(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号源ポートと負荷ポートを備えるベクトル・ネットワーク・アナライザにおいて、ＤＵＴの伝送測定値に補正を加えるための方法あって、
信号源ポートに接続された少なくとも１つの反射標準器に基づいて信号源反射係数を測定するステップと、
スルーライン標準器を前記信号源ポートと前記負荷ポートとの間に接続し、伝送トラッキングを測定するステップと、
前記スルーライン標準器を前記信号源ポートと前記負荷ポートとの間に接続し、負荷反射係数を測定するステップと、
前記ＤＵＴを前記信号源ポートと前記負荷ポートとの間に接続し、伝送係数を測定するステップと、
前記測定された伝送トラッキングと前記測定された負荷反射係数と前記測定された信号源反射係数とに従って、前記測定された伝送係数を補正するステップと、
を設けて成る方法。
【請求項２】
前記測定された伝送係数を補正するステップは、前記測定された伝送係数を、前記測定された伝送トラッキングで割り、前記測定された信号源反射係数と前記測定された負荷反射係数との積を１から引いた値でさらに割るステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
信号源ポートと負荷ポートとを備えるベクトル・ネットワーク・アナライザにおいて、ＤＵＴの伝送測定値の誤差に補正を加えるための方法であって、
前記信号源ポートに接続された少なくとも１つの反射標準器に基づいて信号源反射係数を測定するステップと、
前記ＤＵＴを前記信号源ポートと前記負荷ポートの間に接続し、入力反射係数を測定するステップと、
前記ＤＵＴを前記信号源ポートと前記負荷ポートの間に接続し、伝送係数を測定するステップと、
前記測定された信号源反射係数と前記測定された入力反射係数とに従って、前記測定された伝送係数を補正するステップと、
を設けて成る方法。
【請求項４】
前記測定された伝送係数を補正するステップは、前記測定された伝送係数に、前記測定された信号源反射係数と前記測定された入力反射係数との積を１から引いた値を掛けるステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記信号源ポートと前記負荷ポートの間にスルーライン標準器を接続して伝送トラッキングを測定するステップをさらに含み、
前記測定された伝送係数を補正するステップが、前記測定された伝送係数を前記測定された伝送トラッキングによって割るステップを含む、
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ベクトル・ネットワーク・アナライザに関するものであり、とりわけ、ベクトル・ネットワーク・アナライザのテスト・セットにおけるインピーダンス不整合によって生じる伝送測定誤差を補正するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波伝送／反射（Ｔ／Ｒ）テスト・セットを組み込んだベクトル・ネットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）は、テストを受ける各種デバイス（ＤＵＴ）の伝送及び反射特性を求めるために利用される。Ｔ／Ｒテスト・セットの信号源ポートと負荷ポートのインピーダンスが所定の特性インピーダンスに完全に整合すると、ＶＮＡの測定正確度は一般に向上する。あいにく、Ｔ／Ｒテスト・セット内において用いられる電子ハードウェアの制限によって、信号源ポートと負荷ポートにインピーダンスの不整合が生じ、測定の不確実さが増し、測定の確度が低下する。伝送測定誤差の１つは、スルーライン標準器が信号源ポートと負荷ポートの間に接続された場合に、伝送校正中に生じる。つまり、信号源ポートと負荷ポートの間におけるインピーダンスの不整合によって、ＶＮＡにおける後続の伝送測定に影響する伝送トラッキング誤差が発生する。もう１つの伝送測定誤差は、ＤＵＴがＴ／Ｒテスト・セットの信号源ポートと負荷ポートの間に接続された場合に生じる。つまり、信号源ポートとＤＵＴの間におけるインピーダンスの不整合によって、ＤＵＴ入力不整合誤差が発生する。
【０００３】
ＶＮＡにおける伝送測定誤差を減少させるための従来の方法は、順方向及び逆方向伝送と反射の両方の測定を含む、ＤＵＴの完全な２ポート特性の明確化に依存している。この２ポート特性の明確化に基づき、さまざまな従来のベクトル誤差補正技法を用いることにより、伝送測定誤差に関する補正を数学的に行うことが可能である。しかし、Ｔ／Ｒテスト・セットを用いた場合において従来のベクトル誤差補正技法を適用するためには、信号源ポート及び負荷ポートに対してＤＵＴの接続ポートを物理的に逆にし、ＤＵＴの完全な２ポート特性の明確化が得られるようにしなければならない。接続ポートを逆にすることは時間の浪費になるし、ＤＵＴ、とりわけ集積回路やウェーハ・プローブ・システムのような感知回路要素を含むＤＵＴの動作が不安定になる。測定時間を短縮し、ＤＵＴの動作を安定させるためには、インピーダンス不整合による伝送測定誤差は補正されず、ＶＮＡの測定正確度は犠牲にされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、測定時間を短縮し、ＤＵＴの動作を安定に保ちながら、インピーダンス不整合による伝送測定誤差を補正できるようなＶＮＡを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の望ましい実施例による誤差補正法によって、伝送測定誤差が減少し、ベクトル・ネットワーク・アナライザの測定正確度が向上する。これは、インピーダンス不整合によって生じる伝送トラッキング誤差及びＤＵＴの入力インピーダンス不整合誤差を低減させることによって実現される。Ｔ／Ｒテスト・セットの信号源ポートと負荷ポートの間に接続されるスルーライン標準器を利用して実施される反射測定によって、負荷ポートのインピーダンス整合の特性が明らかになり、一方、反射標準器及び従来の校正技法を利用した反射校正によって、信号源ポートの特性が明らかになる。次に、明らかにされた信号源ポート及び負荷ポートの特性に処理を施して、伝送トラッキング誤差の補正が行われる。この補正は、ＶＮＡの測定速度に影響を与えないように、後に続けられるＤＵＴの伝送測定に適用される。次に、信号源ポートと負荷ポートの間に接続されたＤＵＴに関して実施される反射測定によって、負荷ポートのインピーダンス不整合の影響を含む、ＤＵＴの入力反射係数の測定値が得られる。次に、この反射測定の値及び明らかにされた信号源ポートの特性に処理を施して、ＤＵＴの入力不整合誤差が補正される。伝送トラッキング誤差またはＤＵＴの入力不整合誤差を補正することによって、ＶＮＡによって実施される伝送測定の確度が向上する。
【０００６】
【実施例】
図１には、本発明の望ましい実施例に従った、伝送／反射（Ｔ／Ｒ）テスト・セットの伝送校正時の伝送トラッキング誤差の評価を行うために用いられるＴ／Ｒテスト・セットのフローグラフが示されている。Ｔ／Ｒテスト・セットは、ベクトル・ネットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）に接続して用いると、ＤＵＴの順方向伝送係数S21及び反射係数S11の、大きさ及び位相の測定を含むベクトル測定の実施を可能にする。ＶＮＡのＴ／Ｒテスト・セットにおいて、信号源ポート１は、信号ａ1を送信して、信号ｂ1を受信し、負荷ポート２は、信号ｂ2を受信する。ＶＮＡの伝送校正時には、スルーライン標準器がＴ／Ｒテスト・セットの信号源ポート１と負荷ポート２の間に接続されている。信号源ポート１と負荷ポート２におけるインピーダンス不整合によって、信号源反射係数ΓS及び負荷反射係数ΓLが形成され、伝送校正に測定の不確実性が誘発される。この測定の不確実性を低減させなければ、ＶＮＡによって実施される後続の伝送測定の確度が低下してしまう。測定された伝送トラッキング
【数１】
0003980710.tif 000002
（以下、文章中では「^Ｔ」と表記する）は、伝送トラッキング誤差ＥTだけ、スルーライン標準器の実際の伝送トラッキングＴとは異なっている。この関係は、図１のフローグラフから下記のように求められる。
【０００７】
【数２】
0003980710.tif 000003
【０００８】
ここで、伝送トラッキング誤差ＥTは、
ＥT＝１／（１−ΓSΓL）
である。信号フローグラフの利用については、1972年4月に発行されたHewlett-Packard社のApplication Note AN-154, S-Parameter Designのような出版物に説明されている。
【０００９】
図２には、ＤＵＴの測定された伝送係数
【数３】
0003980710.tif 000004
（以下、数式中以外では「^S21」と表記する）を評価するための、本発明の望ましい実施例に従って用いられる、ＤＵＴを含むＴ／Ｒテスト・セットのフローグラフが示されている。測定された伝送係数＾S21は、ＤＵＴのＳパラメータ、S11、S22、S21、及びS12、並びに信号源反射係数ΓS、負荷反射係数ΓL、及び実際の伝送トラッキングＴの関数である。測定された伝送係数^S21は、図２のフローグラフから下記のように導き出される。
【００１０】
【数４】
0003980710.tif 000005
【００１１】
測定されたＤＵＴ入力反射係数Γεには、Ｔ／Ｒテスト・セットの負荷ポート２のインピーダンス不整合の影響が含まれており、下記のように表される。
【００１２】
【数５】
0003980710.tif 000006
【００１３】
Γεを式（２）に代入すると、測定された伝送係数^S21に関する下記の式が得られる。
【００１４】
【数６】
0003980710.tif 000007
【００１５】
補正された伝送係数
【数７】
0003980710.tif 000008
（以下、数式中以外では~S21と表記する）は、下記のように、測定された伝送係数^S21を測定された伝送トラッキング^Ｔで割ることによって求められる。
【００１６】
【数８】
0003980710.tif 000009
【００１７】
ここで、ＤＵＴ入力不整合誤差はＥDI＝１−ΓSΓε、及びＤＵＴ出力不整合誤差はＥDO＝１−ΓLS22であり、また、ここで、ＥTはあらかじめ定義された伝送トラッキング誤差である。従って、ＤＵＴ順方向伝送係数S21の測定正確度は、ＤＵＴ入力誤差ＥDI、ＤＵＴ出力不整合誤差ＥDO、及び伝送トラッキング誤差ＥTによって低下する。信号源ポート１及び負荷ポート２に対するＤＵＴの接続を逆にしなければならないのを避けるために、ＤＵＴ出力反射係数S22はＴ／Ｒテスト・セットを利用して測定されないので、ＤＵＴ出力不整合誤差ＥDOは取り扱われない。
【００１８】
本発明の望ましい実施例に従って、補正された伝送係数~S21に誤差補正係数を適用することによって、ＤＵＴ入力不整合誤差ＥDIと伝送トラッキング誤差ＥTの両方を減少させることができる。信号源ポート１と負荷ポート２のインピーダンス不整合は、校正時に、スルーライン標準器、及び開放、短絡、または負荷標準のような１つまたは複数の反射標準器を利用して特性が明らかにされる。次に、ＤＵＴ順方向伝送係数S21に対する信号源反射係数ΓS及び負荷反射係数ΓLの影響が軽減される。ＤＵＴ入力不整合誤差ＥDIはＤＵＴに依存するものであり、ＤＵＴのインピーダンス整合によって変動するが、一方、伝送トラッキング誤差ＥTは、伝送校正によって生じ、ＤＵＴとは無関係である。従って、伝送トラッキング誤差ＥTを減少させるために行われる補正は、ＶＮＡの測定速度を低下させないように、伝送校正に続いて行われる伝送測定に適用される。
【００１９】
測定された信号源反射係数
【数９】
0003980710.tif 000010
（以下、数式中以外では「^ΓS」と表記する）は、１つのポートの反射校正時に開放、短絡、及び負荷といった１つまたは複数の反射標準器を信号源ポート１に接続すると、Ｔ／Ｒテスト・セットの信号源ポート１において求められる。測定された負荷反射係数
【数１０】
0003980710.tif 000011
（以下、数式中以外では「^ΓL」と表記する）は、スルーライン標準器が信号源ポート１と負荷ポート２の間に接続された時に実施される反射測定によって得られる。伝送トラッキング誤差ＥTを減少させるために、測定された負荷反射係数及び測定された信号源反射係数^ΓL、^ΓSを式３に適用すると、残留する信号源反射係数△ΓS及び残留する負荷反射係数△ΓLの影響が伝送トラッキング誤差ＥTを左右する。残留誤差は、スルーライン標準器及び反射標準器について既知であるその限られた確度に起因することができる。測定された信号源反射係数^ΓS及び測定された負荷反射係数^ΓLは、下記のように実際の信号源及び負荷反射係数ΓS、ΓLと関連づけられる。
【００２０】
【数１１】
0003980710.tif 000012
【００２１】
次に、伝送トラッキング誤差ＥTが、測定された信号源反射係数及び負荷反射係数^ΓS、^ΓLから下記のように推定される。
【００２２】
【数１２】
0003980710.tif 000013
【００２３】
積△ΓS△ΓLを無視することで近似すると、
【００２４】
【数１３】
0003980710.tif 000014
【００２５】
従って、推定トラッキング誤差
１／（１−^ΓS^ΓL）
は、残留トラッキング誤差
１／（１−△ΓSΓL−ΓL△ΓS）
を含んでいる。
【００２６】
負荷ポート２のインピーダンスの影響を含む測定された入力反射係数
【数１４】
0003980710.tif 000015
（以下、数式中以外では「^Γε」と表記する）は、ＤＵＴを信号源ポート１と負荷ポート２に接続して、入力反射係数を測定することによって求められる。入力反射係数に残留する測定の不確実性△Γεは、反射測定に関連した残留誤差によって左右され、実際の入力反射係数Γεに対して次のように関連している。
【００２７】
【数１５】
0003980710.tif 000016
【００２８】
従って、ＤＵＴ入力不整合誤差ＥDIは、測定された信号源反射係数^ΓS、及び、測定された入力反射係数^Γεから下記のように推定される。
【００２９】
【数１６】
0003980710.tif 000017
【００３０】
積△ΓS△Γεを無視することで近似すると、
【００３１】
【数１７】
0003980710.tif 000018
【００３２】
ここで、項（１−△ΓSΓε−△ΓεΓS）はＤＵＴ残留入力不整合誤差である。
【００３３】
式３における誤差項ＥDI及びＥTは、測定された信号源反射係数^ΓS、測定された負荷反射係数^ΓL、及び測定されたＤＵＴ入力反射係数^Γεに基づく誤差補正係数ＥCによって約分される。この誤差補正係数
ＥC＝（１−^ΓS^Γε）／（１−^ΓS^ΓL）
は式３の補正伝送係数に適用され、測定確度が下記のように向上する。
【００３４】
【数１８】
0003980710.tif 000019
【００３５】
ＤＵＴの残留入力不整合誤差及び残留トラッキング誤差は、伝送トラッキング誤差ＥT及びＤＵＴ入力不整合誤差ＥDIよりも大幅に小さいので、式４の補正伝送係数~S21が実際のＤＵＴの順方向伝送係数S21を正確に表わすことになる。式３に誤差補正係数ＥCを掛けると、伝送トラッキング誤差ＥT及びＤＵＴ入力不整合誤差ＥDIが減少し、スルーライン標準器及び反射標準器について既知であるその確度の範囲の残留誤差項のレベルになる。
【００３６】
誤差補正係数ＥCには、伝送トラッキング誤差ＥTとＤＵＴの入力不整合誤差ＥDIの両方に関する補正が含まれているが、伝送トラッキング補正係数
ＥTC＝１／（１−^ΓS^ΓL）          （５）
とＤＵＴ入力不整合補正係数
ＥDIC＝１−^ΓS^Γε （６）
のいずれかを個別に適用して、ＤＵＴの測定された伝送係数＾S21を補正することも可能である。伝送トラッキング補正係数ＥTCまたはＤＵＴ入力不整合補正係数ＥDICによる補正をそれぞれ個別に施すと、ＶＮＡによるＤＵＴの順方向伝送係数S21の測定確度が向上する。伝送トラッキング補正係数ＥTCを式３に適用すると、伝送トラッキング誤差ＥTが減少する。ＤＵＴ入力不整合補正係数ＥDICを式３に適用すると、ＤＵＴ入力不整合誤差が減少する。しかし、ＶＮＡの測定確度が最も向上するのは、伝送トラッキング補正係数ＥTCとＤＵＴ入力不整合補正係数ＥDICの両方を組み込んだ誤差補正係数ＥCを適用して、ＤＵＴの順方向伝送係数S21を補正する場合である。
【００３７】
図３には、本発明の望ましい実施例による誤差補正法の流れ図１００が示されている。以下に各ボックスの内容を説明する。
１０１：信号源反射係数^ΓSの特性を明らかにし、Ｔ／Ｒテスト・セットを使って引き続き行われる反射測定が正確なものになるようにするため、信号源ポート１に接続された１つまたは複数の反射標準器を利用して、反射校正を実施する。１０３：Ｔ／Ｒテスト・セットの信号源ポート１と負荷ポート２の間にスルーライン標準器を接続して伝送トラッキング測定及び反射測定を実施することによって、測定伝送トラッキング^Ｔ及び負荷反射係数^ΓLを得る。
１０５：信号源ポート１と負荷ポート２の間にＤＵＴを接続して、反射測定及び伝送測定を実施することによって、入力反射係数^Γε及び測定順方向伝送係数^S21を得る。
１０７：ことによって、ＤＵＴの順方向伝送係数S21の測定における伝送トラッキング誤差ＥTを低減させるように伝送トラッキング補正係数ＥTCを計算し、これを適用する。この結果、ＶＮＡの測定速度を落とすことなく、伝送測定の確度が向上する。
１０９：信号源反射係数^ΓS及び入力反射係数^Γεに従ってＤＵＴ入力不整合補正係数ＥDICを計算し、これを適用する。これにより、測定伝送係数^S21におけるＤＵＴ入力不整合誤差ＥDIが減少する。
【００３８】
１０７及び１０９の補正ステップには、測定された伝送係数^S21を測定された伝送トラッキング^Ｔによって割ることと、伝送トラッキング補正係数ＥTC及びＤＵＴ入力不整合補正係数ＥDICを測定された伝送係数^S21に適用ことによって、式４に従って補正された伝送係数~S21が得られるようにすることが含まれる。ＶＮＡの測定速度を速めようとして、ステップ１０５において実施された反射測定、及びステップ１０９において実施されたＤＵＴ入力不整合誤差ＥDIの補正を排除することが可能である。しかし、流れ図１００のステップ１０１〜１０９を実施する場合には、伝送トラッキング誤差ＥT及びＤＵＴ入力不整合誤差ＥDIが両方とも、残留誤差のレベルになる。
【００３９】
誤差補正法によって、Ｔ／Ｒテスト・セットにおけるインピーダンス不整合の影響が低減し、ベクトル・ネットワーク・アナライザによって実施される伝送測定の確度が向上する。ＤＵＴの伝送測定における伝送トラッキング誤差及びＤＵＴ入力不整合誤差は、残留誤差が支配的となるレベルにまで減少する。この誤差補正法は、ＶＮＡ及びＴ／Ｒテストセット内部または外部のソフトウェアで実施することもできるし、あるいは、ＶＮＡの内部ファームウェアによって実施することも可能である。図示の誤差補正法はＴ／Ｒテスト・セットに適用されるが、伝送測定の補正が要求される場合、ＤＵＴの完全な２ポート特性の明確化に消費される測定時間が付加されることのないようにして、２ポート・テスト・セットのような他のタイプのテスト・セットに適用することも可能である。
【００４０】
〔実施態様〕
なお、本発明の実施態様の例を以下に示す。
【００４１】
〔実施態様１〕
信号源ポート１及び負荷ポート２を備えるベクトル・ネットワーク・アナライザにおいてＤＵＴの伝送測定値に補正を加えるための方法１００であって、
信号源ポート１に接続された少なくとも１つの反射標準器に基づいて信号源反射係数ΓSを測定するステップと、
スルーライン標準器を信号源ポート１と負荷ポート２の間に接続し、伝送トラッキングＴを測定するステップと、
スルーライン標準器を信号源ポート１と負荷ポート２の間に接続し、負荷反射係数ΓLを測定するステップと、
ＤＵＴを信号源ポート１と負荷ポート２の間に接続し、伝送係数S21を測定するステップと、
測定された伝送トラッキング^Ｔと測定された負荷反射係数^ΓLと測定された信号源反射係数^ΓSに従って、測定された伝送係数^S21を補正するステップと
を設けて成る方法。
【００４２】
〔実施態様２〕
前記測定された伝送係数^S21を補正するステップは、
測定された伝送係数^S21を、測定された伝送トラッキング^Ｔで割り、測定された信号源反射係数^ΓSと測定された負荷反射係数^ΓLの積を１から引いた値でさらに割るステップ
を含むことを特徴とする、実施態様１に記載の方法。
【００４３】
〔実施態様３〕
信号源ポート１及び負荷ポート２を備えるベクトル・ネットワーク・アナライザにおいてＤＵＴの伝送測定値の誤差に補正を加えるための方法１００であって、
信号源ポート１に接続された少なくとも１つの反射標準器に基づいて信号源反射係数ΓSを測定するステップと、
ＤＵＴを信号源ポート１と負荷ポート２の間に接続し、入力反射係数S11を測定するステップと、
ＤＵＴを信号源ポート１と負荷ポート２の間に接続し、伝送係数S21を測定するステップと、
測定された信号源反射係数^ΓS及び測定された入力反射係数^S11に基づいて、測定された伝送係数^S21を補正するステップと
を設けて成る方法。
【００４４】
〔実施態様４〕
前記測定された伝送係数^S21を補正するステップは、
測定された伝送係数^S21に、測定された信号源反射係数^ΓSと測定された入力反射係数^S11の積を１から引いた値を掛けるステップ
を含むことを特徴とする、実施態様３に記載の方法１００。
【００４５】
〔実施態様５〕
信号源ポート１と負荷ポート２の間にスルーライン標準器を接続して伝送トラッキングＴを測定するステップをさらに含むことと、
前記測定された伝送係数^S21を補正するステップが、測定された伝送係数^S21を測定された伝送トラッキング^Ｔによって割るステップを含むこと
を特徴とする、実施態様３または実施態様４に記載の方法１００。
【００４６】
〔実施態様６〕
信号源ポート１及び負荷ポート２を備えるベクトル・ネットワーク・アナライザにおいてＤＵＴの伝送測定値に補正を加えるための方法１００であって、
信号源ポート１に接続された少なくとも１つの反射標準器に基づいて信号源反射係数ΓSを測定するステップと、
スルーライン標準器を信号源ポート１と負荷ポート２の間に接続し、伝送トラッキングＴを測定するステップと、
スルーライン標準器を信号源ポート１と負荷ポート２の間に接続し、負荷反射係数ΓLを測定するステップと、
ＤＵＴを信号源ポート１と負荷ポート２の間に接続し、入力反射係数S11を測定するステップと、
ＤＵＴを信号源ポート１と負荷ポート２の間に接続し、伝送係数S21を測定するステップと、
測定された伝送トラッキング^Ｔと負荷反射係数^ΓLと信号源反射係数^ΓSと入力反射係数^S11とによって決まる補正係数を適用することによって、測定された伝送係数^S21を補正するステップと
を設けて成る方法。
【００４７】
〔実施態様７〕
前記測定された伝送係数^S21を補正するステップは、
測定された伝送係数^S21を、測定された信号源反射係数^ΓSと測定された負荷反射係数^ΓLの積を１から引いた値によって割るステップと、
測定された伝送係数^S21に、測定された信号源反射係数^ΓSと測定された入力反射係数^S11の積を１から引いた値を掛けるステップと
を含むことを特徴とする、実施態様６に記載の方法１００。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、伝送トラッキング誤差とＤＵＴの入力不整合誤差を補正することにより、ＶＮＡの伝送測定確度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の望ましい実施例に従って用いられるＴ／Ｒテスト・セットの概略図である。
【図２】本発明の望ましい実施例に従って用いられる、ＤＵＴを接続した状態のＴ／Ｒテスト・セットの概略図である。
【図３】本発明の望ましい実施例に従って伝送測定誤差を補正するための方法の流れ図である。
【符号の説明】
１：信号源ポート
２：負荷ポート
【図１】
0003980710.tif 000020
【図２】
0003980710.tif 000021
【図３】
0003980710.tif 000022