JP2005274303A - 特性インピーダンス測定治具 - Google Patents

Abstract

【課題】 プローブピンの部分の特性インピーダンスを所望の値に設定することのできる特性インピーダンス測定治具を提供する。
【解決手段】 平板状をなし表面から裏面に貫通したピン穴３３，３４が形成され、表面側に被測定部品が圧接される金属製のピンホルダ２６ａ，２６ｂと、ピン穴３３，３４内にピン穴３３，３４内周面との間に隙間を持って挿通された金属製のプローブピン３５と、前記隙間に充填された合成樹脂製の誘電体３６と、ピンホルダ２６ａ，２６ｂの裏面にて測定器に電気的に接続される回路基板とを備え、プローブピン３５は一端の固定ピン３５ｃが前記回路基板の導体パターンに、他端の可動ピン３５ｂが前記被測定部品の端子にそれぞれ当接される。
【選択図】 図３

Description

本発明は特性インピーダンス測定治具に係り、特にコネクタのような電子部品の特性インピーダンスを測定するのに好適な特性インピーダンス測定治具に関するものである。

導体パターンをハードボードにプリントした回路基板に各種電子部品を配列した電子機器においては、その各々の電子部品間の特性インピーダンスを整合させることが重要である。もし、各電子部品間の特性インピーダンスが相違していると、各電子部品間で伝達される電気信号に反射が起こり、電気信号の波形に歪みが生じて、回路の誤動作を引き起こす原因となる。

各電子部品間の特性インピーダンスを整合させるためには、回路基板の導体パターンを含めてその各々の電子部品単体の特性インピーダンスを正しく測定しなければならない。

例えば、電子部品としては図４に示すようなコネクタ１が知られているが、このコネクタ１の特性インピーダンスを測定する場合について説明する。

コネクタ１には、ソケット２を有するソケット側回路基板３が設けられ、このソケット側回路基板３の面上には導体パターン４が形成されている。またコネクタ１には、プラグ５を有するプラグ側回路基板６も設けられ、このプラグ側回路基板６の表面には導体パターン７が形成されている。コネクタ１は、いわゆるホードツーボード型コネクタで、プラグ５がソケット２の内部に嵌り込み、その各々の接触子１４，１３が互いに強固に接して電気的接続を達成するもので、ソケット２のテール１５は、基板３に形成したスルーホール１６を貫通して導体パターン４に繋がり、プラグ５のテール１７も基板６の導体パターン７に繋がっている（例えば、特許文献１参照）。

そして、上記コネクタ１の特性インピーダンスを測定する場合は、ソケット側回路基板３の導体パターン４と、プラグ側回路基板６の導体パターン７のそれぞれに、導線８，９を介して測定器１０に接続されたプローブピン１１，１２を圧接すればよい。このようにすると、測定器１０−導線８−プローブピン１１−基板３の導体パターン４−ソケット２の接触子１３−プラグ５の接触子１４−基板６の導体パターン７−プローブピン１２−導線９−測定器１０の測定回路が成立し、コネクタ１の特性インピーダンスを測定することができる（例えば、特許文献２参照）。
実開平６−１１２６８号公報 特開平５−１０２６２２号公報

ところで、上述した測定回路では、インピーダンス測定結果に、導体パターン４，７、導線８，９、およびプローブピン１１，１２が影響しており、コネクタ１単体での特性インピーダンスとはならない。従来では、これら導体パターン４，７、導線８，９、およびプローブピン１１，１２の各々の特性インピーダンスを、測定器１０の信号源のインピーダンスに合わせて例えば５０Ωに設定し、それらの影響を消去するようにしていた。

しかし、例えば、特開平１１−６４４１９号公報がその段落〔０００４〕にて問題提起しているように、ピン端子の特性インピーダンスは、その構造上３０Ω程度のものが多く、５０Ωの測定回路とはミスマッチを起こし、正確な特性評価ができず、また特開２００１−２４４３０８号公報の段落〔０００２〕に示されているように、多くのプローブピンは５０Ωに設定されている。そのため、プローブピンの特性インピーダンスの選定には、事実上、自由度がなかった。

すなわち、導体パターン４，７および導線８，９の特性インピーダンスを所望の値にすることは比較的容易であるものの、プローブピン１１，１２の特性インピーダンスを変えると、その外径を変更せざるを得ないことから、同軸構造の汎用性のある５０Ωの特性インピーダンスを有するもの以外には、入手困難であった。

本発明の課題は、プローブピンの部分の特性インピーダンスを所望の値に設定することのできる特性インピーダンス測定治具を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、貫通したピン穴が形成され、表面側に被測定部品が位置付けされる金属製のピンホルダと、前記ピン穴内に該ピン穴内周面との間に隙間を持って挿通された金属製のプローブピンと、前記隙間に充填された合成樹脂製の誘電体と、前記ピンホルダの裏面にて測定器に電気的に接続される回路基板とを備え、前記プローブピンは一端が前記回路基板の導体パターンに、他端が前記被測定部品の端子にそれぞれ当接されることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、貫通したピン穴が形成された金属製のピンホルダが２つ設けられ、前記各ピンホルダのピン穴内に該ピン穴内周面との間に隙間を持って挿通された金属製のプローブピンと、前記隙間に充填された合成樹脂製の誘電体と、前記各ピンホルダの裏面にて測定器に電気的に接続される回路基板とを備えた特性インピーダンス測定治具であって、前記２つのピンホルダを平行に配置するとともに、該ピンホルダ間で被測定部品を挟み込むことにより、前記プローブピンの一端が前記回路基板の導体パターンに、他端が前記被測定部品の端子にそれぞれ当接されることを特徴としている。

上記各構成によれば、特定のプローブピンに対し、ピンホルダのピン穴の内径を選定するだけで、任意の特性インピーダンスのプローブピンを用意することができ、測定回路全体の特性インピーダンスを容易に一致させ、正確な測定が可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記２つのピンホルダのうち一方のピンホルダは固定治具に取り付けられ、他方のピンホルダは前記固定治具に対して上下方向に移動可能な可動治具に取り付けられることを特徴としている。

上記構成によれば、可動治具を上方向または下方向に移動させることにより、２つのピンホルダの間に被測定部品を挟んで、プローブピンの他端を被測定部品に確実に接続することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３において、前記２つのピンホルダのうちどちらか一方には、前記被測定部品を保持して固定する保持部材が設けられていることを特徴としている。

上記構成によれば、被測定部品が所定位置に高精度に位置決めされ、２つのピンホルダのプローブピンを被測定部品の端子により正確に接続することができる。

本発明によれば、プローブピンに対して内径の異なるピン穴が形成されたピンホルダを数種類用意することにより、所望の特性インピーダンスのプローブピンを容易に選定することが可能となる。

以下、本発明の実施例について図面に従って説明する。

図１は本発明に係る特性インピーダンス測定治具２０の全体構成を示している。図１において、２１は固定治具、２２は固定治具２１の上方に配置された可動治具である。可動治具２２は固定治具２１に設けられた２本のガイドピン２３に沿って上下方向（図の矢印Ａ方向）に移動自在である。

固定治具２１は、平板状をなした金属製（鋳鉄、真鍮など）の基台２４と、基台２４の上に載置された合成樹脂製（エポキシ樹脂など）の回路基板２５と、回路基板２５の上に載置された金属製のピンホルダ２６とを備えている。回路基板２５には、その絶縁板上に導体パターン２５ａがプリントされている。なお、回路基板２５は導体パターン２５ａを上向きにして載置されている。

固定治具２１には、上記構成に加え、保持部材としてコネクタキャッチャ２７が設けられている。このコネクタキャッチャ２７は合成樹脂で形成され、ピンホルダ２６の上に載置されている。コネクタキャッチャ２７には、被測定部品としてのコネクタ２９が搭載される。コネクタ２９は雄型コネクタ２９ａおよび雌型コネクタ２９ｂからなっており、上側に雄型コネクタ２９ａが、下側すなわちピンホルダ２６側に雌型コネクタ２９ｂがそれぞれ来るように、コネクタキャッチャ２７にセットされる。また、コネクタキャッチャ２７の横方にはコネクタチャック２８が設けられており、コネクタ２９の動きを規制している。

なお、回路基板２５、ピンホルダ２６およびコネクタキャッチャ２７は、複数の穴付きボルト３０ａとナット３０ｂ（図２参照）および複数のスタッドボルト３１ａ（図２参照）とナット３１ｂにより基台２４に締結されている。

一方、可動治具２２は平板状をなした金属製（鋳鉄、真鍮など）の基台３２を備え、この基台３２の下面側には、固定治具２１と同様、回路基板２５とピンホルダ２６とが設けられている。なお、可動治具２２では回路基板２５は図示しない導体パターン２５ａを下向きにして配置されている。

なお、固定治具２１および可動治具２２において、それぞれの回路基板２５に図示しないＳＭＡコネクタを設け、回路基板２５上の導体パターン２５ａをこのＳＭＡコネクタに接続し、またこのＳＭＡコネクタに、図４に示したような測定器１０に繋がった導線８，９を接続することは、測定の効率向上に有効である。

ピンホルダ２６は、図２に示すように、略矩形状の上板２６ａおよび下板２６ｂを備え、これら上板２６ａおよび下板２６ｂには、前記コネクタ２９の端子配列に応じて長手方向に沿ってピン穴３３，３４（図３参照）がそれぞれ２列ずつ配列されている。ピン穴３３，３４は互いに対向する位置に形成され、上板２６ａと下板２６ｂとを重ね合わせると、同心軸上に配置されて、上板２６ａの表面側から下板２６ｂの裏面側まで連通した貫通孔を形成する（図３参照）。なお、図２には、１３８本のプローブピン２６が２列に配置された例を示したが、このプローブピン２６は要所に数本とすることも可能である。

ピンホルダ２６の上に載置されるコネクタキャッチャ２７、すなわち被測定部品であるコネクタ２９を保持して固定する固定部材は平板状をなし、その外形はピンホルダ２６と略同形状に形成されている。コネクタキャッチャ２７の中央部には長手方向に沿って細長形状の貫通穴２７ａが形成され、図１に示したコネクタ２９は貫通穴２７ａ内に収容される。

貫通穴２７ａの長さは、長さが最も大きいコネクタ２９に合わせてある。このため、長さの短いコネクタ２９を貫通穴２７ａ内に収容したときは、そのコネクタ２９を貫通穴２７ａの一側（図２の右側）に置いて、この状態でコネクタチャック２８をコネクタキャッチャ２７にボルト等で締結し、長さの短いコネクタ２９をコネクタキャッチャ２７にセットする。なお、コネクタ２９の長さと幅はその端子の数で変わってくるが、本実施例のように構成すれば、長さの異なる多種類のコネクタに対応可能となる。

ピンホルダ２６において、同心軸上に配置されたピン穴３３，３４の内部には、図３に示すように、ピン穴３３，３４の中心軸に沿ってプローブピン３５が挿通されている。プローブピン３５の外径はピン穴３３，３４の内径よりも小さく、プローブピン３５の外表面とピン穴３３の内周面との間、およびプローブピン３５の外表面とピン穴３４の内周面との間にはそれぞれ隙間が形成されている。そして、プローブピン３５の外表面とピン穴３３の内周面との間の隙間、およびプローブピン３５の外表面とピン穴３４の内周面との間の隙間には、合成樹脂等からなる誘電体３６が充填されている。

プローブピン３５は、細い円筒形状のケーシング３５ａと、ケーシング３５ａの上端に設けられ図の上下方向に移動自在な可動ピン３５ｂと、ケーシング３５ａの下端に固定された固定ピン３５ｃと、ケーシング３５ａの内部に設けられ可動ピン３５ｂを上方向へ付勢するスプリング３５ｄとを備えている。可動ピン３５ｂは先端部が細くなっているが、基部は太くなっていてケーシング３５ａの上部に係合されており、ケーシング３５ａからは抜けないようになっている。また、可動ピン３５ｂはその先端部が下方向に押圧されると、スプリング３５ｄの付勢力に抗してケーシング３５ａ内に埋没する。

プローブピン３５は、ピン穴３３，３４の内部に挿通されたとき、自由状態（図３のようにプローブピン３５の上下に何も設けられていない状態）では、可動ピン３５ｂの先端部はピンホルダ２６の上板２６ａ表面より上に僅かに突き出ており、また固定ピン３５ｃの底部はピンホルダ２６の下板２６ｂ底面より下に僅かに突き出ている。

固定治具２１を組み立てる場合は、先ず、導体パターン２５ａを上向きにして回路基板２５を基台２４の上のスタッドボルト３１に挿通、搭載し、さらに回路基板２５の上に、ピンホルダ２６およびコネクタキャッチャ２７を、ピンホルダ２６内のプローブピン３５の固定ピン３５ｃ側を下にして載せ、ボルト３０ａ、ナット３０ｂで一体的に締結する。

勿論、可動治具２２も、導体パターン２５ａを下向きにして回路基板２５と、プローブピン３５の可動ピン３５ｂを下向きにしてピンホルダ２６を、共にボルト３０ａ、ナット３０ｂで取り付ける。したがって、回路基板２５の導体パターン２５ａには、プローブピン３５の固定ピン３５ｃが確実に当接している。

上記構成の特性インピーダンス測定治具２０を用いてコネクタ２９の特性インピーダンスを測定する場合は、予め雄型コネクタ２９ａと雌型コネクタ２９ｂを合体させておき、固定治具２１側のコネクタキャッチャ２７の貫通孔２７ａ内に、この雌コネクタ２９ｂを下に、雄型コネクタ２９ａを上にして収納し、さらに前記コネクタチャック２８をもってこのコネクタ２９の位置決めを行う。続いて可動治具２２をガイドピン２３に沿って下方向に移動させる。すると、可動治具２２側のピンホルダ２６に設けられたプローブピン３５の可動ピン３５ｂ先端部が雄型コネクタ２９ａの端子に接触し、さらにこの端子を押圧する。

雄型コネクタ２９ａと雌型コネクタ２９ｂは予め一体的に結合されており、雄型コネクタ２９ａの端子が押圧されると、コネクタ２９全体が僅かに押し下げられ、その結果、雌型コネクタ２９ｂの端子が、固定治具２１側のピンホルダ２６に設けられたプローブピン３５の可動ピン３５ｂ先端部に接触し、さらに可動ピン３５ｂ先端部を押圧する。

可動ピン３５ｂは、ケーシング３５ａ内部のスプリング３５ｄによって、固定治具２１側に設けられたプローブピン３５では上方向に、可動治具２２側に設けられたプローブピン３５では下方向にそれぞれ付勢されており、コネクタキャッチャ２７の貫通孔２７ａ内にコネクタ２９が収納されていない状態では上述したようにピンホルダ２６表面から僅かに突き出している。そして、コネクタ２９を収容して押圧されると、可動ピン３５ｂはスプリング３５ｄの付勢力に抗してケーシング３５ａ側へ押し戻される。

ケーシング３５ａ側へ押し戻されたとき、その押し戻された量に比例して、可動ピン３５ｂにはスプリング３５ｄから逆方向（押し戻された方向と反対方向）に付勢力が作用する。その結果、可動ピン３５ｂの先端部を雄型コネクタ２９ａの端子や雌型コネクタ２９ｂの端子に圧接することが可能となる。

上記のように、固定治具２１にコネクタ２９をセットしてから、可動治具２２を下方向に移動させて、可動ピン３５ｂの先端部を雄型コネクタ２９ａの端子や雌型コネクタ２９ｂの端子に圧接すると、測定器１０(図４参照)−導線８(図４参照)−ＳＭＡコネクタ(図示省略)−可動治具２２側の回路基板２５の導体パターン２５ａ−可動治具２２側のプローブピン３５の固定ピン３５ｃ−同プローブピン３５の可動ピン３５ｂ−雄型コネクタ２９ａの端子−雌型コネクタ２９ｂの端子−固定治具２１側のプローブピン３５の可動ピン３５ｂ−同プローブピン３５の固定ピン３５ｄ−固定治具２１側の回路基板２５の導体パターン２５ａ−ＳＭＡコネクタ(図示省略)−導線９(図４参照)−測定器１０(図４参照)の測定回路が成立し、特性インピーダンスを測定することができる。

このとき、測定器１０の信号源インピーダンスが５０Ωの場合には、導線８，９、ＳＭＡコネクタ、導体パターン２５ａ、プローブピン３５の各々の特性インピーダンスも５０Ωにしておくことが、また測定器１０の信号源インピーダンスが４０Ωのときは、導線８，９、ＳＭＡコネクタ、導体パターン２５ａ、プローブピン３５の各々の特性インピーダンスも４０Ωにしておくことが肝要である。前者の５０Ωへの対応は汎用の５０Ωのプローブピンの存在もあって既に広く実施されているが、後者のような４０Ωといった任意な特性インピーダンスの対応は行われていなかった。

本実施例においては、ピンホルダ２６のピン穴３３，３４内に、ピン穴３３，３４の内周面との間に隙間を持ってプローブピン３５を挿通させる構成であるから、ピン穴３３，３４の内径を色々と変化させて、ピン穴３３，３４の内周面とプローブピン３５との隙間が異なる、つまり特性インピーダンスが異なった多種類のピンホルダ２６を用意しておくことにより、例えば４０Ωといった任意な特性インピーダンスにも対応可能となる。

周知のように、極めて単純化した場合、特性インピーダンスＺと、インダクタンスＬと、キャパシタンスＣとの間には、Ｚ＝√（Ｌ／Ｃ）の関係がある。また、プローブピン３５のケーシング３５ａの外径ｄ１と、ピン穴３３，３４の内径ｄ２と、キャパシタンスＣとの間には、Ｃ＝ｄ２／ｄ１の関係がある。さらにキャパシタンスＣはプローブピン３５のケーシング３５ａの外径ｄ１と、ケーシング３５ａの周囲を取り囲む誘電体３６の材質で一義的に決まってくるものである。以上のことから、ある特定のプローブピン３５が選定され、すなわちそのプローブピン３５の外径ｄ１が決まり、プローブピン３５が挿通されるピン穴３３，３４の内径ｄ２を適確に設定し、且つそこに充填される誘電体３６が選定されれば、その特性インピーダンスＺは決定される。言い換えれば、これらのパラメータとして任意に特性インピーダンスを設定することができることになる。

本実施例によれば、特定のプローブピンに対し、ピンホルダ２６のピン穴３３，３４の内径を適確に選定するだけで、任意の特性インピーダンスのプローブピンを用意することができ、測定回路全体の特性インピーダンスを容易に一致させ、正確なインピーダンス測定が可能となる。

また、固定治具２１並びに可動治具２２の双方にピンホルダ２６を介してプローブピン３５を取り付けたので、被測定部材であるコネクタ２９をコネクタキャッチャ２７にセットし、可動治具２２を降下させるだけで、コネクタ２９の両端子とプローブピン３５とを接続でき、測定そのものを正確に且つ容易に行うことができる。

さらに、固定治具２１側および可動治具２２側の回路基板２５の導体パターン２５ａ、測定器１０と、導体パターン２５ａと測定器１０とを繋ぐ導線８，９の特性インピーダンスをも整合させておくことによって、より一層の正確な測定が可能となる。

なお、本実施例ではボードツーボード型のコネクタを被測定部品として説明したが、この種のコネクタに限定されるものではなく、更に被測定部品としてあらゆる電気部品が適用される。

本発明による特性インピーダンス測定治具の全体斜視図である。 図１に示した特性インピーダンス測定治具の要部拡大図である。 プローブピンが設けられたピンホルダの拡大断面図である。 従来の特性インピーダンス測定治具を説明する図である。

符号の説明

２０ 特性インピーダンス測定治具
２１ 固定治具
２２ 可動治具
２３ ガイドピン
２４，３２ 基台
２５ 回路基板
２５ａ 導体パターン
２６ ピンホルダ
２６ａ 上板
２６ｂ 下板
２７ コネクタキャッチャ
２８ コネクタチャック
２９ コネクタ
２９ａ 雄型コネクタ
２９ｂ 雌型コネクタ
３３，３４ ピン穴
３５ プローブピン
３５ａ ケーシング
３５ｂ 可動ピン
３５ｃ 固定ピン
３５ｄ スプリング
３６ 誘電体

Claims (4)

1. 貫通したピン穴が形成され、表面側に被測定部品が位置付けされる金属製のピンホルダと、
   前記ピン穴内に該ピン穴内周面との間に隙間を持って挿通された金属製のプローブピンと、
   前記隙間に充填された合成樹脂製の誘電体と、
   前記ピンホルダの裏面にて測定器に電気的に接続される回路基板とを備え、
   前記プローブピンは一端が前記回路基板の導体パターンに、他端が前記被測定部品の端子にそれぞれ当接されることを特徴とする特性インピーダンス測定治具。
2. 貫通したピン穴が形成された金属製のピンホルダが２つ設けられ、
   前記各ピンホルダのピン穴内に該ピン穴内周面との間に隙間を持って挿通された金属製のプローブピンと、
   前記隙間に充填された合成樹脂製の誘電体と、
   前記各ピンホルダの裏面にて測定器に電気的に接続される回路基板とを備えた特性インピーダンス測定治具であって、
   前記２つのピンホルダを平行に配置するとともに、該ピンホルダ間で被測定部品を挟み込むことにより、前記プローブピンの一端が前記回路基板の導体パターンに、他端が前記被測定部品の端子にそれぞれ当接されることを特徴とする特性インピーダンス測定治具。
3. 前記２つのピンホルダのうち一方のピンホルダは固定治具に取り付けられ、他方のピンホルダは前記固定治具に対して上下方向に移動可能な可動治具に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の特性インピーダンス測定治具。
4. 前記２つのピンホルダのどちらか一方には、前記被測定部品を保持して固定する保持部材が設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の特性インピーダンス測定治具。
   

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