(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の持続時間を有するインパルス電圧からなる入力信号と、当該入力信号に対する供試体からの反射信号とを測定し得るようにする応答特性測定装置であって、
第１端及び第２端を有し、前記第１端側から入力される前記入力信号を所定の遅延時間だけ遅延させて前記第２端から出力するとともに、前記第２端側から入力される前記反射信号を前記遅延時間だけ遅延させて前記第１端から出力する同軸ケーブルからなる遅延部と、
前記供試体に接続され、前記遅延部の第２端側から出力される前記入力信号を前記供試体に印加するとともに、前記供試体からの前記反射信号を受け取って前記遅延部の第２端に向かって出力するプローブ部と、
前記第１端側に配置されたπ型の第１整合部と、
前記第２端側に配置されたπ型の第２整合部と、
前記第１端の電圧変化を測定する高抵抗プローブと、
を備え、
前記入力信号は、前記第１整合部、前記遅延部、前記第２整合部、及び前記プローブ部を順次通って前記供試体に印加され、
前記反射信号は、前記プローブ部、前記第２整合部、及び前記遅延部を順次通って前記遅延部の第１端に到達し、
前記遅延時間を前記持続時間の半分以上に設定することにより、前記高抵抗プローブを介して、前記入力信号の時間変化と前記反射信号の時間変化とを時間領域で分離して測定できるように構成したことを特徴とする応答特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供試体の応答特性を測定するにあたって、供試体に印加される入力信号と、当該入力信号に対する供試体からの反射信号とを測定し得るようにする応答特性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、供試体である電子機器等の雑音対策を的確に行うためには、雑音の発生メカニズムを特定することが極めて重要である。雑音の発生メカニズムを比較的簡易に特定する手法としては、従来から、供試体にインパルス電圧（入力信号）を印加し、当該入力信号に対する反射信号を観測することによって、供試体の応答特性を測定する手法が知られている。
【０００３】
図７に、従来から行われている供試体の応答特性測定方法のブロック図を示す（例えば、特許文献１参照）。
この方法において、入力信号生成部３は、タイミング制御部１１からの指令に基づいて入力信号としてのインパルス電圧を生成し、当該電圧を応答特性測定装置１’経由で供試体２に印加する。供試体２からは、当該入力信号に対する反射信号が応答特性測定装置１’に向かって出力される。そして、信号処理部１０は、入力信号と反射信号を取り込み、これらの信号に基づいて供試体２の応答特性を求める。応答特性の代表的なものとしては、インピーダンス及び位相の周波数特性がある。
なお、信号処理部１０による信号の取り込みは、タイミング制御部１１の指令に基づき、入力信号の生成と同期して行われる。また、信号処理部１０としては、Ａ／Ｄ変換機能を備えたストレージオシロスコープが利用される。
【０００４】
応答特性測定装置１’と入力信号生成部３の具体的な回路構成、及びこれらと供試体２、信号処理部１０との接続関係を図８に示す。
入力信号生成部３は、主にスイッチ３２とコンデンサ３３とを有し、スイッチ３２が閉じられるとコンデンサ３３に蓄積された電荷が一気に放電し、応答特性測定装置１’に向かってインパルス電圧（入力信号）を出力する。応答特性測定装置１’は、パワースプリッタ８、方向性結合部９、整合部６、及びプローブ部７を備える。このうち、パワースプリッタ８は複数の抵抗８１〜８３を有し、Ａ点において入力信号が観測可能となっている。入力信号は、抵抗８１を通って方向性結合部９に入力される。そして、入力信号は、方向性結合部９、π型アッテネータである整合部６、及びプローブ部７を順次通って供試体２に印加される。
【０００５】
供試体２に入力信号が印加されると、供試体２からは当該入力信号に対する反射信号が出力される。反射信号は、応答特性測定装置１’中を入力信号とは反対方向に進行し、方向性結合部９に到達する。そして、方向性結合部９のＢ点において、反射信号を観測することができる。なお、方向性結合器９１は方向性を有しているので、Ｂ点において入力信号を観測することはできない。
【０００６】
信号処理部１０であるストレージオシロスコープは、応答特性測定装置１’のＡ点及びＢ点とそれぞれ高抵抗プローブで接続され、入力信号と出力信号を取り込む。そして、信号処理部１０は、これらの信号をＡ／Ｄ変換してディジタルデータに変化し、適宜ソフトウェア的な処理を行って供試体２の応答特性を求める。
【特許文献１】特開２００１−３４３４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、図８に示す構成によれば、応答特性測定装置１’のＡ点及びＢ点からそれぞれ入力信号と反射信号とを観測し、これらに基づいて供試体２の応答特性を求めることができる。しかしながら、この構成は解決すべき幾つかの問題を有していた。
【０００８】
すなわち、第１の問題として、図８に示す応答特性測定装置１’では、入力信号と反射信号とを分離して観測するために方向性結合器９１及びパワースプリッタ８を備える必要があるところ、一般にこれらの部材は高価であり、応答特性測定装置１’全体の高コスト化を招くとともに、構造の複雑化を招いていた。
また、第２の問題として、方向性結合器９１及びパワースプリッタ８において特定周波数の“漏れ”が発生すると、一方の信号に他方の信号が重畳して観測されることになる。この場合は、入力信号と反射信号とを完全に分離して観測することができず、最終的に得られる供試体２の応答特性に誤差が生じるおそれがあった。
【０００９】
そこで、本発明は、簡易かつ安価な構成で、入力信号と反射信号を分離して観測可能な応答特性測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る応答特性測定装置は、
所定の持続時間を有するインパルス電圧からなる入力信号と、当該入力信号に対する供試体からの反射信号とを測定し得るようにする応答特性測定装置であって、第１端及び第２端を有し、前記第１端側から入力される前記入力信号を所定の遅延時間だけ遅延させて前記第２端から出力するとともに、前記第２端側から入力される前記反射信号を前記遅延時間だけ遅延させて前記第１端から出力する同軸ケーブルからなる遅延部と、前記供試体に接続され、前記遅延部の第２端側から出力される前記入力信号を前記供試体に印加するとともに、前記供試体からの前記反射信号を受け取って前記遅延部の第２端に向かって出力するプローブ部と、前記第１端側に配置されたπ型の第１整合部と、前記第２端側に配置されたπ型の第２整合部と、前記第１端の電圧変化を測定する高抵抗プローブとを備え、前記入力信号は、前記第１整合部、前記遅延部、前記第２整合部、及び前記プローブ部を順次通って前記供試体に印加され、前記反射信号は、前記プローブ部、前記第２整合部、及び前記遅延部を順次通って前記遅延部の第１端に到達し、前記遅延時間を前記持続時間の半分以上に設定することにより、前記高抵抗プローブを介して、前記入力信号の時間変化と前記反射信号の時間変化とを時間領域で分離して測定できるように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡易かつ安価な構成で、入力信号と反射信号を分離して観測可能な応答特性測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［基本概念／構成］
まず、図１及び図２を参照して、本発明に係る応答特性測定装置の基本概念及び基本構成について説明する。
【００１９】
図１に、本発明に係る応答特性測定装置１の一実施形態、及びこれに接続して使用される入力信号生成部３、信号処理部１０を示す。
入力信号生成部３は、主にスイッチ３２とコンデンサ３３とを有し、スイッチ３２が閉じられるとコンデンサ３３に蓄積された電荷が一気に放電し、応答特性測定装置１に向かって、後述する持続時間Ｔｗを有するインパルス電圧（入力信号）が出力される。応答特性測定装置１は、第１整合部４、遅延部５、第２整合部６、及びプローブ部７を備える。このうち、第１整合部４及び第２整合部６は、それぞれ３つの抵抗からなるπ型アッテネータである。
【００２０】
遅延部５は、同軸ケーブルからなる遅延線であり、第１端５１及び第２端５２を有する。また、第１端５１側にはＣ点が備えられ、Ｃ点は高抵抗プローブを介して信号処理部１０に接続される。
【００２１】
入力信号生成部３で生成された入力信号は、第１整合部４を通って遅延部５の第１端５１に入力される。そして、遅延部５は、第１端５１から入力された入力信号を所定の遅延時間Ｔｄだけ遅延させて第２端５２から出力する。第２端５２から出力された入力信号は、第２整合部６及びプローブ部７を通った後、供試体２に印加される。プローブ部７がアンテナを有している場合には、プローブ部７を供試体２に接触させることなく入力信号の印加を行うこともできる。
【００２２】
供試体２に入力信号が印加されると、供試体２からは当該入力信号に対する反射信号が出力される。反射信号は、応答特性測定装置１中を入力信号とは反対方向に進行し、遅延部５の第２端５２に到達する。遅延部５は、第２端５２から入力された反射信号を所定の遅延時間Ｔｄだけ遅延させて、第１端５１から出力する。
【００２３】
本発明に係る応答特性測定装置１において、Ｃ点で観測される電圧波形の一例を図２（ａ）に示す。この図において、符号Ｓ１は入力信号、Ｓ２は反射信号、Ｔｄは遅延部５の遅延時間、Ｔｗは入力信号Ｓ１の持続時間である。なお、用語“持続時間”とは、スイッチ３２が閉じられたのをきっかけに信号が出力され始めてから、完全に終了する（電圧値が０に戻る）までの時間を意味する。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、本発明に係る応答特性測定装置１では、遅延線５を用いることによって、入力信号Ｓ１と反射信号Ｓ２とを時間領域で分離して観測することができる。
すなわち、本発明に係る応答特性測定装置１によれば、Ｃ点において、入力信号Ｓ１とこれに対して時間Ｔ１だけ遅延した反射信号Ｓ２の双方を観測することができる。時間Ｔ１は、Ｃ点を出発した入力信号Ｓ１が供試体２に到達するまでの時間と、供試体２を出発した反射信号Ｓ２がＣ点に到達するまでの時間との和である。第２整合部６及びプローブ部７における遅延時間は、遅延部５の遅延時間Ｔｄに対して無視できる程度に短いので、結局、時間Ｔ１は遅延時間の２倍となる。また、遅延時間Ｔｄは遅延線の長さに比例して変化する。
【００２５】
したがって、遅延線の長さを遅延時間Ｔｄの２倍が入力信号Ｓ１の持続時間Ｔｗを越えるように設定することで、入力信号Ｓ１と反射信号Ｓ２とを時間領域で分離することができる。なお、遅延時間Ｔｄの２倍を入力信号Ｓ１の持続時間Ｔｗよりも短く設定すると、入力信号Ｓ１と反射信号Ｓ２とが重なって観測されることになり、供試体２の応答特性を測定することができない。
【００２６】
図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、信号処理部１０は時間０〜時間Ｔ２のＣ点の電圧値を取り込み、これをＡ／Ｄ変換してディジタルデータに変化する。そして、時間０〜時間Ｔ１の部分を入力信号Ｓ１として取り扱い、時間Ｔ１〜時間Ｔ２の部分を反射信号Ｓ２として取り扱う。
その後、信号処理部１０は、入力信号Ｓ１及び反射信号Ｓ２のディジタルデータを適宜ソフトウェア的に処理し、最終的に、供試体２の応答特性を得ることができる。
【００２７】
［測定試験］
続いて、本発明に係る応答特性測定装置１を用いて行った供試体の測定試験について説明する。供試体としてはリードフレーム付きのセラミックコンデンサを使用し、３〜２００ＭＨｚの応答特性（インピーダンス及び位相の周波数特性）を測定した。供試体の等価回路は、図３に示す通りである。
【００２８】
図１を参照して、試験で使用した入力信号生成部３において、充電抵抗３１は１００ｋΩ、放電抵抗３４は５０Ω、コンデンサ３３は８０ｐＦとした。これにより、入力信号生成部３では、持続時間Ｔｗが約８ｎＳのインパルス電圧が生成される。第１整合部４及び第２整合部６は、いずれも入出力インピーダンスが５０Ωのπ型アッテネータとし、減衰特性を約２ｄＢに設定した。また、プローブ部７は、ＳＭＢコネクタを介して供試体２であるセラミックコンデンサに接続し、入力信号であるインパルス電圧が供試体２に直接印加されるようにした。
【００２９】
遅延部５としては、単位長さあたりの遅延時間が４ｎＳ／ｍの遅延線（５０Ωの同軸ケーブル）を使用した。前記の通り、生成されるインパルス電圧の持続時間Ｔｗが約８ｎＳなので、入力信号Ｓ１と反射信号Ｓ２とを時間領域で分離するために必要な遅延時間Ｔｄは、少なくともその半分の４ｎＳとなる。本試験では、確実に入力信号と反射信号を分離するべく、遅延時間Ｔｄを１０ｎＳに設定した。つまり、本試験では遅延線の長さを２．５ｍとした。
【００３０】
また、本試験では、（株）ｓｏｆｔＤＳＰ製のポータプル型のストレージオシロスコープ：ＳＤＳ２００Ａを信号処理部１０として使用した。このオシロスコープの等価サンプリング周期は０．２ｎＳであり、測定周波数の上限である２００ＭＨｚを十分カバーすることができる。信号処理部１０におけるデータ処理は、このオシロスコープをカスタマイズするためのライブラリソフト：ＳｏｆｔＳｃｐｅ  ＳＤＫを利用して作成したソフトウェアで行った。
【００３１】
本試験において、信号処理部１０が取り込んだＣ点の電圧波形を図４（ａ）に示す。
時間０ｎＳにおいて持続時間Ｔｗ約８ｎＳの入力信号Ｓ１が出力され始め、その後、遅延時間Ｔｄの２倍である２０ｎＳが経過した後に、当該入力信号Ｓ１に対する反射信号Ｓ２が観測された。なお、本試験では、時間１６００ｎＳまでの電圧波形を取り込んでいるが、これは測定周波数の下限に基づいて決定される。さらに低域までの測定を行いたい場合には、取り込み時間をさらに長く設定する。
【００３２】
取り込まれた図４（ａ）の電圧値は、信号処理部１０の内部でＡ／Ｄ変換された後に、時間２０ｎＳを境に、入力信号Ｓ１に相当する部分（図４（ｂ）参照）と、反射信号Ｓ２に相当する部分（図４（ｃ）参照）とに分離される。その後、入力信号Ｓ１及び反射信号Ｓ２のディジタルデータは、適宜ソフトウェア的に処理される。
【００３３】
本試験では、最終的に、図５（ａ）に示すインピーダンスの周波数特性、及び図５（ｂ）に示す位相の周波数特性を測定することができた。いずれのグラフも、コイルとコンデンサを直列に接続してなる供試体２（図３参照）の特性を精度よく表現できており、ネットワークアナライザ等の大型かつ高価な測定機器を用いた場合（図６参照）とほぼ同等の結果を得ることができた。
【００３４】
［その他の形態］
以上、本発明に係る応答特性測定装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではない。
例えば、より高い周波数までの測定を行うために、入力信号として波形の立ち上がり時間の早いインパルス電圧が必要な場合は、図１に示す入力信号発生部３に替えて、特開平９−１７８７９３号公報に記載されているインパルス電圧発生回路を使用することができる。なお、本発明に係る応答特性測定装置では、入力信号の種類は特に限定されず、所定の持続時間を有する任意の信号と当該信号に対する反射信号とを観測することができる。
【００３５】
また、プローブ部７として、例えば、特開平９−１７８７９３号公報に記載されている放射アンテナを使用することができる。この場合は、プローブ部７と供試体２とを接続する手間が省けるので、より簡易に供試体２の応答特性を測定することができる。
【００３６】
さらに、図１において、応答特性測定装置１中を進む入力信号及び反射信号の劣化がそれほど問題とならない場合には、第１整合部４及び第２整合部６を省略することができる。この場合、入力信号生成部３で生成された入力信号は、直接遅延部５の第１端５１に入力される。そして、遅延部５の第２端５２から出力された入力信号は、直接プローブ部７に入力され、供試体２に印加されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る応答特性測定装置とその周辺部の一例を示す回路図である。
【図２】本発明に係る応答特性測定装置の基本概念を説明する図であって、（ａ）は図１のＣ点で観測された電圧波形、（ｂ）は（ａ）から抽出された入力信号の電圧波形、（ｃ）は（a）から抽出された反射信号の電圧波形である。
【図３】試験を行った供試体の等価回路図である。
【図４】測定試験に係る波形であって、（ａ）は図１のＣ点で観測された電圧波形、（ｂ）は（ａ）から抽出された入力信号の波形、（ｃ）は（a）から抽出された反射信号の波形である。
【図５】測定試験の結果を示すグラフであって、（ａ）はインピーダンスの周波数特性、（ｂ）は位相の周波数特性のグラフである。
【図６】測定試験と同一の供試体をネットワークアナライザで測定して得た、インピーダンスの周波数特性のグラフである。
【図７】従来から行われている供試体の応答特性測定方法を示すブロック図である。
【図８】従来の応答特性測定装置とその周辺部を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      応答特性測定装置
２      供試体
３      入力信号生成部
３１    充電抵抗
３２    スイッチ
３３    コンデンサ
３４    放電抵抗
４      第１整合部
４１、４２、４３    抵抗
５      遅延部
５１    第１端
５２    第２端
６      第２整合部
６１、６２、６３    抵抗
７      プローブ部
８      パワースプリッタ
８１、８２、８３    抵抗
９      方向性結合部
９１    方向性結合器
９２    抵抗
１０    信号処理部
１１    タイミング制御部
【図１】
0004958308.tif 000002
【図２】
0004958308.tif 000003
【図３】
0004958308.tif 000004
【図４】
0004958308.tif 000005
【図５】
0004958308.tif 000006
【図７】
0004958308.tif 000007
【図８】
0004958308.tif 000008
【図６】
0004958308.tif 000009