(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御器及び表示器を有するオシロスコープ用のプローブ装置であって、
ある周波数応答を有するプローブ・チップ及び該プローブ・チップの関連エレクトロニクス手段が設けられたプローブ用のハウジングと、
該ハウジング内に設けられ、上記制御器が読み取り可能な形式で少なくとも上記周波数応答を記述した事前定義データを蓄積するメモリと、
該メモリ及び上記オシロスコープ間に設けられたインタフェースとを具え、
上記事前定義データには複数のデータ・ポイントが含まれ、該複数のデータ・ポイントの各々は、周波数スペクトルに沿った所定周波数における上記プローブ・チップ及び上記関連エレクトロニクス手段の周波数応答を表し、
上記プローブ用のハウジングが上記オシロスコープに接続されると、上記オシロスコープ内の上記制御器は、上記メモリに蓄積された上記事前定義データを、上記インタフェースを介して読み出し、
上記制御器は、上記メモリから読み出した上記事前定義データに応じて上記オシロスコープの帯域幅を調整して、上記プローブ・チップ、上記関連エレクトロニクス手段及び上記オシロスコープの全体的な周波数応答を補償し、
上記プローブ・チップからの入力信号が上記オシロスコープの上記表示器に表示されることを特徴とするプローブ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、オシロスコープ（単に、スコープと呼ぶこともある）と共に用いる高性能プローブとの組合せであるプローブ装置に関し、特に、オシロスコープに接続されたプローブと通信して得た帯域幅の情報に基づいてオシロスコープの帯域幅を自動的に自己調整するプローブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プローブ及びオシロスコープが一緒に動作する際に、これらを最適化するのは困難である。しばしば、オシロスコープは、−３ｄＢを基準に帯域幅が設計されており、このオシロスコープと共に使用するようにプローブが設計されている。プローブの−３ｄＢ帯域幅がオシロスコープと同じであると、このプローブをオシロスコープに接続した場合、これらオシロスコープ及び接続されたプローブを含むシステムでは、プローブ・チップにおける帯域幅（即ち、システム全体の帯域幅）は、いずれかの構成要素を独立に用いた場合の帯域幅よりも大幅に低くなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これは、プローブ・チップにおける帯域幅はしばしば未知であるため、ユーザにとって問題である。一般的な解決方法は、プローブをオシロスコープに接続した際に、オシロスコープの帯域幅が０ｄＢとなるように、プローブのピーキングを調整して（利得が高周波数で下がるのを、ピーキングにより補償して）、システム全体の帯域幅が、オシロスコープ自体の帯域幅と同じになるようにすることである。プローブの過渡応答及び周波数応答を特定のオシロスコープに対して最適となるように調整することは、そのプローブを他のオシロスコープと共に用いる際に、特に、まだ設計されていない将来のモデルのオシロスコープと用いる際には良くない。例えば、応答を減衰させるために、プローブが低速オシロスコープのフロント・エンド用に設計されていると仮定すると、このプローブを将来の高速オシロスコープに取り付けると、アンダー・ダンプ（補償不足）応答になるかもしれいない。他の解決方法は、オシロスコープの過渡応答をアンダー・ダンプにして（即ち、低周波数の利得を下げて全体の帯域幅を広げる）、帯域幅に対して充分のマージンを取ることにより、取り付けられたプローブと共に特定システムの帯域幅を補償する。しかし、この解決方法でも問題が生じ、特殊なプローブを用いないと、整定時間（セットリング・タイム）とノイズ特性が犠牲になる。
【０００４】
したがって、本発明は、プローブの特性に応じてオシロスコープの特性を自動的に調整して、システム全体の周波数応答を改善するプローブ装置を提供するものである。
【０００５】
本発明は、制御器（２２）及び表示器（１８）を有するオシロスコープ（１４）用のプローブ装置であって；ある周波数応答を有するプローブ・チップ（１０ｂ）及びこのプローブ・チップの関連エレクトロニクス手段（１０ｃ）が設けられたプローブ（１０）用のハウジング（１０ａ）と；このハウジング内に設けられ、制御器が読み取り可能な形式で少なくとも周波数応答を記述した事前定義（予め定めた）データを蓄積するメモリ（１２）と；このメモリ及びオシロスコープの間に設けられたインタフェース（１６）とを具え；事前定義データには複数のデータ・ポイントが含まれ、これら複数のデータ・ポイントの各々は、周波数スペクトルに沿った所定周波数におけるプローブ・チップ及び関連エレクトロニクス手段の周波数応答を表し；プローブ（１０）用のハウジングがオシロスコープ（１４）に接続されると、オシロスコープ内の制御器は、メモリに蓄積された事前定義データを、インタフェースを介して読み出し；制御器は、メモリから読み出した事前定義データに応じてオシロスコープの帯域幅を調整して、プローブ・チップ、関連エレクトロニクス手段及びオシロスコープの全体的な周波数応答を補償し；プローブ・チップからの入力信号がオシロスコープの表示器に表示されることを特徴としている。
【０００６】
本発明の利点は、オシロスコープのフロント・エンドは、通常、余分なＨＦ（高周波数）レンジを有しており（または、充分なＨＦレンジとなるように設計できる）、かかるＨＦレンジを用いて、適切なシステム応答を得るのに必要なだけオシロスコープの周波数応答を自動的にピーキング（高周波数の利得を上げるピーキング調整）できる。また、本願出願人の米国オレゴン州ビーバートンのテクトロニクス・インク（インコーポレイテッド）から入手可能なテックコネクト（ＴｅｋＣｏｎｎｅｃｔ：登録商標）プローブ・インタフェースを用いても、本発明をプローブ及びオシロスコープの組合せに使用できる。このテックコネクト・プローブは、所謂Ｉ2Ｃバスを用いているが、Ｉ2Ｃバスは、当業者に既知である。
【０００７】
なお、Ｉ2Ｃバスは、ユー・エス・フィリップス・コーポレーションに譲渡され１９８７年８月２５日に発行された米国特許第４６８９７４０号「クロック線及びデータ線から成り、複数のステーションを相互接続する２線バス・システム」に記載され図示されている。また、本願出願人に譲渡され１９８７年６月９日に発行された米国特許第４６７２３０６号「識別及び状態の自動読出しを行う電子プローブ」（特公平８−３５１１号公報に対応）も参照されたい。なお、この特許に記載された発明は、被試験装置から電気信号を受けて、この電気信号をインテリジェント機能を有する電子計測機器に伝送するプローブ装置であって、被試験装置に接続されるプローブ本体と、このプローブ本体で取り込んだ信号を伝送する信号線及び接地線に接続され、電子計測機器に結合されるプローブ・コネクタと、このプローブ・コネクタに内蔵され、少なくともプローブ装置の特性に関係するデータを記憶し、且つ記憶内容を電気的に変更可能な記憶手段と、プローブ・コネクタから引き出され、記憶手段及び電子機器の間でデータ通信を行うためのデータ線を含み、電子計測機器に結合されるプラグで終端された外部ケーブルと、プローブ・コネクタに内蔵され、プローブ装置の内部又は外部で発生したタイミング信号に従って、電子計測機器からデータ線を介して記憶手段にデータを記憶する動作及び記憶手段に記憶されたデータをデータ線を介して電子計測機器に伝送する動作を制御する制御手段とを具えている。
【０００８】
簡単に言えば、本発明の好適実施例では、プローブ周波数応答に関する情報をプローブ自体に蓄積している。この情報は、好ましくは、１つ以上の特性周波数応答のデータ・ポイント（情報）を１組として構成されている。各データ・ポイントは、周波数スペクトルに沿った所定周波数におけるプローブの少なくとも利得（周波数応答）データを含んでいる。より好ましくは、各データ・ポイントは、プローブの複素伝達関数（図２のＳ２１）と、プローブの複素出力反射率（図２のＳ２２）と、データが供給される周波数（図２のＦ）とを含んでいる。可変な数の周波数の応答データを、必要に応じて蓄積し、適切にプローブ応答を記述する。また、このプローブは、好ましくは、蓄積したデータ・ポイントの数を含んだヘッダも蓄積する。本発明は、単に多数のＳ２１、Ｓ２２及びＦデータを蓄積することにより、多数の利得設定又は多数の帯域幅設定を有するプローブに容易に拡張できる。
【０００９】
プローブをオシロスコープに接続すると、このオシロスコープは、任意の適切な通信フォーマット及びプロトコルに応じて、プローブから周波数応答情報を読み出す。その自己の周波数応答及び入力電圧定在波率（ＶＳＷＲ）に関する情報を用いて、オシロスコープは、その周波数応答をピーキングにより調整する（高周波における利得を更に高める）ので、プローブの周波数応答を補償できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるプローブ装置のブロック図であり、プローブ１０がオシロスコープ１４に接続されている。本発明の好適実施例によれば、本発明の素直な実施によるため、本発明によるスマートなプローブ１０は、単一のデータ、例えば、所定周波数における利得Ａ（又は、最も素直な実施においては、単にその周波数帯域）をプローブ・ハウジング１０ａ内の読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１２（第１メモリ）に蓄積している。プローブ１０に電源が供給されると（即ち、プローブ１０がオシロスコープ１４に接続されると）、プローブ１０は、ビット直列同期インタフェース１６を介して、接続オシロスコープ（接続されたオシロスコープ）１４とデータを通信する。オシロスコープ１４は、代表的な帯域幅が接続プローブ（接続されたプローブ）の−２ｄＢ利得を定義する約３ＧＨｚ及び５ＧＨｚの間の帯域幅データに基づいた動作を行い、プローブ１０からの帯域幅データに応じて制御器２２がオシロスコープの帯域幅を（ピーキング調整により）自動的に調整する。
【００１１】
例えば、所定プローブ１０は、ＲＯＭ１２内に単にプローブ自体の４ＧＨｚ帯域幅データを蓄積している。オシロスコープ１４の制御器２２がＲＯＭ１２からデータを読み出すと、接続された４ＧＨｚのプローブの帯域幅が３．５ＧＨｚ及び５ＧＨｚの間であると判断される。接続プローブのＲＯＭ１２から読み出されたデータに応じて、オシロスコープ１４の制御器２２は、そのＨＲ利得を＋２ｄＢだけ押し上げてる。なお、利得は、経験的（非常に多くのプローブを試験して得た経験）に最良に決定され、４ＧＨｚプローブの特性周波数応答を補償する。よって、本発明は、プローブ１０がオシロスコープ１４に取り付けられるたびに、これらプローブ及びオシロスコープのシステム全体の帯域幅を自動的に最良にするようにされる。
【００１２】
本発明の好適実施例によれば、インタフェース１６が４つの同じビット直列チャネルを含んでいることが当業者には明らかであろう。よって、これらチャネルに動作可能に結合したインタフェース１６を有するオシロスコープ１４は、プローブ１０と同様な４個のプローブをサポートとできる。図１には示さないが、アナログ同軸プローブ入力信号ラインをモニタし、オシロスコープ１４にて信号トレースを光学的に表示することが当業者には明らかであろう。かかる従来の表示器は、参照番号１８で示す。また、キーパッド２０は、ユーザの入力用である。オシロスコープ１４は、オプションとして、接続プローブ１０の特性周波数応答を例えば、表示器１８を介してユーザと通信できることが理解できよう。オシロスコープ１４は、従来の如く、プロセッサ２３及びメモリ２４（第２メモリ）を有する制御器２２を含んでもよい。このメモリ２４に、プローブのメモリ１２から得たデータを蓄積する。制御器２２の新規な点は、詳細に後述する。
【００１３】
プローブ１０をオシロスコープ１４に接続すると、プローブ１０は、インタフェース１６の一部を形成する割り込み信号ラインを介して割り込み信号を発生する。制御器２２は、発生した割り込み信号に応答して、インタフェース１６を介してプローブ１０に問い合わせをし、プローブ１０がマシン（プロセッサ）で読み取り可能なメモリ、例えば、ＲＯＭ１２を含んでいるか否かを判断する。プローブ１０は、それ自体がかかるメモリを有するプローブとして識別することにより、この問い合わせに応答する。かかる問い合わせ応答シーケンスは、任意の適切な事前定義（事前に定義した）プロトコルに応じたものでもよく、好適には、クロック信号に同期して、双方向性ビット直列データ・チャネルを介して通信を行う。つぎに、制御器２２は、同じ同期ビット直列データ・チャネルを介して、ＲＯＭ１２内の特定アドレスから、そこに蓄積された特性周波数応答データを読み出して、このデータを制御器２２内のメモリ２４に蓄積する。
【００１４】
オシロスコープ自体の周波数応答データがメモリ２４に蓄積されていることが理解できよう。プローブの周波数応答特性及びオシロスコープ自体の周波数応答特性に基づいて、制御器２２は、自動的にオシロスコープ自体の周波数応答を調整して、プローブ１０、即ち、プローブ・チップ１０ｂ及びその関連エレクトロニクス手段（電子回路）１０ｃの特性周波数応答を補償し、結果として、システム全体の周波数応答を事前定義の全体的な周波数応答に合わせる。かかる調整には、オシロスコープ１４のピーキング調整を含んでもよい。これは、規定量だけ、例えば、＋１ｄB以上だけオシロスコープの高周波数利得を押し上げることを含むと理解できる。これとは別に、オシロスコープのＨＦ利得を上げる代わりに下げるように調整することも含むことが当業者には理解できよう。利得の上昇又は下降に関わらず、かかる調整は、任意の適切な技術により実行できる。この技術には、従来のオシロスコープを特徴付けるために知られている余裕のあるＨＦ調整レンジの利点を用いることも含まれる。
【００１５】
図２は、複数のデータ・ポイントをサポートできるＲＯＭ１２の一部の好ましいデータ蓄積構造を示す図である。なお、総てのデータ・ポイントは、プローブ１０の周波数応答特性を集合的に記述している、即ち、周波数スペクトルに沿った所定周波数におけるプローブ・チップ１０ｂ及び関連エレクトロニクス手段１０ｃの周波数応答を記述している。本発明の要旨の範囲内で、任意の適切なデータ構造が可能である点が当業者には理解できよう。図２において、ｎ個のプローブ・データ・セットの各々は、複素伝達特性データＳ２１ａ、複素出力反射データＳ２２ａ、Ｓ２１ａ及びＳ２２ａデータ供給における周波数Ｆａを含んでいる。図２は、ｎ個のかかるデータ入力を包括的に示しており、ｎ個の各々は符号の最後の文字で識別される。また、ｎは、任意所望の整数でよいことが当業者には理解できよう。
【００１６】
図３は、オシロスコープ１４の周波数応答を自動的に調整して接続プローブ１０に適合するようにする本発明の好適な方法を説明する流れ図である。本発明によるこの方法は、プローブ１０にメモリ１２、例えばＲＯＭを設け、プローブ・チップ１０ｂ及びその関連エレクトロニクス手段１０ｃを特徴付ける少なくとも周波数応答を記述した事前定義データをプロセッサ２３が読み出し可能な形式でＲＯＭ１２に蓄積する。このステップを図３のブロック１００に示す。この方法は、更に、（ａ）プローブ１０のオシロスコープ１４への接続により、事前定義のデータをメモリ１２から読み出すインタフェース１６と、（ｂ）オシロスコープ１４の周波数応答を調整できる制御器２２とをオシロスコープ１４に設ける。このステップを図３のブロック１０２に示す。
【００１７】
本発明の好適実施例によれば、オシロスコープ１４は、インタフェース１６を介してデータの要求をプローブ１０に行い、プローブ１０は、このプローブ１０内のメモリ１２に蓄積されたデータを、インタフェース１６を介して供給することにより、オシロスコープ１４の要求に応答する。これらのステップを図３のブロック１０４及び１０６に示す。最後に、本発明の方法は、オシロスコープ１４の周波数応答を自動的に調整して、プローブ１０の特性周波数応答を補償する。これにより、オシロスコープ１４及びプローブ１４が接続された際に、これらオシロスコープ及びプローブの全体的な周波数応答が、事前定義の全体的なシステム周波数応答となるように特徴付けられる。このステップを図３のブロック１０８に示す。
【００１８】
本発明の利点を次に示す。
（１）プローブを用いない時に、オシロスコープを直接的に調整して、このオシロスコープの特定の帯域幅を−３ｄＢに調整できる。これにより、歪、過渡応答、ノイズ性能を最適化できる。プローブを取り付けた際に、必要な量だけのピーキングを追加（高周波での利得を高めるピーキング調整）するのみで、システム全体の帯域幅を維持できると共に、最適な過渡応答も依然維持できる。
（２）周波数応答がオシロスコープよりも非常に低いプローブを用いる場合、オシロスコープの帯域幅をできるだけ下げて、かかるミスマッチにより生じるノイズを最小にできる。
（３）オシロスコープがプローブを補償できるか否かで、オシロスコープは、プローブを取り付けたときのシステム帯域幅を知り、ユーザにこのシステム帯域幅のデータを、例えば、オシロスコープに関連した視覚的な表示器又はネットワーク化されたコンピュータ表示器により知らせる。なお、ユーザに知らせるための手段は、オーディオ信号又はプリント・アウトなどの他の任意適切な手段でもよい。
（４）プローブ内のメモリに蓄積された情報は首尾一貫しているが、汎用特性のフォーマットにより、任意の将来のオシロスコープが既存のプローブと動作するように設計できるし、任意の既存のオシロスコープを将来のプローブと動作するようにもできる。
【００１９】
図示し、上述した本発明による方法及び装置は、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア又はこれらの任意適切な組合せにより実施できることが当業者には理解できよう。好ましくは、本発明の方法及び装置は、安価且つ柔軟性にとんだソフトウェアにより実現する。よって、本発明の方法及び装置は、コンピュータ又はマイクロプロセッサの処理により実現できることが当業者には理解できよう。この場合、命令を実行するが、これら命令は、コンピュータが読み出せる媒体に実行用のため蓄積されており、任意適切な命令プロセッサが実行する。代わりの実施例を考慮してもよいが、それは、本発明の要旨の範囲内である。
【００２０】
本発明の好適実施例を図示し説明したが、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の変形変更が可能なことが当業者には理解できよう。
【００２１】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、プローブの周波数応答特性に応じてオシロスコープの特性を自動的に調整できるので、プローブ及びオシロスコープ全体のシステムの周波数応答を最適にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプローブ装置のブロック図であり、スコープがオシロスコープに接続されている。
【図２】本発明の一実施例により、図１に示すメモリに蓄積できるプローブ周波数応答情報のデータ・ファイルを説明する図である。
【図３】本発明の好適な方法を説明する流れ図である。
【符号の説明】
１０  プローブ
１０ａ  プローブ・ハウジング
１０ｂ  プローブ・チップ
１２  ＲＯＭ（第１メモリ）
１４  オシロスコープ
１６  インタフェース
１８  表示器
２０  キーパッド
２２  制御器
２３  プロセッサ
２４  メモリ（第２メモリ）
【図１】
0004156826.tif 000002
【図２】
0004156826.tif 000003
【図３】
0004156826.tif 000004