A－d轉換裝置、校準單元及其方法

2023-10-29 02:26:22 3

專利名稱：A－d轉換裝置、校準單元及其方法
本專利申請基於1999年3月24日申請的日本專利申請H11-080118和2000年2月29日申請的2000-54335的優先權，在這裡作為參考引入。
本發明涉及半導體器件測試裝置，特別涉及包含在半導體器件測試裝置中的A-D轉換器和校準單元。


圖1示出了將模擬信號轉換為數位訊號的典型的A-D轉換器101的方框圖。A-D轉換裝置101包括模擬信號輸入部分11、A-D轉換器13a和13b、採樣時鐘信號發生器15、參考時鐘信號發生器17、延時電路24以及交替處理單元19。交替處理單元19包括多路轉換器29和存儲單元21。
模擬信號50輸入到模擬信號輸入部分11。輸入模擬信號50由A-D轉換器13a和13b進行交替採樣，從而將其轉換為數位訊號。由A-D轉換器13a和13b交替輸出的數位訊號由多路轉換器29排成序列，以便保存在存儲單元21中。
根據參考時鐘信號54，採樣時鐘信號發生器15產生採樣時鐘信號56a和56b，交替地觸發A-D轉換器13a和13b的採樣操作。延時電路24校準A-D轉換器13a和13b的採樣操作的時序，並且排列在由採樣時鐘信號發生器15產生的採樣時鐘信號56a和56b的傳輸通路上。
圖2示出了容易得到的配備了多個模擬信號輸入部分的A-D轉換裝置102。A-D轉換裝置102包括分別對應於多個模擬信號輸入部分(11a、11b、11c、11d)的A-D轉換器(13a、13b、13c、13d)、參考時鐘信號發生器17以及存儲單元(21a、21b、21c、21d)。
各模擬信號(50a、50b、50c、50d)分別輸入到各模擬信號輸入部分(11a、11b、11c、11d)。輸入的模擬信號由各A-D轉換器(13a、13b、13c、13d)轉換為數位訊號。轉換後的數位訊號存儲在存儲單元(21a、21b、21c、21d)中。
圖3A為顯示交替處理的方框圖。在交替處理過程中，從兩個交替進行採樣操作的A-D轉換器13a和13b得到的採樣數據由交替處理單元19排成序列。通過進行交替採樣，可以得到相當於比單個A-D轉換器採樣速率更高的採樣數據。參考圖3B，在交替處理過程中，通過給A-D轉換器提供兩個相位互相交錯的採樣時鐘信號56a和56b，兩個A-D轉換器13a和13b交替觸發進行採樣操作。
如上所述，交替處理就是將多個A-D轉換器輸出的數位訊號排成序列的方法。在交替處理過程中，當每個A-D轉換器實際採樣操作時，根據採樣時鐘信號的採樣間隔必須相同。但是，事實上，由於各A-D轉換器之間的特性差異以及採樣時鐘信號的傳輸路徑的特性差異，與希望的採樣時鐘相比會發生時間誤差。因此，必須進行時間誤差校準。如圖1所示，在常規的實例中，通過在將採樣時鐘信號56a和56b引入到各A-D轉換器的通路中間提供可變延時元件校準時間誤差。
圖1所示的常規A-D轉換裝置101隻能通過A-D轉換器13a和13b的交替採樣操作進行交替處理。A-D轉換裝置101不能進行其他處理。
在圖2所示的常規A-D轉換裝置102中，用於處理由每個模擬信號輸入部分輸入的模擬信號的A-D轉換器已預先固定。此外，進行時間誤差校準的延時電路使時間誤差校準非常複雜。而且，可以校準的時間誤差範圍主要取決於延時電路的性能，因此不能進行高精度校準。
因此，本發明的一個目的就是要提供一種A-D轉換裝置、一種校準單元和一種半導體器件測試裝置以及有助於解決至少一個上述缺點的方法。通過結合權利要求書中的獨立權利要求中介紹的特徵可以達到這些目的。此外，從屬權利要求提供了根據本發明其它有利的實施例。
根據本發明的一個方面，提供了一種在測試條件下採樣從半導體器件輸出的模擬信號以產生數位訊號的模/數(A-D)轉換裝置，包括一個輸入模擬信號的模擬信號輸入部分；多個模/數(A-D)轉換器，採樣由所述模擬信號輸入部分輸入的模擬信號，並將模擬信號轉換為數位訊號；採樣時鐘信號發生器，提供用於取平均處理的同步採樣時鐘信號以便以同步的方式採樣操作多個A-D轉換器，或者提供交替處理的交替採樣時鐘信號以便交替地採樣操作多個A-D轉換器；取平均處理單元，根據同步採樣時鐘信號對進行採樣操作的A-D轉換器輸出的數位訊號進行取平均處理；以及交替處理單元，根據交替採樣時鐘信號將進行採樣操作的A-D轉換器輸出的數位訊號進行交替。
A-D轉換裝置還可以包括產生方式設定信號以設定取平均處理或是交替處理的方式設定信號發生器，由此根據方式設定信號選擇取平均處理單元或交替處理單元。
此外，A-D轉換裝置還可以包括產生參考時鐘信號的參考時鐘信號發生器。如果方式設定信號設定進行取平均處理，則採樣時鐘信號發生器將與參考時鐘信號同步的同步採樣時鐘信號分別加到各A-D轉換器上；而如果方式設定信號設定進行交替處理，則所述採樣時鐘信號發生器將具有不同相位的交替採樣時鐘信號分別施加到所述A-D轉換器上。
此外，A-D轉換裝置還包括多個存儲單元，用於存儲分別由多個A-D轉換器輸出的數位訊號，其中根據存儲在多個存儲單元中的數位訊號，取平均處理單元和交替處理單元分別進行取平均處理和交替處理。
假定有第一A-D轉換器和第二A-D轉換器，A-D轉換裝置還包括一個誤差計算單元，用於計算第二A-D轉換器相對於第一A-D轉換器預定的採樣定時與第二A-D轉換器的實際採樣定時之間時間偏移量的時間誤差；一個誤差校準值計算單元，根據由誤差計算單元計算出的時間誤差計算第二A-D轉換器的時間誤差校準值；一個讀出單元，從保存數位訊號的存儲單元讀取數位訊號，所述數位訊號通過採樣為被測模擬信號的被測信號得到；以及一個誤差校準單元，當採樣被測信號時，根據由讀出單元從所述存儲單元讀出的數位訊號以及由誤差校準值計算單元計算出的時間誤差校準值，對在第二A-D轉換器中產生的時間誤差進行校準操作。
根據本發明的另一個方面，提供一種模-數(A-D)轉換裝置，包括一個模擬信號輸入部分，輸入模擬信號；加法器，將對模擬信號進行採樣操作以轉換為數位訊號的第一A-D轉換器輸出的數位訊號，和對模擬信號進行採樣操作以轉換為數位訊號的第二A-D轉換器輸出的數位訊號進行累加；交替輸入由第一A-D轉換器輸出的數位訊號和第二A-D轉換器輸出的數位訊號以形成輸出序列的多路轉換器；以及選擇器，選擇來自所述加法器的輸出值或是來自所述多路轉換器的輸出值。
根據本發明的另一個方面，提供一種模-數(A-D)轉換裝置，包括一個模擬信號輸入部分，輸入模擬信號；多個模-數(A-D)轉換器，對模擬信號輸入部分輸入的模擬信號進行採樣操作，並將模擬信號轉換為數位訊號；以及模擬信號分配器，根據如何將被測信號轉換為數位訊號，將數位訊號分配給一個或多個A-D轉換器。
此外，也優選為多個A-D轉換器提供相應數量的多個模擬信號輸入部分，以及將由一個模擬信號輸入部分輸入的模擬信號分配到多個A-D轉換器上。
此外，A-D轉換裝置還包括一個採樣時鐘信號發生器，提供用於取平均處理的同步採樣時鐘信號以便以同步的方式採樣操作多個A-D轉換器，或者提供交替處理的交替採樣時鐘信號以便交替地採樣操作多個A-D轉換器；一個取平均處理單元，根據同步採樣時鐘信號對進行採樣操作的A-D轉換器輸出的數位訊號進行取平均處理；以及交替處理單元，根據交替採樣時鐘信號將進行採樣操作的A-D轉換器輸出的數位訊號進行交替。
此外，A-D轉換裝置還包括一個方式設定信號發生器，產生方式設定信號以設定取平均處理或是交替處理，由此根據方式設定信號選擇取平均處理單元或交替處理單元；以及一個分配控制信號發生器，根據方式設定信號所設定的處理，為模擬信號分配器提供分配控制信號以設定模擬信號分配到一個或多個A-D轉換器。
根據本發明的另一個方面，提供一種校準裝置，校準對由半導體器件輸出的模擬信號進行採樣操作以轉換為數位訊號的第一A-D轉換器與對模擬信號進行採樣操作以轉換為數位訊號的第二A-D轉換器之間所產生的誤差。校準裝置包括一個誤差計算單元，根據由採樣用於計算時間誤差的測試信號得到的採樣數據，計算第二A-D轉換器相對於第一A-D轉換器預定的採樣定時與第二A-D轉換器的實際採樣定時之間時間偏移量的時間誤差；一個誤差校準值計算單元，根據由誤差計算單元計算出的時間誤差，計算校準第二A-D轉換器的時間誤差使用的時間誤差校準值；一個讀出單元，從採樣數據信號的存儲單元讀取數位訊號，所述採樣數據通過採樣為被測模擬信號的被測信號得到；以及一個誤差校準單元，當採樣被測信號時，根據由讀出單元從所述存儲單元讀出的採樣數據以及由誤差校準值計算單元計算出的時間誤差校準值，對在第二A-D轉換器中產生的時間誤差進行校準操作。
在校準裝置中，希望誤差校準單元對由讀出單元從存儲單元讀出的被測信號的採樣數據進行離散傅立葉變換，並根據由離散傅立葉變換和時間誤差校準值得到的離散傅立葉變換值校準時間誤差。
此外，優選誤差校準單元計算第一和第二A-D轉換器的增益和偏移量，並且誤差校準值計算單元包括計算第一和第二A-D轉換器增益校準值的增益校準值計算單元；計算第一和第二A-D轉換器偏移量校準值的偏移量校準值計算單元；以及誤差校準單元包括根據由讀出單元從存儲單元讀出的被測信號的採樣數據、增益校準值和偏移量校準值用於校準第一和第二A-D轉換器的增益和偏移量的增益-偏移量校準單元。
在校準裝置中，優選增益-偏移量校準單元進行校準操作，以使增益校準值乘以由第二A-D轉換器採樣的被測信號的採樣值然後加上偏移量校準值。
根據本發明的另一個方面，提供一種校準方法，校準在對模擬信號進行採樣操作以轉換為數位訊號的第一A-D轉換器與在對模擬信號進行採樣操作以轉換為數位訊號的第二A-D轉換器之間所產生的誤差，誤差校準方法包括計算第二A-D轉換器與第一A-D轉換器之間預定的採樣定時同實際第二A-D轉換器採樣時間偏移量的時間誤差；根據時間誤差計算用於校準時間誤差計算的時間誤差校準值；以及根據採樣被測信號得到的採樣數據和時間誤差校準值校準時間誤差。
此外，該方法還包括計算第一和第二A-D轉換器的增益和偏移量；根據由所述計算增益和偏移量計算出的增益和偏移量，計算用於校準增益和偏移量計算的增益校準值和偏移量校準值；以及根據採樣被測信號得到的採樣數據、增益校準值和偏移量校準值校準第一和第二A-D轉換器的增益和偏移量。
根據本發明的另一個方面，提供一種記錄介質，用來存儲校準第二A-D轉換器與第一A-D轉換器之間預定的採樣定時同實際第二A-D轉換器採樣時間偏移量的時間誤差的程序，其中記錄介質的程序包括計算時間誤差的第一模塊；根據計算出的時間誤差，計算用於校準第二A-D轉換器的時間誤差計算的時間誤差校準值的第二模塊；以及根據採樣被測信號得到的採樣數據和時間誤差校準值校準時間誤差的第三模塊。
此外，在記錄介質中，程序還包括計算增益和偏移量的第四模塊；根據所述第四模塊計算出的增益和偏移量，計算用於校準增益的增益校準值以及用於校準偏移量的偏移量校準值的第五模塊；以及根據採樣被測信號得到的採樣數據、增益校準值和偏移量校準值校準第一和第二A-D轉換器的增益和偏移量的第六模塊。
根據本發明的另一個方面，提供一種半導體器件測試裝置，用於測試輸出模擬信號的半導體器件，包括一個圖形發生器，產生用於測試半導體器件的半導體器件輸入信號；一個性能板，將由所述圖形發生器輸出的半導體器件輸入信號施加到半導體器件；模擬信號輸入部分，從半導體器件輸出的模擬信號輸入；多個模/數(A-D)轉換器，對在所述模擬信號輸入部分輸入的模擬信號進行採樣操作，並將模擬信號轉換為數位訊號；採樣時鐘信號發生器，提供用於取平均處理的同步採樣時鐘信號以便以同步的方式採樣操作多個A-D轉換器，或者提供交替處理的交替採樣時鐘信號以便交替地採樣操作多個A-D轉換器；一個取平均處理單元，根據同步採樣時鐘信號對進行所述採樣操作的A-D轉換器輸出的數位訊號進行取平均處理；以及一個交替處理單元，根據交替採樣時鐘信號將進行採樣操作的A-D轉換器輸出的數位訊號進行交替。
此外，在半導體器件測試裝置中，假定多個A-D轉換器包括第一A-D轉換器和第二A-D轉換器，還包括一個誤差計算單元，用於計算第二A-D轉換器相對於第一A-D轉換器預定的採樣定時與第二A-D轉換器的實際採樣定時之間時間偏移量的時間誤差；一個誤差校準值計算單元，根據所述誤差校準單元計算的時間誤差計算時間誤差校準值，用於計算第二A-D轉換器的時間誤差校準；一個讀出單元，連接到所述誤差計算單元，從保存有採樣作為要被測量的模擬信號的被測信號而得到的數位訊號的存儲單元讀取數位訊號；以及一個誤差校準單元，當採樣被測信號時，根據從存儲單元讀出的採樣數據以及由所述誤差校準值計算單元計算出的時間誤差校準值，對由第二A-D轉換器引起的時間誤差進行時間誤差校準操作。
本發明的總結不需要描述全部必要的特徵，因此，本發明也可以是所述這些特徵的部分組合。
圖1示出了將模擬信號轉換為數位訊號的典型A-D轉換器101的方框圖。
圖2示出了具有多個模擬信號輸入部分的A-D轉換裝置102。
圖3A示出了交替處理的方框圖。
圖4示出了根據第一實施例的A-D轉換裝置100的方框圖。
圖5示出了採樣時鐘信號發生器14的實施例的方框圖。
圖6A示出了圖5所示採樣時鐘信號發生器14輸出的用於取平均處理的採樣時鐘信號的時序圖。
圖6B示出了圖5所示採樣時鐘信號發生器14輸出的用於交替處理的採樣時鐘信號的時序圖。
圖7示出了另一個實施例，其中的A-D轉換裝置110包括模擬信號輸入部分10、A-D轉換器12a和12b、採樣時鐘信號發生器14、參考時鐘信號發生器16、存儲器單元20、方式設定信號發生器22、加法器26、多路轉換器28和選擇器30。
圖8示出了根據第二實施例的A-D轉換裝置120的方框圖。
圖9示出了模擬信號分配器32的一個實施例的方框圖。
圖10A示出了以1-1方式將模擬信號分配到A-D轉換器的分配方法。
圖10B示出了以1-4方式將模擬信號分配到A-D轉換器的分配方法。
圖10C示出了以1-2分配方式的另一個優選實施例。
圖11A示出了由採樣時鐘信號發生器14輸出的用於取平均處理的採樣時鐘信號的時序圖。
圖11B示出了採樣時鐘信號發生器14輸出的用於交替處理的採樣時鐘信號的時序圖。
圖12示出了為第一A-D轉換器和第二A-D轉換器的兩個A-D轉換器之間產生的採樣定時時間誤差。
圖13示出了根據第三實施例的A-D轉換裝置130。
圖14示出了校準單元70的詳細結構。
圖15示出了根據第四實施例的半導體器件測試裝置，用於測試輸出模擬信號的半導體器件。
圖16示出了根據第五實施例的半導體器件測試裝置，用於測試輸出多個模擬信號的半導體器件。
下面根據優選實施例說明本發明，這不是為了限制本發明的範圍，而是示例本發明。實施例中所有的特徵及其組合不是本發明所必需的。
圖4示出了根據第一實施例的A-D轉換裝置100的方框圖。A-D轉換裝置100包括模擬信號輸入部分10、A-D轉換器12a和12b、採樣時鐘信號發生器14、參考時鐘信號發生器16、處理單元18、存儲器單元20a和20b，以及方式設定信號發生器22。處理單元18包括交替處理單元18a和取平均處理單元18b。
根據本實施例，處理單元18中的交替處理單元18a進行交替處理，其中以交替順序排列在兩個A-D轉換器12a和12b中進行交替採樣操作而得到的採樣數據。交替處理的結果，A-D轉換裝置100得到的單個A-D轉換裝置12a或12b採樣數據相當於兩倍採樣率得到的。
取平均處理單元18b將對兩個A-D轉換器12a和12b同時進行採樣操作得到的採樣數據進行求平均處理。所述取平均處理的結果，所得到的解析度是單個A-D轉換裝置12a或12b所得到的量化解析度的兩倍。例如，同時使用量化解析度為10位(範圍-512到+511)的兩個A-D轉換器進行採樣操作，由各A-D轉換器輸出的數位訊號的總和在-1024到+1023的數據之間，因此可以得到約11位的解析度。當採樣一個幅值為-1.024到+1.023的模擬信號時，單個10位A-D轉換器的量化解析度為1mV，而兩個10位A-D轉換器的量化解析度為0.5mV。
取平均處理可以包括對數據取中間值、取平均數和取平均值，而時常採用所謂的對數據取平均值。
方式設定信號發生器22產生方式設定信號58，用於設定A-D轉換裝置100的每一個組成元件，以取平均處理方式或是交替處理方式操作。方式設定信號58施加到處理單元18和採樣時鐘信號發生器14。在處理單元18中，根據方式設定信號58選擇交替處理單元18a或取平均處理單元18b。
此外，根據由參考時鐘信號發生器16提供的參考時鐘信號54以及由方式設定信號發生器22提供的方式設定信號58，採樣時鐘信號發生器14產生操作每一個A-D轉換器12a或12b所必須的採樣時鐘信號。當方式設定信號58為取平均處理方式的信號時，採樣時鐘信號發生器14給每一個A-D轉換器12a和12b提供採樣時鐘信號，用於取平均處理，從而使兩個A-D轉換器12a和12b同時進行採樣操作。
當方式設定信號58為設定交替處理方式的信號時，採樣時鐘信號發生器14為每一個A-D轉換器12a和12b提供採樣時鐘信號，用於交替處理，從而使A-D轉換器12a和12b交替進行採樣操作。
通過A-D轉換器12a和12b採樣模擬信號50，而A-D轉換器12a和12b是通過採樣時鐘信號發生器14產生的採樣時鐘信號進行採樣操作的，並且採樣數據由A-D轉換器12a和12b進行數位化。當採樣時鐘信號發生器14產生用於取平均處理的採樣時鐘信號時，採樣模擬信號50，同時與參考信號54同步。當採樣時鐘信號發生器14產生用於交替處理的採樣時鐘信號時，模擬信號50被交替採樣。被A-D轉換器12a和12b數位化的採樣數據分別存儲在存儲單元20a和20b中。
希望為每個A-D轉換器準備一個存儲單元。根據方式設定信號58選擇，存儲在存儲單元20a和20b中的採樣數據即可以由交替處理單元18a處理的，也可以由取平均處理單元18b處理。
交替處理單元18進行交替處理將採樣數據交替排列。例如，根據將數位訊號轉換為電壓數據的電壓變換係數，交替處理單元18a將存儲在存儲單元20a和20b中的數位化採樣數據轉化為電壓數據，以便將各自轉換後的電壓數據按交替的順序排列。取平均處理單元18b對採樣數據進行取平均處理，以便將其平均。例如，根據電壓變換係數，取平均處理單元18b將存儲在存儲單元20a和20b中的數位化採樣數據轉化為電壓數據，然後把每個轉化的電壓數據加起來。
圖5示出了採樣時鐘信號發生器14的一個實施例的方框圖。在該實施例中，方式設置信號58為二進位信號，表示為兩個電壓值，Hi(邏輯值「1」)和Lo(邏輯值「0」)。Hi設為交替處理方式，Lo設為取平均處理方式。根據參考時鐘信號54，採樣時鐘信號發生器14為取平均處理和交替處理分別產生採樣時鐘信號。
當方式設定信號58為Hi時，根據由參考時鐘信號發生器16產生的參考時鐘信號54，採樣時鐘信號發生器14輸出採樣時鐘信號，使A-D轉換器12a和12b交替地進行採樣操作。當方式設定信號58為Lo時，根據由參考時鐘信號發生器16產生的參考時鐘信號54的相位，採樣時鐘信號發生器14輸出與參考時鐘信號54同步的採樣時鐘信號，用於取平均處理，由此A-D轉換器12a和12b同時進行採樣操作。
圖6A示出了圖5所示採樣時鐘信號發生器14輸出的用於取平均處理的採樣時鐘信號的時序圖。當方式設定信號58為Lo從而設定為取平均處理方式時，輸出與參考時鐘信號54同步的採樣時鐘信號56a和56b。然後，根據採樣時鐘信號56a和56b，A-D轉換器12a和12b進行採樣操作。採樣操作的時序與參考時鐘信號54同步。
圖6B示出了圖5所示採樣時鐘信號發生器14輸出的用於交替處理的採樣時鐘信號的時序圖。當方式設定信號58為Hi從而設定為交替處理方式時，採樣時鐘信號56a以參考時鐘信號54頻率減半的方式輸出，同時輸出採樣時鐘信號56b使頻率為一半的採樣時鐘信號56b的相位再移動半個周期。根據採樣時鐘信號56a和56b，A-D轉換器12a和12b進行採樣操作。採樣操作的時序與參考時鐘信號54同步。
通常，為了使A-D轉換器將模擬信號轉換為數位訊號，需要時間的某些固定周期(參考下文的採樣時間)。因此，對於上述的A-D轉換器可以預先確定在固定的時間內由單個A-D轉換器可得到的最大採樣率。從而交替操作多個A-D轉換器的交替處理變得更加有效。
通過進行交替處理，模擬信號可以按比單個A-D轉換器的採樣率高的採樣率轉換為數位訊號，同時不增加每一個A-D轉換器的採樣率。例如，在取平均處理的情況下，參考時鐘信號54的周期不能小於參考時鐘信號發生器16中的採樣時間。但是，在交替處理的情況下，參考時鐘信號54的周期可以小於參考時鐘信號發生器16中每個A-D轉換器的採樣時間。
圖7示出了另一個實施例，其中的A-D轉換裝置110包括模擬信號輸入部分10、A-D轉換器12a和12b、採樣時鐘信號發生器14、參考時鐘信號發生器16、存儲器單元20、方式設定信號發生器22、加法器26、多路轉換器28和選擇器30。提供多路轉換器28以作為圖4中所介紹的交替處理單元18a。提供加法器26以作為圖4中所介紹的取平均處理單元18b。如果圖7中所示的結構與圖4中對應的元件具有相同的結構或功能，則其編號相同。
模擬信號50輸入到模擬信號輸入部分10。輸入的模擬信號50被A-D轉換器12a和12b採樣，其中採樣操作根據採樣時鐘信號發生器14提供的採樣時鐘信號56a和56b。根據方式設定信號發生器22提供的方式設定信號58，採樣時鐘信號發生器14即為取平均處理產生採樣時鐘信號，也為交替處理產生採樣信號。由各A-D轉換器輸出的數位訊號輸出到加法器26和多路轉換器28。
加法器26和多路轉換器28根據由參考時鐘信號發生器16產生的參考時鐘信號54工作。根據參考時鐘信號54的定時，加法器26將A-D轉換器12a和12b輸出的數位訊號加起來。根據參考時鐘信號54的定時，多路轉換器28交替地選擇A-D轉換器12a和12b。這樣，多路轉換器28可以將A-D轉換器12a和12b產生的數位訊號順序地輸出到選擇器30。
根據方式設定信號發生器22提供的方式設定信號58，選擇器30選擇由加法器26和多路轉換器28輸出的數位訊號，以便由加法器26或多路轉換器28輸出的信號輸出到存儲單元20。例如，當方式設定信號58為設定取平均處理方式的信號時，選擇器30選擇將加法器26輸出的數位訊號輸出到存儲單元20。當方式設定信號58為設定交替處理方式信號時，選擇器30選擇將多路轉換器28輸出的數位訊號輸出到存儲單元20。在本實施例中，由於分別通過加法器26和多路轉換器28進行取平均處理和交替處理，所以存儲單元要存儲取平均處理或存儲交替處理的數位訊號。因此，如參考圖4的實施例中介紹的，可實現高速的取平均和交替處理。通過採用上述結構，A-D轉換裝置110可以選擇性地進行同時採樣操作多個A-D轉換器的取平均處理以及交替處理。
圖8示出了根據第二實施例的A-D轉換裝置120的方框圖。A-D轉換裝置120包括多個模擬信號輸入部分(10a，10b，10c，10d)、A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)、採樣時鐘信號發生器14、參考時鐘信號發生器16、處理單元18、存儲單元(20a，20b，20c，20d)、方式設定信號發生器22、模擬信號分配器32以及分配控制信號發生器34。處理單元18包括交替處理單元18a和取平均處理單元18b。與圖4相同編號的圖8中的組成元件具有與參考圖4介紹的有相同的功能並進行相同的操作。
在第二實施例中，交替處理單元18a將四個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)進行的交替採樣操作得到的採樣數據排列成交替順序，從而進行交替操作。交替處理的結果，A-D轉換裝置120可以得到單個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)的採樣數據，相當於四倍採樣率所獲得的採樣數據。
取平均處理單元18b對四個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)同時進行採樣操作得到的採樣數據進行取平均處理。所述取平均處理的結果，可獲得四倍於單個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)的量化解析度。
方式設定信號發生器22產生方式設定信號58，用於設定A-D轉換裝置中的每一個組成元件工作於取平均處理方式或是交替處理方式。方式設定信號58施加到處理單元18和採樣時鐘信號發生器14。在處理單元18中，根據方式設定信號58選擇交替處理單元18a或取平均處理單元18b。
分配控制信號60為設定模擬信號(50a，50b，50c，50d)應該分配到哪一個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)的信號。在所述第二實施例中，分配控制信號發生器34產生分配控制信號60，一個設定將單個模擬信號分配到四個A-D轉換器(1-4分配)，另一個設定將單個模擬信號分配到單個A-D轉換器(1-1分配)。注意，分配控制信號發生器34產生1-4分配信號或是產生1-1分配信號。
根據分配控制信號發生器34提供的分配控制信號，模擬信號分配器32將輸入的模擬信號(50a，50b，50c，50d)分配到一個或多個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)上。
例如，當分配控制信號60設定為1-4分配，模擬信號分配器32選擇模擬信號50a，則模擬信號50a被分配到A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)上。當方式設定信號58設定為交替處理方式時，利用四個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)得到的採樣數據交替處理模擬信號50a。因此，可以獲得四倍於單個A-D轉換器(12a，12b，12c或12d)的採樣率採樣的採樣數據。之後，剩餘的模擬信號50b、50c和50d不分配到A-D轉換器。
當方式設定信號58設定為取平均處理方式時，通過四個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)獲得的採樣數據，取平均處理由模擬信號輸入部分10a輸入的模擬信號50a。因此，可以獲得四倍於單個A-D轉換器12a(12b，12c或12d)量化解析度。此時，剩餘的模擬信號50b、50c和50d沒有分配到任何A-D轉換器。
此外，當分配控制信號60設定為1-1分配，模擬信號(50a，50b，50c，50d)分別分配到四個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)上。通過所述分配，每個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)可採樣模擬信號(50a，50b，50c，50d)。
根據由參考時鐘信號發生器16產生的參考時鐘信號54和方式設定信號發生器22產生的方式設定信號，採樣時鐘信號發生器14產生採樣時鐘信號(56a、56b、56c和56d)。當方式設定信號58設定為取平均處理方式時，採樣時鐘信號發生器14為各A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)提供用於取平均處理的採樣時鐘信號，使四個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)同時進行採樣操作。
當方式設定信號58設定為交替處理時，採樣時鐘信號發生器14為各A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)提供用於交替處理的採樣時鐘信號，使四個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)交替進行採樣操作。
根據採樣時鐘信號(56a，56b，56c，56d)採樣操作，分配到A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)的模擬信號(50a，50b，50c，50d)被A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)採樣，並且它們的採樣數據被數位化。被A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)數位化的採樣數據分別存儲在存儲單元(20a，20b，20c，20d)中。
交替處理單元18a進行交替處理，將採樣數據按交替順序排列。例如，在交替處理單元18a中，根據將數位訊號轉換為電壓數據的電壓變換係數，交替處理單元18a將存儲在存儲單元(20a，20b，20c，20d)中的數位化採樣數據轉化為電壓數據，以便將各轉換後的電壓數據按交替的順序排列。因此，在採樣周期的間隔中，可得到模擬數據的電壓數據。取平均處理單元18b對採樣數據進行取平均處理，以便將其平均。例如，根據電壓變換係數，取平均處理單元18b將存儲在存儲單元(12a，12b，12c，12d)中的數位訊號轉化為電壓數據，然後把每個電壓數據加起來。使用圖8所示的結構，在A-D轉換裝置100中，根據方式設定信號58和分配控制信號60，輸入的模擬信號(50a，50b，50c，50d)可選擇使用單個A-D轉換器或多個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)進行處理。
圖9示出了模擬信號分配器32的一個實施例。模擬信號分配器32包括按4-1比例分配輸入信號和輸出信號的多路轉換器28a，以及按2-1比例分配上述信號的多路轉換器28b。構成模擬信號分配器32，以便模擬信號(50a，50b，50c，50d)以1-1和1-4的比例分配到各A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)上。例如，當設定為1-1分配比例的分配控制信號60輸入到分配器32時，多路轉換器28b將由A組輸入端(A1，A2，A3，A4)輸入的信號輸出到每個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)上。A組以1-1的方式連接到每個模擬信號輸入部分(10a，10b，10c，10d)，以便模擬信號(50a，50b，50c，50d)分別分配到A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)上。
當設定為1-4分配比例的分配控制信號60輸入到模擬信號分配器32時，多路轉換器28b將由B組輸入端(B1，B2，B3，B4)輸入的信號輸出到每個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)上。B組連接到多路轉換器28a，多路轉換器28a將由各模擬信號輸入部分(10a，10b，10c，10d)輸入的模擬信號50a，50b，50c，50d中的一個模擬信號輸出。因此，模擬信號(50a，50b，50c，50d)中的一個將分配到每個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)上。此外，優選通過改變多路轉換器的數量和結構而得到任意分配方式的模擬信號分配器32。
圖10A示出了採取1-1方式將模擬信號分配到A-D轉換器的分配方法。參看圖9和圖10A，當信號表示分配控制信號60處於1-1方式時，選擇多路轉換器28b的A組輸入端(A1，A2，A3，A4)。由模擬信號輸入部分(10a，10b，10c，10d)輸入的模擬信號(50a，50b，50c，50d)採用1-1的方式分配到A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)上。
圖10B示出了採取1-4方式將模擬信號分配到A-D轉換器的分配方法。參看圖9和圖10B，當信號表示分配控制信號60處於1-4方式時，選擇多路轉換器28b的B組輸入端(B1，B2，B3，B4)，使多路轉換器28a選擇四個輸入端中的一個。然後，由模擬信號輸入部分(10a，10b，10c，10d)輸入的模擬信號50a，50b，50c，和50d中的一個模擬信號被分配到四個A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)上。在圖10B所示的例子中，選擇多路轉換器28b的A輸入端並選擇多路轉換器28b的B組輸入端(B1、B2、B3、B4)。模擬信號50a分配到A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)上。由於選擇多路轉換器28a的各輸入端B、C和D，對應的模擬信號分配到A-D轉換器(12a，12b，12c，12d)。圖10C示出了採用1-2分配方式的另一個優選實施例。因此，根據需要，可以實現任意的分配方式。
圖11A示出了由採樣時鐘信號發生器14輸出的用於取平均處理的採樣時鐘信號的時序圖。在該實施例中，方式設置信號58為二進位信號，表示為兩個電壓值，Hi(邏輯值「1」)和Lo(邏輯值「0」)。Hi設為交替處理方式，Lo設為取平均處理方式。當方式設定信號58為Lo時，輸出與參考時鐘信號54同步的採樣時鐘信號(56a，56b，56c，56d)。根據採樣時鐘信號56a和56b，A-D轉換器12a和12b進行採樣操作。所述採樣操作的採樣定時與參考時鐘信號54同步。
圖11B示出了採樣時鐘信號發生器14輸出的用於交替處理的採樣時鐘信號的時序圖。當方式設定信號58為Hi時，設定交替處理方式，採樣時鐘信號56a以參考時鐘信號54四分頻的方式輸出，而採樣時鐘信號56b，56c和56d相對於四分頻的採樣時鐘信號56a的相位相移1/4輸出。根據採樣時鐘信號56a和56b，A-D轉換器12a和12b進行採樣操作。所述採樣操作的採樣定時與參考時鐘信號54同步。
通常，為了使A-D轉換器將模擬信號轉換為數位訊號，需要某些固定周期的時間(採樣時間)。因此，在單個A-D轉換器的預定的固定時間內，A-D轉換器可得到的最大採樣率在考慮中。從而交替操作多個A-D轉換器的交替處理變得更加有效。通過採用上述結構，在採用交替處理的情況下，可根據採樣率來選擇要採用的A-D轉換器。例如，當測試一個採樣率高的半導體器件時，可採用四個A-D轉換器進行測試。另一方面，例如，當測試一個採樣率低的半導體器件時，可採用單個A-D轉換器來測試。因此，可以同時測試多個半導體器件。由於可根據半導體器件的特性來選擇要採用的A-D轉換器，所以可用最有效的方式來測試半導體器件。
此外，在進行取平均處理的情況下，可根據特定的測試目的對解析度的要求選擇A-D轉換器。例如，當被測試的半導體器件的模擬信號需要進行高解析度的測量時，該器件可利用四個A-D轉換器進行測試。作為另一個例子，當被測試的半導體器件只要低解析度就夠了時，可使用單個A-D轉換器。在這種情況下，可同時測試多個半導體器件。因此，由於可選擇最適合所述半導體器件特性的A-D轉換器，可對半導體器件進行非常有效的測試。因此，可根據要測試的半導體器件的必須的處理內容來選擇A-D轉換器。
接下來，說明用於校準例如多個A-D轉換器之間產生的時間誤差等的校準系統。通常，當採用多個A-D轉換器進行採樣操作時，由於各A-D轉換器之間的特性差異以及採樣時鐘信號的傳輸路徑的特性差異，與希望的採樣時鐘相比會發生時間誤差。
圖12示出了為第一A-D轉換器和第二A-D轉換器的兩個A-D轉換器之間產生的採樣定時時間誤差。通常，當多個A-D轉換器以希望的時間間隔交替採樣時，從採樣時鐘信號輸入到A-D轉換器的時間到實際採樣時間之間產生時間偏移量。所述時間偏移量是由於各A-D轉換器之間的特性差異造成的。用τ來表示該時間誤差。在圖12中，利用兩個A-D轉換器進行交替處理。由於各A-D轉換器從採樣時鐘信號輸入到實際採樣之間所需時間的差別，便產生了時間誤差τ。當利用對多個A-D轉換器交替地進行採樣操作得到的採樣數據處理被測信號時，被測信號並不能準確地再現，除非採樣定時具有相同的時間間隔。因此，需要校準時間誤差τ。
圖13示出了根據第三實施例的A-D轉換裝置130。交替處理單元18a包括校準單元70。圖13中與圖4中具有相同編號的功能塊具有相同的功能，因此在這裡省略對它們的說明。校準單元70校準多個A-D轉換器之間產生的誤差，以便輸出輸出信號90。例如，校準單元70校準時間誤差、增益誤差和偏移量誤差。因此，A-D轉換裝置130能夠輸出多個A-D轉換器之間產生的誤差被校準的輸出信號。
圖14示出了校準單元70的詳細結構。校準單元70包括校準值計算單元70a、誤差校準單元70b和讀出單元76。校準值計算單元70a包括誤差計算單元72和誤差校準值計算單元74。誤差校準值計算單元74包括時間誤差校準值計算單元74a、增益校準值計算單元74b和偏移量校準值單元74c。誤差校準單元70b包括增益-偏移量校準單元78和時間誤差校準單元80。
讀出單元76讀出存儲在存儲單元20a或存儲單元20b中的採樣數據，以便將採樣數據輸出到校準值計算單元70a或誤差校準單元70b。誤差計算單元72根據讀出單元76提供的採樣數據計算多個A-D轉換器之間產生的誤差。例如，誤差計算單元72計算多個A-D轉換器之間產生的時間誤差、增益誤差和偏移量誤差，並將它們輸出到誤差校準值計算單元74。例如，誤差計算單元72根據用於計算誤差校準值的測試信號的採樣數據計算誤差校準值。例如，測試信號優選如正弦和餘弦波形等的已知信號。此外，誤差計算單元72根據採樣數據經過傅立葉變換後得到的轉換值計算誤差計算值。
根據誤差計算單元72提供的誤差，誤差校準值計算單元74計算誤差校準值，以便輸出到誤差校準單元70b。例如，根據時間誤差、增益誤差和偏移量誤差，誤差校準值計算單元74將用於校準各誤差的誤差校準值輸出到誤差校準單元70b。根據誤差計算單元72提供的時間誤差，時間誤差校準值計算單元74a計算用於計算校準時間誤差的時間誤差校準值88a。根據誤差計算單元72提供的增益誤差，增益校準值計算單元74b計算用於計算校準增益誤差的增益誤差校準值88b。根據誤差計算單元72提供的偏移量誤差，偏移量校準值計算單元74c計算用於計算校準偏移量的偏移量誤差校準值88c。因此，校準值計算單元70a可以計算用於計算多個A-D轉換器之間校準誤差的誤差校準值。
根據校準值計算單元70a提供的誤差校準值，誤差校準單元70b校準多個A-D轉換器之間產生的誤差，以便輸出輸出信號90。根據增益誤差校準值88b，增益-偏移量校佳單元78校準增益誤差。此外，根據偏移量誤差校準值88c，增益-偏移量校準單元78校準偏移量誤差。時間誤差校準單元80根據時間誤差校準值88a校準時間誤差。因此，誤差校準單元70b可以校準多個A-D轉換器之間產生的誤差。由於校準單元70可通過進行上述計算校準多個A-D轉換器之間產生的誤差，因此可以非常精確地校準誤差。
當方式設定信號58選擇交替處理單元18a時，增益-偏移量校準單元78校準採樣數據的增益誤差和偏移量誤差，以便輸出到時間誤差校準單元80。時間誤差校準單元80校準時間誤差並輸出輸出信號90。當取平均處理單元18被方式設定單元信號58選中時，增益-偏移量校準單元78校準增益誤差和偏移量誤差，以便輸出到取平均處理單元18b。取平均處理單元對校準增益誤差和偏移量誤差經過校準的被測信號的採樣數據84a和84b進行取平均處理。
接下來，將介紹在校準值計算單元70a中計算誤差校準值的一個示例性的方法。為了根據多個A-D轉換器之間的誤差計算誤差校準值，在兩個要進行誤差校準的A-D轉換器12a和12b上輸入測試信號，以便進行採樣操作。例如，用正弦波形sin(2π·f·t)作為測試信號，其中f表示已知頻率，t表示時間。
被各A-D轉換器採樣和數位化的測試信號82a和82b的採樣數據存儲到存儲單元20a和20b。讀出單元76從存儲單元20a和20b讀出測試信號的採樣數據82a和82b，並將採樣數據82a和82b輸出到誤差計算單元72。誤差計算單元72分別對輸入測試信號的採樣數據82a和82b進行離散傅立葉變換(DFT)。所述離散傅立葉變換(DFT)所獲得的結果表示為由第一A-D轉換器輸出的信號→A1sin(2nft+φ1)+B1由第二A-D轉換器輸出的信號→A2sin(2nft+φ2)+B2這裡，A1和A2表示增益，而B1和B2為偏移量。φ1和φ2分別為第一和第二A-D轉換器根據時鐘輸入時序確定的初始值。
此外，當各A-D轉換器之間的採樣操作的時間間隔為2Ts(即，f＝1/2Ts)並且A-D轉換器12a和12b的採樣時序相差Ts-τ的時間相位(其中τ表示時間誤差)，存在下列等式。在圖14中，時間誤差τ為時間誤差86a，增益A1和A2為增益86b，偏移量B1和B2為偏移量86c。φ2-φ1＝2πf(Ts+τ)=212Ts(Ts+)]]>=(1+Ts)]]>
因此，時間誤差τ表示為=Ts(2-1)-Ts]]>誤差計算單元72將時間誤差τ輸出到時間誤差校準值計算單元74a。誤差計算單元72將增益A1和A2輸出到增益校準值計算單元74b。誤差計算單元72將偏移量B1和B2輸出到偏移量校準值計算單元74c。
時間誤差校準值計算單元74a根據誤差計算單元72提供的時間誤差τ計算時間誤差校準值88a。例如，時間誤差校準值計算單元74a以下面的方式計算時間誤差校準值88a。
兩個採樣定時用奇數和偶數下標表示。假定具有奇下標的採樣定時的相位相對於具有偶下標的採樣定時的相位移動Ts+τ，採樣定時的傅立葉變換的結果分別表示為P偶數和P奇數。存在下面的等式(1)和(2)。
=e-j2f0k(+Ts)12Tsk=-(f-k2Ts)---(2)]]>δ表示德爾塔函數。如果波形X的採樣數據為X，在以上等式(1)和(2)表示採樣時採樣的波形X的傅立葉變換
可用下列等式(3)和(4)表示。
=12Tsk=-X-(f-k2Ts)---(3)]]>
=12Tsk=-X-(f-k2Ts)e-j2f0k(+Ts)]]>=12Tsk=-X-(f-k2Ts)e-j212Tsk(+Ts)]]>=12Tsk=-X-(f-k2Ts)e-jk(1+Ts)---(4)]]>
通過使用等式(3)和(4)可得到交替處理的這兩種波形的傅立葉變換結果。
=12Tsk=-X-(f-k2Ts)+12Tsk=-X-(f-k2Ts)e-jk(1+Ts)]]>=12Tsk=-(1+e-jk(1+Ts))X-(f-k2Ts)---(5)]]>當兩個A-D轉換器(12a和12b)之間產生誤差τ時，在傅立葉變換中與採樣頻率(1/2Ts)相同的頻率項與不產生誤差τ時不同。時間誤差校準值計算單元74a校準時間誤差，以便在傅立葉變換中與採樣頻率相同的頻率項與不產生時間誤差τ時的頻率項一致。
在產生時間誤差τ的情況下，通過將k＝1帶入等式(5)可得到採樣頻率(1/2Ts)項的值，並用下面的等式(6)表示。(1+e-j(1+Ts))X-(f-12Ts)---(6)]]>另一方面，當兩個A-D轉換器12a和12b的採樣定時不產生誤差τ時，採樣頻率(1/2Ts)項由下面的等式(7)給出。(1+e-jTs)X-(f-12Ts)]]>=(1+e-j212TsTs)X-(f-12Ts)]]>=(1+e-j)X-(f-12Ts)---(7)]]>然後，進行校準，以便從等式(6)的
中消去τ/Ts項，從而使
如等式7所示變為e-jπ。
因此，當時間誤差校準值88a表示為Y時，e-j(1+Ts)Y=e-j]]>因此得到Y=e-jej(1+Ts)]]>=e-j+j+jTs]]>=ejTs---(8)]]>然後，所述時間誤差校準值88a乘以A-D轉換器在採樣時間P奇數採樣操作所得到的採樣數據的傅立葉變換的值。
根據輸入增益86b，增益校準值計算單元74b校準增益校準值88b。由多種校準增益校準值88b的方法。例如，優選增益86b的倒數作為增益校準值88b。換句話說，如果增益86b為A1，則增益校準值88b為1/A1。
根據輸入偏移量86c，偏移量校準值計算單元74c計算偏移量校準值88c。雖然有幾種方法計算所述偏移量校準值88c，但在本實施例中，例如，改變符號的偏移量86c的值優選作為偏移量校準值88c。例如，如果偏移量86c為B1，則偏移量校準值88c為-B1。在上述的方式中，校準值計算單元70a計算時間誤差校準值88a、增益校準值88b和偏移量校準值88c。
接下來，將說明根據採樣由半導體器件98輸出的被測信號所得到的採樣數據、預先在校準值計算單元70a中進行計算的時間誤差校準值88a、增益校準值88b和偏移量校準值88c校準誤差的誤差校準單元70b。
讀出單元76從存儲單元20a和20b讀出由採樣被測信號獲得的採樣數據(84a和84b)，輸出到增益-偏移量校準單元78。根據讀出單元76提供的被測信號的採樣數據(84a和84b)、增益校準值88b和偏移量校準值88c，增益-偏移量校準單元78校準輸入的被測信號的採樣數據(84a和84b)的增益和偏移量。雖然有多種校準方法，在本實施例中優選以下方法。
採樣數據表示為D(t)，校準後的增益和偏移量的值為D′(t)，增益校準值88b為G，偏移量校準值88c為O。於是，如下等式成立。
D′(t)＝G·D(t)+O通過對被測信號的採樣數據84a和84b進行上述計算，校準了每個採樣數據中所包含的增益和偏移量。被增益-偏移量校準單元78校準過增益和偏移量的被測信號的採樣數據84a和84b輸入到時間誤差校準單元80。
時間誤差校準單元80進行變換，以便將時間分量加入到輸入增益和偏移量經過校準的被測信號的採樣數據84a和84b中。在該變換中，將時間分量加入到被測信號的採樣數據84a和84b中，以便重建輸入模擬信號。由於從A-D轉換器輸出的採樣數據不包含時間分量，而為了重建採樣數據的波形，採樣數據中需要包含時間分量。例如，傅立葉變換可用於該目的。在本實施例中，使用離散的傅立葉變換。
根據離散傅立葉變換的結果和時間誤差校準值88a進行時間誤差校準。雖然校準時間誤差有多種方法，但，例如，在本實施例中採用如下方法。
設以傅立葉變換形式輸出的誤差校準波形表示為
將由A-D轉換器在帶有偶數下標的採樣時間進行操作所獲得的採樣數據進行傅立葉變換並表示為
將相對於帶有偶數下標的採樣時間相位延遲Ts+τ的由A-D轉換器在帶有奇數下標的採樣時間進行操作所獲得的採樣數據進行傅立葉變換並表示為
當用作時間誤差校準值88a的
作為被校準的時間誤差τ時，得到如下結果。
其中，
為時間延遲分量，並顯示出奇下標採樣時間相比偶下標採樣時間延遲Ts+τ。
因此，採用上述計算方法，時間誤差校準單元80可以輸出校準增益、偏移量和時間誤差的輸出信號90。優選校準單元70，通過使用程序執行預定過程的計算單元來實現上述增益、偏移量和時間誤差的校準。例如，可把通過編程執行預定過程如工作站等的計算機，作為計算單元。通過利用這樣的計算單元實現校準單元70，不再需要提供象誤差校準所必需的如可變電阻器和延遲電路等的硬體。這是本實施例非常有利的方面。此外，由於校準是通過軟體計算來實現的，性能並不依賴於像延遲電路等元件的特性，因此可以實現高精度的校準。因此，本實施例提供了用於記錄程序的記錄介質，實現如本校準單元70的計算單元。
此外，由於根據採樣數據進行校準，包含在將模擬信號轉換為數位訊號的常規A-D轉換器裝置測量的採樣數據中的誤差也可以採用根據本實施例的所述校準方案來校準。通過採用上述結構，不再需要提供如延遲電路和可變電阻器等元件作為校準時間誤差、增益和偏移量的裝置，因此可以很容易實現誤差校準。此外，由於可被校準的誤差範圍不依賴於如延遲電路等元件的性能，因此可以實現高精度校準。
圖15示出了根據第四實施例的半導體器件測試裝置，用於測試模擬信號輸出半導體器件。該半導體器件測試裝置包括含有計算單元97和A-D轉換裝置100的波形數字轉換器95、記錄介質38、圖形發生器91、波行整形器92、比較器93以及具有半導體器件接觸部分94的性能板。在本實施例中，根據記錄在記錄介質38上的程序，通過利用計算單元97實現校準單元70。優選如工作站等的通用計算機作為計算單元97。
輸出要被測試的模擬信號的半導體器件98放置在半導體器件接觸部分94中。例如，電連接半導體器件98的輸入端的插座可作為半導體器件接觸部分94。圖形發生器91提供加到半導體器件98上的半導體器件輸入信號42，以便輸出到波形整形器92。
此外，圖形發生器91產生的信號還輸出到比較器93，半導體器件98輸出理論值。波形整形器92根據半導體98的特性將半導體器件的輸入信號42整形，以便輸出到半導體器件接觸部分94。半導體器件接觸部分94將由波形整形器92提供的半導體器件輸入信號40輸出到半導體器件98。根據如此輸入的半導體器件輸入信號40，半導體器件98將模擬信號50輸出到半導體器件接觸部分94。半導體器件接觸部分94將被測模擬信號50輸出到A-D轉換裝置100。在A-D轉換裝置100中，由半導體器件接觸部分94提供的模擬信號50被轉換為數位訊號。
A-D轉換裝置100如根據第一實施例的圖4中所示，並且對輸入模擬信號50進行取平均處理，或者進行交替處理。此外，根據第三實施例的圖13所示，圖15所示的A-D轉換裝置100可配備校準多個A-D轉換器之間產生的時間誤差的校準單元70，從而輸出誤差校準輸出信號90。根據誤差校準輸出信號90和圖形發生器91提供的理論值，比較器93決定被測半導體98的最終品質，從而輸出判決信號52。通過採用所述結構，可以通過一種測試裝置進行由取平均處理和交替處理組成的兩種處理。此外，提供可容易地校準多個A-D轉換器之間產生的時間誤差的有利的半導體器件測試裝置。
圖16示出了根據第五實施例測試輸出多個模擬信號的半導體器件的半導體器件測試裝置。所述半導體器件測試裝置包括含有計算單元97和A-D轉換單元100的波形數位化轉換器95、記錄介質38、圖形發生器91、波形整形器92、比較器93以及具有多個半導體器件接觸部分(94a，94b，94c，94d)的性能板96。在本實施例中，根據在記錄介質38中記錄的程序，校準單元70利用計算單元97來實現。優選如工作站等的通用計算機作為計算單元97。
圖形發生器91產生施加到半導體器件(98a，98b，98c，98d)上的半導體器件輸入信號42，以便輸出到波形整形器92。此外，圖形發生器91將由半導體器件(98a，98b，98c，98d)輸出的理論值輸出到比較器93。波形整形器92根據半導體器件(98a，98b，98c，98d)的特性將圖形發生器91提供的半導體器件的輸入信號42整形，以便輸出到半導體器件接觸部分(94a，94b，94c，94d)。半導體器件接觸部分(94a，94b，94c，94d)將由波形整形器92供給的半導體器件輸入信號40提供到各半導體器件(98a，98b，98c，98d)。根據如此輸入的半導體器件輸入信號40，半導體器件(98a，98b，98c，98d)將模擬信號(50a，50b，50c，50d)輸出到半導體器件接觸部分(94a，94b，94c，94d)。半導體器件接觸部分(94a，94b，94c，94d)將被測模擬信號(50a，50b，50c，50d)輸出到A-D轉換裝置100。
在所述第五實施例中的A-D轉換裝置120與根據第二實施例的圖8所示的相同，輸入模擬信號50a、50b、50c和50d進行取平均處理，或者進行交替處理。此外，圖16所示的A-D轉換裝置120可配備第三實施例的圖13所示的校準多個A-D轉換器之間產生的時間誤差的校準單元70，從而輸出誤差校準輸出信號90a、90b、90c和90d。根據誤差校準輸出信號(90a，90b，90c，90d)和圖形發生器91提供的理論值，比較器93決定被測半導體98的最終品質，從而輸出判決信號52a、52b、52c和52d。由於參考圖8介紹的A-D轉換裝置120具有模擬信號分配器32，根據模擬信號的處理內容可選擇性地使用單個或多個A-D轉換器進行處理。通過採用這種結構，可以通過一種測試裝置進行由取平均處理和交替處理組成的兩種處理。此外，提供可容易地校準多個A-D轉換器之間產生的時間誤差的有利的半導體器件測試裝置。
由上述可知，多個A-D轉換器同時進行採樣操作的取平均處理和多個A-D轉換器交替進行採樣操作的交替處理可由單個A-D轉換裝置120來實現。此外，可以根據模擬信號的處理內容選擇性地改變用於處理的A-D轉換器。此外，可使用計算單元進行多個A-D轉換器之間產生的時間誤差的校準，由此可不使用延遲電路校準時間誤差。
雖然本發明採用示例性的實施例進行說明，但應該理解本領域的技術人員可進行許多改變和置換而不脫離僅由隨後的權利要求限定的本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種模/數(A-D)轉換裝置，採樣由被測試的半導體器件輸出的模擬信號以產生數位訊號，A-D轉換裝置包括一個模擬信號輸入部分，用於輸入模擬信號；多個模/數(A-D)轉換器，採樣由所述模擬信號輸入部分輸入的模擬信號並將模擬信號轉換為數位訊號；一個採樣時鐘信號發生器，提供用於取平均處理的同步採樣時鐘信號以便以同步的方式採樣操作所述多個A-D轉換器，或者提供交替處理的交替採樣時鐘信號以便交替地採樣操作所述多個A-D轉換器；一個取平均處理單元，根據同步採樣時鐘信號對進行所述採樣操作的A-D轉換器輸出的數位訊號進行取平均處理；以及一種交替處理單元，根據交替採樣時鐘信號將進行所述採樣操作的A-D轉換器輸出的數位訊號進行交替。
2.如權利要求1的A-D轉換裝置，還包括方式設定信號，發生器產生方式設定信號以設定取平均處理或是交替處理，由此根據方式設定信號選擇取平均處理單元或交替處理單元。
3.如權利要求2的A-D轉換裝置，還包括產生參考時鐘信號的參考時鐘信號發生器，其中，如果方式設定信號設定進行取平均處理，則所述採樣時鐘信號發生器將與參考時鐘信號同步的同步採樣時鐘信號提供到所述各A-D轉換器；而如果方式設定信號設定進行交替處理，則所述採樣時鐘信號發生器將每個具有不同相位的交替採樣時鐘信號分別提供到所述各A-D轉換器。
4.如權利要求1的A-D轉換裝置，還包括多個存儲單元，用於存儲分別由所述多個A-D轉換器輸出的數位訊號，其中根據存儲在所述多個存儲單元中的數位訊號，所述取平均處理單元和所述交替處理單元分別進行取平均處理和交替處理。
5.如權利要求4的A-D轉換裝置，所述多個A-D轉換器包括第一A-D轉換器和第二A-D轉換器，還包括一個誤差計算單元，用於計算第二A-D轉換器相對於第一A-D轉換器預定的採樣定時與第二A-D轉換器的實際採樣定時之間時間偏移量的時間誤差；一個誤差校準值計算單元，根據由所述誤差計算單元計算出的時間誤差計算第二A-D轉換器的時間誤差校準值；一個讀出單元，從保存數位訊號的所述存儲單元讀取數位訊號，所述數位訊號通過採樣為被測模擬信號的被測信號得到；以及一個誤差校準單元，當採樣被測信號時，根據由所述讀出單元從所述存儲單元讀出的數位訊號以及由所述誤差校準值計算單元計算出的時間誤差校準值，對在第二A-D轉換器中產生的時間誤差進行校準操作。
6.一種模/數(A-D)轉換裝置，採樣從被測試的半導體器件輸出的模擬信號以產生數位訊號，A-D轉換裝置包括一個模擬信號輸入部分，用於輸入模擬信號；一個加法器，將對模擬信號進行採樣操作以轉換為數位訊號的第一A-D轉換器輸出的數位訊號，以及對模擬信號進行採樣操作以轉換為數位訊號的第二A-D轉換器轉換器輸出的數位訊號進行累加；一個多路轉換器，交替輸入由第一A-D轉換器輸出的數位訊號和第二A-D轉換器轉換器輸出的數位訊號以順序地輸出；以及一個選擇器，選擇輸出從所述加法器輸出的值或者從所述多路轉換器輸出的值。
7.一種模/數(A-D)轉換裝置，採樣在被測試的半導體器件輸出的模擬信號以產生數位訊號，A-D轉換裝置包括一個模擬信號輸入部分，用於輸入模擬信號；多個模/數(A-D)轉換器，對由所述模擬信號輸入部分輸入的模擬信號進行採樣操作並將模擬信號轉換為數位訊號；以及一個模擬信號分配器，根據如何將被測信號轉換為數位訊號而將數位訊號分配到一個或多個所述A-D轉換器。
8.如權利要求7的A-D轉換裝置，其中為所述相應多個模擬信號輸入部分提供所述多個A-D轉換器，其中從所述單個模擬信號輸入部分輸入的模擬信號分配到多個所述A-D轉換器上。
9.如權利要求7的A-D轉換裝置，還包括一個採樣時鐘信號發生器，提供用於取平均處理的同步採樣時鐘信號以便以同步的方式採樣操作所述多個A-D轉換器，或者提供交替處理的交替採樣時鐘信號以便交替地採樣操作所述多個A-D轉換器；一個取平均處理單元，根據同步採樣時鐘信號對進行所述採樣操作的A-D轉換器輸出的數位訊號進行取平均處理；以及一種交替處理單元，根據交替採樣時鐘信號將進行所述採樣操作的A-D轉換器輸出的數位訊號進行交替。
10.如權利要求9的A-D轉換裝置，還包括一種方式設定信號發生器，產生方式設定信號以設定取平均處理或者交替處理，由此根據方式設定信號選擇取平均處理單元或者交替處理單元；以及一種分配控制信號發生器，根據方式設定信號所設定的處理，為所述模擬信號分配器提供分配控制信號，以設定模擬信號分配到一個或多個所述A-D轉換器上。
11.一種校準裝置，校準在對由半導體器件輸出的模擬信號進行採樣以轉換為數位訊號的第一A-D轉換器與在對模擬信號進行採樣以轉換為數位訊號的第二A-D轉換器之間所產生的誤差，校準裝置包括一個誤差計算單元，用於計算第二A-D轉換器相對於第一A-D轉換器預定的採樣定時與第二A-D轉換器的實際採樣定時之間時間偏移量的時間誤差；一個誤差校準值計算單元，根據由所述誤差計算單元計算出的時間誤差計算時間誤差校準值，用於第二A-D轉換器的時間誤差的校準計算；一個讀出單元，從保存採樣數據的存儲單元讀取數位訊號，所述採樣數據通過採樣為被測模擬信號的被測信號得到；以及一個誤差校準單元，當採樣被測信號時，根據由所述讀出單元從存儲單元讀出的採樣數據以及由所述誤差校準值計算單元計算出的時間誤差校準值對由第二A-D轉換器中產生的時間誤差進行校準操作。
12.如權利要求11的校準裝置，其中所述誤差校準單元對由所述讀出單元從存儲單元讀出的被測信號的採樣數據進行離散傅立葉變換，並根據由離散傅立葉變換和時間誤差校準值得到的離散傅立葉變換值校準時間誤差。
13.如權利要求11的校準裝置，其中所述誤差校準單元計算第一和第二A D轉換器的增益和偏移量，其中，所述誤差校準值計算單元包括計算第一和第二A-D轉換器增益校準值的增益校準值計算單元；以及，計算第一和第二A-D轉換器偏移量校準值的偏移量校準值計算單元；以及其中，所述誤差校準單元包括根據由所述讀出單元從存儲單元讀出的被測信號的採樣數據、增益校準值和偏移量校準值，用於校準第一和第二A-D轉換器的增益和偏移量的增益-偏移量校準單元。
14.如權利要求13的校準裝置，其中所述增益-偏移量校準單元進行校準操作，以使由第二A-D轉換器採樣被測信號的採樣值乘以增益校準值然後加上偏移量校準值。
15.一種校準方法，校準在對模擬信號進行採樣操作以轉換為數位訊號的第一A-D轉換器與在對模擬信號進行採樣操作以轉換為數位訊號的第二A-D轉換器之間所產生的誤差，誤差校準方法包括用於計算第二A-D轉換器相對於第一A-D轉換器預定的採樣定時與第二A-D轉換器的實際採樣定時之間時間偏移量的時間誤差；根據時間誤差，計算時間誤差校準值用於校準時間誤差計算；以及根據採樣被測信號得到的採樣數據和時間誤差校準值校準時間誤差。
16.如權利要求15的方法，還包括計算第一和第二A-D轉換器的增益和偏移量；根據由所述計算增益和偏移量計算出的增益和偏移量，計算的增益校準值和偏移量校準值，用於校準增益和偏移量的校準計算；以及根據採樣被測信號得到的採樣數據、增益校準值和偏移量校準值校準第一和第二A-D轉換器的增益和偏移量。
17.一種記錄介質，用來存儲校準第二A-D轉換器相對於第一A-D轉換器預定的採樣定時與第二A-D轉換器的實際採樣定時之間時間偏移量的時間誤差的程序，其中記錄介質的程序包括第一模塊，用於計算時間誤差；第二模塊，根據計算出的時間誤差，計算時間誤差校準值，用於校準第二A-D轉換器的時間誤差的計算；以及第三模塊，用於根據採樣被測信號得到的採樣數據和時間誤差校準值校準時間誤差。
18.如權利要求17的記錄介質，程序還包括第四模塊，用於計算增益和偏移量；第五模塊，根據所述第四模塊計算出的增益和偏移量，計算用於校準增益的增益校準值和用於校準偏移量的偏移量校準值；以及第六模塊，根據採樣被測信號得到的採樣數據、增益校準值和偏移量校準值校準第一和第二A-D轉換器的增益和偏移量。
19.一種半導體器件的測試裝置，用於測試輸出模擬信號的半導體器件，包括一種圖形發生器，產生用於測試半導體器件的半導體器件輸入信號；一種性能板，將由所述圖形發生器輸出的半導體器件輸入信號提供到半導體器件上；一種模擬信號輸入部分，輸入從半導體器件輸出的模擬信號；多個模/數(A-D)轉換器，對由所述模擬信號輸入部分輸入的模擬信號進行採樣操作，並將模擬信號轉換為數位訊號；一個採樣時鐘信號發生器，提供用於取平均處理的同步採樣時鐘信號以便以同步的方式採樣操作所述多個A-D轉換器，或者提供交替處理的交替採樣時鐘信號以便交替地採樣操作所述多個A-D轉換器；一個取平均處理單元，根據同步採樣時鐘信號對進行所述採樣操作的A-D轉換器輸出的數位訊號進行取平均處理；以及一種交替處理單元，根據交替採樣時鐘信號將進行所述採樣操作的A-D轉換器輸出的數位訊號進行交替。
20.如權利要求19的半導體器件測試裝置，所述多個A-D轉換器包括第一A-D轉換器和第二A-D轉換器的多個A-D轉換器，還包括一個誤差計算單元，用於計算第二A-D轉換器相對於第一A-D轉換器預定的採樣定時與第二A-D轉換器的實際採樣定時之間時間偏移量的時間誤差；一個誤差校準值計算單元，根據由所述誤差計算單元計算出的時間誤差計算時間誤差校準值，用於第二A-D轉換器的時間誤差的校準計算；一個讀出單元，從保存數位訊號的存儲單元讀取數位訊號，所述數位訊號通過採樣為被測模擬信號的被測信號得到；以及一個誤差校準單元，當採樣被測信號時，根據從存儲單元讀出的採樣數據以及由所述誤差校準值計算單元計算出的時間誤差校準值，對由第二A-D轉換器中產生的時間誤差進行校準操作。
全文摘要
一種用於校準時間誤差的模/數(A－D)轉換裝置(100,120,130)包括:模擬信號輸入部分(10);多個模擬－數字轉換器(12);提供同步採樣時鐘信號或提供交替採樣時鐘信號的採樣時鐘信號發生器(14);根據同步採樣時鐘信號,對A－D轉換器輸出的數位訊號進行取平均處理的取平均處理單元(18b);以及根據交替採樣時鐘信號將進行採樣操作的A－D轉換器輸出的數位訊號進行交替的交替處理單元(18a)。一種A－D轉換裝置包括用於計算時間誤差的誤差計算單元(72)、誤差校準值計算單元(74)以及進行校準操作的誤差校準單元(70b)。校準多個A－D轉換器之間產生的誤差的方法。
文檔編號H03M1/12GK1268671SQ0010832
公開日2000年10月4日 申請日期2000年3月24日 優先權日1999年3月24日
發明者川端雅之 申請人:株式會社愛德萬測試