JP2010019865A - Frequency characteristic evaluating device, tdr waveform measuring instrument, and program for frequency characteristic evaluating device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a frequency characteristic evaluating device capable of calculating the frequency characteristic of a signal wire without the need for a special sample or a special signal generator. <P>SOLUTION: The device includes: input means (1) for setting waveform data on a time domain concerning an incident wave of staircase waveform to a signal wire that is to be measured and a reflected wave with respect to the incident wave; a storage section (2) in which the waveform data is stored; impulse response extracting means (6) for extracting an impulse response by time-differentiating waveform data on the incident and reflected waves in accordance with the waveform data; Fourier transform means (7) for calculating an amplitude distribution for each frequency of the waveforms of the incident and reflected waves by Fourier transform of the impulse response; reflection coefficient calculating means (8) for calculating a reflection coefficient by calculating an amplitude ratio for each frequency from the amplitude distribution of the waveforms of the incident and reflected waves; and frequency characteristic calculating means (4) for calculating the frequency characteristic of the characteristic impedance of the signal wire in accordance with the reflection coefficient. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、信号配線の周波数特性評価装置および周波数特性評価装置用のプログラムに関するものであり、プリント配線基板特性の周波数依存性、特に配線から見た基板材料の実効比誘電率、および配線の特性インピーダンスの周波数依存性を評価するための周波数特性評価装置および周波数特性評価装置用のプログラムに関するものである。   The present invention relates to a frequency characteristic evaluation apparatus for a signal wiring and a program for the frequency characteristic evaluation apparatus. The present invention relates to frequency dependence of printed wiring board characteristics, in particular, effective relative dielectric constant of the substrate material viewed from the wiring, and wiring characteristics. The present invention relates to a frequency characteristic evaluation apparatus for evaluating the frequency dependence of impedance and a program for the frequency characteristic evaluation apparatus.

まず始めに、基本となる比誘電率測定方法およびTDR測定の原理について説明する。図16は、測定対象である信号配線の一例であるプリント配線基板のストリップライン構造のイメージ図である。このプリント配線基板は、グランド導体11、ガラス繊維12a、樹脂12b、配線導体13を含んでいる。ガラス繊維12aと樹脂12bとの複合材が基板誘電体材料12に相当する。   First, the basic dielectric constant measurement method and the principle of TDR measurement will be described. FIG. 16 is an image diagram of a strip line structure of a printed wiring board which is an example of a signal wiring that is a measurement target. This printed wiring board includes a ground conductor 11, a glass fiber 12 a, a resin 12 b, and a wiring conductor 13. A composite material of the glass fiber 12 a and the resin 12 b corresponds to the substrate dielectric material 12.

図17は、従来の比誘電率測定方法の1つである空洞共振器摂動法の概略図である。空洞共振器21の容器には、内部が空洞になっている試料挿入穴22が設けられている。誘電率を測定したい試料片23を、試料挿入穴22に挿入することにより、誘電率の測定を行う。   FIG. 17 is a schematic diagram of a cavity resonator perturbation method which is one of the conventional methods for measuring relative permittivity. The container of the cavity resonator 21 is provided with a sample insertion hole 22 that is hollow inside. The dielectric constant is measured by inserting a sample piece 23 whose dielectric constant is to be measured into the sample insertion hole 22.

次に、この装置による誘電率測定方法の概要を説明する。まず、試料片23が入っていない状態の完全な空洞状態で、共振周波数を測定する。次に、試料片23を試料挿入穴22に入れた状態で、共振周波数を測定する。試料を入れた状態では、試料片23の部分だけ周囲の空洞と誘電率が異なるため、共振周波数がわずかにずれる。試料片23の寸法が分かっているので、共振周波数のずれから、試料片23の誘電率を算出することができる。   Next, an outline of a dielectric constant measurement method using this apparatus will be described. First, the resonance frequency is measured in a complete cavity state where the sample piece 23 is not contained. Next, the resonance frequency is measured with the sample piece 23 placed in the sample insertion hole 22. In a state where the sample is put, the resonance frequency is slightly shifted because the dielectric constant is different from that of the surrounding cavity only by the portion of the sample piece 23. Since the dimension of the sample piece 23 is known, the dielectric constant of the sample piece 23 can be calculated from the deviation of the resonance frequency.

また、図18は、配線の特性インピーダンスを測定するのに一般的に用いられているTDR(Time Domain Reflection)測定のイメージ図である。測定装置であるTDR波形測定器31は、電圧波形を発生する内部信号源32、波形観測位置33、波形観測位置の波形を表示する波形表示画面34を備えている。また、内部信号源32からの信号は、波形観測位置33、ケーブル35、プローブ36を介して測定対象の伝送線路37に送られる。   FIG. 18 is an image diagram of TDR (Time Domain Reflection) measurement generally used for measuring the characteristic impedance of the wiring. The TDR waveform measuring instrument 31 as a measuring device includes an internal signal source 32 that generates a voltage waveform, a waveform observation position 33, and a waveform display screen 34 that displays the waveform at the waveform observation position. A signal from the internal signal source 32 is sent to the transmission line 37 to be measured via the waveform observation position 33, the cable 35, and the probe 36.

図19は、TDR波形測定器31で伝送線路37を測定した場合に波形観測位置33で観測される波形のイメージ図である。この波形は、時間経過とともに3つの領域(a)〜(c)に大別される。(a)の領域は、TDR波形測定器31が出力した電圧ステップの後にケーブル35からの反射により生じる電圧波形を示している。(b)の領域は、プローブ36の位置でケーブル35の特性インピーダンスと測定対象の伝送線路37のインピーダンスとの不整合により生じた段差の後に測定対象の伝送線路37からの反射により生じる電圧波形を示している。   FIG. 19 is an image diagram of a waveform observed at the waveform observation position 33 when the transmission line 37 is measured by the TDR waveform measuring device 31. This waveform is roughly divided into three regions (a) to (c) with time. A region (a) shows a voltage waveform generated by reflection from the cable 35 after the voltage step output from the TDR waveform measuring device 31. In the region (b), a voltage waveform generated by reflection from the transmission line 37 to be measured after a step caused by mismatch between the characteristic impedance of the cable 35 and the impedance of the transmission line 37 to be measured at the position of the probe 36 is shown. Show.

さらに、(c)の領域は、測定対象の伝送線路37のプローブしていない側の開放端で生じた、測定対象の伝送線路37のインピーダンスと開放端インピーダンス(絶縁)との不整合により生じた段差の後に伝送線路開放端からの全反射により生じる電圧波形を示している。   Further, the region (c) was generated due to a mismatch between the impedance of the transmission line 37 to be measured and the open end impedance (insulation), which occurred at the open end of the transmission line 37 to be measured that was not probed. The voltage waveform which arises by the total reflection from the transmission line open end after a level | step difference is shown.

次に、これら図18および図19の動作について説明する。TDR波形測定器31は、内部信号源32で、例えば電圧が0Vから2Vに急峻に変化する階段波形を生成する。この階段波形は、出力インピーダンス50Ωを介して、その先の50Ωのケーブル35に出力されるため、波形測定位置33での階段波形の電圧は、1:1に分圧されて、1Vとなる。ケーブル35を往復する時間(図19における(a)の領域で示された時間に相当)が経過した後、測定対象の伝送線路37からの反射が、伝送線路37の往復分の時間だけ続く(図19における(b)の領域で示された時間に相当)。   Next, the operations of FIGS. 18 and 19 will be described. The TDR waveform measuring instrument 31 generates a staircase waveform whose voltage changes sharply from 0 V to 2 V, for example, by the internal signal source 32. Since this staircase waveform is output to the 50Ω cable 35 ahead through the output impedance 50Ω, the voltage of the staircase waveform at the waveform measurement position 33 is divided by 1: 1 to 1V. After the time for reciprocating the cable 35 (corresponding to the time indicated by the area (a) in FIG. 19) has elapsed, reflection from the transmission line 37 to be measured continues for the time corresponding to the reciprocation of the transmission line 37 ( (Corresponding to the time indicated by the area (b) in FIG. 19).

このとき、ケーブルの特性インピーダンスと測定対象のインピーダンスとが異なっていると、電圧値に段差が生じる(図19における(a)と(b)との領域の間の段差に相当)。さらに、測定対象往復分の時間(図19における(b)の領域で示された時間に相当)が経過すると、測定対象のプローブしていない側の開放端からの全反射がその後に現れる(図19における(c)の領域で示された時間に相当)。この時の電圧値の段差(図19における(b)と(c)との領域の間の段差に相当)は、測定対象が50Ωの場合、おおよそケーブルや測定対象からの反射の電圧の2倍になり、TDRの内部信号源の2Vに近くなる。   At this time, if the characteristic impedance of the cable is different from the impedance to be measured, a step is generated in the voltage value (corresponding to the step between the regions (a) and (b) in FIG. 19). Further, when a time corresponding to the round trip of the measurement target (corresponding to the time shown in the region (b) in FIG. 19) has elapsed, total reflection from the open end on the non-probe side of the measurement target appears thereafter (FIG. 19 (corresponding to the time indicated by the area (c) in FIG. 19). The step of the voltage value at this time (corresponding to the step between the regions (b) and (c) in FIG. 19) is approximately twice the voltage of the reflection from the cable or measurement target when the measurement target is 50Ω. It becomes close to 2V of the internal signal source of TDR.

なお、図18ではプローブ36を介してケーブル35と測定対象の伝送線路37とが接続されているが、コネクタを介して接続される場合もある。この場合に、プローブ36やコネクタの内部でのインピーダンスがケーブル35の特性インピーダンスと異なっていると、図19における(a)と(b)との領域の間の段差の部分において、さらに細かい電圧値の振動が生じるが、図19では省略した。   In FIG. 18, the cable 35 and the transmission line 37 to be measured are connected via the probe 36, but may be connected via a connector. In this case, if the impedance inside the probe 36 or the connector is different from the characteristic impedance of the cable 35, a finer voltage value at the level difference between the regions (a) and (b) in FIG. However, it is omitted in FIG.

次に、このような電圧波形の測定結果に基づいて、実効比誘電率を求める原理を説明する。測定対象の内部を信号が往復する時間を2×Tdとすると、電磁波の速度Cと配線長Lとの関係は、下式(1)で表される。   Next, the principle of obtaining the effective relative dielectric constant based on the measurement result of such a voltage waveform will be described. If the time for the signal to reciprocate inside the measurement target is 2 × Td, the relationship between the velocity C of the electromagnetic wave and the wiring length L is expressed by the following equation (1).

Figure 2010019865
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ここで、実効比誘電率εreffの中を進む電磁波の速度Cと、真空中の光の速度Coとの間には、次式(2)の関係がある。 Here, there is a relationship of the following equation (2) between the velocity C of the electromagnetic wave traveling in the effective relative permittivity ε ref and the velocity Co of the light in the vacuum.

Figure 2010019865
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式(2)による速度Cを式(1)に代入することにより、下式(3)を得る。   By substituting the velocity C according to the equation (2) into the equation (1), the following equation (3) is obtained.

Figure 2010019865
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よって、上式(3)を実効比誘電率εreffについて解くことにより、実効比誘電率εreffは、下式(4)となる。 Therefore, by solving the above equation (3) for the effective relative permittivity ε ref , the effective relative permittivity ε ref becomes the following equation (4).

Figure 2010019865
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次に、この波形により、インピーダンスを求める原理を説明する。ケーブルのインピーダンスをZCable、測定対象のインピーダンスをZDUTとすると、ケーブルから測定対象に向かう波の接続位置での反射係数Γは、下式(5)となる。 Next, the principle of obtaining the impedance using this waveform will be described. When the cable impedance is Z Cable and the measurement target impedance is Z DUT , the reflection coefficient Γ at the connection position of the wave from the cable to the measurement target is expressed by the following equation (5).

Figure 2010019865
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ケーブルでの電圧VCable、に対して、VCable×Γの反射波が発生する。このため、観測される電圧VDUTは、下式(6)となる。 A reflected wave of V Cable × Γ is generated with respect to the voltage V Cable at the cable. For this reason, the observed voltage V DUT is expressed by the following equation (6).

Figure 2010019865
Figure 2010019865

上式(6)を逆算すると、測定対象のインピーダンスZDUTは、下式(7)となり、測定結果に基づいて測定対象の伝送線路37のインピーダンスZDUTを求めることができる。 When the above equation (6) is calculated backward, the impedance Z DUT to be measured becomes the following equation (7), and the impedance Z DUT of the transmission line 37 to be measured can be obtained based on the measurement result.

Figure 2010019865
Figure 2010019865

上述のようにしてTDR波形測定器による通過時間と配線長との関係から実効比誘電率を求めることができるが、この方法には次のような問題点がある。第1の問題点として、TDR波形の電圧変化部分は傾きを持つため、測定対象での往復時間が正確に決定できない点が挙げられる。また、第2の問題点として、周波数による変化が得られない点が挙げられ、そもそも、計算した値がどの周波数での値なのか不明であるといった問題がある。   As described above, the effective relative permittivity can be obtained from the relationship between the transit time by the TDR waveform measuring instrument and the wiring length, but this method has the following problems. A first problem is that the voltage change portion of the TDR waveform has a slope, so that the round-trip time at the measurement target cannot be determined accurately. A second problem is that a change due to frequency cannot be obtained, and there is a problem that it is unclear at which frequency the calculated value is originally.

さらに、TDR波形測定器による配線の特性インピーダンス測定には、下記の問題点がある。第3の問題点として、階段波形の変化が途中から緩やかな変化になり、どの部分が反射の終了時点なのかが不明で、計算に用いる時刻により電圧値が異なり、計算結果も異なる点が挙げられる。また、第4の問題点として、時間軸上の反射波形振幅を計算に用いるため、特性インピーダンスの周波数依存性が得られない点が挙げられる。   Further, the characteristic impedance measurement of the wiring by the TDR waveform measuring device has the following problems. The third problem is that the change in the staircase waveform is a gradual change from the middle, it is unclear which part is the end point of reflection, the voltage value differs depending on the time used for the calculation, and the calculation result also differs. It is done. A fourth problem is that the frequency dependence of the characteristic impedance cannot be obtained because the reflected waveform amplitude on the time axis is used for the calculation.

特に、第4の問題点に関しては、信号源にパルス波や正弦波を使い、特性インピーダンスの周波数依存性を求める手法がある(例えば、非特許文献1および2参照)。これにより、配線の周波数依存性特性インピーダンスを求めることが可能となる。   In particular, with respect to the fourth problem, there is a method of obtaining the frequency dependence of the characteristic impedance by using a pulse wave or a sine wave as a signal source (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2). As a result, the frequency-dependent characteristic impedance of the wiring can be obtained.

丹治史裕,作左部剛視,高橋丈博,澁谷昇,“正弦波を用いたTDR法による特性インピーダンス測定法の開発,” 第17回エレクトロニクス実装学術講演大会講演論文集,pp.89−90,東京,2003年3月Fumihiro Tanji, Takemi Sakube, Takehiro Takahashi, Noboru Shibuya, “Development of characteristic impedance measurement method by TDR method using sine wave,” Proceedings of 17th Electronics Packaging Conference, pp.89-90, Tokyo, March 2003 J−H.Kim and D−H.Han, “Hybrid Method for Frequency−Dependent Lossy Coupled Transmission Line Characterization and Modeling,” IEEE 12th Topical Meeting on Electrical Performance of Electronic Packaging, pp.239−242, Princeton, New Jersey, October 27−29, 2003J-H. Kim and D-H. Han, “Hybrid Method for Frequency-Dependent Lossy Coupled Transmission Line Characterization and Modeling,” IEEE 12th Topical Meeting on Electrical Performance of Electronic Packaging, pp. 239-242, Princeton, New Jersey, October 27-29, 2003

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。従来の比誘電率測定方法をプリント配線基板に対して適用するには、次のような問題点がある。まず第1の問題点として、一般的な基板誘電体材料は、ガラス繊維と樹脂の複合材であり、その複合割合や基板製造過程の温度、圧力は、基板を製造するメーカーごとに異なり、同じ材料を使用しても出来上がった基板の特性に差が出る点が挙げられる。このため、基板特性の把握には、材料の評価ではなく、基板製造プロセスを通した後の、実際に使用されるものと同じ状態の基板としての試料評価が必要となる。これにより、比誘電率測定方法をプリント配線基板に対して適用するには、この試料評価が大きな制約となってしまう。   However, the prior art has the following problems. There are the following problems in applying the conventional relative dielectric constant measurement method to a printed wiring board. First, as a first problem, a general substrate dielectric material is a composite material of glass fiber and resin, and the composite ratio and the temperature and pressure in the substrate manufacturing process vary depending on the manufacturer of the substrate and are the same. Even if the material is used, there is a difference in the characteristics of the finished substrate. For this reason, grasping the substrate characteristics requires not a material evaluation but a sample evaluation as a substrate in the same state as that actually used after the substrate manufacturing process. As a result, this sample evaluation is a major limitation in applying the relative dielectric constant measurement method to a printed wiring board.

第2の問題点として、ガラス繊維は編み込み構造のために、ガラス繊維の厚みが不均一であることが挙げられる。このため、ガラス繊維と配線の位置関係により、配線にとっての実効比誘電率が変化する(H.Deck, S.Hall, B.Horine, K.Mallory, and T.Wig, “Impact of FR4 Dielectric Non−Uniformity on the Performance of Multi−Gb/s Differential Signals,” IEEE 12th Topical Meeting on Electrical Performance of Electronic Packaging, pp.243−246, Princeton, New Jersey, October 27−29, 2003.参照)。しかしながら、従来の測定方法では、このような局所的な偏りは見えないという問題がある。   A second problem is that the glass fiber has a non-uniform thickness because of the braided structure. Therefore, the effective relative permittivity for the wiring changes depending on the positional relationship between the glass fiber and the wiring (H. Deck, S. Hall, B. Horine, K. Mallory, and T. Wig, “Impact of FR4 Dielectric Non Uniformity on the Performance of Multi-Gb / s Differential Signals, "IEEE 12th Topical Meeting on Electrical Performance of Electronic Packaging, pp. 243-246, Princeton, New Jersey, October 27-29, 2003.). However, the conventional measurement method has a problem that such local bias cannot be seen.

第3の問題点として、他の容量法,ブリッジ法,トリプレート共振法などの測定方法により結果が異なる点が挙げられる(ビルドアップ配線版研究会WG4,“『高周波領域の材料測定技術の研究』について,”エレクトロニクス実装学会ビルドアップ配線版研究会公開研究会「車載用配線版技術の課題と展望」,pp.3−5,2004年1月参照)。   The third problem is that the results differ depending on other measurement methods such as the capacitance method, bridge method, triplate resonance method, etc. "" Electronic Packaging Society Society Build-up Wiring Version Study Group Public Study Group "In-vehicle Wiring Version Technology Issues and Prospects", pp. 3-5, January 2004).

さらに、信号源にパルス波や正弦波を使い配線の周波数依存性特性インピーダンスを求める従来の方法は、適用できる周波数が低い、あるいは測定に特別な信号発生器が必要であるといった問題がある。   Further, the conventional method for obtaining the frequency-dependent characteristic impedance of the wiring using a pulse wave or a sine wave as a signal source has a problem that the applicable frequency is low or a special signal generator is required for measurement.

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、特別な試料を必要とせずに最終製品と同じプロセスで製造された配線材料を用いて、また、特別な信号発生器を必要とせずに、信号配線の周波数特性を広い周波数範囲にわたって算出することのできる周波数特性評価装置および周波数特性評価装置用のプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, using a wiring material manufactured by the same process as the final product without requiring a special sample, and requiring a special signal generator. Instead, the object is to provide a frequency characteristic evaluation apparatus and a program for the frequency characteristic evaluation apparatus that can calculate the frequency characteristic of the signal wiring over a wide frequency range.

本発明に係る周波数特性評価装置は、信号配線の周波数特性評価装置であって、測定対象である信号配線に対する階段波形の入射波および入射波に対する反射波に関する時間領域の波形データを設定する入力手段と、入力手段で設定された波形データを記憶する記憶部と、記憶部に記憶された波形データに基づいて、入射波および反射波の波形データを時間微分してインパルス応答を抽出するインパルス応答抽出手段と、インパルス応答をフーリエ変換して入射波および反射波の波形の周波数ごとの振幅分布を求めるフーリエ変換手段と、入射波および反射波の波形に対する振幅分布から周波数ごとの振幅比を算出して反射係数を求める反射係数算出手段と、反射係数に基づいて、信号配線の特性インピーダンスの周波数特性を算出する周波数特性算出手段とを備えたものである。   The frequency characteristic evaluation apparatus according to the present invention is a frequency characteristic evaluation apparatus for signal wiring, and is an input means for setting time domain waveform data relating to an incident wave of a staircase waveform and a reflected wave with respect to the incident wave with respect to the signal wiring to be measured. And a storage unit for storing the waveform data set by the input means, and an impulse response extraction for extracting the impulse response by time-differentiating the waveform data of the incident wave and the reflected wave based on the waveform data stored in the storage unit Means, Fourier transform means for Fourier transform of the impulse response to obtain the amplitude distribution for each frequency of the waveform of the incident wave and reflected wave, and calculating the amplitude ratio for each frequency from the amplitude distribution for the waveform of the incident wave and reflected wave Reflection coefficient calculation means for obtaining the reflection coefficient, and a frequency for calculating the frequency characteristic of the characteristic impedance of the signal wiring based on the reflection coefficient It is obtained by a characteristic calculation means.

本発明によれば、複数の入力データの比較結果に基づいて、信号配線の周波数特性を算出することにより、特別な試料を必要とせずに最終製品と同じプロセスで製造された配線材料を用いて、また、特別な信号発生器を必要とせずに、測定対象の周波数特性を容易に、かつ、広い周波数範囲にわたって算出することのできる周波数特性評価装置および周波数特性評価装置用のプログラムを提供することができる。   According to the present invention, by using the wiring material manufactured by the same process as the final product without requiring a special sample by calculating the frequency characteristics of the signal wiring based on the comparison result of a plurality of input data. Also, it is possible to provide a frequency characteristic evaluation apparatus and a program for the frequency characteristic evaluation apparatus that can easily calculate the frequency characteristic of a measurement object over a wide frequency range without requiring a special signal generator. Can do.

本発明の実施の形態1における周波数特性評価装置の構成図である。It is a block diagram of the frequency characteristic evaluation apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における信号伝送線路のSパラメータ測定値のデータから実効比誘電率を算出する一連の処理を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed a series of processes which calculate an effective dielectric constant from the data of the S parameter measured value of the signal transmission line in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるTRL校正後に得られる通過位相を示す図である。It is a figure which shows the passage phase obtained after TRL calibration in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における連続表記通過位相を示す図である。It is a figure which shows the continuous description passage phase in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における周波数対実効比誘電率実部のグラフである。It is a graph of the frequency vs. effective relative dielectric constant real part in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2における信号伝送線路のSパラメータ測定値のデータから実効比誘電率を算出する一連の処理を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed a series of processes which calculate an effective relative dielectric constant from the data of the S parameter measured value of the signal transmission line in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における信号伝送線路のSパラメータ測定値のデータから実効比誘電率を算出する一連の処理を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed a series of processes which calculate an effective relative dielectric constant from the data of the S parameter measured value of the signal transmission line in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4における信号伝送線路のSパラメータ測定値のデータから実効比誘電率を算出する一連の処理を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed a series of processes which calculate an effective relative dielectric constant from the data of the S parameter measured value of the signal transmission line in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5における周波数特性評価装置の構成図である。It is a block diagram of the frequency characteristic evaluation apparatus in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5における周波数依存性特性インピーダンスを算出する処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process which calculates the frequency dependence characteristic impedance in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5における波形データである入射階段波および反射階段波のイメージ図である。It is an image figure of the incident staircase wave and reflected staircase wave which are the waveform data in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5における入射階段波のインパルス応答および反射階段波のインパルス応答のイメージ図である。It is an image figure of the impulse response of the incident staircase wave in Embodiment 5 of this invention, and the impulse response of a reflected staircase wave. 本発明の実施の形態6における周波数依存性インピーダンスを算出する処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process which calculates the frequency dependence impedance in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態6における波形データであり、TDR測定を行うためのプローブ先端を測定対象に接続しない場合のTDR波形および測定対象に接続した場合のTDR波形のイメージ図である。It is waveform data in Embodiment 6 of this invention, and is an image figure of the TDR waveform when not connecting the probe tip for performing TDR measurement to a measuring object, and the TDR waveform when connecting to a measuring object. 本発明の実施の形態6におけるインパルス応答であり、TDR測定を行うためのプローブ先端を測定対象に接続しない場合のTDR波形のインパルス応答および測定対象に接続した場合のTDR波形のインパルス応答のイメージ図である。FIG. 10 is an impulse response according to the sixth embodiment of the present invention, and is an image diagram of an impulse response of a TDR waveform when a probe tip for performing TDR measurement is not connected to a measurement target and an impulse response of a TDR waveform when connected to the measurement target. is there. 測定対象である信号配線の一例であるプリント配線基板のストリップライン構造のイメージ図である。It is an image figure of the stripline structure of the printed wiring board which is an example of the signal wiring which is a measuring object. 従来の比誘電率測定方法の1つである空洞共振器摂動法の概略図である。It is the schematic of the cavity resonator perturbation method which is one of the conventional dielectric constant measuring methods. 配線の特性インピーダンスを測定するのに一般的に用いられているTDR(Time Domain Reflection)測定のイメージ図である。It is an image figure of TDR (Time Domain Reflection) measurement generally used to measure the characteristic impedance of wiring. TDR波形測定器で伝送線路を測定した場合に波形観測位置で観測される波形のイメージ図である。It is an image figure of the waveform observed at a waveform observation position when measuring a transmission line with a TDR waveform measuring instrument.

以下、本発明の周波数特性評価装置および周波数特性評価装置用のプログラムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、本願の実施の形態では、測定対象である信号配線の一例として、図16で示したようなプリント配線基板を用いて説明するが、プリント配線基板に限定されるものではなく、他の信号配線についても同様に適用可能である。   Hereinafter, preferred embodiments of the frequency characteristic evaluation apparatus and the frequency characteristic evaluation apparatus program of the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiment of the present application, a printed wiring board as shown in FIG. 16 will be described as an example of the signal wiring to be measured. However, the signal wiring is not limited to the printed wiring board, and other signals are used. The same applies to wiring.

本発明の周波数特性評価装置および周波数特性評価装置用のプログラムは、測定対象である信号配線の異なる長さの配線に対する各配線長、および各配線のSパラメータ測定値を含む入力データに基づいて通過位相を算出することにより、測定対象の信号配線を囲む誘電体の周波数依存性実効比誘電率を算出することができ、また、測定対象である信号配線の入射階段波および反射階段波の入力波形データに基づいて反射係数を算出することにより、測定対象の周波数依存性特性インピーダンスを算出することができる周波数特性評価装置および周波数特性評価装置用のプログラムを得ることを特徴とするものである。   The frequency characteristic evaluation device and the program for the frequency characteristic evaluation device of the present invention are passed based on input data including each wiring length for a wiring having a different length of the signal wiring to be measured, and S parameter measurement values of each wiring. By calculating the phase, the frequency-dependent effective relative permittivity of the dielectric surrounding the signal wiring to be measured can be calculated, and the input waveform of the incident staircase wave and the reflected staircase wave of the signal wiring to be measured By calculating the reflection coefficient based on the data, a frequency characteristic evaluation apparatus and a program for the frequency characteristic evaluation apparatus that can calculate the frequency dependent characteristic impedance of the measurement object are obtained.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における周波数特性評価装置の構成図である。図1の周波数特性評価装置は、入力手段1、記憶部2、通過位相差算出手段3、周波数特性算出手段4、結果出力表示手段5で構成される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a frequency characteristic evaluation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The frequency characteristic evaluation apparatus of FIG. 1 includes an input unit 1, a storage unit 2, a passing phase difference calculation unit 3, a frequency characteristic calculation unit 4, and a result output display unit 5.

入力手段1は、測定対象であるプリント配線基板の周波数特性を算出するために必要な入力データを設定する手段である。記憶部2は、入力データを記憶する記憶部であり、入力手段1は、設定された入力データをこの記憶部2に記憶させる。通過位相差算出手段3は、記憶部2に記憶された入力データに基づいて、測定対象であるプリント配線基板内の長さの異なる配線間の通過位相差を算出する手段である。   The input means 1 is means for setting input data necessary for calculating the frequency characteristics of the printed wiring board to be measured. The storage unit 2 is a storage unit that stores input data, and the input unit 1 stores the set input data in the storage unit 2. The passing phase difference calculating means 3 is a means for calculating a passing phase difference between wirings having different lengths in the printed wiring board to be measured based on the input data stored in the storage unit 2.

周波数特性算出手段4は、通過位相差算出手段3により算出された通過位相差を、記憶部2に記憶されたそれぞれの配線長の差分で割ることにより位相定数を求め、求まった位相定数に基づいてプリント配線基板の実効比誘電率の周波数特性を算出する手段である。さらに、結果出力表示手段5は、周波数特性算出手段4で算出された周波数特性を外部に出力表示する手段である。   The frequency characteristic calculating unit 4 obtains a phase constant by dividing the passing phase difference calculated by the passing phase difference calculating unit 3 by the difference between the wiring lengths stored in the storage unit 2, and based on the obtained phase constant. This is means for calculating the frequency characteristic of the effective relative permittivity of the printed wiring board. Furthermore, the result output display means 5 is a means for outputting and displaying the frequency characteristic calculated by the frequency characteristic calculation means 4 to the outside.

なお、図1で示した入力手段1、通過位相差算出手段3、周波数特性算出手段4、および結果出力表示手段5による周波数特性の算出処理は、記憶部2を備えたコンピュータによるプログラム処理で実現可能である。   The frequency characteristic calculation processing by the input unit 1, the passing phase difference calculation unit 3, the frequency characteristic calculation unit 4, and the result output display unit 5 shown in FIG. 1 is realized by program processing by a computer having the storage unit 2. Is possible.

次に、このように構成された周波数特性評価装置により、測定対象であるプリント配線基板の実効比誘電率の周波数特性を算出する詳細について、フローチャートを用いて説明する。図2は、本発明の実施の形態1における信号伝送線路のSパラメータ測定値のデータから実効比誘電率を算出する一連の処理を示したフローチャートである。   Next, details of calculating the frequency characteristic of the effective relative permittivity of the printed wiring board to be measured by the frequency characteristic evaluation apparatus configured as described above will be described using a flowchart. FIG. 2 is a flowchart showing a series of processes for calculating the effective relative permittivity from the data of the S parameter measurement values of the signal transmission line according to the first embodiment of the present invention.

まず始めに、入力手段1は、入力すべき5種類のデータのどれを入力するかの選択を受け付ける(ステップS201)。この図2の例では、利用者は、番号iを入力する形式となっていて、i=1〜5は、それぞれ、配線Aの配線長Lの入力、配線Bの配線長Lの入力、TRL(Through-Reflection-Line)校正用データの入力、配線AのSパラメータ測定値の入力、および配線BのSパラメータ測定値の入力に対応する。入力手段1は、この番号に従って、各データの種類に対応したデータ入力を受け付け(ステップS202、S203)、設定された入力データを記憶部2に記憶させる。 First, the input unit 1 accepts selection of which of the five types of data to be input (step S201). In the example of FIG. 2, the user, have a form for inputting a number i, i = 1 to 5, respectively, the input of the wiring length L A of the wiring A, the input of the wiring length L B of the wiring B , TRL (Through-Reflection-Line) calibration data input, wiring A S-parameter measurement value input, and wiring B S-parameter measurement value input. The input unit 1 accepts data input corresponding to each data type according to this number (steps S202 and S203), and stores the set input data in the storage unit 2.

選択した種類に対応したデータ入力が終了すると、次に、入力手段1は、5種類のデータが全て入力されたかどうかを確認する(ステップS204)。入力していないデータがある場合には、入力手段1は、ステップS201の処理に戻り、未入力のデータについて一連のデータ入力処理を繰り返す。一方、全てのデータが入力済みである場合には、入力手段1は、すでに入力済みのデータを変更するかどうかを確認する(ステップS205)。   When the data input corresponding to the selected type is completed, the input unit 1 then checks whether all five types of data have been input (step S204). If there is data that has not been input, the input unit 1 returns to the process of step S201 and repeats a series of data input processes for the uninput data. On the other hand, when all the data has been input, the input unit 1 confirms whether to change the already input data (step S205).

データを変更する場合には、入力手段1は、ステップS201の処理に戻り、変更を望む番号に対する一連のデータ入力処理を繰り返すことにより、変更が必要なデータの修正を受け付け、修正された入力データを記憶部2に記憶させることとなる。一方、全てのデータがそろい、かつ、これらのデータを変更する必要がない場合には、5種類の入力データが確定し、次の計算のフェーズに進む。   When changing the data, the input unit 1 returns to the process of step S201 and repeats a series of data input processes for the number desired to be changed, thereby accepting the correction of the data that needs to be changed, and the corrected input data Is stored in the storage unit 2. On the other hand, when all the data are available and it is not necessary to change these data, five types of input data are determined and the process proceeds to the next calculation phase.

5種類のデータが確定すると、次に、通過位相差算出手段3は、記憶部2から配線Aと配線BのSパラメータ測定値を取り出し、この配線Aと配線BのSパラメータ測定値に対してTRL校正を施し、通過位相θおよびθを求める(ステップS206)。図3は、本発明の実施の形態1におけるTRL校正後に得られる通過位相を示す図であり、図3(a)に配線Aの通過位相θ、図3(b)に配線Bの通過位相θをそれぞれ示している。 When the five types of data are determined, the passing phase difference calculating means 3 next takes out the S parameter measurement values of the wiring A and the wiring B from the storage unit 2 and calculates the S parameter measurement values of the wiring A and the wiring B. TRL calibration is performed to determine the passing phases θ A and θ B (step S206). FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the passing phase obtained after TRL calibration in the first embodiment of the present invention. FIG. 3A shows the passing phase θ A of the wiring A , and FIG. 3B shows the passing phase of the wiring B. θ B is shown respectively.

図3(a)、(b)における通過位相θ、θは、ともに−180度から+180度の範囲で表記されるノコギリ状のグラフとなっている。そこで、通過位相差算出手段3は、これらの通過位相θ、θを、0度から連続した値の連続表記通過位相θCA、θCBに変換する(ステップS207)。図4は、本発明の実施の形態1における連続表記通過位相を示す図である。 The passing phases θ A and θ B in FIGS. 3A and 3B are both sawtooth graphs expressed in the range of −180 degrees to +180 degrees. Therefore, the passing phase difference calculating means 3 converts these passing phases θ A and θ B into continuous notation passing phases θ CA and θ CB having values continuous from 0 degree (step S207). FIG. 4 is a diagram showing a continuous notation passing phase in the first embodiment of the present invention.

さらに、通過位相差算出手段3は、これら2つの連続表記通過位相θCA、θCBの差θdiffを計算するとともに、記憶部2から配線Aの配線長Lと配線Bの配線長Lとを取り出して配線長差Ldiffを計算する(ステップS208)。 Further, the passing phase difference calculating means 3 calculates the difference θ diff between these two consecutively described passing phases θ CA and θ CB , and the wiring length L A of the wiring A and the wiring length L B of the wiring B from the storage unit 2. Are extracted, and a wiring length difference L diff is calculated (step S208).

次に、周波数特性算出手段4は、通過位相差θdiffをこの配線長差Ldiffで割ることにより、単位長あたりの位相である位相定数βを計算する(ステップS209)。さらに、周波数特性算出手段4は、位相定数βを用いて、電磁波の速度Cにおける周波数fごとの実効比誘電率εreffを計算する(ステップS210)。そして、結果出力表示手段5は、周波数特性算出手段4により求まったプリント配線基板の周波数ごとの実効比誘電率εreffを表示/出力する(ステップS211)。 Next, the frequency characteristic calculation unit 4 calculates a phase constant β that is a phase per unit length by dividing the passing phase difference θ diff by the wiring length difference L diff (step S209). Furthermore, the frequency characteristic calculation means 4 calculates the effective relative dielectric constant ε ref for each frequency f at the electromagnetic wave velocity C using the phase constant β (step S210). Then, the result output display means 5 displays / outputs the effective relative dielectric constant ε ref for each frequency of the printed wiring board obtained by the frequency characteristic calculation means 4 (step S211).

ここで、ステップS210において実効比誘電率εreffを求めるための数式について説明する。実効比誘電率εreff内を通過する電磁波の速度Cは、次式(8)となる。 Here, the formula for determining the effective dielectric constant epsilon reff described in step S210. The velocity C of the electromagnetic wave passing through the effective relative dielectric constant ε ref is expressed by the following equation (8).

Figure 2010019865
Figure 2010019865

このときの波長λ[m]は、周波数f[Hz]に対して、次式(9)となる。   The wavelength λ [m] at this time is expressed by the following equation (9) with respect to the frequency f [Hz].

Figure 2010019865
Figure 2010019865

また、配線長Lは、波長λの(L/λ)周期分なので、通過位相θは、次式(10)となる。 Further, since the wiring length L is (L / λ) periods of the wavelength λ, the passing phase θ C is expressed by the following equation (10).

Figure 2010019865
Figure 2010019865

式(10)のλに式(9)を代入することにより、通過位相θは、下式(11)となる。 By substituting equation (9) into λ of equation (10), the passing phase θ C becomes the following equation (11).

Figure 2010019865
Figure 2010019865

これを整理すると、実効比誘電率εreffは、下式(12)となる。 To summarize this, the effective relative dielectric constant ε ref is expressed by the following equation (12).

Figure 2010019865
Figure 2010019865

以上のように、本実施の形態1では、信号伝送線路のSパラメータ測定値のデータを活用して、上式(12)を用いることにより、伝送線路に対する周波数対実効比誘電率の算出が可能となる。図5は、本発明の実施の形態1における周波数対実効比誘電率実部のグラフであり、周波数の変化に対応して算出された実効比誘電率の一例を図示したものである。   As described above, in the first embodiment, by using the data of the S parameter measurement value of the signal transmission line and using the above equation (12), it is possible to calculate the frequency versus effective relative dielectric constant for the transmission line. It becomes. FIG. 5 is a graph of the real part of the effective relative dielectric constant versus frequency in the first embodiment of the present invention, and shows an example of the effective relative dielectric constant calculated corresponding to the change in frequency.

式(12)において、通過位相θを通過位相差θdiff、Lを配線長差Ldiffとすることにより、先に説明したステップS210で実効比誘電率εreffを求めることができる。なお、図2においては、ステップS209で位相定数βの計算を行っているが、位相定数βの計算を行わずに実効比誘電率εreffの計算を下式(13)により直接行っても構わない。 In Expression (12), by setting the passing phase θ C as the passing phase difference θ diff and L as the wiring length difference L diff , the effective relative dielectric constant ε ref can be obtained in step S210 described above. In FIG. 2, the phase constant β is calculated in step S209. However, the effective relative permittivity ε ref may be directly calculated by the following equation (13) without calculating the phase constant β. Absent.

Figure 2010019865
Figure 2010019865

また、本実施の形態1では、位相の単位として[度]を用いているが、ラジアン単位でも構わない。ラジアン単位の場合、式中の360は2πになる。   In the first embodiment, [degree] is used as the phase unit, but it may be in radians. In the case of radians, 360 in the formula is 2π.

実施の形態1によれば、測定対象であるプリント配線基板の異なる長さの配線に対する各配線長、TRL校正データ、および各配線のSパラメータ測定値の入力データに基づいて、基板誘電体の周波数依存性実効比誘電率を算出することができる。   According to the first embodiment, the frequency of the substrate dielectric is determined based on the input data of each wiring length, TRL calibration data, and S parameter measurement value of each wiring for the wirings of different lengths of the printed wiring board to be measured. The dependent effective relative permittivity can be calculated.

実施の形態2.
本実施の形態2では、信号伝送線路のSパラメータ測定値のデータから、実効比誘電率を算出する別の処理手順を説明する。図6は、本発明の実施の形態2における信号伝送線路のSパラメータ測定値のデータから実効比誘電率を算出する一連の処理を示したフローチャートである。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, another processing procedure for calculating an effective relative permittivity from data of S parameter measurement values of a signal transmission line will be described. FIG. 6 is a flowchart showing a series of processes for calculating the effective relative permittivity from the data of the S parameter measurement values of the signal transmission line according to the second embodiment of the present invention.

実施の形態1のフローチャートである図2と比較すると、図6のフローチャートでは、入力データの種類が5種類から4種類となっている点(ステップS601に相当)、およびTRL校正処理の代わりにGating処理を行っている点(ステップS602、S603に相当)が異なる。その他の処理は、実施の形態1と2とで共通であり、図6におけるステップS201、S202、S204、S205、S207〜S211が、この共通の処理に相当する。なお、本実施の形態2における周波数特性評価装置の構成は、実施の形態1の構成である図1と同様である。   Compared with FIG. 2 which is the flowchart of the first embodiment, in the flowchart of FIG. 6, the number of types of input data is changed from five to four (corresponding to step S601), and Gating instead of TRL calibration processing. The difference is that processing is performed (corresponding to steps S602 and S603). Other processes are common to the first and second embodiments, and steps S201, S202, S204, S205, and S207 to S211 in FIG. 6 correspond to this common process. The configuration of the frequency characteristic evaluation apparatus according to the second embodiment is the same as that of FIG. 1 that is the configuration of the first embodiment.

次に、図6のフローチャートにしたがって、図2のフローチャートと異なる点を中心に一連の処理の流れを説明する。本実施の形態2においては、TRL校正処理を行わないため、データ入力フェーズにおいて、TRL校正データの入力が不要となる。したがって、入力手段1は、番号i=1〜4に対応して、それぞれ、配線Aの配線長L、配線Bの配線長L、配線AのSパラメータ測定値、および配線BのSパラメータ測定値の4種類のデータ入力を受け付け(ステップS601)、設定された入力データを記憶部2に記憶させる。 Next, according to the flowchart of FIG. 6, a flow of a series of processes will be described focusing on differences from the flowchart of FIG. In the second embodiment, since TRL calibration processing is not performed, it is not necessary to input TRL calibration data in the data input phase. Therefore, the input means 1 corresponds to the numbers i = 1 to 4, respectively, the wiring length L A of the wiring A , the wiring length L B of the wiring B , the S parameter measured value of the wiring A, and the S parameter of the wiring B, respectively. Four types of data input of measurement values are received (step S601), and the set input data is stored in the storage unit 2.

設定された配線Aおよび配線BのSパラメータ測定値には、多重反射が含まれている。そこで、通過位相差算出手段3は、周波数ドメインのデータであるSパラメータ測定値を一度時間軸に変換し、第1通過波とそれ以外の反射との区別が付く形にし、その中の第1通過波のみをGatingで抽出し、抽出した第1通過波を再度周波数ドメインに変換する(ステップS602およびステップS603)。これにより、多重反射を除去したそれぞれの配線における通過位相を得ることができる。それぞれの通過位相が求まった後は、実施の形態1と同様にステップS207〜S211の処理を施すこととなり、説明は省略する。   The set S parameter measurement values of the wiring A and the wiring B include multiple reflections. Therefore, the passing phase difference calculation means 3 once converts the S parameter measurement value, which is data in the frequency domain, into a time axis so that the first passing wave can be distinguished from other reflections. Only the passing wave is extracted by Gating, and the extracted first passing wave is converted again into the frequency domain (steps S602 and S603). Thereby, the passing phase in each wiring from which multiple reflection is removed can be obtained. After the respective passing phases are obtained, the processing in steps S207 to S211 is performed as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

なお、実施の形態1と同様に、位相定数βの計算を行わずに実効比誘電率εreffの計算を先の式(13)により直接行っても構わない。また、本実施の形態2では、位相の単位として[度]を用いているが、ラジアン単位でも構わない。ラジアン単位の場合、式中の360は2πになる。 As in the first embodiment, the effective relative permittivity ε ref may be calculated directly by the above equation (13) without calculating the phase constant β. In the second embodiment, [degree] is used as the phase unit, but it may be in radians. In the case of radians, 360 in the formula is 2π.

実施の形態2によれば、測定対象であるプリント配線基板の異なる長さの配線に対する各配線長、および各配線のSパラメータ測定値の入力データに基づいて、第1通過波を抽出して多重反射を除去した通過位相を算出することにより、TRL校正データを必要とせずに、基板誘電体の周波数依存性実効比誘電率を算出することができる。   According to the second embodiment, the first passing wave is extracted and multiplexed based on the input data of the wiring lengths of the different lengths of the printed wiring board to be measured and the S parameter measurement values of the wirings. By calculating the passing phase with the reflection removed, the frequency-dependent effective relative permittivity of the substrate dielectric can be calculated without requiring TRL calibration data.

実施の形態3.
本実施の形態3では、信号伝送線路のSパラメータ測定値のデータから、実効比誘電率を算出するさらに別の処理手順を説明する。図7は、本発明の実施の形態3における信号伝送線路のSパラメータ測定値のデータから実効比誘電率を算出する一連の処理を示したフローチャートである。本実施の形態3では、位相データに一定のずれが含まれている場合にも、精度よく実効比誘電率を算出することができる方法について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, another processing procedure for calculating the effective relative permittivity from the data of the S parameter measurement value of the signal transmission line will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a series of processes for calculating the effective relative permittivity from the data of the S parameter measurement values of the signal transmission line according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, a method capable of calculating the effective relative permittivity with high accuracy even when the phase data includes a certain deviation will be described.

実施の形態1のフローチャートである図2と比較すると、図7のフローチャートでは、実効比誘電率の計算(ステップS701に相当)が異なる。その他の処理は、実施の形態1と3とで共通であり、図7におけるステップS201〜S209、S211が、この共通の処理に相当する。なお、本実施の形態3における周波数特性評価装置の構成は、実施の形態1の構成である図1と同様である。   Compared with FIG. 2 which is the flowchart of the first embodiment, the calculation of the effective relative permittivity (corresponding to step S701) is different in the flowchart of FIG. Other processes are common to the first and third embodiments, and steps S201 to S209 and S211 in FIG. 7 correspond to this common process. The configuration of the frequency characteristic evaluation apparatus according to the third embodiment is the same as that of FIG. 1 that is the configuration of the first embodiment.

次に、図7のステップS701において、実効比誘電率εreffを求めるための数式について説明する。一般に、先に示した式(12)において、位相データに一定のずれ(定数項Δθ)が含まれている場合は、このずれがそのまま計算結果に反映されてしまう。この場合、先に示した式(11)から、下式(14)の関係が成り立つ。 Next, formulas for obtaining the effective relative dielectric constant ε ref in step S701 in FIG. 7 will be described. In general, in the equation (12) shown above, if the phase data includes a certain deviation (constant term Δθ), this deviation is directly reflected in the calculation result. In this case, the relationship of the following equation (14) is established from the equation (11) shown above.

Figure 2010019865
Figure 2010019865

この両辺を周波数fで微分すると、下式(15)となり、位相データの一定のずれ(定数項Δθ)は消えることとなる。   When these two sides are differentiated by the frequency f, the following equation (15) is obtained, and the constant shift (constant term Δθ) of the phase data disappears.

Figure 2010019865
Figure 2010019865

上式(15)の右辺において、第1項は、df/df=1なのに対し、第2項は、d√(εreff)/df≪1であり、上式(15)は、下式(16)で近似できる。 On the right side of the above equation (15), the first term is df / df = 1, whereas the second term is d√ (ε ref ) / df << 1, and the above equation (15) 16).

Figure 2010019865
Figure 2010019865

これにより、実効比誘電率εreffは、下式(17)で求められる。 Thereby, the effective relative dielectric constant ε ref is obtained by the following equation (17).

Figure 2010019865
Figure 2010019865

この式(17)の右辺を、位相定数βを用いてあらわすと、下式(18)となる。   When the right side of the equation (17) is expressed using the phase constant β, the following equation (18) is obtained.

Figure 2010019865
Figure 2010019865

したがって、周波数特性算出手段4は、位相定数微分値(dβ/df)を含む上式(18)を用いることにより、位相データに一定のずれが含まれている場合にも、そのずれの影響を受けずに、伝送線路に対する周波数対実効比誘電率の算出が可能となる。なお、図7においては、ステップS209で位相定数βの計算を行っているが、位相定数βの計算を行わずに実効比誘電率εreffの計算を先に示した式(17)により直接行っても構わない。また、本実施の形態3では、位相の単として[度]を用いているが、ラジアン単位でも構わない。ラジアン単位の場合、式中の360は2πになる。 Therefore, the frequency characteristic calculation means 4 uses the above equation (18) including the phase constant differential value (dβ / df), so that even when the phase data includes a certain deviation, the influence of the deviation is affected. Without this, it is possible to calculate the effective dielectric constant versus frequency for the transmission line. In FIG. 7, the phase constant β is calculated in step S209. However, the effective relative dielectric constant ε ref is calculated directly by the equation (17) shown above without calculating the phase constant β. It doesn't matter. In Embodiment 3, [degree] is used as the unit of phase, but it may be in radians. In the case of radians, 360 in the formula is 2π.

実施の形態3によれば、測定対象であるプリント配線基板の異なる長さの配線に対する各配線長、TRL校正データ、および各配線のSパラメータ測定値の入力データに基づいて、位相データに一定のずれが含まれている場合にも、そのずれの影響を受けずに、基板誘電体の周波数依存性実効比誘電率を算出することができる。   According to the third embodiment, the phase data is constant based on the input data of each wiring length, TRL calibration data, and S parameter measurement value of each wiring with respect to the wiring of different length of the printed wiring board to be measured. Even when a deviation is included, the frequency-dependent effective relative dielectric constant of the substrate dielectric can be calculated without being affected by the deviation.

実施の形態4.
本実施の形態4では、信号伝送線路のSパラメータ測定値のデータから、実効比誘電率を算出するさらに別の処理手順を説明する。図8は、本発明の実施の形態4における信号伝送線路のSパラメータ測定値のデータから実効比誘電率を算出する一連の処理を示したフローチャートである。本実施の形態4では、位相データに一定のずれが含まれている場合に、TRL校正データを必要とせずに、精度よく実効比誘電率を算出する方法について説明する。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, another processing procedure for calculating the effective relative permittivity from the data of the S parameter measurement values of the signal transmission line will be described. FIG. 8 is a flowchart showing a series of processes for calculating the effective relative permittivity from the data of the S parameter measurement values of the signal transmission line according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, a method for accurately calculating an effective relative dielectric constant without requiring TRL calibration data when phase data includes a certain deviation will be described.

実施の形態2のフローチャートである図6と比較すると、図8のフローチャートでは、実効比誘電率の計算(ステップS701に相当)が異なる。その他の処理は、実施の形態2と4とで共通であり、図8におけるステップS701以外のステップが、この共通の処理に相当する。また、このステップS701における実効比誘電率の算出方法は、実施の形態3で説明したものと同一である。   Compared to FIG. 6 which is the flowchart of the second embodiment, the calculation of the effective relative permittivity (corresponding to step S701) is different in the flowchart of FIG. Other processes are common to the second and fourth embodiments, and steps other than step S701 in FIG. 8 correspond to this common process. The method for calculating the effective relative permittivity in step S701 is the same as that described in the third embodiment.

なお、本実施の形態4における周波数特性評価装置の構成は、実施の形態1の構成である図1と同様であり、周波数特性算出手段4は、実施の形態3で説明した式(18)を用いることにより、位相データに一定のずれが含まれている場合にも、伝送線路に対する周波数対実効比誘電率の算出が可能となる。   The configuration of the frequency characteristic evaluation apparatus in the fourth embodiment is the same as that of FIG. 1 which is the configuration of the first embodiment, and the frequency characteristic calculation means 4 uses the equation (18) described in the third embodiment. By using it, it is possible to calculate the frequency versus effective relative permittivity for the transmission line even when the phase data includes a certain deviation.

また、図7においては、ステップS209で位相定数βの計算を行っているが、位相定数βの計算を行わずに実効比誘電率εreffの計算を先に示した式(17)により直接行っても構わない。また、本実施の形態では、位相の単として[度]を用いているが、ラジアン単位でも構わない。ラジアン単位の場合、式中の360は2πになる。 In FIG. 7, the phase constant β is calculated in step S209. However, the effective relative permittivity ε ref is calculated directly by the equation (17) shown above without calculating the phase constant β. It doesn't matter. In this embodiment, [degree] is used as the unit of phase, but it may be in radians. In the case of radians, 360 in the formula is 2π.

実施の形態4によれば、測定対象であるプリント配線基板の異なる長さの配線に対する各配線長、および各配線のSパラメータ測定値の入力データに基づいて、第1通過波を抽出して多重反射を除去した通過位相を算出することにより、TRL校正データを必要とせずに、さらに、位相データに一定のずれが含まれている場合にも、基板誘電体の周波数依存性実効比誘電率を算出することができる。   According to the fourth embodiment, the first passing wave is extracted and multiplexed based on the input data of the wiring lengths of the different lengths of the printed wiring board to be measured and the S parameter measurement values of the wirings. By calculating the passing phase without reflection, the frequency dependent effective relative dielectric constant of the substrate dielectric can be calculated even when the TRL calibration data is not required and the phase data includes a certain deviation. Can be calculated.

実施の形態5.
実施の形態1〜4では、測定対象であるプリント配線基板の周波数特性の1つとして、周波数依存性実効比誘電率を求める場合について説明した。本実施の形態5では、測定対象であるプリント配線基板の周波数特性の1つとして、周波数依存性特性インピーダンスを算出する場合について説明する。
Embodiment 5 FIG.
In the first to fourth embodiments, the case where the frequency-dependent effective relative dielectric constant is obtained as one of the frequency characteristics of the printed wiring board to be measured has been described. In the fifth embodiment, a case will be described in which frequency-dependent characteristic impedance is calculated as one of frequency characteristics of a printed wiring board to be measured.

図9は、本発明の実施の形態5における周波数特性評価装置の構成図である。図9の周波数特性評価装置は、入力手段1、記憶部2、インパルス応答抽出手段6、フーリエ変換手段7、反射係数算出手段8、周波数特性算出手段4、結果出力表示手段5で構成される。実効比誘電率を求めるための周波数特性評価装置の構成を示した図1と比較すると、図9の周波数特性評価装置は、入力手段1と周波数特性算出手段4との間の中間処理を行う手段として、通過位相差算出手段3の代わりに、インパルス応答抽出手段6、フーリエ変換手段7、反射係数算出手段8を新たに用いている点が異なる。   FIG. 9 is a configuration diagram of a frequency characteristic evaluation apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. The frequency characteristic evaluation apparatus shown in FIG. 9 includes an input unit 1, a storage unit 2, an impulse response extraction unit 6, a Fourier transform unit 7, a reflection coefficient calculation unit 8, a frequency characteristic calculation unit 4, and a result output display unit 5. Compared with FIG. 1 showing the configuration of the frequency characteristic evaluation apparatus for obtaining the effective relative permittivity, the frequency characteristic evaluation apparatus of FIG. 9 is means for performing intermediate processing between the input means 1 and the frequency characteristic calculation means 4. The difference is that, instead of the passing phase difference calculating means 3, an impulse response extracting means 6, a Fourier transform means 7, and a reflection coefficient calculating means 8 are newly used.

入力手段1は、測定対象であるプリント配線基板の周波数特性を算出するために必要な入射波と反射波の波形データを設定する手段である。記憶部2は、波形データを記憶する記憶部であり、入力手段1は、設定された波形データをこの記憶部2に記憶させる。   The input means 1 is means for setting waveform data of incident waves and reflected waves necessary for calculating the frequency characteristics of the printed wiring board to be measured. The storage unit 2 is a storage unit that stores waveform data, and the input unit 1 stores the set waveform data in the storage unit 2.

インパルス応答抽出手段6は、記憶部2に記憶された波形データに基づいて、それぞれの波形データを時間微分してインパルス応答を抽出する手段である。フーリエ変換手段7は、抽出されたインパルス応答をフーリエ変換してそれぞれの波形の周波数ごとの振幅分布を求める手段である。さらに、反射係数算出手段8は、それぞれの波形に対して求まった振幅分布から周波数ごとの振幅比を算出して反射係数を求める手段である。   The impulse response extracting means 6 is means for extracting an impulse response by differentiating each waveform data with respect to time based on the waveform data stored in the storage unit 2. The Fourier transform means 7 is a means for obtaining an amplitude distribution for each frequency of each waveform by Fourier transforming the extracted impulse response. Further, the reflection coefficient calculating means 8 is a means for calculating the reflection coefficient by calculating the amplitude ratio for each frequency from the amplitude distribution obtained for each waveform.

周波数特性算出手段4は、反射係数算出手段8により算出された反射係数に基づいてプリント配線基板の特性インピーダンスの周波数特性を算出する手段である。さらに、結果出力表示手段5は、周波数特性算出手段4で算出された周波数特性を外部に出力表示する手段である。   The frequency characteristic calculation unit 4 is a unit that calculates the frequency characteristic of the characteristic impedance of the printed circuit board based on the reflection coefficient calculated by the reflection coefficient calculation unit 8. Furthermore, the result output display means 5 is a means for outputting and displaying the frequency characteristic calculated by the frequency characteristic calculation means 4 to the outside.

なお、図9で示した入力手段1、インパルス応答抽出手段6、フーリエ変換手段7、反射係数算出手段8、周波数特性算出手段4、および結果出力表示手段5による周波数特性の算出処理は、記憶部2を備えたコンピュータによるプログラム処理で実現可能である。   The frequency characteristic calculation processing by the input means 1, impulse response extraction means 6, Fourier transform means 7, reflection coefficient calculation means 8, frequency characteristic calculation means 4, and result output display means 5 shown in FIG. 2 can be realized by a program process by a computer having 2.

次に、このように構成された周波数特性評価装置により、測定対象であるプリント配線基板の特性インピーダンスの周波数特性を算出する詳細について、フローチャートを用いて説明する。図10は、本発明の実施の形態5における周波数依存性特性インピーダンスを算出する処理のフローチャートである。   Next, details of calculating the frequency characteristic of the characteristic impedance of the printed wiring board to be measured by the frequency characteristic evaluation apparatus configured as described above will be described using a flowchart. FIG. 10 is a flowchart of processing for calculating frequency-dependent characteristic impedance according to the fifth embodiment of the present invention.

まず始めに、入力手段1は、入力すべき2種類のデータのどれを入力するかの選択を受け付ける(ステップS1001)。この図10の例では、利用者は、番号iを入力する形式となっていて、i=1、2は、それぞれ、入射階段波の波形データの入力、および反射階段波の波形データの入力に対応する。入力手段1は、この番号に従って、各データの種類に対応した波形データ入力を受け付け(ステップS1002、S1003)、設定された波形データを記憶部2に記憶させる。   First, the input unit 1 accepts selection of which of two types of data to be input is input (step S1001). In the example of FIG. 10, the user has a format for inputting the number i, and i = 1 and 2 are respectively used for inputting incident staircase waveform data and reflecting staircase waveform data. Correspond. The input unit 1 accepts waveform data input corresponding to each data type according to this number (steps S1002 and S1003), and stores the set waveform data in the storage unit 2.

図11は、本発明の実施の形態5における波形データである入射階段波および反射階段波のイメージ図である。図11(a)は入射階段波の電圧値、図11(b)は反射階段波の電圧値であり、それぞれ時間領域の関数として示されている。   FIG. 11 is an image diagram of incident staircase waves and reflected staircase waves, which are waveform data according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 11A shows the voltage value of the incident staircase wave, and FIG. 11B shows the voltage value of the reflected staircase wave, which are shown as functions in the time domain.

選択した種類に対応した波形データの入力が終了すると、次に、入力手段1は、2種類のデータが全て入力されたかどうかを確認する(ステップS1004)。入力していないデータがある場合には、入力手段1は、ステップS1001の処理に戻り、未入力の波形データについて一連のデータ入力処理を繰り返す。一方、全ての波形データが入力済みである場合には、入力手段1は、すでに入力済みの波形データを変更するかどうかを確認する(ステップS1005)。   When the input of the waveform data corresponding to the selected type is completed, the input unit 1 next checks whether or not all the two types of data have been input (step S1004). If there is data that has not been input, the input unit 1 returns to the process of step S1001 and repeats a series of data input processes for uninput waveform data. On the other hand, if all the waveform data has been input, the input means 1 confirms whether or not to change the already input waveform data (step S1005).

波形データを変更する場合には、入力手段1は、ステップS1001の処理に戻り、変更を望む番号に対する一連の波形データ入力処理を繰り返すことにより、変更が必要な波形データの修正を受け付け、修正された波形データを記憶部2に記憶させることとなる。一方、全ての波形データがそろい、かつ、これらの波形データを変更する必要がない場合には、2種類の入力データが確定し、次の計算のフェーズに進む。   When changing the waveform data, the input unit 1 returns to the process of step S1001 and repeats a series of waveform data input processes for the number desired to be changed, thereby accepting and correcting the waveform data that needs to be changed. The waveform data is stored in the storage unit 2. On the other hand, when all the waveform data are available and there is no need to change these waveform data, two types of input data are determined and the process proceeds to the next calculation phase.

2種類のデータが確定すると、次に、インパルス応答抽出手段6は、記憶部2から2種類の波形データを取り出し、この2種類の波形データを時間微分してインパルス応答を計算する(ステップS1006)。図12は、本発明の実施の形態5における入射階段波のインパルス応答および反射階段波のインパルス応答のイメージ図である。図12(a)は入射階段波の電圧変化率、図12(b)は反射階段波の電圧変化率が、それぞれ時間領域の関数として示されており、図11(a)(b)のそれぞれの波形を時間微分したものに相当する。   When the two types of data are determined, next, the impulse response extraction means 6 takes out the two types of waveform data from the storage unit 2, and calculates the impulse response by differentiating the two types of waveform data with respect to time (step S1006). . FIG. 12 is an image diagram of an impulse response of an incident staircase wave and an impulse response of a reflected staircase wave according to Embodiment 5 of the present invention. FIG. 12 (a) shows the voltage change rate of the incident staircase wave, and FIG. 12 (b) shows the voltage change rate of the reflected staircase wave as a function in the time domain. FIG. 11 (a) and FIG. Is equivalent to the time-differentiated waveform.

さらに、インパルス応答抽出手段6は、これらのインパルス応答に対して時間軸上のGatingを行い、インパルスを含む狭い時間軸範囲のデータのみを抽出する(ステップS1007)。この抽出は、図12(a)および図12(b)の時間=0の付近を抽出することにより行える。これにより、多重反射の影響が取り除かれる。次に、フーリエ変換手段7は、抽出した時間軸上のインパルス応答を、フーリエ変換により周波数分布に変換する(ステップS1008)。   Further, the impulse response extraction means 6 performs gating on the time axis for these impulse responses, and extracts only data in a narrow time axis range including the impulse (step S1007). This extraction can be performed by extracting the vicinity of time = 0 in FIGS. 12 (a) and 12 (b). This eliminates the effects of multiple reflections. Next, the Fourier transform means 7 transforms the extracted impulse response on the time axis into a frequency distribution by Fourier transform (step S1008).

次に、反射係数算出手段8は、フーリエ変換手段7で変換された2つの周波数分布の比を計算する(ステップS1009)。この比は、周波数ごとの反射係数Γに等しい。次に、周波数特性算出手段4は、求まった反射係数Γを用いて周波数ごとのインピーダンスを計算する(ステップS1010)。そして、結果出力表示手段5は、周波数特性算出手段4により求まったプリント配線基板の周波数ごとの特性インピーダンスを表示/出力する(ステップS1011)。   Next, the reflection coefficient calculation unit 8 calculates the ratio of the two frequency distributions converted by the Fourier transform unit 7 (step S1009). This ratio is equal to the reflection coefficient Γ for each frequency. Next, the frequency characteristic calculation unit 4 calculates the impedance for each frequency using the obtained reflection coefficient Γ (step S1010). Then, the result output display unit 5 displays / outputs the characteristic impedance for each frequency of the printed wiring board obtained by the frequency characteristic calculation unit 4 (step S1011).

なお、ステップS1009で求められる反射係数Γは、本来は複素数であるが、波形に寄生成分の影響が無い場合は、実数部のみとなり、ステップS1010におけるインピーダンスの計算において、Γreal=Γとなる。 Note that the reflection coefficient Γ obtained in step S1009 is originally a complex number, but when there is no influence of parasitic components on the waveform, only the real part is obtained, and in the impedance calculation in step S1010, Γreal = Γ.

ここで、ステップS1010で周波数ごとの特性インピーダンスZLOAD(f)を求めるための数式について説明する。測定対象がプリント配線基板である場合に、ケーブルのインピーダンスZCableをZ、測定対象のインピーダンスZDUTを配線の特性インピーダンスZLOADとすると、先に示した式(5)を、特性インピーダンスZLOADについて解くことにより、下式(19)を得る。 Here, the formula will be described for obtaining the characteristic impedance Z LOAD for each frequency (f) in step S1010. When the measurement target is a printed wiring board, assuming that the cable impedance Z Cable is Z I and the measurement target impedance Z DUT is the characteristic impedance Z LOAD of the wiring, the equation (5) shown above is expressed as the characteristic impedance Z LOAD. Is obtained, the following equation (19) is obtained.

Figure 2010019865
Figure 2010019865

ここで、反射係数Γは、複素数であり、下式(20)で表すことができる。   Here, the reflection coefficient Γ is a complex number and can be represented by the following expression (20).

Figure 2010019865
Figure 2010019865

この式(20)を式(19)に代入することにより、特性インピーダンスZLOADは、下式(21)となる。 By substituting this equation (20) into equation (19), the characteristic impedance Z LOAD becomes the following equation (21).

Figure 2010019865
Figure 2010019865

ここで、Γが小さいと、2乗項が無視できるので、上式(21)は、近似的に下式(22)で表すことができる。   Here, when Γ is small, the square term can be ignored, so the above equation (21) can be approximately expressed by the following equation (22).

Figure 2010019865
Figure 2010019865

さらに、上式(22)において、波形に寄生成分の影響が無い場合は、実数部のみとなりΓreal=Γとなり、最終的に、周波数ごとの特性インピーダンスZLOAD(f)は、下式(23)で算出できることとなる。 Further, in the above equation (22), when there is no influence of the parasitic component on the waveform, only the real part becomes Γ real = Γ, and finally the characteristic impedance Z LOAD (f) for each frequency is expressed by the following equation (23 ).

Figure 2010019865
Figure 2010019865

実施の形態5によれば、測定対象であるプリント配線基板の波形データとして、入射階段波のデータおよび反射階段波のデータを設定し、これらの波形データに基づいて反射係数を算出することにより、周波数対配線インピーダンスを算出することができる。   According to the fifth embodiment, by setting the incident staircase wave data and the reflected staircase wave data as the waveform data of the printed wiring board to be measured, and calculating the reflection coefficient based on these waveform data, Frequency vs. wiring impedance can be calculated.

実施の形態6.
実施の形態5では、入射階段波および反射階段波の波形データの入力に基づいて、周波数依存性特性インピーダンスを求める場合について説明した。本実施の形態6では、TDR波形測定器で測定した波形に基づいて、周波数依存性特性インピーダンスを求める場合について説明する。なお、本実施の形態6における周波数特性評価装置の構成は、実施の形態5の構成である図9と同様である。
Embodiment 6 FIG.
In the fifth embodiment, the case where the frequency-dependent characteristic impedance is obtained based on the input of the waveform data of the incident staircase wave and the reflected staircase wave has been described. In the sixth embodiment, a case will be described in which a frequency-dependent characteristic impedance is obtained based on a waveform measured by a TDR waveform measuring instrument. The configuration of the frequency characteristic evaluation apparatus in the sixth embodiment is the same as that in FIG. 9 which is the configuration of the fifth embodiment.

図13は、本発明の実施の形態6における周波数依存性特性インピーダンスを算出する処理のフローチャートである。まず始めに、入力手段1は、入力すべき2種類のデータのどれを入力するかの選択を受け付ける(ステップS1001)。この図13の例では、利用者は、番号iを入力する形式となっていて、i=1、2は、それぞれ、測定対象に接続しない場合のTDR波形データの入力、および測定対象に接続した場合のTDR波形データの入力に対応する。入力手段1は、この番号に従って、各データの種類に対応した波形データ入力を受け付け(ステップS1002、S1301)、設定された波形データを記憶部2に記憶させる。   FIG. 13 is a flowchart of processing for calculating frequency-dependent characteristic impedance according to the sixth embodiment of the present invention. First, the input unit 1 accepts selection of which of two types of data to be input is input (step S1001). In the example of FIG. 13, the user has a format to input the number i, and i = 1 and 2 are input to the TDR waveform data when not connected to the measurement target and connected to the measurement target, respectively. Corresponds to the input of TDR waveform data. The input unit 1 accepts waveform data input corresponding to each data type according to this number (steps S1002 and S1301), and stores the set waveform data in the storage unit 2.

図14は、本発明の実施の形態6における波形データであり、TDR測定を行うためのプローブ先端を測定対象に接続しない場合のTDR波形および測定対象に接続した場合のTDR波形のイメージ図である。図14(a)はTDR測定を行うためのプローブ先端を測定対象に接続しない場合における電圧値、図14(b)はTDR測定を行うためのプローブ先端を測定対象に接続した場合における電圧値であり、それぞれ時間領域の関数として示されている。   FIG. 14 is waveform data in Embodiment 6 of the present invention, and is an image diagram of a TDR waveform when the probe tip for performing TDR measurement is not connected to the measurement target and a TDR waveform when connected to the measurement target. FIG. 14A shows the voltage value when the probe tip for performing TDR measurement is not connected to the measurement target, and FIG. 14B shows the voltage value when the probe tip for performing TDR measurement is connected to the measurement target. Each is shown as a function in the time domain.

選択した種類に対応した波形データの入力が終了すると、次に、入力手段1は、2種類のデータが全て入力されたかどうかを確認する(ステップS1004)。入力していないデータがある場合には、入力手段1は、ステップS1001の処理に戻り、未入力の波形データについて一連のデータ入力処理を繰り返す。一方、全ての波形データが入力済みである場合には、入力手段1は、すでに入力済みの波形データを変更するかどうかを確認する(ステップS1005)。   When the input of the waveform data corresponding to the selected type is completed, the input unit 1 next checks whether or not all the two types of data have been input (step S1004). If there is data that has not been input, the input unit 1 returns to the process of step S1001 and repeats a series of data input processes for uninput waveform data. On the other hand, if all the waveform data has been input, the input means 1 confirms whether or not to change the already input waveform data (step S1005).

波形データを変更する場合には、入力手段1は、ステップS1001の処理に戻り、変更を望む番号に対する一連の波形データ入力処理を繰り返すことにより、変更が必要な波形データの修正を受け付け、修正された波形データを記憶部2に記憶させることとなる。一方、全ての波形データがそろい、かつ、これらの波形データを変更する必要がない場合には、2種類の入力データが確定し、次の計算のフェーズに進む。   When changing the waveform data, the input unit 1 returns to the process of step S1001 and repeats a series of waveform data input processes for the number desired to be changed, thereby accepting and correcting the waveform data that needs to be changed. The waveform data is stored in the storage unit 2. On the other hand, when all the waveform data are available and there is no need to change these waveform data, two types of input data are determined and the process proceeds to the next calculation phase.

2種類のデータが確定すると、次に、インパルス応答抽出手段6は、記憶部2から2種類の波形データを取り出し、この2種類の波形データを時間微分してインパルス応答を計算する(ステップS1302)。図15は、本発明の実施の形態6におけるインパルス応答であり、TDR測定を行うためのプローブ先端を測定対象に接続しない場合のTDR波形のインパルス応答および測定対象に接続した場合のTDR波形のインパルス応答のイメージ図である。図15(a)はTDR測定を行うためのプローブ先端を測定対象に接続しない場合における電圧変化率、図15(b)はTDR測定を行うためのプローブ先端を測定対象に接続した場合における電圧変化率が、それぞれ時間領域の関数として示されており、図14(a)(b)のそれぞれの波形を時間微分したものに相当する。   When the two types of data are determined, the impulse response extraction unit 6 then extracts the two types of waveform data from the storage unit 2 and calculates the impulse response by time-differentiating the two types of waveform data (step S1302). . FIG. 15 shows an impulse response according to the sixth embodiment of the present invention. The impulse response of the TDR waveform when the probe tip for performing TDR measurement is not connected to the measurement target and the impulse of the TDR waveform when connected to the measurement target. It is an image figure of a response. FIG. 15A shows the voltage change rate when the probe tip for performing TDR measurement is not connected to the measurement target, and FIG. 15B shows the voltage change when the probe tip for performing TDR measurement is connected to the measurement target. The rate is shown as a function in the time domain, and corresponds to a time derivative of each waveform in FIGS. 14 (a) and 14 (b).

さらに、インパルス応答抽出手段6は、これらのインパルス応答に対して時間軸上のGatingを行い、インパルスを含む狭い時間軸範囲のデータのみを抽出する(ステップS1303)。この抽出は、図15(a)および図15(b)の時間=0の付近を抽出することにより行える。これにより、多重反射の影響が取り除かれる。次に、フーリエ変換手段7は、抽出した時間軸上のインパルス応答を、フーリエ変換により周波数分布に変換する(ステップS1304)。   Further, the impulse response extraction means 6 performs gating on the time axis for these impulse responses, and extracts only data in a narrow time axis range including the impulse (step S1303). This extraction can be performed by extracting the vicinity of time = 0 in FIGS. 15 (a) and 15 (b). This eliminates the effects of multiple reflections. Next, the Fourier transform means 7 transforms the extracted impulse response on the time axis into a frequency distribution by Fourier transform (step S1304).

次に、反射係数算出手段8は、フーリエ変換手段7で変換された2つの周波数分布の比を計算する(ステップS1305)。この比は、周波数ごとの反射係数Γに等しい。次に、周波数特性算出手段4は、求まった反射係数Γを用いて周波数ごとのインピーダンスを計算する(ステップS1010)。そして、結果出力表示手段5は、周波数特性算出手段4により求まったプリント配線基板の周波数ごとの特性インピーダンスを表示/出力する(ステップS1011)。   Next, the reflection coefficient calculation unit 8 calculates the ratio of the two frequency distributions converted by the Fourier transform unit 7 (step S1305). This ratio is equal to the reflection coefficient Γ for each frequency. Next, the frequency characteristic calculation unit 4 calculates the impedance for each frequency using the obtained reflection coefficient Γ (step S1010). Then, the result output display unit 5 displays / outputs the characteristic impedance for each frequency of the printed wiring board obtained by the frequency characteristic calculation unit 4 (step S1011).

なお、ステップS1305で求められる反射係数Γは、本来は複素数であるが、測定対象との接続位置での寄生成分が十分小さい場合は、虚数部はゼロに近くなり、ステップS1010におけるインピーダンスの計算において、Γreal≒Γとなり、先に示した式(23)を用いることにより、周波数ごとの特性インピーダンスを算出できる。 The reflection coefficient Γ obtained in step S1305 is originally a complex number, but when the parasitic component at the connection position with the measurement target is sufficiently small, the imaginary part is close to zero, and in the impedance calculation in step S1010, Γ real ≈Γ, and the characteristic impedance for each frequency can be calculated by using the equation (23) shown above.

実施の形態6によれば、測定対象であるプリント配線基板の波形データとして、TDR測定を行うためのプローブ先端を測定対象に接続していない場合のTDR波形のデータおよび測定対象に接続した場合のTDR波形のデータを設定し、これらの波形データに基づいて反射係数を算出することにより、周波数対配線インピーダンスを算出することができる。   According to the sixth embodiment, as the waveform data of the printed wiring board that is the measurement target, the data of the TDR waveform when the probe tip for performing the TDR measurement is not connected to the measurement target and the measurement target when connected to the measurement target By setting TDR waveform data and calculating the reflection coefficient based on these waveform data, the frequency versus wiring impedance can be calculated.

なお、上述の実施の形態1〜4における周波数特性評価装置は、入力手段により測定対象であるプリント配線基板のSパラメータ測定値を設定する場合について説明したが、本発明の実施の形態はこれに限定されるものではない。Sパラメータ測定器自身に実施の形態1〜4における周波数特性評価装置の機能を持たせ、Sパラメータ測定器自身によるSパラメータの測定結果を入力データとして用いることにより、実効比誘電率の周波数特性を算出することが可能なSパラメータ測定器を得ることができる。   In addition, although the frequency characteristic evaluation apparatus in above-mentioned Embodiment 1-4 demonstrated the case where the S parameter measured value of the printed wiring board which is a measuring object was set with an input means, embodiment of this invention is described to this It is not limited. The frequency characteristic of the effective relative dielectric constant can be obtained by providing the S parameter measuring instrument itself with the function of the frequency characteristic evaluation apparatus in Embodiments 1 to 4 and using the S parameter measurement result by the S parameter measuring instrument itself as input data. An S-parameter measuring device that can be calculated can be obtained.

また、上述の実施の形態6における周波数特性評価装置は、入力手段により測定対象であるプリント配線基板のTDR波形データを設定する場合について説明したが、本発明の実施の形態はこれに限定されるものではない。TDR波形測定器自身に実施の形態6における周波数特性評価装置の機能を持たせ、TDR波形測定器自身による波形データの測定結果を入力データとして用いることにより、特性インピーダンスの周波数特性を算出することが可能なTDR波形測定器を得ることができる。   Moreover, although the frequency characteristic evaluation apparatus in the above-mentioned Embodiment 6 explained the case where the TDR waveform data of the printed wiring board to be measured is set by the input means, the embodiment of the present invention is limited to this. It is not a thing. The frequency characteristics of the characteristic impedance can be calculated by providing the TDR waveform measuring instrument itself with the function of the frequency characteristic evaluation apparatus in Embodiment 6 and using the measurement result of the waveform data by the TDR waveform measuring instrument itself as input data. A possible TDR waveform measuring instrument can be obtained.

1 入力手段、2 記憶部、3 通過位相差算出手段、4 周波数特性算出手段、5 結果出力表示手段、6 インパルス応答抽出手段、7 フーリエ変換手段、8 反射係数算出手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input means, 2 Memory | storage part, 3 Passing phase difference calculation means, 4 Frequency characteristic calculation means, 5 Result output display means, 6 Impulse response extraction means, 7 Fourier-transform means, 8 Reflection coefficient calculation means.

Claims (4)

信号配線の周波数特性評価装置であって、
測定対象である前記信号配線に対する階段波形の入射波および前記入射波に対する反射波に関する時間領域の波形データを設定する入力手段と、
前記入力手段で設定された前記波形データを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記波形データに基づいて、前記入射波および前記反射波の波形データを時間微分してインパルス応答を抽出するインパルス応答抽出手段と、
前記インパルス応答をフーリエ変換して前記入射波および前記反射波の波形の周波数ごとの振幅分布を求めるフーリエ変換手段と、
前記入射波および前記反射波の波形に対する前記振幅分布から周波数ごとの振幅比を算出して反射係数を求める反射係数算出手段と、
前記反射係数に基づいて、前記信号配線の特性インピーダンスの周波数特性を算出する周波数特性算出手段と
を備えたことを特徴とする周波数特性評価装置。
An apparatus for evaluating frequency characteristics of signal wiring,
Input means for setting time domain waveform data relating to an incident wave of a staircase waveform with respect to the signal wiring to be measured and a reflected wave with respect to the incident wave;
A storage unit for storing the waveform data set by the input means;
Based on the waveform data stored in the storage unit, impulse response extraction means for extracting an impulse response by time-differentiating the waveform data of the incident wave and the reflected wave;
Fourier transform means for Fourier transforming the impulse response to obtain an amplitude distribution for each frequency of the waveform of the incident wave and the reflected wave;
Reflection coefficient calculating means for calculating a reflection coefficient by calculating an amplitude ratio for each frequency from the amplitude distribution with respect to the waveform of the incident wave and the reflected wave;
A frequency characteristic evaluation device comprising: frequency characteristic calculation means for calculating a frequency characteristic of the characteristic impedance of the signal wiring based on the reflection coefficient.
請求項1に記載の周波数特性評価装置において、
前記入力手段は、TDR測定を行うためのプローブ先端を測定対象である前記信号配線に接続しない状態で測定したTDR波形を前記入射波として設定し、前記プローブ先端を測定対象である前記信号配線に接続した状態で測定したTDR波形を前記反射波として設定することを特徴とする周波数特性評価装置。
In the frequency characteristic evaluation apparatus according to claim 1,
The input means sets, as the incident wave, a TDR waveform measured without connecting a probe tip for performing TDR measurement to the signal wiring to be measured, and sets the probe tip to the signal wiring to be measured. A frequency characteristic evaluation apparatus, wherein a TDR waveform measured in a connected state is set as the reflected wave.
請求項2に記載の周波数特性評価装置を備え、
TDR測定を行うためのプローブ先端を測定対象である前記信号配線に接続しない状態でのTDR波形、および前記プローブ先端を測定対象である前記信号配線に接続した状態でのTDR波形を測定し、前記接続しない状態でのTDR波形の測定結果を前記入射波として前記入力手段に設定し、前記接続した状態でのTDR波形の測定結果を前記反射波として前記入力手段に設定し、前記周波数特性算出手段により前記信号配線の特性インピーダンスの周波数特性を算出することを特徴とするTDR波形測定器。
The frequency characteristic evaluation apparatus according to claim 2,
Measuring a TDR waveform in a state in which a probe tip for performing TDR measurement is not connected to the signal wiring to be measured, and a TDR waveform in a state in which the probe tip is connected to the signal wiring to be measured; The measurement result of the TDR waveform in a disconnected state is set in the input means as the incident wave, the measurement result of the TDR waveform in the connected state is set in the input means as the reflected wave, and the frequency characteristic calculating means The TDR waveform measuring instrument characterized in that the frequency characteristic of the characteristic impedance of the signal wiring is calculated by
信号配線の周波数特性評価装置用のプログラムであって、
コンピュータを、
測定対象である前記信号配線に対する階段波形の入射波および前記入射波に対する反射波に関する時間領域の波形データを設定する入力手段と、
前記入力手段で設定された前記波形データを記憶する記憶部から前記波形データを取り出し、前記入射波および前記反射波の波形データを時間微分してインパルス応答を抽出するインパルス応答抽出手段と、
前記インパルス応答をフーリエ変換して前記入射波および前記反射波の波形の周波数ごとの振幅分布を求めるフーリエ変換手段と、
前記入射波および前記反射波の波形に対する前記振幅分布から周波数ごとの振幅比を算出して反射係数を求める反射係数算出手段と、
前記反射係数に基づいて、前記信号配線の特性インピーダンスの周波数特性を算出する周波数特性算出手段と
して機能させるための周波数特性評価装置用のプログラム。
A program for an apparatus for evaluating frequency characteristics of signal wiring,
Computer
Input means for setting time domain waveform data relating to an incident wave of a staircase waveform with respect to the signal wiring to be measured and a reflected wave with respect to the incident wave;
Impulse response extraction means for taking out the waveform data from the storage unit that stores the waveform data set by the input means, and extracting the impulse response by time-differentiating the waveform data of the incident wave and the reflected wave;
Fourier transform means for Fourier transforming the impulse response to obtain an amplitude distribution for each frequency of the waveform of the incident wave and the reflected wave;
Reflection coefficient calculating means for calculating a reflection coefficient by calculating an amplitude ratio for each frequency from the amplitude distribution with respect to the waveform of the incident wave and the reflected wave;
A program for a frequency characteristic evaluation apparatus for functioning as a frequency characteristic calculation means for calculating a frequency characteristic of a characteristic impedance of the signal wiring based on the reflection coefficient.
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