JP2005140785A - 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 - 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パラメータを求めるためのＳパラメータ測定システム（２０）は、単一端子対測定結果から求められる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（３０）を具備し、前記単一端子対測定結果の少なくとも１つは複数端子対（Ｐ１，Ｐ２）の一つ（Ｐ１）における測定結果に対応し、前記測定結果は前記複数端子対の前記一つとは異なる少なくとも一つの端子対（Ｐ２）に整合負荷（Ｚ_M2）が加えられている間に求められる。
【選択図】図２

Description

本発明は回路網の測定に関し、特に回路網のＳパラメータを求める技術に関する。なお、本発明は２００３年１１月５日に提出された「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Ｙａｎｇ他の米国特許出願第１０／７０１，８６４号に開示の発明にも関連したものである。

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つには、単一端子対測定から求められる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パラメータ計算器を備えるシステムを含むことが可能である。単一端子対測定の少なくとも１つは、複数端子対の少なくとも別の１つに整合負荷が加えられている間に行われる、複数端子対の１つにおける測定に対応する。

本発明のもう１つの実施態様には、多端子対回路網の端子対に関連した部分集合をなす２ｎ−１の反射係数を求める反射係数エンジンを備えるシステムを含むことも可能である。反射係数の部分集合は、多端子対回路網の端子対で実施されるのがどういうタイプの測定かに応じて選択することが可能である。測定タイプの少なくとも１つが、整合負荷がｎ個ある端子対の少なくとも別の１つに加えられている間に行われる、ｎ個ある端子対の１つにおける測定に対応する。Ｓパラメータ計算器は、反射係数の部分集合に基づいて、ｎ端子対回路網についてＳパラメータを計算する。

本発明のさらにもう１つの実施態様には、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る方法を含むことが可能である。単一端子対測定の少なくとも１つは、複数端子対の少なくとも別の１つに整合負荷が加えられている間に行われる、複数端子対の１つにおける測定に対応する。回路網のＳパラメータが、波形パラメータに基づいて求められる。

本発明のさらにもう１つの実施態様には、その少なくとも１つが、複数端子対の少なくとも別の１つに整合負荷が加えられている間に行われる、複数端子対の１つにおける測定に対応する、回路網の複数端子対で実施される単一端子対測定の結果に基づく波形パラメータを受信し、その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ためのコンピュータ実行可能命令を備えるコンピュータ可読媒体を含むことが可能である。

本発明のさらにもう１つの実施態様には、その少なくとも１つが、複数端子対の少なくとも別の１つに整合負荷が加えられている間に行われる、複数端子対の１つにおける測定に対応する、回路網の複数端子対で実施される単一端子対測定の結果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ためのコンピュータ実行可能命令を備えるコンピュータ可読媒体を含むことが可能である。

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。波形パラメータに基づいて、回路網に関する反射係数の集合を導き出すことが可能である。例えば、波形パラメータは、単一端子対測定を利用して、回路網解析器または他の試験装置によって測定することが可能である。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、その少なくとも１つが、ある端子対を除く他の端子対に整合負荷が接続されている間に実施される、該ある端子対に係る回路網の単一端子対測定に基づいて求めることが可能である。

図１には、被測定物（ＤＵＴ）１２を含むＳパラメータ測定回路１０が例示されている。図１の例では、ＤＵＴ１２は、受動２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、及び、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、端子対における信号の透過と反射との関係を決める、ＤＵＴ１２について求められた反射係数Γに基づいて求めることが可能である。ＤＵＴ１２に関する反射係数は、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、特定の単一端子対を除く他の端子対が開放のままか、短絡しているか、または、それに整合負荷が加えられている場合に、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、特定の単一端子対を除く他の端子対が開放のままか、短絡しているか、または、こうした他の端子対に整合負荷が加えられている間に、特定の端子対の１つにおいて測定される。次に、測定結果に基づいて対応するＳパラメータを導き出すことが可能である。

後述するように、２端子対回路網の例に関して、３つの単一端子対測定結果から、Ｓパラメータ行列全体を再構成することが可能である。実施態様の１つでは、ある端子対の端子対に整合負荷が加えられている間に、該ある端子対において少なくとも１つの測定が行われる。整合負荷は、それが接続される端子対のインピーダンスと整合するインピーダンスを備えている。端子対インピーダンスに対する負荷の整合がより正確になると、Ｓパラメータの確度が向上する。以下では、単一端子対測定を通じて反射係数及び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。

例えば、後述の第１のシナリオは、端子対Ｐ２に整合負荷が加えられている間に、端子対Ｐ１において測定の１つを実施し、端子対Ｐ２が開放している間に、端子対Ｐ１においてもう１つの測定を実施する状況に対応する。整合負荷が端子対Ｐ１に接続されている間に、端子対Ｐ２において第３の測定が実施される。従って、端子対Ｐ１における測定中に、出力端子対Ｐ２に整合負荷が加えられると、
Γ_2match＝Ｖ_1m／Ｖ_1p＝Ｓ₁₁ 方程式２
出力端子対Ｐ２が開放のままの場合、次のようになる。

Ｖ_2m＝Ｖ_2p 方程式３
これが事実であれば、方程式１のＳパラメータは、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４
Ｖ_2p＝Ｓ₂₁・Ｖ_1p＋Ｓ₂₂・Ｖ_2p 方程式５
Ｖ_2pは、Ｖ_1pの関数として解くことが可能であり、方程式５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６
方程式６は方程式４に代入することが可能であり、方程式４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７
方程式７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８
端子対Ｐ２における測定中に、入力端子対Ｐ１に整合負荷が加えられると、
Γ_1match＝Ｖ_2m／Ｖ_2p＝Ｓ₂₂ 方程式９
これが事実であれば、方程式３及び９を方程式８に代入することが可能であり、対称性により、下記が得られる。

Ｓ₁₂＝Ｓ₂₁＝√（Γ_2open−Γ_2match）／（１−Γ_1match） 方程式１０
残りのＳパラメータは、次の通りである。

Ｓ₁₁＝Γ_2match 方程式１１
Ｓ₂₂＝Γ_1match 方程式１２
さらにもう１つの例として、第２のシナリオは、端子対Ｐ２に整合負荷が加えられている間に、端子対Ｐ１において測定の１つを実施し、端子対Ｐ２が短絡している間に、Ｐ１においてもう１つの測定を実施する状況に対応する。整合負荷が端子対Ｐ１に接続されている間に、端子対Ｐ２において第３の測定が実施される。すなわち、出力端子対Ｐ２が短絡している場合、下記の条件が存在する。

Ｖ_2m＝−Ｖ_2p 方程式１３
これが事実であれば、方程式１のＳパラメータは、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１４
−Ｖ_2p＝Ｓ₂₁・Ｖ_1p＋Ｓ₂₂・Ｖ_2p 方程式１５
Ｖ_2pは、Ｖ_1pの関数として解くことが可能であり、方程式１５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１６
方程式１６は方程式１４に代入することが可能であり、方程式１４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１７
方程式１７は、下記のように、出力端子対Ｐ２が短絡した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。

Ｖ_1m／Ｖ_1p＝Γ_2short＝Ｓ₁₁−Ｓ₁₂・Ｓ₂₁／（１＋Ｓ₂₂） 方程式１８
もう一度上記方程式９を参照すると、端子対Ｐ２における測定中に、入力端子対Ｐ１に整合負荷が加えられると、下記の条件が存在することになる。

Γ_1match＝Ｓ₂₂ 方程式１９
これが事実であれば、方程式１３及び９を方程式１８に代入することが可能であり、対称性により、下記が得られる。

Ｓ₁₂＝Ｓ₂₁＝√（Γ_2match−Γ_2short）・（１＋Γ_1match） 方程式２０
残りのＳパラメータ、Ｓ₁₁及びＳ₂₂は、方程式１１及び１２に表わした状態のままである。

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。端子対Ｐ１及びＰ２には、それぞれの測定中に、整合負荷が用いられるので、方程式はさらに簡単になる。簡単になった方程式によって、結果に伝搬していく誤差が軽減され、そのため、結果得られるＳパラメータの確度が向上する。

図２〜図５には、単一端子対測定を利用して、Ｓパラメータを求めるために利用可能なＳパラメータ測定システム２０の構成例が例示されている。システム２０は、入力端子対Ｐ１または出力端子対Ｐ２等の、単一端子対における波形パラメータを測定する働きをする。

回路網解析器２２等の測定装置は、２４で略示された、プローブ等の電気接続手段によって、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。本明細書に解説の単一端子対測定を用いて、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（例えば、より少ない複雑さで安価な装置）。

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、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に示すシステム２０の特定の構成において、ＤＵＴ１２は、ＤＵＴ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。Ｚ_M2で表示のインピーダンスを有する整合負荷２３は、出力端子対Ｐ２に接続されている。整合負荷Ｚ_M2は、インピーダンスが出力端子対Ｐ２におけるＤＵＴのインピーダンスに等しくなるように設定されている。例えば、出力端子対Ｐ２におけるＤＵＴのインピーダンスが５０オームの場合、整合負荷Ｚ_M2のインピーダンスは、５０オームである。結果得られるＳパラメータの確度は、非測定端子対によりぴったりと整合するインピーダンスを用いることによって、向上させることが可能である。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において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、出力端子対Ｐ２に整合負荷Ｚ_M2が加えられている間に、端子対Ｐ１で行われる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_2matchを求めることが可能である（例えば、方程式２を実施することによって）。

図２のシステム２０は、図３に示すように再構成することが可能であり、出力端子対Ｐ２が開放しているか、または、短絡している間に用いて、測定結果を得ることが可能になる。出力端子対Ｐ２が開放している例の場合、上述のように、Ｖ_2m＝Ｖ_2pになる。出力端子対Ｐ２が開放している場合、回路網解析器２２は、プローブ２４を介して、入力端子対Ｐ１において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で行われる単一端子対測定結果に基づいて、反射係数Γ_2openを求めることが可能である（例えば、方程式８を実施することによって）。

図３では、出力端子対Ｐ２が短絡すると、Ｖ_2m＝−Ｖ_2pになる。出力端子対Ｐ２の短絡は、図３の点線２６で略示された電気結合手段を介して実施可能である。結合手段２６は、出力端子対Ｐ２で端子を短絡させるのに適した任意の導電性装置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またはワイヤ（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結果に基づいて、反射係数Γ_2shortを求めることが可能である（例えば、方程式１８を実施することによって）。次に、方程式１０、１１、１２、及び、２０を実施することによって、ＤＵＴのＳパラメータを求めることが可能である。

図４には、ＤＵＴ１２のＳパラメータを求めるために利用可能なシステム２０のもう１つの実施態様が例示されている。図４に示すシステム２０の構成例の場合、ＤＵＴ１２は、ＤＵＴの出力端子対Ｐ２に入力信号Ｖ₂を供給する信号源１４に有効に接続されている。Ｚ_M2で表示のインピーダンスを有する整合負荷２５が、入力端子対Ｐ１に接続されている。整合負荷Ｚ_M2は、インピーダンスが入力端子対Ｐ１におけるＤＵＴのインピーダンスに等しい。整合負荷Ｚ_M2は、ＤＵＴ１２の特定の構成に従って、入力端子対Ｐ１に関する整合負荷Ｚ_M2と同じか、または、異なるようにすることが可能である。例えば、入力端子対Ｐ１におけるＤＵＴのインピーダンスが５０オームの場合、整合負荷Ｚ_M2のインピーダンスも５０オームになる。回路網解析器２２は、プローブ２４によってＤＵＴ１２の出力端子対Ｐ２に電気的に接続されている。

図４の例に示すシステム２０の構成の場合、整合負荷Ｚ_M2が入力端子対Ｐ１に加えられる。この構成の場合、回路網解析器２２は、プローブ２４によって出力端子対Ｐ２における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、出力端子対Ｐ１に整合負荷Ｚ_M2が加えられている間に端子対Ｐ２で行われた単一端子対測定結果から求められたＶ_2m及びＶ_2pに基づいて、反射係数Γ_1matchを求めることが可能である（例えば、方程式９を実施することによって）。

図５には、Ｓパラメータを求める際に利用可能なシステム２０のもう１つの構成が描かれている。すなわち、図５には、入力端子対Ｐ１が開放しているか、または、短絡しており、入力信号Ｖ₂がＰ２に加えられている間に、端子対Ｐ２において測定を実施することが可能な構成が描かれている。入力端子対Ｐ１が開放している例の場合、Ｖ_1m＝Ｖ_1pになることが分る。入力端子対Ｐ１が開放している場合、回路網解析器２２は、プローブ２４を介して出力端子対Ｐ２における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、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結果に基づいて、反射係数Γ_1openを求めることが可能である。例えば、方程式８と同様の方程式を導き出して、反射係数Γ_1openを求めることが可能である。

図５では、端子対Ｐ１が短絡している場合、Ｖ_1m＝−Ｖ_1pになる。端子対Ｐ１の短絡は、本明細書に解説のような電気結合手段２６によって実施可能である。入力端子対Ｐ１が短絡すると、回路網解析器２２は、プローブ２４によって端子対Ｐ２における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、端子対Ｐ１が短絡している間に、端子対Ｐ２において行われた単一端子対測定結果に基づいて、反射係数Γ_1shortを求めることが可能である。例えば、方程式１８と同様の方程式を導き出して、反射係数Γ_1short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パラメータを定めるために用いられる方程式（例えば、方程式１０、１１、１２、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、はっきりと反射係数を求めることなく、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〜図５の上述の実施態様に鑑みて、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。

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。

さらに、Ｓパラメータ計算器３０は、少なくとも、図２〜図５に関連して識別された単一端子対測定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９〜１２を用いることにより、反射係数Γ_1match、Γ_2open、及び、Γ_2matchを利用して、ＤＵＴのＳパラメータを求めることが可能である。

図６には、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のもう１つの実施態様が例示されている。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、及び、波形パラメータの測定に用いられる測定タイプを定義することが可能になる。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を確立することも可能になる。

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５０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２、８、９、及び、１８）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（例えば、方程式１０、１１、１２及び２０）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６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（例えば、１、２、．．．Ｎ、ここで、Ｎは方程式の数を表わす）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６２に供給される反射係数方程式６６の数及びタイプは、さまざまな要素によって左右される可能性がある。こうした要素には、例えば、波形パラメータを得るために利用される測定タイプ（例えば、回路網構成）、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を含むことが可能である。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、可能性のある４つの反射係数方程式のうちの３つで十分である。こうした反射係数は、本明細書に解説のように、ＤＵＴにおける３つの対応する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。ある端子対を除く他の端子対に整合負荷が加えられている間に、測定の少なくとも１つが該ある端子対で実施される場合、計算はさらに単純になる。

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。

ＤＵＴ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７及び図８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７及び図８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、他の態様では、異なる順序で、及び／または、他の動作と同時に行われるといった場合もあり得る。さらに、例示の全ての特徴が、同じ方法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。

図７を参照すると、方法８０は、８２から開始される。これには、ＤＵＴ属性（例えば、端子対数、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、反射係数の全集合には、Γ_1match、Γ_1open、Γ_1short、Γ_2match、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、測定データを供給するために実施される測定タイプ、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端子対回路網の場合、反射係数を求めるための３つ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、反射係数を求めるための追加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。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、９０では、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、Ｓパラメータを求めることも可能である。実施態様の１つによれば、９０では、ある端子対を除く他の端子対で整合負荷を用いている間に、該ある端子対で行われた測定結果に関連したデータに基づいて、Ｓパラメータが求められる。整合負荷を用いると、方程式が簡単になり、そのため、計算に誤差が伝搬する確率が軽減される。

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Ｓパラメータ方程式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冗長性による結果の検証を行うことが可能になる。全反射係数より少ないその部分集合が利用可能である状況の場合、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、設定される。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８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。単一端子対測定の少なくとも１つは、複数端子対の少なくとも別の１つに整合負荷が加えられている間に行われた、複数端子対の１つにおける測定に対応する。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。

回路網を含む回路の略ブロック図である。 回路網のＳパラメータを求めるのに用いられる、第１の構成をなすシステムの実施態様の１つに関する略ブロック図である。 回路網のＳパラメータを求めるのに用いられる、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。 回路網のＳパラメータを求めるのに用いられる、第３の構成をなす図２のシステムの略ブロック図である。 回路網のＳパラメータを求めるのに用いられる、第４の構成をなす図２のシステムの略ブロック図である。 回路網のＳパラメータを求めるのに用いられるシステムの略ブロック図である。 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。 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

１０ Ｓパラメータ測定システム
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 コンピュータ実行可能命令
６６ コンピュータ実行可能命令
６８ コンピュータ実行可能命令
Ｐ１、Ｐ２ 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、
   単一端子対測定結果から求められる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パラメータ計算器を具備し、前記単一端子対測定結果の少なくとも１つは複数端子対の一つにおける測定結果に対応し、前記測定結果は前記複数端子対の前記一つとは異なる少なくとも一つの端子対に整合負荷が加えられている間に求められる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、さらに該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の端子対に整合負荷が加えられている間の、前記第１の端子対、
   前記第２の端子対が短絡状態と開放状態の一方である間の、前記第１の端子対、
   前記第１の端子対に整合負荷が加えられている間の、前記第２の端子対、及び、
   前記第１の端子対が短絡状態と開放状態の一方である間の、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の端子対を除く複数端子対のそれぞれに整合負荷が加えられている間の、第１の端子対の第１の反射係数、
   第１の端子対を除く複数端子対が短絡状態と開放状態の一方である間の、第１の端子対の第２の反射係数、
   第２の端子対を除く複数端子対のそれぞれに整合負荷が加えられている間の、第２の端子対の第３の反射係数、及び、
   第２の端子対を除く複数端子対が短絡状態と開放状態の一方である間の、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、前記回路網について可能性のある全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Ｓパラメータ測定システム。
10. コンピュータによって回路網のＳパラメータを求めるための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であって、
    該コンピュータ実行可能命令は
    前記回路網の複数端子対の少なくとも一つにおいて、該一つとは別の端子対に整合負荷が加えられている間に行われる測定、に対応する少なくとも１つの単一端子対測定の結果に基づく波形パラメータを受信させ、
    前記波形パラメータに基づいて前記回路網のＳパラメータを求めさせる
    ことを特徴とするコンピュータ可読媒体。

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