JP2020076602A

JP2020076602A - インピーダンス測定装置

Info

Publication number: JP2020076602A
Application number: JP2018208841A
Authority: JP
Inventors: 健至酒井; Kenji Sakai; 康良鎌田; Yasuyoshi Kamata; 三木　昭彦; Akihiko Miki; 昭彦三木
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2020-05-21
Anticipated expiration: 2038-11-06
Also published as: JP7221026B2

Abstract

【課題】電流供給用電路の周囲に発生する磁束の電圧検出用電路側への影響を低減し、シールド板を配置することなく各電圧検出用電路における結合容量の影響も抑える。【解決手段】測定対象の一方の電極に接続されるコネクタ３ａ、測定対象の他方の電極に接続されるコネクタ３ｂ、および入力部６ａ，６ｂ間への入力電圧に基づき測定対象の両端間電圧を検出する電圧検出回路６が実装され、コネクタ３ａと入力部６ａを接続する配線パターンＰ１およびコネクタ３ｂと入力部６ｂを接続する配線パターンＰ２が形成された回路基板９を備え、基板９はグランド層を挟んで形成された配線層ＷＰ１，ＷＰ２を含む多層基板で構成され、配線パターンＰ１の主たる部位Ｐ１ｃは配線層ＷＰ１に形成され、配線パターンＰ２の主たる部位Ｐ２ｃは、配線層ＷＰ２に形成されると共に基板９を平面視した状態において主たる部位Ｐ１ｃの全体とほぼ重なる特定部位ＳＰ１を含んでいる。【選択図】図３

Description

本発明は、測定対象のインピーダンスを４端子法で測定するインピーダンス測定装置に関するものである。

この種のインピーダンス測定装置の一例として、下記の特許文献１において従来技術として開示された抵抗測定装置が知られている。この抵抗測定装置は、図７に示すように、定電流（この特許文献１の抵抗測定装置では一例として直流定電流）を測定対象ＤＵＴ（この特許文献１では一例としてスルーホール）に供給する電流源６１と、この定電流が供給されているときに測定対象ＤＵＴの両端間に発生する電圧（両端間電圧）を、一対の電圧検出用のプローブ５２ａ，５２ｂおよび電圧検出用電路ＲＴ_Ｈｐ，ＲＴ_Ｌｐを介して測定する電圧計５１とを備え、電圧計５１で測定された両端間電圧を定電流の電流値で除算することで、測定対象ＤＵＴの抵抗を算出している。

なお、この抵抗測定装置では、電流源６１から電流供給用電路ＲＴ_Ｈｃ，ＲＴ_Ｌｃおよび一対の電流供給用のプローブ６２ａ，６２ｂを介して測定対象ＤＵＴに定電流を供給する際に、電流供給用電路ＲＴ_Ｈｃ，ＲＴ_Ｌｃの周囲に磁束Φが発生し、隣接する電圧計５１側の電圧検出用電路ＲＴ_Ｈｐ，ＲＴ_Ｌｐにこの磁束Φが鎖交することにより、この電圧検出用電路ＲＴ_Ｈｐ，ＲＴ_Ｌｐに起電力が誘起される。そして、この起電力は、両端間電圧に重畳されて電圧計５１により測定されるため、誤差要因となる。

この誤差による影響をなくすためには、上記特許文献１に開示されているように、電圧検出用電路に誘起される起電力が消滅するまで十分な待ち時間を設けて両端間電圧を測定する方法が考えられるが、電流源から測定対象に供給される定電流が直流定電流ではなく交流定電流のときには、電流供給用電路の周囲に磁束が常時発生することから、この方法は採用できない。

そこで、電流源６１から測定対象ＤＵＴに定電流を供給する図７の構成に代えて、図８に示すインピーダンス測定装置の構成を採用することが考えられる。このインピーダンス測定装置では、信号源７１から交流電圧Ｖ１（グランドＧの電位を基準とする電圧）を電流供給用電路ＲＴ_Ｈｃおよび電流供給用のプローブ６２ａを介して測定対象ＤＵＴの一方の電極に印加する。また、電流供給用のプローブ６２ｂおよび電流供給用電路ＲＴ_Ｌｃを介して測定対象ＤＵＴの他方の電極に電流電圧変換回路７２を接続し、この電流電圧変換回路７２において、測定対象ＤＵＴの他方の電極の電圧をグランドＧの電位に規定すると共に測定対象ＤＵＴに流れる電流Ｉｍを電圧Ｖｉに変換する。また、電圧計７３でこの電圧Ｖｉを測定する。そして、このインピーダンス測定装置では、電流Ｉｍを示す電圧Ｖｉと電圧計５１で測定した両端間電圧とに基づいて測定対象ＤＵＴのインピーダンスを算出する。また、電圧検出用電路ＲＴ_Ｈｐと電圧検出用電路ＲＴ_Ｌｐとを可能な限り接近させて（つまり、各電圧検出用電路ＲＴ_Ｈｐ，ＲＴ_Ｌｐ、各電圧検出用のプローブ５２ａ，５２ｂおよび測定対象ＤＵＴで囲まれる領域ＡＲの面積を小さくして）、電流供給用電路ＲＴ_Ｈｃおよび電流供給用電路ＲＴ_Ｌｃの周囲に発生する磁束Φの影響を低減させている。

特開２０１０−２１９９号公報（第２−３頁、第２図）

ところが、上記した図８に示すインピーダンス測定装置では、接近させた電圧検出用電路ＲＴ_Ｈｐと電圧検出用電路ＲＴ_Ｌｐとの間の結合容量Ｃが大きくなるため、信号源７１から測定対象ＤＵＴに供給される電流Ｉｍのうちのこの結合容量Ｃを介して流れる電流が無視できない状況になる（つまり、電流電圧変換回路７２で電圧Ｖｉに変換する電流に、測定対象ＤＵＴに流れた電流だけでなく、結合容量Ｃを介して流れた電流が含まれる状況になる）ことから、測定される測定対象ＤＵＴのインピーダンスに誤差が生じる。そこで、接近させた電圧検出用電路ＲＴ_Ｈｐと電圧検出用電路ＲＴ_Ｌｐとの間に不図示のシールド板（金属板）を配置して接地することで、この結合容量Ｃを介して流れる電流の電流電圧変換回路７２側への流入を抑える（ひいては、測定対象ＤＵＴのインピーダンスの算出に及ぼす結合容量Ｃの影響を抑える）構成を採用することも考えられる。しかし、その構成では、シールド板（金属板）を別途配置しなければならないことから、装置コストがアップしたり、電圧検出用電路ＲＴ_Ｈｐ，ＲＴ_Ｌｐとしての配線パターンが形成される回路基板（シールド板を実装する回路基板）の構造設計が難しくなるという課題が新たに生じる。

本発明は、かかる解決すべき課題に鑑みてなされたものであり、電流供給用電路の周囲に発生する磁束の電圧検出用電路側への影響を低減しつつ、シールド板を別途配置することなく、各電圧検出用電路における結合容量の影響も抑え得る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記載のインピーダンス測定装置は、信号源から測定対象に電圧を印加した際に当該測定対象に流れる測定用電流と、当該測定用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とに基づいて当該測定対象のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置であって、第１検出プローブを介して前記測定対象の一方の電極に接続される第１検出用コネクタ、第２検出プローブを介して前記測定対象の他方の電極に接続される第２検出用コネクタ、および一対の入力部間に入力される電圧に基づいて前記両端間電圧を検出する電圧検出回路が実装されると共に、前記第１検出用コネクタと前記一対の入力部のうちの一方の入力部とを接続する第１配線パターンおよび前記第２検出用コネクタと前記一対の入力部のうちの他方の入力部とを接続する第２配線パターンが形成された回路基板を備え、前記回路基板は、グランド層、および当該グランド層を挟んで形成された一対の配線層を少なくとも含む多層配線基板で構成され、前記第１配線パターンのうちの前記第１検出用コネクタの近傍部位と前記一方の入力部の近傍部位とを除く主たる部位は前記一対の配線層のうちの一方の配線層に形成され、前記第２配線パターンのうちの前記第２検出用コネクタの近傍部位と前記他方の入力部の近傍部位とを除く主たる部位は、前記一対の配線層のうちの他方の配線層に形成されると共に、前記回路基板を平面視した状態において前記第１配線パターンの前記主たる部位の全体とほぼ重なる特定部位を含んでいる。

また、請求項２記載のインピーダンス測定装置は、請求項１記載のインピーダンス測定装置において、前記電圧検出回路は、前記一方の入力部に入力端子が接続された第１バッファ回路、および前記他方の入力部に入力端子が接続された第２バッファ回路を備えて構成され、前記第１バッファ回路が前記一方の配線層に実装されると共に前記一方の入力部の前記近傍部位は当該一方の配線層に形成され、前記第２バッファ回路が前記他方の配線層に実装されると共に前記他方の入力部の前記近傍部位は、当該他方の配線層に形成され、かつ前記回路基板を平面視した状態において前記第１配線パターンの前記一方の入力部の前記近傍部位とほぼ重なるように形成されている。

請求項１記載のインピーダンス測定装置によれば、測定対象、各検出プローブおよび第１，第２配線パターンで構成される電圧検出ループ全体のうちの第１，第２配線パターンで構成される基板内電圧検出ループの面積が小さくなるように構成されることで、電圧検出回路が、回路基板に形成されて電流供給用電路の一部を構成する配線パターンの周囲に測定用電流に起因して生じる磁束の影響が大幅に低減された状態で両端間電圧を正確に検出することができ、また第１，第２配線パターンがグランド層を挟んで異なる配線層に形成されることで、電流検出回路が、第１，第２配線パターン間の結合容量の影響が回避された状態で測定用電流を正確に検出することができる。このため、このインピーダンス測定装置によれば、回路基板に形成されて電流供給用電路の一部を構成する配線パターンの周囲に発生する磁束の第１，第２配線パターン側への影響を低減しつつ、シールド板を別途配置することなく第１，第２配線パターンにおける結合容量の影響も抑えながら、測定対象のインピーダンスを正確に測定することができる。

また、請求項２記載のインピーダンス測定装置によれば、一方の入力部に入力端子が接続された第１バッファ回路、および他方の入力部に入力端子が接続された第２バッファ回路を備えて電圧検出回路が構成され、第１バッファ回路を一方の配線層に実装して、第１配線パターンにおける一方の入力部の近傍部位を主たる部位と共に一方の配線層に形成し、第２バッファ回路を他方の配線層に実装して、第２配線パターンにおける他方の入力部の近傍部位を、主たる部位と共に他方の配線層に形成し、かつ回路基板を平面視した状態において第１配線パターンにおける近傍部位と重なるように形成する構成を採用しているため、第１，第２配線パターンで構成される基板内電圧検出ループの面積がさらに小さくなるように構成されて、上記の磁束の影響がさらに低減されると共に、第１，第２配線パターン間の結合容量の影響についてもより完全に近い形で回避されていることから、測定対象のインピーダンスをより正確に測定することができる。

インピーダンス測定装置１の構成を示す構成図である。各コネクタ２ａ，３ａ，３ｂ，２ｂ、信号源４および電流検出回路５と、電圧検出回路６の各バッファ回路６ｄ，６ｅおよび差動増幅回路６ｆとが実装された回路基板９の斜視図である。回路基板９の第１配線層ＷＰ１側から見た第１配線層ＷＰ１上のコネクタ２ａ等の部品および各配線パターンＰ１〜Ｐ４の配置図である。回路基板９の第１配線層ＷＰ１側から見た第２配線層ＷＰ２上のコネクタ２ａ等の部品および各配線パターンＰ１〜Ｐ４の配置図である。回路基板９の構造を説明するための図３におけるＸ−Ｘ線断面図である。他の回路基板９の第１配線層ＷＰ１側から見た第１配線層ＷＰ１上のコネクタ２ａ等の部品および各配線パターンＰ１〜Ｐ４の配置図である。背景技術を説明するための説明図である。背景技術を説明するための他の説明図である。

以下、インピーダンス測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

まず、このインピーダンス測定装置としてのインピーダンス測定装置１の構成について、図１を参照して説明する。

インピーダンス測定装置１は、図１に示すように、一対の第１供給用コネクタ２ａおよび第２供給用コネクタ２ｂ、一対の第１検出用コネクタ３ａおよび第２検出用コネクタ３ｂ、信号源４、電流検出回路５、電圧検出回路６、処理部７および出力部８を備え、測定対象ＤＵＴのインピーダンスＺを測定可能に構成されている。また、インピーダンス測定装置１では、少なくとも、各供給用コネクタ２ａ，２ｂ、各検出用コネクタ３ａ，３ｂ、信号源４、電流検出回路５および電圧検出回路６については、共通の回路基板９に実装された状態で、インピーダンス測定装置１を構成する不図示の筐体内に配設されている。回路基板９は、一例として、図２，５に示すように、内層としてのグランド層（回路基板９のほぼ全域に亘って形成されたグランドプレーン）ＧＰ、およびグランド層ＧＰを挟んで形成された一対の配線層（第１配線層ＷＰ１および第１配線層ＷＰ２）を含む多層配線基板で構成されている。なお、本例では一例として、図１に示すように、処理部７についても回路基板９に実装されているものとするが、回路基板９の外部に配設されて、不図示の接続ケーブルを介して回路基板９と接続される構成であってもよい。また、回路基板９は、一例として、３層配線基板で構成されているが、４層以上の多層配線基板であってもよい。

第１供給用コネクタ２ａには、測定対象ＤＵＴの一方の電極に接触させられる電流供給端子Ｈｃが先端部に接続された第１供給プローブＰＬｃ１の基端部が接続される。この構成により、第１供給用コネクタ２ａは、第１供給プローブＰＬｃ１および電流供給端子Ｈｃを介して測定対象ＤＵＴの一方の電極に接続される。第２供給用コネクタ２ｂには、測定対象ＤＵＴの他方の電極に接触させられる電流供給端子Ｌｃが先端部に接続された第２供給プローブＰＬｃ２の基端部が接続される。この構成により、第２供給用コネクタ２ｂは、第２供給プローブＰＬｃ２および電流供給端子Ｌｃを介して測定対象ＤＵＴの他方の電極に接続される。

第１検出用コネクタ３ａには、測定対象ＤＵＴの一方の電極に接触させられる電圧検出端子Ｈｐが先端部に接続された第１検出プローブＰＬｐ１の基端部が接続される。この構成により、第１検出用コネクタ３ａは、第１検出プローブＰＬｐ１および電圧検出端子Ｈｐを介して測定対象ＤＵＴの一方の電極に接続される。第２検出用コネクタ３ｂには、測定対象ＤＵＴの他方の電極に接触させられる電圧検出端子Ｌｐが先端部に接続された第２検出プローブＰＬｐ２の基端部が接続される。この構成により、第２検出用コネクタ３ｂは、第２検出プローブＰＬｐ２および電圧検出端子Ｌｐを介して測定対象ＤＵＴの他方の電極に接続される。各コネクタ２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂは、図２に示すように、一対の配線層ＷＰ１，ＷＰ２のうちの一方の配線層（本例では一例として、第１配線層ＷＰ１）に実装されている。

信号源４は、一例として図１に示すように、交流電圧源４ａ、保護抵抗４ｂおよび出力部４ｃを備えて構成されて、図２に示すように回路基板９の第１配線層ＷＰ１に実装されている。交流電圧源４ａは、保護抵抗４ｂと直列接続された状態で、インピーダンス測定装置１の内部基準電位（装置１の内部グランドＧの電位であるグランド層ＧＰの電位）と出力部４ｃとの間に接続されて、内部グランドＧを基準とする正弦波電圧信号Ｖ１（一定の周波数（既知）および一定の振幅の信号）を生成すると共に、保護抵抗４ｂを介して出力部４ｃから出力する。また、出力部４ｃは、回路基板９に形成された配線パターン（第３配線パターン）Ｐ３を介して第１供給用コネクタ２ａに接続されている。この構成により、正弦波電圧信号Ｖ１は、配線パターンＰ３、第１供給用コネクタ２ａ、第１供給プローブＰＬｃ１および電流供給端子Ｈｃで構成される電流供給用電路ＲＴ_Ｈｃを介して測定対象ＤＵＴの一方の電極に供給される。また、配線パターンＰ３は、本例では一例として図２に示すように、第１供給用コネクタ２ａおよび信号源４が第１配線層ＷＰ１に実装されていることに対応させて、回路基板９の第１配線層ＷＰ１に形成されている。なお、第１供給用コネクタ２ａおよび信号源４については、一対の配線層ＷＰ１，ＷＰ２のうちの他方の配線層（本例では一例として、第２配線層ＷＰ２）に実装される構成であってもよいし、配線パターンＰ３も第２配線層ＷＰ２に形成される構成であってもよい。

電流検出回路５は、一例として図１に示すように、入力部５ａ、演算増幅器５ｂ、抵抗５ｃおよび出力部５ｄを備えて構成されて、図２に示すように回路基板９の第１配線層ＷＰ１に実装されている。具体的には、電流検出回路５は、演算増幅器５ｂの反転入力端子と出力端子との間に帰還抵抗としての抵抗５ｃが接続されると共に、演算増幅器５ｂの非反転入力端子が内部グランドＧに接続されて、電流電圧変換回路として構成されている。また、電流検出回路５では、演算増幅器５ｂの反転入力端子が入力部５ａに接続され、演算増幅器５ｂの出力端子が出力部５ｄに接続されている。また、入力部５ａは、回路基板９に形成された配線パターン（第４配線パターン）Ｐ４を介して第２供給用コネクタ２ｂに接続されている。また、配線パターンＰ４は、本例では一例として図２に示すように、第２供給用コネクタ２ｂおよび電流検出回路５が第１配線層ＷＰ１に実装されていることに対応させて、回路基板９の第１配線層ＷＰ１に形成されている。なお、第２供給用コネクタ２ｂおよび電流検出回路５については、第２配線層ＷＰ２に実装される構成であってもよいし、配線パターンＰ４も第２配線層ＷＰ２に形成される構成であってもよい。

この構成により、電流検出回路５では、入力部５ａが内部グランドＧに仮想接地されることから、電流検出回路５は、配線パターンＰ４、第２供給用コネクタ２ｂ、第２供給プローブＰＬｃ２および電流供給端子Ｌｃで構成される電流供給用電路ＲＴ_Ｌｃを介して測定対象ＤＵＴの他方の電極を内部グランドＧの電位に規定する。これにより、信号源４が正弦波電圧信号Ｖ１を測定対象ＤＵＴの一方の電極に供給しているときに、測定用電流Ｉｍが、信号源４から、電流供給用電路ＲＴ_Ｈｃ、測定対象ＤＵＴおよび電流供給用電路ＲＴ_Ｌｃを介して電流検出回路５の入力部５ａに至る経路に流れる。電流検出回路５は、この測定用電流Ｉｍを、その電流値に応じて電圧値が変化する電圧信号である電流検出信号Ｖｉに変換して出力部５ｄから処理部７に出力する。

電圧検出回路６は、一例として図１に示すように、一対の入力部６ａ，６ｂ、出力部６ｃ、第１バッファ回路６ｄ、第２バッファ回路６ｅおよび差動増幅回路６ｆを備えて構成されている。また、入力部６ａは、回路基板９に形成された配線パターン（第１配線パターン）Ｐ１を介して第１検出用コネクタ３ａに接続され、入力部６ｂは、回路基板９に形成された配線パターン（第２配線パターン）Ｐ２を介して第２検出用コネクタ３ｂに接続されている。また、第１バッファ回路６ｄおよび第２バッファ回路６ｅは、共に、一例として、演算増幅器を用いたボルテージフォロワ回路として構成されている。また、第１バッファ回路６ｄは、その入力端子（演算増幅器の非反転入力端子）が入力部６ａに接続され、第２バッファ回路６ｅは、その入力端子（演算増幅器の非反転入力端子）が入力部６ｂに接続されている。この構成により、電圧検出回路６では、一対の入力部６ａ，６ｂ間の入力インピーダンスが極めて高い状態となっている。差動増幅回路６ｆは、一例として、演算増幅器を用いて構成されて、一方の入力端子（演算増幅器の反転入力端子）が第１バッファ回路６ｄの出力端子に抵抗を介して接続され、他方の入力端子（演算増幅器の非反転入力端子）が第２バッファ回路６ｅの出力端子に抵抗を介して接続され、出力端子が出力部６ｃに接続されている。この構成により、差動増幅回路６ｆは、第１バッファ回路６ｄおよび第２バッファ回路６ｅの各出力信号の差分（つまり、入力部６ａ，６ｂ間の電位差（後述する両端間電圧Ｖｍ））を予め規定された増幅率で増幅して、電圧検出信号Ｖｖ（両端間電圧Ｖｍの電圧値に比例して電圧値が変化する電圧信号）に変換して、出力部６ｃから処理部７に出力する。

本例では、配線パターンＰ１，Ｐ２同士をできる限り接近させて、各配線パターンＰ１，Ｐ２間の隙間をできる限り狭めることで（つまり、測定対象ＤＵＴ、各検出プローブＰＬｐ１，ＰＬｐ２および各配線パターンＰ１，Ｐ２で構成される電圧検出ループ全体のうちの各配線パターンＰ１，Ｐ２で構成される基板内電圧検出ループの面積をできる限り小さくすることで）、測定用電流Ｉｍが流れている際に配線パターンＰ３，Ｐ４の周囲に発生する磁束の配線パターンＰ１，Ｐ２側への（つまり、電圧検出回路６側への）影響を低減する構成を採用している。また、併せて、各配線パターンＰ１，Ｐ２間の隙間を狭めたことに起因してそのままでは大きくなる配線パターンＰ１，Ｐ２間の結合容量Ｃの影響を回避（十分に低減）するために、配線パターンＰ１，Ｐ２を異なる配線層に形成する構成（配線層ＷＰ１，ＷＰ２のうちの一方の配線層に配線パターンＰ１を形成したときには、グランド層ＧＰを挟んで一方の配線層と反対側に位置する他方の配線層に配線パターンＰ２を形成する構成）を採用している。本例では一例として図２〜図５に示すように、配線パターンＰ１を第１配線層ＷＰ１に形成し、配線パターンＰ２を第２配線層ＷＰ２に形成する構成を採用している。これにより、内部グランドＧの電位に規定されたグランド層ＧＰが配線パターンＰ１，Ｐ２間に介在する構成となることから、信号源４から測定対象ＤＵＴの一方の電極側に供給された測定用電流Ｉｍの一部が、測定対象ＤＵＴを流れずに、配線パターンＰ１とグランド層ＧＰとの間の不図示の結合容量を介して内部グランドＧに流れたとしても、この電流が電流検出回路５に流れ込むことはない。つまり、電流検出回路５で検出される電流は、測定対象ＤＵＴ自体を流れた測定用電流Ｉｍだけとなる。

したがって、本例では、電圧検出回路６は、測定用電流Ｉｍが流れることによって配線パターンＰ３，Ｐ４の周囲に発生する磁束の影響が大幅に低減された状態で、測定用電流Ｉｍが流れることによって測定対象ＤＵＴの両電極間に発生する両端間電圧Ｖｍを、電圧検出端子Ｈｐ、第１検出プローブＰＬｐ１、第１検出用コネクタ３ａおよび配線パターンＰ１で構成される電圧検出用電路ＲＴ_Ｈｐと、電圧検出端子Ｌｐ、第２検出プローブＰＬｐ２、第２検出用コネクタ３ｂおよび配線パターンＰ２で構成される電圧検出用電路ＲＴ_Ｌｐとを介して、正確に検出することが可能となっている。また、電流検出回路５は、配線パターンＰ１，Ｐ２間の結合容量Ｃの影響が回避（大幅に低減）された状態で、測定対象ＤＵＴに流れる測定用電流Ｉｍを、その電流値に応じて電圧値が変化する電圧信号である電流検出信号Ｖｉに正確に変換して出力することが可能となっている。

以下、各供給用コネクタ２ａ，２ｂ、各検出用コネクタ３ａ，３ｂ、信号源４、電流検出回路５および電圧検出回路６についての回路基板９への具体的な実装構造について、各配線パターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の具体的な形成構造と併せて、図１〜図５を参照して説明する。

図２〜図５に表されるように、第１配線層ＷＰ１上に実装された各供給用コネクタ２ａ，２ｂおよび各検出用コネクタ３ａ，３ｂは、供給用コネクタ２ａ、検出用コネクタ３ａ、検出用コネクタ３ｂおよび供給用コネクタ２ｂの順に回路基板９の１つの縁部に沿って間隔を空けて並設されている。

信号源４は、第１配線層ＷＰ１上における供給用コネクタ２ａの近傍に実装されると共に、第１配線層ＷＰ１上に形成された配線パターンＰ３を介して供給用コネクタ２ａに接続されている。電流検出回路５は、第１配線層ＷＰ１上における供給用コネクタ２ｂの近傍に実装されると共に、第１配線層ＷＰ１上に形成された配線パターンＰ４を介して供給用コネクタ２ｂに接続されている。

電圧検出回路６は、一例として図２〜図５に示すように、入力部６ｂおよび第２バッファ回路６ｅが残りの回路要素（入力部６ａ、出力部６ｃ、第１バッファ回路６ｄおよび差動増幅回路６ｆ）と分離されて、第２配線層ＷＰ２上に実装されている。一方、上記の残りの回路要素（入力部６ａ、出力部６ｃ、第１バッファ回路６ｄおよび差動増幅回路６ｆ）は、第１配線層ＷＰ１上に実装されている。

また、第１検出用コネクタ３ａと入力部６ａとを接続する配線パターンＰ１については、第１検出用コネクタ３ａ、入力部６ａおよび第１バッファ回路６ｄがいずれも第１配線層ＷＰ１上に実装されていることから、図１に示す第１検出用コネクタ３ａの近傍部位Ｐ１ａ、入力部６ａの近傍部位Ｐ１ｂ、およびこの２つの近傍部位Ｐ１ａ，Ｐ１ｂを除く主たる部位Ｐ１ｃ（例えば、配線パターンＰ１の全長に対して８０％以上を占める部位）が、第１配線層ＷＰ１上に形成されている。つまり、配線パターンＰ１全体が第１配線層ＷＰ１上に形成されている。

一方、第２検出用コネクタ３ｂと入力部６ｂとを接続する配線パターンＰ２については、第２検出用コネクタ３ｂが第１配線層ＷＰ１上に実装され、入力部６ｂおよび第２バッファ回路６ｅが第２配線層ＷＰ２上に実装されていることから、第１配線層ＷＰ１から第２配線層ＷＰ２に達するビアホールやスルーホール（グランド層ＧＰに接続されないようにグランド層ＧＰを貫通し、かつ第１配線層ＷＰ１側の端部が第２検出用コネクタ３ｂに接続されたホール部）として形成された第２検出用コネクタ３ｂの近傍部位Ｐ２ａを除く部位（入力部６ｂの近傍部位Ｐ２ｂ、およびこの両近傍部位Ｐ２ａ，Ｐ２ｂを除く主たる部位Ｐ２ｃ）が、第２配線層ＷＰ２上に形成されている。近傍部位Ｐ２ａ，Ｐ２ｂおよび主たる部位Ｐ２ｃについては、図１参照。また、回路基板９を平面視した状態において、入力部６ｂが第２検出用コネクタ３ｂに対して、各コネクタ２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの並設方向に沿ってずれて位置していることから、入力部６ｂと第２検出用コネクタ３ｂとを接続する配線パターンＰ２は、このコネクタの並設方向に沿ってほぼ同じ位置に配置されている入力部６ａと第１検出用コネクタ３ａとを接続する配線パターンＰ１よりも長く形成されている。

以上の構成により、本例では、配線パターンＰ１の全体（上記の近傍部位Ｐ１ａ，Ｐ１ｂおよび主たる部位Ｐ１ｃ）と、配線パターンＰ２における上記の近傍部位Ｐ２ａを除く部位（近傍部位Ｐ２ｂおよび主たる部位Ｐ２ｃ）との間にグランド層ＧＰが介在した状態となっている。

また、本例では、図３，４に示すように、回路基板９を平面視した状態において、配線パターンＰ１をできる限り短く形成するために、入力部６ａ、第１バッファ回路６ｄおよび差動増幅回路６ｆが第１検出用コネクタ３ａ寄り（つまり、上記したように、回路基板９を平面視した状態において、入力部６ａと第１検出用コネクタ３ａとが上記したコネクタの並設方向に沿ってほぼ同じ位置）に実装されている。なお、配線パターンＰ１を平面視したときの主たる部位Ｐ１ｃの形状（平面視形状）は、第１検出用コネクタ３ａと入力部６ａとの間への他の電子部品の実装状態などに応じて、直線状や矩形状など種々の形状に形成されるが、本例では一例として、第１検出用コネクタ３ａおよび入力部６ａの各近傍部位Ｐ１ａ，Ｐ１ｂの平面形状も含めて、全体としてほぼ直線状に形成されている。

また、第２バッファ回路６ｅは、回路基板９を平面視した状態において、入力部６ｂが入力部６ａと重なる位置となるように、第１バッファ回路６ｄおよび差動増幅回路６ｆの背面に位置する第２配線層ＷＰ２上の部位に実装されている。なお、図３，４では、理解の容易のため、入力部６ｂの位置を入力部６ａの位置から誇張してずらして図示している。また、配線パターンＰ２における入力部６ｂの近傍部位Ｐ２ｂについては、回路基板９を平面視した状態において、第１配線層ＷＰ１上に形成された配線パターンＰ１における入力部６ａの近傍部位Ｐ１ｂと重なる状態で形成されている。また、配線パターンＰ２における主たる部位Ｐ２ｃは、回路基板９を平面視した状態において、第１配線層ＷＰ１上に形成された配線パターンＰ１における主たる部位Ｐ１ｃの全体とほぼ重なる（例えば、９０％以上重なる）特定部位としての第１部位ＳＰ１（入力部６ｂの近傍部位Ｐ２ｂに接続される部位）と、この特定部位ＳＰ１に対してほぼ直角に折曲されて第２検出用コネクタ３ｂの方向に延びると共に、第２検出用コネクタ３ｂの近傍部位Ｐ２ａに接続される第２部位ＳＰ２とを含んでいる。

なお、本例では、上記したように、配線パターンＰ１の主たる部位Ｐ１ｃの平面視形状がほぼ直線状に形成されていることから、配線パターンＰ２における主たる部位Ｐ２ｃに含まれる第１部位ＳＰ１（特定部位）の平面視形状もこれに重なるようにほぼ直線状に形成されている。ただし、配線パターンＰ１の主たる部位Ｐ１ｃの平面視形状が直線状以外の形状のときには、配線パターンＰ２における第１部位ＳＰ１の平面視形状も、この配線パターンＰ１の主たる部位Ｐ１ｃに重なるように、この主たる部位Ｐ１ｃの平面視形状に合せた形状に形成される。

以上の構成により、本例では、第１検出用コネクタ３ａおよび第２検出用コネクタ３ｂが回路基板９の縁部に沿って間隔を空けて並設されている構成下において、配線パターンＰ２が、第１部位ＳＰ１を含んで主たる部位Ｐ２ｃが上記のように形成されていること、および、さらに本例では、配線パターンＰ２における入力部６ｂの近傍部位Ｐ２ｂも平面視した状態において配線パターンＰ１における入力部６ａの近傍部位Ｐ１ｂと重なるように形成されていることから、各配線パターンＰ１，Ｐ２で構成される上記の基板内電圧検出ループの面積が小さくなる構成となっている。

なお、電圧検出回路６における入力部６ｂおよび第２バッファ回路６ｅについては、配線パターンＰ２におけるより多くの部位（主たる部位Ｐ２ｃだけではなく、近傍部位Ｐ２ｂ）を、配線パターンＰ１とは異なる第２配線層Ｗｐ２上に形成するために、上記した残りの回路要素（入力部６ａ、出力部６ｃ、第１バッファ回路６ｄおよび差動増幅回路６ｆ）とは異なる第２配線層Ｗｐ２上に実装する構成を採用しているが、この構成に限定されない。

例えば、図６に示すように、電圧検出回路６のすべての回路要素（各入力部６ａ，６ｂ、出力部６ｃ、各バッファ回路６ｄ，６ｅおよび差動増幅回路６ｆ）を同じ第１配線層ＷＰ１上に実装して（例えば、電圧検出回路６における各バッファ回路６ｄ，６ｅを分離できない構成のとき）、配線パターンＰ２については、主たる部位Ｐ２ｃだけを第２配線層ＷＰ２上に形成し、かつ入力部６ｂの近傍部位Ｐ２ｂを第２検出用コネクタ３ｂの近傍部位Ｐ２ａと同様にしてホール部で形成して、第２検出用コネクタ３ｂと入力部６ｂとを接続する構成を採用することもできる。この構成においても、配線パターンＰ２の殆どの部位である主たる部位Ｐ２ｃについて、配線パターンＰ１と異なる配線層に形成することが可能となる。また、図示はしないが、図２〜図４に示す回路基板９の実装構造において、第２検出用コネクタ３ｂのみを第１配線層Ｗｐ１から第２配線層Ｗｐ２側に移して実装する構成を採用することもできる。この構成では、ホール部で形成していた第２検出用コネクタ３ｂの近傍部位Ｐ２ａを、第２配線層Ｗｐ２上に形成した配線パターンで構成できるため、配線パターンＰ２のすべての部位（各近傍部位Ｐ２ａ，Ｐ２ｂおよび主たる部位Ｐ２ｃ）を、配線パターンＰ１と異なる配線層である第２配線層Ｗｐ２に形成することが可能となる。

処理部７は、一例として、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵおよびメモリを有して構成されて、インピーダンス測定処理を実行することにより、測定対象ＤＵＴのインピーダンスＺを算出する。また、処理部７は、算出したインピーダンスＺを出力部８に出力させる出力処理を実行する。

出力部８は、一例として、表示装置で構成されて、処理部７から出力されるインピーダンスＺを画面上に表示する（出力する）。なお、出力部８は、表示装置に代えて種々のインターフェース回路で構成することもでき、外部インターフェース回路で構成されたときには、外部インターフェース回路を介して伝送路で接続された外部装置にこの算出（測定）したインピーダンスＺを出力し、また媒体用インターフェース回路で構成されたときには、この媒体用インターフェース回路に接続された記憶媒体にこの算出（測定）したインピーダンスＺを記憶させる。

次に、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。なお、インピーダンス測定装置１には、各供給プローブＰＬｃ１，ＰＬｃ２および各検出プローブＰＬｐ１，ＰＬｐ２を介して測定対象ＤＵＴが接続されているものとする。

この状態において、インピーダンス測定装置１では、信号源４が、正弦波電圧信号Ｖ１を生成すると共に、電流供給用電路ＲＴ_Ｈｃを介して測定対象ＤＵＴの一方の電極に供給する。これにより、測定用電流Ｉｍが、信号源４から、電流供給用電路ＲＴ_Ｈｃ、測定対象ＤＵＴおよび電流供給用電路ＲＴ_Ｌｃを介して電流検出回路５の入力部５ａに至る経路に流れる。電流検出回路５は、この測定用電流Ｉｍを、その電流値に応じて電圧値が変化する電圧信号である電流検出信号Ｖｉに変換して出力部５ｄから処理部７に出力する。また、電圧検出回路６は、配線パターンＰ１を含む電圧検出用電路ＲＴ_Ｈｐと、配線パターンＰ２を含む電圧検出用電路ＲＴ_Ｌｐとを介して測定対象ＤＵＴの両電極間に発生する両端間電圧Ｖｍを検出すると共に、両端間電圧Ｖｍの電圧値に比例して電圧値が変化する電圧検出信号Ｖｖを出力部６ｃから処理部７に出力する。

この場合、インピーダンス測定装置１では、上記したように、配線パターンＰ２が、回路基板９を平面視した状態において、配線パターンＰ１における主たる部位Ｐ１ｃの全体とほぼ重なる特定部位としての第１部位ＳＰ１を含んで形成されることで、各配線パターンＰ１，Ｐ２で形成される基板内電圧検出ループの面積が小さくなる構成（測定用電流Ｉｍが流れることによって配線パターンＰ３，Ｐ４の周囲に発生する磁束の影響を大幅に低減し得る構成）となっており、また配線パターンＰ１，Ｐ２がグランド層ＧＰを挟んで異なる配線層に形成されることで、配線パターンＰ１，Ｐ２間の結合容量Ｃの影響を回避し得る構成となっている。したがって、電圧検出回路６は、上記の磁束の影響が大幅に低減された状態で、両端間電圧Ｖｍを正確に検出して、正しい電圧検出信号Ｖｖを処理部７に出力する。また、電流検出回路５は、上記の結合容量Ｃの影響が回避された状態で、測定用電流Ｉｍを正確に検出して、正しい電流検出信号Ｖｉを処理部７に出力する。

次いで、処理部７は、インピーダンス測定処理を実行する。このインピーダンス測定処理では、処理部７は、まず、電流検出信号Ｖｉおよび電圧検出信号Ｖｖを入力すると共に、測定用電流Ｉｍの電流波形を示す波形データと、両端間電圧Ｖｍの電圧波形を示す波形データとにＡ／Ｄ変換する。次いで、処理部７は、これらの波形データに基づいて測定対象ＤＵＴのインピーダンスＺを測定（算出）する。また、処理部７は、出力処理を実行して、算出したインピーダンスＺを出力部８に表示させる。これにより、インピーダンス測定装置１によるインピーダンスＺの測定が完了する。

このように、このインピーダンス測定装置１によれば、測定対象ＤＵＴ、各検出プローブＰＬｐ１，ＰＬｐ２および各配線パターンＰ１，Ｐ２で構成される電圧検出ループ全体のうちの各配線パターンＰ１，Ｐ２で構成される基板内電圧検出ループの面積が小さくなるように構成されることで、電圧検出回路６が、上記したように測定用電流Ｉｍに起因して生じる磁束の影響が大幅に低減された状態で両端間電圧Ｖｍを正確に検出して、正確な電圧検出信号Ｖｖを出力し、また配線パターンＰ１，Ｐ２がグランド層ＧＰを挟んで異なる配線層に形成されることで、電流検出回路５が、配線パターンＰ１，Ｐ２間の結合容量Ｃの影響が回避された状態で測定用電流Ｉｍを正確に検出して、正確な電流検出信号Ｖｉを出力することができる。このため、このインピーダンス測定装置１によれば、配線パターンＰ３，Ｐ４の周囲に発生する磁束の電圧検出用電路Ｔ_Ｈｐ，ＲＴ_Ｌｐ側への影響を低減しつつ、シールド板を別途配置することなく配線パターンＰ１，Ｐ２における結合容量Ｃの影響も抑えながら、測定対象ＤＵＴのインピーダンスＺを正確に測定することができる。

また、このインピーダンス測定装置１では、一方の入力部６ａに入力端子が接続された第１バッファ回路６ｄ、および他方の入力部６ｂに入力端子が接続された第２バッファ回路６ｅを備えて電圧検出回路６が構成され、第１バッファ回路６ｄを第１配線層ＷＰ１に実装して、配線パターンＰ１における入力部６ａの近傍部位Ｐ１ｂを主たる部位Ｐ１ｃと共に第１配線層ＷＰ１に形成し、第２バッファ回路６ｅを第２配線層ＷＰ２に実装して、配線パターンＰ２における入力部６ｂの近傍部位Ｐ２ｂを、主たる部位Ｐ２ｃと共に第２配線層ＷＰ２に形成し、かつ回路基板９を平面視した状態において配線パターンＰ１における近傍部位Ｐ１ｂと重なるように形成する構成を採用している。したがって、このインピーダンス測定装置１によれば、各配線パターンＰ１，Ｐ２で構成される基板内電圧検出ループの面積がさらに小さくなるように構成されて、上記の磁束の影響がさらに低減されると共に、配線パターンＰ１，Ｐ２間の結合容量Ｃの影響についてもより完全に近い形で回避されていることから、測定対象ＤＵＴのインピーダンスＺをより正確に測定することができる。

また、上記の例では一例として、一対の配線層ＷＰ１，ＷＰ２のうちの第１配線層ＷＰ１を一方の配線層として、この第１配線層ＷＰ１に第１配線パターンとしての配線パターンＰ１の主たる部位Ｐ１ｃなどを形成し、かつ第２配線層ＷＰ２を他方の配線層として、この第２配線層ＷＰ２に第２配線パターンとしての配線パターンＰ２の主たる部位Ｐ２ｃなどを形成しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、図示はしないが、一対の配線層ＷＰ１，ＷＰ２のうちの第２配線層ＷＰ２を一方の配線層として、この第２配線層ＷＰ２に第１配線パターンとしての配線パターンＰ１の主たる部位Ｐ１ｃなどを形成し、かつ第１配線層ＷＰ１を他方の配線層として、この第１配線層ＷＰ１に第２配線パターンとしての配線パターンＰ２の主たる部位Ｐ２ｃなどを形成する構成を採用することもできる。

１インピーダンス測定装置
２ａ第１供給用コネクタ
２ｂ第２供給用コネクタ
３ａ第１検出用コネクタ
３ｂ第２検出用コネクタ
４信号源
６電圧検出回路
６ａ，６ｂ入力部
６ｄ第１バッファ回路
６ｅ第２バッファ回路
９回路基板
ＤＵＴ測定対象
ＧＰグランド層
Ｉｍ測定用電流
Ｐ１第１配線パターン
Ｐ２第２配線パターン
ＰＬｃ１第１供給プローブ
ＰＬｃ２第２供給プローブ
ＰＬｐ１第１検出プローブ
ＰＬｐ２第２検出プローブ
Ｖ１正弦波電圧信号
Ｖｍ両端間電圧
ＷＰ１第１配線層
ＷＰ２第２配線層
Ｚインピーダンス

Claims

信号源から測定対象に電圧を印加した際に当該測定対象に流れる測定用電流と、当該測定用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とに基づいて当該測定対象のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置であって、
第１検出プローブを介して前記測定対象の一方の電極に接続される第１検出用コネクタ、第２検出プローブを介して前記測定対象の他方の電極に接続される第２検出用コネクタ、および一対の入力部間に入力される電圧に基づいて前記両端間電圧を検出する電圧検出回路が実装されると共に、前記第１検出用コネクタと前記一対の入力部のうちの一方の入力部とを接続する第１配線パターンおよび前記第２検出用コネクタと前記一対の入力部のうちの他方の入力部とを接続する第２配線パターンが形成された回路基板を備え、
前記回路基板は、グランド層、および当該グランド層を挟んで形成された一対の配線層を少なくとも含む多層配線基板で構成され、
前記第１配線パターンのうちの前記第１検出用コネクタの近傍部位と前記一方の入力部の近傍部位とを除く主たる部位は前記一対の配線層のうちの一方の配線層に形成され、
前記第２配線パターンのうちの前記第２検出用コネクタの近傍部位と前記他方の入力部の近傍部位とを除く主たる部位は、前記一対の配線層のうちの他方の配線層に形成されると共に、前記回路基板を平面視した状態において前記第１配線パターンの前記主たる部位の全体とほぼ重なる特定部位を含んでいるインピーダンス測定装置。
前記電圧検出回路は、前記一方の入力部に入力端子が接続された第１バッファ回路、および前記他方の入力部に入力端子が接続された第２バッファ回路を備えて構成され、
前記第１バッファ回路が前記一方の配線層に実装されると共に前記一方の入力部の前記近傍部位は当該一方の配線層に形成され、
前記第２バッファ回路が前記他方の配線層に実装されると共に前記他方の入力部の前記近傍部位は、当該他方の配線層に形成され、かつ前記回路基板を平面視した状態において前記第１配線パターンの前記一方の入力部の前記近傍部位とほぼ重なるように形成されている請求項１記載のインピーダンス測定装置。