JP2015064357A - ディエンベッド・プローブ及び及び試験測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＵＴのプローブ・チップ負荷が原因の測定エラーを減少させる。【解決手段】ディエンベッド・プローブ１００は、ＤＵＴに接続される２つの入力端子１１２及び１１４と、メモリ１１０と、信号を出力する信号発生装置１０２と、複数の負荷要素１１６と、複数のスイッチ１０６と、コントローラ１０８とを有している。各負荷要素１１６は、異なる負荷を提供する。複数のスイッチ１０６の第１スイッチは、信号発生装置１０２と関連し、複数のスイッチ１０６の他のスイッチは、それぞれ１つの負荷要素１０６と関連する。コントローラ１０８は、複数の負荷要素１１６の中の負荷の組み合わせと、２つの入力端子１１２及び１１４間にかかる信号発生装置１０２からの信号とを接続する複数のスイッチ１０６を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、大まかに言えば、信号取込みシステムに関し、特に、被測定デバイスのプローブ・チップの負荷を原因とする測定エラーを低減するためのスイッチ式負荷を有するディエンベッド・プローブ及び内部信号発生装置と、こうしたディエンベッド・プローブを含む試験測定システムとに関する。

伝統的に、被測定デバイス（ＤＵＴ）の特性を記述するスキャタリング・パラメータ（Ｓパラメータ）を得るのに、ベクトル・ネットワーク・アナライザ又はタイム・ドメイン・リフレクトメータ（ＴＤＲ）システムが、サンプリング・オシロスコープとともに必要とされてきた。フィクスチャ（取付装置）のＳパラメータが測定され、被測定デバイスのＳパラメータが測定されたら、被測定デバイスの特性のみを得るために、完全なディエンベッド処理を実行できる。

ディエンベッド・プローブは、米国特許第７,４６０,９８３号、米国特許第７,４１４,４１１号、米国特許第７,４０８,３６３号及び米国特許第７,４０５,５７５号に記述されているように、プローブ・チップにかかるプローブ内スイッチ式負荷を利用して測定値を得る。ディエンベッド・プローブのＳパラメータは、製造時に測定され、そのプローブ内のＳパラメータ・メモリ中に記憶される。続いて、ユーザは、プローブを被測定デバイスに接続し、校正ボタンを押す。オシロスコープは、２又は３回、平均化されたアクイジション（信号取込み）を得るが、それぞれでプローブ・チップにかかるディエンベッド負荷を切り換える。

これら取込みの後、オシロスコープは、被測定デバイスのインピーダンスを周波数の関数として算出できると共に、まるでプローブとオシロスコープが接続されていないかのような、被測定デバイスの波形の完全にディエンベッドされた表示も提供できる。これは、米国特許仮出願第６１／８８２,２８３号及び米国特許出願第１４／２６７,６９７号で議論されているように、信号源を伴う２つのディエンベッド・プルーブ・フィクスチャを用いて、上述した方法をベクトル・ネットワーク・アナライザに組み入れ、２つのディエンベッド・プルーブ・フィクスチャを用いながらベクトル・ネットワーク・アナライザとして動作するように設定することによっても行える。

米国特許仮出願第６１／８８２,２９８号は、ＴＤＲディエンベッド・プローブを開示している。このプローブは、スイッチ式負荷を含んでいないが、ＴＤＲディエンベッド・プローブ・チップにかかる内部ＴＤＲ発生装置が常に取り付けられている。この発生装置のＳパラメータは、製造時に測定され、そのプローブ中に記憶される。このＴＤＲディエンベッド・プローブが、アクティブ又はパッシブのどちらかの被測定デバイスに接続されると、被測定デバイスの波形がＴＤＲパルス発生装置と非同期になるトリガ処理スキームを用いて、被測定デバイスの信号をゼロに平均化し、その結果を測定しても良い。その測定結果から、ディエンベッドされた（つまり、プローブ接続の影響が除かれた）波形が算出できる。

米国特許第７,４６０,９８３号明細書 米国特許第７,４１４,４１１号明細書 米国特許第７,４０８,３６３号明細書 米国特許第７,４０５,５７５号明細書 米国特許仮出願第６１／８８２,２８３号明細書 米国特許出願第１４／２６７,６９７号明細書 米国特許仮出願第６１／８８２,２９８号明細書

アクティブ及びパッシブの被測定デバイスのプローブ・チップ負荷が原因の測定エラーを低減するために、ディエンベッド・プローブの更なる改良が必要とされている。そこで、必要とされているのは、被測定デバイス信号源有りで又は無しで、アクティブ及びパッシブの被測定デバイスの両方を測定するのに利用できるディエンベッド・プローブである。

本発明のある実施形態は、被測定デバイスに接続するよう構成される２つの入力端子と、メモリと、信号を出力するよう構成される信号発生装置と、複数の負荷要素と、複数のスイッチと、コントローラとを含むディエンベッド・プローブが含まれる。各負荷要素は、異なる負荷を提供するように構成される。上記複数のスイッチの第１スイッチは、信号発生装置と関連し、上記複数のスイッチのその他のスイッチは、それぞれ１つの負荷要素と関連する。コントローラは、複数の負荷要素の中の負荷の組み合わせと、２つの入力端子間にかかる信号発生装置からの信号とを接続する複数のスイッチを制御するよう構成される。

本発明の他の実施形態は、被測定デバイスに接続するよう構成される２つの入力端子と、メモリと、信号を出力するよう構成される信号発生装置と、複数の異なる負荷を伴う負荷集積回路と、複数のスイッチと、複数の異なる負荷を有する負荷集積回路と、複数のスイッチであって、これら複数のスイッチの第１スイッチは、信号発生装置と関連し、複数のスイッチのその他のスイッチは、負荷集積回路の１つの負荷とそれぞれ関連する複数のスイッチと、複数の負荷要素の中の負荷の組み合わせと、２つの入力端子間にかかる信号発生装置からの信号とを接続する複数のスイッチを制御するよう構成されるコントローラとを含んでいるディエンベッド・プローブを含む。

他の実施形態は、被測定デバイスと、試験測定装置と、後述する本発明のディエンベッド・プローブとを含む試験測定システムを含む。

本発明の概念１は、ディエンベッド・プローブであって、
被測定デバイスに接続される２つの入力端子と、
メモリと、
信号を出力するよう構成される信号発生装置と、
各負荷要素が異なる負荷を提供するよう構成された複数の負荷要素と、
複数のスイッチであって、上記複数のスイッチの第１スイッチは、上記信号発生装置と関連し、上記複数のスイッチのその他のスイッチは、それぞれ１つの負荷要素と関連する上記複数のスイッチと、
上記複数の負荷要素の中の負荷の組み合わせと、上記２つの入力端子間にかかる上記信号発生装置からの上記信号とを接続する上記複数のスイッチを制御するよう構成されるコントローラと
を具えている。

本発明の概念２は、上記概念１のディエンベッド・プローブであって、このとき、上記メモリは、上記複数のスイッチのスイッチ位置それぞれにおける上記ディエンベッド・プローブの測定された上記Ｓパラメータを記憶するよう構成されている。

本発明の概念３は、上記概念１のディエンベッド・プローブであって、このとき、上記信号発生装置は、タイム・ドメイン・リフレクトメータ・パルス信号発生装置である。

本発明の概念４は、上記概念１のディエンベッド・プローブであって、このとき、上記信号発生装置は、正弦波発生装置である。

本発明の概念５は、試験測定システムであって、
被測定デバイスと、
試験測定装置と、
上記概念１のディエンベッド・プローブと
を具えている。
本発明の６は、上記概念５の試験測定システムであって、このとき、上記ディエンベッド・プローブは、上記試験測定装置に接続される出力端子を更に具え、上記出力端子は、上記２つの入力端子からの測定値を提供する。

本発明の概念７は、上記概念５の試験測定システムであって、このとき、上記ディエンベッド・プローブは、上記２つの入力端子の一方に接続される第１出力端子と、上記２つの入力端子の他方に接続される第２出力端子とを更に具え、これら出力端子のそれぞれは、上記２つの入力端子のそれぞれからの入力波形を供給するよう構成される。

本発明の概念８は、上記概念５の試験測定システムであって、このとき、上記メモリは、上記複数のスイッチのあり得るスイッチ位置それぞれにおける上記ディエンベッド・プローブの測定された上記Ｓパラメータを記憶するよう構成されている。

本発明の概念９は、上記概念５の試験測定システムであって、このとき、上記信号発生装置は、タイム・ドメイン・リフレクトメータ・パルス信号発生装置である。

本発明の概念１０は、上記概念５の試験測定システムであって、このとき、上記信号発生装置は、正弦波発生装置である。

本発明の概念１１は、上記概念５の試験測定システムであって、このとき、上記試験測定装置は、
上記プローブを制御するユーザ入力を受けるよう構成されるユーザ・インタフェースと、
上記ユーザ入力に基いて上記コントローラに命令を送信するよう構成されるプロセッサと
を含んでいる。

本発明の概念１２は、上記概念５の試験測定システムであって、このとき、上記試験測定装置は、オシロスコープである。

本発明の概念１３は、上記概念５の試験測定システムであって、このとき、試験測定装置は、スペクトラム・アナライザである。

本発明の概念１４は、上記概念５の試験測定システムであって、このとき、上記被測定デバイスは、パッシブ被測定デバイスである。

本発明の概念１５は、上記概念５の試験測定システムであって、このとき、上記被測定デバイスは、アクティブ被測定デバイスである。

本発明の概念１６は、ディエンベッド・プローブであって、
被測定デバイスに接続される２つの入力端子と、
メモリと、
信号を出力するよう構成される信号発生装置と、
複数の異なる負荷を有する負荷集積回路と、
複数のスイッチであって、上記複数のスイッチの第１スイッチは、上記信号発生装置と関連し、上記複数のスイッチのその他のスイッチは、上記負荷集積回路の１つの負荷とそれぞれ関連する上記複数のスイッチと、
上記複数の負荷要素の中の負荷の組み合わせと、上記２つの入力端子間にかかる上記信号発生装置からの上記信号とを接続する上記複数のスイッチを制御するよう構成されるコントローラと
を具えている。

本発明の概念１７は、試験測定システムであって、
被測定デバイスと、
試験測定装置と、
上記概念１６のディエンベッド・プローブと
を具えている。

図１は、本発明のディエンベッド・プローブのブロック図を示す。 図２は、図１のディエンベッド・プローブを用いた試験測定システムを示す。 図３は、本発明の別の実施形態によるディエンベッド・プローブのブロック図を示す。

複数の図面において、これらは必ずしも縮尺が同一でなく、開示されたシステム及び方法の類似又は対応する要素は、同じ参照番号で示される。

本発明は、ディエンベッド・プローブを含み、これは、図１に示すように、信号発生装置及びスイッチ式負荷の両方を含む。図１は、本発明のいくつかの実施形態によるディエンベッド・プローブ１００を描いている。ディエンベッド・プローブ１００は、標準的なプローブ・チップを有する標準的なプローブで良い。また、ディエンベッド・プローブ１００は、プラグイン・モジュールとして実現されても良い。好ましくは、ディエンベッド・プローブ１００は、ＳＭＡ（サブミニチュア・バージョンＡ）コネクタ入力端子を有するプローブ補償ボックスとして実現されるであろう。この構成のディエンベッド・プローブ１００によれば、詳しくは後述するように、信号発生装置１０２や他の回路のための空間を確保できる。

ディエンベッド・プローブ１００は、上述の特許公報で記述されているように、増幅器１０４と、ディエンベッド・プローブで一般的に装備される典型的な回路も含んでいる。この典型的な回路は、図１では示されていない。

ディエンベッド・プローブ１００は、複数のスイッチ１０６のグループ（set：セットも含んでいる。スイッチ１０６の一部は、集積回路内のアナログ・スイッチでも良い。更に、スイッチ１０６の一部が、ＭＥＭＳ（microelectromechanical systems）でも良い。スイッチ１０６の他の形式には、リレー・コンタクトのようなものも含んでも良い。スイッチ１０６は、詳しくは後述するが、コントローラ１０８によって制御される。

ディエンベッド・プローブ１００は、メモリ要素１１０も含む。メモリ１１０は、プローブの動作中に使用される可能性のあるスイッチ１０６の位置のそれぞれにおけるプローブの測定されたＳパラメータを記憶する。これらＳパラメータは、プローブのアクイジション（信号取込み）時のスイッチの位置に応じて、波形のディエンベッドされた表示を提供するのに利用される。例えば、メモリは、信号発生装置１０２が切り換えられてプローブの入力端子１１２及び１１４だけに接続された場合におけるプローブのＳパラメータを記憶することもあろう。それから、スイッチ１０６が全て他の位置にある場合におけるプローブのＳパラメータを記憶する。メモリ要素１１０は、プローブがこれまでに組み込んいる典型的な機能も記憶している。更に、メモリ要素１１０は、複数のメモリ要素から構成しても良い。

ディエンベッド・プローブ１００は、複数の負荷１１６も含んでおり、これらは、プローブ入力端子１１２及び１１４間でスイッチできる。負荷１１６は、負荷集積回路（ＩＣ）又はディスクリート負荷部品のいずれかで用意されても良い。最小で３つの負荷１１６が、プローブ入力端子間でスイッチされる必要がある。しかし、第１の負荷は、プローブ入力端子間に負荷が接続されていない場合でも、存在するとみなさせる。後述の如く、被測定デバイスに対する最も良い負荷をユーザが試験測定装置のメニューで選択できるように、他の多数の負荷があることが望ましくかつ好ましい。

ディエンベッド・プローブ１００は、上述のように、信号発生装置１０２も含んでいる。もしディエンベッド・プローブ１００が差動プローブなら、そのときは、信号発生装置１０２も差動である。しかし、もしディエンベッド・プローブがシングル・エンドのディエンベッド・プローブ（図示せず）なら、そのときは、信号発生装置１０２はシングル・エンドである（図示せず）。つまり、ディエンベッド・プローブは、単一の入力端子及び単一の出力端子のみを保有する。信号発生装置１０２は、好ましくは、ＴＤＲパルス発生装置であり、これは、ＴＤＲパルス発生装置は、プローブ内に適合させるのに必要となる小さなサイズ内に組み込むのが容易だからである。しかし、信号発生装置１０２は、正弦波発生装置のような、任意の形式の信号発生装置としても良い。

ディエンベッド・プローブ１００には、増幅器１０４からの出力端子１１８もあり、これは、図２に関して詳しく後述するように、試験測定装置へと送られる。出力信号１１８は、入力端子１１２及び１１４からの波形であって、プローブ１００と増幅器１０４を通過して伝わった後のものを含む。

図１に関して記述したディエンベッド・プローブ１００は、図２に示す試験測定システム中で使用できる。ディエンベッド・プローブ１００は、試験測定装置２００及び被測定デバイス２０２に接続される。

ディエンベッド・プローブ１００は、プローブからの入力信号を受けることができる任意の形式の試験測定装置２００と共に利用できる。試験測定装置２００は、動作中にスイッチ１０６を制御するコントローラ１０８を、パス１２０を通してプロセッサ２０４によって制御する責任を持っている。プロセッサ２０４は、メモリ中に記憶され、プロセッサ２０４によって実行される命令セットにより、ディエンベッド処理を実行するのに必要な数学アルゴリズムを演算するのにも利用される。試験測定装置１００のＳパラメータは、試験測定装置１００中のメモリ（図示せず）に記憶され、より正確な結果をもたらすためにディエンベッド処理全体の一部として使われる。

試験測定装置２００は、ユーザ・インタフェース２０６も含む。ユーザは、ユーザ・インタフェース２０６を介してディエンベッド・プローブ１００を制御できる。即ち、ユーザは、どの負荷を、そして、いくつの負荷をプローブ入力端子間に接続するかを制御できる。

プローブ１００には、被測定デバイス２０２のより近い位置にプローブ１００を配置するために、延長ケーブルを取り付けても良い。ユーザは、プローブ１００及び被測定デバイス２００間の任意のケーブル又はフィクスチャの複数のＳパラメータをユーザ・インタフェース２０６に入れても良い。これらは、プロセッサ２０４で実行されるディエンベッド処理に含まれるように、ロードされるか又はユーザ・インタフェース２０６に入力される。

上述した米国特許第７,４６０,９８３号、米国特許第７,４１４,４１１号、米国特許第７,４０８,３６３号、米国特許第７,４０５,５７５号及び米国特許仮出願第６１／８８２,２８３号で展開され、定義された数式、数学的処理、アルゴリズムは、取り込んだ波形をディエンベッドするためのアルゴリズムを導くのに利用できる。

信号源は、前もって、試験測定システムで測定される被測定デバイスであるとし、そして、プローブ入力端子間では、パッシブ負荷のみがスイッチされるとする。本発明では、もし被測定デバイスがパッシブであれば、信号発生装置１０２は、プローブの入力端子１１２及び１１４間でスイッチされて、被測定デバイス２０２のインピーダンスを測定する。スイッチ式負荷１１６も使用される。被測定デバイス２０２の特性を得るためのディエンベッド処理を実行する数式は、信号発生装置１０２が被測定デバイス２０２中ではなく、ディエンベッド・プローブ１００内に配置されることを除けば、上述の特許の記述と同じである。

もし被測定デバイス２０２がアクティブで信号を含むならば、信号発生装置１０２は、依然としてプローブの入力端子１１２及び１１４間で、スイッチ式負荷１１６と共にスイッチされる。アクティブな被測定デバイス２０２からの信号は、信号発生装置１０２からの信号に対して、ランダムでなければならない。そこで、被測定デバイスの信号２０２が平均してゼロとなり、信号発生装置１０２からの内部信号がそうならないようにするのを確実にすべく、非同期式ランダム遅延トリガ方法を利用しても良い。これによれば、測定で許容できる信号対ノイズ比が得られる。ランダム遅延トリガは、試験測定装置２００に備わっているであろう。

米国特許仮出願６１／８８２,２９８号と比較すると、信号発生装置１０２と共に使用するように複数の負荷をスイッチでき、よって、種々の負荷から得られるディエンベッドの結果を平均化し、精度を改善できる。

本発明のプローブは、図１に示す３ポート・プローブ１００に限定されない。そのプローブは、図３に示す４ポート・プローブ３００でも良い。単一の増幅器１０４及び単一の出力端子１１８へと伝達する入力端子１１２及び１１４からの信号取込みというよりは、各入力端子がそれぞれ増幅器３０２及び３０４と、それぞれ出力端子３０６及び３０８とを含んでいる。しかし、プローブ３００は、依然として、信号発生装置１０２、負荷１１６及びスイッチ１０６に関して上述したプローブ１００と同じやり方で動作するであろう。

図３に示す４ポート・プローブ３００では、入力端子１１２及び１１４からの入力波形の両方が、プローブ３００を通して試験測定装置へと通過する。そして、これら両波形をプロセッサをモデル化するＳパラメータの測定で使うことで、試験装置を望ましい形でディエンベッド処理し、被測定デバイスの本当の波形を提供する結果となるようにしても良い。被測定デバイスからの差動信号は２つの波形によって完全に表されるのであるが、ユーザは、あり得る４つの出力波形のいずれかに興味を持つかもしれない：（１）差動モード、これは、両側の２つの波形間の差分である；（２）コモン・モード、これは、２つの波形の和を２で割ったものである；（３）その他の波形の１つだけを示す。もしプローブが図１に示すような３ポート・プローブ１００だけなら、ディエンベッド処理は、差動モード波形のみが対象となる。

試験測定装置２００は、オシロスコープ又はスペクトラム・アナライザでも良い。上述のように、試験測定装置２００は、プロセッサ２０４と、実行可能な命令を記憶するメモリ（図示せず）とを含む。こうした実行可能な命令は、コンピュータ読み出し可能な媒体上に具現化されるコンピュータ読み出し可能なコードでも良く、これは、実行されると、コンピュータ又はプロセッサに上述の動作のいずれかを実行させる。本願で用いているように、コンピュータとは、コードを実行できる任意のデバイスである。マイクロプロセッサ、プログラマブル・ロジック・デイバイス、マルチプロセッサ・システム、デジタル・シグナル・プロセッサ、パーソナル・コンピュータなどは、全てそうしたコンピュータの例である。いくつかの実施形態では、コンピュータ読み出し可能な媒体は、非一時的なやり方でコンピュータ読み出し可能なコードを蓄積するよう構成された有体のコンピュータ読み出し可能な媒体でも良い。

本発明の好ましい実施形態において、本発明の原理を説明し、図示してきたが、こうした原理から離れることなく、構成や詳細に関して本発明を変更できることは明かであろう。

１００ ディエンベッド・プローブ
１０２ 信号発生装置
１０４ 増幅器
１０６ スイッチ
１０８ コントローラ
１１０ メモリ
１１２ プローブ入力端子
１１４ プローブ入力端子
１１６ 負荷
１１８ 単一の出力端子
１２０ 通信リンク
２００ 試験測定装置
２０２ 被測定デバイス
２０４ プロセッサ
２０６ ユーザ・インタフェース
３０２ 増幅器
３０４ 増幅器
３０６ 出力端子
３０８ 出力端子

Claims (5)

1. 被測定デバイスに接続される２つの入力端子と、
   メモリと、
   信号を出力するよう構成される信号発生装置と、
   各負荷要素が異なる負荷を提供するよう構成された複数の負荷要素と、
   複数のスイッチであって、上記複数のスイッチの第１スイッチは、上記信号発生装置と関連し、上記複数のスイッチのその他のスイッチは、それぞれ１つの負荷要素と関連する上記複数のスイッチと、
   上記複数の負荷要素の中の負荷の組み合わせと、上記２つの入力端子間にかかる上記信号発生装置からの上記信号とを接続する上記複数のスイッチを制御するよう構成されるコントローラと
   を具えるディエンベッド・プローブ。
2. 上記メモリが、上記複数のスイッチのスイッチ位置それぞれにおける上記ディエンベッド・プローブの測定された上記Ｓパラメータを記憶するよう構成される請求項１のディエンベッド・プローブ。
3. 被測定デバイスと、
   試験測定装置と、
   請求項１又は２のディエンベッド・プローブと
   を具える試験測定システム。
4. 被測定デバイスに接続される２つの入力端子と、
   メモリと、
   信号を出力するよう構成される信号発生装置と、
   複数の異なる負荷を有する負荷集積回路と、
   複数のスイッチであって、上記複数のスイッチの第１スイッチは、上記信号発生装置と関連し、上記複数のスイッチのその他のスイッチは、上記負荷集積回路の１つの負荷とそれぞれ関連する上記複数のスイッチと、
   上記複数の負荷要素の中の負荷の組み合わせと、上記２つの入力端子間にかかる上記信号発生装置からの上記信号とを接続する上記複数のスイッチを制御するよう構成されるコントローラと
   を具えるディエンベッド・プローブ。
5. 被測定デバイスと、
   試験測定装置と、
   請求項４のディエンベッド・プローブと
   を具える試験測定システム。

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