量
測定や、ウエハーTAG内の容量測定などのように、大
きな浮遊容量を伴う環境下にある微少容量の測定に好適
な微少容量測定方法及び微少容量測定回路に関するもの
である。
回路に関し、例えば低温ポリシリコン表示器の画素容量
測定や、ウエハーTAG内の容量測定などのように、大
きな浮遊容量を伴う環境下にある微少容量の測定に好適
な微少容量測定方法及び微少容量測定回路に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来の微少容量測定回路の一例を図12
に示す。図12において、1は被測定回路であり、Cx
は微少容量の被測定容量、Cs は測定回路の浮遊容量を
含む被測定物の浮遊容量である。S1 ,S2 ,S3 はス
イッチ、Icgは定電流源、BAはバッファ増幅器、2は
A/D変換回路及び演算回路を含むデータ処理部であ
る。3は制御回路であり、制御信号C1 ,C2 ,C3 を
出力し、前記のスイッチS 1 ,S2 ,S3 のON/OF
Fをそれぞれ制御する。
に示す。図12において、1は被測定回路であり、Cx
は微少容量の被測定容量、Cs は測定回路の浮遊容量を
含む被測定物の浮遊容量である。S1 ,S2 ,S3 はス
イッチ、Icgは定電流源、BAはバッファ増幅器、2は
A/D変換回路及び演算回路を含むデータ処理部であ
る。3は制御回路であり、制御信号C1 ,C2 ,C3 を
出力し、前記のスイッチS 1 ,S2 ,S3 のON/OF
Fをそれぞれ制御する。
【0003】次に図12の従来回路の動作を図13に示
したタイムチャートにより説明する。 (1) 最初に浮遊容量Cs を測定する。 スイッチS3 をOFF(実線)として被測定容量C
x を切り離した状態で、スイッチS1 を時間t0 からt
1 までONにする。これにより浮遊容量Cs の電荷を放
電して初期状態とする。 スイッチS1 をOFFにした後、スイッチS2 を時
間t2 からt3 までの時間Tの間ONにして、浮遊容量
Cs を定電流源Icgからの電流Ic で充電する。このと
きの浮遊容量Cs の充電電圧Vc は時間と共に直線状に
上昇し実線のように変化する。 前記充電終了時の時刻t3 における浮遊容量Cs の
端子電圧をデータ処理部2の中のA/D変換回路により
A/D変換して、測定電圧(デジタル値)を得る。この
測定電圧をVcaとすると、
したタイムチャートにより説明する。 (1) 最初に浮遊容量Cs を測定する。 スイッチS3 をOFF(実線)として被測定容量C
x を切り離した状態で、スイッチS1 を時間t0 からt
1 までONにする。これにより浮遊容量Cs の電荷を放
電して初期状態とする。 スイッチS1 をOFFにした後、スイッチS2 を時
間t2 からt3 までの時間Tの間ONにして、浮遊容量
Cs を定電流源Icgからの電流Ic で充電する。このと
きの浮遊容量Cs の充電電圧Vc は時間と共に直線状に
上昇し実線のように変化する。 前記充電終了時の時刻t3 における浮遊容量Cs の
端子電圧をデータ処理部2の中のA/D変換回路により
A/D変換して、測定電圧(デジタル値)を得る。この
測定電圧をVcaとすると、
【数5】Vca=Ic *T/Cs
となる。ここでIc は定電流源Icgの電流値である。ま
た、*印は乗算記号を示す。
た、*印は乗算記号を示す。
【0004】(2) 次に被測定容量Cx を測定する。
スイッチS3 をON(点線)にして被測定容量Cx
を浮遊容量Cs に並列接続した後、スイッチS1 を時間
t0 からt1 までONにする。これにより被測定容量C
x と浮遊容量Cs との電荷を放電して初期状態とする。 スイッチS1 をOFFにした後、スイッチS2 を時
間t2 からt3 までの時間Tの間ONにして、被測定容
量Cx と浮遊容量Cs とを定電流源Icgからの電流Ic
で充電する。このときの浮遊容量Cs 及び被測定容量C
x の充電電圧Vcは時間と共に上昇し、点線のように変
化する。 前記充電終了時の時刻t3 における被測定容量Cx
と浮遊容量Cs との合成容量の端子電圧を測定する。こ
の測定電圧をVcbとすると、
を浮遊容量Cs に並列接続した後、スイッチS1 を時間
t0 からt1 までONにする。これにより被測定容量C
x と浮遊容量Cs との電荷を放電して初期状態とする。 スイッチS1 をOFFにした後、スイッチS2 を時
間t2 からt3 までの時間Tの間ONにして、被測定容
量Cx と浮遊容量Cs とを定電流源Icgからの電流Ic
で充電する。このときの浮遊容量Cs 及び被測定容量C
x の充電電圧Vcは時間と共に上昇し、点線のように変
化する。 前記充電終了時の時刻t3 における被測定容量Cx
と浮遊容量Cs との合成容量の端子電圧を測定する。こ
の測定電圧をVcbとすると、
【数6】Vcb=Ic * T/(Cx +Cs )
となる。
【0005】上記の2回の測定から、被測定容量Cx の
値は、
値は、
【数7】
Cx =(Ic *T/Vca)(Vca−Vcb)/Vcb
として求めることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
2回の測定値の電圧差である△V即ち(Vca−Vcb)
は、被測定容量Cx 《浮遊容量Cs である場合には、各
測定電圧Vca及びVcbに比較し非常に小さい値となり、
電圧差△Vを正確に測定することは困難である。従っ
て、前述した従来の微少容量測定回路では、被測定容量
Cx を高い精度で測定することができないという問題が
あった。本発明は、浮遊容量に比較して被測定容量が微
少の場合であっても、被測定容量を正確に測定できる微
少容量測定方法及び微少容量測定回路を提供するもので
ある。
2回の測定値の電圧差である△V即ち(Vca−Vcb)
は、被測定容量Cx 《浮遊容量Cs である場合には、各
測定電圧Vca及びVcbに比較し非常に小さい値となり、
電圧差△Vを正確に測定することは困難である。従っ
て、前述した従来の微少容量測定回路では、被測定容量
Cx を高い精度で測定することができないという問題が
あった。本発明は、浮遊容量に比較して被測定容量が微
少の場合であっても、被測定容量を正確に測定できる微
少容量測定方法及び微少容量測定回路を提供するもので
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願発明の微少容量測定
方法は、被測定容量(Cx )に比較して大きな浮遊容量
(Cs )を伴なう状態にある微少容量の被測定容量の容
量値(Cx )を測定する微少容量測定方法において、前
記浮遊容量(Cs )を所定の電圧(V0 )に充電した
後、該充電された浮遊容量(Cs )を所定の放電電流
(I1 )で所定の時間(Tds)放電させて得られた電圧
(V1 )を第1の所定の倍率(M1 )で増幅すると共
に、零電位を含む第1の補正用バイアス電圧(Vb1)を
第2の所定の倍率(M2 )で増幅、加算して得た電圧を
測定して第1の測定電圧値(VM1)を得た後、該第1の
測定電圧値(VM1)から前記浮遊容量値(Cs )を求め
ると共に、前記第1の測定電圧値(V M1)が零電位とな
るべき第2の補正用バイアス電圧(Vb2)を演算により
求め、次に前記浮遊容量(Cs )と前記被測定容量(C
x )との合成容量を再び前記所定の電圧(V0 )に充電
した後、該充電された合成容量を前記所定の放電電流
(I1 )で前記所定の時間(Tds)放電させ、該放電時
間終了時の電圧(V2 )を前記第1の所定の倍率
(M1 )で増幅すると共に、前記演算で得られた前記第
2の補正用バイアス電圧(Vb2)を前記第2の所定の倍
率(M2 )で増幅、加算して得た電圧を測定して第2の
測定電圧値(VM2)を得て、前記第1の測定電圧値(V
M1),前記第2の測定電圧値(VM2)及び前記浮遊容量
値(Cs )を含む次式
方法は、被測定容量(Cx )に比較して大きな浮遊容量
(Cs )を伴なう状態にある微少容量の被測定容量の容
量値(Cx )を測定する微少容量測定方法において、前
記浮遊容量(Cs )を所定の電圧(V0 )に充電した
後、該充電された浮遊容量(Cs )を所定の放電電流
(I1 )で所定の時間(Tds)放電させて得られた電圧
(V1 )を第1の所定の倍率(M1 )で増幅すると共
に、零電位を含む第1の補正用バイアス電圧(Vb1)を
第2の所定の倍率(M2 )で増幅、加算して得た電圧を
測定して第1の測定電圧値(VM1)を得た後、該第1の
測定電圧値(VM1)から前記浮遊容量値(Cs )を求め
ると共に、前記第1の測定電圧値(V M1)が零電位とな
るべき第2の補正用バイアス電圧(Vb2)を演算により
求め、次に前記浮遊容量(Cs )と前記被測定容量(C
x )との合成容量を再び前記所定の電圧(V0 )に充電
した後、該充電された合成容量を前記所定の放電電流
(I1 )で前記所定の時間(Tds)放電させ、該放電時
間終了時の電圧(V2 )を前記第1の所定の倍率
(M1 )で増幅すると共に、前記演算で得られた前記第
2の補正用バイアス電圧(Vb2)を前記第2の所定の倍
率(M2 )で増幅、加算して得た電圧を測定して第2の
測定電圧値(VM2)を得て、前記第1の測定電圧値(V
M1),前記第2の測定電圧値(VM2)及び前記浮遊容量
値(Cs )を含む次式
【数8】Cx =Cs *VM2/(M1 *V0 +M2 *Vb1
−VM1−VM2) により前記被測定容量値(Cx )を求めるようにしたこ
とを特徴とする微少容量測定方法。
−VM1−VM2) により前記被測定容量値(Cx )を求めるようにしたこ
とを特徴とする微少容量測定方法。
【0008】本願発明の微少容量測定回路は、被測定容
量(Cx )に比較して大きな浮遊容量(Cs )を伴なう
状態にある微少容量の被測定容量の容量値(Cx )を測
定する微少容量測定回路において、前記浮遊容量
(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記被測定容量(C
x )との合成容量を所定電圧(V0 )に充電する充電回
路(Vs1,S1 )と、該充電回路(Vs1)により充電さ
れた前記浮遊容量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前
記被測定容量(Cx )との合成容量を所定の放電電流
(I1 )で放電する放電回路(Is ,S2 )と、該放電
回路(Is )の放電時間(Tds)を所定の放電時間に制
御可能な制御回路(3)と、前記放電回路(Is )によ
る前記浮遊容量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記
被測定容量(Cx )との合成容量の放電終了時の電圧
(V1 又はV2 )をインピーダンス変換して低インピー
ダンスで出力するバッファ増幅器(BA)と、該バッフ
ァ増幅器(BA)の出力(V1 又はV2 )を第1の所定
の倍率(M1)で増幅すると共に、下記残留電圧補正用
バイアス電源(VOF)の出力電圧を第2の所定の倍率
(M2 )で増幅、加算する増幅器(OPA)と、該増幅
器(OPA)の入力側に設けられ、該増幅器(OPA)
の出力電圧を適正範囲にシフトさせるための第1の補正
用バイアス電圧(Vb1)又は第2の補正用バイアス電圧
(Vb2)を設定する残留電圧補正用バイアス電源
(VOF)と、前記所定の充電電圧(V0 ),前記所定の
放電電流(I1 ),前記所定の放電時間(TDS)及び前
記増幅器(OPA)による測定電圧(VM1又は、および
VM2)から、前記第2の補正用バイアス電圧値
(Vb2),前記浮遊容量(Cs )及び前記被測定容量
(Cx )を求める演算回路(2)とを備え、前記浮遊容
量(Cs )を前記充電回路(Vs1,S1 )で所定電圧
(V0 )に充電した後、該浮遊容量(Cs )を前記放電
電流(I1 )により前記所定の時間(Tds)放電させ、
該放電終了時の前記バッファ増幅器(BA)の出力電圧
(V1)を前記第1の補正用バイアス電圧(Vb1)と共
に前記増幅器(OPA)により増幅して得られた電圧を
第1の測定電圧値(VM1)とし、該第1の測定電圧値
(VM1)から前記浮遊容量(Cs )を求めると共に、該
第1の測定電圧値(VM1)が零電位となるべき前記残留
電圧補正用バイアス電源(VOF)の前記第2の補正用バ
イアス電圧値(Vb2)を前記演算回路(2)により求
め、次に前記浮遊容量(Cs )と前記被測定容量
(Cx )との合成容量を再び前記充電回路(Vs1,
S1 )で前記所定電圧(V0 )に充電した後、前記所定
の放電時間(Tds)放電させ、該放電終了時の前記バッ
ファ増幅器(BA)の出力電圧(V2 )を前記演算回路
(2)により求めた前記第2の補正用バイアス電圧(V
b2)と共に前記増幅器(OPA)により増幅し、得られ
た電圧を第2の測定電圧値(VM2)とし、前記第1の測
定電圧値(VM1),前記第2の測定電圧値(VM2)及び
前記浮遊容量(Cs )から前記被測定容量値(Cx )を
前記演算回路(2)で求めるようにしたことを特徴とす
る微少容量測定回路。
量(Cx )に比較して大きな浮遊容量(Cs )を伴なう
状態にある微少容量の被測定容量の容量値(Cx )を測
定する微少容量測定回路において、前記浮遊容量
(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記被測定容量(C
x )との合成容量を所定電圧(V0 )に充電する充電回
路(Vs1,S1 )と、該充電回路(Vs1)により充電さ
れた前記浮遊容量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前
記被測定容量(Cx )との合成容量を所定の放電電流
(I1 )で放電する放電回路(Is ,S2 )と、該放電
回路(Is )の放電時間(Tds)を所定の放電時間に制
御可能な制御回路(3)と、前記放電回路(Is )によ
る前記浮遊容量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記
被測定容量(Cx )との合成容量の放電終了時の電圧
(V1 又はV2 )をインピーダンス変換して低インピー
ダンスで出力するバッファ増幅器(BA)と、該バッフ
ァ増幅器(BA)の出力(V1 又はV2 )を第1の所定
の倍率(M1)で増幅すると共に、下記残留電圧補正用
バイアス電源(VOF)の出力電圧を第2の所定の倍率
(M2 )で増幅、加算する増幅器(OPA)と、該増幅
器(OPA)の入力側に設けられ、該増幅器(OPA)
の出力電圧を適正範囲にシフトさせるための第1の補正
用バイアス電圧(Vb1)又は第2の補正用バイアス電圧
(Vb2)を設定する残留電圧補正用バイアス電源
(VOF)と、前記所定の充電電圧(V0 ),前記所定の
放電電流(I1 ),前記所定の放電時間(TDS)及び前
記増幅器(OPA)による測定電圧(VM1又は、および
VM2)から、前記第2の補正用バイアス電圧値
(Vb2),前記浮遊容量(Cs )及び前記被測定容量
(Cx )を求める演算回路(2)とを備え、前記浮遊容
量(Cs )を前記充電回路(Vs1,S1 )で所定電圧
(V0 )に充電した後、該浮遊容量(Cs )を前記放電
電流(I1 )により前記所定の時間(Tds)放電させ、
該放電終了時の前記バッファ増幅器(BA)の出力電圧
(V1)を前記第1の補正用バイアス電圧(Vb1)と共
に前記増幅器(OPA)により増幅して得られた電圧を
第1の測定電圧値(VM1)とし、該第1の測定電圧値
(VM1)から前記浮遊容量(Cs )を求めると共に、該
第1の測定電圧値(VM1)が零電位となるべき前記残留
電圧補正用バイアス電源(VOF)の前記第2の補正用バ
イアス電圧値(Vb2)を前記演算回路(2)により求
め、次に前記浮遊容量(Cs )と前記被測定容量
(Cx )との合成容量を再び前記充電回路(Vs1,
S1 )で前記所定電圧(V0 )に充電した後、前記所定
の放電時間(Tds)放電させ、該放電終了時の前記バッ
ファ増幅器(BA)の出力電圧(V2 )を前記演算回路
(2)により求めた前記第2の補正用バイアス電圧(V
b2)と共に前記増幅器(OPA)により増幅し、得られ
た電圧を第2の測定電圧値(VM2)とし、前記第1の測
定電圧値(VM1),前記第2の測定電圧値(VM2)及び
前記浮遊容量(Cs )から前記被測定容量値(Cx )を
前記演算回路(2)で求めるようにしたことを特徴とす
る微少容量測定回路。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施例の微少容
量測定回路を示すものである。図1において1は被測定
回路であり、Cx は微少容量の被測定容量、Cs は被測
定回路1の浮遊容量である。Vs1は被測定回路1を電圧
V0 に充電するための定電圧源、Isは放電電流I1 の
定電流源、BAは被測定回路1の電圧をインピーダンス
変換して低インピーダンスで出力するバッファ増幅器、
OPAはバッファ増幅器BAの出力を第1の所定の倍
率、M1 倍(M1 =−R2 /R1 但しR1 ,R2 は夫
々抵抗R1 ,R2 の抵抗値)に増幅すると共に、後述す
る残留電圧補正用バイアス電源VOFの出力電圧を第2の
所定の倍率、M2 倍(M2 =−R2 /R3 但しR 3 は
抵抗R3 の抵抗値)に増幅して加算出力する反転増幅
器、VOFは反転増幅器OPAの出力電圧を適正な範囲に
シフトさせるための残留電圧補正用バイアス電源(以下
バイアス電源と略称する。)であり、その出力電圧はV
b で表される。
量測定回路を示すものである。図1において1は被測定
回路であり、Cx は微少容量の被測定容量、Cs は被測
定回路1の浮遊容量である。Vs1は被測定回路1を電圧
V0 に充電するための定電圧源、Isは放電電流I1 の
定電流源、BAは被測定回路1の電圧をインピーダンス
変換して低インピーダンスで出力するバッファ増幅器、
OPAはバッファ増幅器BAの出力を第1の所定の倍
率、M1 倍(M1 =−R2 /R1 但しR1 ,R2 は夫
々抵抗R1 ,R2 の抵抗値)に増幅すると共に、後述す
る残留電圧補正用バイアス電源VOFの出力電圧を第2の
所定の倍率、M2 倍(M2 =−R2 /R3 但しR 3 は
抵抗R3 の抵抗値)に増幅して加算出力する反転増幅
器、VOFは反転増幅器OPAの出力電圧を適正な範囲に
シフトさせるための残留電圧補正用バイアス電源(以下
バイアス電源と略称する。)であり、その出力電圧はV
b で表される。
【0010】2は反転増幅器OPAの出力電圧をデジタ
ル値に変換するA/D変換回路及び演算回路を含むデー
タ処理部である。4はダイオードD及び直流電源VLMT
から構成されたリミッタ回路、S1 は被測定回路1を定
電圧源Vs1に接続するスイッチ、S2 は被測定回路1を
定電流源Is に接続するスイッチ、S3 は被測定容量C
X を測定回路に接続するスイッチである。3は制御回路
であり、スイッチS1,S2 ,S3 のON/OFFを制
御する信号C1 ,C2 ,C3 を出力する。
ル値に変換するA/D変換回路及び演算回路を含むデー
タ処理部である。4はダイオードD及び直流電源VLMT
から構成されたリミッタ回路、S1 は被測定回路1を定
電圧源Vs1に接続するスイッチ、S2 は被測定回路1を
定電流源Is に接続するスイッチ、S3 は被測定容量C
X を測定回路に接続するスイッチである。3は制御回路
であり、スイッチS1,S2 ,S3 のON/OFFを制
御する信号C1 ,C2 ,C3 を出力する。
【0011】次に図1の回路動作を図2のタイムチャー
トを参照して説明する。被測定回路1の浮遊容量又は被
測定容量の充電電圧をV0 とした場合、最初に定電流源
Isの出力電流I1 の値と、後述する放電時間Tdsと
を、予想される浮遊容量の容量値Csoに対して、次の式
が満足するように定める。
トを参照して説明する。被測定回路1の浮遊容量又は被
測定容量の充電電圧をV0 とした場合、最初に定電流源
Isの出力電流I1 の値と、後述する放電時間Tdsと
を、予想される浮遊容量の容量値Csoに対して、次の式
が満足するように定める。
【数9】V0 −I1 *Tds/Cso=Vr ……(1)
但し、Vr は後述のように浮遊容量Cs のバラツキを考
慮して定めた所定の電圧値で、V0 に比べて十分小さい
正の電圧とする。
慮して定めた所定の電圧値で、V0 に比べて十分小さい
正の電圧とする。
【0012】測定1
制御回路3がスタート信号を受けると、制御回路3は予
め定められた測定順序にしたがって出力信号C1 ,
C2 ,C3 を送出し、それぞれスイッチS1 ,S2,S
3 のON/OFFを制御する。測定開始に先立ち、スイ
ッチS3 をOFFにして被測定回路1から被測定容量C
x を切離す。バイアス電源VOFの出力電圧Vb を、Vb
=Vb1=−Vr *M1/M2 に設定した後、次の手順で
測定を行う。
め定められた測定順序にしたがって出力信号C1 ,
C2 ,C3 を送出し、それぞれスイッチS1 ,S2,S
3 のON/OFFを制御する。測定開始に先立ち、スイ
ッチS3 をOFFにして被測定回路1から被測定容量C
x を切離す。バイアス電源VOFの出力電圧Vb を、Vb
=Vb1=−Vr *M1/M2 に設定した後、次の手順で
測定を行う。
【0013】 スイッチS1 を時刻t1 〜t3 の間O
Nにして、被測定回路1の浮遊容量C s を定電圧源Vs1
により電圧V0 に充電する。このとき、被測定回路1が
正の電圧に充電されバッファ増幅器BAの出力端子に正
の電圧が出力されると、反転増幅器OPAは出力に負の
電圧を発生するが、この出力電圧がリミッタ回路4の動
作電圧VLMT に達する時刻t2 になると、反転増幅器O
PAの出力は下降を停止し、所定の電圧となる。
Nにして、被測定回路1の浮遊容量C s を定電圧源Vs1
により電圧V0 に充電する。このとき、被測定回路1が
正の電圧に充電されバッファ増幅器BAの出力端子に正
の電圧が出力されると、反転増幅器OPAは出力に負の
電圧を発生するが、この出力電圧がリミッタ回路4の動
作電圧VLMT に達する時刻t2 になると、反転増幅器O
PAの出力は下降を停止し、所定の電圧となる。
【0014】 スイッチS1 が時刻t3 でOFFにさ
れた後の時刻t4 〜t7 の間スイッチS2 をONにし
て、被測定回路1の浮遊容量Cs を定電流源Is の電流
I1 により放電すると、被測定回路1の電圧Vc1は、次
の式に基づいて時間の経過と共に直線的に下降する。
れた後の時刻t4 〜t7 の間スイッチS2 をONにし
て、被測定回路1の浮遊容量Cs を定電流源Is の電流
I1 により放電すると、被測定回路1の電圧Vc1は、次
の式に基づいて時間の経過と共に直線的に下降する。
【数10】Vc1=V0 −I1 *t/Cs
但し、tは時刻t4 からの経過時間である。即ち、バッ
ファ増幅器BAの出力電圧は、入力電圧と同じであるか
ら図2のタイムチャートのようにバッファ増幅器BAの
出力電圧もVc1と等しく、実線で示されているように下
降する。
ファ増幅器BAの出力電圧は、入力電圧と同じであるか
ら図2のタイムチャートのようにバッファ増幅器BAの
出力電圧もVc1と等しく、実線で示されているように下
降する。
【0015】時刻t5 において、バッファ増幅器BAの
出力がリミッタ回路4の動作電圧V LMT まで下降する
と、この時点から反転増幅器OPAの出力VCM1 は出力
制限が解除されて、時間の経過と共に実線で示されてい
るように上昇する。なお、リミッタ回路4は、反転増幅
器OPAが過負荷になるのを防止するためのもので、も
し反転増幅器OPAが過入力になっても差支えないもの
であるときは、リミッタ回路4は省略してもよい。反転
増幅器OPAの出力が飽和しないと仮定した場合の反転
増幅器OPAの出力は、図2に一点鎖線で示される電圧
特性として表わされる。
出力がリミッタ回路4の動作電圧V LMT まで下降する
と、この時点から反転増幅器OPAの出力VCM1 は出力
制限が解除されて、時間の経過と共に実線で示されてい
るように上昇する。なお、リミッタ回路4は、反転増幅
器OPAが過負荷になるのを防止するためのもので、も
し反転増幅器OPAが過入力になっても差支えないもの
であるときは、リミッタ回路4は省略してもよい。反転
増幅器OPAの出力が飽和しないと仮定した場合の反転
増幅器OPAの出力は、図2に一点鎖線で示される電圧
特性として表わされる。
【0016】 スイッチS2 をONにして、被測定回
路1の放電が開始した時刻t4 から、所定の放電時間T
dsを経過した時刻t7 でスイッチS2 はOFFとなり放
電が終了し、被測定回路1の電圧Vc1は変化しなくな
る。この時の電圧Vc1の値をV1とすると、V1 は次の
式によって表される。
路1の放電が開始した時刻t4 から、所定の放電時間T
dsを経過した時刻t7 でスイッチS2 はOFFとなり放
電が終了し、被測定回路1の電圧Vc1は変化しなくな
る。この時の電圧Vc1の値をV1とすると、V1 は次の
式によって表される。
【数11】V1 =V0 −I1 *Tds/Cs ……(2)
また、反転増幅器OPAの出力電圧VM1は、次式のよう
になる。
になる。
【数12】
VM1=M1 *V1 +M2 *Vb1 ……(3)
従って、浮遊容量Cs の値は、前記式(2)(3)か
ら、次式(4)によって求められる。
ら、次式(4)によって求められる。
【数13】
Cs =I1 *Tds/(V0 +Vb1*M2 /M1 −VM1/M1 ) ……(4)
【0017】なお、被測定物によっては負の電圧が印加
できないものがある。このことを考慮して、前述の説明
では被測定回路1に負の電圧の印加が許容されないもの
として、Vr を定電圧源Vs1の電圧V0 に比較して小さ
い正の電圧とした。即ち、放電完了時の被測定回路1の
電圧V1 は、被測定回路1の容量に比例して変化するか
ら、個々の被測定物によって浮遊容量にバラツキがある
と、それによって放電完了時の被測定回路1の電圧V1
は変化する。従って、最も少ない浮遊容量の場合に、放
電完了時の被測定回路1の電圧V1 が零電位になるよう
にする必要がある。
できないものがある。このことを考慮して、前述の説明
では被測定回路1に負の電圧の印加が許容されないもの
として、Vr を定電圧源Vs1の電圧V0 に比較して小さ
い正の電圧とした。即ち、放電完了時の被測定回路1の
電圧V1 は、被測定回路1の容量に比例して変化するか
ら、個々の被測定物によって浮遊容量にバラツキがある
と、それによって放電完了時の被測定回路1の電圧V1
は変化する。従って、最も少ない浮遊容量の場合に、放
電完了時の被測定回路1の電圧V1 が零電位になるよう
にする必要がある。
【0018】このようにすると、浮遊容量が標準値(バ
ラツキの中心にある前記Cso)である被測定物の場合
の、放電完了時の被測定回路1の電圧V1 は前述のVr
になる。この電圧は反転増幅器OPAによりM1 倍に増
幅され、その分、出力電圧をオフセットさせることにな
る。バイアス電源VOFの出力電圧Vb を−Vr *M1 /
M2 にすると、前記オフセット電圧を取り除いて、放電
完了時の測定電圧VM1を零電位として測定範囲の中心に
合致させることができるから、測定範囲をもっとも有効
に利用できるようになる。被測定回路1に負の電圧の印
加が許容される場合には、Vr を零電位又は小さい負の
電圧としてもよい。
ラツキの中心にある前記Cso)である被測定物の場合
の、放電完了時の被測定回路1の電圧V1 は前述のVr
になる。この電圧は反転増幅器OPAによりM1 倍に増
幅され、その分、出力電圧をオフセットさせることにな
る。バイアス電源VOFの出力電圧Vb を−Vr *M1 /
M2 にすると、前記オフセット電圧を取り除いて、放電
完了時の測定電圧VM1を零電位として測定範囲の中心に
合致させることができるから、測定範囲をもっとも有効
に利用できるようになる。被測定回路1に負の電圧の印
加が許容される場合には、Vr を零電位又は小さい負の
電圧としてもよい。
【0019】なお、前記の増幅倍率M1 の値は、測定精
度を上げるためには大きい方がよいが、放電完了時の測
定電圧VM1のバラツキの幅は、データ処理部2のA/D
変換器の測定範囲内に収まるようにしなければならない
から、個々の被測定物による浮遊容量のバラツキ幅によ
って大きさが制約される。個々の被測定物による浮遊容
量のバラツキ幅が大きく、増幅倍率M1 の値を十分に大
きな値にできない場合は、反転増幅器OPAの増幅度を
切り替え可能な構造にして、2回目の測定時に十分大き
な値に切り替えるようにするとよい。
度を上げるためには大きい方がよいが、放電完了時の測
定電圧VM1のバラツキの幅は、データ処理部2のA/D
変換器の測定範囲内に収まるようにしなければならない
から、個々の被測定物による浮遊容量のバラツキ幅によ
って大きさが制約される。個々の被測定物による浮遊容
量のバラツキ幅が大きく、増幅倍率M1 の値を十分に大
きな値にできない場合は、反転増幅器OPAの増幅度を
切り替え可能な構造にして、2回目の測定時に十分大き
な値に切り替えるようにするとよい。
【0020】測定2
2回目の測定開始に先立ち、スイッチS3 をONにし
て、被測定回路1の被測定容量Cx を浮遊容量Cs に並
列接続して両者の合成容量とする。バイアス電源VOFの
出力電圧Vb を、次式(5)により変更する。
て、被測定回路1の被測定容量Cx を浮遊容量Cs に並
列接続して両者の合成容量とする。バイアス電源VOFの
出力電圧Vb を、次式(5)により変更する。
【数14】
Vb =Vb2=−(VM1−Vb1*M2 )/M2 ……(5)
【0021】これは被測定回路1の浮遊容量Cs を測定
する1回目の測定時において、浮遊容量Cs の放電終了
時の反転増幅器OPAの出力電圧VM1を零電位にするも
ので、前記(3)式において出力電圧VM1を零電位とお
き、Vb1をVb2に置き換えて得られた式に、同じく
(3)式をV1 について解いて得た値を代入して得られ
る。これにより、次に述べる2回目の測定時に反転増幅
器OPAの出力電圧が飽和することなしに、前記倍率M
1 の値を十分に大きくして被測定容量を高精度で測定す
ることができるようになる。なお、前記演算はデータ処
理部2内の演算回路により行う。しかる後に、測定1と
同じ手順で測定動作を行う。この場合の被測定回路1の
電圧Vc2(=バッファ増幅器BAの出力電圧)及び反転
増幅器OPAの出力VCM 2 は、図2のタイムチャートに
点線で示される電圧特性となる。
する1回目の測定時において、浮遊容量Cs の放電終了
時の反転増幅器OPAの出力電圧VM1を零電位にするも
ので、前記(3)式において出力電圧VM1を零電位とお
き、Vb1をVb2に置き換えて得られた式に、同じく
(3)式をV1 について解いて得た値を代入して得られ
る。これにより、次に述べる2回目の測定時に反転増幅
器OPAの出力電圧が飽和することなしに、前記倍率M
1 の値を十分に大きくして被測定容量を高精度で測定す
ることができるようになる。なお、前記演算はデータ処
理部2内の演算回路により行う。しかる後に、測定1と
同じ手順で測定動作を行う。この場合の被測定回路1の
電圧Vc2(=バッファ増幅器BAの出力電圧)及び反転
増幅器OPAの出力VCM 2 は、図2のタイムチャートに
点線で示される電圧特性となる。
【0022】この測定動作において、時刻t7 での被測
定回路1の電圧(=図2のバッファ増幅器BAの出力電
圧)V2 、及び図2の反転増幅器OPAの出力電圧VM2
は、それぞれ次式(6)(7)により表される。
定回路1の電圧(=図2のバッファ増幅器BAの出力電
圧)V2 、及び図2の反転増幅器OPAの出力電圧VM2
は、それぞれ次式(6)(7)により表される。
【数15】
V2 =V0 −I1 *Tds/(Cs +Cx ) ……(6)
∴(Cs +Cx )=I1 *Tds/(V0 −VM2/M1 −Vb2*M2 /M1 )
……(7)
従って、被測定容量Cx は、(4)式,(5)式及び
(7)式より次式(8)により求めることができる。
(7)式より次式(8)により求めることができる。
【数16】
Cx =Cs *VM2/(M1 *V0 +M2 *Vb1−VM1−VM2) ……(8)
【0023】
【実施例】本発明の図1に示した微少容量測定回路にお
ける他の測定方法の実施例を説明する。 (1) 前述の実施例においては、スイッチS3 を開いた状
態で行う1回目の浮遊容量Cs の測定時と、スイッチS
3 を閉じた状態で行う2回目の浮遊容量に被測定容量を
並列接続した合成容量の測定時とも、放電電流I1 は同
一値として測定を行ったが、この実施例は、2回目の測
定時における放電電流I1 の値を、1回目の測定時の放
電時間Tdsの放電終了時における浮遊容量Cs の残留電
圧に基づいて放電電流値I1 を変更して測定するもので
ある。即ち、1回目の測定では前述の実施例と同じ要領
で測定を行い、第1の測定電圧値VM1を得る。この測定
結果を基に2回目の測定時には、被測定回路1の容量値
が前記と同じ浮遊容量Cs であると仮定したときに、放
電時間Tdsの放電終了時における反転増幅器OPAの出
力電圧VM2が零電位となるべき放電電流、即ち定電流電
源Is の電流値を下記(9)式により求められる電流値
I2 に変更する。
ける他の測定方法の実施例を説明する。 (1) 前述の実施例においては、スイッチS3 を開いた状
態で行う1回目の浮遊容量Cs の測定時と、スイッチS
3 を閉じた状態で行う2回目の浮遊容量に被測定容量を
並列接続した合成容量の測定時とも、放電電流I1 は同
一値として測定を行ったが、この実施例は、2回目の測
定時における放電電流I1 の値を、1回目の測定時の放
電時間Tdsの放電終了時における浮遊容量Cs の残留電
圧に基づいて放電電流値I1 を変更して測定するもので
ある。即ち、1回目の測定では前述の実施例と同じ要領
で測定を行い、第1の測定電圧値VM1を得る。この測定
結果を基に2回目の測定時には、被測定回路1の容量値
が前記と同じ浮遊容量Cs であると仮定したときに、放
電時間Tdsの放電終了時における反転増幅器OPAの出
力電圧VM2が零電位となるべき放電電流、即ち定電流電
源Is の電流値を下記(9)式により求められる電流値
I2 に変更する。
【0024】
【数17】
I2 =I1 (V0 +Vb1*M2 /M1 )/(V0 +Vb1*M2 /M1 −VM1/
M1 ) ……(9)
なお、(9)式は、前記(3)式をV1 について解き、
これを(2)式に代入し、この式のI1 をI2 に置き換
え、さらにVM1=0とおくと、
これを(2)式に代入し、この式のI1 をI2 に置き換
え、さらにVM1=0とおくと、
【数18】
V0 −I2 *Tds/Cs =−Vb1*M2 /M1 ……(10)
が得られるので、これをI2 について解き、これと
(2)式から求めたCs /Tdsとから誘導することがで
きる。これにより、次に述べる2回目の測定時に反転増
幅器OPAの出力電圧VM2が飽和することなしに前記増
幅倍率M1 の値を十分大きくして、被測定容量値Cx を
高精度で測定することができるようになる。
(2)式から求めたCs /Tdsとから誘導することがで
きる。これにより、次に述べる2回目の測定時に反転増
幅器OPAの出力電圧VM2が飽和することなしに前記増
幅倍率M1 の値を十分大きくして、被測定容量値Cx を
高精度で測定することができるようになる。
【0025】このようにすると、1回目の測定時の反転
増幅器OPAの出力電圧VM1は前述の(3)式と同じで
あるが、2回目の測定時の反転増幅器OPAの出力VM2
は、
増幅器OPAの出力電圧VM1は前述の(3)式と同じで
あるが、2回目の測定時の反転増幅器OPAの出力VM2
は、
【数19】
VM2=M1 *V2 +M2 *Vb1=M1 [V0 −I2 *Tds/(Cs +Cx )]
+M2 *Vb1 ……(11)
となる。(11)式をCx について解き、更に前記(1
0)式の関係を用いて整理して被測定容量Cx を求める
と、
0)式の関係を用いて整理して被測定容量Cx を求める
と、
【数20】
Cx =Cs *VM2/(M1 *V0 +M2 *Vb1−VM2) ……(12)
を得る。浮遊容量Cs は1回目の測定時の測定電圧値V
M1から上記(4)式より求めることができるから、これ
を(12)式に代入して被測定容量Cx の容量値Cx を
求めることができる。
M1から上記(4)式より求めることができるから、これ
を(12)式に代入して被測定容量Cx の容量値Cx を
求めることができる。
【0026】(2) 前述の各実施例は、1回目の浮遊容量
Cs の測定時と、2回目の浮遊容量C s と被測定容量C
x との合成容量の測定時とも同一の放電時間Tdsとして
いたが、この実施例においては、図3のタイムチャート
に示すように、1回目の浮遊容量Cs の放電時間Tds1
の放電終了時に測定したバッファ増幅器BAの出力電圧
V1 をもとに、このバッファ増幅器BAの出力電圧V1
が零電位になるような放電時間Tds2 を演算により求
め、この放電時間Tds2 を制御回路3内に設けられた図
示していないタイマーにセットし、2回目の浮遊容量C
s と被測定容量Cxとの合成容量の測定における放電時
には、この放電時間Tds2 により放電を行う。
Cs の測定時と、2回目の浮遊容量C s と被測定容量C
x との合成容量の測定時とも同一の放電時間Tdsとして
いたが、この実施例においては、図3のタイムチャート
に示すように、1回目の浮遊容量Cs の放電時間Tds1
の放電終了時に測定したバッファ増幅器BAの出力電圧
V1 をもとに、このバッファ増幅器BAの出力電圧V1
が零電位になるような放電時間Tds2 を演算により求
め、この放電時間Tds2 を制御回路3内に設けられた図
示していないタイマーにセットし、2回目の浮遊容量C
s と被測定容量Cxとの合成容量の測定における放電時
には、この放電時間Tds2 により放電を行う。
【0027】即ち、1回目の放電時間をTds1 とし、2
回目の放電時間をTds2 とするとき、
回目の放電時間をTds2 とするとき、
【数21】
Tds2 =Tds1 (M1 *V0 +M2 *Vb1)/(M1 *V0 +M2 *Vb1−V M1
) ……(13)
とする。これは(2)式において、V1 を(3)式でV
M1=0として求めたV 1 と置き換え、Tds1 をTds2 に
置き換えて、Tds2 について解くことにより得られる。
なお、バイアス電源VOFの出力電圧Vb は1回目と同じ
値、即ち、Vb2=Vb1としておく。しかる時は、1回目
の測定では前述の各実施例と同じであるから、浮遊容量
C s は前述の(4)式(ただしTdsはTds1 に置き換え
る)により求めることができる。
M1=0として求めたV 1 と置き換え、Tds1 をTds2 に
置き換えて、Tds2 について解くことにより得られる。
なお、バイアス電源VOFの出力電圧Vb は1回目と同じ
値、即ち、Vb2=Vb1としておく。しかる時は、1回目
の測定では前述の各実施例と同じであるから、浮遊容量
C s は前述の(4)式(ただしTdsはTds1 に置き換え
る)により求めることができる。
【0028】次に、2回目の測定においては、前記
(6)式のTdsをTds2 に置き換えた(14)式が得ら
れる。
(6)式のTdsをTds2 に置き換えた(14)式が得ら
れる。
【数22】
V2 =V0 −I1 *Tds2 /(Cs +Cx ) ……(14)
また、反転増幅器OPAの出力電圧VM2は、
【数23】
VM2=M1 *V2 +M2 *Vb1 ……(15)
となるから、TdsをTds1 に置き換えた(2)式と、
(3)式の関係を前記(14)式、(15)式に代入し
てCx について解くと、
(3)式の関係を前記(14)式、(15)式に代入し
てCx について解くと、
【数24】
Cx =Cs *VM2/(M1 *V0 +M2 *Vb1−VM2) ……(16)
としてCx が求まる。
【0029】なお、図3において、時刻t8 は2回目の
測定における放電開始時刻t4 から放電時間Tds2 経過
後の放電終了のタイミングを示しており、バッファ増幅
器BA又は反転増幅器OPAの各出力電圧Vc1又はV
CM1 の下降又は上昇を延長したとき、それぞれ零電位と
交わる点である。
測定における放電開始時刻t4 から放電時間Tds2 経過
後の放電終了のタイミングを示しており、バッファ増幅
器BA又は反転増幅器OPAの各出力電圧Vc1又はV
CM1 の下降又は上昇を延長したとき、それぞれ零電位と
交わる点である。
【0030】(3) 前述の実施例は、1回目の測定におい
て浮遊容量Cs を所定電圧V0 に充電した後に、所定の
放電電流I1 で放電後のバッファ増幅器BAの出力電圧
V1 が小さい正の電圧となるように放電時間Tds1 を設
定したが、この実施例では所定の放電電流I1 によりバ
ッファ増幅器BAの出力電圧V1 が零電位になるまで放
電し、この零電位になるまでの放電時間Tdsを測定し記
憶しておき、2回目の浮遊容量Cs と被測定容量Cx と
の合成容量の測定時にも、同一の放電電流I1 により前
述の記憶してある放電時間Tdsの間放電し、この放電終
了時の反転増幅器OPAの出力電圧VM2を測定をするよ
うにしたものである。この場合は、バイアス電源VOFは
不要になる。この測定動作を、図4のタイムチャートに
より説明する。
て浮遊容量Cs を所定電圧V0 に充電した後に、所定の
放電電流I1 で放電後のバッファ増幅器BAの出力電圧
V1 が小さい正の電圧となるように放電時間Tds1 を設
定したが、この実施例では所定の放電電流I1 によりバ
ッファ増幅器BAの出力電圧V1 が零電位になるまで放
電し、この零電位になるまでの放電時間Tdsを測定し記
憶しておき、2回目の浮遊容量Cs と被測定容量Cx と
の合成容量の測定時にも、同一の放電電流I1 により前
述の記憶してある放電時間Tdsの間放電し、この放電終
了時の反転増幅器OPAの出力電圧VM2を測定をするよ
うにしたものである。この場合は、バイアス電源VOFは
不要になる。この測定動作を、図4のタイムチャートに
より説明する。
【0031】即ち、前述したと同様に最初にスイッチS
2 ,S3 をOFFとし、時刻t1 においてスイッチS1
をONにして浮遊容量Cs を定電圧源Vs1により所定電
圧V 0 に充電する。次に充電完了後の時刻t3 でスイッ
チS1 をOFFとし、その後時刻t4 にてスイッチS2
をONにして浮遊容量Cs の電圧Vc1が零電位となるま
で放電電流I1 を流して放電させる。電圧Vc1が零電位
になればバッファ増幅器BAの出力電圧V1 及び反転増
幅器OPAの出力電圧VM1も零電位となるから、このタ
イミングを図示していないアナログコンパレータなどに
より検出し、その出力を制御回路3に送って放電を停止
せしめると共に、放電に要した時間Tdsを図示していな
いタイムカウンタなどにより計測して、そのその放電時
間Tdsを制御回路3内のタイマーに記憶させる。
2 ,S3 をOFFとし、時刻t1 においてスイッチS1
をONにして浮遊容量Cs を定電圧源Vs1により所定電
圧V 0 に充電する。次に充電完了後の時刻t3 でスイッ
チS1 をOFFとし、その後時刻t4 にてスイッチS2
をONにして浮遊容量Cs の電圧Vc1が零電位となるま
で放電電流I1 を流して放電させる。電圧Vc1が零電位
になればバッファ増幅器BAの出力電圧V1 及び反転増
幅器OPAの出力電圧VM1も零電位となるから、このタ
イミングを図示していないアナログコンパレータなどに
より検出し、その出力を制御回路3に送って放電を停止
せしめると共に、放電に要した時間Tdsを図示していな
いタイムカウンタなどにより計測して、そのその放電時
間Tdsを制御回路3内のタイマーに記憶させる。
【0032】次に2回目の測定に入り、前述したと同様
にスイッチS2 をOFF、スイッチS1 ,S3 をONと
して、浮遊容量Cs と被測定容量Cx との合成容量を定
電圧源Vs1により所定電圧V0 に充電する。充電完了後
の時刻t3 でスイッチS1 をOFFとし、その後時刻t
4 にてスイッチS2 をONにして、前述の放電電流I 1
により放電を開始させ、制御回路3内のタイマーは前述
の記憶した時刻t7 までの放電時間Tdsの期間、出力信
号C2 を送出し、スイッチS2 をONにする。当該放電
時間Tds経過後の時刻t7 においてスイッチS2 をOF
Fにして放電は終了し、被測定回路1の電圧Vc2は変化
しなくなる。この時の電圧Vc2の電圧値V2 を、バッフ
ァ増幅器BAを介し反転増幅器OPAにより増幅して出
力電圧VM2として測定し、これを用いて被測定容量Cx
の容量値を求める。
にスイッチS2 をOFF、スイッチS1 ,S3 をONと
して、浮遊容量Cs と被測定容量Cx との合成容量を定
電圧源Vs1により所定電圧V0 に充電する。充電完了後
の時刻t3 でスイッチS1 をOFFとし、その後時刻t
4 にてスイッチS2 をONにして、前述の放電電流I 1
により放電を開始させ、制御回路3内のタイマーは前述
の記憶した時刻t7 までの放電時間Tdsの期間、出力信
号C2 を送出し、スイッチS2 をONにする。当該放電
時間Tds経過後の時刻t7 においてスイッチS2 をOF
Fにして放電は終了し、被測定回路1の電圧Vc2は変化
しなくなる。この時の電圧Vc2の電圧値V2 を、バッフ
ァ増幅器BAを介し反転増幅器OPAにより増幅して出
力電圧VM2として測定し、これを用いて被測定容量Cx
の容量値を求める。
【0033】即ち、1回目の測定において
【数25】
V0 −I1 *Tds/Cs =VM1/M=0 ……(17)
これにより浮遊容量Cs の容量値Cs は
【数26】Cs =I1 *Tds/V0 ……(18)
として求めることができる。
【0034】2回目の測定において
【数27】
V0 −I1 *Tds/(Cs +Cx )=VM2/M1 ……(19)
被測定容量Cx の容量値Cx は、(17)式,(19)
式より
式より
【数28】
Cx =Cs *VM2/(M1 *V0 −VM2) ……(20)
として求めることができる。なお、図4において浮遊容
量Cs のみの測定時の電圧変化は実線で示し、浮遊容量
Cs と被測定容量Cx との合成容量の測定時における電
圧変化は点線で示してある。また、リミッタ回路4を用
いない場合で反転増幅器OPAの出力が飽和しないと仮
定した場合の反転増幅器OPAの出力対象部分を一点鎖
線で示してある。
量Cs のみの測定時の電圧変化は実線で示し、浮遊容量
Cs と被測定容量Cx との合成容量の測定時における電
圧変化は点線で示してある。また、リミッタ回路4を用
いない場合で反転増幅器OPAの出力が飽和しないと仮
定した場合の反転増幅器OPAの出力対象部分を一点鎖
線で示してある。
【0035】(4) これまでに説明した図1の実施例で
は、放電電流I1 は被測定回路1の充電が完了し、時刻
t3 においてスイッチS1 を開放した後、若干の時間を
おいた時刻t4 においてスイッチS2 を閉じることによ
って放電を開始するようにしていたが、次の実施例はス
イッチS2 を省略し、放電電流を常時流すようにした実
施例で図5の回路図と,図6のタイムチャートにより説
明する。この実施例は図5に示すようにスイッチS2 を
削除して、定電流源Is を直接被測定回路1に接続する
と共に、反転増幅器OPAの出力とデータ処理部2との
間にサンプル・ホールド回路5を設けたものである。
は、放電電流I1 は被測定回路1の充電が完了し、時刻
t3 においてスイッチS1 を開放した後、若干の時間を
おいた時刻t4 においてスイッチS2 を閉じることによ
って放電を開始するようにしていたが、次の実施例はス
イッチS2 を省略し、放電電流を常時流すようにした実
施例で図5の回路図と,図6のタイムチャートにより説
明する。この実施例は図5に示すようにスイッチS2 を
削除して、定電流源Is を直接被測定回路1に接続する
と共に、反転増幅器OPAの出力とデータ処理部2との
間にサンプル・ホールド回路5を設けたものである。
【0036】図5の実施例において、浮遊容量Cs の1
回目の測定と、浮遊容量Cs と被測定容量Cx との合成
容量の2回目の測定におけるスイッチS1 のONによ
り、図6のタイムチャートの時刻t1 からt3 までの充
電時間ではVs1が定電圧電源であるから、この充電中に
放電電流が流れていても充電の動作に支障はなく、この
間の動作は図2のタイムチャートと同じである。充電が
完了して、時刻t3 でスイッチS1 を開放すると、放電
電流I1 が被測定回路1に流れ始め、放電が開始され
る。従って、これまでに説明した実施例における時刻t
4 以降t7 までの動作が、この実施例では時刻t3 から
始まることになる。即ち、時刻t3 〜t7 間の動作は、
図2における時刻t4 〜t7 の動作波形をそのまま左に
移動して、時刻t4 をt3 に重ね合わせたものと同じに
なる。
回目の測定と、浮遊容量Cs と被測定容量Cx との合成
容量の2回目の測定におけるスイッチS1 のONによ
り、図6のタイムチャートの時刻t1 からt3 までの充
電時間ではVs1が定電圧電源であるから、この充電中に
放電電流が流れていても充電の動作に支障はなく、この
間の動作は図2のタイムチャートと同じである。充電が
完了して、時刻t3 でスイッチS1 を開放すると、放電
電流I1 が被測定回路1に流れ始め、放電が開始され
る。従って、これまでに説明した実施例における時刻t
4 以降t7 までの動作が、この実施例では時刻t3 から
始まることになる。即ち、時刻t3 〜t7 間の動作は、
図2における時刻t4 〜t7 の動作波形をそのまま左に
移動して、時刻t4 をt3 に重ね合わせたものと同じに
なる。
【0037】スイッチS1 を時刻t3 で開放後、所定の
放電時間Tds経過後のt7 において、制御回路3からの
制御信号C4 により、サンプル・ホールド回路5をサン
プルモードからホールドモードに切換えて、時刻t7 に
おける反転増幅器OPAの出力電圧VM1又はVM2をホー
ルドさせ、この出力をデータ処理部2のA/D変換回路
によりA/D変換すれば、時刻t7 における反転増幅器
OPAの出力電圧VM1及びVM2を測定することができる
から、これらを用いて浮遊容量Cs 及び被測定容量Cx
の値を求めることができる。なお、時刻t7 以降におい
ては、放電電流I1 が流れ続けていると、被測定回路1
の電圧は時間と共に負方向に増大するから、クランプ回
路6を用いて上記電圧を制限する。
放電時間Tds経過後のt7 において、制御回路3からの
制御信号C4 により、サンプル・ホールド回路5をサン
プルモードからホールドモードに切換えて、時刻t7 に
おける反転増幅器OPAの出力電圧VM1又はVM2をホー
ルドさせ、この出力をデータ処理部2のA/D変換回路
によりA/D変換すれば、時刻t7 における反転増幅器
OPAの出力電圧VM1及びVM2を測定することができる
から、これらを用いて浮遊容量Cs 及び被測定容量Cx
の値を求めることができる。なお、時刻t7 以降におい
ては、放電電流I1 が流れ続けていると、被測定回路1
の電圧は時間と共に負方向に増大するから、クランプ回
路6を用いて上記電圧を制限する。
【0038】また、前述した各実施例における被測定回
路1の充電は、定電圧源Vs1からスイッチS1 をONに
して行うようにしているが、この充電を図7に示すよう
に放電電流I1 に比較して十分に大きい電流の定電流源
を使用してもよい。即ち、図7ではベース接地のトラン
ジスタTs1を用いたもので、被測定回路1の電圧を所定
の電圧V1 に合致させるため、定電圧電源VCLP とクラ
ンプダイオードDCLPを使用する。このようにすると、
スイッチS1 を電荷注入が少なく、極めて高速で動作す
るアナログスイッチとすることができるから、高速測定
が可能になる。これまで説明した実施例では、測定開始
時に被測定回路1を所定電圧V0 に充電した後、所定時
間放電して被測定回路1の電圧を零電位に近い電圧と
し、この電圧を増幅して測定し、被測定容量Cx を高精
度に測定するようにしたものである。
路1の充電は、定電圧源Vs1からスイッチS1 をONに
して行うようにしているが、この充電を図7に示すよう
に放電電流I1 に比較して十分に大きい電流の定電流源
を使用してもよい。即ち、図7ではベース接地のトラン
ジスタTs1を用いたもので、被測定回路1の電圧を所定
の電圧V1 に合致させるため、定電圧電源VCLP とクラ
ンプダイオードDCLPを使用する。このようにすると、
スイッチS1 を電荷注入が少なく、極めて高速で動作す
るアナログスイッチとすることができるから、高速測定
が可能になる。これまで説明した実施例では、測定開始
時に被測定回路1を所定電圧V0 に充電した後、所定時
間放電して被測定回路1の電圧を零電位に近い電圧と
し、この電圧を増幅して測定し、被測定容量Cx を高精
度に測定するようにしたものである。
【0039】次に図8に示した実施例を説明する。この
実施例は、定電圧電源V0 を省略し、スイッチS1 を被
測定回路1とグランドとの間に接続したものである。即
ち、測定開始時に被測定回路1を所定電圧V0 に充電す
る代わりに、零電位にイニシャライズし、このイニシャ
ライズ完了後、定電流電源Is の出力電流I1 (電流の
方向は図1と反対にする。)により、被測定回路1を所
定時間Tds充電する。
実施例は、定電圧電源V0 を省略し、スイッチS1 を被
測定回路1とグランドとの間に接続したものである。即
ち、測定開始時に被測定回路1を所定電圧V0 に充電す
る代わりに、零電位にイニシャライズし、このイニシャ
ライズ完了後、定電流電源Is の出力電流I1 (電流の
方向は図1と反対にする。)により、被測定回路1を所
定時間Tds充電する。
【0040】いうまでもなく、容量値がCなるコンデン
サを電流値IでTなる時間放電又は充電した場合、コン
デンサの電圧の変化量△Vは、△V=(−/+)IT/
C(−は放電時、+は充電時)となり、充電と放電では
符号が変わるだけで変化量は同一である。従って、充電
電流I1 を前記各実施例における放電電流I1 と同じ値
で、方向だけが反転したものとし、充電時間Tdsを前記
各実施例と同じにしておけば、所定時間Tds経過後のコ
ンデンサ(被測定容量)の電圧の変化量は、前記各実施
例の場合と、符号が変わるだけで同一になる。
サを電流値IでTなる時間放電又は充電した場合、コン
デンサの電圧の変化量△Vは、△V=(−/+)IT/
C(−は放電時、+は充電時)となり、充電と放電では
符号が変わるだけで変化量は同一である。従って、充電
電流I1 を前記各実施例における放電電流I1 と同じ値
で、方向だけが反転したものとし、充電時間Tdsを前記
各実施例と同じにしておけば、所定時間Tds経過後のコ
ンデンサ(被測定容量)の電圧の変化量は、前記各実施
例の場合と、符号が変わるだけで同一になる。
【0041】前記各実施例では、被測定容量を、初期電
圧V0 から零電位付近まで放電して、放電完了時の電圧
と零電位との差電圧にバイアス電源VOFの出力電圧Vb
(V b1又はVb2)を加算して、反転増幅器OPAにより
増幅し、その出力電圧を測定していた。即ち、測定電圧
VM (VM1又はVM2)を表す一般式は、VM =M1 (V
0 −△V)+M2 *Vb となる。
圧V0 から零電位付近まで放電して、放電完了時の電圧
と零電位との差電圧にバイアス電源VOFの出力電圧Vb
(V b1又はVb2)を加算して、反転増幅器OPAにより
増幅し、その出力電圧を測定していた。即ち、測定電圧
VM (VM1又はVM2)を表す一般式は、VM =M1 (V
0 −△V)+M2 *Vb となる。
【0042】これに対し、本実施例では零電位から充電
するので、充電完了時の被測定容量の電圧は前記各実施
例における初期電圧V0 付近の電圧となる。図8のバイ
アス電源VOFは、図1のバイアス電源VOFに相当するす
るものであるが、その極性を反転すると共に、出力電圧
Vb の大きさを前記各実施例における定電圧源Vs1の出
力電圧V0 に反転増幅器OPAの二つの入力に対する増
幅度の比M1 /M2 を乗じて得た値、即ちV0 *M1 /
M2 と、バイアス電源VOFの出力電圧Vb (V b1又はV
b2)の和に等しくしておく。このようにすると、反転増
幅器OPAの出力電圧の測定値VM (VM1又はVM2)を
表す一般式は、VM =−[M1 (V0 −△V)+M2 *
Vb ]となり、前記各実施例における各測定値VM1又は
VM2と同一値(符号だけが反転している)になる。
するので、充電完了時の被測定容量の電圧は前記各実施
例における初期電圧V0 付近の電圧となる。図8のバイ
アス電源VOFは、図1のバイアス電源VOFに相当するす
るものであるが、その極性を反転すると共に、出力電圧
Vb の大きさを前記各実施例における定電圧源Vs1の出
力電圧V0 に反転増幅器OPAの二つの入力に対する増
幅度の比M1 /M2 を乗じて得た値、即ちV0 *M1 /
M2 と、バイアス電源VOFの出力電圧Vb (V b1又はV
b2)の和に等しくしておく。このようにすると、反転増
幅器OPAの出力電圧の測定値VM (VM1又はVM2)を
表す一般式は、VM =−[M1 (V0 −△V)+M2 *
Vb ]となり、前記各実施例における各測定値VM1又は
VM2と同一値(符号だけが反転している)になる。
【0043】従って、この実施例における各測定値VM1
及びVM2を用いて、前記各実施例と全く同じ要領で被測
定容量Cx の値を求めることができる。なお、図8の実
施例におけるリミッタ回路4(ダイオードDとVLMT と
の直列接続回路)は、図1のリミッタ回路4とは反対極
性にする。この実施例のタイムチャートを図9に示す。
及びVM2を用いて、前記各実施例と全く同じ要領で被測
定容量Cx の値を求めることができる。なお、図8の実
施例におけるリミッタ回路4(ダイオードDとVLMT と
の直列接続回路)は、図1のリミッタ回路4とは反対極
性にする。この実施例のタイムチャートを図9に示す。
【0044】これまでに説明した実施例において、定電
流源Is を、図10に示す破線のように、抵抗R5 を定
電圧源VS2に直列接続した簡易形のもに置き換え、電流
の調整はこの定電圧源Vs2の電圧を変更して行うように
してもよい。この測定回路の場合は、回路が簡単になる
代わりに他の実施例に比較して測定誤差が若干大きくな
る傾向がある。また、バッファ増幅器BAの出力電圧を
反転増幅器OPAによって増幅する代りに、図11に示
すようにバッファ増幅器BAにバイアス電源VOFを印加
できる構成にすると共に、増幅度Mを持たせるようにし
て、反転増幅器OPAを省略してもよい。但し、この場
合、言うまでもなくバッファ増幅器BAの非反転入力に
対する増幅度M1 は、M1 =1+R6 /R7 、反転入力
に対する増幅度M2 は、M2 =−R6 /R7 (但し
R6 ,R7 は何れも抵抗R6 ,R7 の抵抗値)となるか
ら、前記各実施例における演算はこの関係を用いて行な
う。
流源Is を、図10に示す破線のように、抵抗R5 を定
電圧源VS2に直列接続した簡易形のもに置き換え、電流
の調整はこの定電圧源Vs2の電圧を変更して行うように
してもよい。この測定回路の場合は、回路が簡単になる
代わりに他の実施例に比較して測定誤差が若干大きくな
る傾向がある。また、バッファ増幅器BAの出力電圧を
反転増幅器OPAによって増幅する代りに、図11に示
すようにバッファ増幅器BAにバイアス電源VOFを印加
できる構成にすると共に、増幅度Mを持たせるようにし
て、反転増幅器OPAを省略してもよい。但し、この場
合、言うまでもなくバッファ増幅器BAの非反転入力に
対する増幅度M1 は、M1 =1+R6 /R7 、反転入力
に対する増幅度M2 は、M2 =−R6 /R7 (但し
R6 ,R7 は何れも抵抗R6 ,R7 の抵抗値)となるか
ら、前記各実施例における演算はこの関係を用いて行な
う。
【0045】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は被
測定回路に存在する浮遊容量に対して被測定容量が非常
に小さい場合であっても、浮遊容量又は被測定容量の充
放電特性を利用して、被測定容量の容量値を短時間にか
つ高精度に測定することができるもので、例えば低温ポ
リシリコン表示器の画素容量試験や、ウエハーTAG内
の容量試験等のように、大きな浮遊容量を伴う環境下に
おける被測定容量が微少容量である場合の容量測定に顕
著な効果を奏するものである。
測定回路に存在する浮遊容量に対して被測定容量が非常
に小さい場合であっても、浮遊容量又は被測定容量の充
放電特性を利用して、被測定容量の容量値を短時間にか
つ高精度に測定することができるもので、例えば低温ポ
リシリコン表示器の画素容量試験や、ウエハーTAG内
の容量試験等のように、大きな浮遊容量を伴う環境下に
おける被測定容量が微少容量である場合の容量測定に顕
著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による微少容量測定回路図で
ある。
ある。
【図2】本発明の微少容量測定回路の測定例を説明する
ための測定電圧のタイムチャートである。
ための測定電圧のタイムチャートである。
【図3】本発明の微少容量測定回路の他の測定例を説明
するための測定電圧のタイムチャートである。
するための測定電圧のタイムチャートである。
【図4】本発明の微少容量測定回路のその他の測定例を
説明するための測定電圧のタイムチャートである。
説明するための測定電圧のタイムチャートである。
【図5】本発明の他の実施例による微少容量測定回路図
である。
である。
【図6】本発明の他の実施例の微少容量測定回路の測定
例を説明するための測定電圧のタイムチャートである。
例を説明するための測定電圧のタイムチャートである。
【図7】本発明の一実施例による微少容量測定回路の充
電回路を一部変更した部分回路図である。
電回路を一部変更した部分回路図である。
【図8】本発明のその他の実施例による微少容量測定回
路図である。
路図である。
【図9】本発明のその他の実施例の微少容量測定回路の
測定例を説明するための測定電圧のタイムチャートであ
る。
測定例を説明するための測定電圧のタイムチャートであ
る。
【図10】本発明の一実施例による微少容量測定回路の
放電回路を一部変更した部分回路図である。
放電回路を一部変更した部分回路図である。
【図11】本発明の別の実施例による微少容量測定回路
図である。
図である。
【図12】従来の微少容量測定回路の一例を示す回路図
である。
である。
【図13】従来の微少容量測定回路の測定例を説明する
ための測定電圧のタイムチャートである。
ための測定電圧のタイムチャートである。
1 被測定回路
2 A/D変換回路及び演算回路を含むデータ処理部
3 制御回路
4 リミッタ回路
5 サンプル・ホールド回路
6 クランプ回路
Cs 浮遊容量
Cx 被測定容量
BA バッファ増幅器
OPA 反転増幅器
S1 ,S2 ,S3 スイッチ
R1 ,R2 ,R3 ,R4 ,R5 ,R6 ,R7 抵抗
Vs1,Vs2 定電圧源
VOF 残留電圧補正用バイアス電源
Is 定電流源
D ダイオード
DCLP クランプダイオード
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Fターム(参考) 2G028 AA01 AA02 BB11 CG07 DH03
DH12 DH13 FK01 FK02 GL07
GL09
5E082 MM31 MM35
Claims (10)
- 【請求項1】 被測定容量(Cx )に比較して大きな浮
遊容量(Cs )を伴なう状態にある微少容量の被測定容
量の容量値(Cx )を測定する微少容量測定方法におい
て、 前記浮遊容量(Cs )を所定の電圧(V0 )に充電した
後、該充電された浮遊容量(Cs )を所定の放電電流
(I1 )で所定の時間(Tds)放電させて得られた電圧
(V1 )を、第1の所定の倍率(M1 )で増幅すると共
に、零電位を含む第1の補正用バイアス電圧(Vb1)を
第2の所定の倍率(M2 )で増幅して得た電圧を測定し
て第1の測定電圧値(VM1)を得た後、該第1の測定電
圧値(VM1)から前記浮遊容量値(Cs )を求めると共
に、前記第1の測定電圧値(VM1)が零電位となるべき
第2の補正用バイアス電圧(Vb2)を演算により求め、 次に前記浮遊容量(Cs )と前記被測定容量(Cx )と
の合成容量を再び前記所定の電圧(V0 )に充電した
後、該充電された合成容量を前記所定の放電電流
(I1 )で前記所定の時間(Tds)放電させ、該放電時
間終了時の電圧(V2 )を前記第1の所定の倍率
(M1 )で増幅すると共に、前記演算で得られた前記第
2の補正用バイアス電圧(Vb2)を前記第2の所定の倍
率(M2 )で増幅、加算して得た電圧を測定して第2の
測定電圧値(VM2)を得て、 前記第1の測定電圧値(VM1),前記第2の測定電圧値
(VM2)及び前記浮遊容量値(Cs )を含む次式 【数1】Cx =Cs *VM2/(M1 *V0 +M2 *Vb1
−VM1−VM2) により前記被測定容量(Cx )を求めるようにしたこと
を特徴とする微少容量測定方法。 - 【請求項2】 被測定容量(Cx )に比較して大きな浮
遊容量(Cs )を伴なう状態にある微少容量の被測定容
量の容量値(Cx )を測定する微少容量測定方法におい
て、 前記浮遊容量(Cs )を所定の電圧(V0 )に充電した
後、該充電された浮遊容量(Cs )を所定の放電電流
(I1 )で所定の時間(Tds)放電させて得られた電圧
(V1 )を、第1の所定の倍率(M1 )で増幅すると共
に、そのまま又は補正用バイアス電圧(Vb1)を第2の
所定の倍率(M2 )で増幅、加算して得た電圧を測定し
て第1の測定電圧値(VM1)を得た後、該第1の測定電
圧値(VM1)から前記浮遊容量(Cs )を求めると共
に、前記放電時間(Tds)で放電したとき前記第1の測
定電圧値(VM1)が零電位となるべき放電電流(I2 )
を演算により求め、 次に前記浮遊容量(Cs )と前記被測定容量(Cx )と
の合成容量を再び前記所定の電圧(V0 )に充電した
後、該充電された合成容量を前記放電電流(I2)で前
記所定の時間(Tds)放電させ、該放電時間終了時の電
圧(V2 )を前記第1の所定の倍率(M1 )で増幅する
と共に、そのまま又は前記補正用バイアス電圧(Vb1)
を第2の所定の倍率(M2 )で増幅、加算して得た電圧
を測定して第2の測定電圧値(VM2)を得て、該第2の
測定電圧値(VM2)及び前記浮遊容量値(Cs )とを含
む次式 【数2】 Cx =Cs *VM2/(M1 *V0 +M2 *Vb1−VM2) により前記被測定容量(Cx )を求めるようにしたこと
を特徴とする微少容量測定方法。 - 【請求項3】 被測定容量(Cx )に比較して大きな浮
遊容量(Cs )を伴なう状態にある微少容量の被測定容
量の容量値(Cx )を測定する微少容量測定方法におい
て、 前記浮遊容量(Cs )を所定の電圧(V0 )に充電した
後、該充電された浮遊容量(Cs )を所定の放電電流
(I1 )で所定の時間(Tds1 )放電させて得られた電
圧(V1 )を、第1の所定の倍率(M1 )で増幅すると
共に、そのまま又は補正用バイアス電圧(Vb1)を第2
の所定の倍率(M2 )で増幅、加算して得た電圧を測定
して第1の測定電圧値(VM1)を得た後、該第1の測定
電圧値(V M1)から前記浮遊容量値(Cs )を求めると
共に、前記放電電流(I1 )で放電したとき前記第1の
測定電圧値(VM1)が零電位となるべき放電時間(T
ds2 )を演算により求め、 次に前記浮遊容量(Cs )と前記被測定容量(Cx )と
の合成容量を再び前記所定の電圧(V0 )に充電した
後、該充電された合成容量を前記演算により求めた放電
時間(Tds2 )で前記放電電流(I1 )により放電さ
せ、該放電時間終了時の電圧(V2 )を前記第1の所定
の倍率(M1 )で増幅すると共に、そのまま又は前記補
正用バイアス電圧(Vb1)を該第2の所定の倍率
(M2 )で増幅、加算して得た電圧を測定して第2の測
定電圧値(VM2)を得て、該第2の測定電圧値(VM2)
及び前記浮遊容量値(Cs )を含む次式 【数3】 Cx =Cs *VM2/(M1 *V0 +M2 *Vb1−VM2) により前記被測定容量(Cx )を求めるようにしたこと
を特徴とする微少容量測定方法。 - 【請求項4】 被測定容量(Cx )に比較して大きな浮
遊容量(Cs )を伴なう状態にある微少容量の被測定容
量の容量値(Cx )を測定する微少容量測定方法におい
て、 前記浮遊容量(Cs )を所定の電圧(V0 )に充電した
後、該充電された浮遊容量(Cs )の電圧が零電位にな
るまでの期間所定の放電電流(I1 )で放電させ、該放
電に要した放電時間(Tds)を測定すると共に、該放電
時間(Tds)と前記所定の放電電流(I1 )とから前記
浮遊容量(Cs )を求め、 次に前記浮遊容量(Cs )と前記被測定容量(Cx )と
の合成容量を再び前記所定の電圧(V0 )に充電した
後、該充電された合成容量を前記所定の放電電流
(I1 )で前記測定された放電時間(Tds)で放電さ
せ、該放電時間終了時の電圧(V2 )を第1の所定の倍
率(M1 )で増幅して得られた電圧を測定して測定電圧
値(VM2)とし、 該測定電圧値(VM2)及び前記浮遊容量値(Cs )を含
む次式 【数4】Cx =Cs *VM2/(M1 *V0 −VM2) により前記被測定容量(Cx )を求めるようにしたこと
を特徴とする微少容量測定方法。 - 【請求項5】 被測定容量(Cx )に比較して大きな浮
遊容量(Cs )を伴なう状態にある微少容量の被測定容
量の容量値(Cx )を測定する微少容量測定回路におい
て、 前記浮遊容量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記被
測定容量(Cx )との合成容量を所定電圧(V0 )に充
電する充電回路(Vs1,S1 )と、 該充電回路(Vs1,S1 )により充電された前記浮遊容
量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記被測定容量
(Cx )との合成容量を所定の放電電流(I1 )で放電
する放電回路(Is ,S2 )と、 該放電回路(Is ,S2 )の放電時間(Tds)を所定の
放電時間に制御可能な放電時間制御回路(3)と、 前記放電回路(Is ,S2 )による前記浮遊容量
(Cs )又は該浮遊容量(C s )と前記被測定容量(C
x )との合成容量の放電終了時の電圧(V1 又はV2)
をインピーダンス変換して低インピーダンスで出力する
バッファ増幅器(BA)と、 該バッファ増幅器(BA)の出力(V1 又はV2 )を第
1の所定の倍率(M1)で増幅すると共に、第1の補正
用バイアス電圧(Vb1)又は第2の補正用バイアス電圧
(Vb2)を第2の所定の倍率(M2 )で増幅、加算する
増幅器(OPA)と、 該増幅器(OPA)の入力側に設けられ、前記浮遊容量
(Cs )と前記被測定容量(Cx )の測定時に該増幅器
(OPA)の出力を適正範囲にシフトさせるための前記
第1の補正用バイアス電圧(Vb1)又は前記第2の補正
用バイアス電圧(Vb2)を設定する残留電圧補正用バイ
アス電源(VOF)と、 前記所定の充電電圧(V0 ),前記所定の放電電流(I
1 ),前記所定の放電時間(Tds),前記第1の所定の
倍率(M1 ),前記第2の所定の倍率(M2 )及び前記
増幅器(OPA)による測定電圧(VM1)から、前記第
2の補正用バイアス電圧(Vb2),前記浮遊容量
(Cs )及び前記被測定容量(Cx )を求める演算回路
(2)とを備え、 前記浮遊容量(Cs )を前記充電回路(Vs1,S1 )で
所定電圧(V0 )に充電した後、該浮遊容量(Cs )を
前記放電電流(I1 )により前記所定の時間(Tds)放
電させ、該放電終了時の前記バッファ増幅器(BA)の
出力電圧(V1)を前記第1の補正用バイアス電圧(V
b1)と共に前記増幅器(OPA)により増幅して得られ
た電圧を測定して第1の測定電圧値(VM1)とし、該第
1の測定電圧値(VM1)が零電位となるべき前記残留電
圧補正用バイアス電源(VOF)の前記第2の補正用バイ
アス電圧(Vb2)を前記演算回路(2)により求め、 次に前記浮遊容量(Cs )と前記被測定容量(Cx )と
の合成容量を再び前記充電回路(Vs1,S1 )で前記所
定電圧(V0 )に充電した後、前記所定の放電時間(T
ds)放電させ、該放電終了時の前記バッファ増幅器(V
2 )の出力電圧を前記演算回路(2)により求めた前記
第2の補正用バイアス電圧(Vb2)と共に前記増幅器
(OPA)により増幅し、得られた電圧を測定して第2
の測定電圧値(VM2)とし、 前記第1の測定電圧値(VM1),前記第2の測定電圧値
(VM2)及び前記浮遊容量(Cs )から前記被測定容量
値(Cx )を前記演算回路(2)で求めるようにしたこ
とを特徴とする微少容量測定回路。 - 【請求項6】 被測定容量(Cx )に比較して大きな浮
遊容量(Cs )を伴なう状態にある微少容量の被測定容
量の容量値(Cx )を測定する微少容量測定回路におい
て、 前記浮遊容量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記被
測定容量(Cx )との合成容量を所定電圧(V0 )に充
電する充電回路(Vs1,S1 )と、 該充電回路(Vs1,S1 )により充電された前記浮遊容
量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記被測定容量
(Cx )との合成容量を第1の放電電流(I1 )又は第
2の放電電流(I2 )に調整可能な放電回路(Is ,S
2 )と、 該放電回路(Is ,S2 )の放電時間を所定の放電時間
(Tds)に設定可能な放電時間制御回路(3)と、 前記放電回路(Is ,S2 )による前記浮遊容量
(Cs )又は該浮遊容量(C s )と前記被測定容量(C
x )との合成容量の放電終了時の電圧(V1 又はV2)
をインピーダンス変換して低インピーダンスで出力する
バッファ増幅器(BA)と、 該バッファ増幅器(BA)の出力(V1 又はV2 )を第
1の所定の倍率(M1)で増幅すると共に、必要に応じ
て補正用バイアス電圧(Vb1)を第2の所定の倍率(M
2 )で増幅、加算する増幅器(OPA)と、 必要に応じて該増幅器(OPA)の入力側に設けられ、
該増幅器(OPA)の出力を適正範囲にシフトさせるた
めの前記補正用バイアス電圧(Vb1)を発生する残留電
圧補正用バイアス電源(VOF)と、 前記所定の充電電圧(V0 ),前記第1の放電電流(I
1 ),前記第2の放電電流(I2 ),前記所定の放電時
間(Tds),前記第1の所定の倍率(M1 ),前記第2
の所定の倍率(M2 )及び前記増幅器(OPA)の出力
による測定電圧値(VM1)(VM2)から、前記浮遊容量
(Cs )及び前記被測定容量(Cx )を求める演算回路
(2)とを備え、 前記浮遊容量(Cs )を前記充電回路(Vs1,S1 )で
所定電圧(V0 )に充電した後、該浮遊容量(Cs )を
前記第1の放電電流(I1 )により前記所定の時間(T
ds)放電させ、該放電終了時の前記バッファ増幅器(B
A)の出力電圧(V1 )をそのまま又は前記補正用バイ
アス電圧(Vb1)と共に前記増幅器(OPA)により増
幅して得られた電圧を測定して第1の測定電圧値
(VM1)とし、該第1の測定電圧値(VM1)が零電位と
なるべき第2の放電電流(I2 )を前記演算回路(2)
により求め、 次に前記浮遊容量(Cs )と前記被測定容量(Cx )と
の合成容量を再び前記充電回路(Vs1,S1 )で前記所
定電圧(V0 )に充電した後、前記第2の放電電流(I
2 )により前記所定の放電時間(Tds)で放電させ、該
放電終了時の前記バッファ増幅器(BA)の出力電圧
(V2 )をそのまま又は前記補正用バイアス電圧
(Vb1)と共に前記増幅器(OPA)により増幅し、得
られた電圧を測定して第2の測定電圧値(VM2)とし、 該第2の測定電圧値(VM2)及び前記浮遊容量値
(Cs )から前記被測定容量値(Cx )を前記演算回路
(2)で求めるようにしたことを特徴とする微少容量測
定回路。 - 【請求項7】 被測定容量(Cx )に比較して大きな浮
遊容量(Cs )を伴なう状態にある微少容量の被測定容
量の容量値(Cx )を測定する微少容量測定回路におい
て、 前記浮遊容量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記被
測定容量(Cx )との合成容量を所定電圧(V0 )に充
電する充電回路(Vs1,S1 )と、 該充電回路(Vs1,S1 )により充電された前記浮遊容
量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記被測定容量
(Cx )との合成容量を所定の放電電流(I1 )で放電
する放電回路(Is ,S2 )と、 前記浮遊容量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記被
測定容量(Cx )との合成容量を前記所定電流(I1 )
で放電する第1の放電時間(Tds1 )又は第2の放電時
間(Tds2 )に設定可能な放電時間制御回路(3)と、 前記放電回路(Is ,S2 )による前記浮遊容量
(Cs )又は該浮遊容量(C s )と前記被測定容量(C
x )との合成容量の放電終了時の電圧(V1 又はV2)
をインピーダンス変換して低インピーダンスで出力する
バッファ増幅器(BA)と、 該バッファ増幅器(BA)の出力(V1 又はV2 )を第
1の所定の倍率(M1)で増幅すると共に、必要に応じ
て補正用バイアス電圧(Vb1)を第2の所定の倍率(M
2 )で増幅、加算する増幅器(OPA)と、 必要に応じて該増幅器(OPA)の入力側に設けられ、
該増幅器(OPA)の出力を適正範囲にシフトさせるた
めの前記補正用バイアス電圧(Vb1)を発生する残留電
圧補正用バイアス電源(VOF)と、 前記所定の充電電圧(V0 ),前記所定の放電電流(I
1 ),前記第1の放電時間(Tds1 ),前記第2の放電
時間(Tds2 ),前記第1の所定の倍率(M1),前記
第2の所定の倍率(M2 )及び前記増幅器(OPA)の
出力による測定電圧(VM1,VM2)から、前記浮遊容量
(Cs )及び前記被測定容量(Cx )を求める演算回路
(2)とを備え、 前記浮遊容量(Cs )を前記充電回路(Vs1,S1 )で
所定電圧(V0 )に充電した後、該浮遊容量(Cs )を
前記放電電流(I1 )により前記第1の放電時間(T
ds1 )で放電させ、該放電終了時の前記バッファ増幅器
(BA)の出力電圧(V1 )をそのまま又は前記補正用
バイアス電圧(Vb1)と共に前記増幅器(OPA)によ
り増幅して得られた電圧を第1の測定電圧値(VM1)と
し、該第1の測定電圧値(VM1)が零電位となるべき第
2の放電時間(Tds2 )を前記演算回路(2)により求
め、 次に前記浮遊容量(C3 )と前記被測定容量(Cx )と
の合成容量を再び前記充電回路(Vs1,S1 )で前記所
定電圧(V0 )に充電した後、前記放電電流(I1 )に
より前記第2の放電時間(Tds2 )放電させ、該放電終
了時の前記バッファ増幅器(BA)の出力電圧(V2 )
をそのまま又は前記補正用バイアス電圧(Vb1)と共に
前記増幅器(OPA)により増幅し、得られた電圧を第
2の測定電圧値(VM2)とし、 該第2の測定電圧値(VM2)及び前記浮遊容量値
(Cs )から前記被測定容量値(Cx )を前記演算回路
(2)で求めるようにしたことを特徴とする微少容量測
定回路。 - 【請求項8】 被測定容量(Cx )に比較して大きな浮
遊容量(Cs )を伴なう状態にある微少容量の被測定容
量の容量値(Cx )を測定する微少容量測定回路におい
て、 前記浮遊容量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記被
測定容量(Cx )との合成容量を所定電圧(V0 )に充
電する充電回路(Vs1,S1 )と、 該充電回路(Vs1,S1 )により充電された前記浮遊容
量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記被測定容量
(Cx )との合成容量を所定の放電電流(I1 )で放電
する放電回路(Is ,S2 )と、 前記浮遊容量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記被
測定容量(Cx )との合成容量を前記所定電流(I1 )
で零電位に達するまでの放電時間(Tds)を測定し記憶
する放電時間測定回路(3)と、 前記放電回路(Is ,S2 )による前記浮遊容量
(Cs )又は該浮遊容量(C s )と前記被測定容量(C
x )との合成容量の放電終了時の電圧(V1 又はV2)
をインピーダンス変換して低インピーダンスで出力する
バッファ増幅器(BA)と、 該バッファ増幅器(BA)の出力(V1 )を所定の倍率
(M1 )で増幅する増幅器(OPA)と、 前記所定の充電電圧(V0 ),前記所定の放電電流(I
1 ),前記放電時間(Tds),前記所定の倍率(M1 )
及び前記増幅器(OPA)の出力による測定電圧値(V
M1,VM2)から前記浮遊容量(Cs )及び前記被測定容
量(Cx )を求める演算回路(2)とを備え、 前記浮遊容量(Cs )を前記充電回路(Vs1,S1 )で
所定電圧(V0 )に充電した後、該浮遊容量(Cs )を
前記放電電流(I1 )により零電位に達するまでの前記
放電時間(Tds)を測定して記憶せしめ、 次に前記浮遊容量(Cs )と前記被測定容量(Cx )と
の合成容量を再び前記充電回路(Vs1,S1 )で前記所
定電圧(V0 )に充電した後、前記記憶された放電時間
(Tds)で放電させ、該放電終了時の前記バッファ増幅
器(V2 )の出力電圧を前記増幅器(OPA)により増
幅し、得られた電圧を測定して測定電圧値(VM2)と
し、 該測定電圧値(VM2)及び前記浮遊容量(Cs )から前
記被測定容量値(Cx)を前記演算回路(2)で求める
ようにしたことを特徴とする微少容量測定回路。 - 【請求項9】 前記浮遊容量(Cs )又は該浮遊容量
(Cs )と前記被測定容量(Cx )との合成容量を所定
電圧(V0 )に充電する前記充電回路(Vs1,S1 )
を、前記浮遊容量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前
記被測定容量(C x )との合成容量を零電位にイニシャ
ライズする放電回路(S1 )とし、 前記充電回路(Vs1,S1 )により充電された前記浮遊
容量(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記被測定容量
(Cx )との合成容量を所定の放電電流(I1)で放電
する前記放電回路(Is ,S2 )を、前記放電回路(S
1 )により零電位にイニシャライズされた前記浮遊容量
(Cs )又は該浮遊容量(Cs )と前記被測定容量(C
x )との合成容量を所定の電流(前記放電電流I1 と絶
対値が同一で極性が反対)で充電する充電回路(極性を
反転させた定電流電源Is とS2)とし、 前記残留電圧補正用バイアス電源(VOF)の出力電圧
(Vb1' 又はVb2' )を、前記所定の電圧(V0 )に前
記第1の所定の倍率(M1 )と前記第2の所定の倍率
(M2 )との比(M1 /M2 )を乗じて得た電圧と、前
記補正用バイアス電圧(Vb1又はVb2)とを加算して得
た電圧と絶対値が同一で、極性が反対の電圧とし、 前記浮遊容量(Cs )を前記放電回路(S1 )により零
電位にイニシャライズした後に、前記充電回路(極性を
反転させた定電流電源Is とS2 )により前記所定放電
時間(Tds)に相当する時間充電し、該充電終了時の前
記浮遊容量(C s )の電圧を前記バッファ増幅器(B
A)により低インピーダンス変換して出力し、該出力電
圧を前記第1の所定の倍率(M1 )で、又は前記残留電
圧補正用バイアス電源(VOF)の第1の出力電圧(V
b1' )を前記第2の所定の倍率(M2)で夫々前記増幅
器(OPA)により増幅、加算し、その電圧を測定して
前記第1の測定電圧値(VM1)とし、 前記浮遊容量(Cs )と前記被測定容量(Cx )との合
成容量を前記放電回路(S1 )により放電して零電位に
イニシャライズした後に、前記充電回路(極性を反転さ
せた定電流電源Is とS2 )により前記所定放電時間
(Tds)に相当する時間充電し、該充電終了時の前記浮
遊容量(Cs )と前記被測定容量(Cx )との合成容量
の電圧を前記バッファ増幅器(BA)により低インピー
ダンス変換して出力し、該出力電圧を前記第1の所定の
倍率(M1 )で、又は前記残留電圧補正用バイアス電源
(VOF)の第2の出力電圧(Vb2' )を前記第2の所定
の倍率(M2 )で夫々前記増幅器(OPA)により増
幅、加算し、その電圧を測定して前記第2の測定電圧値
(VM2)として、前記被測定容量を前記演算回路(2)
で求めるようにした請求項5,6,7又は8に記載の微
少容量測定回路。 - 【請求項10】 前記バッファ増幅器(BA)に、非反
転入力に対して前記第1の所定の倍率(M1 )、反転入
力に対して前記第2の所定の倍率(M2 )で増幅する機
能を持たせると共に、前記浮遊容量(Cs )又は前記浮
遊容量(Cs)と前記被測定容量(Cx )との合成容量
の電圧を非反転入力から、前記補正用バイアス電圧を反
転入力側から夫々印加できるようにして、前記増幅器
(OPA)を省略した請求項5,6,7,8又は9に記
載の微少容量測定回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001220019A JP2003035732A (ja) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | 微少容量測定方法及び微少容量測定回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001220019A JP2003035732A (ja) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | 微少容量測定方法及び微少容量測定回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003035732A true JP2003035732A (ja) | 2003-02-07 |
Family
ID=19053909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001220019A Pending JP2003035732A (ja) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | 微少容量測定方法及び微少容量測定回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003035732A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011055658A (ja) * | 2009-09-02 | 2011-03-17 | Seiko Instruments Inc | バッテリ状態監視回路及びバッテリ装置 |
| CN102193032A (zh) * | 2010-03-08 | 2011-09-21 | 上海海栎创微电子有限公司 | 一种具有高精度高稳定性的自电容变化测量电路 |
| CN103926468A (zh) * | 2013-01-10 | 2014-07-16 | 深圳市金宏威技术股份有限公司 | 一种直流电源系统对地电容检测电路 |
| CN114267398A (zh) * | 2020-09-16 | 2022-04-01 | 铠侠股份有限公司 | 存储系统以及电容值的测定方法 |
| CN118707195A (zh) * | 2024-08-30 | 2024-09-27 | 杭州米芯微电子有限公司 | 一种电容测量方法及电容测量电路 |
| CN118937810A (zh) * | 2024-10-15 | 2024-11-12 | 深圳悦和精密技术有限公司 | 充放电法测试电容电路和方法 |
-
2001
- 2001-07-19 JP JP2001220019A patent/JP2003035732A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103926468B (zh) * | 2013-01-10 | 2017-07-28 | 深圳市金宏威技术有限责任公司 | 一种直流电源系统对地电容检测电路 |
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