JP2015064358A - ディエンベッド式プローブ、試験測定システム及び電圧測定方法 - Google Patents

ディエンベッド式プローブ、試験測定システム及び電圧測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】負荷切り換え型要素を必要としないようにする。【解決手段】ディエンベッド式プローブ100は、被測定デバイスに接続可能な2つの入力端子114及び116と、メモリ108と、入力端子114及び116に接続され、試験信号を生成して供給する信号生成装置102と、信号生成装置102に接続され、信号生成装置102を制御するコントローラ110とを有する。プローブ100は、試験測定装置を含む試験測定システム中で利用されても良い。試験測定装置は、プローブ100の出力信号を受ける。試験測定装置中のプロセッサは、コントローラ110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、より具体的には、被測定デバイスにプローブ・チップをロードすることが原因の測定エラーを低減する、内部信号生成装置を有するディエンベッド式プローブと、これに関連したシステム及び方法に関する。
ディエンベッド式プローブ(De-embed probe:プローブ接続の影響を除去する(ディエンベッド)仕組みのあるプローブ)が米国特許第7,460,983号(日本特許4955416号に対応)、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号などに開示されているが、こうしたプローブは、測定を行うのに、プローブ内部にプローブ・チップにかかるスイッチ式の負荷を利用している。ディエンベッド式プローブでは、そのSパラメータが製造時に測定され、プローブ内のSパラメータ・メモリ内に記憶される。そして、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。すると、オシロスコープは、プローブ・チップにかかるディエンベッド(影響除去用)負荷をスイッチで異なるものに切り換えながら、2〜3回の信号取込みを行って平均を取る。
これら信号取込みの後、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計算できると共に、あたかも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(即ち、これらの接続の影響を除去した)、完全にディエンベッドされた被測定デバイスの波形表示を提供できる。これは、米国特許出願第14/267,697号で開示するように、2つのディエンベッド式プローブ・フィクスチャを信号源と共に用いてベクルト・ネットワーク・アナライザに上述した方法を組み込み、2つのディエンベッド式プローブを用いてベクルト・ネットワーク・アナライザが動作するように設定することでも実現可能である。
プローブで得られる時間領域信号の信号源インピーダンスは、周波数の関数であるが、多様な負荷要素を有するディエンベッド式プローブによって測定できる。こうしたディエンベッド式プローブは、例えば、米国特許出願第14/261,834号に開示されている。信号源インピーダンスは、ディエンベッド式プローブ内の既知の負荷情報の下で、被測定デバイスの信号を観測することで決定される。
米国特許出願第14/267,697号は、外部の信号生成装置と、2つのディエンベッド式プローブを用いて、被測定デバイスからのSパラメータをどのように決定するかを開示している。
米国特許第7,460,983号明細書 日本特許第4955416号公報 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 米国特許出願第14/267,697号明細書 米国特許出願第14/261,834号明細書
しかし、こうした負荷切り換え型ディエンベッド方法は、いずれも、関心のある全周波数に渡ってシステムに信号を繰り返し可能な形で供給するのに、被測定デバイス(DUT)からの試験信号か、又は、外部の信号生成装置を必要とする。状況によっては、DUTの信号では、適切な周波数成分を含まないか又は繰り返しできないかもしれず、また、ユーザが静止状態のDUTインピーダンスを測定したいわけではないかもしれない。
こうしたことから、負荷切り換え型要素を必要とせず、内部に信号生成装置を有するディエンベッド式プローブが望まれている。
本発明のある実施形態には、ディエンベッド式プローブがあり、これは、被測定デバイスに接続可能な2つの入力部と、メモリと、上述の2つの入力部に接続され、試験信号を生成する信号生成装置と、信号生成装置に接続され、信号生成装置を制御するコントローラとを有している。
本発明の別の実施形態では、試験測定システム内で上述したディエンベッド式プローブを使用する。試験測定システムには、試験測定装置があり、これは、ディエンベッド式プローブのコントローラに接続されたプロセッサを有し、このプロセッサは、上記コントローラに命令を送信すると共に、試験測定装置の入力部にディエンベッド式プローブからの出力信号を受けるように命令を送信する。
本発明による実施形態には、アクティブ被測定デバイス内における試験信号の電圧測定を実行する方法が含まれる。この方法は、被測定デバイスのノードに試験信号を注入する処理と、試験信号に関する第2電圧測定値から、被測定デバイスの信号に関する第1電圧測定値を分離する処理を含んでいる。
より具体的に本発明を述べれば、本発明の概念1は、ディエンベッド式プローブであって、
被測定デバイスに接続される入力部と、
メモリと、
上記入力部に接続され、試験信号を生成する信号生成装置と、
上記信号生成装置に接続され、上記信号生成装置を制御するコントローラと
を具えている。
本発明の概念2は、上記概念1のディエンベッド式プローブであって、このとき、上記ディエンベッド式プローブの入力インピーダンスが、上記被測定デバイスの特性インピーダンスよりも高いことを特徴としている。
本発明の概念3は、上記概念2のディエンベッド式プローブであって、このとき、上記ディエンベッド式プローブが、負荷切り換え型要素を含まないことを特徴としている。
本発明の概念4は、上記概念2のディエンベッド式プローブであって、このとき、上記コントローラが、上記信号生成装置のオンとオフを切り換えるよう構成されることを特徴としている。
本発明の概念5は、上記概念2のディエンベッド式プローブであって、このとき、上記コントローラは、更に上記試験信号の振幅を調整するよう構成されることを特徴としている。
本発明の概念6は、上記概念2のディエンベッド式プローブであって、このとき、上記ディエンベッド式プローブが、被測定デバイスに接続される2つの入力部を有することを特徴としている。
本発明の概念7は、試験測定システムであって、
上記概念2のディエンベッド式プローブと、
試験測定装置とを具え、
上記試験測定装置が、
上記ディエンベッド式プローブの上記コントローラに接続され、上記コントローラに命令を供給するよう構成されるプロセッサと、
上記ディエンベッド式プローブからの出力信号を受ける試験測定装置入力部と
を有している。このとき、上記試験測定装置入力部は、上記出力信号をデジタル化するデジタイザとしても良い。
本発明の概念8は、上記概念7の試験測定システムであって、このとき、上記試験測定装置が、上記試験信号の所望振幅の指示を受けるよう構成されるユーザ・インタフェースを更に有している。
本発明の概念9は、上記概念7の試験測定システムであって、このとき、上記プロセッサが、上記試験測定装置入力部において被測定デバイスから受けた信号の振幅に基づいて、上記試験信号の振幅を自動的に選択すると共に、上記コントローラが、上記選択に基づいて上記試験信号の振幅を更に調整するよう構成されることを特徴としている。
本発明の概念10は、上記概念7の試験測定システムであって、このとき、上記試験測定装置の上記プロセッサが、上記試験測定装置から、上記被測定デバイスからの出力信号を受けて、上記被測定デバイスの上記信号源インピーダンスを計算することを特徴としている。
本発明の概念11は、上記概念7の試験測定システムであって、このとき、上記試験測定装置の上記プロセッサが、上記被測定デバイスからの出力信号を受けて、上記ディエンベッド式プローブを上記被測定デバイスに接続する前の上記被測定デバイス上に存在する負荷のない信号を計算することを特徴としている。
本発明の概念12は、アクティブな被測定デバイス内の試験信号の電圧測定を行う方法であって、
上記被測定デバイスのノードに試験信号を注入する処理と、
上記試験信号に関連する第2電圧測定値から、上記被測定デバイスの信号に関連する第1電圧測定値を分離する処理と
を具えている。
本発明の概念13は、上記概念12の方法であって、
上記試験信号は、上記被測定デバイスからの信号に比較してランダムに注入され、
上記試験信号に関連する上記第2電圧測定値から、上記被測定デバイスの上記信号に関連する上記第1電圧測定値を分離する処理が、
上記試験信号が注入される度に信号取込みをトリガする処理と、
取り込まれた信号を平均化し、上記試験信号に関する上記第2電圧測定値を決定する処理と
を有している。
本発明の概念14は、上記概念12の方法であって、
上記試験信号が、上記被測定デバイスからの上記信号に対して一定の時点で注入され、
上記試験信号に関連する上記第2電圧測定値から、上記被測定デバイスの上記信号に関連する上記第1電圧測定値を分離する処理が、
上記試験信号がオンのときに信号取込みを行う処理と、
上記試験信号がオフのときに信号取込みを行う処理と、
上記試験信号がオンのときの取込み信号から、上記試験信号がオフのときの取込み信号を引き算し、上記試験信号に関連する上記第2電圧測定値を決定する処理と
を有している。
図1は、本発明によるディエンベッド式プローブの一例のブロック図である。 図2は、図1のディエンベッド式プローブを用いた試験測定システムのブロック図である。 図3は、本発明によるディエンベッド式プローブの別の例のブロック図である。 図4は、本発明によるディエンベッド式プローブの別の例のブロック図である。 図5は、本発明によるディエンベッド式プローブの別の例のブロック図である。
以下では、いくつかの図面を用いて本発明を説明するが、これら図面の縮尺は必ずしも同一ではない。また、これら図面間において、本発明によるシステム又は方法に関し、同様な要素又は対応する要素には、同じ符号を付して説明する。
本発明には、ディエンベッド式プローブ100が含まれ、これは、プローブ内に信号生成装置102を有している。米国特許出願第14/261,834号が開示する発明と異なり、本発明によるディエンベッド式プローブは、信号生成装置だけを有し、切り換え式の負荷を有していない。ディエンベッド式プローブ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も良い。ディエンベッド式プローブは、例えば、ソルダ・イン(solder-in:半田付け式)プローブ・チップ(ただし、これに限定するものではないが)のような、入力接続部を任意の個数用いても良い。
ディエンベッド式プローブ100には、上述した特許等に開示されるディエンベッド式プローブに通常ある回路と共に増幅器104があり、これは出力端子118に接続されている。なお、この通常の回路は、図1では示していない。
ディエンベッド式プローブ100には、メモリ部108も含む。メモリ部108は、プローブ100の測定されたSパラメータを記憶し、このSパラメータは試験測定装置と共有されるので、ディエンベッドされた波形表示を提供できる。メモリ部108は、一般的なプローブが保有している機能、情報等を記憶していても良い。更に、メモリ部108は、単一の部品とは限らない。メモリ部108は、複数のメモリ要素から構成しても良い。
上述のように、ディエンベッド式プローブ100は、信号生成装置102も含んでいる。信号生成装置102は、コントローラ110で制御される。コントローラ110は、図2に示すように、試験測定装置200のプロセッサ204と通信するようになっている。信号生成装置102は、従来からTDR(Time Domain Reflectometer:時間領域反射測定装置)、インパルス生成装置、掃引正弦波生成装置などのような広帯域周波数信号源として利用されているステップ信号生成装置としても良い。信号生成装置102は、好ましくは、増幅器104と一体化して(例えば、両方を含む集積回路として)形成され、ディエンベッド式プローブを小型化できるようにすると良い。
ディエンベッド式プローブ100は、必要な測定値を供給するのに、被測定デバイス202のアクティブ・ノードと静的な(quiescent)ノードの両方をプローブするのに利用できる。ノードがアクティブな時に被測定デバイス202の信号源インピーダンスを測定できることが望ましいが、これは、インピーダンス測定モードからディエンベッド電圧測定モードへと切り換えるときに、静止動作からアクティブ動作へと被測定デバイス202を切り換えるのは、不都合があるか又は不可能でさえあるためである。更に、信号源インピーダンスが、静止動作とアクティブ動作との間で変化することもある。
被測定デバイス202のアクティブ・ノードの測定を実現可能にするため、図2に示す試験測定装置200のプロセッサ204は、注入電流が原因で生じるディエンベッド式プローブ100の入力端子(プローブ・チップ)114及び116における電圧信号を、被測定デバイス202の信号から分離できる。
図に示すように、試験測定装置200は、デジタイザ208も含んでいる。プローブ100からの出力信号は、通常、アナログ信号である。このアナログ信号は、デジタイザ208でデジタル化されるので、プロセッサ204は、この信号に従って動作できる。
本発明によるいくつかの実施形態において、被測定デバイス202からの信号に対して信号生成装置102から注入された試験信号を区別するために利用する技術としては、被測定デバイス202からの信号に比較して、ランダムな時点で試験信号を注入するというものがある。試験測定装置200は、信号生成装置102からの注入信号に応じてトリガされるようにしても良い。複数の取り込んだ信号を平均化すると、被測定デバイス202から信号も平均化され、これによって、その平均がゼロへと収束していく。従って、被測定デバイス202からの信号の電圧測定値を平均し尽くすと、信号生成装置102からの注入された試験信号だけに由来する電圧測定値を決定できる。
本発明による別の実施形態では、被測定デバイス202からの繰り返し信号のトリガ点に対して固定した時点で信号生成装置102からの試験信号を注入することによって、信号生成装置102からの注入試験信号を被測定デバイス202からの信号に対して分離しても良い。そして、信号の取込み(アクイジション)は、試験信号があるときと、試験信号が無いときとで行うようにできる。このとき、信号生成装置102は、コントローラ110によって制御される。コントローラ110は、試験測定装置200中のプロセッサ204から、通信リンク120を介して命令を受ける。続いて、これら複数の取込み信号は、互いに引き算処理され、これによって、信号生成装置102から注入信号が原因でプローブ・チップに生じる電圧測定値と、被測定デバイス202からの電圧測定値とが分離される。ただし、取込み信号中に存在するランダム・ノイズを低減するため、ある程度の平均化処理は、依然として必要なことがある。
コントローラ110は、信号生成装置102からの試験信号を入力端子114又は入力端子116に入力するかどうかの制御もできる。信号生成装置102は、望ましい信号取込みの必要条件に応じて、両方の入力端子に試験信号を入力することもできる。入力端子114と入力端子116とで、信号生成装置102から異なる試験信号を供給するようにしても良い。例えば、入力端子116が、入力端子114に供給された試験信号を反転させた試験信号を受けるようにしても良い。入力端子114と入力端子116とで異なる試験信号を供給するために、複数の信号生成装置(図示せず)を用いても良い。例えば、複数の信号生成装置を用いる場合、1つの信号生成装置を入力端子114に接続し、もう1つの信号生成装置を入力端子116に接続しても良い。そして、各信号生成装置が、対応する入力端子にそれぞれ試験信号を供給する。
更に、被測定デバイス202の通常動作と干渉するのを避けるため、被測定デバイス202のアクティブ・ノードを測定する場合には、信号生成装置102からの試験信号の注入電流は、被測定デバイス202のそのノード中の信号の電流に比較して、小さいものでなければならない。しかし、この注入電流は、あまり小さ過ぎるものにもできない。もし試験信号の注入電流が、被測定デバイス202の信号電流に比較して小さ過ぎると、インピーダンス測定の正確さが悪化したり、測定時間が増加することがある。
信号生成装置からの注入信号の振幅はプログラマブルなので、被測定デバイス202からの信号の大きさに適切に合わせた振幅にできる。つまり、注入信号の振幅を、被測定デバイスからの信号に対する任意の比率(任意のパーセント)とすることができる。しかし、DUT信号無しの静止ノードがプローブされると、DUT信号の任意の比率が利用できない。この場合には、もし仮にノードがアクティブであれば存在するであろうDUT信号の任意の比率(任意のパーセント)を利用しても良い。更に、試験測定装置200は、被測定デバイス202の測定された信号の振幅に基いて、信号生成装置102からの試験信号の振幅を自動的に決定するようにしても良い。
即ち、試験測定装置のユーザが、注入信号の望ましい振幅の設定を試験測定装置200のユーザ・インタフェース206から入力するようにしても良いし、これの代わりに、試験測定装置200が注入信号の望ましい振幅を自動的に選択できるようにしても良い。ユーザ・インタフェース206は、プロセッサ204と通信し、プロセッサ204からの所望振幅値は、通信リンク120を介してディエンベッド式プローブ100のコントローラ110へと送信される。
ディエンベッド式プローブ100の校正では、ディエンベッド式プローブ100の負荷インピーダンスの測定を依然として必要としており、その測定値はメモリ部108に記憶される。更に、もし電流注入のオン・オフによって負荷インピーダンスが変化すると、この場合にも測定されてメモリ部108に記憶される。ディエンベッド式プローブ100のスルー・レスポンス(through-response)も測定する必要があり、測定値はメモリ部108に記憶される。
更に、被測定デバイス202のノードに注入される試験信号も測定し、記憶される必要がある。これは、信号生成装置102からの注入試験信号を、既知の負荷を有するディエンベッド式プローブ100を通して取り込むことによって実現できる(例えば、オープン・プローブ・チップ・フローティングなど)。取り込まれた信号は、周波数領域では、注入試験信号電流、プローブ負荷インピーダンス及びプローブのスルー・レスポンスの積となる。
しかし、ディエンベッド式プローブ100は、図1に示す3ポート・ディエンベッド式プローブに限定されるものではない。ディエンベッド式プローブは、図3に示す4ポート・ディエンベッド式プローブ300とすることもできる。4ポート・ディエンベッド式プローブ300は、増幅器306及び308と共に2つの出力端子302及び304が用意されることを除けば、3ポート・ディエンベッド式プローブ100と同様である。更に、ディエンベッド式プローブは、図4に示すシングル・エンド・ディエンベッド式プローブ400としても良く、これには、単一の入力端子402と単一の出力端子404とがある。
更に、信号生成装置102からの試験信号は、プローブの入力端子114及び116に必ずしも直接供給される必要はない。例えば、試験信号は、図5に示すように、ディエンベッド式プローブ500の入力端子114に送られる前に、アッテネータ502に入力されても良い。
ディエンベッド式プローブ100、300、400及び500は、その出力端子(118等)を通して試験測定装置のプロセッサ202に送られる多様な測定値を取り込むのに利用できる。本発明を用いれば、例えば、ノードの信号源インピーダンス、負荷がない場合の被測定デバイス202からの電圧信号、任意の負荷がある場合の被測定デバイス202からの電圧信号、あるノードから他のプローブされたノードへの信号の伝達利得(transfer gain)を決定できる。被測定デバイス202をプローブしたときに周波数領域で取り込まれた試験信号は、注入試験信号電流と、被測定デバイス202及びプローブ負荷インピーダンスの並列な組み合わせたものと、プローブのスルー・レスポンスとの積である。被測定デバイス202のインピーダンスに関して解くことで、プローブ負荷インピーダンスを駆動する被測定デバイス202のインピーダンスの分圧回路の効果を決定できる。この分圧回路の分圧比で取り込まれた被測定デバイス202の信号を分ければ、被測定デバイス202の信号の負荷のない表示が得られる。あるノードから別のノードへの被測定デバイス202の伝達利得は、第1ノードにおける負荷のある(実際の)注入電圧に対する第2ノードにおける計算された負荷のない試験信号レスポンス(応答)の比である。
上述したディエンベッド式プローブ100、300、400及び500は、好ましくは従来からある50オームのプローブではなく、高インピーダンス・ディエンベッド式プローブである。つまり、ディエンベッド式プローブ100、300、400及び500の入力インピーダンスは、被測定デバイス202の特性インピーダンスよりも、実質的に高い。例えば、プローブの入力インピーダンスが、低周波数では50kオームで、高周波数では225オームに落ちる一方で、被測定デバイスのインピーダンスは、典型的な2重終端50オーム・システムにおいて、名目上、25オームとしても良い。
試験測定装置200中のプロセッサ204及びメモリ(図示せず)は、上述した機能を実行するための実行形式の命令を蓄積する。コンピュータ読み出し可能な媒体上に埋め込んだコンピュータ読み出し可能なコードをコンピュータが実行したときに、上述した動作のいずれかを実行するようにしても良い。本願で言うコンピュータとは、コードを実行可能な任意の装置である。マイクロプロセッサ、プログラマブル・ロジック・デバイス、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(DSP)、パソコンなどは、全てこうしたコンピュータの例である。実施形態によっては、コンピュータ読み出し可能な媒体は、非一時的な形式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コンピュータ読み出し可能な有形媒体としても良い。
図示した実施形態を参照しながら本発明の原理を説明してきたが、こうした原理から離れることなく、図示した実施形態の構成や詳細を変更したり、望ましい形態に組み合わせても良いことが理解できよう。
100 ディエンベッド式プローブ
102 信号生成装置
104 増幅器
108 メモリ部
110 コントローラ
114 入力端子
116 入力端子
118 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
208 デジタイザ
300 ディエンベッド式プローブ
302 出力端子
304 出力端子
306 増幅器
308 増幅器
400 ディエンベッド式プローブ
402 入力端子
404 出力端子
500 ディエンベッド式プローブ
502 アッテネータ

Claims (10)

  1. 被測定デバイスに接続される入力部と、
    メモリと、
    上記入力部に接続され、試験信号を生成する信号生成装置と、
    上記信号生成装置に接続され、上記信号生成装置を制御するコントローラと
    を具えるディエンベッド式プローブ。
  2. 上記ディエンベッド式プローブの入力インピーダンスが、上記被測定デバイスの特性インピーダンスよりも高いことを特徴とする請求項1記載のディエンベッド式プローブ。
  3. 上記コントローラが、上記信号生成装置のオンとオフを切り換えるよう構成されることを特徴とする請求項2記載のディエンベッド式プローブ。
  4. 請求項2記載のディエンベッド式プローブと、
    試験測定装置とを具え、
    上記試験測定装置が、
    上記ディエンベッド式プローブの上記コントローラに接続され、上記コントローラに命令を供給するよう構成されるプロセッサと、
    上記ディエンベッド式プローブからの出力信号を受ける試験測定装置入力部と
    を有する試験測定システム。
  5. 上記プロセッサが、上記試験測定装置入力部において被測定デバイスから受けた信号の振幅に基づいて、上記試験信号の振幅を自動的に選択すると共に、上記コントローラが、上記選択に基づいて上記試験信号の振幅を更に調整するよう構成される請求項4記載の試験測定システム。
  6. 上記試験測定装置の上記プロセッサが、上記試験測定装置から、上記被測定デバイスからの出力信号を受けて、上記被測定デバイスの上記信号源インピーダンスを計算する請求項4記載の試験測定システム。
  7. 上記試験測定装置の上記プロセッサが、上記被測定デバイスからの出力信号を受けて、上記ディエンベッド式プローブを上記被測定デバイスに接続する前の上記被測定デバイス上に存在する負荷のない信号を計算する請求項4記載の試験測定システム。
  8. アクティブな被測定デバイス内の試験信号の電圧測定を行う方法であって、
    上記被測定デバイスのノードに試験信号を注入する処理と、
    上記試験信号に関連する第2電圧測定値から、上記被測定デバイスの信号に関連する第1電圧測定値を分離する処理と
    を具える電圧測定方法。
  9. 上記試験信号は、上記被測定デバイスからの信号に比較してランダムに注入され、
    上記試験信号に関連する上記第2電圧測定値から、上記被測定デバイスの上記信号に関連する上記第1電圧測定値を分離する処理が、
    上記試験信号が注入される度に信号取込みをトリガする処理と、
    取り込まれた信号を平均化し、上記試験信号に関する上記第2電圧測定値を決定する処理と
    を有する請求項8記載の電圧測定方法。
  10. 上記試験信号が、上記被測定デバイスからの上記信号に対して一定の時点で注入され、
    上記試験信号に関連する上記第2電圧測定値から、上記被測定デバイスの上記信号に関連する上記第1電圧測定値を分離する処理が、
    上記試験信号がオンのときに信号取込みを行う処理と、
    上記試験信号がオフのときに信号取込みを行う処理と、
    上記試験信号がオンのときの取込み信号から、上記試験信号がオフのときの取込み信号を引き算し、上記試験信号に関連する上記第2電圧測定値を決定する処理と
    を有する請求項8記載の電圧測定方法。
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