(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子に入力された入力信号を、低入力抵抗系信号経路と高入力抵抗系信号経路を選択的に切換えて入力バッファ回路に供給する高周波入力切換回路において、
前記入力端子に接続されたコモン端子と、低入力抵抗系信号経路に接続された第１接点端子と、高入力抵抗系信号経路に接続された第２接点端子とを有し、前記コモン接点端子と第１接点端子又は第２接点端子との接続を切り換える電磁リレーを備え、
前記電磁リレーにおける前記コモン端子と前記第１接点端子を含むトランスファ回路側のみをシールドすることを特徴とする高周波入力切換回路。
【請求項２】
前記電磁リレーは、接点端子板が前記コモン接点端子を軸として、前記第１の接点端子又は前記第２の接点端子のいずれかと導通するように双安定的に可動するトランスファ接点を有することを特徴とする請求項１に記載の高周波入力切換回路。
【請求項３】
前記シールドが、前記電磁リレー本体を覆う金属被覆で行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波入力切換回路。
【請求項４】
前記金属被覆は、金属カバー又は金属膜であることを特徴とする請求項３に記載の高周波入力切換回路。
【請求項５】
前記低入力抵抗系信号経路が５０Ω系であり、前記高入力抵抗信号経路が１ＭΩ系であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の高周波入力切換回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広帯域オシロスコープ等の入力部等に用いられ、異なるインピーダンス特性を有する信号経路を切換えるための高周波入力切換回路に関し、特に、１ＭΩ系入力と５０Ω系入力を具備する広帯域オシロスコープ等の入力部において、１ＭΩ系の信号経路と５０Ω系の信号経路を切換えるための高周波入力切換回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
数百ＭＨｚから数ＧＨｚに及ぶような高周波数の電気信号を観測するための測定器においては、入力インピーダンスは、一般に、５０Ωを用いることが多い。
【０００３】
しかしながら、オシロスコープ等の波形測定器において、被測定信号に影響を与えずに信号波形を観測しようとする場合には、被測定回路の条件によっては、高入力インピーダンスのプローブを使用することも要求される。一般に、オシロスコープにおいては、この種の用途のために、入力インピーダンスが１ＭΩに設定されることが多い。
【０００４】
図３は、高入力インピーダンスのプローブを用いた信号測定を説明するための図であり、同図中において、１はオシロスコープを、１１は表示画面を、１２は入力端子を、Ｒiは入力抵抗を、Ｃは入力容量を、２１はプローブ先端部を、２２は、被測定対象２における被測定信号を、２３はプローブケーブルを、そして、４はプローブマッチング部をそれぞれ示している。ここで、入力抵抗Ｒｉは、１ＭΩの終端抵抗Ｒ1Mである。
【０００５】
ここで、このプローブを用いたとき、測定系の高周波特性に対しては、プローブ自体の特性と同時に、オシロスコープ１の入力インピーダンスも大きな影響を与えている。
【０００６】
このように、被測定信号２２を高入力インピーダンスのブローブで測定するような用途のほかに、オシロスコープ１では、同軸ケーブル３等を用いて５０Ω系の測定系を構成し、信号発生器等の信号を観測する用途も考えられる。
【０００７】
図４は、出力インピーダンス５０Ωの信号発生器の信号を観測する様子を説明するための図であり、同図中において、５は信号発生器を、５１は信号発生器５の発生信号源を、５２は信号発生器５の出力端子を、そして、Ｒ50はオシロスコープ１の終端抵抗を示している。
【０００８】
信号発生器５からの出力信号の反射を防ぐために、出力端子５２と入力端子１２の間は、特性インピーダンス５０Ωの同軸ケーブル３で接続されるとともに、５０Ωの終端抵抗Ｒ50で終端されている。
【０００９】
１００ＭＨｚ程度の低い周波数帯域の信号を測定するオシロスコープの場合には、図５に示すように、図３に説明した１ＭΩ系入力端子１２の外部に、５０Ωの終端器６を配置することによって、信号発生器５からの出力信号を観測できるようにしている。
【００１０】
しかしながら、周波数が数百ＭＨｚから数ＧＨｚに及ぶ広帯域の信号を測定するオシロスコープ１において、このような終端方式によったのでは、良好な反射特性を保つことは困難である。そのため、図４に示すように、入力端子１２の内部で５０Ωの終端抵抗Ｒ50を用いて終端することが不可欠となっている。
【００１１】
以上説明したように、周波数が広帯域である入力信号を観測するオシロスコープにおいては、入力端子１２の内部に、入力インピーダンス１ＭΩの入力部と、入力インピーダンス５０Ωの入力部の両方を配置する必要がある。実用上は、これらの入力部のいずれかを電磁リレーを用いて切換えるようにしている。
【００１２】
図６は、１ＭΩ系の信号入力部と、５０Ω系の信号入力部とを切換える様子を説明するための図であり、同図中において、１４は５０Ω系入力バッファ回路を、１５は１ＭΩ系入力バッファ回路を、そして、１３はリレー本体をそれぞれ示している。
【００１３】
リレー本体１３は、可動接点を有する単極双投のリレーを含んでおり、コモン接点Ｔc、メーク接点Ｔm及びブレーク接点Ｔbを共に備えている。可動接点の導電部がコモン接点Ｔcになっているタイプ、いわゆるトランスファ接点を有するリレーとなっている。図６に示したリレー本体１３によって、入力端子１２に入力された入力信号が、５０Ω入力抵抗系信号経路Ｐ50と１ＭΩ入力抵抗系信号経路Ｐ1Mとに切り換えられて、入力バッファ回路１４又は１５に供給される。
【００１４】
図７は、トランスファ接点を有するリレー本体１３の透視図であり、図７（ａ）では、リレー本体１３の上面側から見た状態を、図７（ｂ）では、リレー本体１３の側面から見た状態を示した。図中において、１３１は、図示してない電磁石によって可動するアーマチュアを、１３２及び１３３は、アーマチュア１３１と同時に可動する接点端子板をそれぞれ示している。アーマチュア１３１と接点端子板１３２及び１３３は、コモン端子Ｔcを軸として、接点端子Ｔb及びＴmのいずれかと接触するようになっており、双安定的に動作する電磁リレーを構成している。なお、図７において、接点端子Ｔc、Ｔb及びＴmが２つずつあるのは、リレー本体１３には、２系統が収容されていることを示しており、各系統は電気的に互いに独立している。
【００１５】
この様に構成されたリレー本体１３に求められる特性について説明する。まず、５０Ω系入力部に用いられるリレー本体の性能であるが、５０Ω系で測定した時の通過特性と反射特性が良好なことが望ましいのは明らかである。この場合は、リレー本体内部の伝送路の特性インピーダンスが５０Ωであることが重要であるが、その電気長は重要なパラメータとはならない。
【００１６】
一般的に、高周波数に対応したと言えるリレーにおいて、特性インピーダンスを５０Ωとしたリレーの構造的な特徴としては、接点の近傍に金属ケースなどのグランド面を配置してあることにある。接点と金属ケース間で構成される内部伝送路の特性インピーダンスを５０Ωに制御することによって、数ＧＨｚまで良好な特性を持つ高周波リレーが提案されている（特開２０００−３４００８４号公報）。
【００１７】
図８は、特開２０００−３４００８４号公報に示されている高周波リレー本体の構成を説明するための図であり、同図中において、７１はリレー本体を、７２は、電磁リレーを内蔵する合成樹脂製カバーを、７３は、リレー本体７１に付属する複数のリレー端子を、７４は金属ケースを、そして、７５は接地端子をそれぞれ示している。
【００１８】
ここに示された高周波リレーでは、リレー本体７１の内部に電磁コイルや接点状態が切り換わる接点部を収納しており、リレー本体７１の下面から複数本の端子７３が側方に突出して設けられている。リレー本体７１の外側には、一面が開口した略箱状の金属ケース７４が、被着される。その金属ケース７４の開口縁には、下方に突出する接地端子７５が設けられている。そこで、リレー本体７１を基板に実装する際に、金属ケース７４に設けられた接地端子７５を基板のアースラインに電気的に接続するようにする。
【００１９】
図８に示された高周波リレーの構成にすることによって、金属ケース７４によってシールド効果を高めるとともに、リレーとしての高周波特性が改善されるというものである。リレー接点端子の近傍にグランド面を配置することが可能となり、接点端子と金属ケース間でストリップラインを構成して特性インピーダンスを５０Ωにすることが可能である。しかしながら、この種の高周波リレーを、１ＭΩ系入力部に使用すると、回路インピーダンスが５０Ωになっていないため、良好な高周波特性を望むことができない。
【００２０】
図９は、図３に示されるようなプローブ使用時におけるプローブマッチング部とオシロスコープの入力部の回路例を示している。図９では、オシロスコープ１の入力部に、図６に示した入力切換回路を用いている。図中、２１はプローブ先端部を、２３はプローブケーブルを、４はプローブマッチング部をそれぞれ示しており、このプローブマッチング部４で、良好なステップ応答波形が得られるように調整される。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
１ＭΩ入力抵抗系信号経路においては、入力端子１２から入力バッファ回路１５に至るまでのパターンやリレーによって構成される伝送路は、特性インピーダンスにあわせて終端をすることが困難である。よって、ここに使用されるリレーでは、寄生インダクタンスや浮遊容量が極力少ない方が望ましい。この観点からは、５０Ω系の高周波リレーよりも、金属ケース７４を有しない樹脂ケースだけで覆われた汎用の小型リレーの方が適していると言える。５０Ω系では、数ＧＨｚまで良好な特性を有するリレーであっても、電気長が長いリレーにおいては、１ＭΩ系では十分な特性が得られないことになる。
【００２２】
前述のように、５０Ω系高周波リレーでは、電気長は重要視されるパラメータではないので、５０Ω系と１ＭΩ系の双方について、良好な特性が得られるようなリレーは非常に限られたものとなる。
【００２３】
さらに、一般に、オシロスコープの１ＭΩ系入力部は、４００Ｖ程度の入力電圧が印加されることが想定されるが、５０Ω系高周波リレーでは、その構造上、接点端子と金属ケース間の距離が近いため、必要とする耐圧が得られないことが多い。
【００２４】
以上説明したように、従来タイプのリレーを用いたのでは、１ＭΩ系の信号経路と５０Ω系の信号経路を切換えるために好適な高周波入力切換回路が提供できないという問題点があった。
【００２５】
そして、従来から、５０Ω系入力に適したリレー、あるいは１ＭΩ系入力に適したリレーは、別個のものとしては提供されていた。
【００２６】
しかし、入力切換回路において、１ＭΩ系入力に適したリレーを５０Ω系入力に用いると、インピーダンス不整合を発生して、良好な周波数特性を実現できないという問題点があった。
【００２７】
また、同回路において、５０Ω系入力に適したリレーを１ＭΩ系入力に用いると、容量が付加されるために、良好な周波数特性を実現できないばかりでなく、十分な耐圧を確保できないという問題点があった。
【００２８】
そこで、本発明は、上記した各問題点を解決するためになされたものであり、５０Ω系入力と１ＭΩ系入力を切換えるのに好適な高周波入力切換回路を提供することを目的としている。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明では、入力端子に入力された入力信号を、低入力抵抗系信号経路と高入力抵抗系信号経路を選択的に切換えて入力バッファ回路に供給する高周波入力切換回路において、前記入力端子に接続されたコモン端子と、低入力抵抗系信号経路に接続された第１接点端子と、高入力抵抗系信号経路に接続された第２接点端子とを有し、前記コモン接点端子と第１接点端子又は第２接点端子との接続を切り換える電磁リレーを備え、前記電磁リレーにおける前記第１接点端子を含むトランスファ回路側のみをシールドすることとした。
【００３０】
そして、前記電磁リレーは、接点端子板が前記コモン接点端子を軸として、前記第１の接点端子又は前記第２の接点端子のいずれかと導通するように双安定的に可動するトランスファ接点を備え、前記シールドが、前記電磁リレー本体を覆う金属被覆で行われ、該金属被覆は、金属カバー又は金属膜であることとした。
【００３１】
さらに、前記低入力抵抗系信号経路が５０Ω系であり、前記高入力抵抗信号経路が１ＭΩ系であることとした。
【００３２】
【作用】
以上の構成による高周波入力切換回路とすることにより、広帯域オシロスコープに適用して好適であり、入力された高周波信号に対し、１ＭΩ系信号経路と、５０Ω系信号経路を切り換えるために良好な周波数特性を有する高周波入力切換えを実現できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図を参照して詳細に説明する。図１は、本発明による高周波入力切換回路の一実施形態を説明するための図であり、図３乃至図９と同一の部分には同一の符号を付してある。
【００３４】
図１に示した高周波切換回路において、入力端子１２に入力された信号は、トランスファ接点を有するリレー本体１３によって、５０Ω系信号経路Ｐ50と１ＭΩ系信号経路Ｐ1Mに切換えられ、５０Ω系入力バッファ回路１４あるいは１ＭΩ系入力バッファ回路１５に選択的に導かれる。ここで、トランスファ接点を有するリレー本体１３は、合成樹脂等の絶縁体によるボディ内に構成されており、その特性インピーダンスは５０Ωより十分高い値になっている。１６はグランドに接地されている金属カバーで、コモン接点端子Ｔcから接点端子Ｔbに至る信号経路の上部を選択的に覆うように配置される。
【００３５】
図２は、トランスファ接点を有するリレー本体１３に金属カバー１６を被せた形態を詳細に説明するための図であり、図２においても、図７と同様に、リレー本体の透視図の形態で示している。図中、１３１は、図示してない電磁石によって可動するアーマチュア、１３２及び１３３はアーマチュア１３１と同時に可動する接点端子板、Ｔcはコモン接点端子、Ｔb及びＴmは接点端子を示し、これらの接点端子は、図７に示したリレーにおけると同様に、Ｔbがブレーク接点、Ｔmがメーク接点になっている。
【００３６】
アーマチュア１３１と接点端子板１３２及び１３３は、コモン端子Ｔcを軸として、接点端子Ｔb及びＴmのいずれかと接触することができる。これらの接点との接触によって双安定的に動作することは、図７に示したリレーの動作と同様である。ここで、１６は、金属板等による金属カバーを示し、コモン接点端子Ｔcから接点端子Ｔbの側の上方部分のみに対して、金属カバー１６によって覆われるようにされるが、コモン接点端子Ｔcから接点端子Ｔmに至る側の上方部分については、金属カバーによって覆われないようにする。
【００３７】
上記のような構成にすることにより、コモン接点端子Ｔcから接点端子Ｔmに至る信号経路の特性インピーダンスは、５０Ωよりも十分高い値を維持するのに対し、コモン接点端子Ｔcから接点端子Ｔbに至る信号経路の特性インピーダンスを５０Ωに近づけることが可能になる。
【００３８】
そして、コモン接点端子Ｔcから接点端子Ｔbに至る信号経路は、金属カバー１６が形成する容量によって、特性インピーダンスを５０Ωに近づけることが可能になり、５０Ω系信号経路Ｐ50が選択されたときに、良好な入力反射特性を得ることが可能になる。
【００３９】
一方、コモン接点端子Ｔcから接点端子Ｔmに至る信号経路は、金属カバー１６との間の容量が形成されないものとなるために、５０Ωよりも十分高い特性インピーダンスを保つことができ、１ＭΩ系信号経路Ｐ1Mが選択されたときに、不要な容量が付加されて高周波特性を悪化させることがない。
【００４０】
また、コモン接点端子Ｔcから接点端子Ｔmに至る信号経路において、対接地間の耐圧を悪化させることも生じない。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、リレーにおけるトランスファ回路の片側、つまり、高周波リレーにおける５０Ω系信号経路側の接点部分のみをシールドし、約５０Ωの特性インピーダンスの信号経路と高い特性インピーダンスの信号経路とを切換えて、信号入力する高周波入力切換回路を実現することができる。
【００４２】
以上の説明では、本実施形態によるシールド作用が金属カバーによって行われたが、そのシールドを実現する手段は、図２に示したような金属カバーに限定されるものではなく、例えば、リレー本体が合成樹脂等の絶縁体で構成された場合にあっては、５０Ω系信号経路側の接点部分に対応するリレー本体表面上のみに、導電ペーストやメッキ等によってシールド手段を形成してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、１ＭΩ系入力と５０Ω系入力とを具備する広帯域オシロスコープの入力部等に用いることができ、１ＭΩ系の信号経路と５０Ω系の信号経路とを切換えるのに有用な高周波入力切換回路を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による高周波入力切換回路の構成を示す図である。
【図２】図１に示される高周波入力切換回路を適用したリレー本体を選択的に金属カバーで覆った形態を説明する図である。
【図３】１ＭΩ系高周波信号測定の具体例を説明するための図である。
【図４】５０Ω系高周波信号測定の具体例を説明するための図である。
【図５】５０Ω系高周波信号測定の他の具体例を説明するための図である。
【図６】５０Ω系と１ＭΩ系高周波信号の入力切換えを説明するための図である。
【図７】従来技術による高周波リレー本体の接点を説明するための図である。
【図８】従来技術による他の高周波リレー本体を説明するための図である。
【図９】プローブによる高周波測定の入力切換えを説明するための図である。
【符号の説明】
１…オシロスコープ
１１…表示画面
１２…入力端子
１３、７１…リレー本体
１３１…アーマチュア
１３２、１３３…接点端子板
１４…５０Ω系入力バッファ回路
１５…１ＭΩ系入力バッファ回路
１６…金属カバー
２…被測定対象
２１…プローブ先端部
２２…被測定信号
２３…プローブケーブル
３…同軸ケーブル
４…プローブマッチング部
５…信号発生器
５１…信号発生源
５２…出力端子
６…終端器
７２…合成樹脂製カバー
７３…端子
７４…金属ケース
７５…接地端子
Ｒ50…５０Ω終端抵抗
Ｒ1M…１ＭΩ終端抵抗
Ｔc…コモン接点端子
Ｔb、Ｔm…接点端子
【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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【図９】
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