JP6643800B2 - アクセサリ及びその校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子試験測定装置と、そのためのアクセサリの分野に関し、特に、電子試験測定装置のためのアクセサリの校正にかかる課題を解決しようとするものである。

伝統的に、試験測定システム中のプローブのようなアクセサリの校正処理や補償処理には、被試験デバイス（ＤＵＴ）からそのアクセサリを外し、アクセサリを校正用又は補償用の刺激装置に接続する処理が含まれる。従来、試験測定システムは、ホスト、コントローラ及び被試験デバイスを含んでいる。アクセサリは、被試験デバイスに取り付けられ、この被試験デバイスからの信号を測定し、それをホストへと送り返す。

特開平７−４９４７３号公報 特開２００６−３６１９号公報

「絶縁 (電気)」の記事、特に「isolation」について、Wikipedia（日本語版）、［オンライン］、［２０１４年１２月８日検索］、インターネット<http://ja.wikipedia.org/wiki/絶縁 (電気)>

しかし、アクセサリを校正するには、アクセサリを被試験デバイスから外し、校正／補償刺激装置（典型的にはホスト中にある校正／補償信号発生装置）に取り付ける必要がある。即ち、校正用又は補償用刺激装置は、試験測定装置のようなホスト中に配置されている。プローブ／アクセサリと校正用又は補償用刺激装置との接続には、プローブ／アクセサリと刺激信号との間を結合する特別なアダプタ及びフィクスチャ（固定装置）を使用することがある。

更に、正確且つ高い信頼性でアクセサリを測定システムに適したものに校正又は補償する能力は、校正又は補償出力信号の仕様及び特性（信号品質）によって制限される。

そこで、手作業でアクセサリを校正又は補償信号に接続する必要がなく、また、アクセサリを校正又は補償するためにアクセサリをＤＵＴから外す必要なしに、アクセサリに校正又は補償信号を注入できるようにすることが望まれている。

本発明による１つの実施形態では、試験測定装置と共に使用されるアクセサリを含む。このアクセサリは、被試験デバイスからの信号を受ける入力端子と、アクセサリ内部に校正又は補償信号を供給する校正ユニットと、被試験デバイスからの信号又は上記校正又は補償信号を試験測定装置に出力する出力回路とを含んでいる。

本発明による別の実施形態は、アクセサリを校正するシステムを含む。このシステムは、ホストと、このホストに接続されたコントローラと、コントローラに接続されるアクセサリとを含む。アクセサリは、被試験デバイスからの信号を受ける入力端子と、アクセサリ内部に校正又は補償信号を供給する校正ユニットと、被試験デバイスからの信号又は上記校正又は補償信号をホストに出力する出力回路とを含んでいる。

本発明による更に別の実施形態は、アクセサリを校正するシステムを含む。このシステムは、ホストと、アクセサリとを含む。アクセサリは、被試験デバイスからの信号を受ける入力端子と、アクセサリ内部に校正又は補償信号を供給する校正ユニットと、被試験デバイスからの信号又は上記校正又は補償信号をホストに出力する出力回路とを含んでいる。

本発明の概念１は、試験測定装置と共に使用されるアクセサリであって、
被試験デバイスからの信号を受ける入力部と、
上記アクセサリ内部に校正又は補償信号を供給する校正ユニットと、
上記被試験デバイスからの信号又は上記校正若しくは補償信号のどちらかを上記試験測定装置に出力する出力部と
を具えている。

本発明の概念２は、上記概念１のアクセサリであって、このとき、上記アクセサリに変換装置（transducer）が含まれることを特徴としている。

本発明の概念３は、上記概念２のアクセサリであって、このとき、変換装置が電圧プローブ又は電流プローブであることを特徴としている。

本発明の概念４は、上記概念１のアクセサリであって、このとき、測定動作中は、上記被試験デバイスの上記信号を上記アクセサリの上記出力部に接続し、校正動作中は、上記校正ユニットを上記アクセサリの上記出力部に接続するよう構成されるスイッチを、上記アクセサリが更に具えることを特徴としている。

本発明の概念５は、上記概念１のアクセサリであって、上記アクセサリが、光学電圧センサを更に具え、
上記入力部が上記光学電圧センサの信号入力電極に接続され、上記校正ユニットが上記光学電圧センサの制御電極に接続されることを特徴としている。

本発明の概念６は、上記概念１のアクセサリであって、このとき、上記アクセサリが被試験デバイスに取り付けられているときに、上記校正ユニットが上記校正又は補償信号を供給するよう構成されることを特徴としている。

本発明の概念７は、上記概念１のアクセサリであって、このとき、測定動作中は、上記被試験デバイスからの上記信号が上記アクセサリから出力され、校正動作中は、上記校正ユニットからの上記校正又は補償信号が上記アクセサリから出力されることを特徴としている。

本発明の概念８は、上記概念１によるアクセサリを校正するシステムであって、該システムが上記試験測定装置を具えることを特徴としている。

本発明の概念９は、上記概念７のシステムであって、更にコントローラを具えている。

本発明の概念１０は、ホスト、コントローラ及び被試験デバイスを含む測定システム中のアクセサリを内部で校正する方法であって、
測定動作中にアクセサリを介して被試験デバイスからの信号を測定する処理と、
上記被試験デバイスからの上記信号を上記ホストに出力する処理と、
校正動作中、上記アクセサリ内部の校正ユニットから校正又は補償信号を、上記コントローラを介して上記ホストに送信する処理と
上記ホストで受けた上記校正又は補償信号に基いて、上記被試験デバイスからの上記信号を上記ホストで校正又は補償する処理と
を具えている。

本発明の概念１１は、上記概念１０の方法であって、スイッチを用いて、上記ホストに出力する信号を、測定動作中は上記被試験デバイスに、校正動作中は上記校正ユニットに切り換える処理を更に具えている。

本発明の概念１２は、上記概念１０の方法であって、上記アクセサリが上記被試験デバイスに取り付けられているときに、上記校正又は補償信号が送信されることを特徴としている。

図１は、本発明の実施形態の例による校正／補償ユニットを含むアクセサリ・ヘッドを有する測定システムであって、測定動作モードの場合を示す。 図２は、本発明の実施形態の例による校正／補償ユニットを含むアクセサリ・ヘッドを有する測定システムであって、校正又は補償モードの場合を示す。 図３は、本発明の実施形態の別の例（シングル・エンド入力の例）による校正／補償ユニットを含むアクセサリ・ヘッドを有する測定システムを示す。 図４は、本発明の実施形態の別の例による光センサ及び校正／補償ユニットを含むアクセサリ・ヘッドを有する測定システムを示す。 図５は、本発明の実施形態の更に別の例による光センサ及び校正／補償ユニットを含むアクセサリ・ヘッドを有する測定システムを示す。

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

アクセサリを校正又は補償しようとしても、被測定デバイス（ＤＵＴ）に取り付けられたアクセサリを簡単には外せないということは良くあることである。例えば、アクセサリが試験フィクスチャ中に取り外せないように取り付けられていたり、ＤＵＴに半田付けされていたり、環境室（人工気候室）や危険な場所（例えば、高電圧を伴う場所）などのようなアクセスが難しいか又は遠隔な場所に取り付けられている場合などである。従って、こうした状況においては、アクセサリをＤＵＴから取り外すことなく、アクセサリを校正又は補償できることが重要である。

本発明の実施形態には、試験測定装置のようなホスト１００、コントローラ１０２、アクセサリ・ヘッド１０４及びＤＵＴ１０６を含む試験測定システムが含まれる。こうしたシステムの一例を図１に示す。アクセサリ・ヘッド１０４は、校正／補償ユニット１０８を含み、これについては、詳しくは後述する。

この実施形態では、校正／補償用刺激信号を外部信号源又はホスト１００から供給するのではなしに、アクセサリ・ヘッド１０４が校正／補償ユニット１０８を介して校正／補償信号を供給できる。ある実施形態では、アクセサリ・ヘッド１０４が、更にスイッチ１１０及び１１２を含んでいても良い。

測定動作モード中は、アクセサリ・ヘッド１０４の入力端子１１４及び１１６でＤＵＴ１０６からの信号を受ける。スイッチ１１０及び１１２は、ＤＵＴ１０６からの入力信号を読むように切り換えられ、信号は増幅器１１８を介して送られる。取り込まれた信号は、メイン信号パス１２０及びパス１２４を介してホスト１００へと送られる。

ユーザは、アクセサリ・ヘッドを校正又は補償する希望をホスト１００で指示できる。これに代えて、ホスト１００が、いつ校正又は補償をする必要があるかを決定するアルゴリズムを持つようにしても良い。すると、パス１２４を通して、その命令がコントローラ１０２に送られるか、又は、アクセサリ・ヘッド１０４に直接送られ、そして、校正／補償ユニット１０８へと送られる（詳しくは後述）。すると、図２に示すように、スイッチ１１０及び１１２が校正／補償ユニット１０８側へとトグルされ（切り換えられ）、校正又は補償モードに入る。すると、校正又は補償信号が増幅器１１８へ送られ、メイン信号パス１２０を介してコントローラ１０２へと出力される。校正／補償ユニット１０８から送られてくる校正又は補償信号は既知である。従って、ホスト１００又はコントローラ１０２が信号を読むことで、必要な校正又は補償を信号に適用できる。

図１及び２に示す実施形態では、校正を実施する前に、ＤＵＴの電源を切っても良いし、切らなくても良い。アクセサリ・ヘッド１０４は、ＤＵＴ１０６に接続したままで良く、取り外す必要はない。

図１及び２は、ＤＵＴから２つの入力信号を受ける差動アクセサリ・ヘッドを示している。しかし、校正／補償ユニット１０８は、図３に示すようなシングル・エンド入力のアクセサリ・ヘッド１０４でも利用できる。図３のシステムは、単一のスイッチ１１０が必要になることを除けば、図１及び２に示したシステムと同様に動作する。

図４に示すように、もしアクセサリ・ヘッド１０４が光アクセサリ・ヘッドなら、アクセサリ・ヘッド１０４が光センサを含んでいても良い。そうした場合でも、図４に示す測定システムは、図１及び２に関して上述したように、引き続き、ホスト１００、コントローラ１０２、校正／補償ユニット１０８及びＤＵＴ１０６を含んでいる。しかし、スイッチ１１０及び１１２並びに増幅器１１８は使わず、図４の測定システムでは、光センサ４００を含んでいる。光センサ４００は、例えば、マッハツェンダ（Mach-Zehnder）光センサとしても良い。しかし、他の形式の光センサを同様に用いても良い。コントローラ１０２は、レーザ発振器などのような光送信器（図示せず）を有し、光信号パス１１９を通して、光センサ４００に光入力信号を供給する。

アクセサリ・ヘッド１０４の入力端子１１４及び１１６は、信号入力電極４０２及び４０４にそれぞれ接続される。光入力信号は、光センサ４００中の２つの分岐光導波路（アーム）４１４及び４１６に分岐される。第１分岐光導波路４１４中を通る光は、ＤＵＴ１０６からの入力信号で生じる信号入力電極４０２及び４０４間の電圧に応じて、位相が変化する。一方で、校正／補償ユニット１０８が、光センサ４００のバイアス制御電極４０６及び４０８のセット（組）に接続される。第２分岐光導波路４１６中を通る光は、バイアス制御電極４０６及び４０８間の電圧に応じて、位相が変化する（後述）。これら第１及び第２分岐光導波路４１４及び４１６を通過した光は合波されるが、このとき、両者の位相差に応じて光強度が変化する光出力信号が形成され、これはメイン信号パス１２０を介して、コントローラ１０２へと送られる。この光出力信号は、ＤＵＴ１０６からの入力信号を表すものとなる。コントローラ１０２は、光電（Ｏ／Ｅ）変換器（図示せず）を有し、光出力パス４１２からの光出力信号を電気信号に変換することで、光出力信号の強度の変化を検出できる。なお、バイアス制御電極４０６及び４０８は、分離されており、電気的に信号入力電極４０２及び４０４からアイソレートされている。

上述のように、校正又は補償が必要なときは、ホスト１００からコントローラ１０２へと命令が送られる。すると、コントローラ１０２は、通信リンク１２２を介して校正／補償ユニット１０８へと命令を送る。校正／補償ユニット１０８からの校正又は補償信号は、光センサ４００中のバイアス制御電極４０６及び４０８へ送られる。すると、これに応じて変化した光出力信号は、メイン信号パス１２０を介して、コントローラ１０２へと送られる。これも上述のように、この光出力信号は、コントローラ１０２又はホスト１００において、必要に応じて校正又は補償できる。

測定動作中は、ＤＵＴ１０６からの信号は、光センサ４００を通して、信号入力電極４０２及び４０４から読み取ることができる。即ち、ＤＵＴ１０６からの信号は、信号入力電極４０２及び４０４間の電圧を変化させ、これがメイン信号パス１２０からの光出力信号の強度の変化として現れ、この光出力信号を光電変換した電気信号をコントローラ１０２が読み取る。

アクセサリ・ヘッド１０４中に光センサ４００が使用されている場合では、信号入力電極４０２及び４０４と、制御電極４０６及び４０８との間に既知の関係が存在している。更に、信号入力電極４０２及び４０４と、制御電極４０６及び４０８との間は、物理的及び電気的に互いにアイソレートされている。この特徴から、ＤＵＴ１０６に電源が供給されているときでも、校正又は補償を行うことができる。ユーザは、校正／補償アルゴリズムに応じて、ＤＵＴ１０６への電源供給をやめても良いし、やめなくても良い。信号入力電極４０２及び４０４間電圧Ｖｉと、制御電極４０６及び４０８間電圧Ｖｃとの間には、既知の関係が存在しているので、スケーリング（scaling：拡大縮小）定数を決定できる。このスケーリングのために、制御電極４０６及び４０８の入力信号によって、信号入力電極４０２及び４０４への入力信号の拡大縮小を制御できる。

本発明は、例えば、直流電圧を校正できるだけでなく、交流電圧の利得や周波数を補償するのにも利用できる。

本発明は、電圧プローブで使用することに限定されるものではない。アクセサリ・デバイスは、動作に電圧、電流、電力などを必要とする任意の形式の変換（transducer）デバイス又は汎用アクセサリ・デバイスとしても良く、これは、例えば、測定プローブ、測定アダプタ、アクティブ・フィルタ・デバイス、プローブ校正フィクスチャ、プローブ・アイソレーション・アクセサリなどとしても良い。

ホスト１００は、オシロスコープ、ロジック・アナライザ、スペクトラム・アナライザなどのようなアクセサリ・デバイスを受けるアクセサリ・デバイス・インタフェースを有する試験測定装置としても良い。

アクセサリ・ヘッド１０４のコントローラ１０２への接続は、当業者には周知のように、有線、光ファイバ又は無線による接続としても良い。もしＤＵＴ１０６及びアクセサリ・ヘッド１０４が遠隔地に配置されているなら、無線接続とする必要があるかもしれない。信号パス１１９、１２０、１２２及び１２４は、当業者には周知のように、状況に応じて、有線又は無線接続としても良い。

図５に示すように、ある実施形態では、コントローラを必要としない。即ち、ホスト１００がアクセサリ・ヘッド１０４に直接接続される。この実施形態では、通信リンク１２２は、ホスト１００に直接接続される。また、アクセサリ・ヘッド１０４からのメイン信号パス１２０は、コントローラを通ることなく、ホスト１００に直接接続され、同様に、光信号パス１１９は、コントローラを通ることなく、ホスト１００からアクセサリ・ヘッド１０４へ直接接続される。図５では、光センサ４００を用いる場合を示しているが、図１及び２に示した実施形態においてもコントローラをなくして良く、この場合、校正／補償ユニット１０８はホスト１００と直接接続され、アクセサリ・ヘッド１０４からのメイン信号パス１２０は、ホスト１００へ直接接続される。当然ながら、図４及び図５の例では、メイン信号パス１２０は、光ファイバなどの光信号パスである。

本発明で用いている用語「コントローラ」及び「プロセッサ」は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＡＳＩＣ、専用ハードウェア・コントローラなどを意図している。本発明は、別の観点から見れば、１つ以上のコンピュータ（モニタリング・モジュールを含む）などで実行される１つ以上のプログラム・モジュールのようなコンピョータで利用可能なデータやコンピョータで実行可能な命令の形で実現されてもよい。一般に、プログラム・モジュールには、複数のルーチン、複数のプログラム、複数のオブジェクト、複数のコンポーンネント、複数のデータ構造などが含まれ、これらは、コンピュータなどの装置中のプロセッサで実行されたときに、特定のタスクを実行したり、抽象データ型（abstract data type）を実現する。コンピョータで実行可能な命令は、ハード・ディスク、光ディスク、リムーバブル記録媒体、ソリッド・ステート・メモリ、ＲＡＭなどのような非一時的なコンピョータ読み出し可能なメディアに記録しても良い。当業者にとっては当然ながら、複数のプログラム・モジュールの機能は、必要に応じて、種々の実施形態において、組み合わせたり、個別に分けたりしても良い。加えて、これら機能は、その全体又はその一部が、集積回路やＦＰＧＡ（field programmable gate arrays）などによるファームウェアやハードウェアの形の等価なもので実現されても良い。特性のデータ構造は、本発明のいくつかの観点を実現するのに効率良く利用でき、こうしたデータ構造は、本願で言うコンピョータで利用可能なデータやコンピョータで実行可能な命令の範囲に含まれると考えられる。

本発明の好ましい実施形態において、本発明の原理を説明し、図示してきたが、本発明は、こうした原理から離れることなく、構成や詳細を変更できることは明かであろう。

１００ ホスト
１０２ コントローラ
１０４ アクセサリ・ヘッド
１０６ ＤＵＴ
１０８ 校正／補償ユニット
１１０ スイッチ
１１２ スイッチ
１１４ 入力端子
１１６ 入力端子
１１８ 増幅器
１１９ 光信号供給パス
１２０ メイン信号パス
１２２ 通信リンク
１２４ パス
４００ 光センサ
４０２ 信号入力電極
４０４ 信号入力電極
４０６ バイアス制御電極
４０８ バイアス制御電極
４１４ 第１分岐光導波路
４１６ 第２分岐光導波路

Claims (2)

1. 試験測定装置と共に使用されるアクセサリであって、
   被試験デバイスからの信号を受けるよう構成される入力部と、
   上記アクセサリ内部に校正又は補償信号を供給するよう構成される校正ユニットと、
   測定動作中は上記被試験デバイスからの信号を上記試験測定装置に出力すると共に、校正動作中は上記校正又は補償信号を上記試験測定装置に出力するよう構成される出力部と、
   光学電圧センサと
   を具え、
   上記被試験デバイスからの上記信号を受けるよう構成される上記入力部が上記光学電圧センサの信号入力電極に接続され、上記校正ユニットが上記光学電圧センサの制御電極に接続されるアクセサリ。
2. ホスト、コントローラ及び被試験デバイスを含む測定システム中のアクセサリを内部で校正する方法であって、
   測定動作中に上記アクセサリの光学電圧センサを通過した被試験デバイスからの信号を測定する処理と、
   上記被試験デバイスからの上記信号を上記ホストに出力する処理と、
   校正動作中、上記アクセサリ内部の校正ユニットからの校正又は補償信号を、上記光学電圧センサ及び上記コントローラを通して上記ホストへ送信する処理と、
   上記ホストで受けた上記校正又は補償信号に基づいて、上記被試験デバイスからの上記信号を上記ホストで校正又は補償する処理と
   を具え、
   上記被試験デバイスからの上記信号を受けるよう構成される上記アクセサリの入力部が上記光学電圧センサの信号入力電極に接続され、上記校正ユニットが上記光学電圧センサの制御電極に接続されるアクセサリ校正方法。

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