JP2016133385A - Characteristic impedance measurement device, characteristic impedance measurement system, and characteristic impedance measurement method - Google Patents

Characteristic impedance measurement device, characteristic impedance measurement system, and characteristic impedance measurement method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the spatial resolution of characteristic impedance distribution without being subject to limitations due to the maximum value of a usable frequency.SOLUTION: This characteristic impedance measurement device is provided with: a characteristic measurement unit 11 for setting the number of unknown characteristic impedances Zin each minute section m and the same number or more of angular frequencies ω, and measuring the reflection characteristic S11(ω) of a printed wiring board 3 at each of a plurality of set angular frequencies ω; and a simultaneous equation generation unit 22 for applying the reflection characteristic S11(ω) at each of angular frequencies ωto a model held by a model holding unit 21 and thereby generating a number of simultaneous equations equal to or greater than the number of unknown characteristic impedances Z.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、例えば、プリント基板の配線の特性インピーダンス分布を測定する特性インピーダンス測定装置、特性インピーダンス測定システム及び特性インピーダンス測定方法に関するものである。   The present invention relates to a characteristic impedance measuring apparatus, a characteristic impedance measuring system, and a characteristic impedance measuring method for measuring, for example, a characteristic impedance distribution of wiring on a printed circuit board.

以下の特許文献１，２に開示されている特性インピーダンス測定装置では、高速なパルスやステップ信号をプリント基板の配線に印加し、そのプリント基板の配線から返ってくる反射波形を観測するＴＤＲ（ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ：時間領域反射）測定を用いて、そのプリント基板の配線の特性インピーダンス分布を測定するようにしている。プリント基板の配線から返ってくる反射波形は、プリント基板の配線における特性インピーダンス分布の変化を表している。
ＴＤＲ測定を用いる以外には、プリント基板の配線の広帯域の反射特性Ｓ１１を測定し、その反射特性Ｓ１１を逆フーリエ変換してステップ応答を計算する手法が以下の非特許文献１に開示されている。このステップ応答は、プリント基板の配線における特性インピーダンス分布の変化を表している。 In the characteristic impedance measuring apparatus disclosed in the following Patent Documents 1 and 2, TDR (time) that applies a high-speed pulse or step signal to the wiring of the printed circuit board and observes the reflected waveform returned from the wiring of the printed circuit board. The characteristic impedance distribution of the wiring of the printed circuit board is measured by using a domain reflectometry (time domain reflection) measurement. The reflected waveform returned from the wiring of the printed board represents a change in the characteristic impedance distribution in the wiring of the printed board.
Non-Patent Document 1 below discloses a method of measuring a broadband reflection characteristic S11 of a printed circuit board wiring and calculating a step response by performing inverse Fourier transform on the reflection characteristic S11 other than using TDR measurement. . This step response represents a change in characteristic impedance distribution in the wiring of the printed circuit board.

特開２００２−１４８２９０号公報JP 2002-148290 A 特開２００４−２３３３３６号公報JP 2004-233336 A

Ａｇｉｌｅｎｔ社データシート ５９９０−５４４６ＪＡＪＰAgilent datasheet 5990-5446JAJP

従来の特性インピーダンス測定装置は以上のように構成されているので、ＴＤＲ測定を用いて、プリント基板の配線の特性インピーダンス分布を測定する場合、その特性インピーダンス分布の空間分解能を高めるには、プリント基板の配線に印加するパルスやステップ信号の立ち上がり時間を短縮して、パルスやステップ信号の立ち上がり波形を急峻な波形にする必要がある。しかし、パルスやステップ信号の立ち上がり時間の短縮は、プリント基板の配線に印加することが可能なパルスやステップ信号の最大周波数によって制限を受けるため、プリント基板の配線に印加することが可能なパルスやステップ信号の最大周波数が低い場合には、十分な空間分解能を得ることができないという課題があった。
また、プリント基板の配線の広帯域の反射特性Ｓ１１を測定し、その反射特性Ｓ１１を逆フーリエ変換してステップ応答を計算する手法を用いる場合、特性インピーダンス分布の空間分解能を高めるには、ステップ応答のタイムステップを小さくする必要がある。しかし、ステップ応答の最小タイムステップは、反射特性Ｓ１１の測定に用いることが可能な周波数の最大値によって制限を受けるため、その周波数の最大値が低い場合には、十分な空間分解能を得ることができないという課題があった。 Since the conventional characteristic impedance measuring apparatus is configured as described above, when measuring the characteristic impedance distribution of the printed circuit board wiring using TDR measurement, the printed circuit board can be used to increase the spatial resolution of the characteristic impedance distribution. It is necessary to shorten the rise time of the pulse and step signal applied to the wiring and make the rise waveform of the pulse and step signal steep. However, the shortening of the rise time of the pulse or step signal is limited by the maximum frequency of the pulse or step signal that can be applied to the wiring of the printed circuit board. When the maximum frequency of the step signal is low, there is a problem that sufficient spatial resolution cannot be obtained.
Further, in the case of using the technique of measuring the broadband reflection characteristic S11 of the wiring of the printed circuit board and calculating the step response by performing inverse Fourier transform on the reflection characteristic S11, in order to increase the spatial resolution of the characteristic impedance distribution, The time step needs to be reduced. However, since the minimum time step of the step response is limited by the maximum value of the frequency that can be used for the measurement of the reflection characteristic S11, if the maximum value of the frequency is low, sufficient spatial resolution can be obtained. There was a problem that it was not possible.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、使用可能な周波数の最大値によって制限を受けることなく、特性インピーダンス分布の空間分解能を高めることができる特性インピーダンス測定装置、特性インピーダンス測定システム及び特性インピーダンス測定方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a characteristic impedance measuring device and characteristic impedance capable of increasing the spatial resolution of characteristic impedance distribution without being limited by the maximum frequency that can be used. An object is to obtain a measurement system and a characteristic impedance measurement method.

この発明に係る特性インピーダンス測定装置は、特性インピーダンス分布の測定対象物を構成している各区間における未知の特性インピーダンス及び角周波数と測定対象物の反射特性との関係を示すモデルを保持するモデル保持部と、測定対象物の反射特性の測定に用いる角周波数として、各区間における未知の特性インピーダンスの個数と同数個以上の角周波数を設定し、その設定した複数の角周波数で測定対象物の反射特性をそれぞれ測定する特性測定部と、モデル保持部により保持されているモデルに対して、特性測定部により測定された各角周波数での反射特性をそれぞれ当て嵌めることで、未知の特性インピーダンスの個数と同数個以上の連立方程式を生成する連立方程式生成部とを設け、特性インピーダンス分布算出部が、連立方程式生成部により生成された複数の連立方程式から測定対象物における各区間の特性インピーダンスを導出することで、測定対象物の特性インピーダンス分布を算出するようにしたものである。   The characteristic impedance measuring apparatus according to the present invention holds a model that holds a model indicating the relationship between the unknown characteristic impedance and the angular frequency and the reflection characteristic of the measurement object in each section constituting the measurement object of the characteristic impedance distribution. And the angular frequency used to measure the reflection characteristics of the object to be measured is set to the number of angular frequencies equal to or greater than the number of unknown characteristic impedances in each section, and the object is reflected at the set angular frequencies. By applying the reflection characteristics at each angular frequency measured by the characteristic measurement unit to the characteristic measurement unit that measures each characteristic and the model held by the model holding unit, the number of unknown characteristic impedances A simultaneous equation generator that generates the same number or more simultaneous equations, and the characteristic impedance distribution calculator By deriving the characteristic impedance of each section in the measurement object from a plurality of simultaneous equations generated by the equation generator, in which to calculate the characteristic impedance distribution of the measurement object.

この発明によれば、特性インピーダンス分布の測定対象物を構成している各区間における未知の特性インピーダンス及び角周波数と測定対象物の反射特性との関係を示すモデルを保持するモデル保持部と、測定対象物の反射特性の測定に用いる角周波数として、各区間における未知の特性インピーダンスの個数と同数個以上の角周波数を設定し、その設定した複数の角周波数で測定対象物の反射特性をそれぞれ測定する特性測定部と、モデル保持部により保持されているモデルに対して、特性測定部により測定された各角周波数での反射特性をそれぞれ当て嵌めることで、未知の特性インピーダンスの個数と同数個以上の連立方程式を生成する連立方程式生成部とを設け、特性インピーダンス分布算出部が、連立方程式生成部により生成された複数の連立方程式から測定対象物における各区間の特性インピーダンスを導出することで、測定対象物の特性インピーダンス分布を算出するように構成したので、使用可能な周波数の最大値によって制限を受けることなく、特性インピーダンス分布の空間分解能を高めることができる効果がある。   According to the present invention, the model holding unit that holds the model indicating the relationship between the unknown characteristic impedance and the angular frequency and the reflection characteristic of the measurement object in each section constituting the measurement object of the characteristic impedance distribution, and the measurement As the angular frequency used to measure the reflection characteristics of the object, set the number of angular frequencies equal to or greater than the number of unknown characteristic impedances in each section, and measure the reflection characteristics of the measurement object at the set angular frequencies. By applying the reflection characteristics at each angular frequency measured by the characteristic measurement unit to the characteristic measurement unit and the model held by the model holding unit, the same number or more as the number of unknown characteristic impedances A simultaneous equation generation unit that generates simultaneous equations of the characteristic impedance distribution calculating unit is generated by the simultaneous equation generation unit. Since it is configured to calculate the characteristic impedance distribution of the measurement object by deriving the characteristic impedance of each section in the measurement object from multiple simultaneous equations, without being limited by the maximum value of the usable frequency, There is an effect that the spatial resolution of the characteristic impedance distribution can be increased.

この発明の実施の形態１による特性インピーダンス測定装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the characteristic impedance measuring apparatus by Embodiment 1 of this invention. 図１の特性インピーダンス測定装置における周波数特性測定装置１とプリント配線板３の接続関係を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a connection relationship between a frequency characteristic measuring apparatus 1 and a printed wiring board 3 in the characteristic impedance measuring apparatus of FIG. 1. 特性インピーダンス演算装置２がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram in case the characteristic impedance calculating apparatus 2 is comprised with a computer. この発明の実施の形態１による特性インピーダンス測定装置の処理内容（特性インピーダンス測定方法）を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content (characteristic impedance measuring method) of the characteristic impedance measuring apparatus by Embodiment 1 of this invention. １１個の微小区間ｍ（ｍ＝１，２，・・・，１１）に分割されているプリント配線板３を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the printed wiring board 3 divided | segmented into 11 micro area m (m = 1,2, ..., 11). １１個の微小区間ｍ（ｍ＝１，２，・・・，１１）に分割されているプリント配線板３の特性インピーダンス分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the characteristic impedance distribution of the printed wiring board 3 divided | segmented into 11 micro area m (m = 1, 2, ..., 11). プリント配線板３の特性インピーダンス分布のシミュレーション例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a simulation of the characteristic impedance distribution of the printed wiring board. この発明の実施の形態１による特性インピーダンス測定システムを示す構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which shows the characteristic impedance measurement system by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態２による特性インピーダンス測定装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the characteristic impedance measuring apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２による特性インピーダンス測定装置の処理内容（特性インピーダンス測定方法）を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content (characteristic impedance measuring method) of the characteristic impedance measuring apparatus by Embodiment 2 of this invention. 図９の特性インピーダンス測定装置における周波数特性測定装置１とプリント配線板３の接続関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the connection relation of the frequency characteristic measuring apparatus 1 and the printed wiring board 3 in the characteristic impedance measuring apparatus of FIG. この発明の実施の形態３による特性インピーダンス測定装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the characteristic impedance measuring apparatus by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態４による特性インピーダンス測定装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the characteristic impedance measuring apparatus by Embodiment 4 of this invention.

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。   Hereinafter, in order to describe the present invention in more detail, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による特性インピーダンス測定装置を示す構成図である。
図１の特性インピーダンス測定装置は、周波数特性測定装置１と特性インピーダンス演算装置２から構成されている。
この実施の形態１では、特性インピーダンス分布の測定対象物がプリント配線板である例を説明するが、特性インピーダンス分布の測定対象物はプリント配線板に限るものではなく、例えば、信号伝送用ケーブルなどでもよい。
図２は図１の特性インピーダンス測定装置における周波数特性測定装置１とプリント配線板３の接続関係を示す説明図である。 Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a characteristic impedance measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
The characteristic impedance measuring apparatus in FIG. 1 is composed of a frequency characteristic measuring apparatus 1 and a characteristic impedance calculating apparatus 2.
In the first embodiment, an example in which the measurement target of the characteristic impedance distribution is a printed wiring board will be described. However, the measurement target of the characteristic impedance distribution is not limited to the printed wiring board. For example, a signal transmission cable or the like But you can.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a connection relationship between the frequency characteristic measuring apparatus 1 and the printed wiring board 3 in the characteristic impedance measuring apparatus of FIG.

図１及び図２において、周波数特性測定装置１は、測定対象物であるプリント配線板３の配線端と測定ケーブル４を介して接続されている。
特性インピーダンス演算装置２のモデル保持部２１は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、特性インピーダンス分布の測定対象物であるプリント配線板３がＭ個の微小区間ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）に分割されているものと想定して、各微小区間ｍにおける未知の特性インピーダンスＺｍ及び角周波数ωｎとプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）との関係を示すモデルを保持している。 1 and 2, the frequency characteristic measuring apparatus 1 is connected to a wiring end of a printed wiring board 3 that is a measurement object via a measurement cable 4.
The model holding unit 21 of the characteristic impedance calculation device 2 is composed of a storage device such as a RAM or a hard disk, for example, and the printed wiring board 3 which is a measurement target of the characteristic impedance distribution has M minute sections m (m = 1, m = 1, 2,..., M) and the unknown characteristic impedance Z m and angular frequency ω n in each minute section m and the reflection characteristic S 11 (ω n ) of the printed wiring board 3. Holds a model that shows the relationship.

周波数特性測定装置１の特性測定部１１はプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）の測定に用いる角周波数ωｎとして、プリント配線板３を構成している各微小区間ｍにおける未知の特性インピーダンスＺｍの個数と同数個以上の角周波数を設定し、その設定した複数の角周波数ωｎでプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）をそれぞれ測定する測定器である。
周波数特性測定装置１の反射特性格納部１２は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、特性測定部１１により測定された各角周波数ωｎでの反射特性Ｓ１１（ωｎ）を格納する。 The characteristic measuring unit 11 of the frequency characteristic measuring apparatus 1 uses an unknown characteristic in each minute section m constituting the printed wiring board 3 as the angular frequency ω n used for the measurement of the reflection characteristic S11 (ω n ) of the printed wiring board 3. set the number of the same number or more of the angular frequency of the impedance Z m, the printed wiring board 3 at a plurality of angular frequencies omega n set reflection characteristic S11 of the (omega n) is a measuring device for measuring respectively.
The reflection characteristic storage unit 12 of the frequency characteristic measurement apparatus 1 is configured by a storage device such as a RAM or a hard disk, and stores the reflection characteristic S11 (ω n ) at each angular frequency ω n measured by the characteristic measurement unit 11. To do.

特性インピーダンス演算装置２の連立方程式生成部２２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、モデル保持部２１により保持されているモデルに対して、周波数特性測定装置１の反射特性格納部１２により格納されている各角周波数ωｎでの反射特性Ｓ１１（ωｎ）をそれぞれ当て嵌めることで、未知の特性インピーダンスＺｍの個数と同数個以上の連立方程式を生成する処理を実施する。
特性インピーダンス演算装置２の特性インピーダンス分布算出部２３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、連立方程式生成部２２により生成された複数の連立方程式からプリント配線板３における各微小区間ｍの特性インピーダンスＺｍを導出することで、プリント配線板３の特性インピーダンス分布Ｚ（Ｚ１，Ｚ２，・・・，ＺＭ）を算出する処理を実施する。
特性インピーダンス演算装置２の算出結果出力部２４は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、特性インピーダンス分布算出部２３により算出されたプリント配線板３の特性インピーダンス分布Ｚを出力する処理を実施する。 The simultaneous equation generation unit 22 of the characteristic impedance calculation device 2 is composed of, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted, a one-chip microcomputer, or the like. By applying the reflection characteristic S11 (ω n ) at each angular frequency ω n stored in the reflection characteristic storage unit 12 of the characteristic measurement device 1, the number of simultaneous characteristics equal to or more than the number of unknown characteristic impedances Z m is obtained. A process for generating an equation is performed.
The characteristic impedance distribution calculation unit 23 of the characteristic impedance calculation device 2 is composed of, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted or a one-chip microcomputer, and is based on a plurality of simultaneous equations generated by the simultaneous equation generation unit 22. The characteristic impedance distribution Z (Z 1 , Z 2 ,..., Z M ) of the printed wiring board 3 is calculated by deriving the characteristic impedance Z m of each minute section m in the printed wiring board 3. .
The calculation result output unit 24 of the characteristic impedance calculation device 2 is composed of, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted or a one-chip microcomputer, and the printed wiring board 3 calculated by the characteristic impedance distribution calculation unit 23. A process of outputting the characteristic impedance distribution Z is performed.

図１の例では、特性インピーダンス演算装置２の構成要素であるモデル保持部２１、連立方程式生成部２２、特性インピーダンス分布算出部２３及び算出結果出力部２４のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、特性インピーダンス演算装置２がコンピュータで構成されていてもよい。
図３は特性インピーダンス演算装置２がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
特性インピーダンス演算装置２がコンピュータで構成される場合、モデル保持部２１をコンピュータのメモリ３１上に構成するとともに、連立方程式生成部２２、特性インピーダンス分布算出部２３及び算出結果出力部２４の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリ３１に格納し、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図４はこの発明の実施の形態１による特性インピーダンス測定装置の処理内容（特性インピーダンス測定方法）を示すフローチャートである。 In the example of FIG. 1, each of the model holding unit 21, the simultaneous equation generation unit 22, the characteristic impedance distribution calculation unit 23, and the calculation result output unit 24 that is a component of the characteristic impedance calculation device 2 is configured by dedicated hardware. However, the characteristic impedance calculation device 2 may be configured by a computer.
FIG. 3 is a hardware configuration diagram when the characteristic impedance calculation device 2 is configured by a computer.
When the characteristic impedance calculation device 2 is configured by a computer, the model holding unit 21 is configured on the memory 31 of the computer, and the processing contents of the simultaneous equation generation unit 22, the characteristic impedance distribution calculation unit 23, and the calculation result output unit 24 are as follows. The program described may be stored in the memory 31 of the computer, and the processor 32 of the computer may execute the program stored in the memory 31.
FIG. 4 is a flowchart showing the processing contents (characteristic impedance measuring method) of the characteristic impedance measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

次に動作について説明する。
この実施の形態１では、特性インピーダンス分布の測定対象物であるプリント配線板３が、仮想的にＭ個の微小区間ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）に分割されて、Ｍ個の微小区間ｍが縦続に接続されているものとする。
図５は１１個の微小区間ｍに分割されているプリント配線板３を示す説明図である。
図５において、ｔは各微小区間の伝搬遅延時間である。この伝搬遅延時間ｔは任意に設定することができ、伝搬遅延時間ｔを小さな値に設定すれば、プリント配線板３の分割数が増加する。
図５では、全ての微小区間の伝搬遅延時間ｔが同一である例を示しているが、微小区間毎に伝搬遅延時間が異なっていてもよい。 Next, the operation will be described.
In the first embodiment, the printed wiring board 3 which is a measurement object of the characteristic impedance distribution is virtually divided into M minute sections m (m = 1, 2,..., M). It is assumed that the minute sections m are connected in cascade.
FIG. 5 is an explanatory view showing the printed wiring board 3 divided into 11 minute sections m.
In FIG. 5, t is the propagation delay time of each minute section. The propagation delay time t can be set arbitrarily. If the propagation delay time t is set to a small value, the number of divisions of the printed wiring board 3 increases.
FIG. 5 shows an example in which the propagation delay times t of all the minute sections are the same, but the propagation delay times may be different for each minute section.

以下、この実施の形態１では、プリント配線板３が１１個の微小区間ｍに分割されているものとして説明する。
図６は１１個の微小区間ｍ（ｍ＝１，２，・・・，１１）に分割されているプリント配線板３の特性インピーダンス分布を示す説明図である。
特性インピーダンス演算装置２のモデル保持部２１は、プリント配線板３を構成している１１個の微小区間ｍにおける未知の特性インピーダンスＺｍ及び角周波数ωｎとプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）との関係を示すモデルを保持している。 Hereinafter, in this Embodiment 1, the printed wiring board 3 is demonstrated as what is divided | segmented into the 11 micro area m.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the characteristic impedance distribution of the printed wiring board 3 divided into 11 minute sections m (m = 1, 2,..., 11).
The model holding unit 21 of the characteristic impedance calculation device 2 includes the unknown characteristic impedance Z m and the angular frequency ω n in the eleven minute sections m constituting the printed wiring board 3 and the reflection characteristic S11 (ω of the printed wiring board 3). n ).

モデル保持部２１により保持されているモデルを数式で表すと、下記の式（１）のようになる。

Figure 2016133385
式（１）において、ωｎはプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）の測定に用いる角周波数である。
Ｚ１〜Ｚ１１は１１個に分割されている各微小区間ｍ（ｍ＝１，２，・・・，１１）の未知の特性インピーダンスである。
ｇ（）は角周波数ωｎと各微小区間ｍの特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１から、角周波数ωｎでの反射特性Ｓ１１（ωｎ）を導出する関数である。 When the model held by the model holding unit 21 is expressed by a mathematical formula, the following formula (1) is obtained.

Figure 2016133385
In Expression (1), ω n is an angular frequency used for measurement of the reflection characteristic S11 (ω n ) of the printed wiring board 3.
Z 1 to Z 11 are unknown characteristic impedances of each minute section m (m = 1, 2,..., 11) divided into 11 pieces.
g () is the characteristic impedance Z 1 to Z 11 of the angular frequency omega n and each small section m, a function to derive reflection characteristic S11 of the (omega n) of the angular frequency omega n.

ここで、ｍ番目の微小区間ｍの電気特性を表わす伝送行列であるＦ行列は、下記の式（２）のように表される。

Figure 2016133385
式（２）において、Ｚｍはｍ番目の微小区間ｍの特性インピーダンス、ｔはｍ番目の微小区間ｍの伝搬遅延時間である。 Here, the F matrix, which is a transmission matrix representing the electrical characteristics of the mth minute section m, is expressed as in the following equation (2).

Figure 2016133385
In the formula (2), Z m is the characteristic impedance of the m-th small section m, t is the propagation delay time of the m-th small section m.

プリント配線板３の全体のＦ行列は、各微小区間ｍ（ｍ＝１，２，・・・，１１）のＦ行列を順番に掛け合わせることで、下記の式（３）のように表される。

Figure 2016133385
プリント配線板３の全体の反射特性Ｓ１１（ωｎ）は、プリント配線板３の全体のＦ行列の成分を用いることで、下記の式（４）のように表される。

Figure 2016133385
式（４）において、Ｚ０は反射特性Ｓ１１（ωｎ）の基準インピーダンスであり、一般的には５０Ωが選ばれることが多い。 The entire F matrix of the printed wiring board 3 is expressed as the following expression (3) by multiplying the F matrix of each minute section m (m = 1, 2,..., 11) in order. The

Figure 2016133385
The overall reflection characteristic S11 (ω n ) of the printed wiring board 3 is expressed by the following equation (4) by using the components of the entire F matrix of the printed wiring board 3.

Figure 2016133385
In Expression (4), Z 0 is a reference impedance of the reflection characteristic S11 (ω n ), and generally 50Ω is often selected.

周波数特性測定装置１の特性測定部１１は、プリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）の測定に用いる角周波数ωｎとして、プリント配線板３を構成している各微小区間ｍにおける未知の特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１の個数と同数個以上の角周波数ω１〜ωＮを設定する（図４のステップＳＴ１）。
この実施の形態１では、プリント配線板３が１１個の微小区間ｍに分割されているものとしているので、プリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）の測定に用いる角周波数ωｎとして１１個以上の角周波数ω１〜ωＮを設定する。Ｎは１１以上の整数である。
特性測定部１１は、１１個以上の角周波数ω１〜ωＮを設定すると、その角周波数ω１〜ωＮでプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）をそれぞれ測定する（ステップＳＴ２）。
特性測定部１１により測定された１１個以上の反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）は、反射特性格納部１２に格納される。 The characteristic measuring unit 11 of the frequency characteristic measuring apparatus 1 uses the unknown frequency in each minute section m constituting the printed wiring board 3 as the angular frequency ω n used for measuring the reflection characteristic S11 (ω n ) of the printed wiring board 3. Angular frequencies ω 1 to ω N equal to or greater than the number of characteristic impedances Z 1 to Z 11 are set (step ST1 in FIG. 4).
In the first embodiment, since the printed wiring board 3 is divided into 11 minute sections m, the angular frequency ω n used for the measurement of the reflection characteristic S11 (ω n ) of the printed wiring board 3 is 11 One or more angular frequencies ω 1 to ω N are set. N is an integer of 11 or more.
Characteristic measuring section 11, by setting the 11 or more of the angular frequency ω 1 ~ω N, reflection characteristic S11 (omega 1) of the printed wiring board 3 at the angular frequency ω 1 ~ω N ~S11 the (omega N), respectively Measure (step ST2).
Eleven or more reflection characteristics S11 (ω 1 ) to S11 (ω N ) measured by the characteristic measurement unit 11 are stored in the reflection characteristic storage unit 12.

特性インピーダンス演算装置２の連立方程式生成部２２は、モデル保持部２１により保持されているモデルに対して、周波数特性測定装置１の反射特性格納部１２により格納されている１１個以上の反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）をそれぞれ当て嵌めることで、未知数である特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１の個数（１１個）と同数以上の連立方程式を生成する（ステップＳＴ３）。
即ち、モデル保持部２１により保持されているモデルは、式（１）で表されるので、反射特性格納部１２により格納されている反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）のそれぞれを式（１）の左辺に代入することで、下記に示すような連立方程式を生成する。
下記の連立方程式は、Ｎ＞１１の場合を示している。連立方程式において、角周波数ω１〜ωＮと反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）は既知であり、未知数は各微小区間ｍの特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１である。 The simultaneous equation generation unit 22 of the characteristic impedance calculation device 2 has 11 or more reflection characteristics S11 stored in the reflection characteristic storage unit 12 of the frequency characteristic measurement device 1 for the model held by the model holding unit 21. By fitting (ω 1 ) to S 11 (ω N ), simultaneous equations equal to or greater than the number (11) of characteristic impedances Z 1 to Z 11 that are unknown numbers are generated (step ST 3).
That is, since the model held by the model holding unit 21 is expressed by Expression (1), each of the reflection characteristics S11 (ω 1 ) to S11 (ω N ) stored by the reflection characteristic storage unit 12 is expressed. By substituting into the left side of equation (1), the following simultaneous equations are generated.
The following simultaneous equations show the case of N> 11. In the simultaneous equations, the angular frequencies ω 1 to ω N and the reflection characteristics S 11 (ω 1 ) to S 11 (ω N ) are known, and the unknowns are the characteristic impedances Z 1 to Z 11 of each minute section m.


Figure 2016133385

Figure 2016133385

特性インピーダンス演算装置２の特性インピーダンス分布算出部２３は、連立方程式生成部２２が１１個以上の連立方程式を生成すると、それらの連立方程式からプリント配線板３における各微小区間ｍの特性インピーダンスＺｍを導出することで、プリント配線板３の特性インピーダンス分布Ｚ（Ｚ１，Ｚ２，・・・，ＺＭ）を算出する（ステップＳＴ４）。
ここでは、未知数である特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１の個数（１１個）より多いＮ個の連立方程式を生成しているので、例えば、最小自乗法などの反復計算を実施することで、各微小区間ｍの特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１として、複数の連立方程式を満たす解を算出する。この反復計算は、例えば、最小自乗誤差が収束条件を満足するまで反復して解を求めるものである。
なお、言うまでもないが、未知数である特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１の個数（１１個）と同数の連立方程式を生成している場合には、最小自乗法などの反復計算を実施するまでもなく、連立方程式を解くことが可能である。 When the simultaneous equation generating unit 22 generates 11 or more simultaneous equations, the characteristic impedance distribution calculating unit 23 of the characteristic impedance computing device 2 calculates the characteristic impedance Z m of each minute section m in the printed wiring board 3 from the simultaneous equations. By deriving, the characteristic impedance distribution Z (Z 1 , Z 2 ,..., Z M ) of the printed wiring board 3 is calculated (step ST4).
Here, since N simultaneous equations that are larger than the number (11) of characteristic impedances Z 1 to Z 11 that are unknowns are generated, for example, by performing iterative calculation such as the least square method, A solution satisfying a plurality of simultaneous equations is calculated as the characteristic impedances Z 1 to Z 11 in the section m. In this iterative calculation, for example, a solution is obtained by iterating until the least square error satisfies the convergence condition.
Needless to say, if the same number of simultaneous equations as the number of characteristic impedances Z 1 to Z 11 (11), which are unknown numbers, are generated, there is no need to perform iterative calculation such as the least squares method, It is possible to solve simultaneous equations.

特性インピーダンス演算装置２の算出結果出力部２４は、特性インピーダンス分布算出部２３がプリント配線板３の特性インピーダンス分布Ｚ（Ｚ１，Ｚ２，・・・，Ｚ１１）を算出すると、その特性インピーダンス分布Ｚ（Ｚ１，Ｚ２，・・・，Ｚ１１）を出力する（ステップＳＴ５）。
特性インピーダンス分布Ｚ（Ｚ１，Ｚ２，・・・，Ｚ１１）の出力は、表示装置への表示であってもよいし、メモリへの格納であってもよいし、外部装置への出力であってもよい。 When the characteristic impedance distribution calculation unit 23 calculates the characteristic impedance distribution Z (Z 1 , Z 2 ,..., Z 11 ) of the printed wiring board 3, the calculation result output unit 24 of the characteristic impedance calculation device 2 has its characteristic impedance. distribution Z (Z 1, Z 2, ···, Z 11) outputs a (step ST5).
The output of the characteristic impedance distribution Z (Z 1 , Z 2 ,..., Z 11 ) may be displayed on a display device, stored in a memory, or output to an external device. It may be.

図７はプリント配線板３の特性インピーダンス分布Ｚのシミュレーション例を示す説明図である。
図７（ａ）はプリント配線板３の実際の特性インピーダンス分布Ｚを示しており、この例では２つのピークが存在している。
図７（ｂ）は、プリント基板の配線の反射特性Ｓ１１を逆フーリエ変換することでＴＤＲ波形を得る従来の手法で、特性インピーダンス分布Ｚを求めている場合を示している。
図７（ｂ）の例では、反射特性Ｓ１１の測定に用いる周波数の最大値が低いために帯域不足が生じて、ピークが１つしか現れておらず、本来存在している２個のピークが観測されていない。
図７（ｃ）は、この実施の形態１の手法で特性インピーダンス分布Ｚを求めた場合の特性インピーダンス分布Ｚを表しており、本来存在している２個のピークが観測されている。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing a simulation example of the characteristic impedance distribution Z of the printed wiring board 3.
FIG. 7A shows an actual characteristic impedance distribution Z of the printed wiring board 3, and in this example, there are two peaks.
FIG. 7B shows a case where the characteristic impedance distribution Z is obtained by a conventional method of obtaining a TDR waveform by performing inverse Fourier transform on the reflection characteristic S11 of the printed circuit board wiring.
In the example of FIG. 7B, since the maximum value of the frequency used for the measurement of the reflection characteristic S11 is low, a band shortage occurs, and only one peak appears, and two existing peaks are present. Not observed.
FIG. 7C shows the characteristic impedance distribution Z when the characteristic impedance distribution Z is obtained by the method of the first embodiment, and two originally existing peaks are observed.

従来の手法では、反射特性Ｓ１１の測定に用いる周波数の最大値が低い場合、特性インピーダンス分布Ｚの十分な空間分解能が得られないが、この実施の形態１では、反射特性Ｓ１１（ωｎ）の測定に用いる周波数の最大値（上限周波数）と無関係に、測定対象物であるプリント配線板３を細かく分割したモデルを用いれば、特性インピーダンス分布Ｚの空間分解能を高めることができる。
したがって、反射特性Ｓ１１（ωｎ）の測定に用いることが可能な上限周波数によって空間分解能が制限されずに、高い空間分解能を得ることができる。 In the conventional method, when the maximum value of the frequency used for the measurement of the reflection characteristic S11 is low, sufficient spatial resolution of the characteristic impedance distribution Z cannot be obtained. However, in the first embodiment, the reflection characteristic S11 (ω n ) Regardless of the maximum frequency (upper limit frequency) used for measurement, the spatial resolution of the characteristic impedance distribution Z can be increased by using a model obtained by finely dividing the printed wiring board 3 as the measurement object.
Therefore, the spatial resolution is not limited by the upper limit frequency that can be used for the measurement of the reflection characteristic S11 (ω n ), and a high spatial resolution can be obtained.

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、測定対象物であるプリント配線板３を構成しているＭ個の微小区間ｍにおける未知の特性インピーダンスＺｍ及び角周波数ωｎとプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）との関係を示すモデルを保持するモデル保持部２１と、プリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）の測定に用いる角周波数ωｎとして、各微小区間ｍにおける未知の特性インピーダンスＺｍの個数と同数個以上の角周波数を設定し、その設定した複数の角周波数ωｎでプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）をそれぞれ測定する特性測定部１１と、モデル保持部２１により保持されているモデルに対して、特性測定部１１により測定された各角周波数ωｎでの反射特性Ｓ１１（ωｎ）をそれぞれ当て嵌めることで、未知の特性インピーダンスＺｍの個数と同数個以上の連立方程式を生成する連立方程式生成部２２とを設け、特性インピーダンス分布算出部２３が、連立方程式生成部２２により生成された複数の連立方程式からプリント配線板３における各微小区間ｍの特性インピーダンスＺｍを導出することで、プリント配線板３の特性インピーダンス分布Ｚ（Ｚ１，Ｚ２，・・・，ＺＭ）を算出するように構成したので、反射特性Ｓ１１（ωｎ）の測定に用いることが可能な上限周波数に影響されずに、特性インピーダンス分布Ｚの空間分解能を高めることができる効果を奏する。 As is apparent from the above, according to the first embodiment, the unknown characteristic impedance Z m and the angular frequency ω n in the M minute sections m constituting the printed wiring board 3 that is the measurement object are printed. a model holding unit 21 for holding a model showing the relationship between the reflection characteristic S11 (omega n) of the wiring board 3, as the angular frequency omega n used for measurement of the reflection characteristic S11 (omega n) of the printed wiring board 3, each micro set the number of the same number or more of the angular frequency of an unknown characteristic impedance Z m in the interval m, characteristics measurements in a plurality of angular frequencies omega n that the setting reflection characteristic of the printed wiring board 3 S11 the (omega n) is measured, respectively and parts 11, fitting the model held by the model holding unit 21, at each angular frequency omega n measured by the characteristic measuring section 11 reflection characteristics S11 of the (omega n), respectively It is, provided a simultaneous equation generating unit 22 for generating the same number or more simultaneous equations and the number of unknown characteristic impedance Z m, the characteristic impedance distribution calculating section 23, a plurality of simultaneous generated by simultaneous equation generator 22 The characteristic impedance distribution Z (Z 1 , Z 2 ,..., Z M ) of the printed wiring board 3 is calculated by deriving the characteristic impedance Z m of each minute section m in the printed wiring board 3 from the equation. Since it comprised, there exists an effect which can improve the spatial resolution of characteristic impedance distribution Z, without being influenced by the upper limit frequency which can be used for the measurement of reflection characteristic S11 ((omega) n ).

この実施の形態１では、特性インピーダンス測定装置が周波数特性測定装置１と特性インピーダンス演算装置２を実装しているものを示したが、周波数特性測定装置１と特性インピーダンス演算装置２が独立し、例えば、インターネットやＬＡＮなどの伝送線路を介して、周波数特性測定装置１と特性インピーダンス演算装置２が接続されているものであってもよい。
図８はこの発明の実施の形態１による特性インピーダンス測定システムを示す構成図であり、図８において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
周波数特性測定装置１の情報出力部４１は例えばルータなどのネットワーク機器から構成されており、反射特性格納部１２により格納されている各角周波数ωｎでの反射特性Ｓ１１（ωｎ）を示す情報を出力する。
特性インピーダンス演算装置２の情報取得部４２は例えばルータなどのネットワーク機器から構成されており、情報出力部４１から出力された情報を取得し、その情報が示す各角周波数ωｎでの反射特性Ｓ１１（ωｎ）を連立方程式生成部２２に出力する。 In the first embodiment, the characteristic impedance measurement device is shown in which the frequency characteristic measurement device 1 and the characteristic impedance calculation device 2 are mounted. However, the frequency characteristic measurement device 1 and the characteristic impedance calculation device 2 are independent, for example, The frequency characteristic measuring device 1 and the characteristic impedance calculating device 2 may be connected via a transmission line such as the Internet or a LAN.
8 is a block diagram showing a characteristic impedance measurement system according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG.
The information output unit 41 of the frequency characteristic measuring apparatus 1 is composed of, for example, a network device such as a router, and information indicating the reflection characteristic S11 (ω n ) at each angular frequency ω n stored by the reflection characteristic storage unit 12. Is output.
The information acquisition unit 42 of the characteristic impedance calculation device 2 is configured by a network device such as a router, for example, acquires information output from the information output unit 41, and reflects the reflection characteristics S11 at each angular frequency ω n indicated by the information. (Ω n ) is output to the simultaneous equation generation unit 22.

周波数特性測定装置１が情報出力部４１を実装し、特性インピーダンス演算装置２が情報取得部４２を実装している点以外は、図１の特性インピーダンス測定装置と同様であるため詳細な説明を省略するが、図８の構成であれば、周波数特性測定装置１と特性インピーダンス演算装置２が離れている所に設置されても、図１の特性インピーダンス測定装置と同様にプリント配線板３の特性インピーダンス分布Ｚを算出することができる。
ここでは、周波数特性測定装置１と特性インピーダンス演算装置２が、インターネットやＬＡＮなどの伝送線路を介して接続される例を示しているが、周波数特性測定装置１と特性インピーダンス演算装置２の接続形態は伝送線路での接続に限るものではない。
例えば、情報出力部４１及び情報取得部４２が、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ：ユニバーサル・シリアル・バス）に対するインタフェースを備えている場合には、情報出力部４１が、自己に接続されたＵＳＢメモリに対して、反射特性格納部１２により格納されている各角周波数ωｎでの反射特性Ｓ１１（ωｎ）を示す情報を記録したのち、情報取得部４２が、上記ＵＳＢメモリから各角周波数ωｎでの反射特性Ｓ１１（ωｎ）を示す情報を読み出すようにしてもよい。 Since the frequency characteristic measuring device 1 is the same as the characteristic impedance measuring device of FIG. 1 except that the information output unit 41 is mounted and the characteristic impedance calculating device 2 is mounted with the information acquiring unit 42, detailed description is omitted. However, with the configuration of FIG. 8, even if the frequency characteristic measuring apparatus 1 and the characteristic impedance calculating apparatus 2 are installed at a distance, the characteristic impedance of the printed wiring board 3 is the same as the characteristic impedance measuring apparatus of FIG. The distribution Z can be calculated.
Here, an example is shown in which the frequency characteristic measurement device 1 and the characteristic impedance calculation device 2 are connected via a transmission line such as the Internet or a LAN, but the connection form of the frequency characteristic measurement device 1 and the characteristic impedance calculation device 2 Is not limited to connection on a transmission line.
For example, when the information output unit 41 and the information acquisition unit 42 have an interface for a USB (Universal Serial Bus), the information output unit 41 is connected to a USB memory connected to itself. After recording the information indicating the reflection characteristic S11 (ω n ) at each angular frequency ω n stored by the reflection characteristic storage unit 12, the information acquisition unit 42 receives the information from the USB memory at each angular frequency ω n . Information indicating the reflection characteristic S11 (ω n ) may be read out.

実施の形態２．
上記実施の形態１では、周波数特性測定装置１の特性測定部１１が、各微小区間ｍにおける未知の特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１の個数（１１個）と同数個以上の角周波数ω１〜ωＮでプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）をそれぞれ測定し、特性インピーダンス演算装置２の連立方程式生成部２２が、モデル保持部２１により保持されているモデルに対して、特性測定部１１により測定された各角周波数ωｎでの反射特性Ｓ１１（ωｎ）をそれぞれ当て嵌めることで、未知の特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１の個数（１１個）と同数個以上の連立方程式を生成するものを示したが、さらに、角周波数ω１〜ωＮでプリント配線板３の通過特性Ｓ２１（ω１）〜Ｓ２１（ωＮ）をそれぞれ測定し、モデルに対して、その通過特性Ｓ２１（ω１）〜Ｓ２１（ωＮ）をそれぞれ当て嵌めることで連立方程式を生成するようにしてもよい。 Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the characteristic measuring unit 11 of the frequency characteristic measuring apparatus 1 has the same number or more angular frequencies ω 1 to ω as the number (11) of unknown characteristic impedances Z 1 to Z 11 in each minute section m. N is used to measure the reflection characteristics S11 (ω 1 ) to S11 (ω N ) of the printed wiring board 3, and the simultaneous equation generation unit 22 of the characteristic impedance calculation device 2 applies to the model held by the model holding unit 21. Then, by applying the reflection characteristics S11 (ω n ) at the respective angular frequencies ω n measured by the characteristic measuring unit 11, the same number or more as the number (11) of unknown characteristic impedances Z 1 to Z 11 of showed that generates the simultaneous equations, further pass characteristic S21 (omega 1) of the printed wiring board 3 at the angular frequency ω 1 ~ω N ~S21 the (omega N) were measured, in the model On the other hand, simultaneous equations may be generated by fitting the pass characteristics S21 (ω 1 ) to S21 (ω N ), respectively.

図９はこの発明の実施の形態２による特性インピーダンス測定装置を示す構成図であり、図９において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
特性インピーダンス演算装置２のモデル保持部５１は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、特性インピーダンス分布の測定対象物であるプリント配線板３を構成しているＭ個の微小区間ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）における未知の特性インピーダンスＺｍ及び角周波数ωｎとプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）との関係を示すモデルを保持するとともに、Ｍ個の微小区間ｍおける未知の特性インピーダンスＺｍ及び角周波数ωｎとプリント配線板３の通過特性Ｓ２１（ωｎ）との関係を示すモデルを保持している。 9 is a block diagram showing a characteristic impedance measuring apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 9, the same reference numerals as those in FIG.
The model holding unit 51 of the characteristic impedance calculation device 2 is constituted by a storage device such as a RAM or a hard disk, for example, and M minute sections m (constituting the printed wiring board 3 which is a measurement object of the characteristic impedance distribution. M = 1, 2,..., M) hold a model indicating the relationship between the unknown characteristic impedance Z m and the angular frequency ω n and the reflection characteristic S11 (ω n ) of the printed wiring board 3, and M A model indicating the relationship between the unknown characteristic impedance Z m and the angular frequency ω n in the minute section m and the passage characteristic S 21 (ω n ) of the printed wiring board 3 is held.

周波数特性測定装置１の特性測定部５２はプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）及び通過特性Ｓ２１（ωｎ）の測定に用いる角周波数ωｎとして、各微小区間ｍにおける未知の特性インピーダンスＺｍの個数と同数個以上の角周波数を設定し、その設定した複数の角周波数ωｎでプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）及び通過特性Ｓ２１（ωｎ）をそれぞれ測定する測定器である。
ここでは、特性測定部５２が、反射特性Ｓ１１（ωｎ）と通過特性Ｓ２１（ωｎ）の双方を測定しているものを示しているが、周波数特性測定装置１が反射特性Ｓ１１（ωｎ）を測定する図１の特性測定部１１を実装する他に、通過特性Ｓ２１（ωｎ）を測定する測定器を別個に実装するようにしてもよい。
反射特性・通過特性格納部５３は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、特性測定部５２により測定された各角周波数ωｎでの反射特性Ｓ１１（ωｎ）及び通過特性Ｓ２１（ωｎ）を格納する。 The characteristic measuring unit 52 of the frequency characteristic measuring apparatus 1 uses an unknown characteristic impedance in each minute section m as an angular frequency ω n used for measuring the reflection characteristic S11 (ω n ) and the passage characteristic S21 (ω n ) of the printed wiring board 3. Measurement in which the number of angular frequencies equal to or more than the number of Z m is set, and the reflection characteristic S11 (ω n ) and the transmission characteristic S21 (ω n ) of the printed wiring board 3 are respectively measured at the set angular frequencies ω n. It is a vessel.
Here, although the characteristic measurement part 52 has shown what is measuring both reflection characteristic S11 ((omega) n ) and transmission characteristic S21 ((omega) n ), the frequency characteristic measurement apparatus 1 shows reflection characteristic S11 ((omega) n). In addition to mounting the characteristic measurement unit 11 of FIG. 1 that measures the transmission characteristics), a measurement device that measures the pass characteristic S21 (ω n ) may be separately mounted.
The reflection characteristic / transmission characteristic storage unit 53 includes a storage device such as a RAM or a hard disk, for example. The reflection characteristic S11 (ω n ) and the transmission characteristic S21 (at each angular frequency ω n measured by the characteristic measurement unit 52). ω n ) is stored.

特性インピーダンス演算装置２の連立方程式生成部５４は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、モデル保持部５１により保持されている反射特性Ｓ１１（ωｎ）に係るモデルに対して、周波数特性測定装置１の反射特性・通過特性格納部５３により格納されている各角周波数ωｎでの反射特性Ｓ１１（ωｎ）をそれぞれ当て嵌めるとともに、モデル保持部５１により保持されている通過特性Ｓ２１（ωｎ）に係るモデルに対して、周波数特性測定装置１の反射特性・通過特性格納部５３により格納されている各角周波数ωｎでの通過特性Ｓ２１（ωｎ）をそれぞれ当て嵌めることで、未知の特性インピーダンスＺｍの個数と同数個以上の連立方程式を生成する処理を実施する。 The simultaneous equation generation unit 54 of the characteristic impedance calculation device 2 is constituted by, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted, a one-chip microcomputer, or the like, and the reflection characteristic S11 (ω n held by the model holding unit 51. ) Is applied to the reflection characteristic S11 (ω n ) at each angular frequency ω n stored in the reflection characteristic / passage characteristic storage unit 53 of the frequency characteristic measuring apparatus 1 and a model holding unit. With respect to the model related to the transmission characteristic S21 (ω n ) held by 51, the transmission characteristic S21 (at each angular frequency ω n stored in the reflection characteristic / transmission characteristic storage unit 53 of the frequency characteristic measuring apparatus 1). by fitting omega n), respectively, carries out a process of generating an unknown characteristic impedance Z same number or more simultaneous equations and the number of m That.

図９の例では、特性インピーダンス演算装置２の構成要素であるモデル保持部５１、連立方程式生成部５４、特性インピーダンス分布算出部２３及び算出結果出力部２４のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、特性インピーダンス演算装置２がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、特性インピーダンス演算装置２が図３のコンピュータで構成される場合、モデル保持部５１をコンピュータのメモリ３１上に構成するとともに、連立方程式生成部５４、特性インピーダンス分布算出部２３及び算出結果出力部２４の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリ３１に格納し、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図１０はこの発明の実施の形態２による特性インピーダンス測定装置の処理内容（特性インピーダンス測定方法）を示すフローチャートである。 In the example of FIG. 9, each of the model holding unit 51, the simultaneous equation generation unit 54, the characteristic impedance distribution calculation unit 23, and the calculation result output unit 24, which are components of the characteristic impedance calculation device 2, is configured by dedicated hardware. However, the characteristic impedance calculation device 2 may be configured by a computer.
For example, when the characteristic impedance calculation device 2 is configured by the computer of FIG. 3, the model holding unit 51 is configured on the memory 31 of the computer, and the simultaneous equation generation unit 54, the characteristic impedance distribution calculation unit 23, and the calculation result output unit. The program describing the processing contents of 24 may be stored in the memory 31 of the computer, and the processor 32 of the computer may execute the program stored in the memory 31.
FIG. 10 is a flowchart showing the processing contents (characteristic impedance measuring method) of the characteristic impedance measuring apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.

次に動作について説明する。
この実施の形態２でも、上記実施の形態１と同様に、特性インピーダンス分布の測定対象物であるプリント配線板３が、仮想的に１１個の微小区間ｍ（ｍ＝１，２，・・・，１１）に分割されて、１１個の微小区間ｍが縦続に接続されているものとする。
特性インピーダンス演算装置２のモデル保持部５１は、図１のモデル保持部２１と同様に、１１個の微小区間ｍにおける未知の特性インピーダンスＺｍ及び角周波数ωｎとプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）との関係を示すモデルを保持している。
また、モデル保持部５１は、１１個の微小区間ｍにおける未知の特性インピーダンスＺｍ及び角周波数ωｎとプリント配線板３の通過特性Ｓ２１（ωｎ）との関係を示すモデルを保持している。 Next, the operation will be described.
Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the printed wiring board 3 which is a measurement object of the characteristic impedance distribution is virtually divided into 11 minute sections m (m = 1, 2,... , 11), and 11 minute sections m are connected in cascade.
Similar to the model holding unit 21 in FIG. 1, the model holding unit 51 of the characteristic impedance calculation device 2 has unknown characteristic impedance Z m and angular frequency ω n in 11 minute sections m and the reflection characteristic S11 of the printed wiring board 3. A model indicating the relationship with (ω n ) is held.
The model holding unit 51 holds a model indicating the relationship between the unknown characteristic impedance Z m and the angular frequency ω n in the eleven minute sections m and the pass characteristic S 21 (ω n ) of the printed wiring board 3. .

モデル保持部５１により保持されている反射特性Ｓ１１（ωｎ）に係るモデルは、上記実施の形態１と同様に、式（１）のような数式で表される。
一方、モデル保持部５１により保持されている通過特性Ｓ２１（ωｎ）に係るモデルは、下記の式（６）のような数式で表される。

Figure 2016133385
式（６）において、ｈ（）は角周波数ωｎと各微小区間ｍの特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１から、角周波数ωｎでの通過特性Ｓ２１（ωｎ）を導出する関数である。 A model related to the reflection characteristic S11 (ω n ) held by the model holding unit 51 is expressed by a mathematical expression such as Expression (1), as in the first embodiment.
On the other hand, the model related to the pass characteristic S21 (ω n ) held by the model holding unit 51 is expressed by the following equation (6).

Figure 2016133385
In the formula (6), h () is the characteristic impedance Z 1 to Z 11 of the angular frequency omega n and each small section m, a function to derive pass characteristic S21 of the (omega n) of the angular frequency omega n.

また、プリント配線板３の全体の通過特性Ｓ２１（ωｎ）は、上記の式（３）に示しているプリント配線板３の全体のＦ行列の成分を用いると、下記の式（７）のように表される。

Figure 2016133385
Further, the overall pass characteristic S21 (ω n ) of the printed wiring board 3 can be expressed by the following formula (7) using the components of the entire F matrix of the printed wiring board 3 shown in the above formula (3). It is expressed as follows.

Figure 2016133385

周波数特性測定装置１の特性測定部５２は、プリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）及び通過特性Ｓ２１（ωｎ）の測定に用いる角周波数ωｎとして、各微小区間ｍにおける未知の特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１の個数と同数個以上の角周波数ω１〜ωＮを設定する（図１０のステップＳＴ１１）。
この実施の形態２では、プリント配線板３が１１個の微小区間ｍに分割されているものとしているので、プリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ωｎ）及び通過特性Ｓ２１（ωｎ）の測定に用いる角周波数ωｎとして１１個以上の角周波数ω１〜ωＮを設定する。Ｎは１１以上の整数である。
特性測定部５２は、１１個以上の角周波数ω１〜ωＮを設定すると、その角周波数ω１〜ωＮでプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）をそれぞれ測定するとともに、その角周波数ω１〜ωＮでプリント配線板３の通過特性Ｓ２１（ω１）〜Ｓ２１（ωＮ）をそれぞれ測定する（ステップＳＴ１２）。 The characteristic measuring unit 52 of the frequency characteristic measuring apparatus 1 uses an unknown characteristic in each minute section m as the angular frequency ω n used for measuring the reflection characteristic S11 (ω n ) and the transmission characteristic S21 (ω n ) of the printed wiring board 3. The angular frequencies ω 1 to ω N equal to or more than the number of the impedances Z 1 to Z 11 are set (step ST11 in FIG. 10).
In the second embodiment, since the printed wiring board 3 is divided into 11 minute sections m, the reflection characteristic S11 (ω n ) and the passage characteristic S21 (ω n ) of the printed wiring board 3 are measured. 11 or more angular frequencies ω 1 to ω N are set as the angular frequency ω n used for. N is an integer of 11 or more.
Characteristic measuring section 52, respectively 11 Setting or more of the angular frequency ω 1 ~ω N, reflection characteristics S11 in the printed wiring board 3 at the angular frequency ω 1 ~ω N (ω 1) ~S11 the (omega N) as well as measured and the angular frequency ω 1 ~ω pass characteristics of the printed wiring board 3 with N S21 (ω 1) ~S21 ( ω N) is measured, respectively (step ST12).

ここで、図１１は図９の特性インピーダンス測定装置における周波数特性測定装置１とプリント配線板３の接続関係を示す説明図である。
図１１に示すように、プリント配線板３の配線の両端に、測定ケーブル４を介して周波数特性測定装置１を接続するようにすれば、プリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）だけでなく、プリント配線板３の通過特性Ｓ２１（ω１）〜Ｓ２１（ωＮ）を測定することが可能になる。
特性測定部５２により測定された１１個以上の反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）及び通過特性Ｓ２１（ω１）〜Ｓ２１（ωＮ）は、反射特性・通過特性格納部５３に格納される。 Here, FIG. 11 is an explanatory view showing the connection relationship between the frequency characteristic measuring apparatus 1 and the printed wiring board 3 in the characteristic impedance measuring apparatus of FIG.
As shown in FIG. 11, if the frequency characteristic measuring apparatus 1 is connected to both ends of the wiring of the printed wiring board 3 via the measurement cable 4, the reflection characteristics S11 (ω 1 ) to S11 of the printed wiring board 3 will be described. (omega N) as well as passing characteristic S21 (omega 1) of the printed circuit board 3 it is possible to measure the ~S21 (ω N).
Characteristic measuring section 52 11 or more of the reflection characteristic S11 was measured by (ω 1) ~S11 (ω N ) and the passing characteristic S21 (ω 1) ~S21 (ω N) is the reflection characteristics and pass characteristics storing section 53 Stored.

特性インピーダンス演算装置２の連立方程式生成部５４は、モデル保持部５１により保持されている反射特性Ｓ１１（ωｎ）に係るモデルに対して、周波数特性測定装置１の反射特性・通過特性格納部５３により格納されている１１個以上の反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）をそれぞれ当て嵌めるとともに、モデル保持部５１により保持されている通過特性Ｓ２１（ωｎ）に係るモデルに対して、周波数特性測定装置１の反射特性・通過特性格納部５３により格納されている通過特性Ｓ２１（ω１）〜Ｓ２１（ωＮ）をそれぞれ当て嵌めることで、未知数である特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１の個数（１１個）と同数以上の連立方程式を生成する（ステップＳＴ１３）。
即ち、モデル保持部５１により保持されている反射特性Ｓ１１（ωｎ）に係るモデルは式（１）で表されるので、反射特性・通過特性格納部５３により格納されている反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）のそれぞれを式（１）の左辺に代入することで、下記の式（８）に示すような連立方程式を生成する。
また、モデル保持部５１により保持されている通過特性Ｓ２１（ωｎ）に係るモデルは式（６）で表されるので、反射特性・通過特性格納部５３により格納されている通過特性Ｓ２１（ω１）〜Ｓ２１（ωＮ）のそれぞれを式（６）の左辺に代入することで、下記の式（９）に示すような連立方程式を生成する。 The simultaneous equation generation unit 54 of the characteristic impedance calculation device 2 applies the reflection characteristic / passage characteristic storage unit 53 of the frequency characteristic measurement device 1 to the model related to the reflection characteristic S11 (ω n ) held by the model holding unit 51. 11 or more of the reflection characteristics S11 (ω 1 ) to S11 (ω N ) stored in the above are respectively fitted to the model relating to the pass characteristic S21 (ω n ) held by the model holding unit 51. By fitting the transmission characteristics S21 (ω 1 ) to S21 (ω N ) stored in the reflection characteristic / transmission characteristic storage unit 53 of the frequency characteristic measuring apparatus 1 respectively, the characteristic impedances Z 1 to Z 11 that are unknowns are applied. The number of simultaneous equations equal to or greater than the number (11) is generated (step ST13).
That is, since the model related to the reflection characteristic S11 (ω n ) held by the model holding unit 51 is expressed by Expression (1), the reflection characteristic S11 (ω stored in the reflection characteristic / passage characteristic storage unit 53 is stored. By substituting each of 1 ) to S11 (ω N ) into the left side of the equation (1), a simultaneous equation as shown in the following equation (8) is generated.
Further, since the model relating to the transmission characteristic S21 (ω n ) held by the model holding unit 51 is expressed by Expression (6), the transmission characteristic S21 (ω stored in the reflection characteristic / passage characteristic storage unit 53 is stored. By substituting each of 1 ) to S21 (ω N ) into the left side of equation (6), a simultaneous equation as shown in equation (9) below is generated.

式（８）及び式（９）の連立方程式は、Ｎ＞１１の場合を示している。連立方程式において、角周波数ω１〜ωＮと反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ），通過特性Ｓ２１（ω１）〜Ｓ２１（ωＮ）は既知であり、未知数は各微小区間の特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１である。

Figure 2016133385

Figure 2016133385
The simultaneous equations of Equation (8) and Equation (9) show the case where N> 11. In the simultaneous equations, the angular frequencies ω 1 to ω N , the reflection characteristics S 11 (ω 1 ) to S 11 (ω N ), and the pass characteristics S 21 (ω 1 ) to S 21 (ω N ) are known, and the unknowns are in each minute section. the characteristic impedance Z 1 to Z 11.

Figure 2016133385

Figure 2016133385

特性インピーダンス演算装置２の特性インピーダンス分布算出部２３は、連立方程式生成部５４が複数の連立方程式を生成すると、上記実施の形態１と同様に、それらの連立方程式からプリント配線板３における各微小区間ｍの特性インピーダンスＺｍを導出することで、プリント配線板３の特性インピーダンス分布Ｚ（Ｚ１，Ｚ２，・・・，ＺＭ）を算出する（ステップＳＴ１４）。
特性インピーダンス演算装置２の算出結果出力部２４は、特性インピーダンス分布算出部２３がプリント配線板３の特性インピーダンス分布Ｚ（Ｚ１，Ｚ２，・・・，Ｚ１１）を算出すると、その特性インピーダンス分布Ｚ（Ｚ１，Ｚ２，・・・，Ｚ１１）を出力する（ステップＳＴ１５）。 When the simultaneous equation generating unit 54 generates a plurality of simultaneous equations, the characteristic impedance distribution calculating unit 23 of the characteristic impedance computing device 2 uses the simultaneous equations to calculate each minute section in the printed wiring board 3 as in the first embodiment. by deriving the characteristic impedance Z m of m, the characteristic impedance distribution of the printed wiring board 3 Z (Z 1, Z 2 , ···, Z M) is calculated (step ST14).
When the characteristic impedance distribution calculation unit 23 calculates the characteristic impedance distribution Z (Z 1 , Z 2 ,..., Z 11 ) of the printed wiring board 3, the calculation result output unit 24 of the characteristic impedance calculation device 2 has its characteristic impedance. distribution Z (Z 1, Z 2, ···, Z 11) outputs a (step ST15).

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、測定対象物であるプリント配線板３を細かく分割したモデルを用いることで、上記実施の形態１と同様に、反射特性Ｓ１１（ωｎ）の測定に用いる周波数の最大値（上限周波数）とは無関係に、特性インピーダンス分布Ｚの空間分解能を高めることができる。
したがって、反射特性Ｓ１１（ωｎ）の測定に用いることが可能な上限周波数によって空間分解能が制限されずに、高い空間分解能を得ることができる。
また、この実施の形態２では、プリント配線板３の通過特性Ｓ２１（ω１）〜Ｓ２１（ωＮ）を測定し、モデル保持部２１により保持されている通過特性Ｓ２１（ωｎ）に係るモデルに対して、その通過特性Ｓ２１（ω１）〜Ｓ２１（ωＮ）をそれぞれ当て嵌めることで、連立方程式を生成するようにしているので、上記実施の形態１と比べて、生成される連立方程式の個数が２倍になり、反復計算による解の算出精度を高めることができる。 As apparent from the above, according to the second embodiment, by using a model obtained by finely dividing the printed wiring board 3 as the measurement object, the reflection characteristic S11 (ω n) as in the first embodiment. The spatial resolution of the characteristic impedance distribution Z can be increased regardless of the maximum value (upper limit frequency) of the frequency used for the measurement.
Therefore, the spatial resolution is not limited by the upper limit frequency that can be used for the measurement of the reflection characteristic S11 (ω n ), and a high spatial resolution can be obtained.
In the second embodiment, the pass characteristics S21 (ω 1 ) to S21 (ω N ) of the printed wiring board 3 are measured, and the model relating to the pass characteristics S21 (ω n ) held by the model holding unit 21 is measured. On the other hand, the simultaneous equations are generated by fitting the pass characteristics S21 (ω 1 ) to S21 (ω N ), respectively, so that the generated simultaneous equations are compared with the first embodiment. This doubles the number of and the accuracy of solution calculation by iterative calculation can be increased.

この実施の形態２では、周波数特性測定装置１の特性測定部５２が、上記実施の形態１における図１の特性測定部１１と同数個の角周波数ω１〜ωＮを設定しているものを示しているが、モデル保持部２１により保持されている通過特性Ｓ２１（ωｎ）に係るモデルに対して、通過特性Ｓ２１（ω１）〜Ｓ２１（ωＮ）をそれぞれ当て嵌めて連立方程式を生成するようにしているので、上記実施の形態１よりも多くの連立方程式を生成することができる。このため、測定に用いる角周波数ωｎの個数を上記実施の形態１よりも減らしても、未知の特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１の個数と同数個以上の連立方程式を生成することができる。
具体的には、測定に用いる角周波数ωｎの個数を上記実施の形態１より少ない６個に設定しても、６個の反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ω６）と６個の通過特性Ｓ２１（ω１）〜Ｓ２１（ωＮ）から、未知の特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１の個数（１１個）より多い１２個の連立方程式を生成することができる。
したがって、この実施の形態２では、測定に用いる角周波数ωｎの個数を上記実施の形態１よりも減らすことが可能である。 In the second embodiment, the characteristic measuring unit 52 of the frequency characteristic measuring apparatus 1 sets the same number of angular frequencies ω 1 to ω N as the characteristic measuring unit 11 of FIG. 1 in the first embodiment. As shown, the simultaneous characteristics are generated by fitting the pass characteristics S21 (ω 1 ) to S21 (ω N ) to the model related to the pass characteristics S21 (ω n ) held by the model holding unit 21. As a result, more simultaneous equations than in the first embodiment can be generated. For this reason, even if the number of angular frequencies ω n used for measurement is reduced as compared with the first embodiment, simultaneous equations equal to or more than the number of unknown characteristic impedances Z 1 to Z 11 can be generated.
Specifically, even if the number of angular frequencies ω n used for measurement is set to six, which is smaller than that in the first embodiment, six reflection characteristics S11 (ω 1 ) to S11 (ω 6 ) and six From the passage characteristics S21 (ω 1 ) to S21 (ω N ), twelve simultaneous equations that are larger than the number (11) of unknown characteristic impedances Z 1 to Z 11 can be generated.
Therefore, in the second embodiment, the number of angular frequencies ω n used for measurement can be reduced as compared with the first embodiment.

この実施の形態２においても、図８に示すように、周波数特性測定装置１と特性インピーダンス演算装置２が独立している特性インピーダンス測定システムの形態をとることが可能である。   Also in the second embodiment, as shown in FIG. 8, it is possible to take the form of a characteristic impedance measurement system in which the frequency characteristic measurement device 1 and the characteristic impedance calculation device 2 are independent.

実施の形態３．
図１２はこの発明の実施の形態３による特性インピーダンス測定装置を示す構成図であり、図１２において、図１及び図９と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
初期値設定部６１は例えばキーボードやマウスなどのマンマシンインターフェースなどから構成されており、測定対象物であるプリント配線板３の特性インピーダンス分布の初期値の設定を受け付ける処理を実施する。 Embodiment 3 FIG.
12 is a block diagram showing a characteristic impedance measuring apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 12, the same reference numerals as those in FIGS.
The initial value setting unit 61 includes, for example, a man-machine interface such as a keyboard and a mouse, and performs a process of receiving an initial value setting of a characteristic impedance distribution of the printed wiring board 3 that is a measurement target.

上記実施の形態１，２では、連立方程式生成部２２，５４により生成された連立方程式の個数が、未知数である特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１の個数より多い場合、最小自乗法などの反復計算を実施することで、各微小区間ｍの特性インピーダンスＺ１〜Ｚ１１を導出するものを示したが、最小自乗法などの反復計算を実施する際、特性インピーダンス分布の初期値が実際の特性インピーダンス分布とかけ離れた値である場合、反復計算の収束性が劣化する。例えば、乱数などで初期値を設定する場合、実際の特性インピーダンス分布とかけ離れた値になって、反復計算の収束性が劣化することがある。
そこで、この実施の形態３では、初期値設定部６１が、反復計算の収束性を高めることができる適正な初期値の設定を受け付けるようにし、特性インピーダンス分布算出部２３が、初期値設定部６１により設定が受け付けられた初期値を用いる反復計算を実施することで、連立方程式生成部５４（または連立方程式生成部２２）により生成された複数の連立方程式からプリント配線板３における各微小区間ｍの特性インピーダンスＺｍを導出するようにする。 In the first and second embodiments, when the number of simultaneous equations generated by the simultaneous equation generating units 22 and 54 is larger than the number of characteristic impedances Z 1 to Z 11 which are unknown numbers, iterative calculation such as the least square method is performed. Although it has been shown that the characteristic impedances Z 1 to Z 11 of each minute section m are derived by executing, when performing iterative calculation such as the method of least squares, the initial value of the characteristic impedance distribution is the actual characteristic impedance distribution. If the values are far from each other, the convergence of the iterative calculation deteriorates. For example, when the initial value is set with a random number or the like, it may become a value far from the actual characteristic impedance distribution, and the convergence of the iterative calculation may deteriorate.
Therefore, in the third embodiment, the initial value setting unit 61 accepts the setting of an appropriate initial value that can improve the convergence of the iterative calculation, and the characteristic impedance distribution calculation unit 23 receives the initial value setting unit 61. By carrying out the iterative calculation using the initial value accepted by the setting, the plurality of simultaneous equations generated by the simultaneous equation generating unit 54 (or the simultaneous equation generating unit 22) of each minute section m in the printed wiring board 3 so as to derive the characteristic impedance Z m.

なお、反復計算の収束性を高めることができる適正な初期値は、プリント配線板３の実際の特性インピーダンス分布に近い分布である。測定対象物がプリント配線板３であれば、特性インピーダンス５０Ωの配線を使う場合が多く、不整合部を除いた多くの区間では５０Ω程度の特性インピーダンスになっていることが予想される。このため、プリント配線板３の全区間の特性インピーダンスを５０Ωとする初期値は、反復計算の収束性を高める上で適正な初期値であると言える。
よって、プリント配線板３の特性インピーダンス分布の初期値として、例えば、初期値設定部６１が５０Ωを設定する形態が考えられる。 A proper initial value that can improve the convergence of the iterative calculation is a distribution close to the actual characteristic impedance distribution of the printed wiring board 3. If the object to be measured is the printed wiring board 3, wiring with a characteristic impedance of 50Ω is often used, and it is expected that the characteristic impedance is about 50Ω in many sections excluding the mismatched portion. For this reason, it can be said that the initial value at which the characteristic impedance of the entire section of the printed wiring board 3 is 50Ω is an appropriate initial value for improving the convergence of the iterative calculation.
Therefore, as an initial value of the characteristic impedance distribution of the printed wiring board 3, for example, a mode in which the initial value setting unit 61 sets 50Ω is conceivable.

実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４による特性インピーダンス測定装置を示す構成図であり、図１３において、図１及び図９と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
初期値設定部６２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、周波数特性測定装置１の特性測定部５２（または特性測定部１１）により測定された角周波数ω１〜ωＮでのプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）からプリント配線板３の特性インピーダンス分布を粗推定して、その粗推定した特性インピーダンス分布を初期値に設定する処理を実施する。 Embodiment 4 FIG.
13 is a block diagram showing a characteristic impedance measuring apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 13, the same reference numerals as those in FIGS.
The initial value setting unit 62 is composed of, for example, a semiconductor integrated circuit mounting a CPU or a one-chip microcomputer, and is measured by the characteristic measuring unit 52 (or the characteristic measuring unit 11) of the frequency characteristic measuring apparatus 1. angular frequency ω 1 ~ω reflection characteristic of the printed wiring board 3 in N S11 (ω 1) ~S11 ( ω N) the characteristic impedance distribution of the printed wiring board 3 by rough estimates from the crude estimated characteristic impedance distribution Perform the process of setting the initial value.

次に動作について説明する。
初期値設定部６２が、プリント配線板３の特性インピーダンス分布の初期値を設定する点以外は、上記実施の形態１，２と同様であるため、ここでは、初期値設定部６２の処理内容だけを説明する。特性インピーダンス分布の初期値を設定する理由は、上記実施の形態３に記載しているように、反復計算の収束性を高めるためである。 Next, the operation will be described.
Since the initial value setting unit 62 is the same as the first and second embodiments except that the initial value of the characteristic impedance distribution of the printed wiring board 3 is set, only the processing content of the initial value setting unit 62 is described here. Will be explained. The reason for setting the initial value of the characteristic impedance distribution is to improve the convergence of iterative calculation as described in the third embodiment.

初期値設定部６２は、特性インピーダンス分布算出部２３が反復計算を開始する前に、その反復計算に用いる特性インピーダンス分布の初期値を設定する。
具体的には、以下のようにして、反復計算に用いる特性インピーダンス分布の初期値を設定する。
まず、初期値設定部６２は、周波数特性測定装置１の特性測定部５２（または特性測定部１１）が、角周波数ω１〜ωＮでのプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）を測定して、その反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）を反射特性・通過特性格納部５３（または反射特性格納部１２）に格納すると、その反射特性・通過特性格納部５３（または反射特性格納部１２）から反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）を取得する。 The initial value setting unit 62 sets an initial value of the characteristic impedance distribution used for the iterative calculation before the characteristic impedance distribution calculating unit 23 starts the iterative calculation.
Specifically, the initial value of the characteristic impedance distribution used for the iterative calculation is set as follows.
First, in the initial value setting unit 62, the characteristic measuring unit 52 (or the characteristic measuring unit 11) of the frequency characteristic measuring apparatus 1 uses the reflection characteristics S11 (ω 1 ) of the printed wiring board 3 at the angular frequencies ω 1 to ω N. When S11 (ω N ) is measured and the reflection characteristics S11 (ω 1 ) to S11 (ω N ) are stored in the reflection characteristic / passage characteristic storage unit 53 (or the reflection characteristic storage unit 12), the reflection characteristics / passage are obtained. The reflection characteristics S11 (ω 1 ) to S11 (ω N ) are acquired from the characteristic storage unit 53 (or the reflection characteristic storage unit 12).

初期値設定部６２は、反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）を取得すると、その反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）からプリント配線板３の特性インピーダンス分布を粗推定する。
特性インピーダンス分布を粗推定する方法としては、例えば、非特許文献１に開示されている手法が考えられる。非特許文献１に開示されている手法は、反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）を逆フーリエ変換してステップ応答を計算する手法であり、このステップ応答はＴＤＲの波形（プリント基板の配線における特性インピーダンス分布の変化を表している）に相当する。このステップ応答から得られるＴＤＲの波形は、空間分解能が低いが、プリント配線板３の実際の特性インピーダンス分布に近いことが期待される。
初期値設定部６２は、プリント配線板３の特性インピーダンス分布を粗推定すると、その粗推定した特性インピーダンス分布を初期値に設定し、その初期値を特性インピーダンス分布算出部２３に出力する。 The initial value setting unit 62, the reflection characteristic S11 (ω 1) ~S11 (ω N) when the acquiring, the reflection characteristic S11 (ω 1) ~S11 (ω N) crude estimate the characteristic impedance distribution of the printed circuit board 3 from To do.
As a method for roughly estimating the characteristic impedance distribution, for example, a method disclosed in Non-Patent Document 1 can be considered. The method disclosed in Non-Patent Document 1 is a method of calculating a step response by performing inverse Fourier transform on the reflection characteristics S11 (ω 1 ) to S11 (ω N ), and this step response has a TDR waveform (printed circuit board). This represents a change in the characteristic impedance distribution in the wiring. The TDR waveform obtained from this step response has a low spatial resolution, but is expected to be close to the actual characteristic impedance distribution of the printed wiring board 3.
When the characteristic impedance distribution of the printed wiring board 3 is roughly estimated, the initial value setting unit 62 sets the roughly estimated characteristic impedance distribution to an initial value, and outputs the initial value to the characteristic impedance distribution calculating unit 23.

以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、初期値設定部６２が、周波数特性測定装置１の特性測定部５２（または特性測定部１１）により測定された角周波数ω１〜ωＮでのプリント配線板３の反射特性Ｓ１１（ω１）〜Ｓ１１（ωＮ）からプリント配線板３の特性インピーダンス分布を粗推定して、その粗推定した特性インピーダンス分布を初期値に設定するように構成したので、上記実施の形態３と同様に、反復計算の収束性を高めることができるほか、自動的に適正な初期値を設定することができる効果を奏する。 As is apparent from the above, according to the fourth embodiment, the initial value setting unit 62 uses the angular frequencies ω 1 to ω measured by the characteristic measuring unit 52 (or the characteristic measuring unit 11) of the frequency characteristic measuring apparatus 1. the characteristic impedance distribution of the reflection characteristic S11 (ω 1) ~S11 printed circuit board 3 from (omega N) of the printed wiring board 3 at the N and rough estimates, to set the crude estimated characteristic impedance distribution in the initial value Thus, as in the third embodiment, the convergence of iterative calculation can be improved, and an appropriate initial value can be automatically set.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。   In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .

１ 周波数特性測定装置、２ 特性インピーダンス演算装置、３ プリント配線板（測定対象物）、４ 測定ケーブル、１１ 特性測定部、１２ 反射特性格納部、２１ モデル保持部、２２ 連立方程式生成部、２３ 特性インピーダンス分布算出部、２４ 算出結果出力部、３１ メモリ、３２ プロセッサ、４１ 情報出力部、４２ 情報取得部、５１ モデル保持部、５２ 特性測定部、５３ 反射特性・通過特性格納部、５４ 連立方程式生成部、６１，６２ 初期値設定部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Frequency characteristic measuring apparatus, 2 Characteristic impedance calculating apparatus, 3 Printed wiring board (measurement object), 4 Measurement cable, 11 Characteristic measuring part, 12 Reflection characteristic storage part, 21 Model holding part, 22 Simultaneous equation generation part, 23 Characteristic Impedance distribution calculation unit, 24 calculation result output unit, 31 memory, 32 processor, 41 information output unit, 42 information acquisition unit, 51 model holding unit, 52 characteristic measurement unit, 53 reflection characteristic / passage characteristic storage unit, 54 simultaneous equation generation Part, 61, 62 Initial value setting part.

Claims (6)

特性インピーダンス分布の測定対象物を構成している各区間における未知の特性インピーダンス及び角周波数と前記測定対象物の反射特性との関係を示すモデルを保持するモデル保持部と、
前記測定対象物の反射特性の測定に用いる角周波数として、前記各区間における未知の特性インピーダンスの個数と同数個以上の角周波数を設定し、その設定した複数の角周波数で前記測定対象物の反射特性をそれぞれ測定する特性測定部と、
前記モデル保持部により保持されているモデルに対して、前記特性測定部により測定された各角周波数での反射特性をそれぞれ当て嵌めることで、前記未知の特性インピーダンスの個数と同数個以上の連立方程式を生成する連立方程式生成部と、
前記連立方程式生成部により生成された複数の連立方程式から前記測定対象物における各区間の特性インピーダンスを導出することで、前記測定対象物の特性インピーダンス分布を算出する特性インピーダンス分布算出部と
を備えた特性インピーダンス測定装置。 A model holding unit for holding a model indicating the relationship between the unknown characteristic impedance and angular frequency in each section constituting the measurement object of the characteristic impedance distribution and the reflection characteristic of the measurement object;
As the angular frequency used for measuring the reflection characteristic of the measurement object, an angular frequency equal to or more than the number of unknown characteristic impedances in each section is set, and the reflection of the measurement object is performed at the set angular frequencies. A characteristic measurement unit for measuring each characteristic;
By fitting the reflection characteristics at each angular frequency measured by the characteristic measurement unit to the model held by the model holding unit, the simultaneous equations equal to or more than the number of the unknown characteristic impedances are applied. A simultaneous equation generator for generating
A characteristic impedance distribution calculating unit that calculates the characteristic impedance distribution of the measurement object by deriving the characteristic impedance of each section in the measurement object from a plurality of simultaneous equations generated by the simultaneous equation generation unit. Characteristic impedance measuring device. 前記モデル保持部は、前記各区間における未知の特性インピーダンス及び角周波数と前記測定対象物の反射特性との関係を示すモデルを保持するとともに、前記各区間における未知の特性インピーダンス及び角周波数と前記測定対象物の通過特性との関係を示すモデルを保持し、
前記特性測定部は、前記測定対象物の反射特性及び通過特性の測定に用いる角周波数として、前記各区間における未知の特性インピーダンスの個数と同数個以上の角周波数を設定し、その設定した複数の角周波数で前記測定対象物の反射特性及び通過特性をそれぞれ測定し、
前記連立方程式生成部は、前記モデル保持部により保持されている反射特性に係るモデルに対して、前記特性測定部により測定された各角周波数での反射特性をそれぞれ当て嵌めるとともに、前記モデル保持部により保持されている通過特性に係るモデルに対して、前記特性測定部により測定された各角周波数での通過特性をそれぞれ当て嵌めることで、前記未知の特性インピーダンスの個数と同数個以上の連立方程式を生成することを特徴とする請求項１記載の特性インピーダンス測定装置。 The model holding unit holds a model indicating the relationship between the unknown characteristic impedance and angular frequency in each section and the reflection characteristic of the measurement object, and the unknown characteristic impedance and angular frequency in each section and the measurement Holds a model showing the relationship with the passing characteristics of the object,
The characteristic measurement unit sets an angular frequency equal to or more than the number of unknown characteristic impedances in each section as an angular frequency used for measurement of reflection characteristics and transmission characteristics of the measurement object, Measure the reflection characteristic and the transmission characteristic of the measurement object at an angular frequency,
The simultaneous equation generation unit fits the reflection characteristic at each angular frequency measured by the characteristic measurement unit to the model related to the reflection characteristic held by the model holding unit, and the model holding unit. By fitting the pass characteristics at each angular frequency measured by the characteristic measuring unit to the model related to the pass characteristics held by the above, the simultaneous equations equal to or more than the number of the unknown characteristic impedances are applied. The characteristic impedance measuring apparatus according to claim 1, wherein: 前記測定対象物の特性インピーダンス分布の初期値を設定する初期値設定部を備え、
前記特性インピーダンス分布算出部は、前記初期値設定部により設定された初期値を用いる反復計算を実施することで、前記測定対象物における各区間の特性インピーダンスとして、前記連立方程式を満たす解を算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の特性インピーダンス測定装置。 An initial value setting unit for setting an initial value of the characteristic impedance distribution of the measurement object;
The characteristic impedance distribution calculation unit calculates a solution satisfying the simultaneous equations as the characteristic impedance of each section in the measurement object by performing iterative calculation using the initial value set by the initial value setting unit. 3. The characteristic impedance measuring apparatus according to claim 1, wherein the characteristic impedance is measured. 前記初期値設定部は、前記特性測定部により測定された各角周波数での反射特性から前記測定対象物の特性インピーダンス分布を粗推定して、その粗推定した特性インピーダンス分布を前記初期値に設定することを特徴とする請求項３記載の特性インピーダンス測定装置。   The initial value setting unit roughly estimates the characteristic impedance distribution of the measurement object from the reflection characteristics at each angular frequency measured by the characteristic measurement unit, and sets the rough estimated characteristic impedance distribution to the initial value. The characteristic impedance measuring device according to claim 3. 周波数特性測定装置と特性インピーダンス演算装置から構成されている特性インピーダンス測定システムにおいて、
特性インピーダンス分布の測定対象物を構成している各区間における未知の特性インピーダンス及び角周波数と前記測定対象物の反射特性との関係を示すモデルを保持するモデル保持部と、
前記測定対象物の反射特性の測定に用いる角周波数として、前記各区間における未知の特性インピーダンスの個数と同数個以上の角周波数を設定し、その設定した複数の角周波数で前記測定対象物の反射特性をそれぞれ測定する特性測定部と、
前記特性測定部により測定された各角周波数での反射特性を示す情報を出力する情報出力部と、
前記情報出力部から出力された情報を取得する情報取得部と、
前記モデル保持部により保持されているモデルに対して、前記情報取得部により取得された情報が示す各角周波数での反射特性をそれぞれ当て嵌めることで、前記未知の特性インピーダンスの個数と同数個以上の連立方程式を生成する連立方程式生成部と、
前記連立方程式生成部により生成された複数の連立方程式から前記測定対象物における各区間の特性インピーダンスを導出することで、前記測定対象物の特性インピーダンス分布を算出する特性インピーダンス分布算出部とを備え、
前記特性測定部及び前記情報出力部が前記周波数特性測定装置に実装され、前記モデル保持部、前記情報取得部、前記連立方程式生成部及び前記特性インピーダンス分布算出部が前記特性インピーダンス演算装置に実装されていることを特徴とする特性インピーダンス測定システム。 In a characteristic impedance measurement system composed of a frequency characteristic measurement device and a characteristic impedance calculation device,
A model holding unit for holding a model indicating the relationship between the unknown characteristic impedance and angular frequency in each section constituting the measurement object of the characteristic impedance distribution and the reflection characteristic of the measurement object;
As the angular frequency used for measuring the reflection characteristic of the measurement object, an angular frequency equal to or more than the number of unknown characteristic impedances in each section is set, and the reflection of the measurement object is performed at the set angular frequencies. A characteristic measurement unit for measuring each characteristic;
An information output unit that outputs information indicating reflection characteristics at each angular frequency measured by the characteristic measurement unit;
An information acquisition unit for acquiring information output from the information output unit;
By applying the reflection characteristics at each angular frequency indicated by the information acquired by the information acquisition unit to the model held by the model holding unit, the same number or more as the number of unknown characteristic impedances. A simultaneous equation generator for generating simultaneous equations of
A characteristic impedance distribution calculating unit that calculates the characteristic impedance distribution of the measurement object by deriving the characteristic impedance of each section in the measurement object from a plurality of simultaneous equations generated by the simultaneous equation generation unit,
The characteristic measurement unit and the information output unit are mounted on the frequency characteristic measurement device, and the model holding unit, the information acquisition unit, the simultaneous equation generation unit, and the characteristic impedance distribution calculation unit are mounted on the characteristic impedance calculation device. Characteristic impedance measurement system characterized by that. モデル保持部が、特性インピーダンス分布の測定対象物を構成している各区間における未知の特性インピーダンス及び角周波数と前記測定対象物の反射特性との関係を示すモデルを保持し、
特性測定部が、前記測定対象物の反射特性の測定に用いる角周波数として、前記各区間における未知の特性インピーダンスの個数と同数個以上の角周波数を設定し、その設定した複数の角周波数で前記測定対象物の反射特性をそれぞれ測定し、
連立方程式生成部が、前記モデル保持部により保持されているモデルに対して、前記特性測定部により測定された各角周波数での反射特性をそれぞれ当て嵌めることで、前記未知の特性インピーダンスの個数と同数個以上の連立方程式を生成し、
特性インピーダンス分布算出部が、前記連立方程式生成部により生成された複数の連立方程式から前記測定対象物における各区間の特性インピーダンスを導出することで、前記測定対象物の特性インピーダンス分布を算出する
特性インピーダンス測定方法。 The model holding unit holds a model indicating the relationship between the unknown characteristic impedance and angular frequency in each section constituting the measurement object of the characteristic impedance distribution and the reflection characteristic of the measurement object,
The characteristic measuring unit sets an angular frequency equal to or more than the number of unknown characteristic impedances in each section as the angular frequency used for measuring the reflection characteristic of the measurement object, and the angular frequency is set with the set angular frequencies. Measure the reflection characteristics of the measurement object,
The simultaneous equation generation unit applies the reflection characteristics at each angular frequency measured by the characteristic measurement unit to the model held by the model holding unit, thereby obtaining the number of unknown characteristic impedances and Generate more than the same number of simultaneous equations,
The characteristic impedance distribution calculation unit calculates the characteristic impedance distribution of the measurement object by deriving the characteristic impedance of each section in the measurement object from a plurality of simultaneous equations generated by the simultaneous equation generation unit. Measuring method.
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