JP5071086B2 - Passive probe device - Google Patents
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Description
本発明は、オシロスコープなどに用いられるパッシププローブ装置に関し、特に広い温度範囲で使用できるパッシププローブ装置に関する。 The present invention relates to a passive probe device used for an oscilloscope or the like, and more particularly to a passive probe device that can be used in a wide temperature range.
従来から、パッシブプローブはアクティブプローブと比較して、広い温度範囲と広い入力電圧範囲に対応しやすく、かつ堅牢であるなどの利点により、多くのオシロスコープで用いられている。 Conventionally, a passive probe has been used in many oscilloscopes because it has advantages such as being easy to cope with a wide temperature range and a wide input voltage range and being robust compared to an active probe.
図4は、従来の一般的なオシロスコープ用パッシブプローブ装置を示す回路構成図である。オシロスコープ用パッシブプローブ装置100は、被測定信号Vinが入力されるプローブヘッド1と、プローブヘッド1から出力される信号を伝搬するケーブル2と、ケーブル2を経由した信号のインピーダンス比を調整するインターフェース部3とからなり、被測定信号Vinを所定のインピーダンス比で分圧した信号をオシロスコープの入力部4に出力する。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a conventional general oscilloscope passive probe device. The oscilloscope passive probe device 100 includes a
プローブヘッド1において、抵抗器RheadとキャパシタCheadからなる並列回路は入力端子11にその一端が接続される。
In the
ケーブル2は同軸ケーブルからなり、その一端において、内部導体が抵抗器RheadとキャパシタCheadからなる並列回路の他端に接続され、その外部導体がGND端子に接続される。ケーブル2はGND端子との間で浮遊容量Ccableを持つ。 The cable 2 is a coaxial cable, and at one end thereof, the inner conductor is connected to the other end of the parallel circuit composed of the resistor Rhead and the capacitor Chead, and the outer conductor is connected to the GND terminal. The cable 2 has a stray capacitance Ccable with the GND terminal.
インターフェース部3において、ケーブル2の他端の内部導体は同軸ケーブル用の出力端子31に接続され、外部導体はGND端子に接続される。調整用可変キャパシタCadjは、オシロスコープの入力インピーダンスと並列となるように、その一端がケーブル2の内部導体に接続され、他端がGND端子に接続される。 In the interface unit 3, the inner conductor at the other end of the cable 2 is connected to the output terminal 31 for the coaxial cable, and the outer conductor is connected to the GND terminal. The adjustment variable capacitor Cadj has one end connected to the internal conductor of the cable 2 and the other end connected to the GND terminal so as to be in parallel with the input impedance of the oscilloscope.
オシロスコープの入力部4において、入力端子41はパッシブプローブ装置100の出力端子31と接続される同軸ケーブル用の端子である。入力抵抗Rinと入力容量Cinはオシロスコープの等価入力インピーダンスで、それぞれその一端が入力端子41に接続され、他端がGND端子に接続される。アンプ42は入力端子41を介して入力された信号を増幅する。 In the input unit 4 of the oscilloscope, the input terminal 41 is a terminal for a coaxial cable connected to the output terminal 31 of the passive probe device 100. The input resistance Rin and the input capacitance Cin are equivalent input impedances of the oscilloscope, each having one end connected to the input terminal 41 and the other end connected to the GND terminal. The amplifier 42 amplifies a signal input via the input terminal 41.
図4の装置の動作を次に説明する。被測定信号Vinはプローブヘッド1に入力され、ケーブル2およびインターフェース部3を介して、所定のインピーダンス比で分圧された信号がオシロスコープの入力部4に出力される。
The operation of the apparatus of FIG. 4 will now be described. The signal to be measured Vin is input to the
プローブヘッド1内の抵抗器RheadおよびキャパシタCheadからなる並列回路と、オシロスコープ入力部4内の入力抵抗Rinおよび入力容量Cin、インターフェース部3内の調整用可変キャパシタCadjおよびケーブル2の浮遊容量Ccableからなる並列回路とは被測定信号Vinに対し分圧器を構成する。
A parallel circuit including a resistor Rhead and a capacitor Chead in the
分圧比10:1(電圧ゲイン1/10)のパッシブプローブ装置の代表的な例を以下に示す。直流からRheadとCheadの時定数に対応する周波数f1までは、プローブヘッド1の抵抗Rhead(9MΩ)とオシロスコープの入力抵抗Rin(1MΩ)とで9:1のインピーダンス比を構成して10:1の分圧比を得る。周波数f1以上では、プローブヘッド1の10pF前後のキャパシタCheadと、オシロスコープの入力容量Cinおよび、これと並列になる全ての静電容量Cin+Cadj+Ccable(90pF前後)とで9:1のインピーダンス比を構成して10:1の分圧比を得る。この場合、抵抗器については、比較的許容差の小さい抵抗器が入手可能なため通常は固定抵抗を使用するが、キャパシタや浮遊容量等は、許容差及び温度係数が大きいため、可変コンデンサCadjを用いて上記の容量によるインピーダンス比を正確に9:1に調整する。
A typical example of a passive probe device with a voltage division ratio of 10: 1 (
パッシブプローブ装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。 Prior art documents related to passive probe devices include the following.
従来のパッシブプローブ装置では、測定を行う環境温度において可変コンデンサCadjを調整することで、規定の分圧確度による測定が行える。 In the conventional passive probe device, the measurement with the specified partial pressure accuracy can be performed by adjusting the variable capacitor Cadj at the environmental temperature at which the measurement is performed.
しかし、恒温槽試験等を用いて広い温度範囲に渡って連続的に測定する場合には、恒温槽内の測定対象に直接接続されるプローブヘッド1は、測定対象物と同じ温度環境下に置かれるため、内部の抵抗RheadとキャパシタCheadの温度ドリフトにより分圧比が変化する。また、抵抗RheadとキャパシタCheadの温度係数が異なるため、基準温度状態でパッシブプローブ装置の調整をしても、抵抗によるインピーダンス比と容量によるインピーダンス比が一致しなくなるので、周波数特性に段差ができて正しい測定が行えなくなる。
However, when continuously measuring over a wide temperature range using a thermostatic chamber test or the like, the
図5は従来のパッシブプローブ装置の電圧ゲインの周波数特性を示す特性曲線図である。基準温度で調整したパッシブプローブ装置でそのまま測定した場合の平坦な周波数特性51(実線)に対し、調整後に温度変化があった場合の周波数特性52(点線)には段差が生じている。 FIG. 5 is a characteristic curve diagram showing frequency characteristics of voltage gain of a conventional passive probe device. There is a step in the frequency characteristic 52 (dotted line) when there is a temperature change after the adjustment, compared to the flat frequency characteristic 51 (solid line) measured directly with the passive probe device adjusted at the reference temperature.
本発明はこのような課題を解決しようとするもので、プローブヘッドが大幅な温度変化を受けた場合でも安定した分圧確度の得られるパッシブプローブ装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a passive probe device that can obtain a stable partial pressure accuracy even when the probe head is subjected to a large temperature change.
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
被測定信号がプローブヘッドに入力され、ケーブルおよびインターフェース部を介して、所定のインピーダンス比で分圧された信号をオシロスコープに出力するパッシブプローブ装置において、
前記オシロスコープの入力インピーダンスと並列となるように前記インターフェース部に設けられた可変抵抗手段および可変キャパシタ手段と、
前記プローブヘッドに設けられた温度センサと、
前記プローブヘッドの抵抗およびキャパシタの温度変化による前記インピーダンス比の変化を相殺するように、前記温度センサの検出信号に対応して前記可変抵抗手段および前記可変キャパシタ手段を制御する補正制御手段と
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve such a problem, the invention according to
In a passive probe device in which a signal to be measured is input to a probe head and a signal divided by a predetermined impedance ratio is output to an oscilloscope via a cable and an interface unit.
Variable resistance means and variable capacitor means provided in the interface unit so as to be in parallel with the input impedance of the oscilloscope;
A temperature sensor provided in the probe head;
Correction control means for controlling the variable resistance means and the variable capacitor means in response to the detection signal of the temperature sensor so as to cancel out the change in the impedance ratio due to the temperature change of the resistance of the probe head and the capacitor. It is characterized by that.
請求項2記載の発明は、
請求項1記載のパッシブプローブ装置において、
前記補正制御手段は、
前記プローブヘッドの抵抗およびキャパシタの温度係数が予め格納されたメモリと、
前記温度センサから出力された検出信号に対応して前記メモリから出力される信号に基づいて前記可変抵抗手段および前記可変キャパシタ手段の補正値を演算し、この補正値に基づいて前記可変抵抗手段および前記可変キャパシタ手段を制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする。
The invention according to claim 2
The passive probe device according to
The correction control means includes
A memory in which the probe head resistance and the temperature coefficient of the capacitor are stored in advance;
A correction value of the variable resistance means and the variable capacitor means is calculated based on a signal output from the memory in response to a detection signal output from the temperature sensor, and based on the correction value, the variable resistance means and And a control circuit for controlling the variable capacitor means.
請求項3記載の発明は、
請求項1記載のパッシブプローブ装置において、
前記補正制御手段は、
前記プローブヘッドの抵抗およびキャパシタの温度変化に対する前記可変抵抗手段および前記可変キャパシタ手段の補正値が予め格納されたメモリと、
前記温度センサの検出信号に対応する前記メモリ出力に対応して前記可変抵抗手段および可変キャパシタ手段を制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする。
The invention described in claim 3
The passive probe device according to
The correction control means includes
A memory in which correction values of the variable resistance means and the variable capacitor means with respect to temperature changes of the probe head and the capacitor are stored in advance;
And a control circuit for controlling the variable resistor means and the variable capacitor means corresponding to the memory output corresponding to the detection signal of the temperature sensor.
請求項4記載の発明は、
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のパッシブプローブ装置において、
前記可変抵抗手段は、
複数の抵抗素子と、
該複数の抵抗素子を切り換えるスイッチと
を備えたことを特徴とする。
The invention according to claim 4
In the passive probe device according to any one of
The variable resistance means includes
A plurality of resistance elements;
And a switch for switching the plurality of resistance elements.
請求項5記載の発明は、
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のパッシブプローブ装置において、
前記可変キャパシタ手段は、
複数のキャパシタ素子と、
該複数のキャパシタを切り換えるスイッチと
を備えたことを特徴とする。
The invention according to claim 5
In the passive probe device according to any one of
The variable capacitor means includes
A plurality of capacitor elements;
And a switch for switching the plurality of capacitors.
請求項6記載の発明は、
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のパッシブプローブ装置において、
前記可変抵抗手段として電子負荷を用いたことを特徴とする。
The invention described in claim 6
In the passive probe device according to any one of
An electronic load is used as the variable resistance means.
請求項7記載の発明は、
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のパッシブプローブ装置において、
前記可変キャパシタ手段として可変容量ダイオードを用いたことを特徴とする。
The invention described in claim 7
In the passive probe device according to any one of
A variable capacitance diode is used as the variable capacitor means.
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、被測定信号がプローブヘッドに入力され、ケーブルおよびインターフェース部を介して、所定のインピーダンス比で分圧された信号をオシロスコープに出力するパッシブプローブ装置において、前記オシロスコープの入力インピーダンスと並列となるように前記インターフェース部に設けられた可変抵抗手段および可変キャパシタ手段と、前記プローブヘッドに設けられた温度センサと、前記プローブヘッドの抵抗およびキャパシタの温度変化による前記インピーダンス比の変化を相殺するように、前記温度センサの検出信号に対応して前記可変抵抗手段および前記可変キャパシタ手段を制御する補正制御手段とを備えたことにより、プローブヘッドが大幅な温度変化を受けた場合でも安定した分圧確度の得られるパッシブプローブ装置を提供することができる。 As is apparent from the above description, according to the present invention, a signal to be measured is input to the probe head, and a passive signal is output to the oscilloscope through the cable and the interface unit and the signal divided by a predetermined impedance ratio. In the probe apparatus, variable resistance means and variable capacitor means provided in the interface unit so as to be in parallel with the input impedance of the oscilloscope, a temperature sensor provided in the probe head, and resistance and capacitance of the probe head By providing correction control means for controlling the variable resistance means and the variable capacitor means in response to the detection signal of the temperature sensor so as to cancel out the change in the impedance ratio due to temperature change, the probe head is greatly improved. In case of a temperature change It is possible to provide a passive probe device capable of obtaining stable min 圧確 degree.
以下本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態に係るパッシブプローブ装置の一実施例を示す構成ブロック図である。図4と同じ部分は同一の記号を付して重複する説明を省略する。 FIG. 1 is a configuration block diagram showing an example of a passive probe apparatus according to an embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same symbols, and redundant description is omitted.
パッシブプローブ装置101において、温度センサ13は、プローブヘッド10の温度をモニタし、温度検出信号を伝送線21に出力する。インターフェース部30の制御回路321は、伝送線21を介して入力した温度検出信号に対応してメモリ322から出力される信号に基づいて、可変抵抗手段VRおよび可変キャパシタ手段VCの値を制御する。メモリ322は、プローブヘッド10の抵抗RheadおよびキャパシタCheadの温度係数が予め格納された校正データ用メモリである。
In the passive probe device 101, the
ここで、制御回路321とメモリ322は、プローブヘッド10の抵抗RheadおよびキャパシタCheadの温度変化によるインピーダンス比の変化を補正で相殺するように、温度センサ13の検出信号に対応して可変抵抗手段VRおよび可変キャパシタ手段VCを制御する補正制御手段32を構成する。
Here, the
図2は可変抵抗手段VRの一例を示す回路図である。主抵抗素子Rmainと直列に、バイナリステップ等に重み付けされた複数の抵抗R1〜RnがスイッチS11〜S1nによって切り換えられるステップ切換回路が接続される。 FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the variable resistance means VR. In series with the main resistance element Rmain, a step switching circuit is connected in which a plurality of resistors R1 to Rn weighted by binary steps or the like are switched by switches S11 to S1n.
図3は可変キャパシタ手段VCの一例を示す回路図である。可変主キャパシタ素子Cmainと並列に、バイナリステップ等に重み付けされた複数のキャパシタC1〜CnがスイッチS21〜S2nによって切り換えられるステップ切換回路が接続される。
図1の装置の動作を次に説明する。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the variable capacitor means VC. In parallel with the variable main capacitor element Cmain, a step switching circuit is connected in which a plurality of capacitors C1 to Cn weighted by binary steps or the like are switched by switches S21 to S2n.
The operation of the apparatus of FIG. 1 will now be described.
プローブヘッド10内の温度センサ13から出力される温度検出信号は伝送線21を経由して制御回路321に送られる。制御回路321は温度検出信号に対応するプローブヘッド10の抵抗RheadおよびキャパシタCheadの温度係数をメモリ322から読み出し、この信号に基づいて、抵抗RheadおよびキャパシタCheadの温度変化によるインピーダンス比の変化を相殺するように、可変抵抗手段VRおよび可変キャパシタ手段VCの補正値を演算する。この補正値に基づいて、制御回路321は可変抵抗手段VRおよび可変キャパシタ手段VCの値を制御する。
A temperature detection signal output from the
上記パッシブプローブ装置101の初期設定は以下のようにして行われる。
プローブヘッド10の、抵抗RheadおよびキャパシタCheadの温度係数を予め測定し、メモリ322に格納しておく。
また、常温においてパッシブプローブ装置101をオシロスコープに接続し、可変抵抗手段VRを設定中心値に設定し、可変キャパシタ手段VCを重み付けキャパシタC1からCnによる可変範囲の中心に設定した状態において、周波数特性が平坦になるようにプローブの可変主キャパシタCmainを調整しておく。可変抵抗手段VRおよび可変キャパシタ手段VCをこのように初期設定しておくことにより、プラスマイナス両方向に値を制御することができる。
The initial setting of the passive probe device 101 is performed as follows.
The temperature coefficients of the resistance Rhead and the capacitor Chead of the probe head 10 are measured in advance and stored in the
Further, in a state where the passive probe device 101 is connected to an oscilloscope at normal temperature, the variable resistance means VR is set to the set center value, and the variable capacitor means VC is set to the center of the variable range by the weighting capacitors C1 to Cn, the frequency characteristics are The variable main capacitor Cmain of the probe is adjusted so as to be flat. By initially setting the variable resistance means VR and the variable capacitor means VC in this way, the values can be controlled in both plus and minus directions.
パッシブプローブ装置101の動作中は、プローブヘッド10の温度センサ13は常にプローブヘッド10の温度をモニタする。測定中に温度変化が検出されると、制御回路321はメモリ322からプローブヘッド10の抵抗Rhead及びキャパシタCheadの温度係数を読み出し、この温度係数データに基づいて9:1のインピーダンス比を保つための可変抵抗手段VR及び可変キャパシタ手段VCの値を計算し、可変抵抗手段VR及び可変キャパシタ手段VCの値として設定する。
During operation of the passive probe device 101, the
上述のように、可変抵抗手段VRおよび可変キャパシタ手段VCは、バイナリステップ等に重み付けされた複数の抵抗R1〜Rn及びキャパシタC1〜Cnがスイッチによって切り換えられるとともに、主キャパシタCmainが可変なので、インピーダンス比の補正に必要な調整範囲と設定分解能を得ることができる。 As described above, the variable resistor means VR and the variable capacitor means VC have a plurality of resistors R1 to Rn and capacitors C1 to Cn weighted by binary steps and the like, and the main capacitor Cmain is variable. The adjustment range and setting resolution required for the correction can be obtained.
上記のような構成のパッシブプローブ装置によれば、アクティブプローブと比較して広い温度範囲と広い入力電圧範囲に対応しやすい丈夫なパッシブプローブ装置において、温度変化に対する補償回路を内臓し、プローブヘッドの抵抗およびキャパシタの温度係数の影響を補正することができるので、オシロスコープ側に特別な仕組みを持つことなしに、広い温度範囲に渡って一定の分圧確度及び周波数平坦度を自動的に実現することができる。 According to the passive probe device configured as described above, a robust passive probe device that can easily handle a wide temperature range and a wide input voltage range as compared with the active probe has a built-in compensation circuit for temperature change, Since the influence of the temperature coefficient of the resistor and capacitor can be corrected, constant voltage division accuracy and frequency flatness can be automatically realized over a wide temperature range without having a special mechanism on the oscilloscope side. Can do.
なお、補正制御手段32は、プローブヘッド10の抵抗RheadおよびキャパシタCheadの温度変化に対する可変抵抗手段VRおよび可変キャパシタ手段VCの補正値が予め格納されたメモリと、温度センサ13の検出信号に対応するメモリ出力に対応して可変抵抗手段VRおよび可変キャパシタ手段VCを制御する制御回路とで構成してもよい。
The correction control means 32 corresponds to a memory in which correction values of the variable resistance means VR and the variable capacitor means VC with respect to temperature changes of the resistance Rhead and the capacitor Chead of the probe head 10 are stored in advance, and a detection signal of the
また、プローブインターフェース部30の可変抵抗手段VRは、スイッチによるステップ切換えではなく、連続可変できる電子負荷等を用いても良い。 Further, the variable resistance means VR of the probe interface unit 30 may use an electronic load or the like that can be continuously changed, instead of step switching by a switch.
また、プローブインターフェース部30の可変キャパシタ手段VCは、スイッチによるステップ切換えではなく、連続可変できる可変容量ダイオード等を用いても良い。 The variable capacitor means VC of the probe interface unit 30 may be a variable capacitance diode or the like that can be continuously varied, instead of step switching by a switch.
また、インピーダンス比は9:1に限らず、任意の値をとることができる。 Further, the impedance ratio is not limited to 9: 1 and can take any value.
また、本発明に係るパッシププローブ装置はオシロスコープに限らず、各種計測器で用いることができる。 Further, the passive probe device according to the present invention is not limited to an oscilloscope but can be used in various measuring instruments.
10 プローブヘッド
21 ケーブル
13 温度センサ
30 インターフェース部
32 補正制御手段
101 パッシブプローブ装置
321 制御回路
322 メモリ
C1〜Cn 複数のキャパシタ素子
Chead プローブヘッドのキャパシタ
R1〜Rn 複数の抵抗素子
Rhead プローブヘッドの抵抗
S11〜S1n 複数の抵抗素子を切り換えるスイッチ
S21〜S2n 複数のキャパシタを切り換えるスイッチ
VC 可変キャパシタ手段
VR 可変抵抗手段
Vin 被測定信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (7)
前記オシロスコープの入力インピーダンスと並列となるように前記インターフェース部に設けられた可変抵抗手段および可変キャパシタ手段と、
前記プローブヘッドに設けられた温度センサと、
前記プローブヘッドの抵抗およびキャパシタの温度変化による前記インピーダンス比の変化を相殺するように、前記温度センサの検出信号に対応して前記可変抵抗手段および前記可変キャパシタ手段を制御する補正制御手段と
を備えたことを特徴とするパッシブプローブ装置。 In a passive probe device in which a signal to be measured is input to a probe head and a signal divided by a predetermined impedance ratio is output to an oscilloscope via a cable and an interface unit.
Variable resistance means and variable capacitor means provided in the interface unit so as to be in parallel with the input impedance of the oscilloscope;
A temperature sensor provided in the probe head;
Correction control means for controlling the variable resistance means and the variable capacitor means in response to the detection signal of the temperature sensor so as to cancel out the change in the impedance ratio due to the temperature change of the resistance of the probe head and the capacitor. A passive probe device characterized by that.
前記プローブヘッドの抵抗およびキャパシタの温度係数が予め格納されたメモリと、
前記温度センサから出力された検出信号に対応して前記メモリから出力される信号に基づいて前記可変抵抗手段および前記可変キャパシタ手段の補正値を演算し、この補正値に基づいて前記可変抵抗手段および前記可変キャパシタ手段を制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする請求項1記載のパッシブプローブ装置。 The correction control means includes
A memory in which the probe head resistance and the temperature coefficient of the capacitor are stored in advance;
A correction value of the variable resistance means and the variable capacitor means is calculated based on a signal output from the memory in response to a detection signal output from the temperature sensor, and based on the correction value, the variable resistance means and The passive probe apparatus according to claim 1, further comprising a control circuit that controls the variable capacitor means.
前記プローブヘッドの抵抗およびキャパシタの温度変化に対する前記可変抵抗手段および前記可変キャパシタ手段の補正値が予め格納されたメモリと、
前記温度センサの検出信号に対応する前記メモリ出力に対応して前記可変抵抗手段および可変キャパシタ手段を制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする請求項1記載のパッシブプローブ装置。 The correction control means includes
A memory in which correction values of the variable resistance means and the variable capacitor means with respect to temperature changes of the probe head and the capacitor are stored in advance;
2. The passive probe device according to claim 1, further comprising a control circuit that controls the variable resistance means and the variable capacitor means in response to the memory output corresponding to the detection signal of the temperature sensor.
複数の抵抗素子と、
該複数の抵抗素子を切り換えるスイッチと
を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のパッシブプローブ装置。 The variable resistance means includes
A plurality of resistance elements;
The passive probe device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a switch for switching the plurality of resistance elements.
複数のキャパシタ素子と、
該複数のキャパシタを切り換えるスイッチと
を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のパッシブプローブ装置。 The variable capacitor means includes
A plurality of capacitor elements;
The passive probe device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a switch for switching the plurality of capacitors.
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JP2009145172A (en) | 2009-07-02 |
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