JP2007285843A - 信号測定方法、信号測定器、および、該方法を実施するためのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】端子間に利得差があるプローブを用いて、従来に比べ、高精度かつ高安定に測定を行う。
【解決手段】プラス端子とマイナス端子を備える差動プローブを用いて、ある被測定端子間の差動信号を測定する場合に、被測定端子の第一の端子に差動プローブのプラス端子を、被測定端子の第二の端子に差動プローブのマイナス端子を接触させて被測定端子間の差動信号を測定し、被測定端子の第一の端子に差動プローブのマイナス端子を、被測定端子の第二の端子に差動プローブのプラス端子を接触させて被測定端子間の差動信号を測定し、それぞれの測定値を加算平均する。
【選択図】図１

Description

本発明は、差動プローブを用いて差信号を測定する技術に関する。

平衡デバイスが発生する信号や差動信号を測定する手段の１つとして、差動プローブがある。差動プローブは、プラス端子とマイナス端子とを備え、それらの各端子が受信する信号間の差を検出するものである。差動プローブは、プラス端子およびマイナス端子の他に、プラス端子が受信する信号を増幅する第一の増幅器と、マイナス端子が受信する信号を増幅する第二の増幅器と、第一の増幅器の出力信号と第二の増幅器の出力信号との差信号を生成する演算増幅器とを備える（例えば、特許文献１を参照）。従って、理想的に動作する差動プローブにおいて、プラス端子が受信する信号とマイナス端子が受信する信号が同一であるとき、両信号は互いに打ち消し合い、差動プローブの出力信号はゼロになる。

特開平７−１２８７１号公報（図１）

ところが、第一の増幅器の増幅率と第二の増幅器の増幅率が異なる場合、プラス端子が受信する信号とマイナス端子が受信する信号が同一であっても、差動プローブの出力がゼロにならない。このように端子間に利得差があると、差動プローブ出力に、外来ノイズを含むコモンモード信号が残留し、プラス端子またはマイナス端子が受信する信号が漏洩する。これらの残留成分や漏洩成分は、測定精度や測定値の安定性が低下する要因となる。また、これらの残留成分や漏洩成分は、単なるノイズだけではないため、フィルタや平均処理を用いて抑制することができない。

本発明は、差動プローブの端子を交互に被測定物に接触させ、それぞれの場合において得られる測定値を用いて、測定誤差を低減する。すなわち、本第一の発明は、第一の端子と第二の端子とを有し、前記第一の端子が受信する信号と前記第二の端子が受信する信号との差信号を出力する差動プローブを用いて、被測定物の第一の端子と第二の端子との間に生じる信号を測定する方法であって、前記差動プローブの第一の端子を前記被測定物の第一の端子に電気的に接続し、前記差動プローブの第二の端子を前記被測定物の第二の端子に電気的に接続し、前記差動プローブから出力される第一の差信号の信号レベルを測定するステップと、前記差動プローブの第一の端子を前記被測定物の第二の端子に電気的に接続し、前記差動プローブの第二の端子を前記被測定物の第一の端子に電気的に接続し、前記差動プローブから出力される第二の差信号の信号レベルを測定するステップと、前記第一の差信号の測定結果と前記第二の差信号の測定結果とを加算平均するステップとを含むことを特徴とするものである。

また、本第二の発明は、第一の端子と第二の端子とを有し、前記第一の端子が受信する信号と前記第二の端子が受信する信号との差信号を出力する差動プローブが接続可能な信号測定器であって、前記差動プローブが出力する差信号の信号レベルを測定する手段と、前記差動プローブの第一の端子が被測定物の第一の端子に電気的に接続され且つ前記差動プローブの第二の端子が前記被測定物の第二の端子に電気的に接続されるときに前記差動プローブから出力される差信号を前記測定手段で測定した結果と、前記差動プローブの第一の端子が前記被測定物の第二の端子に電気的に接続され且つ前記差動プローブの第二の端子が前記被測定物の第一の端子に電気的に接続されるときに前記差動プローブから出力される差信号を前記測定手段で測定した結果とを加算平均する演算手段を備え、前記被測定物の第一の端子と第二の端子との間に生じる信号を測定するようにしたことを特徴とするものである。

さらに、第三の発明は、本第二の発明の信号測定器において、前記演算手段が、前記測定器に内蔵されたコンピュータまたは前記測定器に接続されたコンピュータであることを特徴とするものである。

またさらに、本第四の発明は、第一の端子と第二の端子とを有し、前記第一の端子が受信する信号と前記第二の端子が受信する信号との差信号を出力する差動プローブが接続された信号測定器を用いて、前記差動プローブの第一の端子が被測定物の第一の端子に電気的に接続され且つ前記差動プローブの第二の端子が前記被測定物の第二の端子に電気的に接続されるときに前記差動プローブから出力される差信号の信号レベルを測定した結果と、前記差動プローブの第一の端子が前記被測定物の第二の端子に電気的に接続され且つ前記差動プローブの第二の端子が前記被測定物の第一の端子に電気的に接続されるときに前記差動プローブから出力される差信号の信号レベルを前記測定器で測定した結果を取得する手段と、前記取得した測定結果を加算平均する演算手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。

本発明によれば、端子間に利得差があるプローブを用いて測定する場合に、従来に比べて、より高い精度で、かつ、より安定した測定値を得ることができる。

本発明の実施の形態を、添付の図面を参照しながら、以下に説明する。本発明の実施形態は、信号測定システム１０である。ここで、図１を参照する。図１は、信号測定システム１０の概略構成を示すブロック図である。

信号測定システム１０は、信号源１００が電気的に接続された平衡ケーブル２００の出力信号を測定するものであって、差動プローブ３００と測定器４００とを備える。平衡ケーブル２００は、端子２１１および端子２１２の対と、端子２２１および端子２２２の対を備える。信号源１００は、端子２１１および端子２１２に電気的に接続されている。差動プローブ３００は、プローブボディ３２０に取り付けられた端子３１１および端子３１２を有し、端子３１１が受信する信号と端子３１２が受信する信号との差信号を出力する。端子３１１および端子３１２は、端子２２１および端子２２２に電気的に接続されている。測定器４００は、被測定信号Ｓの信号レベルを測定する測定部４１０と、メモリ４２０と、プロセッサ４３０とを備える。本実施形態において、被測定信号Ｓは、差動プローブ３００の出力信号である。メモリ４２０は、測定部４１０の測定結果、プロセッサ４３０の処理結果、または、プロセッサ４３０が実行するプログラムなどが格納される。プロセッサ４３０は、測定部４１０の測定結果に演算処理を施したり、測定器４００全体を制御するものである。プロセッサ４３０は、例えば、ＣＩＳＣプロセッサやＲＩＳＣプロセッサやＤＳＰなどの演算機能を有する集積回路である。図示しないが、測定器４００は、入出力手段として、キーボードやボタン、ＬＡＮインタフェース、もしくは、液晶ディスプレイなどを備える。

ここで、図２を参照する。図２は、差動プローブ３００の内部構成を示すブロック図である。図２において、図１と同一の要素については、同一の参照番号を付すことにより、詳細な説明を省略する。さて、プローブボディ３２０には、増幅器３２１と、増幅器３２２と、演算増幅器３２３とが備えられている。増幅器３２１は、端子３１１に電気的に接続され、端子３１１が受信する信号を増幅するものである。増幅器３２２は、端子３１２に電気的に接続され、端子３１２が受信する信号を増幅するものである。演算増幅器３２３は、増幅器３２１および増幅器３２２に電気的に接続され、増幅器３２１の出力信号から増幅器３２２の出力信号を差し引くことにより得られる差信号を生成するものである。

次に、図１および図２を参照しながら、信号測定システム１０が平衡ケーブル２００の出力信号を測定する手順について説明する。以下に説明する一連の動作は、メモリ４２０に格納されたプログラムをプロセッサ４３０が実行することにより為されるものである。なお、当該プログラムは、メモリ４２０に格納される他、測定器４００内の他の記憶媒体もしくは記録媒体、または、測定器４００により読み取り可能な記憶媒体もしくは記録媒体に格納されても良い。

まず、第一に、端子３１１が端子２２１に電気的に接続され且つ端子３１２が端子２２２に電気的に接続された状態で、差動プローブ３００から出力される信号を測定器４００が測定する。具体的には、プロセッサ４３０が測定部４１０を制御し、差動プローブ３００の出力信号を測定部４１０に測定させる。その測定結果Ｆは、メモリ４２０に格納される。

続いて、第二に、端子３１１および端子３１２の各接続先を交換して、同様に測定する。すなわち、端子３１１が端子２２２に電気的に接続され且つ端子３１２が端子２２１に電気的に接続され状態で、差動プローブ３００から出力される信号を測定器４００が測定する。具体的には、プロセッサ４３０が測定部４１０を制御し、差動プローブ３００の出力信号を測定部４１０に測定させる。その測定結果Ｒは、メモリ４２０に格納される。

続いて、第三に、プロセッサ４３０が、メモリ４２０に格納された測定結果Ｆおよび測定結果Ｒを用いて、次式で表される演算処理を行う。その演算結果Ｍは、メモリ４２０に格納される。

ここで、Ａは、差動プローブ３００の増幅率である。なお、測定部４１０が実測値に増幅率Ａの逆数を乗じ、その結果を測定値として出力する場合には、式（１）中の１／Ａの演算は不要である。また、測定部４１０がスペクトラム解析を行う測定装置であり且つ周波数特性の形状だけが分かれば良いときなど、被測定信号の振幅方向の絶対値を必要としない場合にも、式（１）中の１／Ａの演算は不要である。

なお、差動プローブ３００の増幅率Ａは、端子３１１および端子３１２の一方にゼロレベル（例えば、０ボルト）を印加し、端子３１１および端子３１２の他方（残る一方）に既知の所定レベルを有する信号を印加し、差動プローブ３００の出力レベルと当該所定レベルとの比を求め、得られた比を増幅率Ａとする。なお、式（１）中の１／Ａの演算が不要である場合、増幅率Ａを求める必要はない。

さて、増幅器３２１の増幅率Ａ_１と増幅器３２２の増幅率Ａ_２が異なる場合、測定結果Ｆおよび測定結果Ｒは互いに異なり、また、測定結果Ｆおよび測定結果Ｒは真値（端子２２１と端子２２２との間に生じるレベル差）とも異なる値を示す。そこで、上記の加算平均処理を導入することにより、演算結果Ｍは真値にほぼ等しい値が得られる。なお、その演算結果Ｍの真値に対する誤差（率）は、約Δ／２である。ただし、Δ＝（Ａ_２−Ａ_１）／Ａ_１。

以上に説明した実施形態において、測定器４００が実施する上記の一連の測定手順のうち、少なくとも、測定部４１０の測定結果を演算処理する部分については、信号測定システム１０の外部のコンピュータ装置Ｃに実施させることもできる。そのような形態を図３に示す。図３は、図１にコンピュータ装置Ｃを加えたものである。図３において、図１と同一の要素については、同一の参照番号を付すことにより、詳細な説明を省略する。以下、図３を参照する。図示しないが、コンピュータ装置Ｃは、ＭＰＵなどの中央処理装置、ＲＡＭなどの主記憶装置、ＨＤＤやＣＤＲＯＭドライブ装置などの補助記憶装置、および、キーボードやＣＲＴやインタフェース装置などの入出力装置を備える。コンピュータ装置Ｃは、コンピュータ装置Ｃ自身を、端子３１１が端子２２１に電気的に接続され且つ端子３１２が端子２２２に電気的に接続された状態で差動プローブ３００から出力される信号の測定値と、端子３１１が端子２２２に電気的に接続され且つ端子３１２が端子２２１に電気的に接続された状態で差動プローブ３００から出力される信号の測定値を測定器４００から取得する手段と、取得した測定値を加算平均する演算手段、として機能させるプログラムＬ（不図示）を実行する。なお、コンピュータ装置Ｃは、自身が備える有線通信装置または無線通信装置を介して測定器４００から測定値を取得するか、コンピュータ装置Ｃにより読み取り可能な記憶媒体もしくは記録媒体であって測定器４００の測定値が格納された媒体を読み取ることにより測定値を取得する。また、プログラムＬは、コンピュータ装置Ｃ内の記憶媒体もしくは記録媒体、または、コンピュータ装置Ｃにより読み取り可能な記憶媒体もしくは記録媒体に格納される。

本発明の実施形態である信号測定システム１０の構成を示す図である。 差動プローブ３００の内部構成を示す図である。 信号測定システム１０およびコンピュータ装置Ｃを示す図である。

符号の説明

１０ 信号測定システム
１００ 信号源
２００ 平衡ケーブル
２１１，２１２，２２１，２２２ 端子
３００ 差動プローブ
３１１，３１２ 端子
３２０ プローブボディ
３２１，３２２ 増幅器
３２３ 演算増幅器
４００ 測定器
４１０ 測定部
４２０ メモリ
４３０ プロセッサ

Claims (4)

1. 第一の端子と第二の端子とを有し、前記第一の端子が受信する信号と前記第二の端子が受信する信号との差信号を出力する差動プローブを用いて、被測定物の第一の端子と第二の端子との間に生じる信号を測定する方法であって、
   前記差動プローブの第一の端子を前記被測定物の第一の端子に電気的に接続し、前記差動プローブの第二の端子を前記被測定物の第二の端子に電気的に接続し、前記差動プローブから出力される第一の差信号の信号レベルを測定するステップと、
   前記差動プローブの第一の端子を前記被測定物の第二の端子に電気的に接続し、前記差動プローブの第二の端子を前記被測定物の第一の端子に電気的に接続し、前記差動プローブから出力される第二の差信号の信号レベルを測定するステップと、
   前記第一の差信号の測定結果と前記第二の差信号の測定結果とを加算平均するステップと、
   を含むことを特徴とする信号測定方法。
2. 第一の端子と第二の端子とを有し、前記第一の端子が受信する信号と前記第二の端子が受信する信号との差信号を出力する差動プローブが接続可能な信号測定器であって、
   前記差動プローブが出力する差信号の信号レベルを測定する手段と、
   前記差動プローブの第一の端子が被測定物の第一の端子に電気的に接続され且つ前記差動プローブの第二の端子が前記被測定物の第二の端子に電気的に接続されるときに前記差動プローブから出力される差信号を前記測定手段で測定した結果と、前記差動プローブの第一の端子が前記被測定物の第二の端子に電気的に接続され且つ前記差動プローブの第二の端子が前記被測定物の第一の端子に電気的に接続されるときに前記差動プローブから出力される差信号を前記測定手段で測定した結果とを加算平均する演算手段を備え、
   前記被測定物の第一の端子と第二の端子との間に生じる信号を測定するようにしたことを特徴とする信号測定器。
3. 前記演算手段が、前記測定器に内蔵されたコンピュータまたは前記測定器に接続されたコンピュータであることを特徴とする請求項２に記載の信号測定器。
4. 第一の端子と第二の端子とを有し、前記第一の端子が受信する信号と前記第二の端子が受信する信号との差信号を出力する差動プローブが接続された信号測定器を用いて、前記差動プローブの第一の端子が被測定物の第一の端子に電気的に接続され且つ前記差動プローブの第二の端子が前記被測定物の第二の端子に電気的に接続されるときに前記差動プローブから出力される差信号の信号レベルを測定した結果と、前記差動プローブの第一の端子が前記被測定物の第二の端子に電気的に接続され且つ前記差動プローブの第二の端子が前記被測定物の第一の端子に電気的に接続されるときに前記差動プローブから出力される差信号の信号レベルを前記測定器で測定した結果を取得する手段と、
   前記取得した測定結果を加算平均する演算手段、
   としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
   

Images