JP2015137989A - 信号切替回路およびインピーダンス測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部装置に接続される有線伝送路に出力する電気信号の組み合わせを変更する制御を行うための専用の配線を不要にする。
【解決手段】有線伝送路２２に重畳された測定部３からの直流電圧Ｖｄｃを入力して出力する一方向性素子３１と、一方向性素子３１からの直流電圧Ｖｄｃで充電される充電素子３２と、充電素子３２の充電電圧（作動用電圧Ｖｃｃ）でそれぞれ動作して、入力する電気信号Ｓａ，Ｓｂを内部の切替状態に応じて切り替えて有線伝送路２２，２３に出力するスイッチ回路３３、直流電圧Ｖｄｃがしきい値電圧Ｖｔｈを下回ったときに検出信号Ｓｄを出力する電圧検出回路３４、および検出信号Ｓｄが出力されてからの経過時間が規定時間に達したときにスイッチ回路３３に対して内部の切替状態を変更する制御を実行することにより電気信号Ｓａ，Ｓｂと有線伝送路２２，２３との組み合わせを変更するスイッチ制御回路３５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力している２以上の電気信号をこの電気信号と同数の有線伝送路を介して並列に出力すると共に、制御信号に基づいて電気信号とこの電気信号を出力する有線伝送路との組み合わせを変更する信号切替回路、この信号切替回路を備えたインピーダンス測定装置に関するものである。

この種の信号切替回路は、例えば、下記特許文献１に開示されているインピーダンス測定装置ではスイッチ（２入力１出力のスイッチ）で構成されて、被測定対象（被測定試料）から得られる複数のアナログ信号（この特許文献１では、被測定対象に流れる電流信号を電圧に変換して得られる電圧信号（以下では、後述の電圧信号と区別するため「電流信号」ともいう）、および被測定対象に発生する電圧信号の２つのアナログ信号）を、互いに同一に構成された複数の処理回路（この例では、第１信号変換回路および第２信号変換回路）に切り替えて出力する。

具体的には、まず、第１ステップとして、信号切替回路を切り替えて、電圧信号を第１信号変換回路に出力し、かつ電流信号を第２信号変換回路に出力して、それぞれの信号変換回路でデジタル信号に変換された電圧信号と電流信号とから１つ目のインピーダンスを算出する。次いで、第２ステップとして、信号切替回路を切り替えて、電圧信号を第２信号変換回路に出力し、かつ電流信号を第１信号変換回路に出力して、それぞれの信号変換回路でデジタル信号に変換された電圧信号と電流信号とから２つ目のインピーダンスを算出する。最後に、１つ目のインピーダンスと２つ目のインピーダンスの積の平方根を演算して、被測定対象についての最終のインピーダンスを算出する。この場合、上記の積の平方根の演算の際に、第１信号変換回路の誤差と第２信号変換回路の誤差とが打ち消される。このため、このインピーダンス測定装置では、誤差の少ない状態で被測定対象のインピーダンスを測定することが可能になっている。

また、下記特許文献２に開示されている電気信号の比率測定装置（インピーダンス測定装置）での信号切替回路も、スイッチ（２入力１出力のスイッチ）で構成されて、被測定対象（被測定回路）についての２種類の電気信号を入力する２つの入力端子のうちの一方の入力端子が２つの測定装置のうちの一方の測定装置に接続され、かつ２つの入力端子のうちの他方の入力端子が２つの測定装置のうちの他方の測定装置に接続される第１の状態と、一方の入力端子が他方の測定装置に接続され、かつ他方の入力端子が一方の測定装置に接続される第２の状態とを切り替える。

この構成により、経時変化や温度などの環境の変化により２つの測定装置の変換係数（入力と測定値の比率）が変化した場合であっても、第１の状態において測定された２つの電気信号と、第２の状態において測定された２つの電気信号とから、被測定対象の２つの電気信号についての正しい比率（２つの電気信号が被測定対象に印加される電圧と被測定対象を流れる電流とに対応するときには、正しいインピーダンス）を求めることが可能になっている。

特開２００８−１５７９１１号公報（第６−８頁、第１図） 特開２００１−２０１５２４号公報（第６頁、第２図）

ところで、上記のような信号切替回路では、各スイッチは、例えば上記特許文献１に記載されているように、ＣＰＵなどで構成された制御手段により、その切り替えが制御されるのが一般的である。このため、各スイッチは、制御手段と専用の信号ラインでそれぞれ接続され、対応する信号ラインを経由して制御手段から出力される制御信号に基づいて切り替えが制御される。

また、測定装置によっては、被測定対象についての２つの電気信号を検出すると共に、内蔵された上記のスイッチでこれらの電気信号を切り替えて外部に出力する第１ユニットと、この第１ユニットから出力される２つの電気信号に基づいて被測定対象のインピーダンス（２つの電気信号の比率）を算出する第２ユニットとが分離されて配置される構成を採用しているものがある。

しかしながら、このような測定装置において上記の信号切替回路を採用した場合には、被測定対象についての電気信号のための配線に加えて、制御手段から各スイッチへの制御信号用の配線を２つのユニット間に配設する必要があることから、信号切替回路が配設されたユニットに接続する配線の本数が多くなるという改善すべき課題が存在している。

本発明は、かかる課題を改善すべくなされたものであり、外部装置に接続される有線伝送路に出力する電気信号の組み合わせを変更する制御を行うための専用の配線を不要にして外部装置との間の配線の本数の増加を回避し得る信号切替回路、およびこの信号切替回路を備えたインピーダンス測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の信号切替回路は、入力している２以上の電気信号を当該電気信号と同数の有線伝送路を介して外部装置に並列に出力すると共に、当該外部装置から出力される制御信号に基づいて当該電気信号と当該電気信号を出力する前記有線伝送路との組み合わせを変更する信号切替回路であって、前記有線伝送路のうちの１つの有線伝送路に重畳された前記外部装置からの直流電圧を入力して出力する一方向性素子と、前記一方向性素子から出力される前記直流電圧で充電される充電素子と、前記充電素子の充電電圧で動作して、前記電気信号を入力すると共に内部の切替状態に応じて当該電気信号を切り替えて前記有線伝送路に出力するスイッチ回路と、前記充電素子の充電電圧で動作して、前記直流電圧が予め規定されたしきい値電圧を下回ったことを検出したときに検出信号を出力する電圧検出回路と、前記充電素子の充電電圧で動作して、前記検出信号が出力されてからの経過時間を計測すると共に当該経過時間が予め規定された規定時間に達したときに前記スイッチ回路に対して前記内部の切替状態を変更する制御を実行することにより前記電気信号と当該電気信号を出力する前記有線伝送路との組み合わせを変更するスイッチ制御回路とを備えている。

また、請求項２記載のインピーダンス測定装置は、プローブを介して測定対象に接触させられて、当該測定対象に流れる測定電流の電流値に比例して電圧値が変化する第１電気信号および当該測定対象に当該測定電流が流れることによって当該測定対象の両端間に発生する両端間電圧を示す第２電気信号を検出して２つの有線伝送路に出力するテストヘッド部と、前記テストヘッド部に対して離間して配設されると共に前記２つの有線伝送路を介して接続されて、当該２つの有線伝送路のうちの一方の有線伝送路を介して出力される前記第１電気信号および前記第２電気信号のうちの一方の電気信号を所定の信号形態に変換する第１信号変換回路、当該２つの有線伝送路のうちの他方の有線伝送路を介して出力される前記第１電気信号および前記第２電気信号のうちの他方の電気信号を所定の信号形態に変換する第２信号変換回路、並びに当該第１信号変換回路および当該第２信号変換回路からそれぞれ出力される前記所定の信号形態に変換された２つの前記電気信号に基づいて前記測定対象のインピーダンスを算出する処理部を有する測定部とを備えているインピーダンス測定装置であって、前記テストヘッド部は、請求項１記載の信号切替回路を備えて、前記２つの有線伝送路のうちの１つの有線伝送路に重畳されている前記直流電圧に基づいて、前記第１電気信号および前記第２電気信号と当該各電気信号を出力する前記２つの有線伝送路との組み合わせを変更可能に構成され、前記測定部は、前記１つの有線伝送路に前記直流電圧を重畳する制御電圧生成部を有すると共に、前記処理部が前記制御電圧生成部に対する制御を実行して前記直流電圧を前記しきい値電圧を下回るように変更する処理を実行する。

請求項１記載の信号切替回路および請求項２記載のインピーダンス測定装置では、一方向性素子が、１つの有線伝送路に重畳された外部装置からの直流電圧を入力して出力し、充電素子が、一方向性素子から出力される直流電圧で充電され、スイッチ回路が、電気信号を入力すると共に内部の切替状態に応じてこの電気信号を切り替えて有線伝送路に出力し、電圧検出回路が、直流電圧が予め規定されたしきい値電圧を下回ったことを検出したときに検出信号を出力する。また、スイッチ制御回路は、検出信号が出力されてからの経過時間を計測すると共に経過時間が予め規定された規定時間に達したときにスイッチ回路に対して内部の切替状態を変更する制御を実行することにより電気信号と電気信号を出力する有線伝送路との組み合わせを変更する。

したがって、この信号切替回路およびこのインピーダンス測定装置によれば、信号切替回路の切替状態を変更する制御を行うための専用の有線伝送路を不要にできるため、信号切替回路と外部装置との間の配線の本数の増加を回避することができる。

信号切替回路２０を有するテストヘッド部２、および測定部３を備えたインピーダンス測定装置１の構成図である。 信号切替回路２０およびインピーダンス測定装置１の動作を説明するための説明図である。

以下、添付図面を参照して、信号切替回路およびインピーダンス測定装置の実施の形態について説明する。

最初に、図１を参照して、信号切替回路の一例としての信号切替回路２０を有するインピーダンス測定装置の一例としてのインピーダンス測定装置１の構成について説明する。インピーダンス測定装置１は、テストヘッド部２および測定部３を備え、測定対象１００のインピーダンス（本例では一例として抵抗成分Ｒ）を測定可能に構成されている。

最初に、テストヘッド部２について説明する。テストヘッド部２は、一例として、測定信号入力端子１１、測定信号出力端子１２、一対の検出信号入力端子１３，１４、一対の検出信号出力端子１５，１６、トランスデューサ１７、一対のカップリングコンデンサ１８，１９、および信号切替回路２０を備えている。この場合、測定信号入力端子１１は、有線伝送路２１を介して外部装置である測定部３に接続されて、測定信号入力端子１１には、測定対象１００に供給される測定信号（一例として交流電圧信号）Ｓ１が測定部３から入力される。測定信号出力端子１２は、テストヘッド部２内において例えば電線を介して測定信号入力端子１１に接続されている。また、この測定信号入力端子１１は、プローブＰ１を介して測定対象１００の一方の電極に接触させられる。これにより、測定信号Ｓ１は、測定信号出力端子１２からプローブＰ１を介して測定対象１００の一方の電極に出力される。

検出信号入力端子１３は、プローブＰ３を介して測定対象１００の一方の電極に接触させられる。また、検出信号入力端子１３は、テストヘッド部２内部において、カップリングコンデンサ１８を介してスイッチ回路３３におけるスイッチ３３ａのａ端子に接続されている。

検出信号入力端子１４は、プローブＰ２を介して測定対象１００の他方の電極に接触させられる。また、検出信号入力端子１４は、テストヘッド部２内部において、トランスデューサ１７を介してテストヘッド部２の基準電位（インピーダンス測定装置１の基準電位でもあるグランドＧ。ゼロボルト）に接続されている。この構成により、テストヘッド部２から測定対象１００に測定信号Ｓ１が出力されたときには、測定対象１００には、そのインピーダンスに応じた電流値の電流（測定電流）Ｉが流れる。トランスデューサ１７は、電気信号であるこの電流Ｉを他の形態の電気信号Ｖｉ（電流Ｉの電流値に比例して電圧値が変化する第１電気信号）に変換して出力する。トランスデューサ１７から出力される電気信号Ｖｉは、カップリングコンデンサ１９を介してスイッチ回路３３におけるスイッチ３３ｂのａ端子に出力される。また、トランスデューサ１７は、両端間のインピーダンスが極めて低い構成であり、これにより、電流Ｉを電気信号Ｖｉに変換して出力している状態での両端間電圧がゼロボルトになるように構成されている。このため、検出信号入力端子１３には、測定対象１００に電流Ｉが流れることによって測定対象１００の両端間に発生する電圧（両端間電圧）を示す電気信号Ｖｖ（第２電気信号）が入力される。

また、一対の検出信号出力端子１５，１６は、有線伝送路２２，２３を介して測定部３に接続されて、テストヘッド部２で検出した測定対象１００についての電気信号Ｖｉおよび電気信号Ｖｖ（具体的には、時分割して出力される電気信号Ｖｉおよび電気信号Ｖｖで構成される後述の電気信号Ｓａ，Ｓｂ）を電気信号Ｓ２，Ｓ３として測定部３に出力する。

信号切替回路２０は、一方向性素子３１、充電素子３２、スイッチ回路３３、電圧検出回路３４およびスイッチ制御回路３５を備えている。一方向性素子３１は、本例では一例としてダイオードで構成されて、入力端子（アノード端子）が一対の検出信号出力端子１５，１６のうちの一方（本例では検出信号出力端子１５）に接続されている。また、一方向性素子３１は、測定部３によって有線伝送路２２に重畳された直流電圧Ｖｄｃを入力端子から入力して出力端子から出力する。なお、発明の理解を容易にするため、一方向性素子３１は、素子での電圧降下はゼロボルトであるものとする。また、一方向性素子３１としては、ダイオードを単体で使用する構成に代えて、バイポーラ型トランジスタや電界効果型トランジスタを用いて構成されたダイオードと等価な整流機能を有する回路を使用することもできる。

充電素子３２は、本例では一例として電気二重層キャパシタで構成されて、一端がテストヘッド部２の基準電位（グランドＧ）に接続されると共に、他端が一方向性素子３１の出力端子（本例ではダイオードのカソード端子）に接続されている。この構成により、充電素子３２は、一方向性素子３１から直流電圧Ｖｄｃが出力されているときには、この直流電圧Ｖｄｃの電圧値に充電される。また、充電素子３２は、充電されている電圧（充電電圧）をテストヘッド部２内の構成要素のための作動用電圧Ｖｃｃとして出力する。

スイッチ回路３３は、例えばアナログスイッチを用いて図１に示すように単極双投型に構成された２つのスイッチ３３ａ，３３ｂを有して、充電素子３２から出力される作動用電圧Ｖｃｃで動作する。また、スイッチ回路３３は、スイッチ制御回路３５から出力される制御信号Ｓｃによって内部の切替状態（つまり、各スイッチ３３ａ，３３ｂの切替状態）が制御される。具体的には、各スイッチ３３ａ，３３ｂは、互いに連動して、実線で示される切替状態（第１切替状態）および破線で示す切替状態（第２切替状態）のうちの制御信号Ｓｃによって指定された任意の一方の切替状態に切り替えられる。

これにより、スイッチ回路３３では、スイッチ３３ａが、ａ端子とｂ端子とが接続される第１切替状態に制御されて、ａ端子に入力されている電気信号Ｓａをｂ端子から出力するときには、スイッチ３３ｂもａ端子とｂ端子とが接続される第１切替状態に制御されて、ａ端子に入力されている電気信号Ｓｂをｂ端子から出力する。また、スイッチ３３ａが、ａ端子とｃ端子とが接続される第２切替状態に制御されて、ａ端子に入力されている電気信号Ｓａをｃ端子から出力するときには、スイッチ３３ｂもａ端子とｃ端子とが接続される第２切替状態に制御されて、ａ端子に入力されている電気信号Ｓｂをｃ端子から出力する。

また、信号切替回路２０では、スイッチ回路３３におけるスイッチ３３ａのｂ端子とスイッチ３３ｂのｃ端子とが接続されると共に、これらのｂ端子およびｃ端子がコンデンサ３６を介して検出信号出力端子１５に接続されている。また、スイッチ回路３３におけるスイッチ３３ａのｃ端子とスイッチ３３ｂのｂ端子とが接続されると共に、これらのｃ端子およびｂ端子がコンデンサ３７を介して検出信号出力端子１６に接続されている。このカップリングコンデンサ３６は、有線伝送路２２から検出信号出力端子１５を介してテストヘッド部２に入力される直流電圧Ｖｄｃのスイッチ回路３３への印加を回避するためのものである。また、カップリングコンデンサ３７は、スイッチ回路３３と検出信号出力端子１５とを接続するラインへのカップリングコンデンサ３６の実装に対応させて、スイッチ回路３３と検出信号出力端子１６とを接続するラインに実装したものであり、スイッチ回路３３と検出信号出力端子１６とを直接接続することで、省略することもできる。

この構成により、スイッチ回路３３は、制御信号Ｓｃによって各スイッチ３３ａ，３３ｂが実線で示す第１切替状態に制御されたときには、入力している電気信号Ｓａ，Ｓｂのうちの一方の電気信号Ｓａを、検出信号出力端子１５および有線伝送路２２を介して測定部３に電気信号Ｓ２として出力すると共に、他方の電気信号Ｓｂを、検出信号出力端子１６および有線伝送路２３を介して測定部３に電気信号Ｓ３として電気信号Ｓ２と並列に出力する。また、スイッチ回路３３は、制御信号Ｓｃによって各スイッチ３３ａ，３３ｂが破線で示す第２切替状態に制御されたときには、一方の電気信号Ｓａを、検出信号出力端子１６および有線伝送路２３を介して測定部３に電気信号Ｓ３として出力すると共に、他方の電気信号Ｓｂを、検出信号出力端子１５および有線伝送路２２を介して測定部３に電気信号Ｓ２として電気信号Ｓ３と並列に出力する。すなわち、スイッチ回路３３は、内部の切替状態に応じて、電気信号Ｓ２，Ｓ３と、この電気信号Ｓ２，Ｓ３を出力する有線伝送路２２，２３との組み合わせを変更する。

電圧検出回路３４は、本例では一例として、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦともいう）３４ａ、基準電圧生成回路３４ｂおよびコンパレータ３４ｃを備え、これらの構成要素が作動用電圧Ｖｃｃの供給を受けて動作する。ＬＰＦ３４ａは、入力端子が検出信号出力端子１５に接続されて、検出信号出力端子１５に生じている電圧信号のうちの交流成分を除去して直流成分を出力する。上記したように、検出信号出力端子１５には、測定部３から直流電圧Ｖｄｃが重畳されると共に、スイッチ回路３３から交流信号である電気信号Ｓａ，Ｓｂが後述するようにして時分割で出力される。このため、ＬＰＦ３４ａは、電気信号Ｓａ，Ｓｂを除去して、直流電圧Ｖｄｃを出力する。

基準電圧生成回路３４ｂは、作動用電圧Ｖｃｃに基づいて、グランドＧの電位よりも高く、かつ直流電圧Ｖｄｃの最大電圧値Ｖｍａｘよりも低い電圧値（例えば、最大電圧値Ｖｍａｘの３／４程度の予め規定された電圧値）のしきい値電圧Ｖｔｈを生成する。基準電圧生成回路３４ｂは、例えばツェナーダイオードで構成することができる。コンパレータ３４ｃは、ＬＰＦ３４ａから出力される直流電圧Ｖｄｃと基準電圧生成回路３４ｂで生成されるしきい値電圧Ｖｔｈとを比較して、図２に示すように、直流電圧Ｖｄｃが、しきい値電圧Ｖｔｈよりも高い状態からしきい値電圧Ｖｔｈを下回ったことを検出したときには、検出信号Ｓｄを出力する。この構成により、電圧検出回路３４は、直流電圧Ｖｄｃがしきい値電圧Ｖｔｈよりも高い電圧値から低い電圧値になったことを検出したときに検出信号Ｓｄを出力する。

スイッチ制御回路３５は、例えばＰＬＤ（Programmable Logic Device ）で構成されると共に、作動用電圧Ｖｃｃの供給を受けて動作して、動作中において電圧検出回路３４から出力される検出信号Ｓｄを入力したときには、図２に示すように、スイッチ回路３３に対して予め規定された初期の切替状態（例えば第１切替状態）に移行させる制御信号Ｓｃを出力する。また、スイッチ制御回路３５は、電圧検出回路３４から検出信号Ｓｄを入力する都度、この検出信号Ｓｄの入力からの経過時間を計測しつつ、この経過時間が予め規定された規定時間Ｔ１に達したときに、スイッチ回路３３の現在の切替状態を変更する（本例では、第１切替状態から第２切替状態に変更する）制御信号Ｓｃを出力する。

また、直流電圧Ｖｄｃは、測定部３の制御に従い、グランドＧの電位から上記の最大電圧値Ｖｍａｘにステップ的にその電圧値が変更されたり、また最大電圧値ＶｍａｘからグランドＧの電位にステップ的にその電圧値が変更されたりする。また、直流電圧Ｖｄｃが重畳される有線伝送路２２には、図１に示すように、カップリングコンデンサ３６が接続されると共に、後述するカップリングコンデンサ４７が接続されている。したがって、直流電圧Ｖｄｃの電圧値が上記したように変更されたときには、有線伝送路２２の電圧も、この直流電圧Ｖｄｃの変更に同期して大きく変化し、その後、振動しつつ直流電圧Ｖｄｃの電圧値（変更後の電圧値（グランドＧの電位または最大電圧値Ｖｍａｘ））に収束する。また、直流電圧Ｖｄｃは、最大電圧値Ｖｍａｘの期間がグランドＧの電位の期間よりも十分に長くなるようにデューティ比が規定されている。これにより、図２に示すように、作動用電圧Ｖｃｃは、直流電圧ＶｄｃがグランドＧの電位の期間のときに徐々に低下するものの、テストヘッド部２内の各構成要素についての最低動作電圧を下回らない電圧に常に維持される。

測定部３では、図２に示すように、時点Ａ（検出信号Ｓｄの出力からの経過時間が規定時間Ｔ１に達した時点）を基準として、この時点Ａを終期とする所定時間Ｔ２の期間内および時点Ａを始期とする所定時間Ｔ３の期間内において、有線伝送路２２を介して電気信号Ｓ２としてテストヘッド部２から時分割で出力される電気信号Ｓａ，Ｓｂを測定すると共に、この所定時間Ｔ２の期間内およびこの所定時間Ｔ３の期間内において、有線伝送路２３を介して電気信号Ｓ３としてテストヘッド部２から時分割で出力される電気信号Ｓａ，Ｓｂを測定する。このため、直流電圧Ｖｄｃが重畳される有線伝送路２２の電圧が、時点Ａを終期とする所定時間Ｔ２の期間が開始する前には、一定の電圧値（最大電圧値Ｖｍａｘ）に安定し得るように、実験やシミュレーションなどによって規定時間Ｔ１が予め求められて規定されている。

次いで、測定部３について説明する。測定部３は、図１に示すように、一例として、測定信号出力端子４１、一対の検出信号入力端子４２，４３、測定信号生成部４４、制御電圧生成部４５、インダクタ４６、一対のカップリングコンデンサ４７，４８、第１信号変換回路４９、第２信号変換回路５０、処理部５１および出力部５２を備えている。この場合、測定信号出力端子４１は、有線伝送路２１を介してテストヘッド部２の測定信号入力端子１１に接続されている。また、検出信号入力端子４２は、有線伝送路２２を介してテストヘッド部２の検出信号出力端子１５に接続され、検出信号入力端子４３は、有線伝送路２３を介してテストヘッド部２の検出信号出力端子１６に接続されている。

測定信号生成部４４は、処理部５１によって制御されて、測定信号Ｓ１を生成すると共に、測定信号出力端子４１を介して有線伝送路２１に出力する。制御電圧生成部４５は、処理部５１によって制御されて、直流電圧Ｖｄｃを生成すると共にインダクタ４６を介して検出信号入力端子４２、さらには検出信号入力端子４２に接続されている有線伝送路２２に直流電圧Ｖｄｃを出力する（直流電圧Ｖｄｃを重畳させる）。

第１信号変換回路４９は、一例として、アンプ部４９ａ、同期検波部４９ｂ、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦともいう）４９ｃおよびＡ／Ｄ変換部４９ｄを備えている。第１信号変換回路４９では、アンプ部４９ａは、入力端子がカップリングコンデンサ４７を介して検出信号入力端子４２に接続されている。これにより、アンプ部４９ａは、テストヘッド部２から有線伝送路２２に出力される電気信号Ｓ２および制御電圧生成部４５から有線伝送路２２に重畳されている直流電圧Ｖｄｃのうちのカップリングコンデンサ４７によって抽出された電気信号Ｓ２を入力すると共に、後段の同期検波部４９ｂで必要なレベルまで増幅して出力する。

同期検波部４９ｂは、アンプ部４９ａから出力される電気信号Ｓ２を、測定信号生成部４４で生成される測定信号Ｓ１に同期した同期信号（電気信号Ｓ２と同一周期の信号）で同期検波することにより、電気信号Ｓ２の基本波成分の振幅を示す直流電圧を出力する。ＬＰＦ４９ｃは、同期検波部４９ｂから出力される直流電圧に含まれている不要な交流成分を除去する。Ａ／Ｄ変換部４９ｄは、ＬＰＦ４９ｃから出力される直流電圧をサンプリングすることにより、この直流電圧の電圧値を表す電圧データＤ１を出力する。すなわち、第１信号変換回路４９は、アナログ信号である電気信号Ｓ２を、その基本波成分の振幅を示すデジタル信号である電圧データＤ１に変換（つまり、所定の信号形態に変換）して出力する。

第２信号変換回路５０は、第１信号変換回路４９と同一に構成されている。具体的には、第２信号変換回路５０は、アンプ部４９ａと同一構成のアンプ部５０ａ、同期検波部４９ｂと同一構成の同期検波部５０ｂ、ＬＰＦ４９ｃと同一構成のローパスフィルタ（以下、ＬＰＦともいう）５０ｃ、およびＡ／Ｄ変換部４９ｄと同一構成のＡ／Ｄ変換部５０ｄを備えている。

この第２信号変換回路５０では、上記した各構成要素が第１信号変換回路４９の対応する各構成要素と同様に動作して、テストヘッド部２から有線伝送路２３に出力される電気信号Ｓ３の基本波成分を示す直流電圧の電圧値を表す電圧データＤ２を出力する。すなわち、第２信号変換回路５０は、アナログ信号である電気信号Ｓ３を、その基本波成分の振幅を示すデジタル信号である電圧データＤ２に変換（つまり、所定の信号形態に変換）して出力する。

なお、本例では、測定対象１００の抵抗成分Ｒを測定する構成のため、各信号変換回路４９，５０は、同期検波部４９ｂ，５０ｂおよびＬＰＦ４９ｃ，５０ｃを備えて構成されているが、測定対象１００のインピーダンスＺを測定する構成のときには、信号変換回路４９，５０をＡ／Ｄ変換部４９ｄ，５０ｄのみで構成して、各電気信号Ｓ２，Ｓ３の波形データ（交流信号である電気信号Ｓ２，Ｓ３の数周期分の波形データ）を電圧データＤ１，Ｄ２として処理部５１に出力させる構成を採用することもできる。この構成によれば、処理部５１が、これらの電圧データＤ１，Ｄ２に基づいて、測定対象１００のインピーダンスＺを算出することが可能になる。

処理部５１は、例えばコンピュータで構成されて、測定信号生成部４４および制御電圧生成部４５に対する制御処理を実行する。また、処理部５１は、上記した時点Ａの前の所定時間Ｔ２内において第１信号変換回路４９から出力される電圧データＤ１および第２信号変換回路５０から出力される電圧データＤ２、並びに時点Ａの後の所定時間Ｔ３内において第１信号変換回路４９から出力される電圧データＤ１および第２信号変換回路５０から出力される電圧データＤ２に基づいて測定対象１００のインピーダンス（本例では抵抗成分Ｒ）を測定する測定処理を実行する。また、処理部５１は、測定したインピーダンスを出力部５２に出力する出力処理を実行する。

出力部５２は、例えばディスプレイ装置などの表示装置で構成されて、出力処理において処理部５１から出力されたインピーダンス（本例では抵抗成分Ｒ）を示す数値を画面上に表示する。なお、出力部５２については、表示装置に限定されるものではなく、例えば、外部機器と通信を行うインターフェース装置で構成して、測定されたインピーダンスを外部機器に送信するなど、種々の構成を採用することができる。

続いて、信号切替回路２０の動作と併せてインピーダンス測定装置１の動作について図面を参照して説明する。

まず、図２に示すように、テストヘッド部２が不図示の移動機構によって１番目の測定対象１００に向けて移動させられているとき（または、移動の開始前）に、測定部３では、処理部５１は、測定信号生成部４４に対して測定信号Ｓ１の出力を停止させる制御を実行すると共に、制御電圧生成部４５に対して直流電圧Ｖｄｃの出力を開始させる制御を実行する。この場合、この直流電圧Ｖｄｃは、インダクタ４６を介して検出信号入力端子４２に出力されて有線伝送路２２に重畳され、さらに、有線伝送路２２を介してテストヘッド部２の検出信号出力端子１５に入力される。

テストヘッド部２では、一方向性素子３１が、検出信号出力端子１５から出力される直流電圧Ｖｄｃを入力して充電素子３２に出力することにより、充電素子３２の充電を開始する。これにより、充電素子３２からテストヘッド部２内の各構成要素に供給される作動用電圧Ｖｃｃは、上昇を開始し、短時間でその電圧値が最大電圧値Ｖｍａｘに達する。テストヘッド部２内の各構成要素は、この作動用電圧Ｖｃｃが最低動作電圧を上回った時点で動作を開始する。

また、測定部３では、第１信号変換回路４９が、テストヘッド部２から有線伝送路２２に出力されている電気信号Ｓ２を検出信号入力端子４２およびカップリングコンデンサ４７を介して入力すると共に、電圧データＤ１に変換して出力する動作を実行する。また、第２信号変換回路５０が、テストヘッド部２から有線伝送路２３に出力されている電気信号Ｓ３を検出信号入力端子４３およびカップリングコンデンサ４８を介して入力すると共に、電圧データＤ２に変換して出力する動作を実行する。

次いで、テストヘッド部２が不図示の移動機構によって１番目の測定対象１００に接触させられたときには、処理部５１は、まず、測定信号生成部４４に対して測定信号Ｓ１の出力を開始させる制御を実行する。これにより、測定信号Ｓ１は、測定部３の測定信号出力端子４１から、有線伝送路２１を介してテストヘッド部２の測定信号入力端子１１に入力され、さらにテストヘッド部２の内部を経由してテストヘッド部２の測定信号出力端子１２からプローブＰ１を介して測定対象１００の一方の電極に供給される。

このため、測定対象１００には電流Ｉが流れ、テストヘッド部２では、トランスデューサ１７がこの電流Ｉを電気信号Ｖｉに変換して出力する。この電気信号Ｖｉは、カップリングコンデンサ１９を介して信号切替回路２０のスイッチ回路３３（スイッチ３３ｂ）に電気信号Ｓｂとして入力される。また、電流Ｉが流れることによって測定対象１００の両端間に発生する電気信号Ｖｖは、カップリングコンデンサ１８を介して信号切替回路２０のスイッチ回路３３（スイッチ３３ａ）に電気信号Ｓａとして入力される。

続いて、測定部３では、処理部５１が、制御電圧生成部４５に対して直流電圧Ｖｄｃの出力を一時的に停止させる制御を実行する。これにより、制御電圧生成部４５は直流電圧Ｖｄｃの出力を一時的に停止する（直流電圧Ｖｄｃの電圧値を最大電圧値Ｖｍａｘからゼロボルトに一時的に低下させる）。この直流電圧Ｖｄｃは、インダクタ４６を介して検出信号入力端子４２に出力されて有線伝送路２２に重畳され、さらに、有線伝送路２２を介してテストヘッド部２の検出信号出力端子１５に入力される。また、処理部５１は、制御電圧生成部４５に対して直流電圧Ｖｄｃの出力を一時的に停止させる制御を実行した時点からの経過時間の計測を開始する。

テストヘッド部２では、検出信号出力端子１５から出力される直流電圧Ｖｄｃが一時的にゼロボルトに低下するが、直流電圧Ｖｄｃのデューティ比が上記したように最大電圧値Ｖｍａｘの期間がグランドＧの電位の期間よりも十分に長くなるように規定されているため、図２に示すように、直流電圧Ｖｄｃの停止期間中において充電素子３２から出力される直流電圧Ｖｄｃは徐々に低下するものの、テストヘッド部２内の各構成要素についての最低動作電圧を下回らない電圧に常に維持される。これにより、測定部３によるテストヘッド部２への直流電圧Ｖｄｃの出力の開始後においては、テストヘッド部２内の各構成要素は、常に動作状態に維持されている。

また、テストヘッド部２では、測定部３からの直流電圧Ｖｄｃの出力が一時的に停止したときには、ＬＰＦ３４ａから出力される直流電圧Ｖｄｃの電圧値も最大電圧値Ｖｍａｘからゼロボルトに一時的に低下する（つまり、直流電圧Ｖｄｃの電圧値が基準電圧生成回路３４ｂから出力されているしきい値電圧Ｖｔｈを一時的に下回る）ことから、図２に示すように、直流電圧Ｖｄｃの電圧値がしきい値電圧Ｖｔｈを下回っている期間中、コンパレータ３４ｃが検出信号Ｓｄをスイッチ制御回路３５に出力する。これにより、スイッチ制御回路３５は、この検出信号Ｓｄの入力からの経過時間の計測を開始すると共に、スイッチ回路３３に対して初期の切替状態（本例では第１切替状態）に移行させる制御信号Ｓｃの出力を開始する。

このため、スイッチ回路３３では、各スイッチ３３ａ，３３ｂが実線で示される第１切替状態に同時に移行する。これにより、スイッチ回路３３（スイッチ３３ａ）に入力されている電気信号Ｓａ（つまり、電気信号Ｖｖ）が、検出信号出力端子１５、さらにはこの検出信号出力端子１５を介して有線伝送路２２に電気信号Ｓ２として出力される。また、スイッチ回路３３（スイッチ３３ｂ）に入力されている電気信号Ｓｂ（つまり、電気信号Ｖｉ）が、検出信号出力端子１６、さらにはこの検出信号出力端子１６を介して有線伝送路２３に電気信号Ｓ３として出力される。

次いで、処理部５１は、計測している経過時間が規定時間Ｔ１（テストヘッド部２のスイッチ制御回路３５が計測している規定時間Ｔ１と同じ長さの時間）に達する時点Ａを終期とする所定時間Ｔ２の期間内に入ったときには、第１信号変換回路４９から出力されている電圧データＤ１（この期間内では、テストヘッド部２は電気信号Ｓａ（つまり、電気信号Ｖｖ）を電気信号Ｓ２として有線伝送路２２に出力しているため、電気信号Ｖｖについての基本波成分の振幅を示す直流電圧の電圧値を表すデータ）を取得して、電気信号Ｖｖについての１つ目のデータとして記憶する。また、処理部５１は、第２信号変換回路５０から出力されている電圧データＤ２（この期間内では、テストヘッド部２は電気信号Ｓｂ（つまり、電気信号Ｖｉ）を電気信号Ｓ３として有線伝送路２３に出力しているため、電気信号Ｖｉについての基本波成分の振幅を示す直流電圧の電圧値を表すデータ）を取得して、電気信号Ｖｉについての１つ目のデータとして記憶する。

続いて、テストヘッド部２では、スイッチ制御回路３５が、計測している経過時間が規定時間Ｔ１に達した時点Ａにおいて、出力していた制御信号Ｓｃを停止することにより、スイッチ回路３３に対して現在の切替状態を変更させる（本例では、第１切替状態から第２切替状態に移行させる）。このため、スイッチ回路３３では、各スイッチ３３ａ，３３ｂが破線で示される第２切替状態に同時に移行する。これにより、スイッチ回路３３（スイッチ３３ａ）に入力されている電気信号Ｓａ（つまり、電気信号Ｖｖ）が、検出信号出力端子１６、さらにはこの検出信号出力端子１６を介して有線伝送路２３に電気信号Ｓ３として出力される。また、スイッチ回路３３（スイッチ３３ｂ）に入力されている電気信号Ｓｂ（つまり、電気信号Ｖｉ）が、検出信号出力端子１５、さらにはこの検出信号出力端子１５を介して有線伝送路２２に電気信号Ｓ２として出力される。つまり、図２に示すように、テストヘッド部２から有線伝送路２２、ひいては測定部３の信号変換回路４９には、電気信号Ｖｖに続いて電気信号Ｖｉが時点Ａを挟んで時分割で出力され、有線伝送路２３、ひいては測定部３の信号変換回路５０には、電気信号Ｖｉに続いて電気信号Ｖｖが時点Ａを挟んで時分割で出力される。

一方、測定部３では、処理部５１が、計測している経過時間が規定時間Ｔ１に達する時点Ａを始期とする所定時間Ｔ３の期間内に入ったときには、第１信号変換回路４９から出力されている電圧データＤ１（この期間内では、テストヘッド部２は上記のように電気信号Ｓｂ（つまり、電気信号Ｖｉ）を電気信号Ｓ２として有線伝送路２２に出力しているため、電気信号Ｖｉについての基本波成分の振幅を示す直流電圧の電圧値を表すデータ）を取得して、電気信号Ｖｉについての２つ目のデータとして記憶する。また、処理部５１は、第２信号変換回路５０から出力されている電圧データＤ２（この期間内では、テストヘッド部２は電気信号Ｓａ（つまり、電気信号Ｖｖ）を電気信号Ｓ３として有線伝送路２３に出力しているため、電気信号Ｖｖについての基本波成分の振幅を示す直流電圧の電圧値を表すデータ）を取得して、電気信号Ｖｖについての２つ目のデータとして記憶する。

また、処理部５１は、電気信号Ｖｖについての２つのデータと、電気信号Ｖｉについての２つのデータとを記憶したときには、測定処理を実行して、１つ目の電気信号Ｖｖについてのデータと１つ目の電気信号Ｖｉについてのデータとから１つ目のインピーダンス（本例では抵抗成分Ｒ）を算出し、かつ２つ目の電気信号Ｖｖについてのデータと２つ目の電気信号Ｖｉについてのデータとから２つ目のインピーダンス（本例では抵抗成分Ｒ）を算出し、さらに、算出した２つのインピーダンスの積の平方根を算出することにより、測定対象１００の最終的なインピーダンス（本例では抵抗成分Ｒ）を算出（測定）する。これにより、各信号変換回路４９，５０での誤差が打ち消されて、安定性の高いインピーダンス（本例では抵抗成分Ｒ）が算出される。

また、処理部５１は、測定対象１００の最終的なインピーダンス（本例では抵抗成分Ｒ）を算出（測定）したときには、出力処理を実行して、このインピーダンス（本例では抵抗成分Ｒ）を出力部５２に表示させる。最後に、処理部５１は、測定信号生成部４４に対する制御を実行して、測定信号Ｓ１の出力を停止させる。これにより、１番目の測定対象１００についてのインピーダンス測定が完了する。

その後、インピーダンス測定装置１は、図２に示すように、テストヘッド部２が移動機構によって２番目の測定対象１００に向けて移動させられて接触させられたときにも、上記した１番目の測定対象１００に対する測定と同様にして、２番目の測定対象１００についてのインピーダンス（本例では抵抗成分Ｒ）を測定する。また、図示はしないが、インピーダンス測定装置１は、テストヘッド部２が３番目、４番目、・・・というように次の測定対象１００に向けて移動させられて接触させられたときにも、同様にして各測定対象１００についてのインピーダンス（本例では抵抗成分Ｒ）を測定する。

このように、この信号切替回路２０、およびこの信号切替回路２０を備えたインピーダンス測定装置１では、電気信号Ｓ２を出力するための有線伝送路２２に重畳された外部装置としての測定部３からの直流電圧Ｖｄｃで充電素子３２が充電され、充電された充電素子３２から供給される作動用電圧Ｖｃｃに基づいて、直流電圧Ｖｄｃがゼロボルトのときにも信号切替回路２０の各構成要素が動作して、直流電圧Ｖｄｃがゼロボルトになったときからの経過時間が規定時間Ｔ１に達したときに、スイッチ制御回路３５がスイッチ回路３３に対して切替状態を変更する制御を実行することにより、電気信号Ｓ２，Ｓ３と、電気信号Ｓ２，Ｓ３を出力する有線伝送路２２，２３との組み合わせを変更する。

したがって、この信号切替回路２０およびこのインピーダンス測定装置１によれば、信号切替回路２０の切替状態を変更する制御（電気信号Ｓ２，Ｓ３と、電気信号Ｓ２，Ｓ３を出力する有線伝送路２２，２３との組み合わせを変更する制御）を行うための専用の有線伝送路を不要にできるため、信号切替回路２０が配設されたテストヘッド部２と、測定部３との間の配線の本数の増加を回避することができる。

なお、上記の信号切替回路２０では、２つのスイッチ３３ａ，３３ｂを有するスイッチ回路３３を備えることで、外部から入力している２つの電気信号Ｖｖおよび電気信号Ｖｉを切り替えて２つの有線伝送路２２，２３に出力する構成を採用しているが、図示はしないが、３以上のスイッチを内蔵するスイッチ回路を備えて、外部から入力している３以上の電気信号を切り替えて３以上の有線伝送路に出力する構成を採用してもよいのは勿論である。

１ インピーダンス測定装置
２ テストヘッド部
３ 測定部
２０ 信号切替回路
２２，２３ 有線伝送路
３１ 一方向性素子
３２ 充電素子
３３ スイッチ回路
３４ 電圧検出回路
３５ スイッチ制御回路
４９ 第１信号変換回路
５０ 第２信号変換回路
５１ 処理部
１００ 測定対象
Ｉ 電流
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ プローブ
Ｓａ，Ｓｂ 電気信号
Ｓｃ 制御信号
Ｓｄ 検出信号
Ｖｃｃ 作動用電圧
Ｖｄｃ 直流電圧
Ｖｉ，Ｖｖ 電気信号
Ｔ１ 規定時間

Claims (2)

1. 入力している２以上の電気信号を当該電気信号と同数の有線伝送路を介して外部装置に並列に出力すると共に、当該外部装置から出力される制御信号に基づいて当該電気信号と当該電気信号を出力する前記有線伝送路との組み合わせを変更する信号切替回路であって、
   前記有線伝送路のうちの１つの有線伝送路に重畳された前記外部装置からの直流電圧を入力して出力する一方向性素子と、
   前記一方向性素子から出力される前記直流電圧で充電される充電素子と、
   前記充電素子の充電電圧で動作して、前記電気信号を入力すると共に内部の切替状態に応じて当該電気信号を切り替えて前記有線伝送路に出力するスイッチ回路と、
   前記充電素子の充電電圧で動作して、前記直流電圧が予め規定されたしきい値電圧を下回ったことを検出したときに検出信号を出力する電圧検出回路と、
   前記充電素子の充電電圧で動作して、前記検出信号が出力されてからの経過時間を計測すると共に当該経過時間が予め規定された規定時間に達したときに前記スイッチ回路に対して前記内部の切替状態を変更する制御を実行することにより前記電気信号と当該電気信号を出力する前記有線伝送路との組み合わせを変更するスイッチ制御回路とを備えている信号切替回路。
2. プローブを介して測定対象に接触させられて、当該測定対象に流れる測定電流の電流値に比例して電圧値が変化する第１電気信号および当該測定対象に当該測定電流が流れることによって当該測定対象の両端間に発生する両端間電圧を示す第２電気信号を検出して２つの有線伝送路に出力するテストヘッド部と、
   前記テストヘッド部に対して離間して配設されると共に前記２つの有線伝送路を介して接続されて、当該２つの有線伝送路のうちの一方の有線伝送路を介して出力される前記第１電気信号および前記第２電気信号のうちの一方の電気信号を所定の信号形態に変換する第１信号変換回路、当該２つの有線伝送路のうちの他方の有線伝送路を介して出力される前記第１電気信号および前記第２電気信号のうちの他方の電気信号を所定の信号形態に変換する第２信号変換回路、並びに当該第１信号変換回路および当該第２信号変換回路からそれぞれ出力される前記所定の信号形態に変換された２つの前記電気信号に基づいて前記測定対象のインピーダンスを算出する処理部を有する測定部とを備えているインピーダンス測定装置であって、
   前記テストヘッド部は、請求項１記載の信号切替回路を備えて、前記２つの有線伝送路のうちの１つの有線伝送路に重畳されている前記直流電圧に基づいて、前記第１電気信号および前記第２電気信号と当該各電気信号を出力する前記２つの有線伝送路との組み合わせを変更可能に構成され、
   前記測定部は、前記１つの有線伝送路に前記直流電圧を重畳する制御電圧生成部を有すると共に、前記処理部が前記制御電圧生成部に対する制御を実行して前記直流電圧を前記しきい値電圧を下回るように変更する処理を実行するインピーダンス測定装置。

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