JP2005140784A - Ｓパラメータ測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】回路網のＳパラメータの測定を容易にする。
【解決手段】回路網（１２）のＳパラメータ（５２）を求めるためのシステム（２０）は、回路網（１２）の複数端子対のそれぞれにおいて実施される単一端子対測定に基づいて求められる波形パラメータに基づいて、前記回路網のＳパラメータ（５２）を計算するＳパラメータ計算器（３０、４２）を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明はＳパラメータの測定に係り、２００３年１１月５日に提出された、「整合負荷を利用してＳパラメータを求めるためのシステム及び方法」と題する米国特許出願第１０／７０１，９０３号にも関連するものである。

集積回路（ＩＣ）等の電子回路網を用いて、マイクロ波または無線周波信号の濾波といった、さまざまな電子機能が実施される。特定の回路網の性能を評価する場合、その電気的確度を測定するのが望ましい場合がある。回路網の電気的確度を測定可能な方法の１つは、回路網の散乱パラメータ（Ｓパラメータ）を求めることによるものである。回路網のＳパラメータは、回路網の端子対における信号の透過度合及び反射度合を表わしている。

一般に、回路網のＳパラメータを求めるには、回路網解析器等の解析ツールを用いて、回路網の入力端子対と出力端子対における波形パラメータが同時に測定される。例えば、回路網の端子対における波形パラメータを測定するため、プローブを利用して、端子対と回路網解析器を電気的に接触させる。

しかし、プローブと電気的に接触させるのは、回路網の端子対が、そのピッチが２５０μｍ以下といった、極めて小さい導電性パッドである可能性があるため、問題になる可能性がある。この問題は、ＩＣダイ、パッケージ基板、または、プリント回路基板の両面にパッドが配置されている回路網の場合、悪化する可能性がある。従って、パッドとの問題のない、信頼性の高い接続を行うには、高い精度が要求される。したがって、本発明はこのような精度要求を緩和しＳパラメータの測定を容易にすることを目的とする。

本発明の実施態様の１つによれば、回路網のＳパラメータを求めるためのＳパラメータ測定システムには、回路網の複数端子対のそれぞれにおける単一端子対測定を通じて求められた波形パラメータに基づいて、回路網のＳパラメータを計算するＳパラメータ計算器が含まれている。

本発明のもう１つの実施態様によれば、多端子対回路網のＳパラメータを求めるためのシステムには、多端子対回路網の端子対に関連した、利用可能な反射係数の部分集合を与える反射係数エンジンが含まれている。このシステムには、反射係数エンジンによって与えられる利用可能な反射係数の部分集合に基づいて、多端子対回路網に関するＳパラメータの集合を計算するＳパラメータ計算器も含まれている。

本発明のさらにもう１つの実施態様によれば、回路網のＳパラメータを求めるための方法には、回路網の複数端子対において実施される単一端子対測定に基づいて波形パラメータを求めるステップと、波形パラメータに基づいて回路網のＳパラメータを求めるステップが含まれている。

本発明のさらにもう１つの実施態様によれば、コンピュータ実行可能命令を備えたコンピュータ可読媒体が、回路網の複数端子対において実施される単一端子対測定に基づく波形パラメータを受信して、その波形パラメータに基づく回路網のＳパラメータを求めることが可能である。

本発明のもう１つの実施態様によれば、コンピュータ実行可能命令を備えたコンピュータ可読媒体が、回路網の端子対において実施される単一端子対測定に基づいて反射係数を求め、その反射係数に基づいて回路網のＳパラメータを求めることが可能である。

本開示は、一般に、２つ以上の端子対を備えることが可能な電子回路網のＳパラメータを求めるためのシステム及び方法に関するものである。回路網のために、波形パラメータに基づいて、反射係数の集合が導き出される。波形パラメータは、例えば、回路網解析器、または、単一端子対測定を利用する他の試験装置によって測定可能である（例えば、ある端子対以外の他の端子対が開放状態にあるか、または、短絡している間に、該ある端子対におけるパラメータを測定する）。回路網のＳパラメータは、反射係数の部分集合から求めることが可能である。本発明の実施態様の１つによれば、Ｓパラメータは、回路網の単一端子対測定から得られる反射係数に基づいて求められる。

図１には、被測定物（ＤＵＴ）１２を含む回路１０が例示されている。図１の例では、ＤＵＴ１２は、受動ツー端子対電子回路網であると仮定されている。従って、ＤＵＴ１２は、４つのＳパラメータＳ₁₁、Ｓ₁₂、Ｓ₂₁、Ｓ₂₂によって特性を明らかにすることが可能である。Ｓパラメータは、ＤＵＴ１２について求められた反射係数に基づいて求めることが可能である。本発明の態様の１つによれば、ＤＵＴ１２に関する反射係数「Γ」は、ＤＵＴの波形パラメータの単一端子対測定結果に基づいて求めることが可能である。例えば、波形パラメータは、例えば、特定の単一端子対以外の他の端子対が開放のままか、または、短絡している場合に、特定の単一端子対において測定することが可能である。単一端子対測定は、とりわけ、端子対が、ＩＣダイ、パッケージ基板、または、プリント回路基板の両面等の、ＤＵＴ１２のほぼ背中合わせの表面に配置される可能性のある場合には有用である。次に、反射係数を利用して、例えば、ＤＵＴの特性を明らかにするＳパラメータ行列（またはモデル）を再構成することによって、ＤＵＴ１２のＳパラメータを求めることが可能になる。

ＤＵＴ１２の特性を明らかにする場合、Ｓ₁₁パラメータが、ＤＵＴの入力インピーダンスの関数として変動する入力端子対Ｐ１における信号反射と関連づけられて、ＤＵＴによる入力信号Ｖ₁の反射の仕方がモデル化される。ＤＵＴ１２のＳ₂₂パラメータが、負荷Ｚ₀のインピーダンスに関連したＤＵＴの出力インピーダンスの関数である出力端子対Ｐ２における信号反射と関連づけられて、出力端子対Ｐ２における信号反射がモデル化される。Ｓ₁₂パラメータによって、ＤＵＴ１２の逆利得がモデル化される。Ｓ₂₁パラメータは、ＤＵＴ１２の挿入利得または順利得に相当する。

回路１０の動作を例示するため、回路１０には、電圧Ｖを有する入力信号（例えば、所望の周波数の正弦波）をＤＵＴ１２の入力端子対Ｐ１に供給する信号源１４を含むことが可能である。ＤＵＴ１２の出力端子対Ｐ２は、入力信号Ｖ₁に基づく出力信号Ｖ₂を送り出す。図１の例では、ＤＵＴ１２は、約５０オームといった特性インピーダンスＺ₀を有する負荷１６に出力信号Ｖ₂を供給する。

ＤＵＴ１２の波形パラメータ（例えば、振幅または電圧）は、入力端子対Ｐ１及び出力端子対Ｐ２において測定することが可能である。波形パラメータには、入力信号Ｖ₁の透過部分Ｖ_1mすなわち、信号源１４からＤＵＴ１２に伝達される入力信号Ｖ₁の部分が含まれている。波形パラメータには、入力信号Ｖ₁の反射部分Ｖ_1pすなわち、ＤＵＴから反射されて、信号源１４に向かって戻される入力信号Ｖ₁の部分も含まれている。波形パラメータには、出力信号Ｖ₂の透過部分Ｖ_2m、すなわち、ＤＵＴ１２から負荷Ｚ₀に伝達される出力信号Ｖ₂の部分と、出力信号Ｖ₂の反射部分Ｖ_2pすなわち、負荷Ｚ₀から反射されて、ＤＵＴに向かって戻される出力信号の部分を含むことも可能である。

Ｖ_1pの振幅は、信号源１４の出力インピーダンスとＤＵＴ１２の入力インピーダンスとの間における不整合の量によって決まる。Ｖ_1pの振幅は、信号源１４の出力インピーダンスとＤＵＴ１２の入力インピーダンスとの間における不整合に応じて増大する。例えば、ＤＵＴ１２の入力インピーダンスと信号源１４の出力インピーダンスが整合し、出力インピーダンスと負荷Ｚ₀が整合すると、入力信号Ｖ₁の反射は生じなくなる、すなわち、信号源１４の直列抵抗が５０オームと仮定すると、Ｖ_1p＝０及びＶ_1m＝Ｖ₁／２になる。

同様に、Ｖ_2pの振幅は、ＤＵＴ１２の出力インピーダンスと負荷Ｚ₀のインピーダンスとの間における不整合の量によって決まる。Ｖ_2pの振幅は、ＤＵＴ１２の出力インピーダンスと負荷Ｚ₀のインピーダンスとの間における不整合に応じて増大する。負荷Ｚ₀のインピーダンスとＤＵＴ１２の出力インピーダンスが整合し、信号源１４の入力インピーダンスと出力インピーダンスが整合すると、出力信号Ｖ₂の反射は生じなくなる、すなわち、信号源１４の直列抵抗が５０オームと仮定すると、Ｖ_2p＝０及びＶ_2m＝Ｖ₂／２になる。

ＤＵＴ１２のＳパラメータは、波形パラメータＶ_1m、Ｖ_1p、Ｖ_2m、及び、Ｖ_2pに関係している。例えば、２端子対回路網の場合、Ｓパラメータ行列は、下記のように表わすことが可能である。

本発明の態様の１つによれば、ＤＵＴ１２の反射係数Γは、ＤＵＴの波形パラメータの単一端子対測定によって求めることが可能である。次に、反射係数を利用して、ＤＵＴ１２のＳパラメータを求め、方程式１のＳパラメータ行列を再構成することが可能である。上述のように、波形パラメータは、例えば、特定の端子対を除く他の端子対が開放したままか、または、短絡している間に、該特定の端子対の１つにおいて測定される。

以下では、単一端子対測定によって、反射係数及びＳパラメータを求めるために用いることが可能な、方程式の導出例について述べることにする。

出力端子対Ｐ２が開放したままの場合、Ｖ_2m＝Ｖ_2pになる。これが事実であれば、方程式１のＳパラメータ行列は、下記のように変形することが可能である。

Ｖ_1m＝Ｓ₁₁・Ｖ_1p＋Ｓ₁₂・Ｖ_2p 方程式２
Ｖ_2p＝Ｓ₂₁・Ｖ_1p＋Ｓ₂₂・Ｖ_2p 方程式３
Ｖ_2pは、Ｖ_1pの関数として解くことが可能であり、方程式３は、下記のように書き直すことが可能である。

Ｖ_2p＝Ｓ₂₁・Ｖ_1p／（１−Ｓ₂₂） 方程式４
方程式４は方程式２に代入することが可能であり、方程式２は下記のように書き直すことが可能である。

Ｖ_1m＝Ｓ₁₁・Ｖ_1p＋Ｓ₁₂・Ｓ₂₁・Ｖ_1p／（１−Ｓ₂₂） 方程式５
方程式５は、下記のように、出力端子対Ｐ２が開放状態の場合の透過対反射比を表わした反射係数（Γ_2open）を表わすように書き直すことが可能である。

Ｖ_1m／Ｖ_1p＝Γ_2open＝Ｓ₁₁＋Ｓ₁₂・Ｓ₂₁／（１−Ｓ₂₂） 方程式６
出力端子対Ｐ₂が短絡している場合、Ｖ_2m＝−Ｖ_2pになる。出力端子対Ｐ２が短絡状態にある場合、方程式１のＳパラメータ行列は、下記のように変形することが可能である。

Ｖ_1m＝Ｓ₁₁・Ｖ_1p＋Ｓ₁₂・Ｖ_2p 方程式７
−Ｖ_2p＝Ｓ₂₁・Ｖ_1p＋Ｓ₂₂・Ｖ_2p 方程式８
Ｖ_2pは、Ｖ_1pの関数として解くことが可能であり、方程式８は、下記のように書き直すことが可能である。

Ｖ_2p＝−Ｓ₂₁・Ｖ_1p／（１＋Ｓ₂₂） 方程式９
方程式９を方程式７に代入すると、次のようになる。

Ｖ_1m＝Ｓ₁₁・Ｖ_1p−Ｓ₁₂・Ｓ₂₁・Ｖ_1p／（１＋Ｓ₂₂） 方程式１０
方程式１０は、さらに、出力端子対Ｐ２が短絡状態の場合の透過対反射比を表わした反射係数（Γ_2short）を表わすように書き直すことが可能である。Γ_2shortは、下記のように表わすことが可能である。

Ｖ_1m／Ｖ_1p＝Γ_2short＝Ｓ₁₁−Ｓ₁₂・Ｓ₂₁／（１＋Ｓ₂₂） 方程式１１
入力端子対Ｐ１が開放したままの場合、Ｖ_2m＝Ｖ_2pになる。入力端子対Ｐ１が開放状態の反射係数を求める方程式は、上述の方程式６の導出と同様のやり方で、導き出すことが可能である。図１の例におけるＤＵＴは、受動装置であるため、ＤＵＴ１２を表す方程式は簡単になる。「受動」の意味するところは、回路網によって、入力信号Ｖ₁にほとんど利得が加えられず、従って、Ｓ₁₂＝Ｓ₂₁になるということである。ＤＵＴ１２は受動装置であるため、対称性により、入力端子対Ｐ１の開いた端子対状態にある場合の透過対反射比として反射係数（Γ_1open）を表わす方程式が認められる。従って、方程式６から反射係数Γ_1openを表わした方程式の変数置換をすると、次のようになる。

Ｖ_2m／Ｖ_2p＝Γ_1open＝Ｓ₂₂＋Ｓ₁₂・Ｓ₂₁／（１−Ｓ₁₁） 方程式１２
出力端子対Ｐ２が短絡している場合、Ｖ_1m＝−Ｖ_1pになる。入力端子対Ｐ１が短絡状態にある場合の透過対反射比である反射係数（Γ_1short）求めるための方程式は、上述の方程式１１の導出と同様のやり方で導き出すことが可能である。ＤＵＴ１２は、上述のように受動装置であるため、対称性により、次のように、方程式１１から下記の方程式（方程式１３）を変数置換で得ることが可能である。

Ｖ_2m／Ｖ_2p＝Γ_1short＝Ｓ₂₂−Ｓ₁₂・Ｓ₂₁／（１＋Ｓ₁₁） 方程式１３
さらに、ＤＵＴ１２は、２端子対回路網であるため、順利得または逆利得がなく、Ｓ₁₂＝Ｓ₂₁になる。従って、ＳパラメータＳ₁₁、Ｓ₁₂、Ｓ₂₁、及び、Ｓ₂₂を有する２端子対回路網の場合、任意の３つの未知のＳパラメータを用いて、残りのＳパラメータを解くことが可能である。すなわち、ＤＵＴ１２のＳパラメータの計算に必要なのは、４つの方程式６、１１、１２、及び、１３のうちの３つだけである。従って、明らかに、２端子対ＤＵＴ１２のＳパラメータは、上述の４つの単一端子対測定のうちの３つの部分集合に基づいて求めることが可能である。すなわち、こうした単一端子対測定から導き出される４つの反射係数Γ_1open、Γ_1short、Γ_2open、及び、Γ_2shortのうち任意の３つを用いて、ＤＵＴ１２の完全なＳパラメータモデルを計算することが可能である。

もう１つの例として、下記には、求められた４つの反射係数のうちの３つ、すなわち、Γ_1open、Γ_2open、及び、Γ_2shortを利用してＳパラメータを求めるための方程式の導出が例示される。例えば、方程式６、１１、及び、１２を利用して、ＳパラメータＳ₁₁、Ｓ₁₂、Ｓ₂₁、及び、Ｓ₂₂のそれぞれについて方程式１のＳパラメータ行列が解かれる。しかし、４つの反射係数Γ_1open、Γ_1short、Γ_2open、及び、Γ_2shortのうち任意の３つ、従って、方程式６、１１、１２、及び、１３のうち任意の対応する３つを利用して、方程式１のＳパラメータ行列を解くことができるのは明らかである。同様に、３つの反射係数の異なる組み合わせを利用して、Ｓパラメータを求めることができるのも明らかであり、これによって、求められたＳパラメータの平均値算出及び検証を行えるようにすることが可能になる。

方程式６、１１、及び、１２を利用して、Ｓ₂₂について方程式１のＳパラメータ行列を解くと、下記の方程式が得られる。

Ｓ₂₂＝（−２・Γ_1open＋Γ_2short・Γ_1open＋Γ_2open・Γ_1open＋Γ_2open−Γ_2short）／（−Γ_2short・Γ_1open＋Γ_2open・Γ_1open−２＋Γ_2short＋Γ_2open） 方程式１４
方程式１１と方程式１２を組み合わせると、次のようになる。

（Γ_2short−Ｓ₁₁）／（Γ_1open−Ｓ₂₂）＝−（１−Ｓ₁₁）／（１＋Ｓ₂₂） 方程式１５
Ｓ₁₁について方程式１５を解くと、次のようになる。

Ｓ₁₁＝（Γ_2short＋Γ_2short・Ｓ₂₂＋Γ_1open−Ｓ₂₂）／（Γ_1open＋１） 方程式１６
方程式１６に方程式１４を代入すると、下記のように、方程式１７が得られる。

Ｓ₁₁＝（−Γ_2short・Γ_1open＋Γ_2open・Γ_1open−Γ_2short＋２・Γ_2short・Γ_2open−Γ_2open）／（−Γ_2short・Γ_1open＋Γ_2open・Γ_1open−２＋Γ_2short＋Γ_2open） 方程式１７
ＤＵＴ１２は受動２端子対回路網であるため（例えば、Ｓ₁₂＝Ｓ₂₁）、方程式１２は、次のように書き直すことが可能である。

Γ_1open−Ｓ₂₂＝（Ｓ₁₂）²／（１−Ｓ₁₁） 方程式１８
Ｓ₁₂について方程式１８を解くことが可能であり、次のようになる。

Ｓ₁₂＝（Γ_1open−Ｓ₁₁・Γ_1open−Ｓ₂₂＋Ｓ₁₁・Ｓ₂₂）^1/2 方程式１９
Ｓ₂₂及びＳ₁₁の代わりに、それぞれ、方程式１９に方程式１４及び１７を代入すると、次のように、方程式２０が得られる。

Ｓ₁₂＝Ｓ₂₁＝√２・（−（Γ_2short−１）・（Γ_1open ²−１）・（Γ_2short−Γ_2short・Γ_2open＋Γ_2open ²−Γ_2open）／（−Γ_2short・Γ_1open＋Γ_2open・Γ_1open−２＋Γ_2short＋Γ_2open）²）^1/2
従って、上記導出例を考慮すると明らかなように、選択された方程式（例えば、方程式１４、１７、及び、２０）を用いて、それぞれの端子対Ｐ１及びＰ２における単一端子対波形パラメータ測定結果に基づく、ＤＵＴ１２のＳパラメータＳ₁₁、Ｓ₁₂、Ｓ₂₁、及び、Ｓ₂₂を求めることが可能である。さらに、求められたＳパラメータを利用して、方程式１のＳパラメータ行列を作成することが可能である。

図２には、本発明の態様の１つに従って実施することが可能なＤＵＴ１２のＳパラメータを求めるためのＳパラメータ測定システム２０が例示されている。システム２０は、本発明の実施態様の１つに従って、入力端子対Ｐ１または出力端子対Ｐ２等の単一端子対において、波形パラメータを測定する働きをする。図２に示すシステム２０の構成において、ＤＵＴ１２は、ＤＵＴ１２の入力端子対Ｐ１に入力信号Ｖ₁を供給する信号源１４に有効に接続されている。回路網解析器２２は、概略が２４で表示されたプローブ等の電気的接続手段によって、ＤＵＴ１２の入力端子対Ｐ１に電気的に接続されている。

当該技術者には明らかなように、さまざまなタイプ及び構造のプローブが存在しており、例えば、ＤＵＴ１２のタイプ及び構造に従って、任意のこうしたプローブを用いることが可能である。信号源１４は、図２に示すように、回路網解析器２２から独立させることもできるし、あるいは、回路網解析器に一体化するか、または、別様に組み込むことも可能である。上述のように、測定は、一般に、１対のプローブを用いて、端子対Ｐ１及びＰ２で同時に実施される。こうした端子対におけるプローブのアライメントは、一般に、高い精度を必要とする。本明細書に解説のアプローチを用いて、Ｓパラメータを求めると、例えば、１つ以上のプローブを用いて、端子対Ｐ１及び端子対Ｐ２で個別測定を実施することができるので、プローブ２４による物理的測定を容易にすることが可能になる。

Ｓパラメータ計算器３０は、回路網解析器２２と有効に関連づけられている。Ｓパラメータ計算器３０は、端子対Ｐ１及びＰ２における単一端子対測定から導き出された、可能性のある反射係数の部分集合に基づいて、ＤＵＴ１２のＳパラメータを確認するようにプログラムされ及び／または構成されている。例えば、Ｓパラメータ計算器３０は、回路網解析器２２によって測定された、または、別様に得られた値に基づいて、選択された方程式（例えば、上掲のような）を実施することによって、Ｓパラメータを計算することが可能である。

計算器３０は、回路網解析器２２内のコンピュータ実行可能命令として、または、関連するコンピュータまたは解析ツールとして実施することが可能である。Ｓパラメータ計算器３０は、例えば、ＰＣ等のホスト・コンピュータ、または、測定値に基づいて、専らＳパラメータの計算だけを実施する回路網解析器の一部の形態をとることが可能である。さらに、パラメータ計算器３０は、回路網解析器２２によって測定される値に基づいてＳパラメータを手動計算するものとして実施することさえ可能である。

図２の例に示すシステム２０の初期構成において、出力端子対Ｐ２は開放したままであるので、Ｖ_2m＝Ｖ_2pになる。この構成の場合、回路網解析器２２は、プローブ２４を介して入力端子対Ｐ１におけるＶ_1m及びＶ_1pを測定することが可能である。Ｓパラメータ計算器３０は、Ｐ２が開放している間に、端子対Ｐ１で行われた単一端子対測定から求められたＶ_1m及びＶ_1pに基づいて、反射係数Γ_2openを求めることが可能である（例えば、方程式６を実施することによって）。

図２のシステム２０は、出力端子対Ｐ２が短絡するように再構成することが可能であり、Ｖ_2m＝−Ｖ_2pになる。出力端子対Ｐ２の短絡は、点線として図２の２６で略示された、電気結合手段を介して実施される。結合手段２６は、出力端子対Ｐ２において端子を短絡させるのに適した任意の導電性素子または部材とすることが可能である。手段２６は、例えば、出力端子対Ｐ２の端子を短絡させるために用いられる一片の金属箔（例えば、銅またはアルミニウム）とすることが可能である。

出力端子対Ｐ２が短絡すると、回路網解析器２２は、プローブ２４によって入力端子対Ｐ１におけるＶ_1m及びＶ_1pをを測定することが可能になる。Ｓパラメータ計算器３０は、Ｐ２が短絡している間に端子対Ｐ１で行われた単一端子対測定に基づいて、反射係数Γ_2shortを求めることが可能である（例えば、方程式１１を実施することによって）。

図３には、本発明の態様の１つに従って端子対Ｐ２における単一端子対測定を可能にするように再構成されたシステム２０が例示されている。図３の例２０の場合、ＤＵＴ１２の出力端子対Ｐ２は、Ｖ₁で表示された入力信号を供給する信号源１４に有効に接続されている。回路網解析器２２は、プローブ２４を介してＤＵＴ１２の出力端子対Ｐ２に接続されている。プローブ２４は、端子対Ｐ１の測定を実施するために利用されたものと同じかまたは異なるプローブとすることが可能である。さらに、入力端子対Ｐ１は開放したままであり、従って、Ｖ_1m＝Ｖ_1pになる。この構成の場合、回路網解析器２２は、出力端子対Ｐ２において、プローブ２４を介してＶ_2m及びＶ_2pを測定することが可能である。Ｓパラメータ計算器３０は、これらの測定パラメータＶ_2m及びＶ_2pを用いて、反射係数Γ_1openを求めることが可能である（例えば、方程式１２を実施することによって）。

図３のシステム２０の構成は、Ｐ１を短絡させるのに利用された電気結合手段２６と同じかまたは異なるものとすることが可能な電気結合手段を介して、入力端子対Ｐ１において端子を短絡させるように再構成することが可能である。Ｐ１が短絡すると、上記数学的考察によって、Ｖ_1m＝−Ｖ_1pになる。入力端子対Ｐ１が短絡すると、回路網解析器２２は、出力端子対Ｐ２において、プローブ２４を介してＶ_2m及び／またはＶ_2pを測定することが可能になる。Ｓパラメータ計算器３０は、これらの測定結果を用いて、反射係数Γ_1shortを求めることが可能である（例えば、方程式１３を実施することによって）。

さらに、Ｓパラメータ計算器３０は、少なくとも、図２及び図３に関して識別された単一端子対測定結果の部分集合に基づいて、ＤＵＴ１２のＳパラメータＳ₁₁、Ｓ₁₂、Ｓ₂₁、及び、Ｓ₂₂を計算するか、または、別様に求めるようにプログラム及び／または構成することが可能である。例えば、Ｓパラメータ計算器３０は、方程式１４、１７、及び、２０を用いて、反射係数Γ_1open、Γ_1short、Γ_2open、及び、Γ_2shortを求めることが可能である。回路網解析器２２またはＳパラメータ計算器３０は、さらに、Ｓパラメータを求めることができるようにするに十分な反射係数Γ_1open、Γ_1short、Γ_2open、及び、Γ_2shortを求めることが可能である。

もちろん、明らかなように、反射係数Γは、波形パラメータの関数として変動するので、Ｓパラメータを決めるために用いられる方程式（例えば、方程式１４、１７，及び、２０）は、反射係数ではなく、測定された波形パラメータを用いて書き直すことが可能である。結果として、Ｓパラメータは、反射係数を陽に求めることなく、測定された波形パラメータの関数として直接求めることが可能になる。

従って、図２及び図３の上記実施態様に鑑みて、本発明では、ＤＵＴ１２の入力端子対Ｐ１及び出力端子対Ｐ２における単一端子対波形パラメータ測定によって、Ｓパラメータを求めることが可能になる。システム２０によれば、信号源１４に対置する端子対に接続された負荷の使用を必要とせずに、ＤＵＴ１２のＳパラメータを求めることも可能になる。さらに、端子対Ｐ１及びＰ２のそれぞれにおける開放状態及び短絡状態は、高い信頼度で容易に実現することが可能であり、同時に、プローブとＤＵＴ１２の複数端子対を同時に接触させるといった、多端子対測定結果の取得に付随する可能性のある困難を回避することが可能になる。さらに、本発明では、波形パラメータの測定時に、整合負荷を用いる必要がないので、回路網解析器の較正手順を大幅に単純化することが可能になる。

ここまで、本発明の説明は、ほとんど、２端子対回路網のＳパラメータを求めることに関して行われてきた。しかし明らかなように、本発明のシステム及び方法は、３端子対以上を備える回路網のＳパラメータを求めるために実施することが可能である。これは、順利得Ｓパラメータと逆利得Ｓパラメータが等しい多端子対回路網の場合、反射係数、従って、回路網のＳパラメータを求めるための方程式を決めることが可能であるためである。こうした方程式の決定には、複雑な代数演算または他の数学演算が必要になる可能性があるが、それにもかかわらず、その方程式は、本明細書に含まれる教示に基づいて確定可能である。

図４には、本発明の態様の１つに従ってＳパラメータを求めるためのＳパラメータ測定システム４０が例示されている。システム４０には、ＤＵＴの反射係数及びＳパラメータを求めるためのアルゴリズム（例えば、方程式）を実施するＳパラメータ計算器４２が含まれている。Ｓパラメータ計算器４２は、例えば、コンピュータ、ワークステーション、回路網解析器、または、他の試験装置において実行される、コンピュータ実行可能命令として実施することが可能である。システム４０には、グラフィカル・ユーザ・インターフェイス（ＧＵＩ）等のＳパラメータ計算器４２に関連したユーザ・インターフェイス４４を含むことも可能である。ユーザ・インターフェイス４４によって、Ｓパラメータ計算器４２に関連した動作パラメータを設定するためのユーザ入力４６を受信するプログラマブル機構が得られる。例えば、ユーザ入力４６によって、Ｓパラメータを求めるべきＤＵＴに関連した構造特性及び／または機能特性が定義される。ユーザ入力によって、Ｓパラメータの結果を検証するための手順も確立される。

Ｓパラメータ計算器４２は、多端子対回路網に関する測定情報を含むデータ源５０に有効に接続されている。例えば、データ５０には、多端子対回路網についてどの反射係数を計算することが可能であるかに基づく測定データ（例えば、測定波形パラメータ）が含まれている。データＳ０は、揮発性記憶装置（例えば、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ等）または不揮発性記憶装置（例えば、ハードディスク・ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ等）等のコンピュータ可読媒体に記憶することが可能である。データは、例えば、回路網解析器によって実施される測定によってリアルタイムに供給することもできるし、あるいはまた、Ｓパラメータ計算器４２による後続処理に備えて記憶することも可能である。Ｓパラメータ計算器４２は、ＤＵＴに関するＳパラメータ行列を作成し、測定データ５０に基づいて、５２として表示されたＳパラメータを指示する働きをする。

Ｓパラメータ計算器４２には、Ｓパラメータ行列作成エンジン６０と、反射係数エンジン６２が含まれている。Ｓパラメータ計算器４２には、反射係数エンジン６２によって実施される操作を定義するパラメータを選択するためのセレクタ６４も含まれている。セレクタ６４は、行列作成エンジン６０の操作を定義するパラメータも選択することが可能である。例えば、セレクタ６４は、ユーザ・インターフェイス４４によって供給されるユーザ入力４６に基づいて、適切な方程式６６の集合を選択することが可能である。例えば、セレクタ６４は、利用可能な方程式６６の集合から、上述のような、データ５０に基づいてＤＵＴの反射係数を求めるための方程式（例えば、方程式６、１１、１２、及び、１３）を選択することが可能である。さらに、または、代わりに、セレクタは、利用可能な方程式６８の集合から、Ｓパラメータの計算に適した方程式を選択することも可能である。例えば、方程式６６及び６８は、セレクタ６４が、ユーザ入力４６に基づいて必要な方程式にアクセスすることが可能な所定の方程式のライブラリとして、記憶することが可能である。

もう１つの例として、図４に示すように、セレクタ６４は、反射係数エンジン６２に供給する、いくつかの（１、２、．．．Ｎ）反射係数方程式６６にアクセスすることが可能である。反射係数エンジンに供給される反射係数方程式６６の数及びタイプは、ＤＵＴの端子対数、及び／または、所望の冗長レベル、または、Ｓパラメータ５２を求める際に実施されることになる検証といった、さまざまな要素によって左右される可能性がある。例えば、２端子対ＤＵＴに関して、４つのＳパラメータを求めるには、４つの反射係数方程式（例えば、方程式６、１１、１２、及び、１３）のうちの３つで十分である。

２端子対回路網のより保守的なアプローチでは、反射係数方程式６６（例えば、方程式６、１１、１２、及び、１３）の４つを用いて、Ｓパラメータの複数集合が得られ、これらの相関または比較によって、誤り検出及び／または平均値算出を行うことが可能になる。方程式セレクタ６４は、上述のような、計算された反射係数に基づいてＳパラメータ５２を求めるための他の方程式６８（例えば、方程式１４、１７、及び、２０）を選択する働きも可能である。行列作成エンジン６０は、従って、測定データ５０に対する方程式６６及び６８の選択集合の適用に基づいて、Ｓパラメータを計算する。

本発明によるＤＵＴ１２のＳパラメータを求めるための方法８０については、上述の構造的及び機能的特徴を考慮して、図５を参照することにより、さらに理解が深まることになるであろう。説明を簡単にするため、図５の方法８０は、順次実施されるものとして示され、解説されるが、もちろん明らかなように、態様によっては、本発明に従って、図示及び解説されるものとは異なる順序で、及び／または、同時に行われるといった場合もあり得るので、本発明は、例示の順序に制限されるものではない。さらに、例示の全ての特徴が、本発明のある態様に従って、方法８０を実施しなければならないというわけではない可能性もある。さらに云うまでもないが、方法８０は、ハードウェア、ソフトウェア（例えば、コンピュータまたは試験装置で実行されるコンピュータ実行可能命令）、手動、または、それらの組み合わせによって実施可能である。

方法８０は、８２から開始される。これには、ＤＵＴ属性（例えば、数、測定のタイプ及び量等）の定義を含むことが可能である。この結果として、関連ソフトウェアにおける開始値及びインスタンス生成オブジェクトに対する変数の初期設定が可能になる。８４において、反射係数方程式が選択される。２端子対回路網の場合、例えば、反射係数には、Γ_1open、Γ_1short、Γ_2open、Γ_2shortを含むことが可能である。反射係数は、ＤＵＴ（例えば、図１のＤＵＴ１２）のＳパラメータの決定に用いるために選択される。上述のように、ＤＵＴの端子対数、及び、計算の所望の平均値算出レベル及び／または検証といった要素に従って、異なる数の反射係数方程式を選択することが可能である。例えば、２端子対ＤＵＴの場合、反射係数Γ_1open、Γ_2open、及び、Γ_2shortを求めるための方程式を利用して、検証または平均値算出を行わずに、ＤＵＴのＳパラメータを求めることが可能である。確度の向上のため、Ｓパラメータの検証または平均値算出が所望される場合、２端子対例について、反射係数Γ_1shortを求めるための方程式も選択することが可能である。

８６では、上述のように、波形パラメータを利用して、８４で選択された方程式に基づいて、反射係数が求められる。あるいはまた、８６において、選択を必要とすることなく、システムに利用可能な波形パラメータに基づいて、全ての、または、選択された数の反射係数を求めることも可能である。例えば、上述の２端子対ＤＵＴについて反射係数を求める際、反射係数Γ_1open、Γ_1short、Γ_2open、及び、Γ_2shortを求めるのに十分な波形パラメータが利用可能であれば、８６において、これら４つの反射係数を全て求めることが可能である。しかし、３つの反射係数を求めるのに十分な波形パラメータの部分集合だけしか利用できない場合には、８６において、３つの反射係数だけを求めることも可能である。

８８では、Ｓパラメータ方程式が選択される。Ｓパラメータ方程式によって、ＤＵＴのＳパラメータ（例えば、Ｓ₁₁、Ｓ₁₂、Ｓ₂₁、Ｓ₂₂）を求めることが可能になる。上述のように、Ｓパラメータは、８６で求められるような、反射係数の異なる組み合わせを組み込んださまざまな方程式によって求めることが可能である。従って、選択されるＳパラメータ方程式の数は、ＤＵＴの端子対数及び８６で求められる利用可能な反射係数といった要素に応じて変動する可能性がある。

９０では、８８で選択された方程式に基づいて、Ｓパラメータが求められる。あるいはまた、８８におけるＳパラメータの選択を必要とすることなく、例えば、方法８０で利用可能な反射係数に基づいて自動的に適切な方程式にアクセスすることによって、９０でＳパラメータを求めることも可能である。例えば、上述のように、２端子対ＤＵＴについてＳパラメータを求める場合、利用可能な反射係数に応じて変化する可能性のある、いくつかのＳパラメータまたは全てのパラメータの部分集合を利用することが可能である。結果として、必要とされるよりも多くの反射係数が利用可能である場合、９０において、Ｓパラメータを求めることによって、結果の平均値算出や結果の冗長性による検証を行うことが可能になる。利用可能な全反射係数より少ないその部分集合が存在する状況の場合、やはり、より少ないＳパラメータ方程式を利用して、全Ｓパラメータ行列を確認することが可能である。９２では、９０で実施された方程式から求められたＳパラメータ（Ｓ₁₁、Ｓ₁₂、Ｓ₂₁、Ｓ₂₂）が、提供される。９２では、さらに、反射係数の異なる集合に基づいて計算することができたＳパラメータの比較を実施した後で、Ｓパラメータを提供することが可能である。この比較を利用して、結果の確度を示すことが可能になる。次に、９４において、この方法は終了する。

図６には、回路網のＳパラメータを求めるための方法が示されている。この方法には、１００で示すように、回路網の複数端子対で実施される単一端子対測定に基づいて波形パラメータを求めるステップが含まれている。この方法には、１１０で示すように、波形パラメータに基づいて回路網のＳパラメータを求めるステップも含まれている。

以上の説明は、本発明の例である。もちろん、本発明の解説のために、コンポーネントまたは方法の考えられるあらゆる組み合わせについて述べることは不可能であるが、通常の当該技術者であれば明らかなように、本発明についてさらに多くの組み合わせと置換が可能である。従って、本発明は、付属の請求項の精神及び範囲内に含まれるこうした全ての改変、修正、及び、変更を包含することを意図したものである。

本発明の実施態様の１つによる回路網を含む回路の略ブロック図である。 本発明の実施態様の１つに従って回路網のＳパラメータを求めるための、第１の構成をなすシステムの略ブロック図である。 本発明の実施態様の１つに従って回路網のＳパラメータを求めるための、第２の構成をなす図２のシステムの略ブロック図である。 本発明の実施態様の１つに従って回路網のＳパラメータを求めるためのシステムの略ブロック図である。 本発明の実施態様の１つに従って回路網のＳパラメータを求めるための方法を例示した流れ図である。 本発明の実施態様の１つに従って回路網のＳパラメータを求めるためのもう１つの方法を例示した流れ図である。

符号の説明

１２ 回路網
２０ Ｓパラメータ測定システム
２２ 回路網解析器
３０ Ｓパラメータ計算器
４０ Ｓパラメータ測定システム
４２ Ｓパラメータ計算器
５２ Ｓパラメータ
６０ Ｓパラメータ測定手段
６２、６６ 波形パラメータ及び反射係数測定手段
６８ Ｓパラメータ測定手段
Ｐ１ 第１の端子対
Ｐ２ 第２の端子対

Claims (10)

1. 回路網のＳパラメータを求めるためのＳパラメータ測定システムであって、
   回路網の複数端子対のそれぞれにおいて実施される単一端子対測定に基づいて求められる波形パラメータに基づいて、前記回路網のＳパラメータを計算するＳパラメータ計算器を具備するＳパラメータ測定システム。
2. 前記波形パラメータに、前記単一端子対で得られる、信号の透過及び反射の少なくとも一方に関連した情報が含まれることを特徴とする、請求項１に記載のＳパラメータ測定システム。
3. 前記Ｓパラメータ計算器が、前記波形パラメータに基づいて反射係数を求めることと、前記Ｓパラメータ計算器が、前記反射係数に基づいてＳパラメータを求めることを特徴とする、請求項１に記載のＳパラメータ測定システム。
4. 前記反射係数に、前記単一端子対で得られる、信号の透過及び反射に関数的に関連した値が含まれることを特徴とする、請求項３に記載のＳパラメータ測定システム。
5. 前記回路網が、第１の端子対と第２の端子対とを具備する２端子対回路網であることと、前記単一端子対測定に、
   前記第２の端子対が開放している間の、前記第１の端子対、
   前記第２の端子対が短絡している間の、前記第１の端子対、
   前記第１の端子対が開放している間の、前記第２の端子対、及び、
   前記第１の端子対が短絡している間の、前記第２の端子対
   のうちの少なくとも３つの端子対において実施される測定が含まれることを特徴とする、請求項１に記載のＳパラメータ測定システム。
6. 前記Ｓパラメータ計算器が、前記波形パラメータに基づいて反射係数を求めることと、前記反射係数に、
   第１の端子対を除く他の複数端子対のそれぞれが開放している間の、第１の端子対の第１の反射係数、
   第１の端子対を除く他の複数端子対のそれぞれが短絡している間の、第１の端子対の第２の反射係数、
   第２の端子対を除く他の複数端子対のそれぞれが開放している間の、第２の端子対の第３の反射係数、及び、
   第２の端子対を除く他の複数端子対のそれぞれが短絡している間の、第２の端子対の第４の反射係数
   のうちの少なくとも３つの反射係数が含まれることを特徴とする、請求項１に記載のＳパラメータ測定システム。
7. 前記Ｓパラメータ計算器が、前記回路網に関して可能性のある全ての反射係数より少ないその部分集合に基づいて前記回路網の前記Ｓパラメータを計算することを特徴とする、請求項１に記載のＳパラメータ測定システム。
8. さらに、前記単一端子対測定を実施するための回路網解析器を具備することを特徴とする、請求項１に記載のＳパラメータ測定システム。
9. 前記回路網が受動多端子対回路網であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
10. 回路網のＳパラメータを求めるためのシステムであって、
    回路網の単一端子対測定に基づいて、波形パラメータ及び反射係数の少なくとも一方を求めるための手段と、
    波形パラメータと反射係数の前記少なくとも一方に基づいて、前記回路網のＳパラメータを求めるための手段とを有するＳパラメータ測定システム。

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