(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力アンプを介して被測定試料に交流の測定信号を与える発振回路と、上記被測定試料の両端電圧を電圧検出アンプを介して検出する電圧検出回路と、上記被測定試料に流れる電流を電流検出アンプを介して検出する電流検出回路とを含み、上記電圧検出回路の出力電圧と上記電流検出回路の出力電流とから上記被測定試料のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置において、
筐体の一部分にヘッドアンプ収納部を有する測定器本体と、上記ヘッドアンプ収納部から取り外し可能なヘッドアンプとを備え、
上記測定器本体には、上記発振回路，上記電圧検出回路および上記電流検出回路が設けられ、上記ヘッドアンプには、上記出力アンプ，上記電圧検出アンプおよび上記電流検出アンプが搭載されているとともに、これらの各アンプに測定ケーブルを介してプローブを接続する接続端子が設けられ、
上記ヘッドアンプ収納部と上記ヘッドアンプとの間には、上記発振回路−上記出力アンプ間，上記電圧検出回路−上記電圧検出アンプ間，上記電流検出回路−上記電流検出アンプ間をそれぞれ接続する第１および第２の２つの接続手段が設けられており、
上記第１の接続手段が、上記ヘッドアンプを上記ヘッドアンプ収納部から取り外して使用する場合に接続ケーブルを介して接続されるコネクタであり、
上記第２の接続手段が、上記ヘッドアンプを上記ヘッドアンプ収納部に取り付けた状態おいて直接に雌雄嵌合するインピーダンス整合された直結型同軸接続コネクタからなることを特徴とするインピーダンス測定装置。
【請求項２】
第１出力アンプを介して被測定試料に交流の測定信号を与える第１発振回路と、上記被測定試料の電圧を電圧検出アンプを介して検出する電圧検出回路と、検出抵抗を有する第２出力アンプを介して上記被測定試料の電圧検出点に上記測定信号と同一周波数の交流信号を出力する第２発振回路とを含み、上記電圧検出点が平衡状態となるように上記第２発振回路の振幅および位相を制御し、その平衡状態での上記第１発振器の振幅，上記第２発振回路の振幅および上記検出抵抗の抵抗値とから上記被測定試料のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置において、
筐体の一部分にヘッドアンプ収納部を有する測定器本体と、上記ヘッドアンプ収納部から取り外し可能なヘッドアンプとを備え、
上記測定器本体には、上記第１発振回路，上記電圧検出回路および第２発振回路が設けられ、上記ヘッドアンプには、上記第１出力アンプ，上記電圧検出アンプ，上記検出抵抗を有する第２出力アンプが搭載されているとともに、これらの各アンプに測定ケーブルを介してプローブを接続する接続端子が設けられ、
上記ヘッドアンプ収納部と上記ヘッドアンプとの間には、上記第１発振回路−上記第１出力アンプ間，上記電圧検出回路−上記電圧検出アンプ間，上記第２発振回路−上記第２出力アンプ間をそれぞれ接続する第１および第２の２つの接続手段が設けられており、
上記第１の接続手段が、上記ヘッドアンプを上記ヘッドアンプ収納部から取り外して使用する場合に接続ケーブルを介して接続されるコネクタであり、
上記第２の接続手段が、上記ヘッドアンプを上記ヘッドアンプ収納部に取り付けた状態おいて直接に雌雄嵌合するインピーダンス整合された直結型同軸接続コネクタからなることを特徴とするインピーダンス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＣＲメータなどに適用されるインピーダンス測定装置に関し、さらに詳しく言えば、プローブのケーブル（引き回し配線）に起因する測定誤差を低減する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
測定方式が異なる２つのＬＣＲメータの回路構成を図６と図７に示す。図６のＬＣＲメータにおいては、その測定器本体１０に、被測定試料ＤＵＴに出力アンプ１１１を介して測定信号を送出する発振回路１１と、被測定試料ＤＵＴの両端電圧を２つの電圧検出アンプ１２１，１２２を介して検出する電圧検出回路１２と、被測定試料ＤＵＴに流れる電流を電流検出アンプ１３１を介して検出する電流検出回路１３とが設けられている。
【０００３】
測定にあたって、測定器本体１０と被測定試料ＤＵＴとをプローブもしくはフィクスチュアなどの接続治具によって接続し、発振回路１１から交流の測定信号を被測定試料ＤＵＴに印加する。被測定試料ＤＵＴの両端電圧Ｖｖを電圧検出回路１２で検出し、被測定試料ＤＵＴに流れる電流Ｉを電流検出回路１３で検出する。
【０００４】
電流検出回路１３では、電流ＩをＩ−Ｖ変換回路にて電圧Ｖｉに変換する。その電流検出抵抗１３２の抵抗値Ｒｆとすると、Ｖｉ＝Ｒｆ×Ｉであるから、被測定試料ＤＵＴのインピーダンスＺは、
Ｚ＝Ｖｖ／Ｉ＝Ｒｆ×Ｖｖ／Ｖｉ……（１）
なる式により求められる。なお、被測定試料ＤＵＴのインピーダンスによって、測定レンジ（電流検出抵抗１３２）が切り替えられる。
【０００５】
図７のＬＣＲメータにおいては、その測定器本体２０に、被測定試料ＤＵＴに出力アンプ２１１を介して交流の測定信号（好ましくは正弦波信号）を送出する第１発振回路２１と、被測定試料ＤＵＴの電圧を電圧検出アンプ２２１を介して検出する電圧検出回路２２と、検出抵抗（出力抵抗）２３１および出力アンプ２３２介して被測定試料ＤＵＴの電圧検出点に上記測定信号と同一周波数の交流信号を出力する第２発振回路（電流検出回路）２３とが設けられている。
【０００６】
測定にあたって、測定器本体２０と被測定試料ＤＵＴとをプローブもしくはフィクスチュアなどの接続治具によって接続し、第１発振回路２１から交流の測定信号を被測定試料ＤＵＴに印加する。電圧検出回路２２の電圧検出値が好ましくは０Ｖ、すなわち被測定試料ＤＵＴの電圧検出点が平衡状態となるように、第２発振回路２３の振幅と位相を制御する。
【０００７】
その平衡状態時における第１発振回路２１の振幅をＡ，第２発振回路２３の振幅をＢ，検出抵抗２３１のインピーダンスをＺｆとすると、被測定試料ＤＵＴのインピーダンスＺは、
Ｚ＝Ｚｆ×Ａ／Ｂ……（２）
なる式により求められる。なお、この場合においても、被測定試料ＤＵＴのインピーダンスによって、測定レンジ（電流検出抵抗２３１）が切り替えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
いずれの測定方式においても、測定器本体に対して同軸ケーブルを用いてプローブを接続することになるが、その機能を特に自動検査機に組み込む場合には、ケーブル長が長くなるため、測定誤差が大きくなる。
【０００９】
すなわち、被測定試料ＤＵＴとプローブとの間に接触抵抗が存在すると、ケーブルの信号線とＧＮＤ間の静電容量と接触抵抗とがフィルタを形成し、それが測定誤差原因となる。この測定誤差はケーブル長が長くなるに連れて静電容量も増大するため大きくなる。
【００１０】
例えば、図６のＬＣＲメータにおいて、その電圧検出プローブに接触抵抗Ｒｔが存在し、そのときのケーブルの静電容量がＣであるとすると、電圧検出回路１２の電圧検出値Ｖｍは、
Ｖｍ＝Ｖｖ／√（１＋ω２Ｃ２Ｒｔ２）
となり、１／√（１＋ω２Ｃ２Ｒｔ２）が誤差成分になる。
【００１１】
また、ケーブルの静電容量が大きくなると、電流検出回路１３が備える電流検出アンプ１３１が高周波数でピークを迎えるため、測定誤差がより大きくなる。図８を参照して、電流検出アンプ１３１の入力抵抗をＲｉ，帰還抵抗（検出抵抗）をＲｒ，被測定試料ＤＵＴの抵抗をＲｍ，そしてケーブルの静電容量をＣｉとすると、この電流検出アンプのピーク周波数ｆｃｔは、次式（３）で表され、これによりケーブルの静電容量Ｃｉが大きくなるとピーク周波数ｆｃｔも大きくなることが理解されよう。
【００１２】
【数１】
0004149162.tif 000002
【００１３】
図７のＬＣＲメータにおいては、ケーブルのインピーダンスＺｐが、第２発振回路２３の検出抵抗２３１のインピーダンスＺｆと直列に接続されることになるため、被測定試料ＤＵＴのインピーダンスＺは上記式（２）から、
Ｚ＝（Ｚｆ＋Ｚｐ）×Ａ／Ｂ
となり、やはりケーブルのインピーダンスＺｐの影響を受ける。
【００１４】
また、測定誤差の別の原因として、測定レンジ（検出抵抗）を切り替えるための回路およびパターンによっては、高周波数での特性が悪くなる。特に図７のＬＣＲメータでは、被測定試料ＤＵＴのインピーダンスＺを上記式（２）から求める関係上、第２発振回路２３側のレンジが切り替えられることによって、第１発振回路２１と第２発振回路２３の振幅比Ａ／Ｂに差が生じ、これが測定誤差となる。
【００１５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、上記したいずれの測定方式による場合においても、プローブのケーブル（引き回し配線）に寄生する静電容量による測定誤差を最小限に抑えることができるようにしたインピーダンス測定装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願の第１発明は、出力アンプを介して被測定試料に交流の測定信号を与える発振回路と、上記被測定試料の両端電圧を電圧検出アンプを介して検出する電圧検出回路と、上記被測定試料に流れる電流を電流検出アンプを介して検出する電流検出回路とを含み、上記電圧検出回路の出力電圧と上記電流検出回路の出力電流とから上記被測定試料のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置において、筐体の一部分にヘッドアンプ収納部を有する測定器本体と、上記ヘッドアンプ収納部から取り外し可能なヘッドアンプとを備え、上記測定器本体には、上記発振回路，上記電圧検出回路および上記電流検出回路が設けられ、上記ヘッドアンプには、上記出力アンプ，上記電圧検出アンプおよび上記電流検出アンプが搭載されているとともに、これらの各アンプに測定ケーブルを介してプローブを接続する接続端子が設けられ、上記ヘッドアンプ収納部と上記ヘッドアンプとの間には、上記発振回路−上記出力アンプ間，上記電圧検出回路−上記電圧検出アンプ間，上記電流検出回路−上記電流検出アンプ間をそれぞれ接続する第１および第２の２つの接続手段が設けられており、上記第１の接続手段が、上記ヘッドアンプを上記ヘッドアンプ収納部から取り外して使用する場合に接続ケーブルを介して接続されるコネクタであり、上記第２の接続手段が、上記ヘッドアンプを上記ヘッドアンプ収納部に取り付けた状態おいて直接に雌雄嵌合するインピーダンス整合された直結型同軸接続コネクタからなることを特徴としている。
【００１７】
また、本願の第２発明は、第１出力アンプを介して被測定試料に交流の測定信号を与える第１発振回路と、上記被測定試料の電圧を電圧検出アンプを介して検出する電圧検出回路と、検出抵抗を有する第２出力アンプを介して上記被測定試料の電圧検出点に上記測定信号と同一周波数の交流信号を出力する第２発振回路とを含み、上記電圧検出点が平衡状態となるように上記第２発振回路の振幅および位相を制御し、その平衡状態での上記第１発振器の振幅，上記第２発振回路の振幅および上記検出抵抗の抵抗値とから上記被測定試料のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置において、筐体の一部分にヘッドアンプ収納部を有する測定器本体と、上記ヘッドアンプ収納部から取り外し可能なヘッドアンプとを備え、上記測定器本体には、上記第１発振回路，上記電圧検出回路および第２発振回路が設けられ、上記ヘッドアンプには、上記第１出力アンプ，上記電圧検出アンプ，上記検出抵抗を有する第２出力アンプが搭載されているとともに、これらの各アンプに測定ケーブルを介してプローブを接続する接続端子が設けられ、上記ヘッドアンプ収納部と上記ヘッドアンプとの間には、上記第１発振回路−上記第１出力アンプ間，上記電圧検出回路−上記電圧検出アンプ間，上記第２発振回路−上記第２出力アンプ間をそれぞれ接続する第１および第２の２つの接続手段が設けられており、上記第１の接続手段が、上記ヘッドアンプを上記ヘッドアンプ収納部から取り外して使用する場合に接続ケーブルを介して接続されるコネクタであり、上記第２の接続手段が、上記ヘッドアンプを上記ヘッドアンプ収納部に取り付けた状態おいて直接に雌雄嵌合するインピーダンス整合された直結型同軸接続コネクタからなることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず、図１ないし図４を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。なお、この第１実施形態は先の図６で説明した測定方式に属するものである。
【００１９】
図１に示すように、このインピーダンス測定装置は、測定器本体３０と、この測定器本体３０から必要に応じて取り外し可能（分離可能）なヘッドアンプ４０とを備えている。
【００２０】
この実施形態において、測定器本体３０の正面パネルには、ディスプレイ３１の脇にヘッドアンプ収納部３２が設けられており、このヘッドアンプ収納部３２にヘッドアンプ４０が着脱可能に取り付けられるようになっている。
【００２１】
例えば、このインピーダンス測定装置を自動検査機で使用する場合、ヘッドアンプ４０は測定器本体３０から外され、その自動検査機のプローブもしくはフィクスチュアに近い場所にセットされる。
【００２２】
回路構成は、先の図６で説明したのと同じであるが、この場合、図４に示すように、測定器本体３０内に発振回路１１，電圧検出回路１２および電流検出回路１３が設けられ、これに対して、ヘッドアンプ４０内に発振回路１１の出力アンプ１１１，電圧検出回路１２の電圧検出アンプ１２１，１２２および電流検出回路１３の電流検出アンプ１３１が設けられている。
【００２３】
図１に示すように、ヘッドアンプ４０は薄い箱体からなり、その正面には図示しないプローブケーブルを接続するための４つの同軸型接続端子４１１〜４１４が設けられている。
【００２４】
図４を参照して、接続端子４１１は出力アンプ１１１の出力側と、接続端子４１２，４１３は電圧検出アンプ１２１，１２２の入力側と、接続端子４１４は電流検出アンプ１３１の入力側とそれぞれ対応している。なお、この例では接続端子４１４の脇にガード端子４１５が設けられている。
【００２５】
また、図２および図３に示すように、測定器本体３０とヘッドアンプ４０との間には、選択的（交代的）に使用される第１および第２の２つの接続手段が設けられている。第１接続手段は、測定器本体３０からヘッドアンプ４０を取り外して使用する場合、両者間を図示しないケーブルを介して接続するためのものである。
【００２６】
この実施形態において、第１接続手段は角型コネクタからなり、雄・雌いずれか一方のコネクタメンバー５１がヘッドアンプ収納部３２側に設けられ、雄・雌いずれか他方のコネクタメンバー５２がヘッドアンプ４０の背面側に設けられている。
【００２７】
図４を参照して、第１接続手段は角型コネクタには、発振回路１１と出力アンプ１１１間を接続する１対の接続端子５１１，５２１と、電圧検出回路１２と電圧検出アンプ１２１，１２２間を接続する２対の接続端子５１２，５１３；５２２，５２３と、電流検出回路１３と電流検出アンプ１３１間を接続する１対の接続端子５１４，５２４とが含まれている。
【００２８】
これに対して、第２接続手段はヘッドアンプ４０をヘッドアンプ収納部３２に嵌め込んだ状態で使用する際に、測定器本体３０とヘッドアンプ４０とを接続するためのもので、この実施形態では、上記の各接続端子対（５１１〜５１４，５２１〜５２４）に直結型同軸接続コネクタを用いている。
【００２９】
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、先の図７で説明した測定方式に属するものであるが、上記第１実施形態と同じく、第１発振回路２１，電圧検出回路２２および第２発振回路（電流検出回路）２３が測定器本体３０側に設けられ、これに対して、第１発振回路２１の出力アンプ２１１，電圧検出回路２２の電圧検出アンプ２２１，第２発振回路２３の出力アンプ２３２と検出抵抗２３１がヘッドアンプ４０側に設けられることになる。
【００３０】
この第２実施形態において、プローブケーブルを接続するための接続端子と、測定器本体３０とヘッドアンプ４０とを接続する接続手段が備える接続端子対の構成は、電圧検出回路用のものが一つ少ない点を除いて、上記第１実施形態と同じである。
【００３１】
このように、上記第１および第２実施形態のいずれの場合においても、特に自動検査機などに用いられる際、ヘッドアンプ４０を測定器本体３０から外して、自動検査機のプローブやフィクスチュアなどの接続治具の近傍に配置することができる。
【００３２】
したがって、ヘッドアンプ４０と図示しないプローブとの間のケーブル引き回し長さを極力短くすることができる。このことは、プローブケーブルに寄生する静電容量が小さくなることを意味し、上記第１実施形態では、測定誤差要因である１／√（１＋ω２Ｃ２Ｒｔ２）が最小限に抑えられる。
【００３３】
また、上記第２実施形態についても、プローブケーブルのインピーダンスＺｐが低くなるので、被測定試料ＤＵＴのインピーダンスＺの算式（Ｚ＝（Ｚｆ＋Ｚｐ）×Ａ／Ｂ）中の（Ｚｆ＋Ｚｐ）が小さくなる。したがって、測定誤差を低減することができる。
【００３４】
なお、測定器本体３０とヘッドアンプ４０との間の接続ケーブルについては、例えば５０Ωでマッチングをとることにより、被測定試料ＤＵＴに関係なく、常に同じ条件を保つことができる。
【００３５】
また、測定器本体３０とヘッドアンプ４０との間において、各接続端子対間のケーブル長をほぼ同一とすることにより、上記第１実施形態の場合は、検出した電圧と電流の関係、上記第２実施形態の場合は、第１発振回路２１と第２発振回路２３の振幅の関係をほぼ同一とすることが可能となる。
【００３６】
したがって、上記式（１），（２）のそれぞれの比から、被測定試料ＤＵＴのインピーダンスＺを求めるような場合、その精度に悪影響を与えることなく、測定器本体３０とヘッドアンプ４０との間の接続ケーブル長を任意に延長しても何ら差し支えがない。
【００３７】
また、上記第２実施形態に関して、図５に示すように、ヘッドアンプ４０ごとに検出抵抗２３１を固定とし、ユーザー側で被測定試料ＤＵＴのインピーダンスＺに応じて適宜ヘッドアンプ４０を選択させることにより、選択に要する手間は掛かるものの、測定レンジ（検出抵抗）を切り替えるための回路およびパターンによる誤差要因を排除することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インピーダンス測定装置において、測定信号発生回路，電圧検出回路および電流検出回路を測定器本体側に設け、測定器本体から分離可能のヘッドアンプ側に上記各回路のアンプを設け、ヘッドアンプをできるだけ例えば自動検査機のプローブやフィクスチュアなどの接続治具の近傍に配置可能としたことにより、プローブケーブルに寄生する静電容量による測定誤差を最小限に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインピーダンス測定装置の測定器本体とヘッドアンプとを分離して示す斜視図。
【図２】上記測定器本体の要部斜視図。
【図３】上記ヘッドアンプの背面側斜視図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る回路構成図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る回路構成図。
【図６】第１従来例を説明するための回路構成図。
【図７】第２従来例を説明するための回路構成図。
【図８】上記第１従来例での電流検出アンプのピーク状態を説明するための説明図。
【符号の説明】
１１，２３  発振回路
１２  電圧検出回路
１３（２３）  電流検出回路
１１１，２３２  出力アンプ
１３１  電流検出アンプ
１２１，１２２  電圧検出アンプ
３０  測定器本体
４０  ヘッドアンプ
４１１〜４１４  接続端子
５１１〜５１４，５２１〜５２４  接続端子対
【図１】
0004149162.tif 000003
【図２】
0004149162.tif 000004
【図３】
0004149162.tif 000005
【図４】
0004149162.tif 000006
【図５】
0004149162.tif 000007
【図６】
0004149162.tif 000008
【図７】
0004149162.tif 000009
【図８】
0004149162.tif 000010