JP6527773B2

JP6527773B2 - 電気測定器

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Publication number: JP6527773B2
Application number: JP2015145476A
Authority: JP
Inventors: 英彰若松
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2035-07-23
Also published as: JP2017026472A

Description

本発明は、テストヘッドと測定器本体とが電気配線を介して接続される電気測定器に関し、さらに詳しく言えば、テストヘッドに信号入替回路を備え、被測定素子に対し信号入替前と信号入替後とで測定が２回にわたって行われる、特にＲＦＩ−Ｖ法によるインピーダンス測定に好適な電気測定器に関するものである。

図４に、測定器本体１０とテストベッド２０とを分離した構成とし、テストベッド２０を電気配線３０を介して測定器本体１０に接続するようにしたインピーダンス測定用の電気測定器（インピーダンスアナライザ）の一例を示す。この分離型機種によれば、テストベッド２０を被測定対象にできるだけ近づけて配置することができるため、ノイズ等の影響を受けにくく正確な測定を行うことができる。

この種の電気測定器において、測定器本体１０は、基本的な構成として、測定信号源１１０と、測定回路１２０と、制御部１３０とを含み、校正後の環境変化に対する測定安定度を高めるため、測定回路１２０として、同一仕様である第１および第２の２つの測定回路１２１，１２２を備えている。

一方、テストヘッド２０は、基本的な構成として、信号検出部２１０と、信号出力部２２０と、信号入替回路２３０とを備え、３本の電気配線３０を介して測定器本体１０と接続される。信号検出部２１０には、電流検出部２１１と電圧検出部２１２とが含まれている。

信号検出部２１０は、第１の電気配線３１０を介して測定器本体１０の測定信号源１１０と接続され、被測定素子ＤＵＴに測定信号源１１０から出力される測定信号を供給するとともに、被測定信号として、そのときに被測定素子ＤＵＴに流れる電流の応答信号Ｖｉ（以下、電流信号Ｖｉ）と、被測定素子ＤＵＴに印加される電圧の応答信号Ｖｖ（以下、電圧信号Ｖｖ）とを検出する。

信号出力部２２０は、第１出力ポート２２１と第２出力ポート２２２とを備え、正しい接続の仕方として、第１出力ポート２２１は、第２の電気配線３２０ａを介して第１測定回路１２１と接続され、第２出力ポート２２２は、第３の電気配線３２０ｂを介して第２測定回路１２２と接続される。

信号入替回路２３０は、信号検出部２１０と信号出力部２２０との間に接続されており、校正後の環境変化に対する測定安定度を高めるため、第１測定回路１２１と第２測定回路１２２とに対して、電流信号Ｖｉと電圧信号Ｖｖとを入れ替える（例えば、非特許文献１参照）。

すなわち、電流信号Ｖｉを第１出力ポート２２１から第１測定回路１２１に供給するとともに、電圧信号Ｖｖを第２出力ポート２２２から第２測定回路１２２に供給した状態で１回目の測定を行い、次に今度は、電流信号Ｖｉを第２出力ポート２２２から第２測定回路１２２に供給するとともに、電圧信号Ｖｖを第１出力ポート２２１から第１測定回路１２１に供給した状態で２回目の測定を行う。

これにより、正しい接続時、第１測定回路１２１にはＶｉ→Ｖｖの順、第２測定回路１２２にはＶｖ→Ｖｉの順に被測定信号が入力され、制御部１３０は、例えば、第１測定回路１２１と第２測定回路１２２とに入力された２つの電流信号Ｖｉの平均値Ｖｉ−ａｖｅと、第１測定回路１２１と第２測定回路１２２とに入力された２つの電圧信号Ｖｖの平均値Ｖｖ−ａｖｅとから、被測定素子ＤＵＴのインピーダンスを算出することにより、第１，第２測定回路１２１，１２２における校正後に変化する特性の違いを補償する。

図５を参照して、信号入替回路２３０の構成をより詳しく説明すると、信号入替回路２３０は、第１および第２の２つのスイッチ２３１，２３２を備えている。図５には、これら各スイッチ２３１，２３２が模式的に機械スイッチとして示されているが、実際には、各スイッチ２３１，２３２には、半導体スイッチが用いられている。

第１スイッチ２３１は、第１出力ポート２２１側に接続される接点２３１ａと第２出力ポート２２２側に接続される接点２３１ｂとを備え、電流信号Ｖｉを出力ポート２２１，２２２のいずれか一方に供給する。

同様に、第２スイッチ２３２も、第１出力ポート２２１側に接続される接点２３２ａと第２出力ポート２２２側に接続される接点２３２ｂとを備え、電圧信号Ｖｖを出力ポート２２１，２２２のいずれか一方に供給する。

第１，第２スイッチ２３１，２３２を切り替えるため、測定回路１２１，１２２からスイッチ切替信号が出力される。これらスイッチ切替信号は、互いに極性の異なる直流の制御電圧として第２，第３の電気配線３２０ａ，３２０ｂに重畳して第１，第２の各出力ポート２２１，２２２に供給される。

スイッチ切替信号は、一方が正極性（＋）であれば他方が負極性（−）であり、第１，第２の各出力ポート２２１，２２２に供給されたスイッチ切替信号（制御電圧）は、レベル変換回路２５１，２５２にてＨ，Ｌ（１，０）のデジタル信号に変換され、制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２としてスイッチ２３１，２３２の制御端子に与えられる。

ここで、第１測定回路１２１から第１出力ポート２２１に供給される制御電圧が正極性（＋）で、第２測定回路１２２から第２出力ポート２２２に供給される制御電圧が負極性（−）であれば、第１スイッチ２３１に対する制御信号ＣＴＬ１は「Ｈ（もしくは１）」レベルで、第１スイッチ２３１は接点２３１ａ側が導通となり、第２スイッチ２３２に対する制御信号ＣＴＬ２は「Ｌ（もしくは０）」レベルで、第２スイッチ２３２は接点２３２ｂ側が導通となり、第１出力ポート２２１には電流信号Ｖｉが現れ、第２出力ポート２２２には電圧信号Ｖｖが現れる。

これに対して、第１測定回路１２１から第１出力ポート２２１に供給される制御電圧が負極性（−）で、第２測定回路１２２から第２出力ポート２２２に供給される制御電圧が正極性（＋）であれば、第１スイッチ２３１に対する制御信号ＣＴＬ１は「Ｌ」で、第１スイッチ２３１は接点２３１ｂ側が導通となり、第２スイッチ２３２に対する制御信号ＣＴＬ２は「Ｈ」で、第２スイッチ２３２は接点２３２ａ側が導通となり、第１出力ポート２２１には電圧信号Ｖｖが現れ、第２出力ポート２２２には電流信号Ｖｉが現れる。

すなわち、第１出力ポート２２１の制御電圧が正極性（＋）、第２出力ポート２２２の制御電圧が負極性（−）の状態から、第１出力ポート２２１の制御電圧が負極性（−）、第２出力ポート２２２の制御電圧が正極性（＋）に反転すると、第１出力ポート２２１にはＶｉ→Ｖｖの順で被測定信号が現れ、第２出力ポート２２２にはＶｖ→Ｖｉの順で被測定信号が現れることになる。

ここで、被測定素子ＤＵＴを測定するにあたって、第１回目の測定時には、第１測定回路１２１より正極性（＋）の制御電圧、第２測定回路１２２より負極性（−）の制御電圧が出され、第２回目の測定時には、第１測定回路１２１より負極性（−）の制御電圧、第２測定回路１２２より正極性（＋）の制御電圧が出されるように、その順序があらかじめ設定されているとすれば、制御部１３０は、１回目の測定時に第１測定回路１２１に入力される被測定信号は電流信号Ｖｉ，第２測定回路１２２に入力される被測定信号は電圧信号Ｖｖであると認識し、２回目の測定時に第１測定回路１２１に入力される被測定信号は電圧信号Ｖｖ，第２測定回路１２２に入力される被測定信号は電流信号Ｖｉであると認識する。

したがって、制御部１３０は、例えば被測定素子ＤＵＴのインピーダンスを算出するにあたって、第１測定回路１２１に入力された１回目の被測定信号と第２測定回路１２２に入力された２回目の被測定信号とを電流信号として電流の平均値Ｖｉ−ａｖｅを求めるとともに、第１測定回路１２１に入力された２回目の被測定信号と第２測定回路１２２に入力された１回目の被測定信号とを電圧信号として電圧の平均値Ｖｖ−ａｖｅを求めた後、Ｖｖ−ａｖｅ／Ｖｉ−ａｖｅにより被測定素子ＤＵＴのインピーダンスを算出する。

テストヘッド２０を測定器本体１０に接続する場合、正しい接続（正接続）として、第１出力ポート２２１を第１測定回路１２１に接続し、第２出力ポート２２２を第２測定回路１２２に接続すれば、第１回目および第２回目の測定により、第１測定回路１２１には、Ｖｉ→Ｖｖの順に被測定信号が入力され、第２測定回路１２２には、Ｖｖ→Ｖｉの順に被測定信号が入力されることになる。

これに対して、間違って、第１出力ポート２２１を第２測定回路１２２に接続し、第２出力ポート２２２を第１測定回路１２１に逆接続したとしても、第１回目の測定時には、第１出力ポート２２１に第２測定回路１２２より負極性（−）の制御電圧が印加され、第２出力ポート２２２に第１測定回路１２１より正極性（＋）の制御電圧が印加されることになるため、第１出力ポート２２１から第２測定回路１２２に電圧信号Ｖｖが、第２出力ポート２２２から第１測定回路１２１に電流信号Ｖｉが入力される。

また、第２回目の測定時には、第１出力ポート２２１に第２測定回路１２２より正極性（＋）の制御電圧が印加され、第２出力ポート２２２に第１測定回路１２１より負極性（−）の制御電圧が印加されることになるため、第１出力ポート２２１から第２測定回路１２２に電流信号Ｖｉが、第２出力ポート２２２から第１測定回路１２１に電圧信号Ｖｖが入力されることになり、図６に示すように、結果として、正接続の場合と同じく、第１回目および第２回目の測定により、第１測定回路１２１には、Ｖｉ→Ｖｖの順に被測定信号が入力され、第２測定回路１２２には、Ｖｖ→Ｖｉの順に被測定信号が入力されることになり、逆接続しても被測定素子ＤＵＴの例えばインピーダンスを算出するうえで、特に問題は生じない。

なお、テストヘッド２０には、上記スイッチ切替信号（直流の制御電圧）より動作電源を得るための電源生成部２４０が設けられている。電源生成部２４０は、正極性（＋）と負極性（−）の両制御電圧を整流する全波整流回路を接地された中点により正極側と負極側とに分離してなり、その各々に定電圧回路２４１ａ，２４１ｂを有する＋電源生成部２４１と−電源生成部２４２とを備え、この例では、＋電源生成部２４１より＋３．３ＶのＶｄｄ、−電源生成部２４２より−３．３ＶのＶｓｓを生成し、各スイッチ２３１，２３２の電源としている。

ＲＦＩ−Ｖ法によるインピーダンス測定のネットワーク測定法に対する優位性（アジレント・テクノロジー株式会社，アプリケーション・ノート１３６９−２第６章参照）

しかしながら、上記従来例に係る電気測定器（インピーダンスアナライザ）では、各出力ポート２２１，２２２に重畳される直流の制御電圧の極性を正極性（＋）→負極性（−）もしくは負極性（−）→正極性（＋）に切り替えて、各スイッチ２３１，２３２を切り替えるようしているが、この制御電圧の極性切替時に、各出力ポート２２１，２２２に連なる信号出力ライン２２１ａ，２２２ａに微分波形状の過渡的な応答が発生する。この過渡的な応答は、信号出力ライン２２１ａ，２２２ａに介装されている直流阻止用のコンデンサＣ１，Ｃ２による。

そのため、安定した測定を行うまでに時間がかかり、測定値のバラツキが大きくなったり、測定の高速化がはかれない等の問題が生ずる。また、過渡的な応答による過渡電圧が信号入替回路２３０や被測定素子ＤＵＴの端子に印加されるため、周辺の部材にストレスを与えることがある。

この点を解決するため、テストヘッド２０の信号出力部２２０（２２１，２２２）と測定器本体１０の測定回路１２０（１２１，１２２）とを接続する第２，第３の電気配線３２０ａ，３２０ｂには、テストヘッド２０に動作電源を与えるだけの極性を切り替えない直流電圧（例えば測定中、第１測定回路１２１からは＋ＤＣ電圧を出力させ、第２測定回路１２２からは−ＤＣ電圧を出力させる）のみを重畳し、制御部１３０から図示しない専用の電気配線を介してスイッチ２３１，２３２に直接スイッチ切替信号を与える方法、つまり、スイッチ切替の制御線と電源線とを分離する方法が考えられる。

この制御部１３０から出力されるスイッチ切替信号は、第１スイッチ２３１と第２スイッチ２３２とに極性が反転した状態で印加される。すなわち、第１スイッチ２３１に対するスイッチ切替信号がＨ（もしくはＬ）のとき、第２スイッチ２３２に対するスイッチ切替信号はＬ（もしくはＨ）となるようにする。

これによれば、第１スイッチ２３１に対するスイッチ切替信号がＨで、その接点２３１ａ側が導通し、第２スイッチ２３２に対するスイッチ切替信号がＬで、その接点２３２ｂ側が導通した状態で第１回目の測定が行われ、その後、第１スイッチ２３１に対するスイッチ切替信号がＬで、その接点２３１ｂ側が導通し、第２スイッチ２３２に対するスイッチ切替信号がＨで、その接点２３２ａ側が導通した状態で第２回目の測定が行われる。

その結果、第１出力ポート２２１には、Ｖｉ→Ｖｖの順で被測定信号が現れ、第２出力ポート２２２には、Ｖｖ→Ｖｉの順で被測定信号が現れることになる。したがって、正しい接続として、第１出力ポート２２１を第１測定回路１２１に接続し、第２出力ポート２２２を第２測定回路１２２に接続すれば、第１測定回路１２１には、Ｖｉ→Ｖｖの順で被測定信号が入力され、第２測定回路１２２には、Ｖｖ→Ｖｉの順で被測定信号が入力されることになるため、被測定素子ＤＵＴのインピーダンスを算出するうえで問題はない。

しかしながら、誤って逆に、第１出力ポート２２１を第２測定回路１２２に接続し、第２出力ポート２２２を第１測定回路１２１に接続すると、図７に示すように、第１測定回路１２１には、Ｖｖ→Ｖｉの順で被測定信号が入力され、第２測定回路１２２には、Ｖｉ→Ｖｖの順で被測定信号が入力されることになる。

上記したように、制御部１３０には、被測定素子ＤＵＴのインピーダンスを算出するにあたって、第１測定回路１２１に入力された１回目の被測定信号と第２測定回路１２２に入力された２回目の被測定信号とを電流信号として電流の平均値Ｖｉ−ａｖｅを求めるとともに、第１測定回路１２１に入力された２回目の被測定信号と第２測定回路１２２に入力された１回目の被測定信号とを電圧信号として電圧の平均値Ｖｖ−ａｖｅを求めた後、Ｖｖ−ａｖｅ／Ｖｉ−ａｖｅにより被測定素子ＤＵＴのインピーダンスを算出するようにあらかじめプログラムされている。

したがって、上記のような逆接続時には、第１測定回路１２１の被測定信号は１回目がＶｖで２回目がＶｉであり、また、第２測定回路１２２の被測定信号は１回目がＶｉで２回目がＶｖとなり、電圧信号から電流の平均値Ｖｉ−ａｖｅが求められ、電流信号から電圧の平均値Ｖｖ−ａｖｅが求められることになり、正しい接続（正接続）の順番とは逆になるため、正しい接続時と同じ計算をすると、インピーダンスの逆数であるアドミッタンスを算出することになる、という不都合が生ずる。

このように、スイッチ切替の制御線と電源線とを分離すれば、図４、図５で説明した上記従来例で問題とされていた制御電圧の切替に伴う過渡現象をなくすことができるものの、他方において、第１，第２の出力ポート２２１，２２２と、第１，第２の測定回路１２１，１２２とを間違って逆接続した場合には、正しい測定値が得られない、という別の問題が生ずることになる。

したがって、本発明の課題は、信号入替回路を有するテストヘッドと測定器本体とが電気配線を介して接続され、同一の被測定素子に対し信号入替前と信号入替後とで測定が２回にわたって行われる、特にＲＦＩ−Ｖ法によるインピーダンス測定用の電気測定器において、信号入替回路に対するスイッチ切替の制御線とテストヘッドに対する給電用の電源線とを分離するにあたって、テストヘッドの出力ポートと測定器本体の測定回路との接続を間違えても正しい測定値が得られるようにすることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、測定信号源、第１，第２の測定回路および制御部を有する測定器本体と、所定の電気配線を介して上記測定器本体に接続され上記測定信号源から出力される測定信号を被測定素子に印加するテストヘッドとを含み、
上記テストヘッドには、上記被測定素子から電流信号Ｖｉおよび電圧信号Ｖｖを検出する信号検出部と、第１，第２の出力ポートを有する信号出力部と、上記信号検出部と上記信号出力部との間に接続された信号入替回路とが設けられており、上記被測定素子の測定が上記信号入替回路による信号の入替前と入替後の２回にわたって行われ、１回目の測定時には、上記第１，第２のうちの一方の出力ポートに上記電流信号Ｖｉが、他方の出力ポートに上記電圧信号Ｖｖが供給され、２回目の測定時には、上記一方の出力ポートに上記電圧信号Ｖｖが、上記他方の出力ポートに上記電流信号Ｖｉが供給され、上記一方と他方の各出力ポートより上記電気配線を介して上記第１，第２測定回路の各々に上記電流信号Ｖｉと上記電圧信号Ｖｖとが所定の順序で入力され、これらの入力信号に基づいて上記被測定素子の所定のパラメータが算出される電気測定器において、
上記信号入替回路は、上記電流信号Ｖｉを上記第１出力ポートと上記第２出力ポートのいずれかに択一的に供給する第１スイッチと、上記電圧信号Ｖｖを上記第１出力ポートと上記第２出力ポートのいずれかに択一的に供給する第２スイッチとを有し、
上記第１，第２測定回路より上記電気配線を介して上記第１，第２の各出力ポートに上記テストヘッドの動作電源として、測定中は極性が切り替えられることのない極性の異なる直流電圧が供給され、上記第１出力ポートが＋電圧，上記第２出力ポートが−電圧のときを「正接続」、上記第１出力ポートが−電圧，上記第２出力ポートが＋電圧のときを「逆接続」として、
上記制御部は、上記被測定素子の測定時に、上記信号入替回路により信号を入れ替える際、上記正接続時と上記逆接続時とに応じて、上記第１，第２スイッチの切り替え順序を異ならせることを特徴としている。

本発明において、上記制御部には、１回目の測定時に上記各測定回路に入力される信号の種別と、２回目の測定時に上記各測定回路に入力される信号の種別とがあらかじめ設定されているものとする。

本発明の好ましい態様によると、上記制御部は、上記正接続時には、１回目では上記第１スイッチを上記第１出力ポート側、上記第２スイッチを上記第２出力ポート側に切り替え、２回目では上記第１スイッチを上記第２出力ポート側、上記第２スイッチを上記第１出力ポート側に切り替えて、上記第１出力ポートからは上記電流信号Ｖｉ，上記電圧信号Ｖｖの順（Ｖｉ→Ｖｖ）、上記第２出力ポートからは上記電圧信号Ｖｖ，上記電流信号Ｖｉの順（Ｖｖ→Ｖｉ）で各信号を出力させ、
上記逆接続時には、１回目では上記第１スイッチを上記第２出力ポート側、上記第２スイッチを上記第１出力ポート側に切り替え、２回目では上記第１スイッチを上記第１出力ポート側、上記第２スイッチを上記第２出力ポート側に切り替えて、上記第１出力ポートからは上記電圧信号Ｖｖ，上記電流信号Ｖｉの順（Ｖｖ→Ｖｉ）、上記第２出力ポートからは上記電流信号Ｖｉ，上記電圧信号Ｖｖの順（Ｖｉ→Ｖｖ）で各信号を出力させる。

また、上記第１，第２スイッチはともに、切替指示信号がＨレベルのとき上記第１出力ポート側が選択され、切替指示信号がＬレベルのとき上記第２出力ポート側が選択される半導体スイッチからなり、上記テストヘッドは、上記第１，第２の各半導体スイッチにそれぞれ上記切替指示信号を出力する第１，第２のスイッチ制御素子を備え、上記制御部は、上記各スイッチ制御素子に対してＨもしくはＬレベルのスイッチ切替制御信号を出力し、好ましくは、上記第１，第２スイッチ制御素子には、ともに排他的論理和のゲート回路が用いられており、上記第１スイッチ制御素子は、その一方の入力を上記第１出力ポートの直流電圧をデジタル信号レベルに変換してなる第１出力ポート信号とし、他方の入力を上記制御部からの上記スイッチ切替制御信号としており、上記第２スイッチ制御素子は、その一方の入力を上記第２出力ポートの直流電圧をデジタル信号レベルに変換してなる第２出力ポート信号とし、他方の入力を上記制御部からの上記スイッチ切替制御信号としている。

本発明によれば、信号入替回路に対するスイッチ切替の制御線とテストヘッドに対する給電用の電源線とが分離され、測定器本体の各測定回路から電源線を介してテストヘッドの各出力ポートに供給されるのはテストヘッドの動作電源としての極性が一定の直流電圧だけで、信号入替用の極性が反転する制御電圧は重畳されないため、各出力ポートに連なる被測定信号ラインに過渡的な応答が発生しない。したがって、測定の高速化と高安定化をはかることができる。

また、信号入替回路の各スイッチは、制御部から出力される２値（Ｈ，Ｌ）のスイッチ切替制御信号と、出力ポートに現れる直流電圧の極性（Ｈ，Ｌ）とに応じて切り替えられるようにしたことにより、逆接続時においても、各測定回路には正接続時とおなじ順序で被測定信号が入力されることになり、正しい測定値を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る電気測定器を示す概略的な構成図。上記電気測定器が備えるテストヘッドの電気的な構成を示す回路図。上記電気測定器において、正接続時と逆接続時における各出力ポートの出力信号と各測定回路の入力信号との関係を表形式として示す模式図。本発明と同種の電気測定器の従来例を示す概略的な構成図。上記従来例が備えるテストヘッドの電気的な構成を示す回路図。上記従来例において、正接続時と逆接続時における各出力ポートの出力信号と各測定回路の入力信号との関係を表形式として示す模式図。スイッチ切替の制御線と給電用の電源線とを分離する別の従来例において、正接続時と逆接続時における各出力ポートの出力信号と各測定回路の入力信号との関係を表形式として示す模式図。

次に、図１ないし図３により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、以下に説明する実施形態において、先に図４，図５で説明した従来例と変更を要しない部分には同じ参照符号を付している。

図１を参照して、この実施形態に係る電気測定器（インピーダンスアナライザ）において、測定器本体１０とテストベッド２０は、第１ないし第４の４本の電気配線３０（３１０，３２０ａ，３２０ｂ，３３０）を介して接続される。

測定器本体１０は、基本的な構成として、測定信号源１１０と、測定回路１２０と、制御部１３０とを含み、校正後の環境変化に対する測定安定度を高めるため、測定回路１２０として、同一仕様である第１および第２の２つの測定回路１２１，１２２を備えている。

一方、テストヘッド２０は、基本的な構成として、信号検出部２１０と、信号出力部２２０と、信号入替回路２３０とを備えている。信号検出部２１０には、電流検出部２１１と電圧検出部２１２とが含まれている。

信号検出部２１０は、第１の電気配線（測定信号供給線）３１０を介して測定器本体１０の測定信号源１１０と接続され、被測定素子ＤＵＴに測定信号源１１０から出力される測定信号を供給するとともに、被測定信号として、そのときに被測定素子ＤＵＴに流れる電流信号Ｖｉを電流検出部２１１にて電圧信号として検出するとともに、被測定素子ＤＵＴに生ずる電圧信号Ｖｖを電圧検出部２１２にて検出する。

信号出力部２２０は、第１出力ポート２２１と第２出力ポート２２２とを備え、この実施形態において、第１出力ポート２２１を第２の電気配線３２０ａを介して第１測定回路１２１に接続し、第２出力ポート２２２を第３の電気配線３２０ｂを介して第２測定回路１２２に接続するのが正しい接続の仕方である。通常、測定回路１２１，１２２は校正（キャリブレーション）した状態でユーザーに出荷される。

信号入替回路２３０は、信号検出部２１０と信号出力部２２０との間に接続されており、校正後の環境変化等に対する測定安定度を高めるため、測定を２回行いその間に、第１測定回路１２１と第２測定回路１２２とに対して、電流信号Ｖｉと電圧信号Ｖｖとを入れ替える。

すなわち、先にも説明したように、電流信号Ｖｉを第１出力ポート２２１から第１測定回路１２１に供給するとともに、電圧信号Ｖｖを第２出力ポート２２２から第２測定回路１２２に供給した状態で１回目の測定を行い、次に今度は、電流信号Ｖｉを第２出力ポート２２２から第２測定回路１２２に供給するとともに、電圧信号Ｖｖを第１出力ポート２２１から第１測定回路１２１に供給した状態で２回目の測定を行う。

これにより、電源線３２０ａ，３２０ｂが正しく接続されている時（正接続時）、第１測定回路１２１にはＶｉ→Ｖｖの順、第２測定回路１２２にはＶｖ→Ｖｉの順に被測定信号が入力され、制御部１３０は、第１測定回路１２１に対して１回目に入力された電流信号Ｖｉと第２測定回路１２２に対して２回目に入力された電流信号Ｖｉとから電流の平均値Ｖｉ−ａｖｅを求めるとともに、第１測定回路１２１に対して２回目に入力された電圧信号Ｖｖと第２測定回路１２２に対して１回目に入力された電圧信号Ｖｖとから電圧の平均値Ｖｖ−ａｖｅを求めた後、Ｖｖ−ａｖｅ／Ｖｉ−ａｖｅにより被測定素子ＤＵＴのインピーダンスを算出することにより、第１，第２測定回路１２１，１２２の校正後に変化する特性の違いを補償する。

なお、制御部１３０には、第１測定回路１２１にはＶｉ→Ｖｖの順、第２測定回路１２２にはＶｖ→Ｖｉの順に被測定信号が入力されることがあらかじめ設定されている。これにより、制御部１３０は、第１測定回路１２１に最初に入力される被測定信号は電流信号Ｖｉ、その次に入力される被測定信号は電圧信号Ｖｖ、また、第２測定回路１２２に最初に入力される被測定信号は電圧信号Ｖｖ、その次に入力される被測定信号は電流信号Ｖｉであると認識する。

図２を参照して、信号入替回路２３０の構成をより詳しく説明すると、信号入替回路２３０は、第１および第２の２つのスイッチ２３１，２３２を備えている。図２には、これら各スイッチ２３１，２３２が模式的に機械スイッチとして示されているが、実際には、各スイッチ２３１，２３２には、半導体スイッチが用いられる。

第２，第３の電気配線３２０ａ，３２０ｂは電源線（給電線）でもあり、第１および第２測定回路１２１，１２２から電気配線３２０ａ，３２０ｂを介して第１および第２出力ポート２２１，２２２にテストベッド２０の動作電源が供給される。

この実施形態では、第１測定回路１２１から正極性の直流電圧（＋ＤＣ電圧）が出力され、第２測定回路１２２から負極性の直流電圧（−ＤＣ電圧）が出力される。これとは逆に、第１測定回路１２１から−ＤＣ電圧が出力され、第２測定回路１２１から＋ＤＣ電圧が出力されるようにしてもよいが、いずれにしても、これらＤＣ電圧の極性は測定中に切り替えられることはない。

各測定回路１２１，１２２から各出力ポート２２１，２２２に供給されるＤＣ電圧は、レベル変換回路２５１，２５２にてＨ，Ｌ（１，０）の制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２に変換される。本発明において、これら制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２は、測定回路１２１，１２２に対する出力ポート２２１，２２２の接続状態（正接続か逆接続かどうか）を判定する判定要素として用いられる。

すなわち、制御信号ＣＴＬ１がＨレベル，制御信号ＣＴＬ２がＬレベルであれば、第１出力ポート２２１は第１測定回路１２１に接続され、第２出力ポート２２２は第２測定回路１２２に接続されていると判定され、これとは反対に、制御信号ＣＴＬ１がＬレベル，制御信号ＣＴＬ２がＨレベルであれば、第１出力ポート２２１は第２測定回路１２２に接続され、第２出力ポート２２２は第１測定回路１２１に接続されていると判定される。

なお、テストヘッド２０には、測定回路１２１，１２２から供給される＋，−のＤＣ電圧より動作電源を得るための電源生成部２４０が設けられている。電源生成部２４０は、＋，−のＤＣ電圧を整流する全波整流回路を接地された中点により正極側と負極側とに分離してなり、その各々に定電圧回路２４１ａ，２４１ｂを有する＋電源生成部２４１と−電源生成部２４２とを備え、この例では、＋電源生成部２４１より＋３．３ＶのＶｄｄ、−電源生成部２４２より−３．３ＶのＶｓｓを生成し、各スイッチ２３１，２３２の電源としている。

本発明では、測定回路１２１，１２２から信号入替回路２３０に対してスイッチ切替信号は出力されないが、その代わりに、測定器本体１０の制御部１３０から第４の電気配線（スイッチ切替用制御線）３３０を介してテストヘッド２０に２値（Ｈ，Ｌ）のスイッチ切替制御信号ＣＴＬが供給される。

これに関連して、テストヘッド２０には、信号入替回路２３０の第１，第２スイッチ２３１，２３２に切替指示信号ＣＴＬａ，ＣＴＬｂを与える第１および第２のスイッチ制御素子２６１，２６２が設けられている。

上記したように、信号入替回路２３０の第１，第２スイッチ２３１，２３２には、半導体スイッチが用いられる。この実施形態において、スイッチ２３１，２３２はともに、切替指示信号（ＣＴＬａ，ＣＴＬｂ）がＨレベルのとき、第１出力ポート２２１側の接点２３１ａ，２３２ａを選択し、切替指示信号（ＣＴＬａ，ＣＴＬｂ）がＬレベルのとき、第１出力ポート２２２側の接点２３１ｂ，２３２ｂを選択する。

この実施形態において、第１および第２のスイッチ制御素子２６１，２６２には、排他的論理和のゲート回路が用いられている。排他的論理和はＥＸＯＲ，ＥＸＮＯＲのいずれであってもよいが、ここでは、ＥＸＮＯＲを採用している。また、１素子ではなくＡＮＤやＯＲの各ゲート回路の組合せにより排他的論理和が構成されてもよい。

第１スイッチ制御素子２６１は、その一方の入力をレベル変換回路２５１より出力される制御信号ＣＴＬ１とし、他方の入力を制御部１３０からのスイッチ切替制御信号ＣＴＬとしている。

第２スイッチ制御素子２６２は、その一方の入力をレベル変換回路２５２より出力される制御信号ＣＴＬ２とし、他方の入力を制御部１３０からのスイッチ切替制御信号ＣＴＬとしている。

次に、動作について説明するが、この実施形態での前提条件として、上記したように、制御部１３０は、第１測定回路１２１に最初に入力される被測定信号は電流信号Ｖｉ、その次に入力される被測定信号は電圧信号Ｖｖ、また、第２測定回路１２２に最初に入力される被測定信号は電圧信号Ｖｖ、その次に入力される被測定信号は電流信号Ｖｉであると認識する。

また、第１測定回路１２１から出力されるのは＋ＤＣ電圧、第２測定回路１２２から出力されるのは−ＤＣ電圧であり、接続の仕方として、第１出力ポート２２１を第１測定回路１２１に接続するとともに、第２出力ポート２２１を第２測定回路１２２に接続する場合を正しい接続（正接続）、これに対して、第１出力ポート２２１を第２測定回路１２２に接続するとともに、第２出力ポート２２１を第１測定回路１２１に接続する場合を誤った接続（逆接続）という。

また、被測定素子ＤＵＴの測定中、制御部１３０は、スイッチ切替制御信号ＣＴＬをＨ→Ｌ（もしくはＬ→Ｈ）に転じて、信号を入れ替えて測定を２回行うが、ここでの説明では、スイッチ切替制御信号ＣＴＬをＨレベルとして第１回目の測定を行い、その後、スイッチ切替制御信号ＣＴＬをＬレベルとして第２回目の測定を行うものとする。

まず、出力ポート２２１，２２２と測定回路１２１，１２２とが正しく接続されている場合、第１出力ポート２２１には＋ＤＣ電圧が供給され、第２出力ポート２２２には−ＤＣ電圧が供給されるため、レベル変換回路２５１より出力される制御信号ＣＴＬ１はＨレベル、レベル変換回路２５２より出力される制御信号ＣＴＬ２はＬレベルとなる。

第１回目の測定時、制御部１３０はスイッチ切替制御信号ＣＴＬをＨレベルとする。これにより、第１スイッチ制御素子２６１の２入力は（Ｈ，Ｈ）、第２スイッチ制御素子２６２の２入力は（Ｌ，Ｈ）となるため、ＥＸＮＯＲ論理にしたがって、第１スイッチ制御素子２６１から第１スイッチ２３１に出力される切替指示信号ＣＴＬａはＨレベル、第２スイッチ制御素子２６２から第２スイッチ２３２に出力される切替指示信号ＣＴＬｂはＬレベルとなる。

これにより、第１スイッチ２３１では接点２３１ａ側が導通となり、第１出力ポート２２１に電流信号Ｖｉが現れ、第２スイッチ２３２では接点２３２ｂ側が導通となり、第２出力ポート２２２に電圧信号Ｖｖが現れる。

次の２回目の測定時、制御部１３０はスイッチ切替制御信号ＣＴＬをＨ→Ｌレベルに転ずる。これにより、第１スイッチ制御素子２６１の２入力は（Ｈ，Ｌ）、第２スイッチ制御素子２６２の２入力は（Ｌ，Ｌ）となるため、ＥＸＮＯＲ論理にしたがって、第１スイッチ制御素子２６１から第１スイッチ２３１に出力される切替指示信号ＣＴＬａはＬレベル、第２スイッチ制御素子２６２から第２スイッチ２３２に出力される切替指示信号ＣＴＬｂはＨレベルとなる。

これにより、第１スイッチ２３１では接点２３１ｂ側が導通となり、第２出力ポート２２２に電流信号Ｖｉが現れ、第２スイッチ２３２では接点２３２ａ側が導通となり、第１出力ポート２２１に電圧信号Ｖｖが現れる。

したがって、出力ポート２２１，２２２と測定回路１２１，１２２とが正しく接続されている場合、第１測定回路１２１には、第１出力ポート２２１からＶｉ→Ｖｖの順、第２測定回路１２２には、第２出力ポート２２２からＶｖ→Ｖｉの順に被測定信号が入力されることになる。

これに対して、出力ポート２２１，２２２と測定回路１２１，１２２とが逆接続である場合には、第１出力ポート２２１には−ＤＣ電圧が供給され、第２出力ポート２２２には＋ＤＣ電圧が供給されるため、レベル変換回路２５１より出力される制御信号ＣＴＬ１はＬレベル、レベル変換回路２５２より出力される制御信号ＣＴＬ２はＨレベルとなる。

第１回目の測定時、制御部１３０はスイッチ切替制御信号ＣＴＬをＨレベルとする。これにより、第１スイッチ制御素子２６１の２入力は（Ｈ，Ｌ）、第２スイッチ制御素子２６２の２入力は（Ｈ，Ｈ）となるため、ＥＸＮＯＲ論理にしたがって、第１スイッチ制御素子２６１から第１スイッチ２３１に出力される切替指示信号ＣＴＬａはＬレベル、第２スイッチ制御素子２６２から第２スイッチ２３２に出力される切替指示信号ＣＴＬｂはＨレベルとなる。

次の２回目の測定時、制御部１３０はスイッチ切替制御信号ＣＴＬをＨ→Ｌレベルに転ずる。これにより、第１スイッチ制御素子２６１の２入力は（Ｌ，Ｌ）、第２スイッチ制御素子２６２の２入力は（Ｌ，Ｈ）となるため、ＥＸＮＯＲ論理にしたがって、第１スイッチ制御素子２６１から第１スイッチ２３１に出力される切替指示信号ＣＴＬａはＨレベル、第２スイッチ制御素子２６２から第２スイッチ２３２に出力される切替指示信号ＣＴＬｂはＬレベルとなる。

したがって、出力ポート２２１，２２２と測定回路１２１，１２２との接続が逆接続の場合、第１測定回路１２１には、第２出力ポート２２２からＶｉ→Ｖｖの順、第２測定回路１２２には、第１出力ポート２２１からＶｖ→Ｖｉの順に被測定信号が入力されることになる。

図３に、正接続時と逆接続時における測定回路１２１，１２２への被測定信号（電流信号Ｖｉ，電圧信号Ｖｖ）の入力順を示す。これから分かるように、測定回路１２０と信号出力部２２０とを２本の電気配線３２０ａ，３２０ｂを介して接続する際、その配線を間違えても測定回路１２１，１２２への被測定信号（電流信号Ｖｉ，電圧信号Ｖｖ）の入力順序は変わらない。

すなわち、どのように接続しても、第１測定回路１２１には、Ｖｉ→Ｖｖの順で被測定信号が入力され、第２測定回路１２２には、Ｖｖ→Ｖｉの順で被測定信号が入力されることになる。

この点（被測定信号の入力順が変わらない点）は、先の図４ないし図６で説明した従来例と同じであるが、本発明では、測定回路１２１，１２２と出力ポート２２１，２２２とを接続する電気配線３２０ａ，３２０ｂに信号入替用の極性が反転する制御電圧を重畳しないため、各出力ポート２２１，２２２に連なる被測定信号ライン２２１ａ，２２２ａに過渡的な応答が発生しない。したがって、より一層の測定の高速化と高安定化をはかることができる。

なお、第１，第２スイッチ制御素子２６１，２６２にＥＸＯＲ論理のゲート回路を用いる場合には、制御部１３０から出力されるスイッチ切替制御信号ＣＴＬを、上記とは反対に１回目の測定ではＬレベルとし、２回目の測定でＨレベルとする。

１０測定器本体
１１０測定信号源
１２０（１２１，１２２）測定回路
１３０制御部
２０テストヘッド
２１０信号検出部
２１１電流検出部
２１２電圧検出部
２２０信号出力部
２２１，２２２出力ポート
２３０信号入替回路
２３１，２３２スイッチ（半導体スイッチ）
２４０電源生成回路
２４１＋電源生成回路
２４２ −電源生成回路
２５１，２５２レベル変換回路
２６１，２６２スイッチ制御素子
３０（３１０，３２０ａ，３２０ｂ，３３０）電気配線

Claims

測定信号源、第１，第２の測定回路および制御部を有する測定器本体と、所定の電気配線を介して上記測定器本体に接続され上記測定信号源から出力される測定信号を被測定素子に印加するテストヘッドとを含み、上記テストヘッドには、上記被測定素子から電流信号Ｖｉおよび電圧信号Ｖｖを検出する信号検出部と、第１，第２の出力ポートを有する信号出力部と、上記信号検出部と上記信号出力部との間に接続された信号入替回路とが設けられており、上記被測定素子の測定が上記信号入替回路による信号の入替前と入替後の２回にわたって行われ、１回目の測定時には、上記第１，第２のうちの一方の出力ポートに上記電流信号Ｖｉが、他方の出力ポートに上記電圧信号Ｖｖが供給され、２回目の測定時には、上記一方の出力ポートに上記電圧信号Ｖｖが、上記他方の出力ポートに上記電流信号Ｖｉが供給され、上記一方と他方の各出力ポートより上記電気配線を介して上記第１，第２測定回路の各々に上記電流信号Ｖｉと上記電圧信号Ｖｖとが所定の順序で入力され、これらの入力信号に基づいて上記被測定素子の所定のパラメータが算出される電気測定器において、
上記信号入替回路は、上記電流信号Ｖｉを上記第１出力ポートと上記第２出力ポートのいずれかに択一的に供給する第１スイッチと、上記電圧信号Ｖｖを上記第１出力ポートと上記第２出力ポートのいずれかに択一的に供給する第２スイッチとを有し、
上記第１，第２測定回路より上記電気配線を介して上記第１，第２の各出力ポートに上記テストヘッドの動作電源として、測定中は極性が切り替えられることのない極性の異なる直流電圧が供給され、上記第１出力ポートが＋電圧，上記第２出力ポートが−電圧のときを「正接続」、上記第１出力ポートが−電圧，上記第２出力ポートが＋電圧のときを「逆接続」として、
上記制御部は、上記被測定素子の測定時に、上記信号入替回路により信号を入れ替える際、上記正接続時と上記逆接続時とに応じて、上記第１，第２スイッチの切り替え順序を異ならせることを特徴とする電気測定器。
上記制御部には、１回目の測定時に上記各測定回路に入力される信号の種別と、２回目の測定時に上記各測定回路に入力される信号の種別とがあらかじめ設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電気測定器。
上記制御部は、上記正接続時には、１回目では上記第１スイッチを上記第１出力ポート側、上記第２スイッチを上記第２出力ポート側に切り替え、２回目では上記第１スイッチを上記第２出力ポート側、上記第２スイッチを上記第１出力ポート側に切り替えて、上記第１出力ポートからは上記電流信号Ｖｉ，上記電圧信号Ｖｖの順（Ｖｉ→Ｖｖ）、上記第２出力ポートからは上記電圧信号Ｖｖ，上記電流信号Ｖｉの順（Ｖｖ→Ｖｉ）で各信号を出力させ、
上記逆接続時には、１回目では上記第１スイッチを上記第２出力ポート側、上記第２スイッチを上記第１出力ポート側に切り替え、２回目では上記第１スイッチを上記第１出力ポート側、上記第２スイッチを上記第２出力ポート側に切り替えて、上記第１出力ポートからは上記電圧信号Ｖｖ，上記電流信号Ｖｉの順（Ｖｖ→Ｖｉ）、上記第２出力ポートからは上記電流信号Ｖｉ，上記電圧信号Ｖｖの順（Ｖｉ→Ｖｖ）で各信号を出力させることを特徴とする請求項１または２に記載の電気測定器。
上記第１，第２スイッチはともに、切替指示信号がＨレベルのとき上記第１出力ポート側が選択され、切替指示信号がＬレベルのとき上記第２出力ポート側が選択される半導体スイッチからなり、上記テストヘッドは、上記第１，第２の各半導体スイッチにそれぞれ上記切替指示信号を出力する第１，第２のスイッチ制御素子を備え、上記制御部は、上記各スイッチ制御素子に対してＨもしくはＬレベルのスイッチ切替制御信号を出力し、
上記第１，第２スイッチ制御素子には、ともに排他的論理和のゲート回路が用いられており、上記第１スイッチ制御素子は、その一方の入力を上記第１出力ポートの直流電圧をデジタル信号レベルに変換してなる第１出力ポート信号とし、他方の入力を上記制御部からの上記スイッチ切替制御信号としており、上記第２スイッチ制御素子は、その一方の入力を上記第２出力ポートの直流電圧をデジタル信号レベルに変換してなる第２出力ポート信号とし、他方の入力を上記制御部からの上記スイッチ切替制御信号としていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気測定器。