(57)【要約】電気回路パラメータの測定方法は、２端子回路網の第１端子および第２端子のいずれか一方を終端インピーダンスＺ１で終端した状態で、他方の端子に関する反射特性α１を計測するステップと、第１端子および第２端子のいずれか一方を、終端インピーダンスＺ１と異なる終端インピーダンスＺ２で終端した状態で、他方の端子に関する反射特性α２を計測するステップと、第１端子および第２端子のいずれか一方を、終端インピーダンスＺ１，Ｚ２と異なる終端インピーダンスＺ３で終端した状態で、他方の端子に関する反射特性α３を計測するステップと、得られた各反射特性α１，α２，α３に基づいて、２端子回路網の電気回路パラメータを算出するステップとを含む。  こうした構成によって、弱いグランドを有する被測定デバイスであっても、高精度で簡易に低コストでＳパラメータ、Ｚパラメータ等の電気回路パラメータを測定できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子および第２端子を有する２端子回路網の電気回路パラメータを測定する方法であって、
第１端子および第２端子のいずれか一方を終端インピーダンスＺ１で終端した状態で、他方の端子に関する反射特性α１を計測するステップと、
第１端子および第２端子のいずれか一方を、終端インピーダンスＺ１と異なる終端インピーダンスＺ２で終端した状態で、他方の端子に関する反射特性α２を計測するステップと、
第１端子および第２端子のいずれか一方を、終端インピーダンスＺ１，Ｚ２と異なる終端インピーダンスＺ３で終端した状態で、他方の端子に関する反射特性α３を計測するステップと、
得られた各反射特性α１，α２，α３に基づいて、２端子回路網の電気回路パラメータを算出するステップとを含むことを特徴とする電気回路パラメータの測定方法。
【請求項２】
終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、無限大、ゼロ、および特性インピーダンスのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項３】
終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３のうち２つ以上は、抵抗器終端で構成されることを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項４】
抵抗器終端に用いる終端器の虚数部分のインピーダンスを補正する演算ステップを含むことを特徴とする請求項３記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項５】
第１端子を特性インピーダンスの終端器で終端し、第２端子の反射特性を測定するステップと、
第２端子を特性インピーダンスの終端器で終端し、第１端子の反射特性を測定するステップとを含むことを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項６】
第１端子から第Ｎ端子を有するＮ端子回路網（Ｎは２以上の整数）の電気回路パラメータを測定する方法であって、
Ｎ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に関してＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測するステップと、
得られた各反射特性に基づいて、Ｎ端子回路網の電気回路パラメータを算出するステップとを含むことを特徴とする電気回路パラメータの測定方法。
【請求項７】
任意の（Ｎ−１）個の各端子は、無限大、ゼロ、および特性インピーダンスのいずれかの終端インピーダンスで終端することを特徴とする請求項６記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項８】
任意の（Ｎ−１）個の各端子を終端する終端器が、特性インピーダンス以外の抵抗値を持つ抵抗器を含むことを特徴とする請求項６記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項９】
終端器として用いる終端器の虚数部分のインピーダンスを補正する演算ステップを含むことを特徴とする請求項８記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１０】
電気回路パラメータとして、Ｓパラメータを算出することを特徴とする請求項１または６記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１１】
２端子回路網は、電気絶縁性の基板と、基板の第１主面に設けられた第１線路と、基板の第２主面に設けられた第２線路とを含み、
第１線路および第２線路の一端を第１端子、第１線路および第２線路の他端を第２端子として測定することを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１２】
第１線路および第２線路の少なくとも一方は、線路の途中で、部分的に欠損し、または直流的に分離していることを特徴とする請求項１１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１３】
第１線路および第２線路の一方は電源であり、他方はグランドであることを特徴とする請求項１１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１４】
電源とグランドの間に、コンデンサが接続されていることを特徴とする請求項１３記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１５】
電気絶縁性の基板と、基板の第１主面に設けられた第１線路と、基板の第２主面に設けられた第２線路および第３線路とを含む回路網において、
第２線路および第３線路の一端を第１端子、第２線路および第３線路の他端を第２端子として測定することを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１６】
第１端子から第Ｎ端子を有するＮ端子回路網（Ｎは２以上の整数）の電気回路パラメータを測定する装置であって、
所定の周波数および所定の振幅を有する基準信号を発生する基準信号発生器と、
基準信号をＮ端子回路網へ供給するための信号ケーブルと、
信号ケーブルを通じて、Ｎ端子回路網から反射した信号の反射特性を計測するための反射特性計測部と、
反射特性計測部での計測値を格納するためのメモリと、
メモリに格納した計測値を演算するための演算部とを備え、
Ｎ端子回路網のＮ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に関してＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測した結果をメモリに格納し、
演算部は、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の計測値に基づいて、Ｎ端子回路網の電気回路パラメータを算出することを特徴とする電気回路パラメータの測定装置。
【請求項１７】
任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件を電気的なスイッチにより切り替えて、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させることを特徴とする請求項１６記載の電気回路パラメータの測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、複数の入出力端子を有するＮ端子回路網（Ｎは２以上の整数）の電気回路パラメータの測定によって、信号品質（ＳＩ：Ｓｉｇｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）の評価、電源−グランドラインの品質（ＰＩ：Ｐｏｗｅｒ  Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）の評価、不要輻射（ＥＭＩ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）の評価などに資する電気回路パラメータの測定方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  携帯電話やノートパソコン、デジタルカメラ等に代表されるモバイル電子機器や、デジタルテレビ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｄｉｓｃ）に代表されるデジタル家電機器は、その高性能化、多機能化が急速に進展しており、より高速な信号処理速度や信号伝送レートが要求されている。【０００３】  高速なデジタル信号は、単純な配線設計だけでは伝送が困難であることから、信号品質（ＳＩ）の評価が重要となる。また、電源やグランド自体に高周波ノイズが重畳すると、ＬＳＩ等の電子部品の動作に悪影響を及ぼすことがあるため、電源−グランドラインの品質（ＰＩ）の評価も重要となる。また、設計したグランドが十分に強くなく、帰路電流のパスが確保できない場合は、信号ラインおよびグランドに同相の電流が流れて、不要輻射（ＥＭＩ）が発生し、テレビ・ラジオ等への電波障害や、他の電子機器の誤動作の原因となる。このようなＳＩ、ＰＩ、ＥＭＩの共通した課題は、ａ）信号の高速化に対する対策、ｂ）制約されたグランド設計に対する対策、などがある。【０００４】  例えば、ＳＩに関して、配線に付随する寄生インピーダンスの影響や、電子部品への入力部やビアなどの配線の継ぎ目において起こる信号の反射などの影響は、低い伝送速度ではあまり問題視されなかったが、信号の高速化とともに重要となる。その対策として、面積の大きい強いグランドを設けて、インピーダンスを考慮した配線設計が考えられる。しかし、実際には、機器の小型化、高密度化、コスト削減（例えば、多層基板の層数削減）などの制約条件により、面積の大きい強いグランドを設けることは極めて困難である。【０００５】  ＰＩに関しては、グランド・バウンスと呼ばれるグランドの電位が交流的に変化するといった現象が問題になる。この要因の一つは、電源−グランドラインが有限のインピーダンス（例えば、誘導性インピーダンス）を持ち、交流信号が流れた場合に電圧変動が発生するためである。有限のインピーダンスが誘導性で、その値をＬ、電流値をＩとすると、グランドの電位変動は、Ｌ×（ｄＩ／ｄｔ）で表せ、これは高速化、高周波化に伴い増大する。弱いグランドは、このインピーダンス値が大きいため、ＰＩ問題を助長することになる。【０００６】  ＥＭＩについても、上述と同様に、その主要因は電流の帰路経路がうまく確保できないためで、グランドの強さ、周波数と密接な関係がある。【０００７】  以上説明した、ＳＩ、ＰＩ、ＥＭＩを測定、評価しようとすると、弱いグランドを持った伝送線路、電源−グランドラインを高速、高周波において測定、評価をするための測定手法が必要である。【０００８】  下記の特許文献１は、近傍電磁界測定技術に関するもので、電磁界プローブを電子部品や伝送線路に接近させて、弱いグランドを持った伝送線路、電源−グランド等を含む電気回路から放射されるＥＭＩの量を測定している。特に、電源−グランドラインに接近させた場合、間接的なＰＩ評価が可能である。【０００９】  次に、伝送線路のインピーダンスを直接測定する手法が挙げられる。【００１０】  図１７は、従来の電気回路パラメータの測定系の一例を示すブロック図である。ここでは、被測定デバイス（ＤＵＴ：Ｄｅｖｉｃｅ  Ｕｎｄｅｒ  Ｔｅｓｔ）として、一対の入力端子７４ａ，７４ｂと、一対の出力端子７５ａ，７５ｂを有する２端子回路７０を用いている。【００１１】  図１８Ａは、２端子回路７０の一例を示す斜視図であり、図１８Ｂは、信号ストリップライン７３の長手方向に沿った断面図である。２端子回路７０は、電気絶縁性の基板７１と、基板７１の下面に設けられたグランドパターン７２と、基板７１の上面に設けられた信号ストリップライン７３とを備える。入力端子７４ａは信号ストリップライン７３の一端に接続され、入力端子７４ｂはグランドパターン７２の一端に接続される。出力端子７５ａは信号ストリップライン７３の他端に接続され、出力端子７５ｂはグランドパターン７２の他端に接続される。【００１２】  図１７に示すように、２端子回路７０の入力端子７４ａ，７４ｂは、信号ケーブル８１を経由してネットワークアナライザ８０と接続され、出力端子７５ａ，７５ｂは信号ケーブル８２を経由してネットワークアナライザ８０と接続される。入力端子７４ｂと出力端子７５ｂは、グランド電位に維持するために接地している。【００１３】  ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ：Ｖｅｃｔｏｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）８０は、基準信号を被測定デバイスに供給して、被測定デバイスを通過した信号の振幅および位相ならびに被測定デバイスから反射した信号の振幅および位相を計測し、被測定デバイスの線路特性、例えばＳパラメータを測定する。ここでは、基準信号が信号ケーブル８１を介して入力端子７４ａ，７４ｂに供給された状態で、出力端子７５ａ，７５ｂから出力される２端子回路７０の通過信号を信号ケーブル８２を介して計測するとともに、入力端子７４ａ，７４ｂから戻る２端子回路７０の反射信号を信号ケーブル８１を介して計測することによって、２端子回路７０について２×２行列のＳパラメータが測定される。【００１４】  図１９は、従来の電気回路パラメータの測定系の他の例を示すブロック図である。ここでは、被測定デバイス（ＤＵＴ）として、図１８に示した２端子回路７０での信号ストリップライン７３だけでなくグランドパターン７２も一種の信号線路とみなし、一対の入力端子７４ａ，７４ｃと、一対の入力端子７４ｂ，７４ｄと、一対の出力端子７５ａ，７５ｃと、一対の出力端子７５ｂ，７５ｄとを有する４端子回路７０ａとして測定している。【００１５】  図２０Ａは、４端子回路７０ａの一例を示す斜視図であり、図２０Ｂは、信号ストリップライン７３の長手方向に沿った断面図である。４端子回路７０ａは、図１８に示した２端子回路７０に、２枚のダミー金属板７６，７７を追加して、基板７１の上方および下方にそれぞれ平行配置している。【００１６】  入力端子７４ａは信号ストリップライン７３の一端に接続され、入力端子７４ｂはグランドパターン７２の一端に接続され、入力端子７４ｃ，７４ｄはダミー金属板７６，７７の一端にそれぞれ接続される。出力端子７５ａは信号ストリップライン７３の他端に接続され、出力端子７５ｂはグランドパターン７２の他端に接続され、出力端子７５ｃ，７５ｄはダミー金属板７６，７７の他端にそれぞれ接続される。【００１７】  図１９に示すように、４端子回路７０ａの入力端子７４ａ，７４ｃは信号ケーブル８３を経由して、入力端子７４ｂ，７４ｄは信号ケーブル８４を経由して、出力端子７５ａ，７５ｃは信号ケーブル８５を経由して、出力端子７５ｂ，７５ｄは信号ケーブル８５を経由してネットワークアナライザ８０とそれぞれ接続される。従って、各信号ケーブル８３〜８６として同軸ケーブルを使用した場合、グランドパターン７２の入力端子７４ｂおよび出力端子７５ｂも芯線で接続している。入力端子７４ｃ，７４ｄと出力端子７５ｃ，７５ｄはグランド電位に維持するために接地している。【００１８】  こうして被測定デバイスを４端子回路７０ａとして構成した場合、４×４行列のＳパラメータが測定される。【００１９】  図２１は、４端子回路から２端子回路への変換回路の一例を示す回路図である。４端子回路７０ａの入力端子７４ａ，７４ｂに入力側のバラン８７を接続し、出力端子７５ａ，７５ｂに出力側のバラン８８を接続し、入力端子７４ｃ，７４ｄおよび出力端子７５ｃ，７５ｄは接地している。こうしたバラン８７，８８を入出力側にそれぞれ配置することによって、４本の非平衡信号を２本の平衡信号に変換できる。【００２０】  こうした変換回路を、例えば、回路シミュレータ上で構成した場合、上述のような測定で得られた４端子回路７０ａの４×４行列のＳパラメータは、バラン８７，８８の入出力端子に関する２端子回路の２×２行列のＳパラメータに換算できる。また、実測する場合は、この変換回路を用いて４端子回路から２端子回路へ変換した状態で、ネットワークアナライザ等を用いて２端子回路のＳパラメータ測定を行うことも可能である。【００２１】
【特許文献１】特許第３３９４２０２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】  特許文献１のようなプローブを用いた電磁界測定手法では、空間的な広がりを持つ電界や磁界を観測するため、プローブと測定対象との距離に応じて測定値が変化するため、絶対値測定が困難である。また、プローブの寸法を大きくすると、高い感度が得られるが、プロープの平面的な分解能は低下してしまう。そのため、機器の小型化により、パターンが微細化すると、放射箇所を特定することが困難となる。【００２３】  また、図１７のようなネットワークアナライザを用いた２端子回路測定は、比較的多く用いられる手法であるが、以下のような問題を我々は見出した。【００２４】  図２２は、図１７の測定系における電流経路を示す説明図である。２端子回路７０のグランドパターン７２が充分に強化されている場合、信号ストリップライン７３を通過した電流は、破線で示すように、グランドパターン７２を経由して入力側に戻る。しかし、グランドパターン７２が弱い場合、二点鎖線で示すように、信号ストリップライン７３を通過した電流の一部が出力側にリークして、ネットワークアナライザ８０のグランドラインを通じて流れてしまい、その結果、入力側での信号反射特性に誤差が生じてしまう。【００２５】  このように図１７の２端子回路測定手法は、理想的なグランドを有する被測定デバイスに対して有効であるが、弱いグランドを有する被測定デバイスでは、実際とは異なるＳパラメータを求めてしまうことになる。【００２６】  また、図１９のようなネットワークアナライザを用いた４端子回路測定は、グランドとして機能するダミー金属板７６，７７を別途追加する必要があるため、測定治具が複雑になり、測定コスト、労力も増大する。また、ダミー金属板７６，７７とグランドパターン７２または信号ストリップライン７３との間に新たな寄生インピーダンスが生ずるため、測定誤差の要因となる。【００２７】  このように従来の測定手法では、弱いグランドを有する被測定デバイスについて高精度な測定を実現することが困難である。【００２８】  次にグランドの強弱について、高周波でよく用いられるマイクロストリップ線路を例に説明する。通常、マイクロストリップ線路で構成された伝送線路を設計する場合、グランド側は理想グランド、つまり、十分強いグランドとして設計する。例えば、特性インピーダンス５０Ωに設計する場合、伝送線路の往路側線路（グランドと対向した線路）の幅や誘電体の厚み、誘電率などを変える。【００２９】  こうしたマイクロストリップ線路のグランドに、電流方向と交差する方向にスリットを形成すると、特性インピーダンスは５０Ωからずれることになる。これは、グランドが理想グランド（電圧変動のない電気導体）ではなくなったためで、言い換えると、強いグランドから、弱いグランドになったために起こった不具合である。理想グランドに近い強いグランドは、面積の大きい電気導体プレーンで実現できるが、実際の電子機器は有限の大きさを持っている。従って、グランドも有限となり、ある伝送線路に対しては、強いグランドが設けられているが、ある伝送線路に対しては、弱いグランドしかないといった状態が起こりうる。【００３０】  弱いグランドの例としては、上述のスリットを有する構造だけではな��、伝送線路の往路側線路の幅Ｗｓに対して、グランドの幅Ｗｇが十分大きくない場合が挙げられる。例えば、Ｗｓ＞５×Ｗｇの場合では、グランドは弱いグランドとなってしまう。【００３１】  このように、ある形状を有するグランドを理想グランドに置き換えた時、その回路の特性、例えば、特性インピーダンスやＳパラメータが変るような場合、そのグランドは弱いグランドであると判断することができる。【００３２】  本発明の目的は、弱いグランドを有する被測定デバイスであっても、高精度で簡易に低コストでＳパラメータ、Ｚパラメータ等の電気回路パラメータを測定できる電気回路パラメータの測定方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】  上記目的を達成するために、本発明に係る電気回路パラメータの測定方法は、第１端子および第２端子を有する２端子回路網の電気回路パラメータを測定する方法であって、
第１端子および第２端子のいずれか一方を終端インピーダンスＺ１で終端した状態で、他方の端子に関する反射特性α１を計測するステップと、
第１端子および第２端子のいずれか一方を、終端インピーダンスＺ１と異なる終端インピーダンスＺ２で終端した状態で、他方の端子に関する反射特性α２を計測するステップと、
第１端子および第２端子のいずれか一方を、終端インピーダンスＺ１，Ｚ２と異なる終端インピーダンスＺ３で終端した状態で、他方の端子に関する反射特性α３を計測するステップと、
得られた各反射特性α１，α２，α３に基づいて、２端子回路網の電気回路パラメータを算出するステップとを含む。【００３４】  本発明において、終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、無限大、ゼロ、および特性インピーダンスのいずれかであることが好ましい。【００３５】  また本発明において、終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３のうち２つ以上は、抵抗器終端で構成されることが好ましい。【００３６】  また本発明において、抵抗器終端に用いる終端器の虚数部分のインピーダンスを補正する演算ステップを含むことが好ましい。【００３７】  また本発明において、第１端子を特性インピーダンスの終端器で終端し、第２端子の反射特性を測定するステップと、
第２端子を特性インピーダンスの終端器で終端し、第１端子の反射特性を測定するステップとを含むことが好ましい。【００３８】  また、本発明に係る電気回路パラメータの測定方法は、第１端子から第Ｎ端子を有するＮ端子回路網（Ｎは２以上の整数）の電気回路パラメータを測定する方法であって、
Ｎ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に関してＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測するステップと、
得られた各反射特性に基づいて、Ｎ端子回路網の電気回路パラメータを算出するステップとを含む。【００３９】  本発明において、任意の（Ｎ−１）個の各端子は、無限大、ゼロ、および特性インピーダンスのいずれかの終端インピーダンスで終端することが好ましい。【００４０】  また本発明において、任意の（Ｎ−１）個の各端子を終端する終端器が、特性インピーダンス以外の抵抗値を持つ抵抗器を含むことが好ましい。【００４１】  また本発明において、終端器として用いる終端器の虚数部分のインピーダンスを補正する演算ステップを含むことが好ましい。【００４２】  また本発明において、電気回路パラメータとして、Ｓパラメータを算出することが好ましい。【００４３】  また本発明において、２端子回路網は、電気絶縁性の基板と、基板の第１主面に設けられた第１線路と、基板の第２主面に設けられた第２線路とを含み、
第１線路および第２線路の一端を第１端子、第１線路および第２線路の他端を第２端子として測定することが好ましい。【００４４】  また本発明において、第１線路および第２線路の少なくとも一方は、線路の途中で、部分的に欠損し、または直流的に分離していることが好ましい。【００４５】  また本発明において、第１線路および第２線路の一方は電源であり、他方はグランドであることが好ましい。【００４６】  また本発明において、電源とグランドの間に、コンデンサが接続されていることが好ましい。【００４７】  また本発明において、電気絶縁性の基板と、基板の第１主面に設けられた第１線路と、基板の第２主面に設けられた第２線路および第３線路とを含む回路網において、
第２線路および第３線路の一端を第１端子、第２線路および第３線路の他端を第２端子として測定することが好ましい。【００４８】  本発明に係る電気回路パラメータの測定装置は、第１端子から第Ｎ端子を有するＮ端子回路網（Ｎは２以上の整数）の電気回路パラメータを測定する装置であって、
所定の周波数および所定の振幅を有する基準信号を発生する基準信号発生器と、
基準信号をＮ端子回路網へ供給するための信号ケーブルと、
信号ケーブルを通じて、Ｎ端子回路網から反射した信号の反射特性を計測するための反射特性計測部と、
反射特性計測部での計測値を格納するためのメモリと、
メモリに格納した計測値を演算するための演算部とを備え、
Ｎ端子回路網のＮ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に関してＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測した結果をメモリに格納し、
演算部は、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の計測値に基づいて、Ｎ端子回路網の電気回路パラメータを算出する。【００４９】  本発明において、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件を電気的なスイッチにより切り替えて、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させることが好ましい。
【発明の効果】
【００５０】  本発明によれば、２端子回路網の第１端子および第２端子のいずれか一方について終端条件を変化させながら、他方の端子に関する反射特性をそれぞれ計測した後、得られた各反射特性に基づいて、２端子回路網の電気回路パラメータを算出している。２端子回路網を通過する伝送特性は計測していないため、測定電流は出力側にリークすることがない。従って、被測定デバイスが弱いグランドを有する場合であっても、電流は被測定デバイスのグランドを経由して入力側に戻るようになり、高精度の反射特性を計測できる。【００５１】  ２端子回路網の場合、２×２行列の電気回路パラメータ（例えば、Ｓパラメータ）、即ち、４つの変数を決定する必要がある。電気回路パラメータは、回路の可逆性によって対称行列であることから、３つの連立方程式が得られれば、全ての変数を決定できる。そこで、終端インピーダンスをＺ１，Ｚ２，Ｚ３に変化させた状態で、各反射特性を計測することによって、３つの連立方程式が得られる。これらの連立方程式を解くことによって、２×２行列の電気回路パラメータを決定することができる。【００５２】  Ｎ端子回路網（Ｎは２以上の整数）についても同様に、Ｎ×Ｎ行列の電気回路パラメータ（例えば、Ｓパラメータ）、即ち、Ｎ２個の変数を決定する必要がある。電気回路パラメータは、回路の可逆性によって対称行列であることから、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の連立方程式が得られれば、全ての変数を決定できる。そこで、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に関してＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測することによって、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の連立方程式が得られる。これらの連立方程式を解くことによって、Ｎ×Ｎ行列の電気回路パラメータを決定することができる。【００５３】  このようにして本発明は、弱いグランドを有する被測定デバイスであっても、高精度で簡易に低コストでＳパラメータ、Ｚパラメータ等の電気回路パラメータを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】２端子回路１０の一例を示す斜視図である。
【図３Ａ】図２に示す２端子回路１０の正面図である。
【図３Ｂ】信号ストリップライン１３の長手方向に沿った断面図である。
【図３Ｃ】グランドパターン１２の形状を示す底面図である。
【図４】図１に示す測定系における電流経路を示す説明図である。
【図５】本実施形態の測定方法による測定結果の一例を示すグラフである。
【図６】図１７に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示すグラフである。
【図７】図１９に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示すグラフである。
【図８Ａ】被測定デバイスとして２端子回路の他の例を示す斜視図である。
【図８Ｂ】信号ストリップライン１３の長手方向に沿った断面図である。
【図８Ｃ】グランドパターン１２の形状を示す底面図である。
【図９】本実施形態の測定方法による測定結果の一例を示すグラフである。
【図１０】図１７に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示すグラフである。
【図１１】図１９に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示すグラフである。
【図１２】本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
【図１３Ａ】３端子回路１０ｂの一例を示す斜視図である。
【図１３Ｂ】信号ストリップライン１３の長手方向に沿った断面図である。
【図１３Ｃ】グランドパターン１２の形状を示す底面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態を示すブロック図である。
【図１５Ａ】被測定デバイスとして２端子回路の他の例を示す斜視図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａの２端子回路の底面図である。
【図１６】本発明に係る電気回路パラメータの測定装置の一例を示すブロック図である。
【図１７】従来の電気回路パラメータの測定系の一例を示すブロック図である。
【図１８Ａ】２端子回路７０の一例を示す斜視図である。
【図１８Ｂ】信号ストリップライン７３の長手方向に沿った断面図である。
【図１９】従来の電気回路パラメータの測定系の他の例を示すブロック図である。
【図２０Ａ】４端子回路７０ａの一例を示す斜視図である。
【図２０Ｂ】信号ストリップライン７３の長手方向に沿った断面図である。
【図２１】４端子回路から２端子回路への変換回路の一例を示す回路図である。
【図２２】図１７の測定系における電流経路を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５５】  １０，１０ａ，１０ｃ  ２端子回路
１０ｂ  ３端子回路
１１  基板
１２  グランドパターン
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  スリット
１３，１３ａ，１３ｂ，１４  信号ストリップライン
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ  端子
３１〜３５  終端素子
４０  ベクトルネットワークアナライザ
４１  信号ケーブル
４５  基準信号発生器
４６  インピーダンス変換器
４７  方向性結合器
４８  ヘテロダイン検波器
４９  Ａ／Ｄ変換器
５０  演算部
５１  メモリ
５２  表示部
５３  操作部
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】（実施の形態１）
図１は、本発明の第１実施形態を示すブロック図である。ここでは、被測定デバイス（ＤＵＴ：Ｄｅｖｉｃｅ  Ｕｎｄｅｒ  Ｔｅｓｔ）として、一対の端子２１ａ，２１ｂと、一対の端子２２ａ，２２ｂを有する２端子回路１０を用いている。【００５７】  ２端子回路１０の端子２１ａ，２１ｂは、同軸ケーブルなどの信号ケーブル４１を経由してネットワークアナライザ４０と接続される。一方、端子２２ａ，２２ｂには、所定のインピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３を有する終端素子３１〜３３が選択的に接続される。終端素子３１は、無限大のインピーダンスを有し（Ｚ１＝∞）、いわゆる開放の終端条件を設定することができる。終端素子３２は、ゼロのインピーダンスを有し（Ｚ２＝０）、いわゆる短絡の終端条件を設定することができる。終端素子３３は、２端子回路１０の特性インピーダンスＺ０（例えば、５０Ωや７５Ωなど）と一致したインピーダンスを有し（Ｚ３＝Ｚ０）、いわゆる無反射の終端条件を設定することができる。端子２１ｂは、グランド電位に維持するために接地している。【００５８】  ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ：Ｖｅｃｔｏｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）４０は、基準信号を被測定デバイスに供給して、被測定デバイスから反射した信号の振幅および位相を計測し、被測定デバイスの線路特性や、Ｓパラメータなどの電気回路パラメータを測定する。【００５９】  図２は、２端子回路１０の一例を示す斜視図である。２端子回路１０は、誘電体材料からなる電気絶縁性の基板１１と、基板１１の下面に設けられたグランドパターン１２と、基板１１の上面に設けられた信号ストリップライン１３とを備える。端子２１ａは信号ストリップライン１３の一端に接続され、端子２１ｂはグランドパターン１２の一端に接続される。端子２２ａは信号ストリップライン１３の他端に接続され、端子２２ｂはグランドパターン１２の他端に接続される。【００６０】  図３Ａは図２に示す２端子回路１０の正面図であり、図３Ｂは信号ストリップライン１３の長手方向に沿った断面図であり、図３Ｃはグランドパターン１２の形状を示す底面図である。本実施形態では、グランドパターン１２に信号ストリップライン１３と交差するようにスリット１２ａが形成され、いわゆる弱いグランドを構成している。【００６１】  次に、電気回路パラメータの測定手順について説明する。まず、２端子回路１０の端子２２ａ，２２ｂを開放終端条件に設定する。このとき、端子２２ａ，２２ｂに何も接続しなければオープンとなるが、他の終端条件での測定環境と一致させるため、無限大のインピーダンスを有する終端素子３１を接続することが好ましい。【００６２】  この開放状態で、ネットワークアナライザ４０から基準信号を信号ケーブル４１を介して端子２１ａ，２１ｂに供給し、端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α１、例えば反射信号の振幅および位相など、を計測する。この反射特性α１は、通常、複素数として測定される。【００６３】  次に、２端子回路１０の端子２２ａ，２２ｂに、ゼロのインピーダンスを有する終端素子３２を接続して、短絡終端条件に設定する。この状態で、ネットワークアナライザ４０から基準信号を信号ケーブル４１を介して端子２１ａ，２１ｂに供給し、端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α２、例えば反射信号の振幅および位相など、を計測する。この反射特性α２も、通常、複素数として測定される。【００６４】  次に、２端子回路１０の端子２２ａ，２２ｂに、特性インピーダンスＺ０を有する終端素子３３を接続して、無反射終端条件に設定する。この状態で、ネットワークアナライザ４０から基準信号を信号ケーブル４１を介して端子２１ａ，２１ｂに供給し、端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α３、例えば反射信号の振幅および位相など、を計測する。この反射特性α３も、通常、複素数として測定される。【００６５】  こうして得られた反射特性α１，α２，α３に基づいて、２端子回路１０のＳパラメータを算出する。図１に示すように、端子２１ａでの入射波および反射波の各振幅をそれぞれａ１，ｂ１とし、端子２２ａでの入射波および反射波の各振幅をそれぞれａ２，ｂ２とする。２端子回路１０のＳパラメータは、式（１）のように２×２行列で表現でき、入射波および反射波の関係は、式（２）で表される。【００６６】
【数１】
2005111635.tif 000002
【００６７】  次に、２端子回路１０の端子２２ａ，２２ｂに負荷ＺＬの終端素子を接続した場合、反射特性をαとし、特性インピーダンスＺ０を用いて、式（３）が成立する。【００６８】
【数２】
2005111635.tif 000003
【００６９】  次に、開放終端条件の場合、負荷ＺＬ＝∞を式（３）に代入すると、式（４）が得られる。短絡終端条件の場合、負荷ＺＬ＝０を式（３）に代入すると、式（５）が得られる。無反射終端条件の場合、負荷ＺＬ＝Ｚ０を式（３）に代入すると、式（６）が得られる。【００７０】
【数３】
2005111635.tif 000004
【００７１】  ２端子回路１０がパッシブ素子で構成され、増幅素子などのアクティブ素子を含まない場合、回路の可逆性より、式（７）が成り立つ。【００７２】
【数４】
2005111635.tif 000005
【００７３】  ここで、決定すべき未知数は、Ｓ行列の４つの要素（Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２）であり、これらは下記の式（４）〜（７）の４つの連立方程式を解くことによって、式（８）〜（１０）のように算出することができる。【００７４】
【数５】
2005111635.tif 000006
【００７５】  こうして得られた２端子回路１０のＳパラメータは、所定の変換式を用いて他の電気回路パラメータ、例えばＨパラメータ、Ｙパラメータ、Ｚパラメータなどに換算できる。【００７６】  図４は、図１に示す測定系における電流経路を示す説明図である。本発明では、２端子回路１０の入力側の端子２１ａ，２１ｂとネットワークアナライザ４０とを電気接続しているが、出力側の端子２２ａ，２２ｂは、所定の終端条件で終端して、ネットワークアナライザ４０とは接続していない。そのため、図３Ｃに示すようにグランドパターン１２が弱い場合であっても、信号ストリップライン１３を通過した電流ｉは、一点鎖線で示すように、グランドパターン１２を経由して入力側に戻り、出力側にリークしない。その結果、高精度の反射特性を計測することができる。【００７７】  図５は、本実施形態の測定方法による測定結果の一例を示し、図６は、図１７に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示し、図７は、図１９に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示す。図５（ａ）〜図７（ａ）はＳ１１をスミスチャート上で示したグラフであり、図５（ｂ）〜図７（ｂ）はＳ２１の周波数特性を示すグラフである。図５（ａ）〜図７（ａ）のスミスチャートにおいて、水平軸上に中心を有する複数の円は、インピーダンスの実数部が一定であることを示し、これらの円に対して直交する円弧はインピーダンスの虚数部が一定であることを示し、水平軸の中点から外側に延びる方向に沿って周波数が高くなる。また、図５（ｂ）〜図７（ｂ）の縦軸はＳ２１の対数表示［ｄＢ］であり、横軸は周波数のリニア表示［ＧＨｚ］である。【００７８】  また、図５〜図７において、実線は、図２に示す２端子回路１０をネットワークアナライザ４０で測定した実測値を示し、破線は、２端子回路１０を電磁界シミュレーションで計算した理論値を示す。【００７９】  まず図５において実線と破線を比べると、本実施形態の測定方法による測定結果はシミュレーション結果とほぼ一致していることが判る。一方、図６では、実線が破線から大きく逸脱しており、図１７に示した従来の測定方法は大きな測定誤差をもたらすことを意味している。また、図７では、図６のものより測定誤差が比較的小さいが、図７（ａ）のスミスチャートにおいて多数の極が発生しており、これは追加したダミー金属板７６，７７の寄生インピーダンスに起因するものと推測される。【００８０】  図８Ａは、被測定デバイスとして２端子回路の他の例を示す斜視図であり、図８Ｂは信号ストリップライン１３の長手方向に沿った断面図であり、図８Ｃはグランドパターン１２の形状を示す底面図である。２端子回路１０ａは、誘電体材料からなる電気絶縁性の基板１１と、基板１１の下面に設けられたグランドパターン１２と、基板１１の上面に設けられた信号ストリップライン１３とを備える。端子２１ａは信号ストリップライン１３の一端に接続され、端子２１ｂはグランドパターン１２の一端に接続される。端子２２ａは信号ストリップライン１３の他端に接続され、端子２２ｂはグランドパターン１２の他端に接続される。【００８１】  図８Ｃに示すように、グランドパターン１２は、信号ストリップライン１３と交���するスリット１２ｂによって、２つのグランドパターン１２に分断され、両者はスリット１２ｂの静電容量だけで結合し、直流の導通は完全に遮断されており、極めて弱いグランドを実現している。【００８２】  こうした分離グランドを有する２端子回路１０ａであっても、図１と同様な測定方法を適用することによって、電気回路パラメータの測定が可能になる。【００８３】  図９は、本実施形態の測定方法による測定結果の一例を示し、図１０は、図１７に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示し、図１１は、図１９に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示す。図９（ａ）〜図１１（ａ）はＳ１１をスミスチャート上で示したグラフであり、図９（ｂ）〜図１１（ｂ）はＳ２１の周波数特性を示すグラフである。スミスチャートおよび周波数特性の表示形式は、図５〜図７と同様である。【００８４】  図９〜図１１において、実線は、図８に示す２端子回路１０ａをネットワークアナライザ４０で測定した実測値を示し、破線は、２端子回路１０ａを電磁界シミュレーションで計算した理論値を示す。【００８５】  まず図９において実線と破線を比べると、本実施形態の測定方法による測定結果はシミュレーション結果とほぼ一致していることが判る。なお、グランドパターンの直流分離によって、約０．３ＧＨｚ以下の周波数が遮断されていることが判る。【００８６】  一方、図１０では、実線が破線から大きく逸脱しており、特に、約０．３ＧＨｚ以下の周波数が遮断されておらず、測定電流の出力側リークが測定結果に大きく影響している。さらに、約０．５ＧＨｚ、約１．４ＧＨｚ、約１．５ＧＨｚ近傍での直列共振ピークや、約１．６ＧＨｚ近傍の並列共振ピークが発生しており、図１７に示した従来の測定方法は大きな測定誤差をもたらすことを意味している。【００８７】  また、図１１では、図１０のものより測定誤差が比較的小さいが、図１１（ａ）のスミスチャートにおいて多数の極が発生しており、図７（ａ）と同様に、追加したダミー金属板７６，７７の寄生インピーダンスに起因するものと推測される。【００８８】  このように本実施形態の測定方法は、測定電流が出力側にリークしないことから、被測定デバイスが弱いグランドを有する場合でも、高精度の測定を実現することができる。また、特別な測定治具やダミーグランドなどが不要であり、比較的安価な２端子用ベクトルネットワークアナライザを用いて測定可能であることから、測定コストを削減できる。【００８９】  なお、以上の説明において、２端子回路の終端条件を開放終端条件、短絡終端条件、無反射終端条件の順で変更しながら各反射特性を計測した例を示したが、終端条件の変更は順不同であり、３つの反射特性α１，α２，α３が得られれば足りる。【００９０】  また、終端素子３１〜３３の終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、無限大、ゼロ、特性インピーダンスの組合せを用いた例を示したが、互いに異なる有限のインピーダンスであれば、連立方程式の計算によって電気回路パラメータを算出できる。特に、無限大、ゼロのインピーダンスを有する終端素子３１については、外部からの電磁的ノイズの影響を受けやすく、また、自分自身も電磁的な放射を起こしてしまいやすいこ���から、有限のインピーダンスを有する終端素子に代替することが好ましい。【００９１】  なお、終端素子３１〜３３の終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３が、実数部の抵抗値だけで表される場合、式（４）〜（６）での負荷ＺＬに実数の抵抗値を代入することによって連立方程式の計算が可能になる。特に、終端素子として小さなチップ部品を用いることにより、携帯電話など小型電子機器内の電気回路の測定も容易に行えるようになる。【００９２】  なお、終端素子３１〜３３の終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、無限大、ゼロ、特性インピーダンスの組合せを用いたが、実際には、完全に無限大、ゼロ、特性インピーダンスの値のインピーダンスを有する終端器を作ることは困難である。従って、より高精度の測定値を得るには、それらの終端素子のインピーダンスを複素数として、正確に測定しておき、ＺＬの値として用いることが好ましい。また、これにより、逆に、精度の低い終端器、例えば、市販のチップ部品を用いた場合でも高精度の測定が可能となり、測定に掛かるコストを低減することが可能となる。【００９３】  また、２端子回路の場合、回路の可逆性により、３つの未知数を決定するために３個の終端条件で計測すれば足りるが、４個以上の終端条件で計測して、フィッティング演算などの適用によって測定精度を向上させることも可能である。【００９４】（実施の形態２）
図１２は、本発明の第２実施形態を示すブロック図である。ここでは、被測定デバイス（ＤＵＴ）として、一対の端子２１ａ，２１ｂと、一対の端子２２ａ，２２ｂと、一対の端子２３ａ，２３ｂとを有する３端子回路１０ｂを用いている。【００９５】  ３端子回路１０ｂの端子２１ａ，２１ｂは、同軸ケーブルなどの信号ケーブル４１を経由してネットワークアナライザ４０と接続される。一方、端子２２ａ，２２ｂには、所定のインピーダンスを有する終端素子３４が選択的に接続される。端子２３ａ，２３ｂには、所定のインピーダンスを有する終端素子３５が選択的に接続される。終端素子３４，３５は、図１と同様に、無限大のインピーダンス、ゼロのインピーダンス、３端子回路１０ｂの特性インピーダンスＺ０、または他の有限のインピーダンスを有するものである。なお、端子２１ｂは、グランド電位に維持するために接地している。【００９６】  ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）４０は、基準信号を被測定デバイスに供給して、被測定デバイスから反射した信号の振幅および位相を計測し、被測定デバイスの線路特性や、Ｓパラメータなどの電気回路パラメータを測定する。【００９７】  図１３Ａは３端子回路１０ｂの一例を示す斜視図であり、図１３Ｂは信号ストリップライン１３の長手方向に沿った断面図であり、図１３Ｃはグランドパターン１２の形状を示す底面図である。３端子回路１０ｂは、誘電体材料からなる電気絶縁性の基板１１と、基板１１の下面に設けられたグランドパターン１２と、基板１１の上面に設けられた信号ストリップライン１３と、信号ストリップライン１３の途中から側方に分岐した信号ストリップライン１４を備える。端子２１ａは信号ストリップライン１３の一端に接続され、端子２１ｂはグランドパターン１２の一端に接続される。端子２２ａは信号ストリップライン１３の他端に接続され、端子２２ｂはグランドパターン１２の他端に接続される。端子２３ａは信号ストリップライン１４の端部に接続され、端子２３ｂは、端子２３ａに近接したグランドパターン１２に接続される。【００９８】  図１３Ｃに示すように、グランドパターン１２には信号ストリップライン１３と交差するようにスリット１２ｃが形成され、いわゆる弱いグランドを構成している。【００９９】  次に、電気回路パラメータの測定手法について説明する。図１２に示すように、端子２１ａでの入射波および反射波の各振幅をそれぞれａ１，ｂ１とし、端子２２ａでの入射波および反射波の各振幅をそれぞれａ２，ｂ２とし、端子２３ａでの入射波および反射波の各振幅をそれぞれａ３，ｂ３とする。３端子回路１０ｂのＳパラメータは、３×３行列で表現でき、入射波および反射波の関係は、式（１１）で表される。【０１００】
【数６】
2005111635.tif 000007
【０１０１】  ３端子回路１０ｂがパッシブ素子で構成され、増幅素子などのアクティブ素子を含まない場合、回路の可逆性より、式（１２）が成り立つ。【０１０２】
【数７】
2005111635.tif 000008
【０１０３】  従って、決定すべき未知数は、Ｓ行列の６つの要素（Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３）である。そこで、終端素子３４の終端インピーダンスＺＡと終端素子３５の終端インピーダンスＺＢの組合せの中から６通りの組合せを適宜選択しながら、図１と同様にして、これらの終端条件に対応した６個の反射特性をそれぞれ計測する。例えば、終端素子３４，３５の終端条件として、（ＺＡ，ＺＢ）＝（Ｚ０，無限大）（Ｚ０，ゼロ）（無限大，Ｚ０）（ゼロ，Ｚ０）（Ｚ０，Ｚ０）（ゼロ，ゼロ）という６個の組合せが可能である。なお、これに限定されず、その他の組合せでも構わない。【０１０４】  上述と同様にして、これら６個の終端条件とこれに対応した６個の反射特性を式（１２）に代入すると、計６個の連立方程式が得られ、これらの連立方程式を解くことによって、３端子回路１０ｂの３×３行列からなるＳパラメータを算出することができる。また、こうして得られたＳパラメータは、所定の変換式を用いて他の電気回路パラメータ、例えばＨパラメータ、Ｙパラメータ、Ｚパラメータなどに換算できる。【０１０５】  このように３端子回路の電気回路パラメータを測定する場合、従来は、非常に高価な６端子用ベクトルネットワークアナライザが必要であったが、本実施形態では、比較的安価な２端子用ベクトルネットワークアナライザを用いて測定可能であることから、測定コストを削減できる。【０１０６】  以上の説明では、３端子回路の測定方法について示したが、Ｎ端子回路（Ｎは２以上の整数）に一般化した場合にも、本発明は適用可能である。以下詳説すると、Ｎ端子回路におけるＳパラメータはＮ×Ｎ行列で表現され、入射波および反射波の関係は、式（１３）で表される。【０１０７】
【数８】
2005111635.tif 000009
【０１０８】  Ｎ端子回路がパッシブ素子で構成される場合、回路の可逆性より、決定すべき未知数は、Ｎ×Ｎ行列のうち（１＋２＋・・・・＋Ｎ）＝Ｎ（Ｎ＋１）／２個の要素である。【０１０９】  そこで、Ｎ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に関してＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測する。そして、これらＮ（Ｎ＋１）／２個の終端条件とこれに対応したＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性を式（１３）に代入すると、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の連立方程式が得られ、これらの連立方程式を解くことによって、Ｎ端子回路のＮ×Ｎ行列からなるＳパラメータを算出することができる。また、こうして得られたＳパラメータは、所定の変換式を用いて他の電気回路パラメータ、例えばＨパラメータ、Ｙパラメータ、Ｚパラメータなどに換算できる。【０１１０】  このように、例えば、ＬＳＩ等からの出力が複数に分岐している場合や、電源も含めて電気回路の測定する場合、端子数は増えてしまい、従来の測定手法では困難であるが、本実施形態の測定手法を適用することによって高精度の電気回路パラメータを算出することができる。【０１１１】（実施の形態３）
図１４は、本発明の第３実施形態を示すブロック図である。ここでは、被測定デバイス（ＤＵＴ）として、図１と同様に、一対の端子２１ａ，２１ｂと、一対の端子２２ａ，２２ｂとを有する２端子回路１０を用いているが、両方の端子を測定端子として使用している点で相違する。【０１１２】  図１４（ａ）において、２端子回路１０の端子２１ａ，２１ｂは、図１と同様に、同軸ケーブルなどの信号ケーブル４１を経由してネットワークアナライザ４０と接続される。一方、端子２２ａ，２２ｂには、所定のインピーダンスを有する終端素子３４が選択的に接続される。終端素子３４は、無限大のインピーダンス、ゼロのインピーダンス、２端子回路１０の特性インピーダンスＺ０、または他の有限のインピーダンスを有するものである。なお、端子２１ｂは、グランド電位に維持するために接地される。【０１１３】  まず、端子２２ａ，２２ｂに、例えば、ゼロのインピーダンスを有する終端素子３４を接続して、短絡終端条件に設定する。この状態で、ネットワークアナライザ４０から基準信号を端子２１ａ，２１ｂに供給し、端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α４を計測する。【０１１４】  次に、端子２２ａ，２２ｂに、例えば、２端子回路１０の特性インピーダンスＺ０を有する終端素子３４を接続して、無反射終端条件に設定する。この状態で、ネットワークアナライザ４０から基準信号を端子２１ａ，２１ｂに供給し、端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α５を計測する。【０１１５】  次に、図１４（ｂ）に示すように、端子２１ａ，２１ｂに、例えば、２端子回路１０の特性インピーダンスＺ０を有する終端素子３４を接続して、無反射終端条件に設定する。この状態で、ネットワークアナライザ４０から基準信号を端子２２ａ，２２ｂに供給し、端子２２ａ，２２ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α６を計測する。【０１１６】  こうして得られた反射特性α４，α５，α６に基づいて、２端子回路１０のＳパラメータを算出する。図１４に示すように、端子２１ａでの入射波および反射波の各振幅をそれぞれａ１，ｂ１とし、端子２２ａでの入射波および反射波の各振幅をそれぞれａ２，ｂ２とする。２端子回路１０のＳパラメータは、上述した式（１）と同様に、２×２行列で表現でき、入射波および反射波の関係も上述した式（２）で表され、各端子の終端条件とこれに対応した反射特性α４，α５，α６を用いて、上述した式（４）〜（６）と同様に、下記の式（１４）〜（１６）が得られる。【０１１７】
【数９】
2005111635.tif 000010
【０１１８】  ２端子回路１０がパッシブ素子で構成される場合、回路の可逆性より、Ｓ２１＝Ｓ２１が成り立つ。従って、３つの未知数に対して、３つの連立方程式が得られるため、連立方程式を解くことが可能になり、２端子回路１０のＳパラメータを算出することができる。こうして得られた２端子回路１０のＳパラメータは、所定の変換式を用いて他の電気回路パラメータ、例えばＨパラメータ、Ｙパラメータ、Ｚパラメータなどに換算できる。【０１１９】  なお、以上の説明において、２端子回路の終端条件を短絡終端条件、短絡終端条件、無反射終端条件の順で変更しながら各反射特性を計測した例を示したが、終端条件の変更は順不同であり、終端する端子も任意であり、３つの反射特性が得られれば足りる。【０１２０】  また、終端素子３４の終端インピーダンスは、ゼロと特性インピーダンスＺ０の組合せを用いた例を示したが、互いに異なる有限のインピーダンスであれば、連立方程式の計算によって電気回路パラメータを算出できる。【０１２１】  なお、終端素子３４の終端インピーダンスが、実数部の抵抗値だけで表される場合、実数の抵抗値を代入することによって連立方程式の計算が可能になる。【０１２２】  なお、終端素子３４の終端インピーダンスとして、ゼロや無限大を用いずに、有限の抵抗値を有する抵抗器を用いた方が、より精度よく測定できる場合もある。これは、ゼロや無限大の終端インピーダンスで終端することで、線路がアンテナのように振る舞い、電磁界の放射が発生し、測定に影響を及ぼしたり、また、外来の電磁的ノイズを受けたりすることがあるためである。この場合、例えば、終端器として、１０Ω、１００Ω等の抵抗器を用いる。また、終端器として、抵抗器を用いる場合、より好ましくは、抵抗器の本来の特性を複素数で予め抽出しておく方がよい。例えば、抵抗器として、安価なチップ抵抗を用いると、その実際の抵抗値は実数のみではなく、誘導性、容量性を有する複素数となる。これは、チップ抵抗に寄生する不要なインピーダンスに起因し、その値を予め抽出しておいて、演算に加えるのが好ましい。なお、これらは、他の実施の形態においても同様のことが言える。【０１２３】  また、２端子回路の場合、回路の可逆性により、３つの未知数を決定するために３個の終端条件で計測すれば足りるが、４個以上の終端条件で計測して、フィッティング演算などの適用によって測定精度を向上させることも可能である。【０１２４】  測定端子および終端端子の任意性は、Ｎ端子回路（Ｎは２以上の整数）に一般化した場合にも成立する。Ｎ端子回路がパッシブ素子で構成される場合、回路の可逆性より、決定すべき未知数は、Ｎ×Ｎ行列のうち（１＋２＋・・・・＋Ｎ）＝Ｎ（Ｎ＋１）／２個の要素である。【０１２５】  従って、Ｎ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に関してＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測する。そして、これらＮ（Ｎ＋１）／２個の終端条件とこれに対応したＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性を用いると、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の連立方程式が得られ、これらの連立方程式を解くことによって、Ｎ端子回路のＮ×Ｎ行列からなるＳパラメータを算出することができる。【０１２６】  以上の各実施形態では、主に測定対象を伝送線路としたが、測定対象を電源−グランドを含む電気回路としても構わない。例えば、電源−グランド間に端子を置くことで、電源−グランドのＳパラメータの測定が行うことができる。また、バイバスコンデンサが付加された状態で測定を行うことで、バイバスコンデンサの効果を測定により評価することが可能となる。【０１２７】（実施の形態４）
図１５Ａは、被測定デバイスとして２端子回路の他の例を示す斜視図であり、図１５Ｂはその底面図である。２端子回路１０ｃは、誘電体材料からなる電気絶縁性の基板１１と、基板１１の下面に設けられたグランドパターン１２と、基板１１の上面に互いに平行に設けられた２本の信号ストリップライン１３ａ，１３ｂとを備えており、２本の信号ラインと共通グランドを有する差動伝送経路を構成している。【０１２８】  端子２１ａは信号ストリップライン１３ａの一端に接続され、端子２１ｂは信号ストリップライン１３ｂの一端に接続される。端子２２ａは信号ストリップライン１３ａの他端に接続され、端子２２ｂは信号ストリップライン１３ｂの他端に接続される。【０１２９】  このような差動伝送線路は、従来、図１９に示したような４端子測定方法を使用したり、図２１に示したように４端子回路の入出力側にバランをそれぞれ配置することによって、４本の非平衡信号を２本の平衡信号に変換してから、２端子測定方法を使用している。【０１３０】  本発明の測定手法では、測定端子は１つで足りるため、比較的安価な２端子用ベクトルネットワークアナライザを用いることができ、低コストでの測定が可能となる。また、測定に際しては、通常、ベクトルネットワークアナライザとつなぐ端子に別途測定用のケーブル、例えば、セミリジッドケーブル等を接続する必要があるが、本発明の測定方法を用いると、最低１つセミリジッドケーブルを接続するだけでよく、簡易に測定が可能である。また、バランを用いて２ｐｏｒｔで測定する場合と比較しても、バランの影響のない高精度の測定が可能となる。なお、バランの電気的特性を予め測定しておいて、シミュレーション上で、除去するという手法もあるが、これは、バランと被測定デバイスとの接続部の影響等も含めて、バランの電気的特性を正確に抽出することが困難であるため、結果として、精度の高い測定が困難となる。また、バランを用いた場合には、結局、２ｐｏｒｔで測定しているため、前記の電流経路の課題が発現してしまい、弱いグランドを有する回路においては、測定誤差を有した結果が得られることになる。【０１３１】（実施の形態５）
図１６は、本発明に係る電気回路パラメータの測定装置の一例を示すブロック図である。ベクトルネットワークアナライザ４０は、基準信号発生器４５と、インピーダンス変換器４６と、信号ケーブル４１と、方向性結合器４７と、ヘテロダイン検波器４８と、Ａ／Ｄ変換器４９と、演算部５０と、メモリ５１と、表示部５２と、操作部５３などで構成される。【０１３２】  基準信号発生器４５は、ＶＣＯ（電圧制御発振器）などで構成され、演算部５０からの制御信号に応じて、所望の周波数および所望の振幅を有する基準信号を発生する。インピーダンス変換器４６は、基準信号発生器４５からの基準信号を増幅し、所定の特性インピーダンス、例えば５０Ωの伝送信号に変換して、信号ケーブル４１へ出力する。信号ケーブル４１は、同軸ケーブルなどで構成され、インピーダンス変換器４６からの基準信号を被測定デバイス（ＤＵＴ）へ供給する。【０１３３】  方向性結合器４７は、被測定デバイスから反射した信号を信号ケーブル４１から分岐する。ヘテロダイン検波器４８は、方向性結合器４７からの反射信号と基準信号発生器４５からの基準信号との比較によって、基準信号に対する反射信号の振幅変化および位相変化を検出する。Ａ／Ｄ変換器４９は、ヘテロダイン検波器４８からの出力信号をデジタル信号に変換して、演算部５０へ供給する。【０１３４】  演算部５０は、マイクロプロセッサなどで構成され、予め設定されたプログラムに従って所望の演算処理や信号制御を行う。メモリ５１は、プログラムや各種データを格納する。【０１３５】  表示部５２は、液晶パネルやＬＥＤアレイなどで構成され、演算部５０からの表示信号を使用者に表示する。操作部５３は、操作スイッチや操作ボタンなどで構成され、使用者の操作内容を演算部５０へ出力する。【０１３６】  ここでは、被測定デバイスとして、図１に示した２端子回路１０を用いた例を示すが、上述のような他の２端子回路、３端子回路、Ｎ端子回路を用いることも可能である。【０１３７】  次に、動作を説明する。まず、使用者が測定開始を指示すると、演算部５０は、表示部５２に「開放終端条件に設定して下さい。」のメッセージを表示する。使用者は、２端子回路１０の端子２２ａ，２２ｂに無限大のインピーダンスを有する終端素子３４を接続して、開放終端条件に設定した後、設定完了を操作スイッチ等で指示する。この開放状態で、ネットワークアナライザ４０は基準信号を信号ケーブル４１を介して端子２１ａ，２１ｂに供給し、ヘテロダイン検波器４８は端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α１を計測する。この計測値は、デジタルデータとしてメモリ５１に格納される。【０１３８】  次に、演算部５０は、表示部５２に「短絡終端条件に設定して下さい。」のメッセージを表示する。使用者は、２端子回路１０の端子２２ａ，２２ｂにゼロのインピーダンスを有する終端素子３４を接続して、短絡終端条件に設定した後、設定完了を操作スイッチ等で指示する。この短絡状態で、ネットワークアナライザ４０は基準信号を信号ケーブル４１を介して端子２１ａ，２１ｂに供給し、ヘテロダイン検波器４８は端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α２を計測する。この計測値は、デ���タルデータとしてメモリ５１に格納される。【０１３９】  次に、演算部５０は、表示部５２に「無反射終端条件に設定して下さい。」のメッセージを表示する。使用者は、２端子回路１０の端子２２ａ，２２ｂに特性インピーダンスＺ０を有する終端素子３４を接続して、無反射終端条件に設定した後、設定完了を操作スイッチ等で指示する。この無反射状態で、ネットワークアナライザ４０は基準信号を信号ケーブル４１を介して端子２１ａ，２１ｂに供給し、ヘテロダイン検波器４８は端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α３を計測する。この計測値は、デジタルデータとしてメモリ５１に格納される。【０１４０】  演算部５０は、こうして得られた反射特性α１，α２，α３に基づいて、上述したような連立方程式を解いて、２端子回路１０のＳパラメータを算出することができる。これらの演算結果は、表示部５２に表示したり、プリンタ（不図示）で印刷したり、ローカルエリアネットワーク等を通じて外部に送信される。【０１４１】  なお、終端素子３４として、内部に電気的な切り替えスイッチを有し、３種の終端器を自動で切り替えられるようにすることで、以上の工程を自動で行うことが可能となる。ここで、電気的な切り替えスイッチは、例えば、ＰＩＮダイオードやガリウム砒素等の材料で構成されるＦＥＴスイッチを用いればよい。【０１４２】  また、この場合、終端素子３４を測定装置に内蔵することで、測定系を更に、簡易にすることが可能となる。この場合、測定装置は、測定端子と終端用端子の少なくとも２端子を有することになる。但し、この場合、測定端子につながるグランドと、終端用端子につながるグランドは、電気的に分離しておく必要がある。【０１４３】  また、測定器の端子が、測定端子と終端用端子の役割を、切り替えて両方担えるようにしておけば、任意のポートの測定が、ケーブルのつなぎ代えなしで行えるようになる。但し、この場合も同様に、測定用のグランドと終端用のグランドとを電気的に分離しておく必要がある。また、切り替えは、前記した電気的な切り替えスイッチを用いれば良い。【０１４４】  なお、以上説明した測定装置において、終端素子３４と被測定デバイスとを直接接続できない場合は、ケーブル等を介して接続するが、この場合、ケーブルのインピーダンスも含めて演算すれば良い。例えば、測定器に終端素子３４を内蔵する場合は、このケースに相当する。【０１４５】  以上の説明では、図１に示した２端子回路１０を用いた例を示したが、Ｎ端子回路（Ｎは２以上の整数）に一般化した場合にも同様に適用可能である。Ｎ端子回路におけるＳパラメータはＮ×Ｎ行列で表現される。【０１４６】  そこで、Ｎ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に関してＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測した結果をメモリ５１に格納する。そして、演算部５０は、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の終端条件とこれに対応したＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性に基づいて、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の連立方程式が得られ、これらの連立方程式を解くことによって、Ｎ端子回路のＮ×Ｎ行列からなるＳパラメータを算出することができる。また、こうして得られたＳパラメータは、所定の変換式を用いて他の電気回路パラメータ、例えばＨパラメータ、Ｙパラメータ、Ｚパラメータなどに換算できる。【０１４７】  このように被測定デバイスがＮ端子回路であっても測定端子は１つで足りるため、ネットワークアナライザ４０の構成を簡素化でき、測定コストを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】  本発明は、弱いグランドを有する被測定デバイスであっても、高精度で簡易に低コストでＳパラメータ、Ｚパラメータ等の電気回路パラメータを測定できる点で、産業上極めて有用である。
【図１】
2005111635.tif 000011
【図２】
2005111635.tif 000012
【図３Ａ】
2005111635.tif 000013
【図３Ｂ】
2005111635.tif 000014
【図３Ｃ】
2005111635.tif 000015
【図４】
2005111635.tif 000016
【図５】
2005111635.tif 000017
【図６】
2005111635.tif 000018
【図７】
2005111635.tif 000019
【図８Ａ】
2005111635.tif 000020
【図８Ｂ】
2005111635.tif 000021
【図８Ｃ】
2005111635.tif 000022
【図９】
2005111635.tif 000023
【図１０】
2005111635.tif 000024
【図１１】
2005111635.tif 000025
【図１２】
2005111635.tif 000026
【図１３Ａ】
2005111635.tif 000027
【図１３Ｂ】
2005111635.tif 000028
【図１３Ｃ】
2005111635.tif 000029
【図１４】
2005111635.tif 000030
【図１５Ａ】
2005111635.tif 000031
【図１５Ｂ】
2005111635.tif 000032
【図１６】
2005111635.tif 000033
【図１７】
2005111635.tif 000034
【図１８Ａ】
2005111635.tif 000035
【図１８Ｂ】
2005111635.tif 000036
【図１９】
2005111635.tif 000037
【図２０Ａ】
2005111635.tif 000038
【図２０Ｂ】
2005111635.tif 000039
【図２１】
2005111635.tif 000040
【図２２】
2005111635.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月18日(2005.10.18)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】（補正後）第１端子および第２端子を有する２端子回路網の電気回路パラメータを測定する方法であって、
第１端子および第２端子のいずれか一方を終端インピーダンスＺ１で終端した状態で、他方の端子に校正済みの測定端子を接続し、反射特性α１を計測するステップと、
第１端子および第２端子のいずれか一方を、終端インピーダンスＺ１と異なる終端インピーダンスＺ２で終端した状態で、他方の端子に校正済みの測定端子を接続し、反射特性α２を計測するステップと、
第１端子および第２端子のいずれか一方を、終端インピーダンスＺ１，Ｚ２と異なる終端インピーダンスＺ３で終端した状態で、他方の端子に校正済みの測定端子を接続し、反射特性α３を計測するステップと、
得られた各反射特性α１，α２，α３に基づいて、被測定回路網である２端子回路網の電気回路パラメータを算出するステップとを含むことを特徴とする電気回路パラメータの測定方法。
【請求項２】終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、無限大、ゼロ、および特性インピーダンスのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項３】終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３のうち２つ以上は、抵抗器終端で構成されることを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項４】抵抗器終端に用いる終端器の虚数部分のインピーダンスを補正する演算ステップを含むことを特徴とする請求項３記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項５】第１端子を特性インピーダンスの終端器で終端し、第２端子の反射特性を測定するステップと、
第２端子を特性インピーダンスの終端器で終端し、第１端子の反射特性を測定するステップとを含むことを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項６】（補正後）第１端子から第Ｎ端子を有するＮ端子回路網（Ｎは２以上の整数）の電気回路パラメータを測定する方法であって、
Ｎ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に校正済みの測定端子を接続し、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測するステップと、
得られた各反射特性に基づいて、被測定回路網であるＮ端子回路網の電気回路パラメータを算出するステップとを含むことを特徴とする電気回路パラメータの測定方法。
【請求項７】任意の（Ｎ−１）個の各端子は、無限大、ゼロ、および特性インピーダンスのいずれかの終端インピーダンスで終端することを特徴とする請求項６記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項８】任意の（Ｎ−１）個の各端子を終端する終端器が、特性インピーダンス以外の抵抗値を持つ抵抗器を含むことを特徴とする請求項６記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項９】終端器として用いる終端器の虚数部分のインピーダンスを補正する演算ステップを含むことを特徴とする請求項８記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１０】電気回路パラメータとして、Ｓパラメータを算出することを特徴とする請求項１または６記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１１】２端子回路網は、電気絶縁性の基板と、基板の第１主面に設けられた第１線路と、基板の第２主面に設けられた第２線路とを含み、
第１線路および第２線路の一端を第１端子、第１線路および第２線路の他端を第２端子として測定することを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１２】第１線路および第２線路の少なくとも一方は、線路の途中で、部分的に欠損し、または直流的に分離していることを特徴とする請求項１１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１３】第１線路および第２線路の一方は電源であり、他方はグランドであることを特徴とする請求項１１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１４】電源とグランドの間に、コンデンサが接続されていることを特徴とする請求項１３記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１５】電気絶縁性の基板と、基板の第１主面に設けられた第１線路と、基板の第２主面に設けられた第２線路および第３線路とを含む回路網において、
第２線路および第３線路の一端を第１端子、第２線路および第３線路の他端を第２端子として測定することを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１６】（補正後）第１端子から第Ｎ端子を有するＮ端子回路網（Ｎは２以上の整数）の電気回路パラメータを測定する装置であって、
所定の周波数および所定の振幅を有する基準信号を発生する基準信号発生器と、
基準信号をＮ端子回路網へ供給するための信号ケーブルと、
信号ケーブルを通じて、Ｎ端子回路網から反射した信号の反射特性を計測するための反射特性計測部と、
反射特性計測部での計測値を格納するためのメモリと、
メモリに格納した計測値を演算するための演算部とを備え、
Ｎ端子回路網のＮ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に校正済みの測定端子を接続し、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測した結果をメモリに格納し、
演算部は、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の計測値に基づいて、被測定回路網であるＮ端子回路網の電気回路パラメータを算出することを特徴とする電気回路パラメータの測定装置。
【請求項１７】任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件を電気的なスイッチにより切り替えて、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させることを特徴とする請求項１６記載の電気回路パラメータの測定装置。
３３
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月28日(2006.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子および第２端子を有する２端子回路網の電気回路パラメータを測定する方法であって、
第１端子および第２端子のいずれか一方を終端インピーダンスＺ１で終端した状態で、他方の端子に校正済みの測定端子を接続し、反射特性α１を計測するステップと、
第１端子および第２端子のいずれか一方を、終端インピーダンスＺ１と異なる終端インピーダンスＺ２で終端した状態で、他方の端子に校正済みの測定端子を接続し、反射特性α２を計測するステップと、
第１端子および第２端子のいずれか一方を、終端インピーダンスＺ１，Ｚ２と異なる終端インピーダンスＺ３で終端した状態で、他方の端子に校正済みの測定端子を接続し、反射特性α３を計測するステップと、
得られた各反射特性α１，α２，α３に基づいて、被測定回路網である２端子回路網の電気回路パラメータを算出するステップとを含むことを特徴とする電気回路パラメータの測定方法。
【請求項２】
終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、無限大、ゼロ、および特性インピーダンスのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項３】
終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３のうち２つ以上は、抵抗器終端で構成されることを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項４】
抵抗器終端に用いる終端器の虚数部分のインピーダンスを補正する演算ステップを含むことを特徴とする請求項３記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項５】
第１端子を特性インピーダンスの終端器で終端し、第２端子の反射特性を測定するステップと、
第２端子を特性インピーダンスの終端器で終端し、第１端子の反射特性を測定するステップとを含むことを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項６】
第１端子から第Ｎ端子を有するＮ端子回路網（Ｎは２以上の整数）の電気回路パラメータを測定する方法であって、
Ｎ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に校正済みの測定端子を接続し、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測するステップと、
得られた各反射特性に基づいて、被測定回路網であるＮ端子回路網の電気回路パラメータを算出するステップとを含むことを特徴とする電気回路パラメータの測定方法。
【請求項７】
任意の（Ｎ−１）個の各端子は、無限大、ゼロ、および特性インピーダンスのいずれかの終端インピーダンスで終端することを特徴とする請求項６記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項８】
任意の（Ｎ−１）個の各端子を終端する終端器が、特性インピーダンス以外の抵抗値を持つ抵抗器を含むことを特徴とする請求項６記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項９】
終端器として用いる終端器の虚数部分のインピーダンスを補正する演算ステップを含むことを特徴とする請求項８記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１０】
電気回路パラメータとして、Ｓパラメータを算出することを特徴とする請求項１または６記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１１】
２端子回路網は、電気絶縁性の基板と、基板の第１主面に設けられた第１線路と、基板の第２主面に設けられた第２線路とを含み、
第１線路および第２線路の一端を第１端子、第１線路および第２線路の他端を第２端子として測定することを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１２】
第１線路および第２線路の少なくとも一方は、線路の途中で、部分的に欠損し、または直流的に分離していることを特徴とする請求項１１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１３】
第１線路および第２線路の一方は電源であり、他方はグランドであることを特徴とする請求項１１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１４】
電源とグランドの間に、コンデンサが接続されていることを特徴とする請求項１３記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１５】
電気絶縁性の基板と、基板の第１主面に設けられた第１線路と、基板の第２主面に設けられた第２線路および第３線路とを含む回路網において、
第２線路および第３線路の一端を第１端子、第２線路および第３線路の他端を第２端子として測定することを特徴とする請求項１記載の電気回路パラメータの測定方法。
【請求項１６】
第１端子から第Ｎ端子を有するＮ端子回路網（Ｎは２以上の整数）の電気回路パラメータを測定する装置であって、
所定の周波数および所定の振幅を有する基準信号を発生する基準信号発生器と、
基準信号をＮ端子回路網へ供給するための信号ケーブルと、
信号ケーブルを通じて、Ｎ端子回路網から反射した信号の反射特性を計測するための反射特性計測部と、
反射特性計測部での計測値を格納するためのメモリと、
メモリに格納した計測値を演算するための演算部とを備え、
Ｎ端子回路網のＮ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に校正済みの測定端子を接続し、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測した結果をメモリに格納し、
演算部は、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の計測値に基づいて、被測定回路網であるＮ端子回路網の電気回路パラメータを算出することを特徴とする電気回路パラメータの測定装置。
【請求項１７】
任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件を電気的なスイッチにより切り替えて、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させることを特徴とする請求項１６記載の電気回路パラメータの測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の入出力端子を有するＮ端子回路網（Ｎは２以上の整数）の電気回路パラメータの測定によって、信号品質(ＳＩ:Signal Integrity)の評価、電源−グランドラインの品質(ＰＩ:Power Integrity)の評価、不要輻射(ＥＭＩ:Electromagnetic Interference)の評価などに資する電気回路パラメータの測定方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やノートパソコン、デジタルカメラ等に代表されるモバイル電子機器や、デジタルテレビ、ＤＶＤ(Digital Video  Disc)に代表されるデジタル家電機器は、その高性能化、多機能化が急速に進展しており、より高速な信号処理速度や信号伝送レートが要求されている。
【０００３】
高速なデジタル信号は、単純な配線設計だけでは伝送が困難であることから、信号品質（ＳＩ）の評価が重要となる。また、電源やグランド自体に高周波ノイズが重畳すると、ＬＳＩ等の電子部品の動作に悪影響を及ぼすことがあるため、電源−グランドラインの品質（ＰＩ）の評価も重要となる。また、設計したグランドが十分に強くなく、帰路電流のパスが確保できない場合は、信号ラインおよびグランドに同相の電流が流れて、不要輻射（ＥＭＩ）が発生し、テレビ・ラジオ等への電波障害や、他の電子機器の誤動作の原因となる。このようなＳＩ、ＰＩ、ＥＭＩの共通した課題は、ａ）信号の高速化に対する対策、ｂ）制約されたグランド設計に対する対策、などがある。
【０００４】
例えば、ＳＩに関して、配線に付随する寄生インピーダンスの影響や、電子部品への入力部やビアなどの配線の継ぎ目において起こる信号の反射などの影響は、低い伝送速度ではあまり問題視されなかったが、信号の高速化とともに重要となる。その対策として、面積の大きい強いグランドを設けて、インピーダンスを考慮した配線設計が考えられる。しかし、実際には、機器の小型化、高密度化、コスト削減（例えば、多層基板の層数削減）などの制約条件により、面積の大きい強いグランドを設けることは極めて困難である。
【０００５】
ＰＩに関しては、グランド・バウンスと呼ばれるグランドの電位が交流的に変化するといった現象が問題になる。この要因の一つは、電源−グランドラインが有限のインピーダンス（例えば、誘導性インピーダンス）を持ち、交流信号が流れた場合に電圧変動が発生するためである。有限のインピーダンスが誘導性で、その値をＬ、電流値をＩとすると、グランドの電位変動は、Ｌ×（ｄＩ／ｄｔ）で表せ、これは高速化、高周波化に伴い増大する。弱いグランドは、このインピーダンス値が大きいため、ＰＩ問題を助長することになる。
【０００６】
ＥＭＩについても、上述と同様に、その主要因は電流の帰路経路がうまく確保できないためで、グランドの強さ、周波数と密接な関係がある。
【０００７】
以上説明した、ＳＩ、ＰＩ、ＥＭＩを測定、評価しようとすると、弱いグランドを持った伝送線路、電源−グランドラインを高速、高周波において測定、評価をするための測定手法が必要である。
【０００８】
下記の特許文献１は、近傍電磁界測定技術に関するもので、電磁界プローブを電子部品や伝送線路に接近させて、弱いグランドを持った伝送線路、電源−グランド等を含む電気回路から放射されるＥＭＩの量を測定している。特に、電源−グランドラインに接近させた場合、間接的なＰＩ評価が可能である。
【０００９】
次に、伝送線路のインピーダンスを直接測定する手法が挙げられる。
【００１０】
図１７は、従来の電気回路パラメータの測定系の一例を示すブロック図である。ここでは、被測定デバイス（ＤＵＴ:Device Under Test）として、一対の入力端子７４ａ，７４ｂと、一対の出力端子７５ａ，７５ｂを有する２端子回路７０を用いている。
【００１１】
図１８Ａは、２端子回路７０の一例を示す斜視図であり、図１８Ｂは、信号ストリップライン７３の長手方向に沿った断面図である。２端子回路７０は、電気絶縁性の基板７１と、基板７１の下面に設けられたグランドパターン７２と、基板７１の上面に設けられた信号ストリップライン７３とを備える。入力端子７４ａは信号ストリップライン７３の一端に接続され、入力端子７４ｂはグランドパターン７２の一端に接続される。出力端子７５ａは信号ストリップライン７３の他端に接続され、出力端子７５ｂはグランドパターン７２の他端に接続される。
【００１２】
図１７に示すように、２端子回路７０の入力端子７４ａ，７４ｂは、信号ケーブル８１を経由してネットワークアナライザ８０と接続され、出力端子７５ａ，７５ｂは信号ケーブル８２を経由してネットワークアナライザ８０と接続される。入力端子７４ｂと出力端子７５ｂは、グランド電位に維持するために接地している。
【００１３】
ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ：Vector Network Analyzer）８０は、基準信号を被測定デバイスに供給して、被測定デバイスを通過した信号の振幅および位相ならびに被測定デバイスから反射した信号の振幅および位相を計測し、被測定デバイスの線路特性、例えばＳパラメータを測定する。ここでは、基準信号が信号ケーブル８１を介して入力端子７４ａ，７４ｂに供給された状態で、出力端子７５ａ，７５ｂから出力される２端子回路７０の通過信号を信号ケーブル８２を介して計測するとともに、入力端子７４ａ，７４ｂから戻る２端子回路７０の反射信号を信号ケーブル８１を介して計測することによって、２端子回路７０について２×２行列のＳパラメータが測定される。
【００１４】
図１９は、従来の電気回路パラメータの測定系の他の例を示すブロック図である。ここでは、被測定デバイス（ＤＵＴ）として、図１８に示した２端子回路７０での信号ストリップライン７３だけでなくグランドパターン７２も一種の信号線路とみなし、一対の入力端子７４ａ，７４ｃと、一対の入力端子７４ｂ，７４ｄと、一対の出力端子７５ａ，７５ｃと、一対の出力端子７５ｂ，７５ｄとを有する４端子回路７０ａとして測定している。
【００１５】
図２０Ａは、４端子回路７０ａの一例を示す斜視図であり、図２０Ｂは、信号ストリップライン７３の長手方向に沿った断面図である。４端子回路７０ａは、図１８に示した２端子回路７０に、２枚のダミー金属板７６，７７を追加して、基板７１の上方および下方にそれぞれ平行配置している。
【００１６】
入力端子７４ａは信号ストリップライン７３の一端に接続され、入力端子７４ｂはグランドパターン７２の一端に接続され、入力端子７４ｃ，７４ｄはダミー金属板７６，７７の一端にそれぞれ接続される。出力端子７５ａは信号ストリップライン７３の他端に接続され、出力端子７５ｂはグランドパターン７２の他端に接続され、出力端子７５ｃ，７５ｄはダミー金属板７６，７７の他端にそれぞれ接続される。
【００１７】
図１９に示すように、４端子回路７０ａの入力端子７４ａ，７４ｃは信号ケーブル８３を経由して、入力端子７４ｂ，７４ｄは信号ケーブル８４を経由して、出力端子７５ａ，７５ｃは信号ケーブル８５を経由して、出力端子７５ｂ，７５ｄは信号ケーブル８５を経由してネットワークアナライザ８０とそれぞれ接続される。従って、各信号ケーブル８３〜８６として同軸ケーブルを使用した場合、グランドパターン７２の入力端子７４ｂおよび出力端子７５ｂも芯線で接続している。入力端子７４ｃ，７４ｄと出力端子７５ｃ，７５ｄはグランド電位に維持するために接地している。
【００１８】
こうして被測定デバイスを４端子回路７０ａとして構成した場合、４×４行列のＳパラメータが測定される。
【００１９】
図２１は、４端子回路から２端子回路への変換回路の一例を示す回路図である。４端子回路７０ａの入力端子７４ａ，７４ｂに入力側のバラン８７を接続し、出力端子７５ａ，７５ｂに出力側のバラン８８を接続し、入力端子７４ｃ，７４ｄおよび出力端子７５ｃ，７５ｄは接地している。こうしたバラン８７，８８を入出力側にそれぞれ配置することによって、４本の非平衡信号を２本の平衡信号に変換できる。
【００２０】
こうした変換回路を、例えば、回路シミュレータ上で構成した場合、上述のような測定で得られた４端子回路７０ａの４×４行列のＳパラメータは、バラン８７，８８の入出力端子に関する２端子回路の２×２行列のＳパラメータに換算できる。また、実測する場合は、この変換回路を用いて４端子回路から２端子回路へ変換した状態で、ネットワークアナライザ等を用いて２端子回路のＳパラメータ測定を行うことも可能である。
【００２１】
【特許文献１】特許第３３９４２０２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
特許文献１のようなプローブを用いた電磁界測定手法では、空間的な広がりを持つ電界や磁界を観測するため、プローブと測定対象との距離に応じて測定値が変化するため、絶対値測定が困難である。また、プローブの寸法を大きくすると、高い感度が得られるが、プローブの平面的な分解能は低下してしまう。そのため、機器の小型化により、パターンが微細化すると、放射箇所を特定することが困難となる。
【００２３】
また、図１７のようなネットワークアナライザを用いた２端子回路測定は、比較的多く用いられる手法であるが、以下のような問題を我々は見出した。
【００２４】
図２２は、図１７の測定系における電流経路を示す説明図である。２端子回路７０のグランドパターン７２が充分に強化されている場合、信号ストリップライン７３を通過した電流は、破線で示すように、グランドパターン７２を経由して入力側に戻る。しかし、グランドパターン７２が弱い場合、二点鎖線で示すように、信号ストリップライン７３を通過した電流の一部が出力側にリークして、ネットワークアナライザ８０のグランドラインを通じて流れてしまい、その結果、入力側での信号反射特性に誤差が生じてしまう。
【００２５】
このように図１７の２端子回路測定手法は、理想的なグランドを有する被測定デバイスに対して有効であるが、弱いグランドを有する被測定デバイスでは、実際とは異なるＳパラメータを求めてしまうことになる。
【００２６】
また、図１９のようなネットワークアナライザを用いた４端子回路測定は、グランドとして機能するダミー金属板７６，７７を別途追加する必要があるため、測定治具が複雑になり、測定コスト、労力も増大する。また、ダミー金属板７６，７７とグランドパターン７２または信号ストリップライン７３との間に新たな寄生インピーダンスが生ずるため、測定誤差の要因となる。
【００２７】
このように従来の測定手法では、弱いグランドを有する被測定デバイスについて高精度な測定を実現することが困難である。
【００２８】
次にグランドの強弱について、高周波でよく用いられるマイクロストリップ線路を例に説明する。通常、マイクロストリップ線路で構成された伝送線路を設計する場合、グランド側は理想グランド、つまり、十分強いグランドとして設計する。例えば、特性インピーダンス５０Ωに設計する場合、伝送線路の往路側線路（グランドと対向した線路）の幅や誘電体の厚み、誘電率などを変える。
【００２９】
こうしたマイクロストリップ線路のグランドに、電流方向と交差する方向にスリットを形成すると、特性インピーダンスは５０Ωからずれることになる。これは、グランドが理想グランド（電圧変動のない電気導体）ではなくなったためで、言い換えると、強いグランドから、弱いグランドになったために起こった不具合である。理想グランドに近い強いグランドは、面積の大きい電気導体プレーンで実現できるが、実際の電子機器は有限の大きさを持っている。従って、グランドも有限となり、ある伝送線路に対しては、強いグランドが設けられているが、ある伝送線路に対しては、弱いグランドしかないといった状態が起こりうる。
【００３０】
弱いグランドの例としては、上述のスリットを有する構造だけではなく、伝送線路の往路側線路の幅Ｗｓに対して、グランドの幅Ｗｇが十分大きくない場合が挙げられる。例えば、Ｗｓ＞５×Ｗｇの場合では、グランドは弱いグランドとなってしまう。
【００３１】
このように、ある形状を有するグランドを理想グランドに置き換えた時、その回路の特性、例えば、特性インピーダンスやＳパラメータが変るような場合、そのグランドは弱いグランドであると判断することができる。
【００３２】
本発明の目的は、弱いグランドを有する被測定デバイスであっても、高精度で簡易に低コストでＳパラメータ、Ｚパラメータ等の電気回路パラメータを測定できる電気回路パラメータの測定方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
上記目的を達成するために、本発明に係る電気回路パラメータの測定方法は、第１端子および第２端子を有する２端子回路網の電気回路パラメータを測定する方法であって、
第１端子および第２端子のいずれか一方を終端インピーダンスＺ１で終端した状態で、他方の端子に校正済みの測定端子を接続し、反射特性α１を計測するステップと、
第１端子および第２端子のいずれか一方を、終端インピーダンスＺ１と異なる終端インピーダンスＺ２で終端した状態で、他方の端子に校正済みの測定端子を接続し、反射特性α２を計測するステップと、
第１端子および第２端子のいずれか一方を、終端インピーダンスＺ１，Ｚ２と異なる終端インピーダンスＺ３で終端した状態で、他方の端子に校正済みの測定端子を接続し、反射特性α３を計測するステップと、
得られた各反射特性α１，α２，α３に基づいて、２端子回路網の電気回路パラメータを算出するステップとを含む。
【００３４】
本発明において、終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、無限大、ゼロ、および特性インピーダンスのいずれかであることが好ましい。
【００３５】
また本発明において、終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３のうち2つ以上は、抵抗器終端で構成されることが好ましい。
【００３６】
また本発明において、抵抗器終端に用いる終端器の虚数部分のインピーダンスを補正する演算ステップを含むことが好ましい。
【００３７】
また本発明において、第１端子を特性インピーダンスの終端器で終端し、第２端子の反射特性を測定するステップと、
第２端子を特性インピーダンスの終端器で終端し、第１端子の反射特性を測定するステップとを含むことが好ましい。
【００３８】
また、本発明に係る電気回路パラメータの測定方法は、第１端子から第Ｎ端子を有するＮ端子回路網（Ｎは２以上の整数）の電気回路パラメータを測定する方法であって、
Ｎ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に校正済みの測定端子を接続し、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測するステップと、
得られた各反射特性に基づいて、被測定回路網であるＮ端子回路網の電気回路パラメータを算出するステップとを含む。
【００３９】
本発明において、任意の（Ｎ−１）個の各端子は、無限大、ゼロ、および特性インピーダンスのいずれかの終端インピーダンスで終端することが好ましい。
【００４０】
また本発明において、任意の（Ｎ−１）個の各端子を終端する終端器が、特性インピーダンス以外の抵抗値を持つ抵抗器を含むことが好ましい。
【００４１】
また本発明において、終端器として用いる終端器の虚数部分のインピーダンスを補正する演算ステップを含むことが好ましい。
【００４２】
また本発明において、電気回路パラメータとして、Ｓパラメータを算出することが好ましい。
【００４３】
また本発明において、２端子回路網は、電気絶縁性の基板と、基板の第１主面に設けられた第１線路と、基板の第２主面に設けられた第２線路とを含み、
第１線路および第２線路の一端を第１端子、第１線路および第２線路の他端を第２端子として測定することが好ましい。
【００４４】
また本発明において、第１線路および第２線路の少なくとも一方は、線路の途中で、部分的に欠損し、または直流的に分離していることが好ましい。
【００４５】
また本発明において、第１線路および第２線路の一方は電源であり、他方はグランドであることが好ましい。
【００４６】
また本発明において、電源とグランドの間に、コンデンサが接続されていることが好ましい。
【００４７】
また本発明において、電気絶縁性の基板と、基板の第１主面に設けられた第１線路と、基板の第２主面に設けられた第２線路および第３線路とを含む回路網において、
第２線路および第３線路の一端を第１端子、第２線路および第３線路の他端を第２端子として測定することが好ましい。
【００４８】
本発明に係る電気回路パラメータの測定装置は、第１端子から第Ｎ端子を有するＮ端子回路網（Ｎは２以上の整数）の電気回路パラメータを測定する装置であって、
所定の周波数および所定の振幅を有する基準信号を発生する基準信号発生器と、
基準信号をＮ端子回路網へ供給するための信号ケーブルと、
信号ケーブルを通じて、Ｎ端子回路網から反射した信号の反射特性を計測するための反射特性計測部と、
反射特性計測部での計測値を格納するためのメモリと、
メモリに格納した計測値を演算するための演算部とを備え、
Ｎ端子回路網のＮ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に校正済みの測定端子を接続し、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測した結果をメモリに格納し、
演算部は、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の計測値に基づいて、被測定回路網であるＮ端子回路網の電気回路パラメータを算出する。
【００４９】
本発明において、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件を電気的なスイッチにより切り替えて、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させることが好ましい。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば、２端子回路網の第１端子および第２端子のいずれか一方について終端条件を変化させながら、他方の端子に関する反射特性をそれぞれ計測した後、得られた各反射特性に基づいて、２端子回路網の電気回路パラメータを算出している。２端子回路網を通過する伝送特性は計測していないため、測定電流は出力側にリークすることがない。従って、被測定デバイスが弱いグランドを有する場合であっても、電流は被測定デバイスのグランドを経由して入力側に戻るようになり、高精度の反射特性を計測できる。
【００５１】
２端子回路網の場合、２×２行列の電気回路パラメータ（例えば、Ｓパラメータ）、即ち、４つの変数を決定する必要がある。電気回路パラメータは、回路の可逆性によって対称行列であることから、３つの連立方程式が得られれば、全ての変数を決定できる。そこで、終端インピーダンスをＺ１，Ｚ２，Ｚ３に変化させた状態で、各反射特性を計測することによって、３つの連立方程式が得られる。これらの連立方程式を解くことによって、２×２行列の電気回路パラメータを決定することができる。
【００５２】
Ｎ端子回路網（Ｎは２以上の整数）についても同様に、Ｎ×Ｎ行列の電気回路パラメータ（例えば、Ｓパラメータ）、即ち、Ｎ２個の変数を決定する必要がある。電気回路パラメータは、回路の可逆性によって対称行列であることから、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の連立方程式が得られれば、全ての変数を決定できる。そこで、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に関してＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測することによって、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の連立方程式が得られる。これらの連立方程式を解くことによって、Ｎ×Ｎ行列の電気回路パラメータを決定することができる。
【００５３】
このようにして本発明は、弱いグランドを有する被測定デバイスであっても、高精度で簡易に低コストでＳパラメータ、Ｚパラメータ等の電気回路パラメータを測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１実施形態を示すブロック図である。ここでは、被測定デバイス（ＤＵＴ:Device Under Test）として、一対の端子２１ａ，２１ｂと、一対の端子２２ａ，２２ｂを有する２端子回路１０を用いている。
【００５５】
２端子回路１０の端子２１ａ，２１ｂは、同軸ケーブルなどの信号ケーブル４１を経由してネットワークアナライザ４０と接続される。一方、端子２２ａ，２２ｂには、所定のインピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３を有する終端素子３１〜３３が選択的に接続される。終端素子３１は、無限大のインピーダンスを有し（Ｚ１＝∞）、いわゆる開放の終端条件を設定することができる。終端素子３２は、ゼロのインピーダンスを有し（Ｚ２＝０）、いわゆる短絡の終端条件を設定することができる。終端素子３３は、２端子回路１０の特性インピーダンスＺ０（例えば、５０Ωや７５Ωなど）と一致したインピーダンスを有し（Ｚ３＝Ｚ０）、いわゆる無反射の終端条件を設定することができる。端子２１ｂは、グランド電位に維持するために接地している。
【００５６】
ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ：Vector Network Analyzer）４０は、基準信号を被測定デバイスに供給して、被測定デバイスから反射した信号の振幅および位相を計測し、被測定デバイスの線路特性や、Ｓパラメータなどの電気回路パラメータを測定する。
【００５７】
図２は、２端子回路１０の一例を示す斜視図である。２端子回路１０は、誘電体材料からなる電気絶縁性の基板１１と、基板１１の下面に設けられたグランドパターン１２と、基板１１の上面に設けられた信号ストリップライン１３とを備える。端子２１ａは信号ストリップライン１３の一端に接続され、端子２１ｂはグランドパターン１２の一端に接続される。端子２２ａは信号ストリップライン１３の他端に接続され、端子２２ｂはグランドパターン１２の他端に接続される。
【００５８】
図３Ａは図２に示す２端子回路１０の正面図であり、図３Ｂは信号ストリップライン１３の長手方向に沿った断面図であり、図３Ｃはグランドパターン１２の形状を示す底面図である。本実施形態では、グランドパターン１２に信号ストリップライン１３と交差するようにスリット１２ａが形成され、いわゆる弱いグランドを構成している。
【００５９】
次に、電気回路パラメータの測定手順について説明する。まず、２端子回路１０の端子２２ａ，２２ｂを開放終端条件に設定する。このとき、端子２２ａ，２２ｂに何も接続しなければオープンとなるが、他の終端条件での測定環境と一致させるため、無限大のインピーダンスを有する終端素子３１を接続することが好ましい。
【００６０】
この開放状態で、ネットワークアナライザ４０から基準信号を信号ケーブル４１を介して端子２１ａ，２１ｂに供給し、端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α１、例えば反射信号の振幅および位相など、を計測する。この反射特性α１は、通常、複素数として測定される。
【００６１】
次に、２端子回路１０の端子２２ａ，２２ｂに、ゼロのインピーダンスを有する終端素子３２を接続して、短絡終端条件に設定する。この状態で、ネットワークアナライザ４０から基準信号を信号ケーブル４１を介して端子２１ａ，２１ｂに供給し、端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α２、例えば反射信号の振幅および位相など、を計測する。この反射特性α２も、通常、複素数として測定される。
【００６２】
次に、２端子回路１０の端子２２ａ，２２ｂに、特性インピーダンスＺ０を有する終端素子３３を接続して、無反射終端条件に設定する。この状態で、ネットワークアナライザ４０から基準信号を信号ケーブル４１を介して端子２１ａ，２１ｂに供給し、端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α３、例えば反射信号の振幅および位相など、を計測する。この反射特性α３も、通常、複素数として測定される。
【００６３】
こうして得られた反射特性α１，α２，α３に基づいて、２端子回路１０のＳパラメータを算出する。図１に示すように、端子２１ａでの入射波および反射波の各振幅をそれぞれａ１，ｂ１とし、端子２２ａでの入射波および反射波の各振幅をそれぞれａ２，ｂ２とする。２端子回路１０のＳパラメータは、式（１）のように２×２行列で表現でき、入射波および反射波の関係は、式（２）で表される。
【００６４】
【数１】
2005111635.tif 000042
【００６５】
次に、２端子回路１０の端子２２ａ，２２ｂに負荷ＺＬの終端素子を接続した場合、反射特性をαとし、特性インピーダンスＺ０を用いて、式（３）が成立する。
【００６６】
【数２】
2005111635.tif 000043
【００６７】
次に、開放終端条件の場合、負荷ＺＬ＝∞を式（３）に代入すると、式（４）が得られる。短絡終端条件の場合、負荷ＺＬ＝０を式（３）に代入すると、式（５）が得られる。無反射終端条件の場合、負荷ＺＬ＝Ｚ０を式（３）に代入すると、式（６）が得られる。
【００６８】
【数３】
2005111635.tif 000044
【００６９】
２端子回路１０がパッシブ素子で構成され、増幅素子などのアクティブ素子を含まない場合、回路の可逆性より、式（７）が成り立つ。
【００７０】
【数４】
2005111635.tif 000045
【００７１】
ここで、決定すべき未知数は、Ｓ行列の４つの要素（Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２）であり、これらは下記の式（４）〜（７）の４つの連立方程式を解くことによって、式（８）〜（１０）のように算出することができる。
【００７２】
【数５】
2005111635.tif 000046
【００７３】
こうして得られた２端子回路１０のＳパラメータは、所定の変換式を用いて他の電気回路パラメータ、例えばＨパラメータ、Ｙパラメータ、Ｚパラメータなどに換算できる。
【００７４】
図４は、図１に示す測定系における電流経路を示す説明図である。本発明では、２端子回路１０の入力側の端子２１ａ，２１ｂとネットワークアナライザ４０とを電気接続しているが、出力側の端子２２ａ，２２ｂは、所定の終端条件で終端して、ネットワークアナライザ４０とは接続していない。そのため、図３Ｃに示すようにグランドパターン１２が弱い場合であっても、信号ストリップライン１３を通過した電流ｉは、一点鎖線で示すように、グランドパターン１２を経由して入力側に戻り、出力側にリークしない。その結果、高精度の反射特性を計測することができる。
【００７５】
図５は、本実施形態の測定方法による測定結果の一例を示し、図６は、図１７に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示し、図７は、図１９に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示す。図５（ａ）〜図７（ａ）はＳ１１をスミスチャート上で示したグラフであり、図５（ｂ）〜図７（ｂ）はＳ２１の周波数特性を示すグラフである。図５（ａ）〜図７（ａ）のスミスチャートにおいて、水平軸上に中心を有する複数の円は、インピーダンスの実数部が一定であることを示し、これらの円に対して直交する円弧はインピーダンスの虚数部が一定であることを示し、水平軸の中点から外側に延びる方向に沿って周波数が高くなる。また、図５（ｂ）〜図７（ｂ）の縦軸はＳ２１の対数表示［ｄＢ］であり、横軸は周波数のリニア表示［ＧＨｚ］である。
【００７６】
また、図５〜図７において、実線は、図２に示す２端子回路１０をネットワークアナライザ４０で測定した実測値を示し、破線は、２端子回路１０を電磁界シミュレーションで計算した理論値を示す。
【００７７】
まず図５において実線と破線を比べると、本実施形態の測定方法による測定結果はシミュレーション結果とほぼ一致していることが判る。一方、図６では、実線が破線から大きく逸脱しており、図１７に示した従来の測定方法は大きな測定誤差をもたらすことを意味している。また、図７では、図６のものより測定誤差が比較的小さいが、図７（ａ）のスミスチャートにおいて多数の極が発生しており、これは追加したダミー金属板７６，７７の寄生インピーダンスに起因するものと推測される。
【００７８】
図８Ａは、被測定デバイスとして２端子回路の他の例を示す斜視図であり、図８Ｂは信号ストリップライン１３の長手方向に沿った断面図であり、図８Ｃはグランドパターン１２の形状を示す底面図である。２端子回路１０ａは、誘電体材料からなる電気絶縁性の基板１１と、基板１１の下面に設けられたグランドパターン１２と、基板１１の上面に設けられた信号ストリップライン１３とを備える。端子２１ａは信号ストリップライン１３の一端に接続され、端子２１ｂはグランドパターン１２の一端に接続される。端子２２ａは信号ストリップライン１３の他端に接続され、端子２２ｂはグランドパターン１２の他端に接続される。
【００７９】
図８Ｃに示すように、グランドパターン１２は、信号ストリップライン１３と交差するスリット１２ｂによって、２つのグランドパターン１２に分断され、両者はスリット１２ｂの静電容量だけで結合し、直流の導通は完全に遮断されており、極めて弱いグランドを実現している。
【００８０】
こうした分離グランドを有する２端子回路１０ａであっても、図１と同様な測定方法を適用することによって、電気回路パラメータの測定が可能になる。
【００８１】
図９は、本実施形態の測定方法による測定結果の一例を示し、図１０は、図１７に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示し、図１１は、図１９に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示す。図９（ａ）〜図１１（ａ）はＳ１１をスミスチャート上で示したグラフであり、図９（ｂ）〜図１１（ｂ）はＳ２１の周波数特性を示すグラフである。スミスチャートおよび周波数特性の表示形式は、図５〜図７と同様である。
【００８２】
図９〜図１１において、実線は、図８に示す２端子回路１０ａをネットワークアナライザ４０で測定した実測値を示し、破線は、２端子回路１０ａを電磁界シミュレーションで計算した理論値を示す。
【００８３】
まず図９において実線と破線を比べると、本実施形態の測定方法による測定結果はシミュレーション結果とほぼ一致していることが判る。なお、グランドパターンの直流分離によって、約０．３ＧＨｚ以下の周波数が遮断されていることが判る。
【００８４】
一方、図１０では、実線が破線から大きく逸脱しており、特に、約０．３ＧＨｚ以下の周波数が遮断されておらず、測定電流の出力側リークが測定結果に大きく影響している。さらに、約０．５ＧＨｚ、約１．４ＧＨｚ、約１．５ＧＨｚ近傍での直列共振ピークや、約１．６ＧＨｚ近傍の並列共振ピークが発生しており、図１７に示した従来の測定方法は大きな測定誤差をもたらすことを意味している。
【００８５】
また、図１１では、図１０のものより測定誤差が比較的小さいが、図１１（ａ）のスミスチャートにおいて多数の極が発生しており、図７（ａ）と同様に、追加したダミー金属板７６，７７の寄生インピーダンスに起因するものと推測される。
【００８６】
このように本実施形態の測定方法は、測定電流が出力側にリークしないことから、被測定デバイスが弱いグランドを有する場合でも、高精度の測定を実現することができる。また、特別な測定治具やダミーグランドなどが不要であり、比較的安価な２端子用ベクトルネットワークアナライザを用いて測定可能であることから、測定コストを削減できる。
【００８７】
なお、以上の説明において、２端子回路の終端条件を開放終端条件、短絡終端条件、無反射終端条件の順で変更しながら各反射特性を計測した例を示したが、終端条件の変更は順不同であり、３つの反射特性α１，α２，α３が得られれば足りる。
【００８８】
また、終端素子３１〜３３の終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、無限大、ゼロ、特性インピーダンスの組合せを用いた例を示したが、互いに異なる有限のインピーダンスであれば、連立方程式の計算によって電気回路パラメータを算出できる。特に、無限大、ゼロのインピーダンスを有する終端素子３１については、外部からの電磁的ノイズの影響を受けやすく、また、自分自身も電磁的な放射を起こしてしまいやすいことから、有限のインピーダンスを有する終端素子に代替することが好ましい。
【００８９】
なお、終端素子３１〜３３の終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３が、実数部の抵抗値だけで表される場合、式（４）〜（６）での負荷ＺＬに実数の抵抗値を代入することによって連立方程式の計算が可能になる。特に、終端素子として小さなチップ部品を用いることにより、携帯電話など小型電子機器内の電気回路の測定も容易に行えるようになる。
【００９０】
なお、終端素子３１〜３３の終端インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、無限大、ゼロ、特性インピーダンスの組合せを用いたが、実際には、完全に無限大、ゼロ、特性インピーダンスの値のインピーダンスを有する終端器を作ることは困難である。従って、より高精度の測定値を得るには、それらの終端素子のインピーダンスを複素数として、正確に測定しておき、ＺＬの値として用いることが好ましい。また、これにより、逆に、精度の低い終端器、例えば、市販のチップ部品を用いた場合でも高精度の測定が可能となり、測定に掛かるコストを低減することが可能となる。
【００９１】
また、２端子回路の場合、回路の可逆性により、３つの未知数を決定するために３個の終端条件で計測すれば足りるが、４個以上の終端条件で計測して、フィッティング演算などの適用によって測定精度を向上させることも可能である。
【００９２】
（実施の形態２）
図１２は、本発明の第２実施形態を示すブロック図である。ここでは、被測定デバイス（ＤＵＴ）として、一対の端子２１ａ，２１ｂと、一対の端子２２ａ，２２ｂと、一対の端子２３ａ，２３ｂとを有する３端子回路１０ｂを用いている。
【００９３】
３端子回路１０ｂの端子２１ａ，２１ｂは、同軸ケーブルなどの信号ケーブル４１を経由してネットワークアナライザ４０と接続される。一方、端子２２ａ，２２ｂには、所定のインピーダンスを有する終端素子３４が選択的に接続される。端子２３ａ，２３ｂには、所定のインピーダンスを有する終端素子３５が選択的に接続される。終端素子３４，３５は、図１と同様に、無限大のインピーダンス、ゼロのインピーダンス、３端子回路１０ｂの特性インピーダンスＺ０、または他の有限のインピーダンスを有するものである。なお、端子２１ｂは、グランド電位に維持するために接地している。
【００９４】
ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）４０は、基準信号を被測定デバイスに供給して、被測定デバイスから反射した信号の振幅および位相を計測し、被測定デバイスの線路特性や、Ｓパラメータなどの電気回路パラメータを測定する。
【００９５】
図１３Ａは３端子回路１０ｂの一例を示す斜視図であり、図１３Ｂは信号ストリップライン１３の長手方向に沿った断面図であり、図１３Ｃはグランドパターン１２の形状を示す底面図である。３端子回路１０ｂは、誘電体材料からなる電気絶縁性の基板１１と、基板１１の下面に設けられたグランドパターン１２と、基板１１の上面に設けられた信号ストリップライン１３と、信号ストリップライン１３の途中から側方に分岐した信号ストリップライン１４を備える。端子２１ａは信号ストリップライン１３の一端に接続され、端子２１ｂはグランドパターン１２の一端に接続される。端子２２ａは信号ストリップライン１３の他端に接続され、端子２２ｂはグランドパターン１２の他端に接続される。端子２３ａは信号ストリップライン１４の端部に接続され、端子２３ｂは、端子２３ａに近接したグランドパターン１２に接続される。
【００９６】
図１３Ｃに示すように、グランドパターン１２には信号ストリップライン１３と交差するようにスリット１２ｃが形成され、いわゆる弱いグランドを構成している。
【００９７】
次に、電気回路パラメータの測定手法について説明する。図１２に示すように、端子２１ａでの入射波および反射波の各振幅をそれぞれａ１，ｂ１とし、端子２２ａでの入射波および反射波の各振幅をそれぞれａ２，ｂ２とし、端子２３ａでの入射波および反射波の各振幅をそれぞれａ３，ｂ３とする。３端子回路１０ｂのＳパラメータは、３×３行列で表現でき、入射波および反射波の関係は、式（１１）で表される。
【００９８】
【数６】
2005111635.tif 000047
【００９９】
３端子回路１０ｂがパッシブ素子で構成され、増幅素子などのアクティブ素子を含まない場合、回路の可逆性より、式（１２）が成り立つ。
【０１００】
【数７】
2005111635.tif 000048
【０１０１】
従って、決定すべき未知数は、Ｓ行列の６つの要素（Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３）である。そこで、終端素子３４の終端インピーダンスＺＡと終端素子３５の終端インピーダンスＺＢの組合せの中から６通りの組合せを適宜選択しながら、図１と同様にして、これらの終端条件に対応した６個の反射特性をそれぞれ計測する。例えば、終端素子３４，３５の終端条件として、（ＺＡ，ＺＢ）＝（Ｚ０，無限大）（Ｚ０，ゼロ）（無限大，Ｚ０）（ゼロ，Ｚ０）（Ｚ０，Ｚ０）（ゼロ，ゼロ）という６個の組合せが可能である。なお、これに限定されず、その他の組合せでも構わない。
【０１０２】
上述と同様にして、これら６個の終端条件とこれに対応した６個の反射特性を式（１２）に代入すると、計６個の連立方程式が得られ、これらの連立方程式を解くことによって、３端子回路１０ｂの３×３行列からなるＳパラメータを算出することができる。また、こうして得られたＳパラメータは、所定の変換式を用いて他の電気回路パラメータ、例えばＨパラメータ、Ｙパラメータ、Ｚパラメータなどに換算できる。
【０１０３】
このように３端子回路の電気回路パラメータを測定する場合、従来は、非常に高価な６端子用ベクトルネットワークアナライザが必要であったが、本実施形態では、比較的安価な２端子用ベクトルネットワークアナライザを用いて測定可能であることから、測定コストを削減できる。
【０１０４】
以上の説明では、３端子回路の測定方法について示したが、Ｎ端子回路（Ｎは２以上の整数）に一般化した場合にも、本発明は適用可能である。以下詳説すると、Ｎ端子回路におけるＳパラメータはＮ×Ｎ行列で表現され、入射波および反射波の関係は、式（１３）で表される。
【０１０５】
【数８】
2005111635.tif 000049
【０１０６】
Ｎ端子回路がパッシブ素子で構成される場合、回路の可逆性より、決定すべき未知数は、Ｎ×Ｎ行列のうち（１＋２＋・・・・＋Ｎ）＝Ｎ（Ｎ＋１）／２個の要素である。
【０１０７】
そこで、Ｎ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に関してＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測する。そして、これらＮ（Ｎ＋１）／２個の終端条件とこれに対応したＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性を式（１３）に代入すると、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の連立方程式が得られ、これらの連立方程式を解くことによって、Ｎ端子回路のＮ×Ｎ行列からなるＳパラメータを算出することができる。また、こうして得られたＳパラメータは、所定の変換式を用いて他の電気回路パラメータ、例えばＨパラメータ、Ｙパラメータ、Ｚパラメータなどに換算できる。
【０１０８】
このように、例えば、ＬＳＩ等からの出力が複数に分岐している場合や、電源も含めて電気回路の測定する場合、端子数は増えてしまい、従来の測定手法では困難であるが、本実施形態の測定手法を適用することによって高精度の電気回路パラメータを算出することができる。
【０１０９】
（実施の形態３）
図１４は、本発明の第３実施形態を示すブロック図である。ここでは、被測定デバイス（ＤＵＴ）として、図１と同様に、一対の端子２１ａ，２１ｂと、一対の端子２２ａ，２２ｂとを有する２端子回路１０を用いているが、両方の端子を測定端子として使用している点で相違する。
【０１１０】
図１４（ａ）において、２端子回路１０の端子２１ａ，２１ｂは、図１と同様に、同軸ケーブルなどの信号ケーブル４１を経由してネットワークアナライザ４０と接続される。一方、端子２２ａ，２２ｂには、所定のインピーダンスを有する終端素子３４が選択的に接続される。終端素子３４は、無限大のインピーダンス、ゼロのインピーダンス、２端子回路１０の特性インピーダンスＺ０、または他の有限のインピーダンスを有するものである。なお、端子２１ｂは、グランド電位に維持するために接地される。
【０１１１】
まず、端子２２ａ，２２ｂに、例えば、ゼロのインピーダンスを有する終端素子３４を接続して、短絡終端条件に設定する。この状態で、ネットワークアナライザ４０から基準信号を端子２１ａ，２１ｂに供給し、端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α４を計測する。
【０１１２】
次に、端子２２ａ，２２ｂに、例えば、２端子回路１０の特性インピーダンスＺ０を有する終端素子３４を接続して、無反射終端条件に設定する。この状態で、ネットワークアナライザ４０から基準信号を端子２１ａ，２１ｂに供給し、端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α５を計測する。
【０１１３】
次に、図１４（ｂ）に示すように、端子２１ａ，２１ｂに、例えば、２端子回路１０の特性インピーダンスＺ０を有する終端素子３４を接続して、無反射終端条件に設定する。この状態で、ネットワークアナライザ４０から基準信号を端子２２ａ，２２ｂに供給し、端子２２ａ，２２ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α６を計測する。
【０１１４】
こうして得られた反射特性α４，α５，α６に基づいて、２端子回路１０のＳパラメータを算出する。図１４に示すように、端子２１ａでの入射波および反射波の各振幅をそれぞれａ１，ｂ１とし、端子２２ａでの入射波および反射波の各振幅をそれぞれａ２，ｂ２とする。２端子回路１０のＳパラメータは、上述した式（１）と同様に、２×２行列で表現でき、入射波および反射波の関係も上述した式（２）で表され、各端子の終端条件とこれに対応した反射特性α４，α５，α６を用いて、上述した式（４）〜（６）と同様に、下記の式（１４）〜（１６）が得られる。
【０１１５】
【数９】
2005111635.tif 000050
【０１１６】
２端子回路１０がパッシブ素子で構成される場合、回路の可逆性より、Ｓ２１＝Ｓ２１が成り立つ。従って、３つの未知数に対して、３つの連立方程式が得られるため、連立方程式を解くことが可能になり、２端子回路１０のＳパラメータを算出することができる。こうして得られた２端子回路１０のＳパラメータは、所定の変換式を用いて他の電気回路パラメータ、例えばＨパラメータ、Ｙパラメータ、Ｚパラメータなどに換算できる。
【０１１７】
なお、以上の説明において、２端子回路の終端条件を短絡終端条件、短絡終端条件、無反射終端条件の順で変更しながら各反射特性を計測した例を示したが、終端条件の変更は順不同であり、終端する端子も任意であり、３つの反射特性が得られれば足りる。
【０１１８】
また、終端素子３４の終端インピーダンスは、ゼロと特性インピーダンスＺ０の組合せを用いた例を示したが、互いに異なる有限のインピーダンスであれば、連立方程式の計算によって電気回路パラメータを算出できる。
【０１１９】
なお、終端素子３４の終端インピーダンスが、実数部の抵抗値だけで表される場合、実数の抵抗値を代入することによって連立方程式の計算が可能になる。
【０１２０】
なお、終端素子３４の終端インピーダンスとして、ゼロや無限大を用いずに、有限の抵抗値を有する抵抗器を用いた方が、より精度よく測定できる場合もある。これは、ゼロや無限大の終端インピーダンスで終端することで、線路がアンテナのように振る舞い、電磁界の放射が発生し、測定に影響を及ぼしたり、また、外来の電磁的ノイズを受けたりすることがあるためである。この場合、例えば、終端器として、１０Ω、１００Ω等の抵抗器を用いる。また、終端器として、抵抗器を用いる場合、より好ましくは、抵抗器の本来の特性を複素数で予め抽出しておく方がよい。例えば、抵抗器として、安価なチップ抵抗を用いると、その実際の抵抗値は実数のみではなく、誘導性、容量性を有する複素数となる。これは、チップ抵抗に寄生する不要なインピーダンスに起因し、その値を予め抽出しておいて、演算に加えるのが好ましい。なお、これらは、他の実施の形態においても同様のことが言える。
【０１２１】
また、２端子回路の場合、回路の可逆性により、３つの未知数を決定するために３個の終端条件で計測すれば足りるが、４個以上の終端条件で計測して、フィッティング演算などの適用によって測定精度を向上させることも可能である。
【０１２２】
測定端子および終端端子の任意性は、Ｎ端子回路（Ｎは２以上の整数）に一般化した場合にも成立する。Ｎ端子回路がパッシブ素子で構成される場合、回路の可逆性より、決定すべき未知数は、Ｎ×Ｎ行列のうち（１＋２＋・・・・＋Ｎ）＝Ｎ（Ｎ＋１）／２個の要素である。
【０１２３】
従って、Ｎ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に関してＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測する。そして、これらＮ（Ｎ＋１）／２個の終端条件とこれに対応したＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性を用いると、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の連立方程式が得られ、これらの連立方程式を解くことによって、Ｎ端子回路のＮ×Ｎ行列からなるＳパラメータを算出することができる。
【０１２４】
以上の各実施形態では、主に測定対象を伝送線路としたが、測定対象を電源−グランドを含む電気回路としても構わない。例えば、電源−グランド間に端子を置くことで、電源−グランドのＳパラメータの測定が行うことができる。また、バイバスコンデンサが付加された状態で測定を行うことで、バイバスコンデンサの効果を測定により評価することが可能となる。
【０１２５】
（実施の形態４）
図１５Ａは、被測定デバイスとして２端子回路の他の例を示す斜視図であり、図１５Ｂはその底面図である。２端子回路１０ｃは、誘電体材料からなる電気絶縁性の基板１１と、基板１１の下面に設けられたグランドパターン１２と、基板１１の上面に互いに平行に設けられた２本の信号ストリップライン１３ａ，１３ｂとを備えており、２本の信号ラインと共通グランドを有する差動伝送経路を構成している。
【０１２６】
端子２１ａは信号ストリップライン１３ａの一端に接続され、端子２１ｂは信号ストリップライン１３ｂの一端に接続される。端子２２ａは信号ストリップライン１３ａの他端に接続され、端子２２ｂは信号ストリップライン１３ｂの他端に接続される。
【０１２７】
このような差動伝送線路は、従来、図１９に示したような４端子測定方法を使用したり、図２１に示したように４端子回路の入出力側にバランをそれぞれ配置することによって、４本の非平衡信号を２本の平衡信号に変換してから、２端子測定方法を使用している。
【０１２８】
本発明の測定手法では、測定端子は１つで足りるため、比較的安価な２端子用ベクトルネットワークアナライザを用いることができ、低コストでの測定が可能となる。また、測定に際しては、通常、ベクトルネットワークアナライザとつなぐ端子に別途測定用のケーブル、例えば、セミリジッドケーブル等を接続する必要があるが、本発明の測定方法を用いると、最低１つセミリジッドケーブルを接続するだけでよく、簡易に測定が可能である。また、バランを用いて２portで測定する場合と比較しても、バランの影響のない高精度の測定が可能となる。なお、バランの電気的特性を予め測定しておいて、シミュレーション上で、除去するという手法もあるが、これは、バランと被測定デバイスとの接続部の影響等も含めて、バランの電気的特性を正確に抽出することが困難であるため、結果として、精度の高い測定が困難となる。また、バランを用いた場合には、結局、２portで測定しているため、前記の電流経路の課題が発現してしまい、弱いグランドを有する回路においては、測定誤差を有した結果が得られることになる。
【０１２９】
（実施の形態５）
図１６は、本発明に係る電気回路パラメータの測定装置の一例を示すブロック図である。ベクトルネットワークアナライザ４０は、基準信号発生器４５と、インピーダンス変換器４６と、信号ケーブル４１と、方向性結合器４７と、ヘテロダイン検波器４８と、Ａ／Ｄ変換器４９と、演算部５０と、メモリ５１と、表示部５２と、操作部５３などで構成される。
【０１３０】
基準信号発生器４５は、ＶＣＯ（電圧制御発振器）などで構成され、演算部５０からの制御信号に応じて、所望の周波数および所望の振幅を有する基準信号を発生する。インピーダンス変換器４６は、基準信号発生器４５からの基準信号を増幅し、所定の特性インピーダンス、例えば５０Ωの伝送信号に変換して、信号ケーブル４１へ出力する。信号ケーブル４１は、同軸ケーブルなどで構成され、インピーダンス変換器４６からの基準信号を被測定デバイス（ＤＵＴ）へ供給する。
【０１３１】
方向性結合器４７は、被測定デバイスから反射した信号を信号ケーブル４１から分岐する。ヘテロダイン検波器４８は、方向性結合器４７からの反射信号と基準信号発生器４５からの基準信号との比較によって、基準信号に対する反射信号の振幅変化および位相変化を検出する。Ａ／Ｄ変換器４９は、ヘテロダイン検波器４８からの出力信号をデジタル信号に変換して、演算部５０へ供給する。
【０１３２】
演算部５０は、マイクロプロセッサなどで構成され、予め設定されたプログラムに従って所望の演算処理や信号制御を行う。メモリ５１は、プログラムや各種データを格納する。
【０１３３】
表示部５２は、液晶パネルやＬＥＤアレイなどで構成され、演算部５０からの表示信号を使用者に表示する。操作部５３は、操作スイッチや操作ボタンなどで構成され、使用者の操作内容を演算部５０へ出力する。
【０１３４】
ここでは、被測定デバイスとして、図１に示した２端子回路１０を用いた例を示すが、上述のような他の２端子回路、３端子回路、Ｎ端子回路を用いることも可能である。
【０１３５】
次に、動作を説明する。まず、使用者が測定開始を指示すると、演算部５０は、表示部５２に「開放終端条件に設定して下さい。」のメッセージを表示する。使用者は、２端子回路１０の端子２２ａ，２２ｂに無限大のインピーダンスを有する終端素子３４を接続して、開放終端条件に設定した後、設定完了を操作スイッチ等で指示する。この開放状態で、ネットワークアナライザ４０は基準信号を信号ケーブル４１を介して端子２１ａ，２１ｂに供給し、ヘテロダイン検波器４８は端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α１を計測する。この計測値は、デジタルデータとしてメモリ５１に格納される。
【０１３６】
次に、演算部５０は、表示部５２に「短絡終端条件に設定して下さい。」のメッセージを表示する。使用者は、２端子回路１０の端子２２ａ，２２ｂにゼロのインピーダンスを有する終端素子３４を接続して、短絡終端条件に設定した後、設定完了を操作スイッチ等で指示する。この短絡状態で、ネットワークアナライザ４０は基準信号を信号ケーブル４１を介して端子２１ａ，２１ｂに供給し、ヘテロダイン検波器４８は端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α２を計測する。この計測値は、デジタルデータとしてメモリ５１に格納される。
【０１３７】
次に、演算部５０は、表示部５２に「無反射終端条件に設定して下さい。」のメッセージを表示する。使用者は、２端子回路１０の端子２２ａ，２２ｂに特性インピーダンスＺ０を有する終端素子３４を接続して、無反射終端条件に設定した後、設定完了を操作スイッチ等で指示する。この無反射状態で、ネットワークアナライザ４０は基準信号を信号ケーブル４１を介して端子２１ａ，２１ｂに供給し、ヘテロダイン検波器４８は端子２１ａ，２１ｂから戻る２端子回路１０の反射特性α３を計測する。この計測値は、デジタルデータとしてメモリ５１に格納される。
【０１３８】
演算部５０は、こうして得られた反射特性α１，α２，α３に基づいて、上述したような連立方程式を解いて、２端子回路１０のＳパラメータを算出することができる。これらの演算結果は、表示部５２に表示したり、プリンタ（不図示）で印刷したり、ローカルエリアネットワーク等を通じて外部に送信される。
【０１３９】
なお、終端素子３４として、内部に電気的な切り替えスイッチを有し、3種の終端器を自動で切り替えられるようにすることで、以上の工程を自動で行うことが可能となる。ここで、電気的な切り替えスイッチは、例えば、PINダイオードやガリウム砒素等の材料で構成されるFETスイッチを用いればよい。
【０１４０】
また、この場合、終端素子３４を測定装置に内蔵することで、測定系を更に、簡易にすることが可能となる。この場合、測定装置は、測定端子と終端用端子の少なくとも2端子を有することになる。但し、この場合、測定端子につながるグランドと、終端用端子につながるグランドは、電気的に分離しておく必要がある。
【０１４１】
また、測定器の端子が、測定端子と終端用端子の役割を、切り替えて両方担えるようにしておけば、任意のポートの測定が、ケーブルのつなぎ代えなしで行えるようになる。但し、この場合も同様に、測定用のグランドと終端用のグランドとを電気的に分離しておく必要がある。また、切り替えは、前記した電気的な切り替えスイッチを用いれば良い。
【０１４２】
なお、以上説明した測定装置において、終端素子３４と被測定デバイスとを直接接続できない場合は、ケーブル等を介して接続するが、この場合、ケーブルのインピーダンスも含めて演算すれば良い。例えば、測定器に終端素子３４を内蔵する場合は、このケースに相当する。
【０１４３】
以上の説明では、図１に示した２端子回路１０を用いた例を示したが、Ｎ端子回路（Ｎは２以上の整数）に一般化した場合にも同様に適用可能である。Ｎ端子回路におけるＳパラメータはＮ×Ｎ行列で表現される。
【０１４４】
そこで、Ｎ個の端子のうち、任意の（Ｎ−１）個の端子についての終端条件をＮ（Ｎ＋１）／２個の組合せで変化させながら、残り１個の端子に関してＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性をそれぞれ計測した結果をメモリ５１に格納する。そして、演算部５０は、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の終端条件とこれに対応したＮ（Ｎ＋１）／２個の反射特性に基づいて、Ｎ（Ｎ＋１）／２個の連立方程式が得られ、これらの連立方程式を解くことによって、Ｎ端子回路のＮ×Ｎ行列からなるＳパラメータを算出することができる。また、こうして得られたＳパラメータは、所定の変換式を用いて他の電気回路パラメータ、例えばＨパラメータ、Ｙパラメータ、Ｚパラメータなどに換算できる。
【０１４５】
このように被測定デバイスがＮ端子回路であっても測定端子は１つで足りるため、ネットワークアナライザ４０の構成を簡素化でき、測定コストを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明は、弱いグランドを有する被測定デバイスであっても、高精度で簡易に低コストでＳパラメータ、Ｚパラメータ等の電気回路パラメータを測定できる点で、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】２端子回路１０の一例を示す斜視図である。
【図３Ａ】図２に示す２端子回路１０の正面図である。
【図３Ｂ】信号ストリップライン１３の長手方向に沿った断面図である。
【図３Ｃ】グランドパターン１２の形状を示す底面図である。
【図４】図１に示す測定系における電流経路を示す説明図である。
【図５】本実施形態の測定方法による測定結果の一例を示すグラフである。
【図６】図１７に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示すグラフである。
【図７】図１９に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示すグラフである。
【図８Ａ】被測定デバイスとして２端子回路の他の例を示す斜視図である。
【図８Ｂ】信号ストリップライン１３の長手方向に沿った断面図である。
【図８Ｃ】グランドパターン１２の形状を示す底面図である。
【図９】本実施形態の測定方法による測定結果の一例を示すグラフである。
【図１０】図１７に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示すグラフである。
【図１１】図１９に示した従来の測定方法による測定結果の一例を示すグラフである。
【図１２】本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
【図１３Ａ】３端子回路１０ｂの一例を示す斜視図である。
【図１３Ｂ】信号ストリップライン１３の長手方向に沿った断面図である。
【図１３Ｃ】グランドパターン１２の形状を示す底面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態を示すブロック図である。
【図１５Ａ】被測定デバイスとして２端子回路の他の例を示す斜視図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａの２端子回路の底面図である。
【図１６】本発明に係る電気回路パラメータの測定装置の一例を示すブロック図である。
【図１７】従来の電気回路パラメータの測定系の一例を示すブロック図である。
【図１８Ａ】２端子回路７０の一例を示す斜視図である。
【図１８Ｂ】信号ストリップライン７３の長手方向に沿った断面図である。
【図１９】従来の電気回路パラメータの測定系の他の例を示すブロック図である。
【図２０Ａ】４端子回路７０ａの一例を示す斜視図である。
【図２０Ｂ】信号ストリップライン７３の長手方向に沿った断面図である。
【図２１】４端子回路から２端子回路への変換回路の一例を示す回路図である。
【図２２】図１７の測定系における電流経路を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１０，１０ａ，１０ｃ  ２端子回路
１０ｂ  ３端子回路
１１  基板
１２  グランドパターン
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  スリット
１３，１３ａ，１３ｂ，１４  信号ストリップライン
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ  端子
３１〜３５  終端素子
４０  ベクトルネットワークアナライザ
４１  信号ケーブル
４５  基準信号発生器
４６  インピーダンス変換器
４７  方向性結合器
４８  ヘテロダイン検波器
４９  Ａ／Ｄ変換器
５０  演算部
５１  メモリ
５２  表示部
５３  操作部
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005111635.tif 000051
【図２】
2005111635.tif 000052
【図３Ａ】
2005111635.tif 000053
【図３Ｂ】
2005111635.tif 000054
【図３Ｃ】
2005111635.tif 000055
【図４】
2005111635.tif 000056
【図５】
2005111635.tif 000057
【図６】
2005111635.tif 000058
【図７】
2005111635.tif 000059
【図８Ａ】
2005111635.tif 000060
【図８Ｂ】
2005111635.tif 000061
【図８Ｃ】
2005111635.tif 000062
【図９】
2005111635.tif 000063
【図１０】
2005111635.tif 000064
【図１１】
2005111635.tif 000065
【図１２】
2005111635.tif 000066
【図１３Ａ】
2005111635.tif 000067
【図１３Ｂ】
2005111635.tif 000068
【図１３Ｃ】
2005111635.tif 000069
【図１４】
2005111635.tif 000070
【図１５Ａ】
2005111635.tif 000071
【図１５Ｂ】
2005111635.tif 000072
【図１６】
2005111635.tif 000073
【図１７】
2005111635.tif 000074
【図１８Ａ】
2005111635.tif 000075
【図１８Ｂ】
2005111635.tif 000076
【図１９】
2005111635.tif 000077
【図２０Ａ】
2005111635.tif 000078
【図２０Ｂ】
2005111635.tif 000079
【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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