(57)【要約】【課題】回路基板表層における、ビア検出端子を含む被測定部位各々に対し先鋭探針を接触させ、そこでの高周波ポテンシャル量を容易に検出すること。【解決手段】１次側棒状金属導体３１の先鋭探針３１１を回路基板１上のポテンシャル検出端子２１やビア検出端子２２等に接触させれば、１次側棒状金属導体３１にはアンテナ電流が流れる。このアンテナ電流に比例した電流は、フェライトリング３２を介し２次側バランス型シールドループコイル３３によって検出されるが、この電流は、例えば電圧に変換された状態としてケーブル３４を介し測定装置４で観測される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が被測定部位に接触される先鋭探針とされた、アンテナに相当する１次側棒状金属導体と、
該１次側棒状金属導体はフェライトリング内部を貫通し、且つ全体は該１次側棒状金属導体の軸方向の任意位置に取付け可能とされた状態として、上記フェライトリングを介し上記１次側棒状金属導体に磁気的に結合されている２次側バランス型シールドループコイルによって、アンテナ電流に比例する物理量が検出されるべく構成された変換器と、
該変換器で検出される物理量をシールド状態のまま、測定装置に導くためのケーブルと
を含む高周波電位検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の高周波電位検出装置において、
上記物理量は電流、または該電流が抵抗に流されることで電圧として検出される高周波電位検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の高周波電位検出装置において、
上記１次側棒状金属導体は、軸方向の長さが可変とされる高周波電位検出装置。
【請求項４】
請求項１記載の高周波電位検出装置において、
上記ケーブルの変換器側の端近傍には、フェライトリングが取付けされてなる高周波電位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定部位各々における高周波ポテンシャル量を検出するための高周波電位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種電子機器に組付けされる回路基板は、最近、その高密度化や多層化が一層進んでおり、したがって、一旦、ＥＭＩ（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）やＥＭＳ（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ）等の問題が発生すれば、これら問題の解決は極めて困難となっているのが実情である。これは、その現象が観測されるに際して、回路基板上における各種被測定部位位置で電流や電圧が測定される必要があるが、被測定部位各々に安定に測定プローブを接触接続させたり、回路パターンを切断の上、電流計を挿入したり、または部品交換等の作業が必要となっているからである。
【０００３】
因みに、特許文献１には、その内部に被測定線路が貫通される環状コアと、この環状コアに巻回された電流検出用コイルと、この電流検出用コイルの両端に接続された負荷抵抗と、この負荷抵抗での発生電圧を測定装置に導くための、コモンモードチョークフィルタが具備された出力線路とからなる電流検出装置が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０―１８５９６２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際には、測定プローブは大きく、これがために、２点間に挿入し得なかったり、誤操作で回路を焼損・破壊したり、最悪の場合には、修復不可能となる場合があった。このような表層での不具合に加え、多層回路基板内部での現象を観測することは、より一層、困難となっており、多くの時間と労力が徒に要されていた。
【０００６】
本発明の目的は、回路基板上の実装状態が変更されることなく、その回路基板上における被測定部位各々に対し先鋭探針を接触させるだけで、被測定部位各々における高周波ポテンシャル量が容易に検出された上、観測／測定可能とされた高周波電位検出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】
本発明の高周波電位検出装置は、一端が被測定部位に接触される先鋭探針とされた、アンテナに相当する細い１次側棒状金属導体と、この１次側棒状金属導体にフェライトリングを介し磁気的に結合されている２次側バランス型シールドループコイルによって、アンテナ電流に比例する物理量を直接間接に検出する変換器と、この変換器で検出される物理量をシールド状態のまま、測定装置に導くためのケーブルとを含むようにして、高周波ポテンシャルプローブとして構成されるようにしたものである。
【０００８】
たとえ、回路基板内部における被測定部位であっても、その被測定部位がビア線を介し表層上に検出ビア端子として予め形成されている場合には、１次側棒状金属導体はその先鋭探針を表層上の被測定部位やポテンシャル検出端子については勿論のこと、検出ビア端子に接触させるだけで、アンテナとして機能することになる。この結果、変換器からはアンテナ電流に比例する物理量（電流や電圧）が容易に検出された上、ケーブルを介し測定装置で観測されることによって、放射性妨害現象や感受性妨害対策等に容易、且つ速やかに対処可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１から図８により説明する。
先ず本発明の高周波電位検出装置の概要について説明すれば、図１（Ａ）に、その使用状態を測定装置と回路基板との関係として示す。図示のように、その高周波電位検出装置は、回路基板（本例では、多層回路基板を想定）１と測定装置（例えばスペクトルアナライザ）４との間に介在された状態として使用されており、詳細な構成については後述するが、細い１次側棒状金属導体（その軸方向の長さは可変）３１やフェライトリング３２、２次側バランス型シールドループコイル３３、ケーブル（低インピーダンスの同軸ケーブル）３４等から構成されている。因みに、フェライトリング３２や２次側バランス型シールドループコイル３３は、アンテナ電流に比例する物理量を検出するための変換器として構成されている。
【００１０】
その１次側棒状金属導体３１の先鋭探針３１１を回路基板１上のポテンシャル検出端子２１に接触させれば、１次側棒状金属導体３１にはアンテナ電流が流れるが、このアンテナ電流に比例した電流は、フェライトリング３２を介し２次側バランス型シールドループコイル３３によって検出される。その電流は、例えば、更に抵抗により電圧に変換された状態としてケーブル３４を介し測定装置４で観測されている。
【００１１】
図１（Ｂ）はまた、回路基板１内部における被測定部位であっても、その被測定部位がビア線を介し表層上に検出ビア端子２２として予め形成されている場合には、１次側棒状金属導体３１の先鋭探針３１１をその検出ビア端子２２に接触させるだけで、図１（Ａ）の場合と同様にして、回路基板１内部における被測定部位での状態が測定装置４で観測可能となっている。
【００１２】
さて、その高周波電位検出装置により具体的に説明すれば、図２（Ａ），（Ｂ）それぞれにその一例での正面概観、平面概観を示す。図示のように、１次側棒状金属導体３１はその一端が先鋭探針３１１として形成されており、また、変換器５はその内部を１次側棒状金属導体３１が貫通する状態として、また、１次側棒状金属導体３１の軸方向上での取付け位置可変として、その１次側棒状金属導体３１に取付けされている。換言すれば、変換器５と１次側棒状金属導体３１とは、軸方向での相対的位置が可変とされることで、１次側棒状金属導体３１の軸方向上での電流分布が観測可能となっている。因みに、図２（Ａ），（Ｂ）中、符号３４１は、ケーブル３４を測定装置４に接続するためのコネクタを示す。
【００１３】
ここで、変換器５について説明すれば、図３（Ａ），（Ｂ）それぞれにその内部の縦断面、横断面の概略を示す。図示のように、フェライトリング３２には、半ターンづつのループコイル３３１１，３３１２、３３２１，３３２２で構成された２次側バランス型シールドループコイル３３が巻回されている（このバランス型シールドループコイルの原理については、「アンテナ工学ハンドブック」（昭和５５年１０月３０日、株式会社  オーム社発行、第６２，６３頁に記載のシールドループアンテナを参照のこと）。この２次側バランス型シールドループコイル３３と１次側棒状金属導体３１とは絶縁状態にあるも、フェライトリング３２を介し磁気的に結合されており、２次側バランス型シールドループコイル３３に誘起起電力を発生させ、そのループ電流の一部はケーブル３４に出力されるようになっている。実際には、１ターンループコイルに流れる電流は低抵抗３５に流され、低抵抗３５での降下電圧がケーブル３４を介し測定装置４で観測されている。因みに、その低抵抗３５は、周波数に対する感度特性を一定化させる機能を果たしている。
【００１４】
引き続き、変換器５の内部について説明すれば、１次側棒状金属導体３１を内部に収容しているガイドパイプ３６はフェライトリング３２に直接間接に固定された状態で、１次側棒状金属導体３１と変換器５との相対的位置関係を軸方向上で可変可能とし、１次側棒状金属導体３１上に流れる電流分布を観測可能ならしめるものであり、１次側棒状金属導体３１と変換器５とはネジ止めビス３７により固定可能とされている。
【００１５】
以上、本発明の高周波電位検出装置について説明した。しかしながら、実際には、外来雑音がケーブル３４に乗り外皮導体に流れ、その一部が本来の信号線に流入し、妨害波となる虞がある。この対策としては、図４に示すように、ケーブル３４の変換器５側の端近傍にフェライトリング３８が適当数、取り付けされるようにすればよい。これは、ケーブル３４の外皮導体にコモンモード電流が流れようとすれば、フェライトリング３８のインピーダンスが上昇し、コモン電流が阻止されるからである。したがって、フェライトリング３８によりコモンモードフィルタが構成されることで、不要な成分は阻止吸収されることになり、安定化が図れることになる。
【００１６】
ここで、本発明の高周波電位検出装置のコモンモード・高周波ポテンシャルプローブとしての動作・作用について簡単に説明するが、それに先立って、その高周波電位検出装置が主にポテンシャルプローブとして機能することを確認しておく。ポテンシャルプローブであることは、１次側棒状金属導体３１の長さを短くし、キャパシティブ（容量的）にしてハイインピーダンスで使用されるので、実際には流出電流ではなく、電位（ポテンシャル）に比例した電圧が小型にして、しかも安定に測定されているからである。
【００１７】
さて、先ず図５に示すように、４層の多層回路基板はモデル化された状態として図示されているが、その表層上の検出ビア端子２２に先鋭探針３１１を接触させれば、１次側棒状金属導体３１に流れる電流は変換器５で検出された上、ケーブル３４を介し、測定装置４としてのスペクトルアナライザで観測されるようになっている。因みに、その多層基板について説明すれば、Ｇは最下層としてのベタグランドを、ｓはマイクロストリップラインとしての信号線を、Ｐは信号源を、Ｕは信号線ｓから検出ビア端子２２へのビア線を、ｒは抵抗を、それぞれ示す。
【００１８】
図６はまた、図５に示す状態で、信号源Ｐでの電圧がそれぞれ一定電圧Ｐ１，Ｐ２（＞Ｐ１）に設定された状態で、周波数掃引が行われた場合でのスペクトルアナライザの出力特性を示す。図示のように、曲線のピーク点（極大点）は、１次側棒状金属導体３１の長さがほぼ１／４波長、３／４波長でそれぞれ共振している状態が示されている。
【００１９】
同じく、図５に示す状態で、１次側棒状金属導体３１の長さがそれぞれＬ１，Ｌ２（≒４Ｌ１）に設定された状態で、周波数掃引が行われた場合でのスペクトルアナライザの出力特性を図７に示す。図示のように、長さがＬ１では共振状態は認められないが、長さがＬ２に設定された場合には、高周波電流のピーク点が読取り可能となり、２箇所（点Ｆ１，Ｆ２）での共振状態から、１次側棒状金属導体３１のアンテナとしての性質をよく表していることが判る。
【００２０】
以上の現象から、被測定部位に先鋭探針３１１を接触させるだけで、高周波ポテンシャル量が容易、且つ速やかに計測・観測され得るものとなっている。
【００２１】
最後に、本発明の応用例としての回路構成を図８に示す。図示のように、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３やキャパシタＣ、増幅器Ａ、コイルＬからなる回路が示されている。このような回路が高密度に実装されている場合、その回路動作を確認しようとして、点ａ〜ｆ各々での電圧や電流を計測しようとすれば、測定電極を挿入する隙間さえなく、その測定が極めて困難であることは明らかである。しかしながら、回路の形成段階の際に、表層に点ａ〜ｆ各々に対する検出ビア端子が予め設けられる場合は、点ａ〜ｆ各々でのポテンシャルが容易に計測可能となる。即ち、その計測により電位差からは電圧降下や電流が予測可能となり、したがって、動作現象も容易に推測・判断可能となることから、早期の対応・対策が採れることになる。
【００２２】
以上のように、本発明の高周波電位検出装置には、アンテナとしての１次側棒状金属導体が具備されており、その先鋭探針を被測定部位としての検出ビア端子等に接触させるだけで、部品等の実装状態を変更することなく、被測定部位での動作ポテンシャル等が容易に観測可能となり、現象が速やかに解明されるばかりか、対応策が速やかに採れることになる。
【００２３】
また、表層上の部品や導体パターン、コネクタ端子等に先鋭探針を接触させれば、ポテンシャル等が容易に観測可能であることは当然として、検出ビア端子を介しポテンシャル等を観測することも可能となっている。即ち、回路基板のパターン設計の際に、基板内部（内層）に被測定部位が存在する場合、その被測定部位からビア線を介し表層上に検出ビア端子を設けるようにすれば、基板自体や部品に損傷を何等与えることなく、その被測定部位でのポテンシャルや流出妨害電流等が容易に観測可能となり、内層での現象を推定し得るばかりか、速やかに適切な対策を講じることが可能となる。
【００２４】
更に、電子機器内部での共振現象は、その周波数近傍で電磁妨害の放射が強く、何等かの対策が必要となる場合が多い。このような現象としては、集中定数回路での共振ばかりではなく、基板の層間、特にグランドと電源層間の共振や、シールド筺体内部での空洞共振等が挙げられる。このような場合、金属導体板上にはポテンシャルが異なる部分が分布しているが、先鋭探針の移動により走査すれば、ポテンシャルの山や谷の状況から、放射量の少ない位置にグランドの引出し位置を設けることも可能となる。
【００２５】
このように、本発明の高周波電位検出装置を利用すれば、短時間で無駄なく異常現象を探知することが可能となるばかりか、適切な対策を講じることで、妨害量を削減することが可能となる。放射妨害現象ばかりか、感受性妨害対策や、送受信器の開発設計等に際しての高周波現象の解析・解明にも利用可能となっている。
【００２６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき、具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
回路基板上の実装状態が変更されることなく、その回路基板上における被測定部位各々に対し先鋭探針を接触させるだけで、被測定部位各々における高周波ポテンシャル量が容易に検出された上、観測／測定可能とされた高周波電位検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波電位検出装置の使用状態を、測定装置と回路基板との関係として示す図である。
【図２】その高周波電位検出装置の一例での正面概観、平面概観を示す図である。
【図３】その構成要素としての変換器内部の縦断面、横断面の概略を示す図である。
【図４】外来雑音に対する対策が考慮された、本発明の高周波電位検出装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の高周波電位検出装置のコモンモード・ポテンシャルプローブとしての動作・作用を説明するための図である。
【図６】図５に示す信号源での電圧が相異なる一定電圧に設定された状態で、周波数掃引が行われた場合でのスペクトルアナライザの出力特性を示す図である。
【図７】同じく、図５に示す１次側棒状金属導体が相異なる長さに設定された状態で、周波数掃引が行われた場合でのスペクトルアナライザの出力特性を示す図である。
【図８】本発明の応用例としての回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１…多層基板、４…測定装置、５…変換器、２２…ポテンシャル検出端子、２２…ビア検出端子、３１…１次側棒状金属導体、３１１…先鋭探針、３２，３８…フェライトリング、３３…２次側バランス型シールドループコイル、３４…ケーブル（低インピーダンスの同軸ケーブル）、３５…低抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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