JP2015138032A - 試験測定システム及び等化フィルタ計算方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＵＴの実際の信号源インピーダンスが仕様の公称値と異なっても、より適切な測定を行えるようにする。【解決手段】プローブ３０２は、ＤＵＴ（被試験デバイス）３０４に接続されたると共に、試験測定装置３００に接続される。メモリ３０６は、プローブのＳパラメータを記憶する。試験測定装置３００内には、試験測定装置３００のＳパラメータを記憶したメモリ３０８と、プロセッサ３１０と、表示装置３１２とがある。ユーザは、表示装置３１２を介して、等化フィルタ計算用のＤＵＴ３０４の公称信号源インピーダンスを指定できる。プロセッサ３１０は、プローブのＳパラメータと、ＤＵＴ公称信号源インピーダンスとを受けて、等化フィルタを計算する。【選択図】図３

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、被測定デバイスにプローブ・チップを被試験デバイスにロードすることが原因の測定エラーを低減するシステム及び方法に関する。

オシロスコープなどのような試験測定装置と共に、信号取込みに利用される典型的なプローブには、周波数で変化するインピーダンスがある。試験測定装置及びプローブ・システムの帯域幅が従来よりも広くなるにつれて、被試験デバイス（ＤＵＴ）にプローブ・チップをロードすることによって、応答がフラットでなくなる影響が従来のシステムよりも重大な問題となっている。

本願出願人による米国特許第６,７２５,１７０号（日本特許第４１５６８２６号に対応）には、プローブの周波数応答特性データ（例えば、Ｓパラメータ）を記憶し、異なる形式の試験測定装置の異なる入力チャンネルにプローブが接続されたときに、等化フィルタを演算できるようにする発明が開示されている。

米国特許第６７２５１７０号明細書 日本特許第４１５６８２６号公報 日本特許第４９４２９４０号公報

こうした従来の等化フィルタは、被試験デバイス（ＤＵＴ）の信号源インピーダンス（出力インピーダンス）が５０オームであるとして生成される。これは、ＤＵＴの信号源インピーダンスの公称値を５０オームとすることが、一般的に多いからである。しかし、ＤＵＴの信号源インピーダンスが、仕様では公称値５０オームとされていても、ＤＵＴの実際の信号源インピーダンスは、２５オームから１００オームの範囲に入ることが多い。これは、公称値の５０オームというのは、典型的な条件において得られる目安となる値に過ぎないからである。よって、従来の方法を用いた場合、もしＤＵＴの信号源インピーダンスが実際には５０オームでないと、プローブをこうした回路にロードして受けた信号の取込み波形は、プローブを導入する前の回路の電圧を正確に表したものではない可能性がある。

そこで、ＤＵＴの信号源インピーダンスが変化した場合にも、より適切な等化フィルタを計算できることが必要である。

本発明の実施形態としては、試験測定システムがあり、これには、試験測定装置と、この試験測定装置に接続されるプローブと、このプローブに接続される被試験デバイスと、上記プローブの特性を表すパラメータを記憶するよう構成される少なくとも１つのメモリと、ユーザ・インタフェースと、プロセッサとが含まれる。ユーザ・インタフェースは、被試験デバイスの公称（nominal）の信号源インピーダンスを受けるように構成される。プロセッサは、メモリからプローブの特性を表すパラメータと、ユーザ・インタフェースからの被試験デバイスの公称信号源インピーダンスとを受け、これらプローブ特性を表すパラメータと公称信号源インピーダンスとを用いて等化フィルタを計算する。等化フィルタは、被試験デバイスの測定が原因で生じる被試験デバイスの負荷を補償（相殺：compensate）するのに適したものである。言い換えると、被試験デバイスの測定のためにプローブを被試験デバイスにロードする（このため、プローブによる負荷が試験デバイスに与えられる）影響を補償（相殺：compensate）するのに適している。

本発明の別の実施形態としては、試験測定システムで使用する等化フィルタを計算する方法がある。この方法は、
試験測定装置のプローブの特性を表すパラメータをプロセッサが受ける処理と、
被試験デバイスの公称信号源インピーダンスをユーザ・インタフェースを介してプロセッサが受ける処理と、
プローブの特性を表すパラメータと、被試験デバイスの公称信号源インピーダンスとに基いて、被試験デバイスの測定が原因で生じる被試験デバイスの負荷を補償（相殺：compensate）するのに適した等化フィルタを算出する処理と
を含んでいる。

本発明を別の観点から見ると、本発明の概念1は、試験測定システムであって、
試験測定装置と、
該試験測定装置に接続されたプローブと、
該プローブと接続された被試験デバイスと、
上記プローブの特性を表すパラメータを記憶するよう構成された少なくとも１つのメモリと、
上記被試験デバイスの公称信号源インピーダンスを受けるよう構成されたユーザ・インタフェースと、
上記メモリからの上記プローブの特性を表すパラメータと、上記ユーザ・インタフェースからの上記被試験デバイスの上記公称信号源インピーダンスとを受けると共に、上記メモリからの上記プローブの特性を表すパラメータと、上記ユーザ・インタフェースからの上記被試験デバイスの上記公称信号源インピーダンスとを用いて等化フィルタを計算するよう構成されるプロセッサと
を具えている。

本発明の概念２は、上記概念１の試験測定システムであって、上記メモリが、更に上記試験測定装置の特性を表すパラメータを記憶するよう構成され、
上記プロセッサが、上記試験測定装置の特性を表す上記パラメータを受けて、上記試験測定装置の特性を表す上記パラメータを用いて上記等化フィルタを計算するよう構成されている。

本発明の概念３は、上記概念１の試験測定システムであって、上記プローブの特性を表すパラメータがＳパラメータであることを特徴としている。

本発明の概念４は、上記概念１の試験測定システムであって、上記プローブの特性を表すパラメータがＴパラメータであることを特徴としている。

本発明の概念５は、上記概念２の試験測定システムであって、上記プローブ及び上記試験測定装置の特性を表すパラメータがＳパラメータであることを特徴としている。

本発明の概念６は、上記概念２の試験測定システムであって、上記プローブ及び上記試験測定装置の特性を表すパラメータがＴパラメータであることを特徴としている。

本発明の概念７は、上記概念１の試験測定システムであって、上記ユーザ・インタフェースが、実数の公称信号源インピーダンスを受けるよう構成されることを特徴としている。

本発明の概念８は、上記概念１の試験測定システムであって、上記ユーザ・インタフェースが、複素数の公称信号源インピーダンスを受けるよう構成されることを特徴としている。

本発明の概念９は、上記概念１の試験測定システムであって、
上記ユーザ・インタフェースが、上記被試験デバイスの試験ポイントの特性を表すパラメータを受けるよう更に構成され、
上記プロセッサが、上記被試験デバイスの上記試験ポイントの特性を表す上記パラメータを受けて、上記被試験デバイスの上記試験ポイントの特性を表す上記パラメータを用いて上記等化フィルタを計算するよう更に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１の試験測定システムであって、ユーザが公称等化表示をオンにできるように、上記ユーザ・インタフェースが更に構成されていることを特徴としている。

本発明の概念１１は、上記概念１の試験測定システムであって、ユーザがプローブ・ロード・フィルタの利用を選択できるように、上記ユーザ・インタフェースが更に構成されていることを特徴としている。

本発明の概念１２は、上記概念１の試験測定システムであって、
上記等化フィルタで変更された、上記被試験デバイスから受けた信号を表す波形を表示するよう構成された表示装置を更に具えることを特徴としている。

本発明を更に別の観点から見ると、本発明の概念１３は、試験測定システムで使用する等化フィルタを計算する方法であって、
試験測定装置のプローブの特性を表すパラメータをプロセッサが受ける処理と、
被試験デバイスの公称信号源インピーダンスをユーザ・インタフェースを介して上記プロセッサが受ける処理と、
上記プローブの特性を表す上記パラメータと、上記被試験デバイスの上記公称信号源インピーダンスとに基いて、上記被試験デバイスの測定が原因で生じる上記被試験デバイスの負荷を補償（相殺：compensate）するのに適した等化フィルタを算出する処理と
を具えている。

本発明の概念１４は、上記概念１２の方法であって、上記プローブの特性を表すパラメータがＳパラメータであることを特徴としている。

本発明の概念１５は、上記概念１２の方法であって、上記プローブの特性を表すパラメータがＴパラメータであることを特徴としている。

図１は、理想の入力信号波形と、５０オームの信号源インピーダンスを有するＤＵＴにプローブ・チップをロードした場合の出力信号波形とを示す。 図２は、図１の理想的な入力信号波形と、ＤＵＴの信号源インピーダンス値を変化させたときの出力信号波形とを示す。 図３は、本発明による試験測定システムの一例のブロック図を示す。 図４は、本発明の実施形態におけるユーザ・インタフェースの例を示す。 図５は、本発明の実施形態におけるユーザ・インタフェースの別の例を示す。 図６は、本発明を用いて計算された種々の等化フィルタを示す。 図７は、１つの理想的な入力波形と、種々のＤＵＴ信号源インピーダンスに関して異なる等化フィルタを用いた種々の出力波形を示す。

以下に示す複数の図面において、類似又は対応する要素には、同じ符号を付して説明する。なお、これら図面において、各要素の縮尺は、説明の都合上、必ずしも同一ではない。

試験測定装置用の伝統的なアクセサリ（プローブ等）は、５０オームの信号源インピーダンスを有するＤＵＴ中の被試験回路にアクセサリが接続されているときに、アクセサリの最も望ましい周波数応答が生じるように設計されている。アクセサリは、接続されても被試験回路の電気信号に影響を与えないのが理想ではあるが、現実には、被試験回路の負荷となって、いくらかの影響を与えてしまうので、ＤＵＴの被試験回路から読み出された波形に歪みを生じさせてしまう。そこで、従来のアクセサリには、等化処理ハードウェアを内蔵し、アクセサリが回路にロードされる前の波形により近い波形に出力波形を修正するものがある（即ち、アクセサリが接続されていない状態と等化な状態となるように処理する）。この場合、等化フィルタが計算されて、ＤＵＴから取り込まれた波形サンプルを処理するのに利用され、ＤＵＴ中の被試験回路から読み出された波形に含まれた信号劣化又は悪影響が補償（相殺）され、プローブ・チップによるＤＵＴへの負荷の影響が効果的にディエンベッド（除去）される。図１は、５０オームの信号源インピーダンスを有するＤＵＴにプローブ・チップをロードした場合において、理想的な入力パルス波形１０２に対して、従来の手法を用いて試験測定装置で得られる出力応答波形１００を示している。

しかし、ＤＵＴの信号源インピーダンスが、その仕様の公称値では５０オームとされていても、実際には、ＤＵＴの信号源インピーダンスは、２５オームから１００オームの範囲に入ることが多い。これは、公称値の５０オームというのは、典型的な条件において得られる目安となる値に過ぎないからである。

図２は、従来の方法において、ＤＵＴの信号源インピーダンスが５０オームでない場合に、図１に示す理想の入力信号１０２から、出力信号がどのように変化するかを示している。図２に示すように、ＤＵＴの信号源インピーダンスの値によっては、出力信号波形中のエラーは、かなり大きなものになり得る。

図２に見られるエラーは、等化フィルタを計算するためのＤＵＴの公称信号源インピーダンスを、ユーザが指定できるようにすることで低減できる。

図３は、本発明による試験測定システムの一例のブロック図である。図３に示すように、本発明による試験測定システムには、試験測定装置３００と、ＤＵＴ３０４に接続されたプローブ３０２とがある。試験測定装置３００は、例えば、オシロスコープとしても良い。更に、試験測定装置３００は、スペクトラム・アナライザ、ロジック・アナライザなどのような他の任意の試験測定装置としても良い。

プローブ３０２にはメモリ３０６があり、プローブの特性を表すＳパラメータを記憶する。これに代えて、プローブの特性を表すＴパラメータやその他の形式のパラメータをメモリ３０６に記憶するようにしても良い。こうしたパラメータは、プローブ３０２の製造時に測定して、メモリ３０６に記憶させるようにしても良い。これに代えて、パラメータを試験測定装置３００のメモリ３０８に記憶させたり、外部記憶装置（図示せず）やインターネット（図示せず：いわゆる、クラウド）上などに保存して読み出せるようにしても良い。いずれにしても、こうしたパラメータは、詳しくは後述のように、等化フィルタを計算するために、プロセッサ３１０に供給される必要がある。

上述の如く、試験測定装置３００にもメモリ３０８がある。メモリ３０８は、試験測定装置３００の特性を表すＳパラメータを記憶し、これは、例えば、製造時に測定される。これに代えて、試験測定装置３００の特性を表すＴパラメータやその他の形式のパラメータをメモリ３０６に記憶し、利用するようにしても良い。メモリ３０８と共に、試験測定装置３００は、表示装置３１２及びプロセッサ３１０も有している。

動作中、試験測定装置３００は、プローブ３０２を介してＤＵＴ３０４に接続される。表示装置３１２は、図４に示すようなユーザ・インタフェース（ユーザ・メニュー）４００を表示する。ユーザ・メニュー４００の入力フィールド４０２にＤＵＴの公称信号源インピーダンスの値を入力することによって、ユーザは、等化フィルタ計算用のＤＵＴの公称信号源インピーダンスを指定できる。この等化フィルタ計算用公称信号源インピーダンスは、ＤＵＴの仕様にある公称信号源インピーダンスと異なっても良く、ＤＵＴの仕様にある公称信号源インピーダンスに代えて、この等化フィルタ計算用公称信号源インピーダンスが等化フィルタの算出に利用される。ユーザは、ユーザ・メニュー４００において、ＤＵＴの公称信号源インピーダンスを実数値又は複素数値のどちらかで指定できる。すると、この公称信号源インピーダンスは、システムで目標とする理想的な応答を得るための等化フィルタの計算の一部として利用される。

ユーザ・メニュー４００には、ユーザがプローブ等化フィルタをオン・オフするためのオプション４０４がある。これによって、ある特定のＤＵＴでは等化フィルタがない方が良い結果が得られる場合に、ユーザは、等化フィルタをオフにできる。ユーザ・メニュー４００には、ユーザが公称等化処理表示を使用するか否かを選択可能にするオプション４０６もある。公称等化処理表示では、プローブがまるでＤＵＴの回路にロードされていないかのような波形を表示する。ユーザは、更に、ユーザ・メニュー４００において、プローブ・ロード・フィルタを使うか否かのオプション４０８も選択できる。プローブ・ロード・フィルタは、プローブをＤＵＴ回路にロードした状態のプローブ・チップでの電圧波形を表示可能にする。

図５に示すように、ユーザ・メニュー４００が、メニュー５００を更に含んでいても良く、これによって、ユーザは、ＤＵＴの試験ポイントの特性を表すＳパラメータをロード可能になる（具体的には、例えば、Ｓパラメータ・ファイルを指定する）。この場合、等化フィルタは、ＤＵＴの公称信号源インピーダンスとＤＵＴ試験ポイントに関するＳパラメータの両方を用いて算出される。

ユーザが、表示装置３１２上でユーザ・メニュー４０に全ての必要な情報を入力すると、それら情報は、試験測定装置３００のプロセッサ３１０へ送られる。更に、プローブのメモリ３０６に記憶されているプローブの特性を表すＳパラメータも試験測定装置３００のプロセッサ３１０へ送られる。続いて、プロセッサ３１０は、プローブのＳパラメータと、ユーザが提供したＤＵＴの公称信号源インビーダンスとを用いて、ＤＵＴからの信号をもっと正確に表示するための等化フィルタを算出する。更にいっそう正確な表示を行うために、プロセッサ３１０は、試験測定装置３００内のメモリ３０８に記憶された試験測定装置３００のＳパラメータと、これに加えて、もしユーザがＤＵＴの試験ポイントに関するＳパラメータをメニュー５００を介して試験測定装置３００にロードした場合には、ＤＵＴの試験ポイントに関するＳパラメータとを更に用いて、等化フィルタを算出しても良い。

図６は、種々の公称信号源インピーダンス値のそれぞれに関して、プロセッサ３１０が生成した種々の等化フィルタを示している。図６に示すように、これら等化フィルタは、公称信号源インピーダンス値のそれぞれによって異なり、各等化フィルタは、ＤＵＴ中の被試験回路からの信号のより正確な表示（信号波形表示）を表示装置上で生成してユーザに提示するよう機能する。

図７は、ユーザが入力した入力公称信号源インピーダンス値を用いた等化フィルタを適用した複数の出力波形を示している。例えば、図７は、１つの入力波形７００と、複数のＤＵＴ信号源インピーダンス値に関する複数の出力波形７０２を示している。図７に示すように、複数のＤＵＴ信号源インピーダンス値のそれぞれに関して、ユーザが入力した公称ＤＵＴインピーダンスを用いて計算された等化フィルタを適用した後では、複数の出力波形は、図２に示す出力波形とは違って、ほぼ等しい。

本発明によれば、ユーザは、プローブのチップに適用される等化フィルタを制御できる。ユーザは、ＤＵＴの基準となる信号源インピーダンス（公称信号源インピーダンス）を指定でき、プローブから読み出された測定によるＳパラメータに基づいて、試験測定装置が等化フィルタを算出する。より精密な等化フィルタを生成するために、試験測定装置のＳパラメータと、ＤＵＴの試験ポイントのＳパラメータの一方又は両方を用いるようにしても良い。上述の説明では、等化フィルタの計算においてＳパラメータを用いたが、当業者であれば、例えば、Ｔパラメータなどのように、プローブ、試験測定装置（オシロスコープなど）、ＤＵＴ試験ポイントの特性を表す他の任意のパラメータを利用可能なことが理解できよう。

上述の説明では、例えばオシロスコープのような時間領域信号を表示する試験測定装置を前提として、本発明の実施形態を図示し、記述してきたが、本発明による実施形態は、例えば、掃引型スペクトラム・アナライザ、シグナル・アナライザ、ベクトル・シグナル・アナライザ、リアルタイム・スペクトラム・アナライザなどのような周波数領域信号を表示する任意の試験測定装置でも利用可能である。また、測定分野では、周知のように、本発明を実施するに当たっては、最初に、特性が既知又は正常に動作することがわかっているデバイスからの入力信号をプローブを介して試験測定装置で取込むことで出力信号を得て、この出力信号が適切なものとなるように、等化フィルタ計算に使用するＤＵＴ信号源インピーダンスを調整するなど、システムを適切な状態に校正した後に、被試験デバイスの試験を行うようにようにしても良いのは当然である。

種々の実施形態において、本発明の構成要素は、ハードウェア、ソフトウエア又はこれらの組み合わせで実現されても良く、更に、汎用マイクロプロセッサ、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレー（ＦＰＧＡ）などから構成されても良い。

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。

３００ 試験測定装置
３０２ プローブ
３０４ 被測定デバイス
３０６ プローブのメモリ
３０８ 試験測定装置のメモリ
３１０ プロセッサ
３１２ 表示装置
４００ ユーザ・メニュー
４０２ ＤＵＴ公称信号源インピーダンス入力フィールド
４０４ 等化フィルタのオン・オフ選択オプション
４０６ 公称等化処理表示選択オプション
４０８ プローブをロードした状態の表示選択オプション
５００ ＤＵＴ試験ポイントＳパラメータ・ファイル指定用フィールド

Claims (2)

1. 試験測定装置と、
   該試験測定装置に接続されたプローブと、
   該プローブと接続された被試験デバイスと、
   上記プローブの特性を表すパラメータを記憶するよう構成された少なくとも１つのメモリと、
   上記被試験デバイスの公称信号源インピーダンスを受けるよう構成されたユーザ・インタフェースと、
   上記メモリからの上記プローブの特性を表すパラメータと、上記ユーザ・インタフェースからの上記被試験デバイスの上記公称信号源インピーダンスとを受けると共に、上記メモリからの上記プローブの特性を表すパラメータと、上記ユーザ・インタフェースからの上記被試験デバイスの上記公称信号源インピーダンスとを用いて等化フィルタを計算するよう構成されるプロセッサと
   を具える試験測定システム。
2. 試験測定システムで使用する等化フィルタを計算する方法であって、
   試験測定装置のプローブの特性を表すパラメータをプロセッサが受ける処理と、
   被試験デバイスの公称信号源インピーダンスをユーザ・インタフェースを介して上記プロセッサが受ける処理と、
   上記プローブの特性を表す上記パラメータと、上記被試験デバイスの上記公称信号源インピーダンスとに基いて、上記被試験デバイスの測定が原因で生じる上記被試験デバイスの負荷を補償するのに適した等化フィルタを算出する処理と
   を具える等化フィルタ計算方法。

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