JP6999276B2 - 試験測定システム及び試験測定装置のための方法 - Google Patents

Description

本開示は、概して、試験測定システムに関し、特に、オシロスコープの入力部への試験測定システムの出力電圧スイングを制限し、それによって、オーバー・ドライブすることなく、また、飽和することもなく、ユーザがオシロスコープの垂直感度を増加させるのに利用できるクランピング／制限機能を有する試験測定システムに関する。

理想的には、試験測定システムは、ユーザが広い電圧スイングの信号を測定でき、それによって、その信号のより小さな細部を拡大して、信号の１ｍＶ～１００ｍＶ単位のレンジの小さい電圧成分を見ることができる帯域幅と大きな入力ダイナミック・レンジを有するものであろう。この良い利用事例としては、スイッチング・デバイス（ダイオード、ＦＥＴ、ＩＧＢＴなど）のダイナミックなオン抵抗を測定しようとするものがある。

特開２０１４－１０５９９９号公報 特開２００８－３０９７０２号公報

電圧Ｖ_ｄｓ（オン）を調べようとすると共に、電圧Ｖ_ｄｓ（オフ）状態（つまり、高電圧）から生じた後の電圧Ｖ_ｄｓ（オン）状態と、電圧Ｖ_ｄｓ（オフ）状態へ移行する電圧Ｖｄｓ（オン）状態とに関連するスイッチング／導通損失を調べようとする試みは、継続中の課題であり、ユーザ、特に高効率を実現し、ユーザのシステム（スイッチング電源（SMPS: switched-mode power supply）、インバータ、モータ駆動回路など）における損失を理解する必要のあるユーザにとって、重要な測定であり続けている。

よって、これら測定課題に対処する画期的な測定手法を導入するニーズが依然としてある。

本発明は、以下のような種々の概念から記述できる。

本発明の概念１は、試験測定装置で用いるプローブであって、
被試験デバイス（ＤＵＴ）からの入力信号を受けるよう構成される入力部と、
少なくとも１つのクランピング／制限レベルを上記入力信号に適用するよう構成されるクランプ制御ユニットと、
クランプ／制限された出力信号を上記試験測定装置に供給するよう構成される出力ポートと
を具えている。

本発明の概念２は、上記概念１のプローブであって、このとき、少なくとも１つの上記クランピング／制限レベルとしては、ポジティブ（正の）クランピング／制限レベルがある。

本発明の概念３は、上記概念２のプローブであって、上記ポジティブ・クランピング・レベルを実現するダイオードを更に具えている。

本発明の概念４は、上記概念１のプローブであって、このとき、少なくとも１つの上記クランピング／制限レベルとしては、ネガティブ（負の）クランピング／制限レベルがある。

本発明の概念５は、上記概念４のプローブであって、上記ネガティブ・クランピング・レベルを実現するダイオードを更に具えている。

本発明の概念６は、上記概念１のプローブであって、このとき、少なくとも１つの上記クランピング／制限レベルとしては、ポジティブ・クランピング／制限レベルとネガティブ・クランピング／制限レベルとがある。

本発明の概念７は、上記概念６のプローブであって、上記ポジティブ・クランピング・レベルを実現する第１ダイオードと、上記ネガティブ・クランピング・レベルを実現する第２ダイオードとを更に具えている。

本発明の概念８は、被試験デバイス（ＤＵＴ）からの入力信号を測定する試験測定システムであって、
オシロスコープと、
プローブであって、
上記ＤＵＴからの入力信号を受けるよう構成される入力部と、
少なくとも１つのクランピング／制限レベルを上記入力信号に適用するよう構成されるクランプ制御ユニットと、
クランプ／制限された出力信号を上記オシロスコープに供給するよう構成される出力ポートと
を有する上記プローブと
を具えている。

本発明の概念９は、上記概念８のシステムであって、ポジティブ・クランピング・レベルを実現する第１ダイオードと、ネガティブ・クランピング・レベルを実現する第２ダイオードとを更に具えている。

本発明の概念１０は、試験測定装置のための方法であって、
被試験デバイス（ＤＵＴ）からの入力信号を受ける処理と、
少なくとも１つのクランピング／制限レベルを上記入力信号に適用する処理と、
クランプ／制限された出力信号を上記試験測定装置に供給する処理と
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、このとき、上記適用する処理が、
ポジティブ・クランピング／制限レベルを上記入力信号に適用する処理と、
ネガティブ・クランピング／制限レベルを上記入力信号に適用する処理と
を有している。

本発明の概念１２は、試験測定装置のための方法であって、
被試験デバイス（ＤＵＴ）からの入力信号を受ける処理と、
オーバー・ドライブ（過剰駆動：overdrive）／飽和（saturating）状態を防ぐために、上記試験測定装置の入力部において、少なくとも１つのクランピング／制限レベルを上記入力信号に適用する処理と
を具えている。

本発明の概念１３は、上記概念１２の方法であって、このとき、上記適用する処理が、
ポジティブ・クランピング／制限レベルを上記入力信号に適用する処理と、
ネガティブ・クランピング／制限レベルを上記入力信号に適用する処理と
を有している。

本発明の概念１４は、試験測定装置で使用するアクセサリであって、
被試験デバイス（ＤＵＴ）からの入力信号を受けるよう構成される入力部と、
少なくとも１つのクランピング／制限レベルを上記入力信号に適用するよう構成されるクランプ制御ユニットと、
クランプ／制限された出力信号を上記試験測定装置に供給するよう構成される出力ポートと
を具えている。

本発明の概念１５は、上記概念１４のアクセサリであって、このとき、少なくとも１つの上記クランピング／制限レベルとしては、ポジティブ・クランピング／制限レベルがある。

本発明の概念１６は、上記概念１５のアクセサリであって、上記ポジティブ・クランピング・レベルを実現するダイオードを更に具えている。

本発明の概念１７は、上記概念１４のアクセサリであって、このとき、少なくとも１つの上記クランピング／制限レベルとしては、ネガティブ・クランピング／制限レベルがある。

本発明の概念１８は、上記概念１７のアクセサリであって、上記ネガティブ・クランピング・レベルを実現するダイオードを更に具えている。

本発明の概念１９は、上記概念１４のアクセサリであって、このとき、少なくとも１つの上記クランピング／制限レベルとしては、ポジティブ・クランピング／制限レベルとネガティブ・クランピング／制限レベルとがある。

本発明の概念２０は、上記概念１９のアクセサリであって、上記ポジティブ・クランピング・レベルを実現する第１ダイオードと、上記ネガティブ・クランピング・レベルを実現する第２ダイオードとを更に具えている。

図１は、従来の試験測定システムの１例のブロック図である。 図２は、本発明の実施形態による試験測定システムの例のブロック図である。 図３は、図２に示した試験測定システムのような試験測定システムのための入力信号の例を示す。 図４は、図２に示した試験測定システムのような試験測定システムによる出力信号の例を示す。

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。

図１は、プローブ１０１又は他のアクセサリを利用する試験測定システム１００の例を示す。最初に、被試験デバイス（ＤＵＴ）１０２からの信号は、プローブ１０１によって検出されても良い。プローブ１０１からの検出信号は、続いて、例えば、通信リンク１１０を通して、コントローラ１０６又はオシロスコープ１０８へと送られる。コントローラ１０６をオシロスコープ１０８のような測定装置に接続し、その測定値をオシロスコープ１０８のディスプレイ（図示せず）に表示するようにしても良い。

試験測定システム１００の特定の代替実施形態では、コントローラ１０６を含まなくても良いことに留意されたい。こうした実施形態では、プローブ１０１は、オシロスコープ１０８に直接電気的に結合されても良い。

プローブ又はアクセサリ、特にパワー・プローブの出力信号は、プローブ／アクセサリの入力信号がその入力制限を超える場合に、高速なオーバー・ドライブ・リカバリを達成しようとし、数十ナノ秒（ｎｓ）の単位で、リカバリを試みる。既定のプローブ又はアクセサリは、通常、数十ナノ秒内でリカバリできる一方で、オシロスコープの入力部は、リカバリするのに、その数倍、例えば、場合によっては、数十マイクロ秒かかる。そのため、プローブ又はアクセサリは、その入力制限を超えた後、リカバリする傾向にある一方で、オシロスコープの入力部は、オシロスコープの入力部の低速なオーバー・ドライブ・リカバリのために、遅れることがある。典型的なパワー・プローブ又はアクセサリの出力信号は、これら測定の間に、プローブ又はアクセサリの出力端子において、＋／－１Ｖから＋／－１０Ｖの間でスイング（変動）することがあり、これは、オシロスコープの垂直入力感度を増加させた場合に、オシロスコープのフロント・エンドの入力レベルを超えることがある。

ある実施形態では、プローブ又はアクセサリは、オシロスコープのフロント・エンドが飽和／クリッピングするのを防ぐために、その出力電圧スイング（変動）をダイナミック（動的に）に制限／クランプし、それによって、大きな信号の小さい細部を拡大及び調査する能力を維持するようにしても良い。これは、プローブ／アクセサリの信号パスのどこかに組み入れた種々のクリッピング／制限スキーム（しくみ）によって実現でき、必要な所望の出力信号クランピング・レベルに基づいて調整できる。これらクリッピング／制限回路は、出力信号波形のピーク電圧を特定／既定の電圧エンベロープ（包絡線）に効果的にクランプ／制限でき、この電圧エンベロープは、オシロスコープの線形な入力レンジをおおよそ超えないものであるので、オシロスコープの入力部がオーバー・ドライブされるのを防止する。これらクランプ／制限の上下しきい値レベルは、互いに追従するように作ることもできるし、又は、互いに独立して制御されるようにもできる。

本発明の実施形態としては、ユーザが選択可能な出力信号クランピング／制限機能を有するプローブ又はアクセサリがあっても良く、クランピング／制限機能は、イネーブルされると、測定システムのオシロスコープの入力部への出力電圧スイングを制限するよう機能し、これによって、ユーザは、オシロスコープをオーバー・ドライブ／飽和させることなく、その垂直感度を増加させることが可能になる。通常、これは、ユーザが選択可能な機能として良いが、別の実施形態では、例えば、ユーザがオシロスコープの入力部の感度を変更するときに、オシロスコープによってダイナミックに制御されるように、測定システム全体に組み込まれるようにしても良い。これによれば、この機能がユーザにとってわかりやすいものとなり、また、ユーザが測定システムの設定を変更したときに、ユーザが、オシロスコープのフロント・エンドが飽和／オーバー・ドライブになっているのを理解していないために、歪んだ又はロール・オフした波形を扱わねばならないという罠にかかるのを回避するのを補助する。プローブ又はアクセサリは、オシロスコープが飽和又はクリッピング状態にドライブされないように構成されていても良い。

図２は、本発明のある実施形態による試験測定システム２００の例を示す。

この例では、プローブ２０１又は他のアクセサリが、被試験デバイス（ＤＵＴ）２０２と、オシロスコープ２０８又は他の適切な測定装置との間に電気的に結合される。プローブ２０１は、ＤＵＴ２０２から入力信号を受けて、バッファ２１６を介してオシロスコープ２０８に出力信号を供給する。プローブ２０１又はアクセサリには、ポジティブ（＋）クランプ／制限レベル２１２及びネガティブ（－）クランプ／制限レベル２１４を制御するよう構成されるクランプ／制限制御ブロック２１０がある。上述のように、ユーザは、ポジティブ及びネガティブ・クランプ／制限レベル２１２及び２１４をそれぞれ、そして独立に選択できる。加えて、ユーザは、クランピングをイネーブルするか否かを選択しても良い。これらの制御は、ユーザがオシロスコープ２０８を通して実行しても良いし、後述のように自動的に実行されても良い。もし入力信号がポジティブ（＋）クランプ／制限レベル２１２を超えると、第１ダイオード２１３が入力信号のクランプを実行する。同様に、もし入力信号がネガティブ（－）クランプ／制限レベル２１４を下回ると、第２ダイオード２１３が入力信号のクランプを実行する。これらダイオード２１３及び２１５は、それぞれ対応するクランプ／制限レベルに関するダイオード・クランプ回路として機能する。

図３は、図２に示した試験測定システム２００のような本発明の実施形態による試験測定システムに関する入力信号３００の例を示す。

図４は、図２に示した試験測定システム２００のような本発明の実施形態による試験測定システムに関する出力信号４００の例を示す。この例では、入力信号に対するポジティブ（＋）クランプ／制限レベル４０２及びネガティブ（－）クランプ／制限レベル４０４の影響を、信号４００を表示しているオシロスコープのユーザは、直ちに確認できる。

図２のシステム２００で実現されるようなダイナミック出力クランピング・スキームは、ユーザが、拡大（例えば、垂直感度を増加）し、高速なセトリング・タイム（例えば、オーバー・ドライブ・リカバリ（ＯＤＲ））を維持しようとする場合に、オシロスコープ２０８の入力部（例えば、フロント・エンド）に供給される出力電圧をクランプすることによって、プローブ２０１又はアクセサリのユーザが、小さいレベルの信号を効果的に測定可能にし、オシロスコープ２０８の入力部が飽和／オーバー・ドライブするのを防止する。例えば、クランプ制御ユニット２１０は、オシロスコープ２０８の垂直感度をユーザが増加させ、続いて、既定のしきい値を超えると予期される場合に、クランピング／制限レベル２１２及び２１４をイネーブルするようにオシロスコープ２０８から制御される。このしきい値は、垂直感度を増加させる前に検出された入力信号の電圧に基づいて、オシロスコープ２０８が自動的に決定するようにしても良い。これに代えて、垂直感度のしきい値をユーザが決めても良い。こうした命令は、オシロスコープ２０８から、プローブ２０１及びオシロスコープ２０８間の通信リンク中の制御ライン（図示せず）を介してプローブ２０１へ送られるとしても良い。

この出力クランピング／制限処理の実施形態は、オーバー・ドライブ・リカバリ（ＯＤＲ）性能を向上させ、これによって、オシロスコープ２０８が大きな入力電圧に耐えられるようにするため、オシロスコープ２０８のフロント・エンド中で実現することも可能である。入力電圧をプローブ２０１によってクランピング／ゲート処理／制限処理することは、オシロスコープ２０８のフロント・エンドが飽和状態にドライブされるのを効果的に防止し、結果として、そこからリカバリするために著しい時間が必要となるのを防止する。

本明細書で使用される用語「コンローラ」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及び専用ハードウェア・コントローラを含むことを意図している。本発明の１つ以上の態様は、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）又は他のデバイスによって実行される、１つ以上のプログラム・モジュールなどの、コンピュータ使用可能データ及びコンピュータ実行可能命令で実現できる。一般に、プログラム・モジュールは、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含み、コンピュータ又は他のデバイスのプロセッサによって実行されるときに、特定のタスクを実行するか、又は、特定の抽象データ形式を実現する。コンピュータ実行可能命令は、ハードディスク、光ディスク、リムーバブル記憶媒体、ソリッドステートメモリ、ＲＡＭなどの非一時的なコンピュータ可読媒体に格納されてもよい。当業者には理解されるように、プログラム・モジュールの機能は、必要に応じて、組み合わせても良いし、様々な実施形態に分散させても良い。加えて、その機能は、全体又は一部分が、ファームウェア又は集積回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）などのようなハードウェア等価物において、具体化されてもよい。本発明の１つ以上の態様をより効果的に実現するのに、特定のデータ構造を使用しても良く、このようなデータ構造は、本願に記載のコンピュータ実行可能命令及びコンピュータ使用可能データの範囲内と考えられる。

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例示したが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく、構成及び詳細を変更できることは明らかである。

１１０ 通信リンク
２００ 試験測定システム
２０１ プローブ
２０２ 被試験デバイス（ＤＵＴ）
２０８ オシロスコープ
２１０ クランプ／制限制御ブロック
２１２ ポジティブ（＋）クランプ／制限レベル
２１３ 第１ダイオード
２１４ ネガティブ（－）クランプ／制限レベル
２１５ 第２ダイオード
２１６ バッファ

Claims (4)

1. 被試験デバイス（ＤＵＴ）と、
   試験測定装置と、
   アクセサリと
   を具え、
   上記アクセサリが、
   上記ＤＵＴからの入力信号を受けるよう構成される入力部と、
   少なくとも１つのクランピング／制限レベルを上記入力信号に適用するよう構成されるクランプ制御ユニットと、
   クランプ／制限された出力信号を上記試験測定装置に供給するよう構成される出力ポートと
   を有し、
   上記試験測定装置の垂直感度が変更されるのに連動して、上記試験測定装置が、少なくとも１つの上記クランピング／制限レベルをダイナミックに変更する試験測定システム。
2. 上記クランプ制御ユニットが、上記試験測定装置の上記垂直感度を増加させる前に検出された上記入力信号の電圧に基づいて決定される所与のしきい値を上記試験測定装置の上記垂直感度が超えたら上記クランピング／制限レベルをイネーブルする請求項１の試験測定システム。
3. 試験測定装置のための方法であって
   被試験デバイス（ＤＵＴ）からの入力信号をアクセサリで受ける処理と、
   上記試験測定装置の垂直感度の変更を検出する処理と、
   上記試験測定装置が、上記試験測定装置の上記垂直感度の変更に連動して、少なくとも１つのクランピング／制限レベルを変更する処理と、
   上記アクセサリが、少なくとも１つの上記クランピング／制限レベルを上記入力信号に適用する処理と、
   上記アクセサリがクランプ／制限された出力信号を上記試験測定装置に供給する処理と
   を具える試験測定装置のための方法。
4. 上記試験測定装置の上記垂直感度を増加させる前に検出された上記入力信号の電圧に基づいて決定される所与のしきい値を上記試験測定装置の上記垂直感度が超えたら、上記適用する処理がイネーブルされる請求項３の試験測定装置のための方法。

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