专利名称：电流——电压转换电路及重设方法
技术领域：
本发明涉及一种使用积分电路的电流-电压转换电路，尤其涉及一种具有将存储于积分电容器的电荷重设为特定电压的机构的电流-电压转换电路。
背景技术：
使用积分电路的电流-电压转换电路用于电流量测定器或电荷量测定器等。其如图2的积分电路1所示，为在运算放大器10的反转输入端子与输出端子之间连接积分电容器11，通过来自被测定电流源3的电流充电积分电容器11，通过测定积分电压V0，测定流入到电容器11的电荷量，计算积分电压V0的变化，进而测定电流量的电路。于本发明中，所谓电流-电压转换电路，并非仅为电流-电压转换，也包含电荷-电压转换的概念。
使用图2所示的积分电路进行复数个电荷量或电流量测定时，需要以电容器11不饱和的方式重设电容器11。于此种重设运作中，一般使存储于电容器11的电荷放电，重设输出电压V0为0V，但于预先已知测定信号的极性的情形时，或存在测定精度较高的输出电压区域的情形时等，则需要重设电容器11的两端子间电压为特定电压。
如此，至于具有重设输出电压V0为特定电压功能的电流-电压转换电路，具有专利文献1中所揭示的技术。基于图2的概略图说明电路的概要。电流-电压转换电路可分为积分电路1与重设电路2，被测定电流源3连接于积分电路1。另一方面，重设电路2连接于积分电容器11的两端子间，具有重设电容器电压的功能。重设电路2包含FET开关23、开关23的控制信号源25、连接于开关23的运算放大器27、以及赋予重设电压的信号源28。当控制信号源25的输出为0V时，FET23的闸极电压成为0V，因此汲极-源极之间成为非导通状态，重设电路2成为非运作状态。
另一方面，当施加正电压于控制信号源25时，FET23的汲极-源极间成为导通状态。此时，运算放大器27的非反转输入端子的电位及连接点A的电位与反转输入端子电压相同，因此与信号源28的输出电压V2成为相同电位。另外，运算放大器27的输出电压及连接点B的电位由于连接于运算放大器10的反转输入端子，因此成为0V。如此，于电容器11的两端子间重设为连接点A与B的电位差的V2。
专利文献1日本专利特开平3-200121号公报[发明所欲解决之问题]如此，图2的电路可使电容器11带电为特定电压。然而，并非仅限于FET开关23，模拟开关或继电器等的开关一般于控制端子(图2中为闸极)与被控制端子(图2中为源极)之间存在电容值C1的寄生电容26，因此当控制信号源25的电压变化时，电流将流到源极端子。即，于断开开关23的瞬间，会有电流流到源极端子。由于此电流会流入电容器11，因此开关23断开之后的输出电压V0(电容器11的两端间电压)将产生变化，从而产生电位与重设电压V2不同的问题。尤其于测定微小电流(或者微小电荷)的装置中，由于为提高精度而使用电容小的电容器11，因此通过开关23断开时流过的源极电流，输出电压V0会产生较大变化。
发明内容
本发明通过电流-电压转换电路解决上述课题，该电流-电压转换电路具有运算放大器，以及第1电容器，其连接于上述运算放大器的输入端子及输出端子之间；其特征为包含开关，其连接于上述输入端子，第1信号源，其产生上述开关的控制信号，第2电容器，其连接于上述第1电容器，以及第2信号源，其连接于上述第2电容器的另一端。
即，通过从第2信号源赋予与开关断开时因控制信号的变化而产生的电流相逆向的电流，防止开关断开造成输出电压的变化。
可通过本发明的电流-电压转换电路或方法，高精度设定重设后的电压为所期望的电压。
图1为本发明实施例的电流-电压转换器的电路图。
图2为先前技术栏所揭示电流-电压转换器的电路图。
图3为本发明实施例中的各信号的时序图。
具体实施例方式以下参照附图，详细说明本发明的较好实施形态的电流-电压转换电路。
图1表示本发明的电流-电压转换电路的电路图。电流-电压转换电路包含积分电路1与重设电路2。积分电路1包含运算放大器10，其可能的输出范围为-2V至2V，以及10pF的积分电容器11，其连接于运算放大器10的反转输入端子与输出端子之间。于运算放大器10的输入端子连接有被测定电流源3。另外，重设电路2包含FET开关23、24，其分别连接于运算放大器10的输入端子及输出端子，电阻器22，其连接于各FET开关23、24的另一端，控制信号源25，其供给控制信号到FET开关23、24，电容器20，其连接于电容器11的反转输入端子侧，以及重设信号源21，其连接于电容器20的另一端。
另外，于本实施例中，于开关23、24使用FET，但也可使用模拟开关或继电器等开关。
继而，基于图1的电路图及图3的时序图说明电路的运作。积分电路1由于运算放大器10的反转输入为高阻抗，因此来自被测定电流源3的电流存储于积分电容器11。非反转端子接地，因此反转端子的电压由于虚拟接地，故为0V，从被测定电流源3供给的电荷量Q可以Q＝C3×V0(C3为电容器11的电容，V0为运算放大器10的输出电压)计算。另外，电流量I可以电荷量Q每单位时间的变化计算，因此可以I＝C3×dV0/d t计算。因此，可通过测定输出电压V0，测定从被测定电流源3供给的电荷量Q及电流量I。
另一方面，重设电路2于进行被测定电流源3的测定时(图3的时间0～T1间)，使控制信号电压V1为0V，并使FET开关23、24均断开。此时，重设电流源21成为高阻抗状态，来自被测定电流源3的电流不会泄漏到重设电路2。
继而，进行电容器11的重设时(图3中时间T1～T2间)，首先于时间T1使控制信号电压V1为5V。于是，FET开关23、24均接通。FET开关23、24均为一端连接于电容器11，另一端借以电阻器22接地，因此存储于电容器11的电荷依据电容器11的电容、以及通过电阻器22与FET23、24的合成电阻决定的时间定量，一直除电直至电容器11的两端子间的电压为0V。
除电结束后，使控制信号电压V1还原为0V，并使FET开关23、24均断开(图3的时间T2)。此时，通过闸极-源极间的寄生电容26的存在，由控制信号电压V1变化而产生的源极电流流到FET23。因此，通过于断开FET开关23、24的同时，使重设信号源21自0V变化至5V，并经由具有与闸极-源极间电容26相同电容的电容器20供给与源极电流逆向的电流于连接点A，可取消通过断开FET开关23时的源极电流所供给的电荷，从而维持电容器11于已除电的状态(两端间电压为0V)。
另外，于本实施例中，设定闸极-源极间的寄生电容26的电容C1与电容器20的电容C2、以及控制信号电压V1与重设电源的电压V2为分别相等，但于C1×V1＝-C2×V2成立的范围，即可以通过控制信号电压V1的变化而经由闸极-源极间的寄生电容26供给到FET23的源极端子的电荷量，与通过重设电源的电压V2的变化而经由电容器20供给的电荷量相等的方式进行适当设计。
另外，可以满足C1×V1+C2×V2＝C3×V0的方式，通过设定电容器20的电容C2、积分电容器11的电容C3、控制信号电压V1以及重设电源电压V2，取消于断开开关23时流过的源极电流的影响，并且可重设电容器11为特定电压V0。例如，当预先了解被测定电流源3的电流I为图1的箭头方向时，可通过重设电容器11的两端子间电压为运算放大器10的输出电压下限-2V，从而可使用运算放大器10的输出电压的全范围(-2V至2V)进行测定，可进行更高精度的测定。
另外，本发明的被测定电流源3并非仅为自身供给电流的主动性电流源，其包含通过从外部施加电压而流过电流的电阻器或电容器等被动性元件。在此种被动性元件的测定中，于积分电路1及重设电路2的接地电位与被测定电流源3的接地电位之间插入电源进行测定。例如，在测定电阻器的电阻值R时，于被测定电流源3的位置设置电阻器，于积分电路1及重设电路2的接地部分插入电源，设定积分电路1及重设电路2的接地电位与被测定电流源3的接地电位之间的电位差Vin。此时，运算放大器10的反转端子电压成为Vin，因此于测定对象的电阻器流过由电位差Vin与电阻值R决定的定电流源I(I＝Vin/R)。即，测定对象的电阻器作为与上述实施例相同的电流源运作。可通过计算此电流值I，测定电阻值R。同样，于TFT阵列或半导体测定的测定中，可通过设定积分电路1及重设电路2的接地电位与被测定电流源3的接地电位之间的电位差，施加与实际使用状态相同的偏压电压进行测定。
最后，本实施例中使用的电压值等数值参数仅为例示，其可依据测定对象或测定方式任意选择，并非对于权利要求存在任何限定。
权利要求
1.一种电流-电压转换电路，其具有运算放大器，以及第1电容器，其连接于上述运算放大器的输入端子及输出端子之间；其特征在于包含第1开关，其一端连接于上述输入端子，第1信号源，其产生上述第1开关的控制信号，第2电容器，其连接于上述第1电容器，以及第2信号源，其连接于上述第2电容器的另一端。
2.根据权利要求1所述的电流-电压转换电路，其中上述开关包含电晶体，且上述第2电容器的电容与上述电晶体的闸极-源极间电容相等。
3.根据权利要求1或2所述的电流-电压转换电路，其中进而包含第2开关，其一端连接于上述输出端子，以及电阻器，其一端接地，另一端连接于上述第1开关的另一端与上述第2开关的另一端。
4.一种电流-电压转换电路的重设方法，其特征在于该电流-电压转换电路包含运算放大器，电容器，其一端连接于上述运算放大器的输入端子，另一端连接于上述运算放大器的输出端子之间，上述电容器的除电机构，其包含连接于上述电容器的开关，以及信号源，其连接于上述电容器的一端；且上述电流-电压转换电路的重设方法包含除电步骤，其使上述开关为导通状态，将上述电容器进行除电，开放步骤，其使上述开关为开放状态，以及信号输出步骤，其自上述信号源输出信号。
5.根据权利要求4所述的电流-电压转换电路的重设方法，其中同时实施上述开放步骤与上述信号输出步骤。
6.根据权利要求5所述的电流-电压转换电路的重设方法，其中通过上述信号使上述电容器带电为特定电压。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种可将积分电容器高精度重设为所期望电压的电流－电压转换器。本发明通过电流－电压转换电路解决上述课题，该电流－电压转换电路具有运算放大器，以及第1电容器，其连接于上述运算放大器的输入端子及输出端子之间，其特征为包含开关，其连接于上述输入端子，第1信号源，其产生上述开关的控制信号，第2电容器，其连接于上述输入端子，以及第2信号源，其连接于上述第2电容器的另一端。
文档编号H03K17/22GK1616974SQ20041009063
公开日2005年5月18日 申请日期2004年11月10日 优先权日2003年11月14日
发明者三宅泰弘 申请人:安捷伦科技公司