JP2015117971A - Device and method for measuring impedance - Google Patents

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加藤 博之
Hiroyuki Kato
博之 加藤
鉄治 北森
Tetsuji Kitamori
鉄治 北森
昭徳 春木
Akinori Haruki
昭徳 春木
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance resistance measurement accuracy of microscopic resistors.SOLUTION: A control unit, with a first probe, second probe, third probe, and fourth probe electrically connected to each other, computes correction impedance at a plurality of measurement signal frequencies using a digital current signal and digital voltage signal and then, with the first and third probes electrically connected to one terminal of an object under measurement and the second and fourth probes electrically connected to the other terminal of the object under measurement, computes impedance of the object under measurement at the plurality of measurement signal frequencies using the digital current signal and digital voltage signal. The control unit then corrects the impedance of the object under measurement obtained at each measurement signal frequency using the correction impedance corresponding to the respective frequency.

Description

本発明は、インピーダンス測定装置及びインピーダンス測定方法に関する。   The present invention relates to an impedance measuring apparatus and an impedance measuring method.

インピーダンスを計測する場合、正弦波電流を流して被測定物の両端に発生する電圧を計測し、電圧と電流からインピーダンスを求める交流4端子法が良く用いられる(特許文献1及び特許文献2参照)。微小インピーダンスを測定する場合には、電圧信号は非常に小さくノイズに埋もれてしまうために、ロックインアンプを用いて特定の周波数の成分だけを精度よく取り出す手法が合わせて用いられる。   When measuring impedance, an AC four-terminal method is often used in which a sine wave current is passed to measure the voltage generated at both ends of the object to be measured, and the impedance is obtained from the voltage and current (see Patent Document 1 and Patent Document 2). . When measuring a minute impedance, the voltage signal is very small and buried in noise. Therefore, a technique for accurately extracting only a specific frequency component using a lock-in amplifier is also used.

特開2005−321226号公報JP 2005-321226 A 特開平11−118850号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-118850 特開2013−11444号公報JP 2013-11444 A

交流4端子法を用いて計測する場合、電圧計測の為のアンプの入力インピーダンスが無限大であれば、ケーブル、プローブ、計測回路のインピーダンスは無視することができる。しかしながら、実際は、アンプの入力インピーダンスは有限であるため、極微小抵抗の測定時には、これらのケーブル、プローブ、計測器回路のインピーダンスは無視できない誤差となる。例えば、計測可能な最小レンジが100mΩ程度である安価なインピーダンス測定装置の場合、上記の誤差の影響は問題とならない。しかし、1mΩ以下の抵抗のインピーダンスを測定する場合には、インピーダンス測定装置に含まれる計測回路の周波数特性に起因した計測誤差成分が問題となるため、この計測誤差成分を補正する必要がある。また、特許文献3の技術も、従来の交流4端子法を用いた計測と同様の問題を有する。   When measuring using the AC four-terminal method, the impedance of the cable, probe, and measurement circuit can be ignored if the input impedance of the amplifier for voltage measurement is infinite. However, since the input impedance of the amplifier is actually finite, the impedance of these cables, probes, and measuring instrument circuits is an error that cannot be ignored when measuring extremely small resistances. For example, in the case of an inexpensive impedance measuring device having a minimum measurable range of about 100 mΩ, the influence of the error does not matter. However, when measuring the impedance of a resistance of 1 mΩ or less, the measurement error component due to the frequency characteristics of the measurement circuit included in the impedance measuring apparatus becomes a problem, and thus this measurement error component needs to be corrected. Moreover, the technique of patent document 3 also has the same problem as the measurement using the conventional alternating current 4 terminal method.

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、極微小抵抗の抵抗値の計測精度を向上することを可能とするインピーダンス測定装置及びインピーダンス測定方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an impedance measuring device and an impedance measuring method that can improve the measurement accuracy of the resistance value of a very small resistance.

本発明の一態様に係るインピーダンス測定装置は、
複数の周波数で測定用信号を発生可能な信号発生部と、
前記信号発生部が発生する測定用信号の周波数を制御する制御部と、
前記信号発生部が発生した測定用信号が供給される第1プローブと、被測定物のインピーダンスの測定時に前記第1プローブとの間に前記被測定物が接続される第2プローブと、第3プローブと、前記被測定物のインピーダンスの測定時に前記第3プローブとの間に前記被測定物が接続される第4プローブと、
前記第2プローブに接続され前記第2プローブに流れる電流を検出する電流検出部と、
一端が前記第3プローブに接続され、他端が前記第4プローブに接続され、前記第3プローブと前記第4プローブの間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電流検出部が検出して得た電流信号をAD変換してデジタル電流信号を生成し、前記電圧検出部が検出して得た電圧信号をAD変換してデジタル電圧信号を生成するAD変換部と、を備え、
前記第1プローブ、前記第2プローブ、前記第3プローブ及び前記第4プローブが導通している状態で、前記制御部は、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における補正用のインピーダンスを算出し、
前記第1プローブと前記第3プローブが前記被測定物の一端に電気的に接続され、かつ前記第2プローブと前記第4プローブが前記被測定物の他端に電気的に接続された状態で、前記制御部は、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における前記被測定物のインピーダンスを算出し、前記測定用信号の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正する。
An impedance measuring apparatus according to an aspect of the present invention is provided.
A signal generator capable of generating measurement signals at a plurality of frequencies;
A control unit for controlling the frequency of the measurement signal generated by the signal generation unit;
A first probe to which a measurement signal generated by the signal generator is supplied; a second probe to which the object to be measured is connected between the first probe when measuring the impedance of the object to be measured; and a third probe A fourth probe to which the object to be measured is connected between the probe and the third probe when measuring the impedance of the object to be measured;
A current detection unit connected to the second probe for detecting a current flowing through the second probe;
One end connected to the third probe, the other end connected to the fourth probe, and a voltage detector for detecting a voltage between the third probe and the fourth probe;
An AD converter that AD converts the current signal detected by the current detector to generate a digital current signal, and AD converts the voltage signal detected by the voltage detector to generate a digital voltage signal And comprising
In a state where the first probe, the second probe, the third probe, and the fourth probe are conductive, the control unit is configured to generate the measurement signal based on the digital current signal and the digital voltage signal. Calculate the impedance for correction at multiple frequencies of
In a state where the first probe and the third probe are electrically connected to one end of the object to be measured, and the second probe and the fourth probe are electrically connected to the other end of the object to be measured. The control unit calculates the impedance of the device under test at a plurality of frequencies of the measurement signal based on the digital current signal and the digital voltage signal, and is obtained for each frequency of the measurement signal. The impedance of the object to be measured is corrected with the correction impedance corresponding to the frequency.

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記制御部が算出した前記補正用のインピーダンスに関する情報を周波数毎に記憶する不揮発性のメモリを更に備える。
One aspect of the present invention is the impedance measuring apparatus,
A non-volatile memory is further provided for storing information on the correction impedance calculated by the control unit for each frequency.

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記制御部は、前記周波数毎に前記補正用のインピーダンスを算出し、前記周波数毎に前記補正用のインピーダンスを前記メモリに記憶させておき、
前記制御部は、前記周波数毎に前記被測定物のインピーダンスを算出した場合、前記メモリに記憶された前記補正用のインピーダンスを前記周波数毎に読み出し、前記測定用信号の複数の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正する。
One aspect of the present invention is the impedance measuring apparatus,
The control unit calculates the correction impedance for each frequency, and stores the correction impedance in the memory for each frequency,
When the control unit calculates the impedance of the device to be measured for each frequency, the control unit reads the correction impedance stored in the memory for each frequency and is obtained for each of the plurality of frequencies of the measurement signal. Further, the impedance of the device under test is corrected with the correction impedance corresponding to the frequency.

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記制御部は、
処理の対象となる対象信号から特定の周波数の信号を分離して得られた分離信号の振幅と、前記特定の周波数を有しかつ位相の基準となる参照信号と前記対象信号との間の位相差を検出する2相ロックインアンプの機能を有し、前記2相ロックインアンプの機能により前記デジタル電流信号から前記測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第1分離信号の振幅を電流振幅として、前記測定用信号と同じ周波数を有しかつ位相の基準となる基準正弦波信号と前記デジタル電流信号との間の位相差を電流位相差として検出し、前記2相ロックインアンプの機能により前記デジタル電圧信号から前記測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第2分離信号の振幅を電圧振幅として、前記基準正弦波信号と前記デジタル電圧信号との間の位相差を電圧位相差として検出する処理部と、
前記処理部が検出した前記電流振幅、前記電流位相差、前記電圧振幅、及び前記電圧位相差に基づいて、前記補正用のインピーダンスまたは前記被測定物のインピーダンスを算出する算出部と、
を備える。
One aspect of the present invention is the impedance measuring apparatus,
The controller is
The amplitude of the separated signal obtained by separating the signal of a specific frequency from the target signal to be processed, and the position between the reference signal having the specific frequency and the phase reference and the target signal A first separated signal obtained by separating a signal having the same frequency as the measurement signal from the digital current signal by the function of the two-phase lock-in amplifier. A phase difference between a reference sine wave signal having the same frequency as the measurement signal and a phase reference and the digital current signal is detected as a current phase difference, with the amplitude as a current amplitude, and the two-phase lock-in is detected. The reference sine wave signal, the digital voltage signal, and the amplitude of the second separated signal obtained by separating the signal having the same frequency as the measurement signal from the digital voltage signal by the function of the amplifier, A processing unit for detecting a voltage phase difference of the phase difference between,
Based on the current amplitude, the current phase difference, the voltage amplitude, and the voltage phase difference detected by the processing unit, a calculation unit that calculates the correction impedance or the impedance of the object to be measured;
Is provided.

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記算出部は、前記電圧振幅を前記電流振幅で割った値をインピーダンスの大きさ|Z|とし、前記電流位相から前記電圧位相を差分した値をインピーダンスの位相角φとし、jを虚数単位とした場合、前記補正用のインピーダンスまたは前記被測定物のインピーダンスを|Z|cosφ+j|Z|sinφの式で算出する。
One aspect of the present invention is the impedance measuring apparatus,
The calculation unit obtains a value obtained by dividing the voltage amplitude by the current amplitude as an impedance magnitude | Z |, a value obtained by subtracting the voltage phase from the current phase as an impedance phase angle φ, and j as an imaginary unit. In this case, the correction impedance or the impedance of the device under test is calculated by the equation | Z | cosφ + j | Z | sinφ.

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記制御部は、前記補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードと、前記被測定物のインピーダンスを算出する測定モードのいずれかのモードを指令するモード指令信号を取得する取得部を備え、
前記制御部は、前記取得部が取得したモード指令信号が前記ゼロオーム調整モードの場合、前記補正用のインピーダンスを算出し、前記取得部が取得したモード指令信号が前記測定モードの場合、前記被測定物のインピーダンスを算出し前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正する。
One aspect of the present invention is the impedance measuring apparatus,
The control unit includes an acquisition unit that acquires a mode command signal that commands one of a zero ohm adjustment mode for calculating the correction impedance and a measurement mode for calculating the impedance of the device to be measured;
The control unit calculates the correction impedance when the mode command signal acquired by the acquisition unit is the zero ohm adjustment mode, and when the mode command signal acquired by the acquisition unit is the measurement mode, the measurement target The impedance of the object is calculated, and the impedance of the object to be measured is corrected with the correction impedance corresponding to the frequency.

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記モード指令信号を通信により受信する通信部を更に備え、
前記取得部は、前記通信部から前記モード指令信号を取得する。
One aspect of the present invention is the impedance measuring apparatus,
A communication unit for receiving the mode command signal by communication;
The acquisition unit acquires the mode command signal from the communication unit.

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードと、前記被測定物のインピーダンスを算出する測定モードのいずれかのモードの指令を受け付け、受け付けた指令を示すモード指令信号を生成する入力部を更に備え、
前記取得部は、前記入力部から前記モード指令信号を取得する。
One aspect of the present invention is the impedance measuring apparatus,
The apparatus further includes an input unit that receives a command in any one of a zero ohm adjustment mode for calculating the correction impedance and a measurement mode for calculating the impedance of the device under test, and generates a mode command signal indicating the received command. ,
The acquisition unit acquires the mode command signal from the input unit.

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記制御部における補正は、前記被測定物のインピーダンスから周波数が対応する前記補正用のインピーダンスを減算することである。
One aspect of the present invention is the impedance measuring apparatus,
The correction in the control unit is to subtract the correction impedance corresponding to the frequency from the impedance of the object to be measured.

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記信号発生部は、前記制御部による制御に応じた周波数で正弦波の電圧信号を生成する正弦波発生器と、
前記正弦波発生器が生成した正弦波の電圧信号に基づいて、所定の振幅の電流を前記測定用信号として生成する定電流増幅器と、
を備える。
One aspect of the present invention is the impedance measuring apparatus,
The signal generation unit generates a sine wave voltage signal at a frequency according to the control by the control unit;
A constant current amplifier that generates a current of a predetermined amplitude as the measurement signal based on a sine wave voltage signal generated by the sine wave generator;
Is provided.

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記制御部は、前記測定用信号の複数の周波数毎に前記補正用のインピーダンスの実部と虚部とを前記メモリに記憶させ、
前記制御部は、前記メモリに記憶された前記補正用のインピーダンスの実部と虚部を読み出し、前記測定用信号の複数の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスの実部を周波数が対応する前記補正用のインピーダンスの実部で補正し、前記測定用信号の複数の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスの虚部を周波数が対応する前記補正用のインピーダンスの虚部で補正する。
One aspect of the present invention is the impedance measuring apparatus,
The control unit causes the memory to store a real part and an imaginary part of the correction impedance for each of a plurality of frequencies of the measurement signal,
The control unit reads the real part and the imaginary part of the impedance for correction stored in the memory, and the frequency of the real part of the impedance of the measurement object obtained for each of the plurality of frequencies of the measurement signal. The imaginary part of the impedance of the measurement object obtained for each of the plurality of frequencies of the measurement signal is corrected by the imaginary part of the correction impedance corresponding to the frequency. to correct.

本発明の一態様に係るインピーダンス測定方法において、
複数の周波数で測定用信号を発生可能な信号発生部と、前記信号発生部が発生する測定用信号の周波数を制御する制御部と、前記信号発生部が発生した測定用信号が供給される第1プローブと、被測定物のインピーダンスの測定時に前記第1プローブとの間に前記被測定物が接続される第2プローブと、第3プローブと、前記被測定物のインピーダンスの測定時に前記第3プローブとの間に前記被測定物が接続される第4プローブと、前記第2プローブに接続され前記第2プローブに流れる電流を検出する電流検出部と、一端が前記第3プローブに接続され、他端が前記第4プローブに接続され、前記第3プローブと前記第4プローブの間の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部が検出して得た電流信号をAD変換してデジタル電流信号を生成し、前記電圧検出部が検出して得た電圧信号をAD変換してデジタル電圧信号を生成するAD変換部と、を備えるインピーダンス測定装置が実行するインピーダンス測定方法であって、
前記制御部が、前記第1プローブ、前記第2プローブ、前記第3プローブ及び前記第4プローブが導通している状態で、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における補正用のインピーダンスを算出するステップと、
前記制御部が、前記第1プローブと前記第3プローブが前記被測定物の一端に電気的に接続され、かつ前記第2プローブと前記第4プローブが前記被測定物の他端に電気的に接続された状態で、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における前記被測定物のインピーダンスを算出し、前記測定用信号の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正するステップと、
を有する。
In the impedance measurement method according to one aspect of the present invention,
A signal generator capable of generating measurement signals at a plurality of frequencies, a control unit for controlling the frequency of the measurement signal generated by the signal generator, and a measurement signal generated by the signal generator are supplied. A first probe and a third probe connected to the first probe when measuring the impedance of the measured object; a third probe; and the third probe measured when measuring the impedance of the measured object. A fourth probe to which the object to be measured is connected between the probe, a current detector connected to the second probe to detect a current flowing through the second probe, and one end connected to the third probe; The other end is connected to the fourth probe, a voltage detection unit that detects a voltage between the third probe and the fourth probe, and a current signal detected by the current detection unit is AD-converted and digitalized Current It generates No., a voltage signal by the voltage detecting section is obtained by detecting a impedance measuring method impedance measuring device performs; and a AD converter for generating a digital voltage signal by AD conversion,
The control unit detects the measurement signal based on the digital current signal and the digital voltage signal in a state where the first probe, the second probe, the third probe, and the fourth probe are conductive. Calculating a correction impedance at a plurality of frequencies;
The control unit is configured such that the first probe and the third probe are electrically connected to one end of the object to be measured, and the second probe and the fourth probe are electrically connected to the other end of the object to be measured. In the connected state, based on the digital current signal and the digital voltage signal, the impedance of the device under test at a plurality of frequencies of the measurement signal is calculated and obtained for each frequency of the measurement signal. Correcting the impedance of the device under test with the correction impedance corresponding to the frequency;
Have

したがって、本発明に係るインピーダンス測定装置は、計測回路の周波数特性に起因した計測誤差成分を減らすことができ、計測精度が向上する。   Therefore, the impedance measuring apparatus according to the present invention can reduce the measurement error component caused by the frequency characteristic of the measurement circuit, and the measurement accuracy is improved.

図1は、本発明の一態様である実施形態に係るインピーダンス測定装置1の構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an impedance measuring apparatus 1 according to an embodiment which is an aspect of the present invention. 図2は、メモリMEMに記憶されている周波数毎の補正用のインピーダンスの実部と虚部のテーブルの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a table of the real part and the imaginary part of the correction impedance for each frequency stored in the memory MEM.

以下、本発明に係る実施形態について図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、本発明の一態様である実施形態に係るインピーダンス測定装置1は、信号発生部SGと、出力が信号発生部SGに接続された制御部CONと、信号発生部SGの出力に接続された第1接続端子TAと、を備える。
更に、インピーダンス測定装置1は、第1接続端子TAを介して信号発生部SGの出力に接続された第1プローブT1と、被測定物OMのインピーダンスの測定時に第1プローブT1との間に被測定物OMが接続される第2プローブT2と、を備える。
As shown in FIG. 1, the impedance measuring apparatus 1 according to the embodiment which is an aspect of the present invention includes a signal generator SG, a control unit CON whose output is connected to the signal generator SG, and a signal generator SG. A first connection terminal TA connected to the output.
Further, the impedance measuring apparatus 1 is connected between the first probe T1 connected to the output of the signal generator SG via the first connection terminal TA and the first probe T1 when measuring the impedance of the object OM to be measured. And a second probe T2 to which the measurement object OM is connected.

更に、インピーダンス測定装置1は、第3プローブT3と、被測定物OMのインピーダンスの測定時に第3プローブT3との間に被測定物OMが接続される第4プローブT4と、を備える。
更に、インピーダンス測定装置1は、第2プローブT2に接続された第2接続端子TBと、第3プローブT3に接続された第3接続端子TCと、第4プローブT4に接続された第4接続端子TDと、を備える。
Furthermore, the impedance measuring apparatus 1 includes a third probe T3 and a fourth probe T4 to which the device under test OM is connected between the third probe T3 when measuring the impedance of the device under test OM.
Furthermore, the impedance measuring apparatus 1 includes a second connection terminal TB connected to the second probe T2, a third connection terminal TC connected to the third probe T3, and a fourth connection terminal connected to the fourth probe T4. TD.

更に、インピーダンス測定装置1は、一端が第2プローブT2に第2接続端子TBを介して接続され他端が接地に接続され、出力が制御部CONに接続された電流検出部CSと、一端が第3接続端子TCを介して第3プローブT3に接続され、他端が第4接続端子TDを介して第4プローブT4に接続され、出力が制御部CONに接続された電圧検出部VSと、を備える。   Furthermore, the impedance measuring apparatus 1 has one end connected to the second probe T2 via the second connection terminal TB, the other end connected to the ground, and an output connected to the control unit CON, and one end connected to the control unit CON. A voltage detection unit VS connected to the third probe T3 via the third connection terminal TC, the other end connected to the fourth probe T4 via the fourth connection terminal TD, and an output connected to the control unit CON; Is provided.

更に、インピーダンス測定装置1は、制御部CONに接続され、制御部CONが算出した補正用のインピーダンスに関する情報を周波数毎に記憶するメモリMEMと、制御部CONに接続された通信部CMを備える。本実施形態では、このメモリMEMは、一例として、不揮発性のメモリである。   Furthermore, the impedance measuring apparatus 1 includes a memory MEM that is connected to the control unit CON and stores information on the correction impedance calculated by the control unit CON for each frequency, and a communication unit CM connected to the control unit CON. In this embodiment, this memory MEM is a non-volatile memory as an example.

図1に示すように、第1プローブT1から第1接続端子TAの間の伝送路は、寄生インピーダンスZa(ωt)を有する。ここで、ωは角周波数で、tは時間である。同様に、第2プローブT2から第2接続端子TBの間の伝送路は、寄生インピーダンスZb(ωt)を有する。同様に、第3プローブT3から第3接続端子TCの間の伝送路は、寄生インピーダンスZc(ωt)を有する。同様に、第4プローブT4から第4接続端子TDの間の伝送路は、寄生インピーダンスZd(ωt)を有する。   As shown in FIG. 1, the transmission line between the first probe T1 and the first connection terminal TA has a parasitic impedance Za (ωt). Here, ω is an angular frequency and t is time. Similarly, the transmission line between the second probe T2 and the second connection terminal TB has a parasitic impedance Zb (ωt). Similarly, the transmission line between the third probe T3 and the third connection terminal TC has a parasitic impedance Zc (ωt). Similarly, the transmission line between the fourth probe T4 and the fourth connection terminal TD has a parasitic impedance Zd (ωt).

本実施形態では、被測定物OMの抵抗から、これらの寄生インピーダンス、電流検出部CSのインピーダンス、電圧検出部VSのインピーダンスの影響を取り除くために、制御部CONは、補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードにおいて、予め補正用のインピーダンスを算出し、算出した補正用のインピーダンスに関する情報(例えば、補正用のインピーダンスの実部と虚部)を測定用信号の周波数毎にメモリMEMに記憶させておく。   In this embodiment, in order to remove the influence of these parasitic impedances, the impedance of the current detection unit CS, and the impedance of the voltage detection unit VS from the resistance of the device under test OM, the control unit CON calculates a correction impedance. In the zero ohm adjustment mode, the correction impedance is calculated in advance, and information on the calculated correction impedance (for example, the real part and the imaginary part of the correction impedance) is stored in the memory MEM for each frequency of the measurement signal. deep.

信号発生部SGは、複数の周波数で測定用信号を発生可能である。第1プローブT1には、この信号発生部SGが発生した測定用信号が供給される。制御部CONは、制御信号を信号発生部SGへ出力し、この信号発生部SGが発生する測定用信号の周波数を制御する。ここで、信号発生部SGは、制御部CONから制御信号が入力され、一端が接地に接続されている正弦波発生器SINGと、入力が正弦波発生器SINGの他端に接続された定電流増幅器CAとを備える。   The signal generator SG can generate measurement signals at a plurality of frequencies. The measurement signal generated by the signal generator SG is supplied to the first probe T1. The control unit CON outputs a control signal to the signal generation unit SG and controls the frequency of the measurement signal generated by the signal generation unit SG. Here, the signal generator SG receives a control signal from the controller CON, and has a sine wave generator SING having one end connected to the ground and a constant current connected to the other end of the sine wave generator SING. And an amplifier CA.

正弦波発生器SINGは、制御部CONよる制御に応じた周波数で正弦波の電圧信号を生成し、生成した電圧信号を定電流増幅器CAへ出力する。
定電流増幅器CAは、正弦波発生器SINGが生成した正弦波の電圧信号に基づいて、所定の振幅Iの電流Isinωtを測定用信号として生成する。定電流増幅器CAは、生成した電流Isinωtを第1接続端子TAを介して第1プローブT1へ供給する。
The sine wave generator SING generates a sine wave voltage signal at a frequency corresponding to the control by the control unit CON, and outputs the generated voltage signal to the constant current amplifier CA.
The constant current amplifier CA generates a current Isinωt having a predetermined amplitude I as a measurement signal based on the sine wave voltage signal generated by the sine wave generator SING. The constant current amplifier CA supplies the generated current Isinωt to the first probe T1 via the first connection terminal TA.

電流検出部CSは、第2プローブT2に流れる電流を検出し、検出して得たアナログ信号の電流信号を制御部CONへ出力する。   The current detection unit CS detects a current flowing through the second probe T2, and outputs an analog current signal obtained by the detection to the control unit CON.

電圧検出部VSは、第3プローブT3と第4プローブT4の間の電圧を検出する。実際には、寄生インピーダンスZc(ωt)と寄生インピーダンスZd(ωt)が既知であるので、電圧検出部VSは、第3接続端子TCと第4接続端子TDの間の電圧を検出することにより、第3プローブT3と第4プローブT4の間の電圧を計測する。電圧検出部VSは、検出して得たアナログ信号の電圧信号をAD変換部ADCへ出力する。   The voltage detector VS detects the voltage between the third probe T3 and the fourth probe T4. Actually, since the parasitic impedance Zc (ωt) and the parasitic impedance Zd (ωt) are known, the voltage detection unit VS detects the voltage between the third connection terminal TC and the fourth connection terminal TD, The voltage between the third probe T3 and the fourth probe T4 is measured. The voltage detection unit VS outputs the voltage signal of the analog signal obtained by the detection to the AD conversion unit ADC.

AD変換部ADCは、電流検出部CSが検出して得た電流信号をAD変換してデジタル電流信号を生成し、電圧検出部VSが検出して得た電圧信号をAD変換してデジタル電圧信号を生成する。AD変換部ADCは、生成したデジタル電流信号とデジタル電圧信号を制御部CONへ出力する。   The AD conversion unit ADC generates a digital current signal by performing AD conversion on the current signal detected by the current detection unit CS, and AD converts the voltage signal obtained by detection by the voltage detection unit VS. Is generated. The AD conversion unit ADC outputs the generated digital current signal and digital voltage signal to the control unit CON.

通信部CMは、補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードと、被測定物のインピーダンスを算出する測定モードのいずれかのモードを指令するモード指令信号を通信により受信する。この通信は、有線であっても無線であってもよい。   The communication unit CM receives, by communication, a mode command signal that commands one of a zero ohm adjustment mode for calculating the correction impedance and a measurement mode for calculating the impedance of the object to be measured. This communication may be wired or wireless.

制御部CONは、測定用信号の周波数毎に生成されたデジタル電流信号とデジタル電圧信号とに基づいて、測定用信号の周波数毎の被測定物OMのインピーダンスを算出する。その際、制御部CONは、第1プローブT1と第3プローブT3が被測定物OMの一端に電気的に接続され、かつ第2プローブT2と第4プローブT4が被測定物OMの他端に電気的に接続された状態で、インピーダンスを算出する。   The control unit CON calculates the impedance of the device under test OM for each frequency of the measurement signal based on the digital current signal and the digital voltage signal generated for each frequency of the measurement signal. At that time, the control unit CON has the first probe T1 and the third probe T3 electrically connected to one end of the device under test OM, and the second probe T2 and the fourth probe T4 connected to the other end of the device under test OM. Impedance is calculated in the electrically connected state.

ここで、制御部CONは、取得部ACQと、処理部PRCと、第1入力が取得部ACQの出力に接続され第2入力が処理部PRCの出力に接続された算出部CALとを備える。
取得部ACQは、補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードと、被測定物OMのインピーダンスを算出する測定モードのいずれかのモードを指令するモード指令信号を取得する。本実施形態では一例として、取得部ACQは、通信部CMからこのモード指令信号を取得する。
Here, the control unit CON includes an acquisition unit ACQ, a processing unit PRC, and a calculation unit CAL having a first input connected to the output of the acquisition unit ACQ and a second input connected to the output of the processing unit PRC.
The acquisition unit ACQ acquires a mode command signal for instructing one of a zero ohm adjustment mode for calculating a correction impedance and a measurement mode for calculating the impedance of the device under test OM. In the present embodiment, as an example, the acquisition unit ACQ acquires this mode command signal from the communication unit CM.

制御部CONの算出部CALは、取得部ACQが取得したモード指令信号がゼロオーム調整モードの場合、補正用のインピーダンスを算出する。一方、取得部ACQが取得したモード指令信号が測定モードの場合、制御部CONの算出部CALは、被測定物OMのインピーダンスを算出し被測定物OMのインピーダンスを周波数が対応する補正用のインピーダンスで補正する。処理部PRC及び算出部CALの処理の詳細は後述する。以下、ゼロオーム調整モードにおける処理と測定モードにおける処理とに分けて説明する。   The calculation unit CAL of the control unit CON calculates a correction impedance when the mode command signal acquired by the acquisition unit ACQ is in the zero ohm adjustment mode. On the other hand, when the mode command signal acquired by the acquisition unit ACQ is in the measurement mode, the calculation unit CAL of the control unit CON calculates the impedance of the device under test OM and corrects the impedance of the device under test OM corresponding to the frequency. Correct with. Details of the processing of the processing unit PRC and the calculation unit CAL will be described later. Hereinafter, the process in the zero ohm adjustment mode and the process in the measurement mode will be described separately.

<ゼロオーム調整モードにおける処理>
まず、ゼロオーム調整モードにおける処理について説明する。インピーダンス測定装置1を使用するユーザは、不図示の端末装置を操作してゼロオーム調整モードを選択する入力を行う。端末装置は、ゼロオーム調整モードを指令するモード指令信号を通信によりインピーダンス測定装置1へ送信する。通信部CMは、この端末装置が送信したモード指令信号を通信により受信する。
<Processing in zero ohm adjustment mode>
First, processing in the zero ohm adjustment mode will be described. A user who uses the impedance measuring apparatus 1 performs an input to select a zero ohm adjustment mode by operating a terminal device (not shown). The terminal device transmits a mode command signal for commanding the zero ohm adjustment mode to the impedance measuring device 1 by communication. The communication unit CM receives the mode command signal transmitted by the terminal device through communication.

次に、第1プローブT1、第2プローブT2、第3プローブT3及び第4プローブT4は、0Ω抵抗を介して接続される。0Ω抵抗は、0Ωに近い物体であり0Ωに限りなく近い方が好ましく、各プローブがなるべく点で結合するような治具が好ましい。0Ω抵抗は、現実的には例えば銅バーなどである。
なお、第1プローブT1、第2プローブT2、第3プローブT3及び第4プローブT4が短絡した状態であってもよい。
Next, the first probe T1, the second probe T2, the third probe T3, and the fourth probe T4 are connected via a 0Ω resistor. The 0Ω resistance is an object close to 0Ω and is preferably close to 0Ω as much as possible, and a jig that allows the probes to be coupled at points as much as possible is preferable. In reality, the 0Ω resistor is, for example, a copper bar.
The first probe T1, the second probe T2, the third probe T3, and the fourth probe T4 may be short-circuited.

この状態で、制御部CONは、通信部CMが受信したモード指令信号がゼロオーム調整モードの場合、測定用信号の周波数毎に電流検出部CSが検出した電流と電圧検出部VSが検出した電圧とに基づいて、測定用信号の周波数毎の補正用のインピーダンスを算出する。   In this state, when the mode command signal received by the communication unit CM is in the zero ohm adjustment mode, the control unit CON determines the current detected by the current detection unit CS and the voltage detected by the voltage detection unit VS for each frequency of the measurement signal. Based on the above, the correction impedance for each frequency of the measurement signal is calculated.

処理部PRCは、処理の対象となる対象信号から特定の周波数の信号を分離して得られた分離信号の振幅と、特定の周波数を有しかつ位相の基準となる参照信号と対象信号との間の位相差を検出する2相ロックインアンプの機能を有する。本実施形態において、対象信号はデジタル電流信号であり、参照信号は基準正弦波信号である。   The processing unit PRC includes the amplitude of the separated signal obtained by separating the signal of a specific frequency from the target signal to be processed, the reference signal having the specific frequency and serving as a phase reference, and the target signal. It has a function of a two-phase lock-in amplifier that detects a phase difference between them. In the present embodiment, the target signal is a digital current signal, and the reference signal is a standard sine wave signal.

処理部PRCは、この2相ロックインアンプの機能によりデジタル電流信号から測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第1分離信号の振幅を電流振幅として、測定用信号と同じ周波数を有しかつ位相の基準となる基準正弦波信号とデジタル電流信号との間の位相差を電流位相差として検出する。   The processing unit PRC uses the function of the two-phase lock-in amplifier to separate the signal having the same frequency as the measurement signal from the digital current signal, and sets the amplitude of the first separated signal as the current amplitude. And a phase difference between a reference sine wave signal which is a phase reference and a digital current signal is detected as a current phase difference.

また、処理部PRCは、上記2相ロックインアンプの機能によりデジタル電圧信号から測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第2分離信号の振幅を電圧振幅として、基準正弦波信号とデジタル電圧信号との間の位相差を電圧位相差として検出する。   Further, the processing unit PRC uses the amplitude of the second separated signal obtained by separating the signal having the same frequency as the measurement signal from the digital voltage signal by the function of the two-phase lock-in amplifier as a voltage amplitude, and a reference sine wave signal And the phase difference between the digital voltage signal is detected as a voltage phase difference.

算出部CALは、処理部PRCが検出した電流振幅、電流位相差、電圧振幅、及び電圧位相差に基づいて、補正用のインピーダンスを測定用信号の周波数毎に算出する。具体的には例えば、算出部CALは、電圧振幅を電流振幅で割った値をインピーダンスの大きさ|Z|とし、電流位相から電圧位相を差分した値をインピーダンスの位相角φとし、jを虚数単位とした場合、補正用のインピーダンスを|Z|cosφ+j|Z|sinφの式で算出する。   The calculation unit CAL calculates a correction impedance for each frequency of the measurement signal based on the current amplitude, current phase difference, voltage amplitude, and voltage phase difference detected by the processing unit PRC. Specifically, for example, the calculation unit CAL uses the value obtained by dividing the voltage amplitude by the current amplitude as the impedance magnitude | Z |, the value obtained by subtracting the voltage phase from the current phase as the impedance phase angle φ, and j as an imaginary number. When the unit is used, the correction impedance is calculated by the equation | Z | cosφ + j | Z | sinφ.

そして、制御部CONは、周波数毎に補正用のインピーダンスを算出した場合、周波数毎に補正用のインピーダンスをメモリMEMに記憶させておく。より詳細には、制御部CONは、一例として、上述した測定用信号の周波数毎に、補正用のインピーダンスの実部と虚部とをメモリMEMに記憶させる。これにより、図3に示すように、メモリMEMには、一例として、100Hzから10kHzまで100Hz毎に、補正用のインピーダンスの実部と虚部とが関連付けられたテーブルが記憶される。   When the control unit CON calculates the correction impedance for each frequency, the control unit CON stores the correction impedance for each frequency in the memory MEM. More specifically, as an example, the control unit CON stores the real part and the imaginary part of the correction impedance in the memory MEM for each frequency of the measurement signal described above. As a result, as shown in FIG. 3, the memory MEM stores, as an example, a table in which the real part and the imaginary part of the correction impedance are associated with each 100 Hz from 100 Hz to 10 kHz.

<測定モードにおける処理>
続いて、測定モードにおける処理について説明する。まず、ユーザは、不図示の端末装置を操作して測定モードを選択する入力を行う。端末装置は、測定モードを指令するモード指令信号を通信によりインピーダンス測定装置1へ送信する。通信部CMは、この端末装置が送信した測定を通信により受信する。
<Processing in measurement mode>
Subsequently, processing in the measurement mode will be described. First, the user performs an input for selecting a measurement mode by operating a terminal device (not shown). The terminal device transmits a mode command signal for commanding the measurement mode to the impedance measuring device 1 by communication. The communication unit CM receives the measurement transmitted by the terminal device through communication.

次に、ユーザは、第1プローブと第3プローブが被測定物OMの一端に電気的に接続され、かつ第2プローブと第4プローブが被測定物の他端に電気的に接続された状態にする。
この状態で、制御部CONは、通信部CMが受信したモード指令信号が測定モードの場合、測定用信号の周波数毎に電流検出部CSが検出した電流と電圧検出部VSが検出した電圧とに基づいて、この測定用信号の周波数毎の被測定物OMのインピーダンスを算出する。
Next, the user is in a state where the first probe and the third probe are electrically connected to one end of the object to be measured OM, and the second probe and the fourth probe are electrically connected to the other end of the object to be measured. To.
In this state, when the mode command signal received by the communication unit CM is in the measurement mode, the control unit CON converts the current detected by the current detection unit CS and the voltage detected by the voltage detection unit VS for each frequency of the measurement signal. Based on this, the impedance of the device under test OM for each frequency of the measurement signal is calculated.

より詳細には、制御部CONが備える処理部PRCは、2相ロックインアンプの機能によりデジタル電流信号から測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第1分離信号の振幅を電流振幅として、測定用信号と同じ周波数を有しかつ位相の基準となる基準正弦波信号と前記デジタル電流信号との間の位相差を電流位相差として検出する。また、処理部PRCは、2相ロックインアンプの機能によりデジタル電圧信号から測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第2分離信号の振幅を電圧振幅として、基準正弦波信号と前記デジタル電圧信号との間の位相差を電圧位相差として検出する。   More specifically, the processing unit PRC included in the control unit CON uses the function of the two-phase lock-in amplifier to calculate the amplitude of the first separated signal obtained by separating the signal having the same frequency as the measurement signal from the digital current signal. As the amplitude, a phase difference between a reference sine wave signal having the same frequency as the measurement signal and serving as a phase reference and the digital current signal is detected as a current phase difference. Further, the processing unit PRC uses the amplitude of the second separated signal obtained by separating the signal having the same frequency as the measurement signal from the digital voltage signal by the function of the two-phase lock-in amplifier as the voltage amplitude, and the reference sine wave signal A phase difference from the digital voltage signal is detected as a voltage phase difference.

算出部CALは、処理部PRCが検出した電流振幅、電流位相差、電圧振幅、及び電圧位相差に基づいて、被測定物OMのインピーダンスを測定用信号の周波数毎に算出する。具体的には例えば、算出部CALは、電圧振幅を電流振幅で割った値をインピーダンスの大きさ|Z|とし、電流位相から電圧位相を差分した値をインピーダンスの位相角φとし、jを虚数単位とした場合、被測定物OMのインピーダンスを|Z|cosφ+j|Z|sinφの式で算出する。   The calculation unit CAL calculates the impedance of the device under test OM for each frequency of the measurement signal based on the current amplitude, current phase difference, voltage amplitude, and voltage phase difference detected by the processing unit PRC. Specifically, for example, the calculation unit CAL uses the value obtained by dividing the voltage amplitude by the current amplitude as the impedance magnitude | Z |, the value obtained by subtracting the voltage phase from the current phase as the impedance phase angle φ, and j as an imaginary number. When the unit is used, the impedance of the object OM to be measured is calculated by the equation | Z | cosφ + j | Z | sinφ.

そして、制御部CONは、この測定用信号の周波数毎に得られた被測定物OMのインピーダンスを周波数が対応する補正用のインピーダンスで補正する。この制御部CONにおける補正は、被測定物OMのインピーダンスから周波数が対応する補正用のインピーダンスを減算することである。   Then, the control unit CON corrects the impedance of the device under test OM obtained for each frequency of the measurement signal with a correction impedance corresponding to the frequency. The correction in the control unit CON is to subtract the correction impedance corresponding to the frequency from the impedance of the device under test OM.

具体的には、制御部CONは、例えば、周波数毎に被測定物OMのインピーダンスを算出した場合、メモリMEMに記憶された補正用のインピーダンスを周波数毎に読み出し、測定用信号の周波数毎に得られた被測定物のインピーダンスを周波数が対応する補正用のインピーダンスで補正する。   Specifically, for example, when the impedance of the device under test OM is calculated for each frequency, the control unit CON reads the correction impedance stored in the memory MEM for each frequency and obtains it for each frequency of the measurement signal. The impedance of the measured object is corrected with a correction impedance corresponding to the frequency.

ここでこの補正処理の一例を説明する。例えば、図3に示すテーブルがメモリMEMに記憶されている場合、制御部CONは、例えば、メモリMEMに記憶された補正用のインピーダンスの実部と虚部を読み出す。そして、制御部CONは、例えば、上述した測定用信号の周波数毎に得られた被測定物OMのインピーダンスの実部を周波数が対応する補正用のインピーダンスの実部で補正し、測定用信号の周波数毎に得られた被測定物のインピーダンスの虚部を周波数が対応する補正用のインピーダンスの虚部で補正する。   Here, an example of this correction process will be described. For example, when the table illustrated in FIG. 3 is stored in the memory MEM, the control unit CON reads, for example, the real part and the imaginary part of the correction impedance stored in the memory MEM. Then, for example, the control unit CON corrects the real part of the impedance of the device under test OM obtained for each frequency of the measurement signal described above with the real part of the correction impedance corresponding to the frequency. The imaginary part of the impedance of the measured object obtained for each frequency is corrected with the imaginary part of the correction impedance corresponding to the frequency.

このように、制御部CONは、モード切替部SWがモードをゼロオーム調整モードに切り替えた場合、上述した補正用のインピーダンスを算出し、モード切替部SWがモードを測定モードに切り替えた場合、上述した被測定物OMのインピーダンスを算出し、被測定物OMのインピーダンスを周波数が対応する補正用のインピーダンスで補正する。   Thus, when the mode switching unit SW switches the mode to the zero ohm adjustment mode, the control unit CON calculates the correction impedance described above, and when the mode switching unit SW switches the mode to the measurement mode, the control unit CON described above. The impedance of the device under test OM is calculated, and the impedance of the device under test OM is corrected with a correction impedance corresponding to the frequency.

なお、これに限らず、制御部CONは、上述した測定用信号の周波数毎に、補正用のインピーダンスの絶対値と位相の組(インピーダンスの抵抗分とリアクタンス分の組)をメモリMEMに記憶させてもよい。その場合、制御部CONは、例えば、測定用信号の周波数毎に得られた被測定物OMのインピーダンスを、周波数が対応する補正用のインピーダンスの絶対値と位相の組を用いて補正してもよい。   However, the present invention is not limited to this, and the control unit CON causes the memory MEM to store a set of correction impedance absolute values and phases (a set of impedance resistance and reactance) for each frequency of the measurement signal described above. May be. In that case, for example, the control unit CON corrects the impedance of the device under test OM obtained for each frequency of the measurement signal by using a set of the absolute value and the phase of the correction impedance corresponding to the frequency. Good.

以上、本実施形態に係るインピーダンス測定装置1は、複数の周波数で測定用信号を発生可能な信号発生部SGと、信号発生部SGが発生する測定用信号の周波数を制御する制御部CONと、信号発生部SGが発生した測定用信号が供給される第1プローブT1と、被測定物OMのインピーダンスの測定時に第1プローブT1との間に被測定物OMが接続される第2プローブT2と、第3プローブT3と、被測定物OMのインピーダンスの測定時に第3プローブT3との間に被測定物OMが接続される第4プローブT4と、第2プローブT2に接続され第2プローブT2に流れる電流を検出する電流検出部CSと、一端が第3プローブT3に接続され、他端が第4プローブT4に接続され、第3プローブT3と第4プローブT4の間の電圧を検出する電圧検出部VSと、電流検出部CSが検出して得た電流信号をAD変換してデジタル電流信号を生成し、電圧検出部VSが検出して得た電圧信号をAD変換してデジタル電圧信号を生成するAD変換部ADCと、を備える。   As described above, the impedance measuring apparatus 1 according to the present embodiment includes the signal generation unit SG that can generate measurement signals at a plurality of frequencies, the control unit CON that controls the frequency of the measurement signals generated by the signal generation unit SG, A first probe T1 to which a measurement signal generated by the signal generator SG is supplied, and a second probe T2 to which the object OM is connected between the first probe T1 when measuring the impedance of the object OM; The fourth probe T4 is connected between the third probe T3 and the third probe T3 when the impedance of the object OM is measured, and the second probe T2 is connected to the second probe T2. The current detector CS that detects the flowing current, one end connected to the third probe T3, the other end connected to the fourth probe T4, and the voltage between the third probe T3 and the fourth probe T4 The voltage detection unit VS to output and the current signal detected by the current detection unit CS are AD converted to generate a digital current signal, and the voltage signal detected by the voltage detection unit VS is AD converted to digital And an AD conversion unit ADC that generates a voltage signal.

第1プローブT1、第2プローブT2、第3プローブT3及び第4プローブT4が0Ω抵抗を介して導通している状態または短絡している状態で、制御部CONは、デジタル電流信号とデジタル電圧信号とに基づいて、測定用信号の複数の周波数における補正用のインピーダンスを算出する。   In a state where the first probe T1, the second probe T2, the third probe T3, and the fourth probe T4 are conducted through a 0Ω resistor or are short-circuited, the control unit CON performs a digital current signal and a digital voltage signal. Based on the above, the correction impedance at a plurality of frequencies of the measurement signal is calculated.

また、第1プローブT1と第3プローブT3が被測定物OMの一端に電気的に接続され、かつ第2プローブT2と第4プローブT4が被測定物OMの他端に電気的に接続された状態で、制御部COMは、デジタル電流信号とデジタル電圧信号とに基づいて、測定用信号の複数の周波数における被測定物OMのインピーダンスを算出する。そして、制御部COMは、測定用信号の周波数毎に得られた被測定物OMのインピーダンスを周波数が対応する補正用のインピーダンスで補正する。   In addition, the first probe T1 and the third probe T3 are electrically connected to one end of the object to be measured OM, and the second probe T2 and the fourth probe T4 are electrically connected to the other end of the object to be measured OM. In the state, the control unit COM calculates the impedance of the device under test OM at a plurality of frequencies of the measurement signal based on the digital current signal and the digital voltage signal. Then, the control unit COM corrects the impedance of the device under test OM obtained for each frequency of the measurement signal with the correction impedance corresponding to the frequency.

これにより、本実施形態に係るインピーダンス測定装置1は、計測回路の周波数特性に起因した計測誤差成分を減らすことができ、計測精度が向上する。さらに、本実施形態に係るインピーダンス測定装置1は、このように補正することにより、アンプのオフセット電圧の経年変化、アンプのゲインの経年変化などにより計測値に生じる誤差を補正することができる。   Thereby, the impedance measuring apparatus 1 according to the present embodiment can reduce the measurement error component due to the frequency characteristic of the measurement circuit, and the measurement accuracy is improved. Furthermore, the impedance measuring apparatus 1 according to the present embodiment can correct errors caused in the measurement value due to the aging of the offset voltage of the amplifier, the aging of the gain of the amplifier, and the like by performing correction in this way.

また、本実施形態に係るインピーダンス測定装置1は、不揮発性のメモリMEMを更に備え、制御部CONは、周波数毎に補正用のインピーダンスを算出し、周波数毎にこの補正用のインピーダンスをそのメモリMEMに記憶させておく。制御部CONは、周波数毎に被測定物OMのインピーダンスを算出した場合、そのメモリMEMに記憶された補正用のインピーダンスを周波数毎に読み出し、測定用信号の複数の周波数毎に得られた被測定物OMのインピーダンスを周波数が対応する補正用のインピーダンスで補正する。これは、プローブの交換を行わなければ短期間ではプローブの特性が変化しないことを利用したものである。   Moreover, the impedance measuring apparatus 1 according to the present embodiment further includes a nonvolatile memory MEM, and the control unit CON calculates a correction impedance for each frequency, and uses the correction impedance for each frequency in the memory MEM. Remember me. When the control unit CON calculates the impedance of the device under test OM for each frequency, the control unit CON reads the correction impedance stored in the memory MEM for each frequency, and the device under test obtained for each of the plurality of frequencies of the measurement signal. The impedance of the object OM is corrected with a correction impedance corresponding to the frequency. This utilizes the fact that the probe characteristics do not change in a short period of time unless the probe is exchanged.

これにより、ゼロオームの調整のためにプローブの先端同士を接続して補正用のインピーダンスを算出する処理を被測定物のインピーダンスを測定する毎に行う必要がなく、インピーダンス測定にかかる手間を軽減することができる。   This eliminates the need to connect the probe tips for zero ohm adjustment and calculate the impedance for correction each time the impedance of the object to be measured is measured, thus reducing the effort involved in impedance measurement. Can do.

なお、インピーダンス測定装置1は、通信部CMの代わりに、入力部を備えてもよい。その場合、入力部は、補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードと、被測定物OMのインピーダンスを算出する測定モードのいずれかのモードの指令選択を受け付け、受け付けた指令を示すモード指令信号を生成してもよい。そして取得部ACQは、この入力部からモード指令信号を取得してもよい。   The impedance measuring apparatus 1 may include an input unit instead of the communication unit CM. In that case, the input unit accepts a command selection of either the zero ohm adjustment mode for calculating the impedance for correction or the measurement mode for calculating the impedance of the object to be measured OM, and outputs a mode command signal indicating the received command. It may be generated. And acquisition part ACQ may acquire a mode command signal from this input part.

なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。   In addition, embodiment is an illustration and the range of invention is not limited to them.

1 インピーダンス測定装置
SG 信号発生部
SING 正弦波発生器
CA 定電流増幅器
CON 制御部
ACQ 取得部
PRC 処理部
CAL 算出部
T1 第1プローブ
T2 第2プローブ
T3 第3プローブ
T4 第4プローブ
TA 第1接続端子
TB 第2接続端子
TC 第3接続端子
TD 第4接続端子
CS 電流検出部
VS 電圧検出部
ADC AD変換部
MEM メモリ
CM 通信部
OM 被測定物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Impedance measuring device SG Signal generation part SING Sine wave generator CA Constant current amplifier CON Control part ACQ Acquisition part PRC Processing part CAL Calculation part T1 1st probe T2 2nd probe T3 3rd probe T4 4th probe TA 1st connection terminal TB 2nd connection terminal TC 3rd connection terminal TD 4th connection terminal CS Current detection part VS Voltage detection part ADC AD conversion part MEM Memory CM Communication part OM Device under test

Claims (12)

複数の周波数で測定用信号を発生可能な信号発生部と、
前記信号発生部が発生する測定用信号の周波数を制御する制御部と、
前記信号発生部が発生した測定用信号が供給される第1プローブと、被測定物のインピーダンスの測定時に前記第1プローブとの間に前記被測定物が接続される第2プローブと、第3プローブと、前記被測定物のインピーダンスの測定時に前記第3プローブとの間に前記被測定物が接続される第4プローブと、
前記第2プローブに接続され前記第2プローブに流れる電流を検出する電流検出部と、
一端が前記第3プローブに接続され、他端が前記第4プローブに接続され、前記第3プローブと前記第4プローブの間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電流検出部が検出して得た電流信号をAD変換してデジタル電流信号を生成し、前記電圧検出部が検出して得た電圧信号をAD変換してデジタル電圧信号を生成するAD変換部と、を備え、
前記第1プローブ、前記第2プローブ、前記第3プローブ及び前記第4プローブが導通している状態で、前記制御部は、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における補正用のインピーダンスを算出し、
前記第1プローブと前記第3プローブが前記被測定物の一端に電気的に接続され、かつ前記第2プローブと前記第4プローブが前記被測定物の他端に電気的に接続された状態で、前記制御部は、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における前記被測定物のインピーダンスを算出し、前記測定用信号の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正するインピーダンス測定装置。
A signal generator capable of generating measurement signals at a plurality of frequencies;
A control unit for controlling the frequency of the measurement signal generated by the signal generation unit;
A first probe to which a measurement signal generated by the signal generator is supplied; a second probe to which the object to be measured is connected between the first probe when measuring the impedance of the object to be measured; and a third probe A fourth probe to which the object to be measured is connected between the probe and the third probe when measuring the impedance of the object to be measured;
A current detection unit connected to the second probe for detecting a current flowing through the second probe;
One end connected to the third probe, the other end connected to the fourth probe, and a voltage detector for detecting a voltage between the third probe and the fourth probe;
An AD converter that AD converts the current signal detected by the current detector to generate a digital current signal, and AD converts the voltage signal detected by the voltage detector to generate a digital voltage signal And comprising
In a state where the first probe, the second probe, the third probe, and the fourth probe are conductive, the control unit is configured to generate the measurement signal based on the digital current signal and the digital voltage signal. Calculate the impedance for correction at multiple frequencies of
In a state where the first probe and the third probe are electrically connected to one end of the object to be measured, and the second probe and the fourth probe are electrically connected to the other end of the object to be measured. The control unit calculates the impedance of the device under test at a plurality of frequencies of the measurement signal based on the digital current signal and the digital voltage signal, and is obtained for each frequency of the measurement signal. An impedance measuring device that corrects the impedance of the object to be measured with the correcting impedance corresponding to a frequency.
前記制御部が算出した前記補正用のインピーダンスに関する情報を周波数毎に記憶する不揮発性のメモリを更に備える請求項1に記載のインピーダンス測定装置。   The impedance measuring apparatus according to claim 1, further comprising a non-volatile memory that stores, for each frequency, information on the correction impedance calculated by the control unit. 前記制御部は、前記周波数毎に前記補正用のインピーダンスを算出し、前記周波数毎に前記補正用のインピーダンスを前記メモリに記憶させておき、
前記制御部は、前記周波数毎に前記被測定物のインピーダンスを算出した場合、前記メモリに記憶された前記補正用のインピーダンスを前記周波数毎に読み出し、前記測定用信号の複数の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正する請求項2に記載のインピーダンス測定装置。
The control unit calculates the correction impedance for each frequency, and stores the correction impedance in the memory for each frequency,
When the control unit calculates the impedance of the device to be measured for each frequency, the control unit reads the correction impedance stored in the memory for each frequency and is obtained for each of the plurality of frequencies of the measurement signal. The impedance measuring apparatus according to claim 2, wherein the impedance of the device under test is corrected with the correction impedance corresponding to a frequency.
前記制御部は、
処理の対象となる対象信号から特定の周波数の信号を分離して得られた分離信号の振幅と、前記特定の周波数を有しかつ位相の基準となる参照信号と前記対象信号との間の位相差を検出する2相ロックインアンプの機能を有し、前記2相ロックインアンプの機能により前記デジタル電流信号から前記測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第1分離信号の振幅を電流振幅として、前記測定用信号と同じ周波数を有しかつ位相の基準となる基準正弦波信号と前記デジタル電流信号との間の位相差を電流位相差として検出し、前記2相ロックインアンプの機能により前記デジタル電圧信号から前記測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第2分離信号の振幅を電圧振幅として、前記基準正弦波信号と前記デジタル電圧信号との間の位相差を電圧位相差として検出する処理部と、
前記処理部が検出した前記電流振幅、前記電流位相差、前記電圧振幅、及び前記電圧位相差に基づいて、前記補正用のインピーダンスまたは前記被測定物のインピーダンスを算出する算出部と、
を備える請求項1から3のいずれか一項に記載のインピーダンス測定装置。
The controller is
The amplitude of the separated signal obtained by separating the signal of a specific frequency from the target signal to be processed, and the position between the reference signal having the specific frequency and the phase reference and the target signal A first separated signal obtained by separating a signal having the same frequency as the measurement signal from the digital current signal by the function of the two-phase lock-in amplifier. A phase difference between a reference sine wave signal having the same frequency as the measurement signal and a phase reference and the digital current signal is detected as a current phase difference, with the amplitude as a current amplitude, and the two-phase lock-in is detected. The reference sine wave signal, the digital voltage signal, and the amplitude of the second separated signal obtained by separating the signal having the same frequency as the measurement signal from the digital voltage signal by the function of the amplifier, A processing unit for detecting a voltage phase difference of the phase difference between,
Based on the current amplitude, the current phase difference, the voltage amplitude, and the voltage phase difference detected by the processing unit, a calculation unit that calculates the correction impedance or the impedance of the object to be measured;
The impedance measuring device according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記算出部は、前記電圧振幅を前記電流振幅で割った値をインピーダンスの大きさ|Z|とし、前記電流位相から前記電圧位相を差分した値をインピーダンスの位相角φとし、jを虚数単位とした場合、前記補正用のインピーダンスまたは前記被測定物のインピーダンスを|Z|cosφ+j|Z|sinφの式で算出する
請求項4に記載のインピーダンス測定装置。
The calculation unit obtains a value obtained by dividing the voltage amplitude by the current amplitude as an impedance magnitude | Z |, a value obtained by subtracting the voltage phase from the current phase as an impedance phase angle φ, and j as an imaginary unit. The impedance measuring apparatus according to claim 4, wherein the correction impedance or the impedance of the device under test is calculated by an expression of | Z | cosφ + j | Z | sinφ.
前記制御部は、前記補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードと、前記被測定物のインピーダンスを算出する測定モードのいずれかのモードを指令するモード指令信号を取得する取得部を備え、
前記制御部は、前記取得部が取得したモード指令信号が前記ゼロオーム調整モードの場合、前記補正用のインピーダンスを算出し、前記取得部が取得したモード指令信号が前記測定モードの場合、前記被測定物のインピーダンスを算出し前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正する
請求項1から5のいずれか一項に記載のインピーダンス測定装置。
The control unit includes an acquisition unit that acquires a mode command signal that commands one of a zero ohm adjustment mode for calculating the correction impedance and a measurement mode for calculating the impedance of the device to be measured;
The control unit calculates the correction impedance when the mode command signal acquired by the acquisition unit is the zero ohm adjustment mode, and when the mode command signal acquired by the acquisition unit is the measurement mode, the measurement target The impedance measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein an impedance of an object is calculated and the impedance of the object to be measured is corrected by the correction impedance corresponding to a frequency.
前記モード指令信号を通信により受信する通信部を更に備え、
前記取得部は、前記通信部から前記モード指令信号を取得する請求項6に記載のインピーダンス測定装置。
A communication unit for receiving the mode command signal by communication;
The impedance measuring apparatus according to claim 6, wherein the acquisition unit acquires the mode command signal from the communication unit.
前記補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードと、前記被測定物のインピーダンスを算出する測定モードのいずれかのモードの指令を受け付け、受け付けた指令を示すモード指令信号を生成する入力部を更に備え、
前記取得部は、前記入力部から前記モード指令信号を取得する
請求項6に記載のインピーダンス測定装置。
The apparatus further includes an input unit that receives a command in any one of a zero ohm adjustment mode for calculating the correction impedance and a measurement mode for calculating the impedance of the device under test, and generates a mode command signal indicating the received command. ,
The impedance measurement apparatus according to claim 6, wherein the acquisition unit acquires the mode command signal from the input unit.
前記制御部における補正は、前記被測定物のインピーダンスから周波数が対応する前記補正用のインピーダンスを減算することである
請求項1から8のいずれか一項に記載のインピーダンス測定装置。
The impedance measurement apparatus according to claim 1, wherein the correction in the control unit is to subtract the correction impedance corresponding to the frequency from the impedance of the device under test.
前記信号発生部は、前記制御部による制御に応じた周波数で正弦波の電圧信号を生成する正弦波発生器と、
前記正弦波発生器が生成した正弦波の電圧信号に基づいて、所定の振幅の電流を前記測定用信号として生成する定電流増幅器と、
を備える請求項1から9のいずれか一項に記載のインピーダンス測定装置。
The signal generation unit generates a sine wave voltage signal at a frequency according to the control by the control unit;
A constant current amplifier that generates a current of a predetermined amplitude as the measurement signal based on a sine wave voltage signal generated by the sine wave generator;
The impedance measuring device according to claim 1, comprising:
前記制御部は、前記測定用信号の複数の周波数毎に前記補正用のインピーダンスの実部と虚部とを前記メモリに記憶させ、
前記制御部は、前記メモリに記憶された前記補正用のインピーダンスの実部と虚部を読み出し、前記測定用信号の複数の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスの実部を周波数が対応する前記補正用のインピーダンスの実部で補正し、前記測定用信号の複数の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスの虚部を周波数が対応する前記補正用のインピーダンスの虚部で補正する
請求項3に記載のインピーダンス測定装置。
The control unit causes the memory to store a real part and an imaginary part of the correction impedance for each of a plurality of frequencies of the measurement signal,
The control unit reads the real part and the imaginary part of the impedance for correction stored in the memory, and the frequency of the real part of the impedance of the measurement object obtained for each of the plurality of frequencies of the measurement signal. The imaginary part of the impedance of the measurement object obtained for each of the plurality of frequencies of the measurement signal is corrected by the imaginary part of the correction impedance corresponding to the frequency. The impedance measuring device according to claim 3 which corrects.
複数の周波数で測定用信号を発生可能な信号発生部と、前記信号発生部が発生する測定用信号の周波数を制御する制御部と、前記信号発生部が発生した測定用信号が供給される第1プローブと、被測定物のインピーダンスの測定時に前記第1プローブとの間に前記被測定物が接続される第2プローブと、第3プローブと、前記被測定物のインピーダンスの測定時に前記第3プローブとの間に前記被測定物が接続される第4プローブと、前記第2プローブに接続され前記第2プローブに流れる電流を検出する電流検出部と、一端が前記第3プローブに接続され、他端が前記第4プローブに接続され、前記第3プローブと前記第4プローブの間の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部が検出して得た電流信号をAD変換してデジタル電流信号を生成し、前記電圧検出部が検出して得た電圧信号をAD変換してデジタル電圧信号を生成するAD変換部と、を備えるインピーダンス測定装置が実行するインピーダンス測定方法であって、
前記制御部が、前記第1プローブ、前記第2プローブ、前記第3プローブ及び前記第4プローブが導通している状態で、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における補正用のインピーダンスを算出するステップと、
前記制御部が、前記第1プローブと前記第3プローブが前記被測定物の一端に電気的に接続され、かつ前記第2プローブと前記第4プローブが前記被測定物の他端に電気的に接続された状態で、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における前記被測定物のインピーダンスを算出し、前記測定用信号の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正するステップと、
を有するインピーダンス測定方法。
A signal generator capable of generating measurement signals at a plurality of frequencies, a control unit for controlling the frequency of the measurement signal generated by the signal generator, and a measurement signal generated by the signal generator are supplied. A first probe and a third probe connected to the first probe when measuring the impedance of the measured object; a third probe; and the third probe measured when measuring the impedance of the measured object. A fourth probe to which the object to be measured is connected between the probe, a current detector connected to the second probe to detect a current flowing through the second probe, and one end connected to the third probe; The other end is connected to the fourth probe, a voltage detection unit that detects a voltage between the third probe and the fourth probe, and a current signal detected by the current detection unit is AD-converted and digitalized Current It generates No., a voltage signal by the voltage detecting section is obtained by detecting a impedance measuring method impedance measuring device performs; and a AD converter for generating a digital voltage signal by AD conversion,
The control unit detects the measurement signal based on the digital current signal and the digital voltage signal in a state where the first probe, the second probe, the third probe, and the fourth probe are conductive. Calculating a correction impedance at a plurality of frequencies;
The control unit is configured such that the first probe and the third probe are electrically connected to one end of the object to be measured, and the second probe and the fourth probe are electrically connected to the other end of the object to be measured. In the connected state, based on the digital current signal and the digital voltage signal, the impedance of the device under test at a plurality of frequencies of the measurement signal is calculated and obtained for each frequency of the measurement signal. Correcting the impedance of the device under test with the correction impedance corresponding to the frequency;
Impedance measuring method.
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