CN114502967A - 电路特性测定系统及电路特性测定方法 - Google Patents

电路特性测定系统及电路特性测定方法 Download PDF

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CN114502967A CN202080067185.1A CN202080067185A CN114502967A CN 114502967 A CN114502967 A CN 114502967A CN 202080067185 A CN202080067185 A CN 202080067185A CN 114502967 A CN114502967 A CN 114502967A
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山下宗寛
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Abstract

本发明的电路特性测定系统1包括：信号电压发生电路2，对测定对象的被测定电路51依序施加多个周期电压信号，所述多个周期电压信号分别具有规定的基准频率以及基准频率的整数倍的频率；测定电路3，依序测定因对被测定电路51依序施加所述周期电压信号而在被测定电路51中产生的信号的功率；以及传递函数算出部42，使用预先设定的数式、根据由测定电路3测定出的多个功率来算出被测定电路51的传递函数H、H2，所述周期电压信号包含高阶频率分量。

Description

电路特性测定系统及电路特性测定方法
技术领域
本发明涉及一种测定电路的特性的电路特性测定系统及电路特性测定方法。
背景技术
一直以来都有测定片上电源节点的电源阻抗的方法(例如参照非专利文献1)。根据非专利文献1，使用电流源而通过灌吸(sink)从电流源向电源节点流通矩形波电流，测定电源节点上的实效功率，根据所述实效功率，可以测定电源节点的电源阻抗。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：一种片上电源阻抗分析技术，2015年美国电气电子工程师协会第24届亚洲测试研讨会，Masahiro Ishida、Toru Nakura、Akira Matsukawa、Rimon Ikeno和Kunihiro Asada(A Technique for Analyzing On-chip Power Supply Impedance,2015IEEE 24th Asian Test Symposium,Masahiro Ishida,Toru Nakura,AkiraMatsukawa,Rimon Ikeno,and Kunihiro Asada)
发明内容
另外，在非专利文献1中，需要能够流通矩形波电流的电流源电路。然而，进行流通矩形波电流的电流控制的电流源电路的实现并不容易，即便实现，价格也高昂。
本发明的目的在于提供一种无须使用进行流通矩形波电流的电流控制的电流源电路即可测定被测定电路的特性的电路特性测定系统及电路特性测定方法。
本发明的一例的电路特性测定系统包括：信号电压发生电路，对测定对象的被测定电路依序施加多个周期电压信号，所述多个周期电压信号分别具有规定的基准频率以及所述基准频率的整数倍的频率；测定电路，依序测定因对所述被测定电路依序施加所述周期电压信号而在所述被测定电路中产生的信号的功率；以及传递函数算出部，使用预先设定的数式、根据由所述测定电路测定出的功率来算出所述被测定电路的传递函数，所述周期电压信号包含高阶频率分量。
另外，本发明的一例的电路特性测定方法包括：信号电压施加工序，对测定对象的被测定电路依序施加多个周期电压信号，所述多个周期电压信号分别具有规定的基准频率以及所述基准频率的整数倍的频率；测定工序，分别测定因对所述被测定电路施加所述周期电压信号而在所述被测定电路中产生的信号的功率；以及传递函数算出工序，使用预先设定的数式、根据由所述测定电路测定出的多个功率来算出所述被测定电路的传递函数，所述周期电压信号包含高阶频率分量。
附图说明
图1为表示使用本发明的一实施方式的电路特性测定方法的电路特性测定系统的结构的一例的框图。
图2为表示电路特性测定系统1的动作的一例的流程图。
图3为用于说明传递函数的测定有关的电路部分的特性的测定方法的说明图。
图4为表示从信号电压发生电路2a输出的周期电压信号的一例的波形图。
图5为表示传递函数的测定有关的电路部分的特性的测定方法的一例的流程图。
图6为表示使用不同于矩形波的周期电压信号的电路特性测定系统1a的动作的一例的流程图。
图7为表示对称的波形的周期电压信号的一例的波形图。
图8为表示使用对称的波形的周期电压信号的电路特性测定系统1b的动作的一例的流程图。
图9为表示理想的梯形波形的一例的波形图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。再者，各图中标有同一符号的结构表示为同一结构，省略其说明。图1所示的电路特性测定系统1包括信号电压发生电路2、测定电路3、控制部4、信号输出用的多个探头Po以及信号测定用的多个探头Pi。
例如一块基板5上形成有多个测定对象的被测定电路51。被测定电路51例如只要是滤波电路、电路基板、传输路径、其他具有电特性的电路即可。各被测定电路51包括端子T1、T2。
关于多个被测定电路51，可在集合基板形式的一块基板5上汇集多个相同电路，也可在1块基板5上形成互不相同的被测定电路51。另外，多个被测定电路51不限于形成于一块基板5上的例子，也可各自独立。
信号电压发生电路2根据来自控制部4的控制信号对测定对象的被测定电路51依序施加多个周期电压信号，所述多个周期电压信号分别具有规定的基准频率以及基准频率的m倍(m为整数)的频率。信号电压发生电路2包括振荡电路21和时钟缓冲器22。各周期电压信号是包含各自的基波的频率分量和基波的2以上的整数倍的频率分量即高阶频率分量的信号。
振荡电路21将与来自控制部4的控制信号相应的频率的周期电压信号输出至时钟缓冲器22。作为振荡电路21，例如可以使用压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)。再者，也可对振荡电路21组合分频电路等来扩大频率的变动范围。
时钟缓冲器22是将从振荡电路21输出的周期电压信号整形为矩形波而分配、输出至多个探头Po的信号输出电路。由此，得以从信号电压发生电路2输出矩形波的周期电压信号。
在进行测定时，各探头Po接触各被测定电路51的端子T1加以使用，各探头Pi接触各被测定电路51的端子T2加以使用。由此，从时钟缓冲器22分配输出的周期电压信号经由各探头Po施加至各被测定电路51的端子T1，并透过各被测定电路51而输出至端子T2。
测定电路3依序测定因根据来自控制部4的控制信号对被测定电路51依序施加周期电压信号而在被测定电路51中产生的信号的功率。作为测定电路3，例如可以使用亚德诺半导体(Analog Devices)公司制造的均方根(Root Mean Square，RMS)功率检测器LTC5596、亚德诺半导体公司制造的ADL5904等能够测定RMS功率的各种通用集成电路(Integrated Circuit，IC)。
设置从时钟缓冲器22分配输出的周期电压信号的数量也就是与探头Po相同数量的测定电路3及探头Pi。
各测定电路3经由各探头Pi从各被测定电路51的端子T2获取信号，测定其实效值功率。各测定电路3将表示测定出的实效值功率的信号输出至控制部4。
通过包括时钟缓冲器22和多个测定电路3，电路特性测定系统1能够并行测定多个被测定电路51的特性。由此，可以缩短测定时间。再者，电路特性测定系统1并非必须包括时钟缓冲器22和多个测定电路3。也可为如下结构：包括向矩形波作波形整形的缓冲电路代替时钟缓冲器22，测定电路3设为一个，逐一测定被测定电路51的特性。
控制部4例如是包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、非易失性存储部43以及它们的周边电路等而构成，所述CPU执行规定的运算处理，所述RAM暂时存储数据，所述非易失性存储部43为存储规定控制程序的闪速存储器或硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)等。
控制部4例如通过执行存储部43中存储的控制程序而作为测定控制部41及传递函数算出部42发挥功能。
测定控制部41对信号电压发生电路2输出控制信号，使信号电压发生电路2输出规定频率的周期电压信号。由此，对各被测定电路51的端子T1施加规定频率的周期电压信号。另外，在信号电压发生电路2正输出规定频率的周期电压信号的期间内，测定控制部41通过各测定电路3来测定从端子T2输出的信号的功率。
测定控制部41将由各测定电路3测定出的功率与从信号电压发生电路2输出的频率建立关联而存储至例如存储部43。之后，测定控制部41一边变更频率一边重复信号电压发生电路2进行的周期电压信号的输出和各测定电路3进行的功率测定，并将测定出的功率分别与频率建立关联而存储至存储部43等。
传递函数算出部42使用预先设定的数式、根据各由测定电路3测定出的多个功率来算出各被测定电路51的传递函数。作为预先设定的数式，例如可以使用将周期电压信号作傅里叶级数展开而获得的数式。作为将周期电压信号作傅里叶级数展开而获得的数式，可以使用后文叙述的式(1)、式(1)'、式(2)、式(2)'、式(3)或式(3)'。
接着，对如所述那样构成的电路特性测定系统1的动作进行说明。在以下的流程图中，有时会对同一处理标注同一步骤编号而省略其说明。
参照图2，测定控制部41将变量m初始化为1(步骤S1)。接着，测定控制部41向信号电压发生电路2输出控制信号，使信号电压发生电路2输出基准频率mf0的周期电压信号而施加至各被测定电路51(步骤S2)。
如此一来，在各测定电路3中分别以P(mf0)的形式测定透过各被测定电路51之后的信号的功率，并将表示其测定值的信号输出至控制部4(步骤S3)。测定控制部41将从各被测定电路51得到的信号功率P(mf0)与频率mf0建立关联而存储至存储部43等(步骤S4)。
接着，测定控制部41将变量m例如与7进行比较(步骤S5)。在变量m不足7的情况下(步骤S5中为否)，对变量m加2，以变更周期电压信号的频率而继续测定(步骤S6)，再次重复步骤S2～S5。
如此一来，基准频率3f0的周期电压信号得以施加至各被测定电路51(步骤S2)，在各测定电路3中分别测定信号功率P(3f0)(步骤S3)，并将各被测定电路51的信号功率P(3f0)与频率3f0建立关联而加以存储(步骤S4)。
以上，重复步骤S2～S6直至步骤S5中变量m例如变为7为止。结果，各被测定电路51的信号功率P(f0)、P(3f0)、P(5f0)、P(7f0)得以与基准频率f0、3f0、5f0、7f0建立关联而存储至存储部43等。
当变量m变为7时(步骤S5中为是)，传递函数算出部42按每一被测定电路51将P(f0)、P(3f0)、P(5f0)、P(7f0)代入至下述式(1)'，算出各被测定电路51的传递函数H2(f0)、H2(3f0)、H2(5f0)、H2(7f0)(步骤S7)。
[数式4]
Figure BDA0003564371500000051
Figure BDA0003564371500000061
其中，B为从信号电压发生电路2输出的周期电压信号(矩形波)的峰值电压，A为所述周期电压信号的实效值功率。
传递函数H2(f0)、H2(3f0)、H2(5f0)、H2(7f0)表示被测定电路51的特性，所以，通过算出传递函数H2(f0)、H2(3f0)、H2(5f0)、H2(7f0)，能够测定被测定电路51的特性。再者，也可通过求传递函数H2(f0)、H2(3f0)、H2(5f0)、H2(7f0)的平方根来算出传递函数H(f0)、H(3f0)、H(5f0)、H(7f0)作为电路的特性。其中，H为振幅的传递函数，不含相位信息。
图1所示的信号电压发生电路2输出矩形波的电压信号作为周期电压信号。要生成电压的矩形波，只要通过开关元件来开关直流电压即可，可以使用时钟缓冲器22或缓冲器等市售的半导体元件来容易地生成周期电压信号。因而，根据电路特性测定系统1，无须使用进行流通矩形波电流的电流控制的电流源电路即可输出矩形波的电压信号作为周期电压信号来测定被测定电路51的特性。
另外，可以通过时钟缓冲器22将周期电压信号分配至多个被测定电路51并通过多个测定电路3同时并行测定透过各被测定电路51之后的信号的功率，所以与逐一依序测定被测定电路51的特性的情况相比，容易缩短测定时间。
再者，不限于施加四种频率f0、3f0、5f0、7f0的周期电压信号而测定信号功率P(f0)、P(3f0)、P(5f0)、P(7f0)来算出四个参数的传递函数H2(f0)、H2(3f0)、H2(5f0)、H2(7f0)的例子。也可将所施加的周期电压信号的频率设为五种以上(f0、3f0、5f0、7f0、9f0、···)，将式(1)中的-1次方的矩阵设为5×5以上，将传递函数的参数数量设为五个以上(H2(f0)、H2(3f0)、H2(5f0)、H2(7f0)、H2(9f0)···)。
通过增加传递函数的参数数量，能够精度更佳地测定被测定电路51的电路特性。另一方面，当增加传递函数的参数数量时，测定会比较耗时，运算处理量也会增加。因而，只要根据所要求的电路特性的测定精度与测定时间或运算处理量的平衡来适当决定要算出的传递函数的参数数量即可。
另外，周期电压信号并非必须为矩形波，只要是包含高阶频率分量的、周期性地变化的周期波形即可。在使用不同于矩形波的周期波形作为周期电压信号的情况下，须预先测定出电路特性测定系统1中的传递函数的测定有关的电路部分的特性。
参照图3，在测定传递函数的测定有关的电路部分的特性时，使用频谱分析仪6代替测定电路3。信号电压发生电路2a与信号电压发生电路2的不同点在于，从信号电压发生电路2a输出的周期电压信号并非必须为矩形波。从信号电压发生电路2a输出的周期电压信号只要是周期性地变化的周期波形即可，其信号波形不作限定。
如图4所示，从信号电压发生电路2a输出的周期电压信号例如也可为上升的倾斜与下降的倾斜不一样的不对称的波形的信号。
测定控制部41a与测定控制部41的不同点在于，还执行对传递函数的测定有关的电路部分的特性进行测定的处理。传递函数算出部42a与传递函数算出部42的不同点在于，在测定电路3的传递函数的算出中使用式(2)'、式(2)代替式(1)'、式(1)。
首先，对连接于第一个被测定电路51的一对探头Po、Pi相关的特性进行测定。参照图5，将连接于第一个被测定电路51的探头Pi连接至频谱分析仪6，使与所述探头Pi成对的探头Po接触所述探头Pi(步骤S11)。
接着，测定控制部41a将变量m初始化为1(步骤S12)。m为自然数(1、2、3、···)。接着，测定控制部41a向信号电压发生电路2a输出控制信号，使信号电压发生电路2a向探头Po输出基准频率mf0的周期电压信号(步骤S13)。如此一来，周期电压信号经由探头Po、Pi输入至频谱分析仪6。
接着，通过频谱分析仪6来测定经由探头Po、Pi输入到频谱分析仪6的信号中包含的基波及其高次谐波的功率A(mn)m，并存储至存储部43(步骤S14)。n为高次谐波相对于基波的次数，在n＝1时，表示基波本身。n＝1时的功率A(m×1)m表示具有基准频率f0的m倍的频率的基波的实效值功率，n为3以上时的功率A(mn)m表示相对于具有基准频率f0的m倍的频率的基波的、n次高次谐波的实效值功率。同样地，n＝1时的峰值B(m×1)m表示具有基准频率f0的m倍的频率的基波的峰值电压，峰值B(mn)m表示相对于具有基准频率f0的m倍的频率的基波的、n次高次谐波的峰值电压。
具体而言，m＝1时，测定基波(n＝1)的功率A(1×1)1、二次高次谐波(n＝2)的功率A(1×2)1、三次高次谐波(n＝3)的功率A(1×3)1、四次高次谐波(n＝4)的功率A(1×4)1、五次高次谐波(n＝5)的功率A(1×5)1、六次高次谐波(n＝6)的功率A(1×6)1···。m＝2时，测定基波(n＝1)的功率A(2×1)2、二次高次谐波(n＝2)的功率A(2×2)2、三次高次谐波(n＝3)的功率A(2×3)2···。m＝3时，测定基波(n＝1)的功率A(3×1)3、二次高次谐波(n＝2)的功率A(3×2)3···。关于以m到几以及高次谐波到几次(n到几)的方式进行功率测定，只要根据所要求的电路特性的测定精度来适当决定即可。
例如可通过将如此测定出的功率A(mn)m从频谱分析仪6发送至控制部4来存储至存储部43，例如也可通过使功率A(mn)m从频谱分析仪6存储至存储卡或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)存储器等存储介质并由控制部4读入所述存储介质来存储至存储部43，也可将所述存储介质直接用作存储部43的一部分。
接着，测定控制部41将变量m与7进行比较(步骤S15)。在变量m不足7的情况下(步骤S15中为否)，对变量m加1，以变更周期电压信号的频率而继续测定(步骤S16)，再次重复步骤S13～S15。
重复步骤S13～S16直至步骤S15中变量m变为7为止，由此，得以测定与m＝1～7相对应的功率A(mn)m也就是表示传递函数的测定有关的电路部分的特性的数据并存储至存储部43。
再者，在步骤S5、S15以及后文叙述的步骤S23、S33中，根据所要求的电路特性的测定精度来适当决定将m的上限设为几即可。m的上限也就是周期电压信号的基准频率的种类的数量与针对m＝1的周期电压信号测定的高次谐波的最大次数一致。
以下，对剩余的其他探头Po、Pi对依序进行步骤S11～S16。
接着，对使用不同于矩形波的周期电压信号进行测定电路3的特性测定的方法进行说明。能使用不同于矩形波的周期电压信号对测定电路3的特性进行测定的电路特性测定系统1a是在图1中对符号加上括号来表示。
电路特性测定系统1a与电路特性测定系统1的不同点在于，包括信号电压发生电路2a、控制部4a、测定控制部41a以及传递函数算出部42a代替信号电压发生电路2、控制部4、测定控制部41以及传递函数算出部42。预先测定所述功率A(mn)m并存储在控制部4a的存储部43中。
参照图6，测定控制部41a将变量m初始化为1(步骤S21)。接着，测定控制部41a向信号电压发生电路2a输出控制信号，使信号电压发生电路2a输出基准频率mf0的周期电压信号而施加至各被测定电路51(步骤S22)。
如此一来，在各测定电路3中分别以P(mf0)的形式测定透过各被测定电路51之后的信号的功率，并将表示其测定值的信号输出至控制部4a(步骤S3)。测定控制部41a将从各被测定电路51得到的信号功率P(mf0)与频率mf0建立关联而存储至存储部43等(步骤S4)。
接着，测定控制部41a将变量m例如与6进行比较(步骤S23)。在变量m不足6的情况下(步骤S23中为否)，对变量m加1，以变更周期电压信号的频率而继续测定(步骤S24)，再次重复步骤S22～S23。重复步骤S22～S24直至步骤S23中变量m变为6为止，由此，与步骤S1～S6一样，各被测定电路51的信号功率P(f0)～P(6f0)得以与基准频率f0～6f0建立关联而存储至存储部43等。
当变量m变为6时(步骤S23中为是)，传递函数算出部42a按每一被测定电路51将P(f0)～P(6f0)代入至下述式(2)'，根据预先存储在存储部43中的功率A(mn)m来算出各被测定电路51的传递函数H2(f0)～H2(6f0)(步骤S25)。
[数式5]
Figure BDA0003564371500000091
以上，根据步骤S21～S25，即便在使用不同于矩形波的周期电压信号的情况下，也能测定表示各被测定电路51的特性的传递函数H2(f0)～H2(6f0)。再者，也可通过求传递函数H2(f0)～H2(6f0)的平方根来算出传递函数H(f0)～H(6f0)作为电路的特性。
根据电路特性测定系统1a及步骤S21～S25，即便在因时钟缓冲器22的性能、探头Po、Pi的阻抗、电路的杂散电容等而难以对被测定电路51施加矩形波的周期电压信号的情况下，也能测定被测定电路51的特性。
另外，在使用能设为如下波形的周期电压信号(以下称为对称的波形的周期电压信号)的情况下，能以如下方式测定电路特性，所述波形例如像图7所示，在一周期T的信号波形中的时间轴t上的一点配置与时间轴t垂直的对称轴C，由此，相对于对称轴C而对称。图7所示的周期电压信号例如是设为上升与下降的倾斜相等的梯形波。
图1中加上括号来表示的电路特性测定系统1b在信号电压发生电路2b及控制部4b的结构上不同于信号电压发生电路2a及控制部4a。信号电压发生电路2b输出对称的波形的周期电压信号。
测定控制部41b在下述方面不同于测定控制部41a。测定控制部41b在步骤S14中不进行高次谐波的次数n为偶数的功率A(mn)m的测定。另外，测定控制部41b通过在步骤S16中对m加2而不进行m为偶数的功率A(mn)m的测定。另外，测定控制部41b使用后文叙述的式(3)'代替式(2)'。
参照图8，测定控制部41b将变量m初始化为1(步骤S31)。接着，测定控制部41b向信号电压发生电路2b输出控制信号，使信号电压发生电路2b输出基准频率mf0的周期电压信号而施加至各被测定电路51(步骤S32)。
如此一来，在各测定电路3中分别以P(mf0)的形式测定透过各被测定电路51之后的信号的功率，并将表示其测定值的信号输出至控制部4b(步骤S3)。测定控制部41b将从各被测定电路51得到的信号功率P(mf0)与频率mf0建立关联而存储至存储部43等(步骤S4)。
接着，测定控制部41b将变量m例如与7进行比较(步骤S33)。在变量m不足7的情况下(步骤S33中为否)，对变量m加2，以变更周期电压信号的频率而继续测定(步骤S34)，再次重复步骤S32～S33。
根据步骤S34，步骤S32中不会输出具有变量m为偶数的基准频率mf0的周期电压信号，步骤S3、S4中不会测定也不会存储变量m为偶数的信号功率P(mf0)。
以上，重复步骤S31～S34直至步骤S33中变量m变为7为止，由此，与步骤S1～S6一样，各被测定电路51的信号功率P(f0)、P(3f0)、P(5f0)、P(7f0)得以与基准频率f0、3f0、5f0、7f0建立关联而存储至存储部43等。
当变量m变为7时(步骤S33中为是)，传递函数算出部42b按每一被测定电路51将P(f0)、P(3f0)、P(5f0)、P(7f0)代入至下述式(3)'，根据预先存储在存储部43中的功率A(mn)m来算出各被测定电路51的传递函数H2(f0)、H2(3f0)、H2(5f0)、H2(7f0)(步骤S35)。
[数式6]
Figure BDA0003564371500000111
再者，也可通过求传递函数H2(f0)、H2(3f0)、H2(5f0)、H2(7f0)的平方根来算出传递函数H(f0)、H(3f0)、H(5f0)、H(7f0)作为电路的特性。
以上，根据步骤S31～S35，可以在使用对称的波形的周期电压信号的情况下算出各被测定电路51的传递函数H2(f0)、H2(3f0)、H2(5f0)、H2(7f0)。另外，无须在步骤S3中测定m为偶数的信号功率P(mf0)，步骤S35的式(3)'中可以削减次数为偶数的项，所以与步骤S21～S25相比能简化处理。
再者，在图1所示的电路特性测定系统1、1a、1b中，展示了使探头Pi接触端子T2、在测定电路3中测定周期电压信号透过被测定电路51而形成的透射波的功率的例子。但也可使探头Pi接触端子T1、在测定电路3中测定周期电压信号在被测定电路51中反射而形成的反射波的功率。在测定反射波的情况下，也可以通过与步骤S1～S7、S11～S16、S21～S25、S31～S35同样的处理而由测定电路3测定反射特性即反射波的传递函数。
另外，传递函数算出部42、42a、42b在步骤S7、S25、S35中并非一定限定于使用式(1)'、(2)'、(3)'等数式本身的例子。传递函数算出部42、42a、42b只要在步骤S7、S25、S35中执行式(1)'、(2)'、(3)'等数式所示的运算即可，例如也可运算式(1)'、(2)'、(3)'展开而成的数式。
接着，对式(1)、(1)'、(2)、(2)'、(3)、(3)'为将周期电压信号作傅里叶级数展开而获得的数式的情况进行说明。再者，式(1)、(2)、(3)相当于与式(1)'、(2)'、(3)'相同的数式的表述的简化。
下述式(A)是将基准频率f0的周期电压信号作傅里叶级数展开来表示的数式，式(B)是将基准频率2f0的周期电压信号作傅里叶级数展开来表示的数式，式(C)是将基准频率3f0的周期电压信号作傅里叶级数展开来表示的数式。
[数式7]
Figure BDA0003564371500000121
B(1n)1表示基准频率f0时的n次高次谐波分量的峰值，B(2n)2表示基准频率2f0时的n次高次谐波分量的峰值，B(3n)3表示基准频率3f0时的n次高次谐波分量的峰值，ω＝2πf。
式(A)、(B)、(C)中的ejθ这一项的绝对值为1，周期电压信号VT1(t)、VT2(t)、VT3(t)的功率PT1、PT2、PT3能以下述式(D)、(E)、(F)表示。
[数式8]
Figure BDA0003564371500000122
此处，P＝VI、P＝V2/R。因而，式(D)、(E)、(F)所示的功率PT1、PT2、PT3正确而言是除以被测定电路51的特性阻抗R(例如50Ω)得到的值，但式(D)、(E)、(F)中省略了特性阻抗R。
接着，若将频率1f0、2f0、3f0···mf0的信号衰减率设为H1、H2、H3···Hm，则频率1f0、2f0、3f0的周期电压信号透过被测定电路51后的信号VF1(t)、VF2(t)、VF3(t)以下述式(G)、(H)、(I)表示。
[数式9]
Figure BDA0003564371500000131
信号VF1(t)、VF2(t)、VF3(t)的功率PF1(＝P(f0))、PF2(＝P(2f0))、PF3(＝P(3f0))以下述式(J)、(K)、(L)表示。
[数式10]
Figure BDA0003564371500000132
若使用矩阵来表示式(J)、(K)、(L)，则获得下述式(M)。
[数式11]
Figure BDA0003564371500000133
通过将式(M)加以变形，获得式(2)、(2)'。因而，式(2)、(2)'无非是将周期电压信号作傅里叶级数展开而获得的数式。
接着，在使用对称的波形作为周期电压信号的情况下，具体而言，在使用如图9所示那般信号的上升时间τr与信号的下降时间τf相等的梯形波作为周期电压信号的情况下，若将周期电压信号作傅里叶级数展开，则以下述式(N)表示。
[数式12]
Figure BDA0003564371500000141
式(N)中，若设为f＝1/T、τ＝T/2，则在n为偶数时，sin(nπf0τ)＝0。因而，在使用对称的波形作为周期电压信号的情况下，可以如下述式(O)所示那般删除频率f0的偶数倍的高次谐波分量。再者，在从图9所示那样的理想的梯形波形进行了略微的波形变形的情况下，多少会残留频率f0的偶数倍的高次谐波分量。然而，只要是能大致近似为理想的梯形波形的信号波形，频率f0的偶数倍的高次谐波分量都会足够小，可以忽略。
因此，可以如下述式(O)所示那般从式(M)中删除频率f0的偶数倍的高次谐波分量。
[数式13]
Figure BDA0003564371500000151
通过将式(O)加以变形，获得式(3)、(3)'。因而，式(3)、(3)'无非是将周期电压信号作傅里叶级数展开而获得的数式。
接着，在使用矩形波作为周期电压信号的情况下，由于矩形波为对称的波形，所以可以运用式(3)、(3)'。
进而，关于n次高次谐波的峰值Bn，我们知道，若是理想的矩形波，则在将矩形波的峰值设为B的情况下，峰值Bn＝(4/π)·(B/2)·{1/(2n－1)}。因此，通过对式(3)、(3)'的功率A(mn)m这一项代入n次高次谐波的峰值B(mn)m而将数式加以变形，获得式(1)、式(1)'。因而，式(1)、(1)'无非是将周期电压信号作傅里叶级数展开而获得的数式。
即，本发明的一例的电路特性测定系统包括：信号电压发生电路，对测定对象的被测定电路依序施加多个周期电压信号，所述多个周期电压信号分别具有规定的基准频率以及所述基准频率的整数倍的频率；测定电路，依序测定因对所述被测定电路依序施加所述周期电压信号而在所述被测定电路中产生的信号的功率；以及传递函数算出部，使用预先设定的数式、根据由所述测定电路测定出的功率来算出所述被测定电路的传递函数，所述周期电压信号包含高阶频率分量。
另外，本发明的一例的电路特性测定方法包括：信号电压施加工序，对测定对象的被测定电路依序施加多个周期电压信号，所述多个周期电压信号分别具有规定的基准频率以及所述基准频率的整数倍的频率；测定工序，分别测定因对所述被测定电路施加所述周期电压信号而在所述被测定电路中产生的信号的功率；以及传递函数算出工序，使用预先设定的数式、根据由所述测定电路测定出的多个功率来算出所述被测定电路的传递函数，所述周期电压信号包含高阶频率分量。
根据这些结构，对测定对象的被测定电路依序施加多个周期电压信号，并依序测定由此产生的功率，根据这些功率、使用预先设定的数式来算出被测定电路的传递函数。在此情况下，无须如非专利文献1那般使用进行流通矩形波电流的电流控制的电流源电路即可通过生成容易生成的电压信号即周期电压信号来算出被测定电路的传递函数也就是测定被测定电路的特性。
另外，优选所述周期电压信号为矩形波，在将所述基准频率设为f0时，所述多个周期电压信号的频率为所述基准频率f0的奇数倍。
根据所述结构，使用容易生成的矩形波的周期电压信号，而且无须生成基准频率f0的多倍的频率的周期电压信号，所以容易测定被测定电路的特性。
另外，优选在将所述周期电压信号的频率设为f0、3f0、5f0、···并将所述周期电压信号的功率设为A的情况下，所述传递函数算出部通过进行由所述数式即下述式(1)所示的运算来算出所述被测定电路的传递函数H2(f0)、H2(3f0)、H2(5f0)、···。
[数式1]
Figure BDA0003564371500000161
根据所述结构，在使用矩形波作为周期电压信号的情况下，通过进行式(1)所示的运算，容易算出被测定电路的传递函数H2(f0)、H2(3f0)、H2(5f0)、···即电路特性。
另外，优选将作为所述基准频率的频率设为mf0(m＝1)，将所述整数倍的频率设为mf0(m为2以上的整数)，进而包括预先存储基波及其高次谐波的功率A(mn)m(n为高次谐波的次数：n＝1、2、3、···)的存储部，所述传递函数算出部根据所述存储部中存储的功率A(mn)m来进行所述数式即下述式(2)所示的运算，由此算出所述被测定电路的传递函数H2(mf0)(m＝1、2、3、···)，所述存储部中存储的功率A(mn)m(n＝1、2、3、···)是所述频率mf0(m＝1、2、3、···)的所述周期电压信号从所述信号电压发生电路在不经由所述被测定电路的情况下施加到所述测定电路时，由所述测定电路测定的所述周期电压信号各者中包含的功率。
[数式2]
Figure BDA0003564371500000171
根据所述结构，不论周期电压信号的波形如何，都容易通过式(2)所示的运算来算出被测定电路的传递函数H2(mf0)(m＝1、2、3、···)即电路特性。
另外，优选所述周期电压信号可以设为如下波形，即，在一周期的信号波形中的时间轴上的一点配置与所述时间轴垂直的对称轴，由此，相对于所述对称轴而对称，将作为所述基准频率的频率设为mf0(m＝1)，将所述整数倍的频率设为mf0(m为3以上的奇数)，进而包括预先存储基波及其高次谐波的功率A(mn)m(n为高次谐波的次数：n＝1、3、5、···)的存储部，所述传递函数算出部根据所述存储部中存储的功率A(mn)m来进行所述数式即下述式(3)所示的运算，由此算出所述被测定电路的传递函数H2(mf0)(m＝1、3、5、···)，所述存储部中存储的功率A(mn)m(n＝1、3、5、···)是所述频率mf0(m＝1、3、5、···)的所述周期电压信号从所述信号电压发生电路在不经由所述被测定电路的情况下施加到所述测定电路时，由所述测定电路测定的所述周期电压信号各者中包含的功率。
[数式3]
Figure BDA0003564371500000181
根据所述结构，在使用可以设为如下波形的波形作为周期电压信号的情况下，通过进行式(3)所示的运算，容易算出被测定电路的传递函数H2(mf0)(m＝1、3、5、···)即电路特性，所述波形中，在一周期的信号波形中的时间轴上的一点配置与时间轴垂直的对称轴，由此，相对于对称轴而对称。
另外，优选所述测定电路分别测定所述周期电压信号在所述被测定电路中反射而形成的反射波的功率。
根据所述结构，不限于周期电压信号透过被测定电路而形成的透射波，通过分别测定周期电压信号在被测定电路中反射而形成的反射波的功率，也容易算出被测定电路的传递函数即电路特性。
这样的结构的电路特性测定系统及电路特性测定方法中，无须使用进行流通矩形波电流的电流控制的电流源电路即可测定被测定电路的特性。
本申请是以2019年9月27日申请的日本专利申请特愿2019-176576为基础，其内容包含在本申请中。再者，具体实施方式这一项中给出的具体的实施方式或实施例只是明确了本发明的技术内容，本发明不应仅限定于这样的具体例来狭义地加以解释。
符号的说明
1、1a、1b：电路特性测定系统
2、2a、2b：信号电压发生电路
3：测定电路
4、4a、4b：控制部
5：基板
6：频谱分析仪
21：振荡电路
22：时钟缓冲器
41、41a、41b：测定控制部
42、42a、42b：传递函数算出部
43：存储部
51：被测定电路
A：功率
B：峰值
C：对称轴
H、H2：传递函数
P：信号功率
Po、Pi：探头
T：周期
T1、T2：端子
f0：基准频率
n：次数

Claims (7)

1.一种电路特性测定系统，包括：
信号电压发生电路，对测定对象的被测定电路依序施加多个周期电压信号，所述多个周期电压信号分别具有规定的基准频率以及所述基准频率的整数倍的频率；
测定电路，依序测定因对所述被测定电路依序施加所述周期电压信号而在所述被测定电路中产生的信号的功率；以及
传递函数算出部，使用预先设定的数式、根据由所述测定电路测定出的功率来算出所述被测定电路的传递函数，
所述周期电压信号包含高阶频率分量。
2.根据权利要求1所述的电路特性测定系统，其中，
所述周期电压信号为矩形波，在将所述基准频率设为f0时，所述多个周期电压信号的频率为所述基准频率f0的奇数倍。
3.根据权利要求2所述的电路特性测定系统，其中，
在将所述周期电压信号的频率设为f0、3f0、5f0、···并将所述周期电压信号的功率设为A的情况下，所述传递函数算出部通过进行由所述数式即下述式(1)所示的运算来算出所述被测定电路的传递函数H2(f0)、H2(3f0)、H2(5f0)、···，
[数式1]
Figure FDA0003564371490000011
Figure FDA0003564371490000012
4.根据权利要求1所述的电路特性测定系统，其中，
将作为所述基准频率的频率设为mf0(m＝1)，将所述整数倍的频率设为mf0(m为2以上的整数)，
进而包括预先存储基波及其高次谐波的功率A(mn)m(n为高次谐波的次数：n＝1、2、3、···)的存储部，
所述传递函数算出部根据所述存储部中存储的功率A(mn)m来进行所述数式即下述式(2)所示的运算，由此算出所述被测定电路的传递函数H2(mf0)(m＝1、2、3、···)，
所述存储部中存储的功率A(mn)m(n＝1、2、3、···)是所述频率mf0(m＝1、2、3、···)的所述周期电压信号从所述信号电压发生电路在不经由所述被测定电路的情况下施加到所述测定电路时，由所述测定电路测定的所述周期电压信号各者中包含的功率，
[数式2]
Figure FDA0003564371490000021
Figure FDA0003564371490000022
5.根据权利要求1所述的电路特性测定系统，其中，
所述周期电压信号能够设为如下波形，即，在一周期的信号波形中的时间轴上的一点配置与所述时间轴垂直的对称轴，由此，相对于所述对称轴而对称，
将作为所述基准频率的频率设为mf0(m＝1)，将所述整数倍的频率设为mf0(m为3以上的奇数)，
进而包括预先存储基波及其高次谐波的功率A(mn)m(n为高次谐波的次数：n＝1、3、5、···)的存储部，
所述传递函数算出部根据所述存储部中存储的功率A(mn)m来进行所述数式即下述式(3)所示的运算，由此算出所述被测定电路的传递函数H2(mf0)(m＝1、3、5、···)，
所述存储部中存储的功率A(mn)m(n＝1、3、5、···)是所述频率mf0(m＝1、3、5、···)的所述周期电压信号从所述信号电压发生电路在不经由所述被测定电路的情况下施加到所述测定电路时，由所述测定电路测定的所述周期电压信号各者中包含的功率，tohkatsu@groutohkatsu@grou
[数式3]
Figure FDA0003564371490000031
Figure FDA0003564371490000032
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电路特性测定系统，其中，
所述测定电路分别测定所述周期电压信号在所述被测定电路中反射而形成的反射波的功率。
7.一种电路特性测定方法，包括：
信号电压施加工序，对测定对象的被测定电路依序施加多个周期电压信号，所述多个周期电压信号分别具有规定的基准频率以及所述基准频率的整数倍的频率；
测定工序，分别测定因对所述被测定电路施加所述周期电压信号而在所述被测定电路中产生的信号的功率；以及
传递函数算出工序，使用预先设定的数式、根据由所述测定电路测定出的多个功率来算出所述被测定电路的传递函数，
所述周期电压信号包含高阶频率分量。
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