(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス電源からの出力回路を、波形観測側回路と対象デバイス側回路とに分岐させ、かつ当該分岐した位置と対象デバイスとを分布定数回路を形成する配線によって接続した対象デバイスによる応答波形観測装置であって、対象デバイス側回路に抵抗値調整用の抵抗素子を挿入しない状態としたうえで、対象デバイス側回路のインピーダンスの抵抗部分と、電源からの出力回路と波形観測側回路との並列回路によるインピーダンスの抵抗部分とを概略等しくなるように設定し、かつ波形観測側回路において、電源からの入力電圧と対象デバイス側回路からの反射電圧とを同一スケールにて観測することに基づく波形観測装置。
【請求項２】
対象デバイス側回路のインピーダンスと、波形観測側回路と電源からの出力回路との並列回路によるインピーダンスとが、抵抗部分だけでなく、リアクタンス部分においても概略等しいことを特徴とする請求項１記載の波形観測装置。
【請求項３】
電源からの出力回路、及び波形観測側回路にも、抵抗値調整用の抵抗素子を挿入していない状態としていることを特徴とする請求項１記載の波形観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス入力に対する対象デバイスにおける応答波形を観測する装置（以下「波形観測装置」と略称する。）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波形観測装置においては、図４に示すように、パルス電源からの出力回路（以下「電源回路」と略称する。）を波形観測側回路（以下「観測回路」と略称する。）と対象デバイス側回路（以下「デバイス回路」と略称する。）とに分岐した状態とし、電源からのパスル入力に対する対象デバイスからの応答波形を観測回路側の波形観測器において観測を行っている。
【０００３】
しかして、デバイス回路、観測回路、電源回路は、それぞれ所定の長さによるケーブルを採用していることから、必然的に分布定数回路を形成しており、波形観測器において検出される対象デバイスによる応答波形は、対象デバイスからの反射による出力（反射出力電圧、又は反射出力電流であるが、通常は反射出力電圧を観測することが多い。）であって、前記分岐位置を介して、波形観測器に入力されるが、対象デバイスによる反射は、前記分岐位置からそのまま波形観測器具に印加される訳ではない。
【０００４】
即ち、当該分岐位置において、反射出力は更にデバイス回路に対する更なる反射が行われた場合には、その残出力が、観測回路、波形観測器具によって観測されることになる。
【０００５】
簡単な数式に即して説明するに、デバイス回路のインピーダンスをＺ０とし、対象デバイスが有している固有のインピーダンスをＺＢとし、電源回路のインピーダンスをＺ１とし、観測回路のインピーダンスをＺ２とし、対象デバイスに印加される電圧をＥとし、対象デバイスにおける反射率をｍとし、分岐位置におけるデバイス回路への反射率をｎとした場合、
ｍ＝（ＺＢ−Ｚ０）／（Ｚ０＋ＺＢ）、
ｎ＝{Ｚ０−Ｚ１Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）}÷{Ｚ０＋Ｚ１Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）}
が成立し、対象デバイスからの反射電圧はｍＥであり、更に、分岐位置において、デバイス回路側に更に反射する電圧の大きさはｍｎＥであり、逆に、観測回路に透過し、波形観測器具によって観測の対象となる電圧の大きさは、ｍ（１−ｎ）Ｅであって、対象デバイスのインピーダンスＺＢを反映した反射電圧ｍＥに基づく観測が行われる訳ではない。
【０００６】
即ち、分岐位置において、更なる反射が行われている場合には、入射電圧のスケールに対し、（１−ｎ）の分だけ是正するようなスケール変換を行うことを不可欠とする。
【０００７】
前記のような分岐位置における更なる反射を防止するため、前記反射率ｎ≒０、即ち、Ｚ０≒Ｚ１Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）とするような設計を行い、そのために、デバイス回路、電源回路、及び観測回路に抵抗値調整用の抵抗素子を挿入する設計が行われている。
【０００８】
しかしながら、従来技術においては、デバイス回路に抵抗素子を挿入しているため、対象デバイスからの反射電圧出力は当該抵抗素子による電圧降下が生ずることになり、対象デバイスによる反射電圧ｍＥを観測回路に反映することが不可能であり、当該電圧降下を是正するようなスケール変換を不可欠とせざるを得ない。
【０００９】
【特許文献１】ＵＳ ６,４２９,６７４ Ｂ１（米国特許第６４２９６７４号明細書）
【非特許文献１】「IEEE TFANSACTIONS ON COMPONENTS,PACKAGING,AND MANUFACTURING TECHNOLOGY―PART C,VOL.21,NO．4,OCTOBER 1998」における「Very Fast Transmission Line Pulsing of Integrated Structures and the Charged Device Model」をタイトルとする論文
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記背景技術に記載した従来技術の問題点に着目し、デバイス回路と観測回路との間において、スケール変換を伴わずに対象デバイスによる反射電圧に対する波形観測を可能とするような波形観測装置の構成を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明の構成は、パルス電源からの出力回路を、波形観測側回路と対象デバイス側回路とに分岐させ、かつ当該分岐した位置と対象デバイスとを分布定数回路を形成する配線によって接続した対象デバイスによる応答波形観測装置であって、対象デバイス側回路に抵抗値調整用の抵抗素子を挿入しない状態としたうえで、対象デバイス側回路のインピーダンスの抵抗部分と、電源からの出力回路と波形観測側回路との並列回路によるインピーダンスの抵抗部分とを概略等しくなるように設定し、かつ波形観測側回路において、電源からの入力電圧と対象デバイス側回路からの反射電圧とを同一スケールにて観測することに基づく波形観測装置からなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の波形観測装置においては、デバイス回路のインピーダンスの抵抗部分と、電源回路及び観測回路による並列回路によるインピーダンスの抵抗部分とを概略等しくすることによって、分岐位置におけるデバイス回路への反射率ｎを概略零とし、しかも、デバイス回路において抵抗素子を挿入しないことによって電圧降下を防止し、電源からの入力との間において、スケール変換を伴わずに、対象デバイスによる反射出力を正確に観測し、かつ測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の基本構成は、図１の回路図面に示すとおりであるが、その基本原理について説明するに、分岐位置と対象デバイス１０とは、分布定数を形成するような配線によって接続されている。
【００１４】
分布定数を形成するような配線は、通常分布定数回路を形成する配線５、並列ケーブルなどのケーブルによって実現できるが、特にケーブルのみに限定される訳ではない。
【００１５】
通常の観測においては、電源回路１及び観測回路２においても、ケーブルなどの使用によって分布定数回路を形成する場合が多いが、これらの回路においては、図１に示すように、通常の配線を使用し、分布回路を形成することは必ずしも必要ではない。
【００１６】
分岐位置において、デバイス回路０への反射率ｎを概略零とするためには、デバイス回路０のインピーダンスＺ０と電源回路１のインピーダンスＺ１、及び観測回路２のインピーダンスＺ２との間において、
Ｚ０≒Ｚ１Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）    ………（１）
が成立することを必要とする。
但し、各インピーダンス（Ｚ）について、抵抗部分（Ｒ）とリアクタンス部分（Ｘ）とに分離した場合、
Ｚ０＝Ｒ０＋ｊＸ０、Ｚ１＝Ｒ１＋ｊＸ１、Ｚ２＝Ｒ２＋ｊＸ２
と表現することができるが（但し、ｊは虚数単位を表す。）、分岐位置と対象デバイス１０とを分布定数回路を形成する配線５（実際に採用されるのは、同軸ケーブル、又は並列ケーブルなどのケーブル）には、リアクタンス部分は極めて少なく、他方電源回路１及び観測回路２には、リアクタンスの原因となるコイル、又はコンデンサなどを採用していないことから、同様にリアクタンス部分は極めて少なく、結局前記のリアクタンス部分であるＸ１、Ｘ２、Ｘ３の値は通常極めて小さく、これらによる影響は極めて乏しい状況にある。
【００１７】
このため、本発明においては、
Ｒ０≒Ｒ１Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）    ………（２）
が成立することを基本的要件としているが、デバイス回路０に抵抗素子を挿入せずに、前記（２）式を成立させている点に、本発明の基本的特徴が存在する。
【００１８】
その結果として、対象デバイス１０による反射電圧（ｍＥ）について、電源３からの入力電圧との関係においてスケール変換を伴わずに、観測回路２の波形観測器具２０（通常オシロスコープが使用される。）において波形観測を行い、かつ必要な出力を測定することが可能となる。
尚、デバイス回路０においても、分岐位置から対象デバイス１０の間に分布定数回路を形成する配線５による抵抗部分が存在するが、当該抵抗部分は、順次分布している状態にあるため、分布定数回路を形成する配線５の長さに応じた電圧の減衰は生ずるも、抵抗素子を挿入した場合のような集中的な電圧降下は生じていない。
【００１９】
しかも、波形観測装置における分布定数回路を形成する配線５の長さの場合には、前記電圧の減衰は、殆ど無視することができる。
【００２０】
したがって、図２に示すように、電源３から時間幅Ｔ０による矩形パルスを送信し、かつ当該送信時刻から、波形観測器具２０に対し、対象デバイス１０から反射電圧が到達するまでの時間をＴ′としたうえで（但し、Ｔ０＞Ｔ′）、対象デバイス１０を接続する端子を開放状態（ＯＰＥＮ）、又は短絡状態（ＳＨＯＲＴ）とした場合には、図２（ａ）、図２（ｂ）にそれぞれ示すように、波形観測器具２０においては、電源３からの矩形電圧の入力と、前記デバイス回路０からの反射電圧からの入力とが部分的に重畳し、波形観測器具２０において上記重畳の時間（Ｔ０−Ｔ′からＴ′に至るまでの時間）を経過した後には、概略同一のパルス高さ（但し、短絡の場合には、図２（ｂ）に示すように逆転した方向のパスルの高さ）による矩形波を観測することが可能となる。
尚、図２におけるＶＢは、対象デバイス１０に対して印加される電圧値を示すが、当該電圧値は、電源回路１において発生する電圧と殆ど等しい値である。
【００２１】
即ち、分岐位置における反射率ｎを約０とし、しかも、デバイス回路０における電圧降下を伴わないために、本発明においては、入力電圧と対象デバイス１０との反射出力による観測電圧とを同一スケールにて観測することができる。
【００２２】
他方、対象デバイス１０において、固有のインピーダンスＺＢを有する場合には、図２（ｃ）に示すように、前記重畳した時間帯（Ｔ０−Ｔ′からＴ′に至るまでの時間）を経た後、入力電圧と同一のスケールにて、即ちスケール変換を伴わずに、対象デバイス１０によるインピーダンスＺ０を反射率ｍに反映したことによる応答電圧、即ち
Ｖ′Ｂ＝ｍＶＢ
による反射電圧を観測することができる。
【００２３】
対象デバイス１０のインピーダンスは、入力電圧によって変化する場合があるが（実際にはそのような場合が多い。）、特に入力電圧によってインピーダンスが変化しない場合には、観測した対象デバイス１０からの反射パルス電圧から対象デバイス１０のインピーダンスを把握することが可能である。
【００２４】
前記の点について具体的に説明するに、対象デバイス１０に対する入力電圧をＶＢと、反射電圧をＶ′Ｂとの間には、
ｍ＝Ｖ′Ｂ／ＶＢ＝（ＺＢ−Ｚ０）／（ＺＢ＋Ｚ０）≒（ＲＢ−Ｒ０）／（ＲＢ＋Ｒ０）が成立することから（但し、ＺＢ＝ＲＢ＋ｊＸＢ）、逆に、
ＲＢ≒（ｍ＋１）Ｒ０／（１−ｍ）    ………（３）
が成立する。
【００２５】
波形観測器具２０の波形の高さから前記反射率ｍを計測することが可能であり、しかも、デバイス回路０におけるインピーダンスＺ０の内の抵抗部分Ｒ０は予め特定することによって判明していることから、対象デバイス１０の抵抗部分ＲＢを算出することができる。
【００２６】
他方、対象デバイス１０において、リアクタンス部分ＸＢを無視できない場合には、例えば図２（ｃ）の点線部分に示すように、観測される反射電圧は、概略
ＶＢ＋Ｖ′Ｂ（１−ｅ−ＲＢ（ｔ−Ｔ０−Ｔ′）／ＸＢ）に従って上昇し、かつ時間
Ｔ０＋Ｔ′を経た後には、概略
Ｖ′Ｂｅ−ＲＢ（ｔ−Ｔ０−Ｔ′）／ＸＢ
という指数関数に従って減衰することから、減衰曲線のカーブに従って、ＲＢ／ＸＢを算出し、前記ＲＢからリアクタンス部分であるＸＢを算出することが可能となる（但し、ｅは自然対数の底である数値であって、約２．７１８３を表す。）。
【００２７】
本発明においては、各回路の抵抗部分について、前記（２）式が成立することを要件としているが、各回路におけるリアクタンス部分を特に無視できない場合には、単に抵抗部分だけではなく、リアクタンス部分も含めた各インピーダンスについて、前記（１）式が成立するように各回路を設計することも可能である。
【００２８】
そして、特にデバイス回路０のインピーダンスＺ０におけるリアクタンス部分（Ｘ０）が無視できない場合には、
ｍ＝（ＺＢ−Ｚ０）／（ＺＢ＋Ｚ０）という前記（３）式の本来の式を採用することになるが、前記反射率ｍの大きさである|ｍ|は、
0004707957.tif 000002
によって表現され、前記指数関数の減衰の程度によって判明するＲＢ／ＸＢの数値と、（４）式によって算出される倍率|ｍ|の大きさから対象デバイス１０のインピーダンスＸＢにおける抵抗部分ＲＢ及びリアクタンス部分ＸＢを算出することになる。
【００２９】
以下実施例に即して説明する。
【実施例】
【００３０】
実施例においては、図３に示すように、デバイス回路０だけでなく、電源回路１及び観測回路２においても、抵抗値を調整するための抵抗素子を挿入していないことを特徴としている。
【００３１】
いうまでもなく、電源回路１における電源自体、及び観測回路２における波形観測器具２０は固有の抵抗を有している。
【００３２】
したがって、実施例においては、これらの各抵抗による抵抗値を考慮したうえで、各回路の分布定数回路を形成する配線５による抵抗値を選択することによって、前記（２）式が成立するように設計することが必要となる。
【００３３】
このような実施例の構成においては、抵抗値の調整のために特に抵抗の挿入を要しないという経済的な設計を採用したうえで、前記（２）式に従って分岐位置における反射率を概略零としたうえで、波形観測器具２０において、入射波形と反射波形とを同一スケールにて観測することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、所定のパスル入力波形に対応する対象デバイスからの応答による反射波形を観測すると共に、入力電圧によって、対象デバイスのインピーダンスが変化しない場合には、当該インピーダンスの抵抗部分、更にはリアクタンス部分を算出するための波形観測装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の波形観測装置の概況を示す回路図である。
【図２】本発明に係る装置の波形観測器具において観測するパルス用入射電圧及び反射電圧の状況を示しており、（ａ）は対象デバイス部分が開放（ＯＰＥＮ）の場合を示しており、（ｂ）は短絡（ＳＨＯＲＴ）の場合を示しており、（ｃ）は対象デバイス部分が所定のインピーダンスを有している場合を示す（尚、点線部分は、対象デバイス側のインピーダンスがリアクタンス部分を有している場合に示す時間を伴う応答部分を示す。）。
【図３】実施例の構成を示す回路図である。
【図４】従来の技術による波形観測装置の概況を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３６】
０：デバイス回路
１：電源回路
２：観測回路
１０：対象デバイス
２０：波形観測器具
３：電源
４：分岐点
５：分布定数回路を形成する配線
【図１】
0004707957.tif 000003
【図２】
0004707957.tif 000004
【図３】
0004707957.tif 000005
【図４】
0004707957.tif 000006