(57)【要約】【課題】高周波信号の波形を非接触で正確に測定できる方法及び装置を提供する。【解決手段】プローブ１０で検出した検出信号を分波器２０で分波し、一方の検出信号の基本波をＡ／Ｄコンバータ４１でディジタル変換すると同時に、この変換と同期して他方の検出信号の高調波をＡ／Ｄコンバータ４２でディジタル変換し、各コンバータ４１，４２のディジタル信号を高速フーリエ変換する。これにより、基本波及び高調波の信号強度及び位相差を測定できるので、各値を用いて逆フーリエ変換することにより測定対象となる高周波信号の波形を表示できる。【選択図】  図１
2004151065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試機器に流れる基本周波数ｆ１の高周波信号の波形を測定する方法において、
供試機器の近傍に配置したプローブからの検出信号を分波し、
周波数ｆ１である基本波を含む所定帯域幅において、分波された一の検出信号をＡ／Ｄ変換して第１のディジタル信号を得ると同時に、基本波のｎ次高調波を含む所定帯域幅において、分配された他の検出信号を前記Ａ／Ｄ変換と同期してＡ／Ｄ変換して第２のディジタル信号を得るステップと、
前記第１のディジタル信号及び第２のディジタル信号をフーリエ変換することにより基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を算出するステップと、
算出した基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を逆フーリエ変換することにより高周波信号を表す関数を算出するステップと、
算出した関数を用いて高周波信号の波形を表示するステップとを備えた
ことを特徴とする高周波信号の波形測定方法。
【請求項２】
供試機器に流れる基本周波数ｆ１の高周波信号の波形を測定する方法において、
供試機器の近傍に配置したプローブからの検出信号を分波し、
任意の周波数ｆ０を含む所定帯域幅において、分波された一の検出信号をＡ／Ｄ変換して第１のディジタル信号を得ると同時に、周波数ｆ１である基本波を含む所定帯域幅及び基本波のｎ次高調波を含む所定帯域幅において、分配された他の検出信号を前記Ａ／Ｄ変換と同期してＡ／Ｄ変換して第２のディジタル信号を得るステップと、
前記第１のディジタル信号及び第２のディジタル信号をフーリエ変換することにより基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を算出するステップと、
算出した基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を逆フーリエ変換することにより高周波信号を表す関数を算出するステップと、
算出した関数を用いて高周波信号の波形を表示するステップとを備えた
ことを特徴とする高周波信号の波形測定方法。
【請求項３】
前記プローブとして電界センサを用いることにより高周波信号の電圧成分を検出する
ことを特徴とする請求項１又は２何れか１項記載の高周波信号の波形測定方法。
【請求項４】
前記プローブとして磁界センサを用いることにより高周波信号の電流成分を検出する
ことを特徴とする請求項１又は２何れか１項記載の高周波信号の波形測定方法。
【請求項５】
前記プローブとしてループアンテナを含む電磁界センサを用い、
前記第１のディジタル信号を測定するステップではループアンテナの両端から出力される検出信号をそれぞれ同時に測定するとともに、前記第２のディジタル信号を測定するステップではループアンテナの両端から出力される検出信号をそれぞれ同時に測定し、
前記フーリエ変換ステップでは、２つの第１のディジタル信号及び２つの第２のディジタル信号をフーリエ変換するとともに、変換された各信号強度の和及び差をとることにより基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を電界成分及び磁界成分に分離して算出する
ことを特徴とする請求項１又は２何れか１項記載の高周波信号の波形測定方法。
【請求項６】
供試機器に流れる基本周波数ｆ１の高周波信号の波形を測定する方法において、
周波数ｆ１である基本波を含む所定帯域幅において、供試機器の近傍に配置した第１のプローブからの検出信号をＡ／Ｄ変換して第１のディジタル信号を得ると同時に、
基本波のｎ次高調波を含む所定帯域幅において、供試機器の近傍に配置した第２のプローブからの検出信号を前記Ａ／Ｄ変換と同期してＡ／Ｄ変換して第２のディジタル信号を得るステップと、
前記第１のディジタル信号及び第２のディジタル信号をフーリエ変換することにより基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を算出するステップと、
算出した基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を逆フーリエ変換することにより高周波信号を表す関数を算出するステップと、
算出した関数を用いて高周波信号の波形を表示するステップとを備えた
ことを特徴とする高周波信号の波形測定方法。
【請求項７】
供試機器に流れる基本周波数ｆ１の高周波信号の波形を測定する方法において、
任意の周波数ｆ０を含む所定帯域幅において、供試機器の近傍に配置した第１のプローブからの検出信号をＡ／Ｄ変換して第１のディジタル信号を得ると同時に、
周波数ｆ１である基本波を含む所定帯域幅及び基本波のｎ次高調波を含む所定帯域幅において、供試機器の近傍に配置した第２のプローブからの検出信号を前記Ａ／Ｄ変換と同期してＡ／Ｄ変換して第２のディジタル信号を得るステップと、
前記第１のディジタル信号及び第２のディジタル信号をフーリエ変換することにより基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を算出するステップと、
算出した基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を逆フーリエ変換することにより高周波信号を表す関数を算出するステップと、
算出した関数を用いて高周波信号の波形を表示するステップとを備えた
ことを特徴とする高周波信号の波形測定方法。
【請求項８】
前記第２のプローブとして電界センサを用いることにより高周波信号の電圧成分を検出する
ことを特徴とする請求項６又は７何れか１項記載の高周波信号の波形測定方法。
【請求項９】
前記第２のプローブとして磁界センサを用いることにより高周波信号の電流成分を検出する
ことを特徴とする請求項６又は７何れか１項記載の高周波信号の波形測定方法。
【請求項１０】
前記第２のプローブとしてループアンテナを含む電磁界センサを用い、
前記第１のディジタル信号を測定するステップでは第２のループアンテナの両端から出力される検出信号をそれぞれ同時に測定するとともに、前記第２のディジタル信号を測定するステップでは第２のループアンテナの両端から出力される検出信号をそれぞれ同時に測定し、
前記フーリエ変換ステップでは、２つの第１のディジタル信号及び２つの第２のディジタル信号をフーリエ変換するとともに、変換された各信号強度の和及び差をとることにより基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を電界成分及び磁界成分に分離して算出する
ことを特徴とする請求項６又は７何れか１項記載の高周波信号の波形測定方法。
【請求項１１】
供試機器に流れる基本周波数ｆ１の高周波信号の波形を測定する装置において、
供試機器の近傍に配置するプローブと、
プローブからの検出信号を分波する分波器と、
周波数ｆ１である基本波を含む所定帯域幅において、分波器によって分波された一の検出信号をＡ／Ｄ変換して第１のディジタル信号を得る第１のＡ／Ｄ変換装置と、
基本波のｎ次高調波を含む所定帯域幅において、分波器によって分波された他の検出信号を前記第１のＡ／Ｄ変換装置と同期してＡ／Ｄ変換して第２のディジタル信号を得る第２のＡ／Ｄ変換装置と、
各Ａ／Ｄ変換装置により得られた第１のディジタル信号及び第２のディジタル信号をフーリエ変換することにより基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を測定するフーリエ変換部と、
フーリエ変換部で得られた基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を逆フーリエ変換することにより高周波信号を表す関数を算出する逆フーリエ変換部と、
逆フーリエ変換部で算出した関数を用いて高周波信号の波形を表示する表示部とを備えた
ことを特徴とする高周波信号の波形測定装置。
【請求項１２】
供試機器に流れる基本周波数ｆ１の高周波信号の波形を測定する装置において、
供試機器の近傍に配置するプローブと、
プローブからの検出信号を分波する分波器と、
任意の周波数ｆ０を含む所定帯域幅において、分波器によって分波された一の検出信号をＡ／Ｄ変換して第１のディジタル信号を得る第１のＡ／Ｄ変換装置と、
周波数ｆ１である基本波を含む所定帯域幅及び基本波のｎ次高調波を含む所定帯域幅において、分波器によって分波された他の検出信号を前記第１のＡ／Ｄ変換装置と同期してＡ／Ｄ変換して第２のディジタル信号を得る第２のＡ／Ｄ変換装置と、
各Ａ／Ｄ変換装置により得られた第１のディジタル信号及び第２のディジタル信号をフーリエ変換することにより基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を測定するフーリエ変換部と、
フーリエ変換部で得られた基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を逆フーリエ変換することにより高周波信号を表す関数を算出する逆フーリエ変換部と、
逆フーリエ変換部で算出した関数を用いて高周波信号の波形を表示する表示部とを備えた
ことを特徴とする高周波信号の波形測定装置。
【請求項１３】
前記プローブとして電界センサを用いることにより高周波信号の電圧成分を検出する
ことを特徴とする請求項１１又は１２何れか１項記載の高周波信号の波形測定装置。
【請求項１４】
前記プローブとして磁界センサを用いることにより高周波信号の電流成分を検出する
ことを特徴とする請求項１１又は１２何れか１項記載の高周波信号の波形測定装置。
【請求項１５】
前記プローブとしてループアンテナを含む電磁界センサを用い、
前記第１のＡ／Ｄ変換装置は、ループアンテナの両端から出力される検出信号をそれぞれ同時に測定する第３のＡ／Ｄ変換装置と第４のＡ／Ｄ変換装置とからなり、
前記第２のＡ／Ｄ変換装置は、ループアンテナの両端から出力される検出信号をそれぞれ同時に測定する第５のＡ／Ｄ変換装置と第６のＡ／Ｄ変換装置とからなり、
前記フーリエ変換部は、第３のＡ／Ｄ変換装置及び第４のＡ／Ｄ変換装置からの２つの第１のディジタル信号及び第５のＡ／Ｄ変換装置及び第６のＡ／Ｄ変換装置からの２つの第１のディジタル信号をフーリエ変換するとともに、変換された各信号強度の和及び差をとることにより基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を電界成分及び磁界成分に分離して算出する
ことを特徴とする請求項１１又は１２何れか１項記載の高周波信号の波形測定装置。
【請求項１６】
供試機器に流れる基本周波数ｆ１の高周波信号の波形を測定する装置において、
供試機器の近傍に配置する第１のプローブ及び第２のプローブと、
周波数ｆ１である基本波を含む所定帯域幅において、第１のプローブからの検出信号をＡ／Ｄ変換して第１のディジタル信号を得る第１のＡ／Ｄ変換装置と、
基本波のｎ次高調波を含む所定帯域幅において、第２のプローブからの検出信号を前記第１のＡ／Ｄ変換装置と同期してＡ／Ｄ変換して第２のディジタル信号を得る第２のＡ／Ｄ変換装置と、
各Ａ／Ｄ変換装置により得られた第１のディジタル信号及び第２のディジタル信号をフーリエ変換することにより基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を測定するフーリエ変換部と、
フーリエ変換部で得られた基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を逆フーリエ変換することにより高周波信号を表す関数を算出する逆フーリエ変換部と、
逆フーリエ変換部で算出した関数を用いて高周波信号の波形を表示する表示部とを備えた
ことを特徴とする高周波信号の波形測定装置。
【請求項１７】
供試機器に流れる基本周波数ｆ１の高周波信号の波形を測定する装置において、
供試機器の近傍に配置する第１のプローブ及び第２のプローブと、
任意の周波数ｆ０を含む所定帯域幅において、第１のプローブからの検出信号をＡ／Ｄ変換して第１のディジタル信号を得る第１のＡ／Ｄ変換装置と、
周波数ｆ１である基本波を含む所定帯域幅及び基本波のｎ次高調波を含む所定帯域幅において、第２のプローブからの検出信号を前記第１のＡ／Ｄ変換装置と同期してＡ／Ｄ変換して第２のディジタル信号を得る第２のＡ／Ｄ変換装置と、
各Ａ／Ｄ変換装置により得られた第１のディジタル信号及び第２のディジタル信号をフーリエ変換することにより基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を測定するフーリエ変換部と、
フーリエ変換部で得られた基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を逆フーリエ変換することにより高周波信号を表す関数を算出する逆フーリエ変換部と、
逆フーリエ変換部で算出した関数を用いて高周波信号の波形を表示する表示部とを備えた
ことを特徴とする高周波信号の波形測定装置。
【請求項１８】
前記第２のプローブとして電界センサを用いることにより高周波信号の電圧成分を検出する
ことを特徴とする請求項１６又は１７何れか１項記載の高周波信号の波形測定装置。
【請求項１９】
前記第２のプローブとして磁界センサを用いることにより高周波信号の電流成分を検出する
ことを特徴とする請求項１６又は１７何れか１項記載の高周波信号の波形測定装置。
【請求項２０】
前記第２のプローブとしてループアンテナを含む電磁界センサを用い、
前記第１のＡ／Ｄ変換装置は、ループアンテナの両端から出力される検出信号をそれぞれ同時に測定する第３のＡ／Ｄ変換装置と第４のＡ／Ｄ変換装置とからなり、
前記第２のＡ／Ｄ変換装置は、ループアンテナの両端から出力される検出信号をそれぞれ同時に測定する第５のＡ／Ｄ変換装置と第６のＡ／Ｄ変換装置とからなり、
前記フーリエ変換部は、第３のＡ／Ｄ変換装置及び第４のＡ／Ｄ変換装置からの２つの第１のディジタル信号及び第５のＡ／Ｄ変換装置及び第６のＡ／Ｄ変換装置からの２つの第１のディジタル信号をフーリエ変換するとともに、変換された各信号強度の和及び差をとることにより基本波の信号強度及びｎ次高調波の信号強度並びに基本波とｎ次高調波の位相差を電界成分及び磁界成分に分離して算出する
ことを特徴とする請求項１６又は１７何れか１項記載の高周波信号の波形測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、供試機器に流れる高周波信号の波形を非接触で測定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、供試機器に流れる信号の波形を非接触で測定する場合には、一般的にループアンテナなどのセンサをオシロスコープに接続し、このオシロスコープの波形を観測することにより行っていた。このオシロスコープで測定できる周波数の上限は数百ＭＨｚ程度である。
【０００３】
しかし、近年、集積回路の動作周波数が数ＧＨｚクラスにまで高速化しており、このような集積回路に流れる信号波形はオシロスコープでは正確に測定できなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、観測対象の信号は理論的には基本波と高調波の和と考えることができるので、基本波及び高調波の信号強度及び位相のデータが得られれば、もとの信号の波形を再現できる。そこで、ループアンテナなどのセンサをベクトルシグナルアナライザに接続し、所定帯域のスペクトラムを得ることにより、基本波及び高調波の信号強度及び位相を求め、これにより元の信号の波形を再現することも考えられる。
【０００５】
しかし、前述のように数ＧＨｚで動作する集積回路では高調波の周波数が数十ＧＨｚとなるが、一般的なベクトルシグナルアナライザでは数十ＧＨｚという帯域幅での測定が不可能であった。このため、従来は高周波信号の波形を非接触で正確に測定することは困難であった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高周波信号の波形を非接触で正確に測定できる方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明では、基本周波数ｆ１の高周波信号を測定するにあたって、基本波及びｎ次高調波の信号強度とともに基本波とｎ次高調波との位相差を測定し、得られた結果を逆フーリエ変換することにより高周波信号の関数を算出して表示する。基本波及びｎ次高調波の信号強度を測定するには、基本波及びｎ高調波を含む周波数帯域において検出信号をＡ／Ｄ変換し、該Ａ／Ｄ変換で得られたディジタル信号をフーリエ変換する。このとき複数の検出信号を同期させてＡ／Ｄ変換することにより、基本波とｎ次高調波の正確な位相差を測定できる。また、複数の検出信号は、１つのプローブからの検出信号を分波させたり、又は、２つのプローブを用いることにより得られる。
【０００８】
本発明によれば、高周波信号の基本波及びｎ次高調波の信号強度及び位相が得られる、すなわち、フーリエ級数の各係数を取得できるので、該係数を用いて逆フーリエ変換すれば高周波信号を表す関数が得られる。したがって、この関数を用いることにより高周波信号の波形を表示することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る高周波信号の波形測定装置について図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態に係る高周波信号の波形測定装置のブロック図である。本実施の形態では、１ＧＨｚのクロックで動作する集積回路を供試機器とし、この集積回路の内部における高周波信号の波形を測定する場合について説明する。すなわち、測定対象となる高周波信号の基本周波数ｆ１は１ＧＨｚであるとする。
【００１０】
この波形測定装置は、供試機器１の近傍に配置したプローブ１０と、プローブ１０の検出信号を２つに分波する分波器２０と、分波器２０により分波された検出信号をダウンコンバートするための第１シグナルジェネレータ３１及び第１ミキサ３５並びに第２シグナルジェネレータ３２及び第２ミキサ３６と、ダウンコンバートされた検出信号をそれぞれＡ／Ｄ変換する第１Ａ／Ｄコンバータ４１及び第２Ａ／Ｄコンバータ４２と、計算機５０とを備えている。
【００１１】
プローブ１０は、供試機器１の動作によりその近傍に形成された電界又は磁界を検出する。磁界を測定する場合にはシールデッド・ループアンテナなどの磁界センサを用い、電界を測定する場合には小型ダイポール・アンテナなどの電界センサを用いる。したがって、波形測定装置は、磁界センサを用いた場合には高周波信号の電流波形を測定することができ、電界センサを用いた場合には高周波信号の電圧波形を測定することができる。本実施の形態では、プローブ１０として磁界センサを用いた。
【００１２】
各シグナルジェネレータ３１，３２はダウンコンバート用に所定周波数の正弦波を出力する。第１シグナルジェネレータ３１は、後段の第１Ａ／Ｄコンバータ４１において測定対象の高周波信号の基本周波数ｆ１を含む帯域を測定するための正弦波を出力する。本実施の形態では、Ａ／Ｄコンバータ４１，４２の変換可能な上限周波数が２０ＭＨｚであるものとするので、第１シグナルジェネレータ３１は９９０ＭＨｚの正弦波を出力する。また、第２シグナルジェネレータ３２は、後段の第２Ａ／Ｄコンバータ４２において高周波信号の高次周波数を含む帯域を測定するための正弦波を出力する。出力する高次周波数信号の次数は後述する高速フーリエ変換部５１により制御される。本実施の形態では、高周波信号の基本周波数ｆ１が１ＧＨｚなので、２次高調波を測定する場合には１９９０ＭＨｚ、３次高調波を測定する場合には２９９０ＭＨｚの正弦波を出力する。
【００１３】
各Ａ／Ｄコンバータ４１，４２は、それぞれ同一のクロックで同期して動作する。これにより、後述する高速フーリエ変換部５１では、Ａ／Ｄコンバータ４１，４２からの出力信号の位相差を検出できる。なお、前述したように、本実施の形態では、各Ａ／Ｄコンバータ４１，４２の変換可能な上限周波数が２０ＭＨｚだとする。
【００１４】
計算機５０は、各Ａ／Ｄコンバータ４１，４２の出力信号をそれぞれフーリエ変換するとともに、各Ａ／Ｄコンバータ４１，４２の出力信号の位相差を測定する高速フーリエ変換部５１と、高速フーリエ変換部５１で得られたフーリエ級数から逆フーリエ変換により高周波信号を表す関数を算出する逆フーリエ変換部５２と、逆フーリエ変換部５２で得られた関数に基づきディスプレイやプリンタ等の出力装置（図示省略）に画像をもって波形を表示する波形表示部５３とを備えている。
【００１５】
次に、この波形測定装置を用いて供試機器１に流れる高周波信号の波形を測定する手順について説明する。
【００１６】
まず、高速フーリエ変換部５１は、２次高調波を測定するために第２シグナルジェネレータ３２から１９９０ＭＨｚの信号を出力するように制御する。なお、第１シグナルジェネレータ３１は、基本波を測定するために９９０ＭＨｚの信号を出力している。そして、高速フーリエ変換部５１は、第１Ａ／Ｄコンバータ４１及び第２コンバータ４２からのディジタル出力信号をフーリエ変換する。ここで、フーリエ変換は各Ａ／Ｄコンバータ４１，４２からのディジタル信号に対して１０ＭＨｚ±１００ｋＨｚの範囲内で解析を行う。そして、このフーリエ変換によって得られた基本波の信号強度及び２次高調波の信号強度を記憶しておく。さらに、基本波に対する２次高調波の位相差を記憶しておく。
【００１７】
次に、高速フーリエ変換部５１は、３次高調波を測定するために第２シグナルジェネレータ３２から２９９０ＭＨｚの信号を出力するように制御する。そして、第１Ａ／Ｄコンバータ４１及び第２コンバータ４２からのディジタル出力信号をフーリエ変換することにより、３次高調波の信号強度及び基本波に対する３次高調波の位相差を算出し、これを記憶しておく。高速フーリエ変換部５１は、同様の処理を行うことにより、Ｎ次までのｎ次高調波の信号強度及び基本波に基本波に対するｎ次高調波の位相差を求める。本実施の形態では５次まで求めた。以上の処理により、測定対象となる高周波信号をフーリエ変換した際の５次までのフーリエ級数が求まる。
【００１８】
次に、逆フーリエ変換部５２は、高速フーリエ変換部５１で算出されたフーリエ級数を用いて高周波信号を表す関数を生成する。そして、波形表示部５３は、逆フーリエ変換部５２によって生成された関数を用いて、ディスプレイやプリンタ等の出力装置（図示省略）に画像をもって波形を表示する。なお、本実施の形態ではプローブ１０として磁界センサを用いたので、出力装置に表示される波形は電流波形となる。
【００１９】
以上のように本実施の形態に係る波形測定装置によれば、基本波及び高調波を含む各帯域においてフーリエ変換を行うことにより、基本波及び各高調波の信号強度を正確に測定できる。そして、基本波と高調波を同期して測定しているので逆フーリエ変換に必要な位相情報を得ることができる。これにより、フーリエ変換で求められた信号強度及び位相に基づき逆フーリエ変換することで、測定対象となる高周波信号を表す関数を求められる。そして、該関数を用いることにより高周波信号の波形を表示することができる。
【００２０】
なお、本実施の形態では、プローブ１０として磁界センサを用いたが、前述したように電界センサを用いれば高周波信号の電圧波形を測定することができる。また、本実施の形態では、第１Ａ／Ｄコンバータ４１側では基本波の測定を行っていたが、任意の周波数の信号を測定するとともに、第２Ａ／Ｄコンバータ４２側において、基本波及び高調波の測定をするようにしてもよい。
【００２１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る高周波信号の波形測定装置について図２を参照して説明する。図２は第２の実施形態に係る高周波信号の波形測定装置のブロック図である。本実施の形態では、第１の実施形態と同様に、１ＧＨｚのクロックで動作する集積回路を供試機器とし、この集積回路の内部における高周波信号の波形を測定する場合について説明する。すなわち、測定対象となる高周波信号の基本周波数ｆ１は１ＧＨｚであるとする。
【００２２】
本実施の形態が第１の実施形態と異なる点は、プローブとして供試機器１の近傍の電界及び磁界の双方と結合する電磁界センサを用い、電流波形と電圧波形を同時に測定する点にある。
【００２３】
図２に示すように、この波形測定装置は、供試機器１の近傍に配置したプローブ１１と、プローブ１１の一端側からの検出信号を２つに分波する分波器２１と、プローブ１１の他端側からの検出信号を２つに分波する分波器２２と、分波器２１及び２２により分波された一方の検出信号をダウンコンバートするための第１シグナルジェネレータ３１並びに第１ミキサ３５及び第３ミキサ３７と、分波器２１及び２２により分波された他方の検出信号をダウンコンバートするための第２シグナルジェネレータ３２並びに第２ミキサ３６及び第４ミキサ３８と、ダウンコンバートされた検出信号をそれぞれＡ／Ｄ変換する第１〜第４Ａ／Ｄコンバータ４１〜４４と、計算機５０とを備えている。
【００２４】
プローブ１１は、図３に示すように、ループアンテナ１２を有する。このループアンテナ１２はシールドを備えていないループ状の導体である。本実施の形態では、ループアンテナ１２は、より供試機器１に接近できるように方形のループアンテナとした。ループアンテナ１２の両端は、それぞれ同軸ケーブル１３及び１４の中心導体と接続している。この同軸ケーブル１３及び１３は、それぞれ分波器２１及び２２に接続している。
【００２５】
ところで、プローブ１１を供試機器１の近傍に配置すると、ループアンテナ１２には静電結合による電流と磁気結合による電流とが流れる。ここで磁気結合による電流はループアンテナ１２に対して所定の方向（例えば同軸ケーブル１３から同軸ケーブル１４に向けた方向）に流れる。一方、静電結合による電流は、供試機器から離れる方向に流れる。したがって、プローブ１１の一端側には、静電結合による電流と磁気結合による電流の和が出力され、他端側には静電結合による電流と磁気結合による電流の差が出力される。したがって、プローブ１１の一端側の出力電流と他端側の出力電流の和及び差をとることにより、静電結合による電流と磁気結合による電流とを分離することができる。すなわち、電界と磁界を分離した測定が可能にある。本実施の形態では、この原理を利用して、高周波信号の電流波形と電圧波形とを同時に測定する。
【００２６】
計算機３０は、各Ａ／Ｄコンバータ４１〜４４の出力信号をそれぞれフーリエ変換するとともに、各Ａ／Ｄコンバータ４１〜４４の出力信号の位相差を測定する高速フーリエ変換部５１と、高速フーリエ変換部５１で得られたフーリエ級数から逆フーリエ変換により高周波信号を表す関数を算出する逆フーリエ変換部５２と、逆フーリエ変換部５２で得られた関数に基づきディスプレイやプリンタ等の出力装置（図示省略）に画像をもって波形を表示する波形表示部５３とを備えている。  高速フーリエ変換部５１は、第１Ａ／Ｄコンバータ４１と第３Ａ／Ｄコンバータ４３出力信号の和と差をとることにより、測定対象となる高周波信号の基本波を電流成分（磁界成分）と電圧成分（電界成分）に分離する。同様に、第２Ａ／Ｄコンバータ４１と第４Ａ／Ｄコンバータ４３出力信号の和と差をとることにより、測定対象となる高周波信号の高調波を電流成分（磁界成分）と電圧成分（電界成分）に分離する。そして、このように分離された基本波及び高調波について、第１の実施の形態と同様にして、信号強度及び位相差を求める。これにより、高速フーリエ変換部５１は、高周波信号の電流成分のフーリエ級数と電圧成分のフーリエ級数とを得ることができる。
【００２７】
逆フーリエ変換部５２は、高速フーリエ変換部５１によって算出された高周波信号の電流成分のフーリエ級数と電圧成分のフーリエ級数とを用いて、電流成分を表す関数と電圧成分を表す関数とを生成する。波形表示部５３は、逆フーリエ変換部５２によって生成された電流成分を表す関数と電圧成分を表す関数と用いて、測定対象となる高周波信号の電流波形及び電圧波形を表示する。
【００２８】
このように本実施の形態に係る波形測定装置では、電圧波形と電流波形を同時に測定することができる。特に、プローブ１１からの検出信号を電界成分と磁界成分に分離しているので、高い周波数まで電流波形及び電圧波形を高精度で測定できる。ところで、プローブ１１が対峙する測定点における供試機器１のインピーダンスは、その測定点の位置によって異なる。このため、本実施の形態のように電流と電圧を同時に測定する方法は有効である。
【００２９】
なお、本実施の形態では、第１Ａ／Ｄコンバータ４１及び第３Ａ／Ｄコンバータ４３側では基本波の測定を行っていたが、任意の周波数の信号を測定するとともに、第２Ａ／Ｄコンバータ４２及び第４コンバータ４４側側において、基本波及び高調波の測定をするようにしてもよい。
【００３０】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る高周波信号の波形測定装置について図４を参照して説明する。図４は第１の実施形態に係る高周波信号の波形測定装置のブロック図である。本実施の形態では、１ＧＨｚのクロックで動作する集積回路を供試機器とし、この集積回路の内部における高周波信号の波形を測定する場合について説明する。すなわち、測定対象となる高周波信号の基本周波数ｆ１は１ＧＨｚであるとする。
【００３１】
本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、分波器を設けることなく２つのプローブ１５及び１６を用いることにより２つの検出信号を得ているところにある。
【００３２】
すなわち、図４に示すように、この波形測定装置は、第１ミキサ３５を介して第１Ａ／Ｄコンバータ４１に接続する第１プローブ１５と、第２ミキサ３６を介して第２Ａ／Ｄコンバータ４２に接続する第２プローブ１６とを備えている。第１プローブ１５と第２プローブ１６は同一構成となっている。また、各検出信号がなるべく同一となるように両者は互いに近接している。本実施の形態では各プローブ１５及び１６として磁界センサを用いた。他の構成については第１の実施の形態と同様である。
【００３３】
このような波形測定装置によれば、第１の実施の形態と同様に、基本波及び高調波を含む各帯域においてフーリエ変換を行うことにより、基本波及び各高調波の信号強度を正確に測定できる。そして、基本波と高調波を同期して測定しているので逆フーリエ変換に必要な位相情報を得ることができる。これにより、フーリエ変換で求められた信号強度及び位相に基づき逆フーリエ変換することで、測定対象となる高周波信号を表す関数を求められる。そして、該関数を用いることにより高周波信号の波形を表示することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、プローブ１５及び１６として磁界センサを用いたが、前述したように電界センサを用いれば高周波信号の電圧波形を測定することができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、第１Ａ／Ｄコンバータ４１側では基本波の測定を行っていたが、任意の周波数の信号を測定するとともに、第２Ａ／Ｄコンバータ４２側において、基本波及び高調波の測定をするようにしてもよい。この場合には、第１プローブ１５と第２プローブ１６の検出信号が同一とならなくてもよいので、両者を離して配置することができる。例えば、第１プローブ１５を供試機器１の近傍に固定しておき、第２プローブ１６を供試機器１の近傍において走査可能とすると好適である。
【００３６】
さらに、本実施の形態では、第１の実施形態において２つのプローブを用いることにより分波器をなくした構成としたが、同様にして、第２の実施形態において２つのプローブを用いることにより分波器をなくした構成とすることも可能である。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について詳述したが本発明はこれに限定されるものではない。例えば、各実施の形態の波形測定装置に、更に、供試機器の近傍でプローブを走査させる走査装置を設けてもよい。これにより、任意の位置において供試機器の高周波信号波形を測定することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、高周波信号の基本波及びｎ次高調波の信号強度及び位相が得られる、すなわち、フーリエ級数の各係数を取得できるので、該係数を用いて逆フーリエ変換すれば高周波信号を表す関数が得られる。したがって、この関数を用いることにより高周波信号の波形を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る高周波信号の波形測定装置のブロック図
【図２】第２の実施形態に係る高周波信号の波形測定装置のブロック図
【図３】電磁界センサの構成を説明する図
【図４】第３の実施形態に係る高周波信号の波形測定装置のブロック図
【符号の説明】
１…供試機器、１０，１１，１５，１６…プローブ、１２…ループアンテナ、１３，１４…同軸ケーブル、２０，２１，２２…分波器、３１，３２…シグナルジェネレータ、３５，３６，３７，３８…ミキサ、４１，４２，４３，４４…Ａ／Ｄコンバータ、５０…計算機、５１…フーリエ変換部、５２…逆フーリエ変換部、５３…波形表示部
【図１】
2004151065.tif 000003
【図２】
2004151065.tif 000004
【図３】
2004151065.tif 000005
【図４】
2004151065.tif 000006