JP7025026B2 - 論理信号検出装置及び論理信号検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、論理信号検出装置及び論理信号検出方法に関する。

各種のコンピュータ機器の内部では部材間もしくは他の機器と高速でデータを送信するために差動線路対が用いられ、差動信号回路が形成されていることがある。１個の差動線路対では、データの送信と受信を一対一に対応付けられる。差動信号対の各組は、レーンとも呼ばれる。レーンを増加させることで、データの伝送容量を容易に増加させることができる。
他方、差動信号回路の設計において、データの伝送品質を確保するためには、多くの設計ルールが規定されることがある。このことは、設計や評価に多くの作業が費やされる原因となる。これらの作業には、例えば、伝送されるデータの正常性の確認が含まれる。確認項目には、例えば、論理信号確認、アイパターン解析などの項目がある。論理信号確認では、回路上で伝送されるデータで表されるプロトコルが検証される。アイパターン解析では、伝送されるデータの波形が所定の規格に従っているか検証される。

特開２０１２－１３４５６号公報 特開昭６３－２３４２２８号公報

しかしながら、論理信号確認のためには差動信号回路の信号線に直接プローブを接続することを要していた。そのため、測定者には高度なスキルや十分な作業時間の確保が要求されていた。また、データの正常性の確認において、測定者は専用のプローブに接続された広帯域のオシロスコープを用いるために、プローブを測定対象の基板にはんだ付け固定する必要がある。はんだ付けにより、被検査物である差動線路対のインピーダンスが変化してしまう。この変化は、観測すべき論理信号の波形に影響を与える原因となりうる。

この点、特許文献１には、先端が電磁界の検出部とされる電磁界プローブについて記載されている。当該電磁界プローブでは、検出部から延在する第１の信号線と、第１の信号線の延在方向に沿って絶縁物を介して形成された第１の設置導体とを有する第１の伝送線と、第１の伝送線に設けられた第１の伝送線のコモン電流の出力を遮断するコモン電流遮断機構と、第１の接地導体の検出部とコモン電流遮断機構との間の部位に一端を接続して延在する第２の信号線を有する第２の伝送線とを含み、第１の信号線の他端が第１の出力部とされ、第２の信号線の他端が第２の出力部とされる。当該電磁界プローブは、短時間で容易に所期の電磁界検知を実現することを目的とする。

特許文献２には、電磁変換特性測定方法について記載されている。当該電磁変換特定測定方法は、電磁記録媒体の１トラックの領域内に所定の周波数の第１の信号と当該第１の信号より高い所定の周波数の第２の信号を交互に記録した後、その再生出力を得るようにしたことを特徴とする。当該電磁変換特性測定方法は、磁気記録媒体の電磁変換特定を測定するものである。
特許文献１、２に記載の手法では、差動信号回路の論理信号確認にそのまま適用することは考慮されていなかった。

本発明は、上述の課題を解決すべくなされたものであり、差動信号回路の信号線を流れる論理信号の確認をより簡便にすることができる論理信号検出装置及び論理信号検出方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様によれば、論理信号検出装置は、磁性体を含んで構成され、周回した芯材と、前記芯材に少なくとも一部が巻き付けられた導線を流れる電流であって、前記芯材の開口部を通過する電界の極性の変化により前記芯材に生じた磁界の変動に応じた電流の極性の反転から次の前記反転までの期間ごとに、所定の第１の電圧と所定の第２の電圧を交互に繰り返す信号を、差動線路対に伝送される論理信号として検出する論理信号検出部と、前記電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、を備え、前記論理信号検出部は、前記電流電圧変換部が変換した電圧である変換電圧が所定の電圧の閾値を超えるか否かを検出する検出部と、前記変換電圧が前記閾値を超えるごとに、前記第１の電圧と前記第２の電圧を交互に繰り返す信号を前記論理信号として生成する論理回路と、を備えることを特徴とする。

また本発明の第２の態様によれば、磁性体を含んで構成され、周回した芯材を備える論理信号検出装置における論理信号検出方法であって、前記論理信号検出装置が、前記芯材に少なくとも一部が巻き付けられた導線を流れる電流であって、前記芯材の開口部を通過する電界の極性の変化により前記芯材に生じた磁界の変動に応じた電流を検出する第１のステップと、前記電流の極性の反転から次の前記反転までの期間ごとに、所定の第１の電圧と所定の第２の電圧を交互に繰り返す信号を、差動線路対に伝送される論理信号として検出する第２のステップと、前記電流を電圧に変換する第３のステップと、を有し、前記第２のステップは、前記第３のステップにより変換された電圧である変換電圧が所定の電圧の閾値を超えるか否かを検出するステップと、前記変換電圧が前記閾値を超えるごとに、前記第１の電圧と前記第２の電圧を交互に繰り返す信号を前記論理信号として生成するステップと、を有することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、差動信号回路に接近させることで差動信号回路を流れる論理信号を検出することができる。
これにより差動信号回路の論理信号確認をより簡便にするという効果が得られる。

本発明の実施形態に係る信号検出装置の構成例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る信号検出装置の構成例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る信号検出装置の動作原理を説明するための第１の説明図である。 本発明の実施形態に係る信号検出装置の動作原理を説明するための第２の説明図である。 導線に生ずる電流、検出された論理信号の例を示す図である。 検出された論理信号の他の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る信号検出装置の動作例を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る論理信号検出部の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る論理信号検出部の動作例を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る信号検出装置の最小構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る信号検出装置を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る信号検出装置１の構成例を示す斜視図である。
図２は、図１に記載のＣ－Ｃ’線に平行な面を断面とする断面図である。
本実施形態に係る信号検出装置１は、芯材１２、導線１６、電流電圧変換部２０及び論理信号検出部２２を含んで構成される。但し、基板３２と、基板３２の表面上に配置された差動線路対３４は、信号検出装置１の構成には含まれない。

なお、基板３２は、各種の部材が配置されるプリント基板である。差動線路対３４は、所定の入出力規格に従って生成された論理信号を伝送する。差動線路対３４は、差動線路、差動信号線路、差動伝送線路、差動伝送路などとも呼ばれる。入出力規格は、例えば、ＳＡＳ（登録商標）（Ｓｅｒｉａｌ Ａｃｃｅｓｓ ＳＣＳＩ：Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）、ＳＡＴＡ（Ｓｅｒｉａｌ ＡＴＡ：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）、ＰＣＩｅ（登録商標）（ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ（登録商標））などのいずれであってもよい。

芯材１２は、磁性体を含み、一連の磁性体はある平面に平行に周回してなる。周回した磁性体により、開口部を有する磁路が形成される。芯材１２の材質として、例えば、鉄、コバルト、ニッケルもしくはこれらの合金、フェライトなどの強磁性体を含んで構成される。
芯材１２は、一連の磁路を形成していれば、その表面が塩化ビニル、ポリエチレンなどの絶縁体で覆われていてもよい。芯材１２は、導線１６の一部が巻きつけられなるコイル１４に覆われる。芯材１２には、コイル１４をなす導線１６と直接接触せず、導線１６との間に絶縁体が挟まれていてもよい。導線１６の表面は、エナメルなどの絶縁体で被覆され、ある部位と他の部位との接触ならびに芯材１２との接触が回避されていてもよい。

図１に示す例では、芯材１２の形状は円環体である。円環体は、形状が円である断面を有し、その円を通過しない回転軸の周りに回転させて得られる３次元の回転体である。見方を変えれば、円環体は、回転軸を中心とする開口部と、その開口部の周りに円環部を有する。芯材１２は、開口部を取り巻く円環部の幅よりも開口部の半径の方が十分に大きい形状を有する。かかる構成により、線路３４Ｐと線路３４Ｎの間に生ずる電界を遮蔽せずに芯材１２の開口部に効果的に通過させることができる。

なお、芯材１２の形状は円環体には限られない。芯材１２は、ある１つの平面に沿って周回してなる枠の形状を有し、その形状の枠で囲まれる開口部の径が、その枠を形成する芯材１２の幅よりも大きい形状を有していればよい。かかる形状を有する芯材１２の開口部は、電界を遮蔽せずに効果的に通過させることができるためである。芯材１２の外縁もしくは内縁の形状は、例えば、三角形、四角形又は五角形以上の多角形であってもよい。

また、芯材１２は、一対の被検査物の間隔よりも、厚みの方が小さい平べったい形状を有していれば、なお好ましい。厚みは、枠の形状をなす平面の法線方向の幅（もしくは高さ）に相当する。図１、図２に示す例では、芯材１２の厚みは、被検査物である差動線路対３４を構成し、互いに平行に配置されている線路３４Ｐと線路３４Ｎの間隔よりも小さい。そのため、線路３４Ｐと線路３４Ｎの狭間に、芯材１２の周回面を線路３４Ｐと線路３４Ｎの方向に平行かつ線路３４Ｐ、３４Ｎのそれぞれに接触させずに芯材１２を配置させることができる。従って、かかる形状により線路３４Ｐ、３４Ｎ間に生ずる電界をより効果的に芯材１２の開口部に通過させることができる。

コイル１４は、芯材１２の一部において導線１６の一部を巻き付けてなる。芯材１２の周回方向に沿って磁場が生ずるとき、コイル１４の断面を磁場が通過する。そのとき、コイル１４には電磁誘導による電流が生ずる。
導線１６は、導体からなり、コイル１４によって生じた電流を流す。導線１６には、電流電圧変換部２０に接続される。

電流電圧変換部２０は、導線１６を流れる電流の大きさに比例した電圧（以下、「変換電圧」と呼ぶ）を有する電気信号に変換する。電流電圧変換部２０の入力端、出力端には、それぞれ導線１６、論理信号検出部２２に接続される。電流電圧変換部２０は、変換した電気信号の電圧を所定の増幅率で増幅する増幅器を備えていてもよい。電流電圧変換部２０は、入力端から入力される電流に対して、出力端から変換した電気信号を論理信号検出部２２に出力する。

論理信号検出部２２は、電流電圧変換部２０から入力される電気信号に基づいて予め定めた第１の電圧Ｖ_Ｈと第２の電圧Ｖ_Ｌのうちのいずれか一方を電圧として有する論理信号を検出する二値化回路として構成される。第１の電圧Ｖ_Ｈは、例えば、０［Ｖ］よりも有意に高い所定の正の電圧である。第２の電圧Ｖ_Ｌは、例えば、０［Ｖ］または第１の電圧Ｖ_Ｈよりも０［Ｖ］に近い正の電圧である。論理信号検出部２２は、入力端から入力される電気信号に対して、検出した論理信号を出力端から外部に出力する。

論理信号検出部２２は、電流電圧変換部２０から入力される電気信号が有する変換電圧が所定の電圧の閾値（例えば、０［Ｖ］）以上であるか否かを検出する検出回路を有する。後述するように、変換電圧が所定電圧の閾値以上に変化する契機又は所定電圧の閾値未満に変化する契機は、導線１６を流れる電流の極性の反転に対応する。論理信号検出部２２は、変換電圧が所定の電圧の閾値以上となるごとに、信号値が第１の電圧Ｖ_Ｈと第２の電圧Ｖ_Ｌと順次繰り返される信号を論理信号として生成する論理回路を有する。以下の説明では、第１の電圧Ｖ_Ｈ、第２の電圧Ｖ_Ｌをそれぞれ、電圧Ｖ_Ｈ、電圧Ｖ_Ｌと呼ぶことがある。なお、本願では、電圧とは、所定の基準電位（例えば、接地電位）との電位差、電位、またはそれらの値を意味することがある。

（動作原理）
次に、本実施形態に係る信号検出装置１の動作原理について説明する。
図３、図４は、それぞれ本実施形態に係る信号検出装置１の動作原理を説明するための説明図である。但し、電流電圧変換部２０および論理信号検出部２２の図示が省略されている。また、線路３４Ｐと線路３４Ｎからなる差動線路対に電圧として電圧Ｖ_Ｈ、電圧Ｖ_Ｌのいずれかを有する論理信号が伝送される場合を例にしている。線路３４Ｐを流れる信号の電圧が電圧Ｖ_Ｈ、電圧Ｖ_Ｌであるとき、線路３４Ｎを流れる信号の電圧は、それぞれ電圧Ｖ_Ｌ、電圧Ｖ_Ｈとなる。

図３は、時刻ｔ_０において線路３４Ｐを流れる信号の電圧が電圧Ｖ_Ｌから電圧Ｖ_Ｈに切り替わる場合を例示する。このとき、線路３４Ｎを流れる信号の電圧が電圧Ｖ_Ｈから電圧Ｖ_Ｌに切り替わる。そのため、線路３４Ｐと線路３４Ｎの間に生じる電界の方向は、線路３４Ｎから線路３４Ｐの方向から、線路３４Ｐから線路３４Ｎの方向に反転する。ここで、線路３４Ｎと線路３４Ｐの間隙に平行に芯材１２を挿入すると、芯材１２の開口部を通過する電界の方向が反転するので、反転後の電界の方向に対して左回り（反時計回り）の方向に流れる磁界が芯材１２に生ずる。従って、芯材１２に巻き付けられたコイル１４には、電磁誘導により磁界の変動に応じた電流が生じ、導線１６に発生した電流ｉが流れる。発生した電流は、時刻ｔ_０において一時的に正値となり、その直後に負値に極性が反転し、その後、ほぼ０に収束する（図５）。図３に示す例では、電流がコイル１４から離れる方向を正値としている。

図４は、時刻ｔ_１において線路３４Ｐを流れる信号の電圧が電圧Ｖ_Ｈから電圧Ｖ_Ｌに切り替わる場合を例示する。このとき、線路３４Ｎを流れる信号の電圧が電圧Ｖ_Ｌから電圧Ｖ_Ｈに切り替わる。そのため、線路３４Ｐと線路３４Ｎの狭間に生じる電界の方向は、線路３４Ｐから線路３４Ｎの方向から、線路３４Ｎから線路３４Ｐの方向に反転する。ここで、線路３４Ｎと線路３４Ｐの間隙に平行に芯材１２を挿入すると、芯材１２の開口部を通過する電界の方向が反転するので、反転後の電界の方向に対して左回りの方向に流れる磁界が芯材１２に生ずる。図４に示す例で生ずる磁界の方向は、図３に示す例とは逆の方向となる。従って、芯材１２に巻き付けられたコイル１４には、電磁誘導により磁界の変動に応じた電流が生じ、導線１６に発生した電流ｉが流れる。発生した電流は、時刻ｔ_１において一時的に負値となり、その直後に正値に極性が反転し、その後、ほぼ０に収束する（図５）。

図５に示すように、導線１６に流れる電流の極性が反転する時刻ｔ_０から次に極性が反転する時刻ｔ_１までの期間は、線路３４Ｐを流れる論理信号の電圧が電圧Ｖ_Ｈとなる期間に相当する。他方、時刻ｔ_０を終点とする期間または時刻ｔ_１を起点とする期間は、線路３４Ｐを流れる論理信号の電圧が電圧Ｖ_Ｌとなる期間に相当する。
従って、論理信号検出部２２は、導線１６を流れる電流の極性の反転を逐次に検出し、電流の極性が反転した時刻を起点とし、次に極性が反転した時刻を終点とする期間ごとに、電圧Ｖ’として電圧Ｖ_Ｈと電圧Ｖ_Ｌを交互に繰り返す信号を論理信号として検出することができる。

例えば、モニタ装置（図示せず）は、論理信号検出部２２から出力された論理信号をより長期間連続して採取し、採取した信号の波形を表示する（図６）。表示された波形を視認したユーザは、芯材１２を差動線路対３４に接近させるだけで、所定の通信プロトコルの信号のパターン（例えば、ＡＣＫ、ＲＥＡＤＹ、など）が差動線路対３４で正常に伝送されているか否かを評価することができる。

（動作例）
次に、本実施形態に係る信号検出装置１の動作例について説明する。
図７は、本実施形態に係る信号検出装置１の動作例を説明するための説明図である。
図７に対して上から下に順に、線路３４Ｐに流れる信号の電圧Ｖ、線路３４Ｐから線路３４Ｎの間の電界Ｅ、芯材１２に流れる磁界Ｂ、コイル１４によって生じ導線１６に流れる電流Ｉ及び論理信号検出部２２で復元された論理信号の電圧Ｖ’の例を、それぞれ各段の縦軸に示す。横軸は、いずれも時刻を示す。

第１段に示す電圧Ｖは、時刻ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３のそれぞれにおいて、電圧Ｖ_Ｌから電圧Ｖ_Ｈに、電圧Ｖ_Ｈから電圧Ｖ_Ｌに、電圧Ｖ_Ｌから電圧Ｖ_Ｈに、電圧Ｖ_Ｈから電圧Ｖ_Ｌにそれぞれ変化する。但し、差動線路対３４は特性インピーダンスを有するため、電圧Ｖの時間変化は過渡的である。
第２段に示す電界Ｅは、電圧Ｖの変化に応じて、時刻ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３のそれぞれにおいて、負値から正値に、正値から負値に、負値から正値に、正値から負値に変化する。
第３段に示す磁界Ｂは、電界Ｅの変化に応じて、時刻ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３のそれぞれにおいて、正のピーク値、負のピーク値、正のピーク値、負のピーク値をとる。

第４段に示す電流Ｉは、当初は０［Ａ］であるが、磁界Ｂの変化に応じて、時刻ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３のそれぞれにおいて、正値から負値に極性が変化して０［Ａ］に収束し、負値から正値に極性が変化して０［Ａ］に収束し、正値から負値に極性が変化して０［Ａ］に収束し、負値から正値に極性が変化して０［Ａ］に収束する。
第５段に示す電圧Ｖ’は、電流Ｉの変化に応じて、時刻ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３のそれぞれにおいて、電圧Ｖ_Ｌから電圧Ｖ_Ｈに、電圧Ｖ_Ｈから電圧Ｖ_Ｌに、電圧Ｖ_Ｌから電圧Ｖ_Ｈに、電圧Ｖ_Ｈから電圧Ｖ_Ｌに収束するように変化する。

（論理信号検出部）
次に、本実施形態に係る論理信号検出部２２の構成例について説明する。
図８は、本実施形態に論理信号検出部２２の構成例を示すブロック図である。
電流電圧変換部２０は、例えば、反転型電流電圧変換回路を含んで構成される。反転型電流電圧変換回路は、入力される電流に対する出力として、電流値に比例し、極性が反転した極性を有する電圧を示す電気信号を出力する電子回路である。

論理信号検出部２２は、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ－Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路２２２と、論理回路２２４を含んで構成される。
ＡＤ変換回路２２２は、電流電圧変換部２０から入力されるアナログの電気信号を、ディジタルの電気信号に変換し、変換により得られる電気信号を論理回路２２４に出力する。ＡＤ変換回路２２２は、例えば、入力される電気信号が有する電圧が正値である場合、電圧Ｖ_Ｈを有する電気信号を論理回路２２４に出力する。
ＡＤ変換回路２２２は、例えば、入力される電気信号が有する電圧が０［Ｖ］又は負値である場合、電圧Ｖ_Ｌを有する電気信号を論理回路２２４に出力する。

論理回路２２４は、３個の入力端Ａ－Ｃを有する。入力端Ａには、ＡＤ変換回路２２２からディジタルの電気信号が入力される。入力端Ｃには、論理回路２２４から出力される論理信号が入力される（帰還）。入力端Ｂには、電流電圧変換部２０からアナログの電気信号が入力される。
論理回路２２４は、例えば、積分回路、整流器、フリップフロップ回路及びサンプルホールド回路（図示せず）を含んで構成される。
積分回路は、電流電圧変換部２０から入力端Ｂを経由して入力されるアナログの電気信号の電圧を積分し、積分して得られる積分値を電圧として有する電気信号をサンプルホールド回路に出力する。積分回路は、入力端Ｃに入力される論理信号の電圧に入力端Ｂを経由して入力されるアナログの電気信号の電圧を逐次に加算（累積）して得られる積分値を電圧として有する電気信号を生成する。

整流器は、積分回路から入力される電気信号の電圧が０［Ｖ］又は正値である場合、そのままサンプルホールド回路に出力する。整流器は、積分回路から入力される電気信号の電圧が負値である場合、入力される電気信号を遮断する。つまり、整流器は、その場合に、電圧が０［Ｖ］である電気信号をサンプルホールド回路に出力する。従って、入力されるアナログの電気信号の電圧が負値となるときでも、論理信号の電圧が０［Ｖ］以上に維持され負値となることが回避される。

フリップフロップ回路は、入力端Ａから入力されるディジタルの電気信号の電圧が電圧Ｖ_Ｌをとる状態から電圧Ｖ_Ｈをとる状態に変化するたびに、入力される電気信号の電圧を順次反転させ（トグル）、電圧を反転させた電気信号をサンプルホールド回路に出力する。ここで、電圧を反転とは、２つの電圧Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｈの一方を他方に変更すること、例えば、電圧Ｖ_Ｌから電圧Ｖ_Ｈに変更することを意味する。従って、入力される電気信号の電圧の電圧Ｖ_Ｌから電圧Ｖ_Ｈへの反転が２回繰り返されると、フリップフロップ回路は、入力される電気信号と同じ電圧を有する電気信号を出力することになる。

サンプルホールド回路は、フリップフロップ回路から入力されるディジタルの電気信号の電圧が電圧Ｖ_Ｈであるとき、積分回路から出力される電気信号をそのまま論理信号として出力する。他方、サンプルホールド回路は、フリップフロップ回路から入力されるディジタルの電気信号の電圧が電圧Ｖ_Ｌであるとき、電圧Ｖ_Ｌから電圧Ｖ_Ｈに変更される直前における積分回路から出力される電気信号の電圧を維持し、維持された電圧を有する電気信号を論理信号として出力する。そのため、入力されるアナログの電気信号の電圧が正値となる状態が２回周期で繰り返されるとき、各周期の第１回において正値となるとき積分回路において電圧の積分がなされ、第２回において正値となるときには、積分回路から出力される電気信号の電圧が電圧Ｖ_Ｈに維持されるので、論理信号の電圧が電圧Ｖ_Ｈを超えることが回避される。

なお、論理回路２２４において、フリップフロップ回路、積分回路、サンプルホールド回路および整流器がそれぞれの機能を発揮し、相互に矛盾が生じなければ、一部の部材（例えば、オペアンプ、コンデンサ、抵抗素子）が共用されてもよい。

（動作例）
次に、本実施形態に係る論理信号検出部２２の動作例について説明する。
図９は、論理信号検出部２２の動作例を説明するための説明図である。
図９に対して上から下に順に、導線１６に流れる電流Ｉ、電流電圧変換部２０で変換された電圧Ｖ_ｔ、ＡＤ変換回路２２２からのディジタル信号の電圧Ｖ_ｄ、論理回路２２４で復元された論理信号の電圧Ｖ’の例を、それぞれ各段の縦軸に示す。横軸は、いずれも時刻を示す。

第１段に示す電流Ｉは、当初は０［Ａ］であるが、時刻ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３のそれぞれにおいて、正値から負値に極性が変化して０［Ａ］に収束し、負値から正値に極性が変化して０［Ａ］に収束し、正値から負値に極性が変化して０［Ａ］に収束し、負値から正値に極性が変化して０［Ａ］に収束する。
第２段に示す電圧Ｖ_ｔは、電流Ｉと比例した値を有するが極性が逆転している。即ち、電圧Ｖ_ｔは、時刻ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３のそれぞれにおいて、負値から正値に極性が変化して０［Ａ］に収束し、正値から負値に極性が変化して０［Ａ］に収束し、負値から正値に極性が変化して０［Ａ］に収束し、正値から負値に極性が変化して０［Ａ］に収束する。

第３段に示す電圧Ｖ_ｄは、電圧Ｖ_ｔが正値であるときに電圧Ｖ_Ｈとなり、電圧Ｖ_ｔが０［Ｖ］又は負値であるときに電圧Ｖ_Ｌ（この例では、０［Ｖ］）となる。より具体的には、時刻ｔ_０から時刻ｔ_０２までの期間、時刻ｔ_１１から時刻ｔ_１までの期間、時刻ｔ_２から時刻ｔ_２２までの期間、時刻ｔ_３１から時刻ｔ_３までの期間のそれぞれにおいて、電圧Ｖ’は電圧Ｖ_Ｈとなる。これに対し、時刻ｔ_０までの期間、時刻ｔ_０２から時刻ｔ_１１までの期間、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの期間、時刻ｔ_２２から時刻ｔ_３１までの期間、時刻ｔ_３以降の期間のそれぞれにおいて、電圧Ｖ’は電圧Ｖ_Ｌとなる。

第４段に示す電圧Ｖ’は、時刻ｔ_０から時刻ｔ_０２にかけて電圧Ｖ_Ｌ（この例では、０［Ｖ］）から電圧Ｖ_Ｈに過渡的に変化し、時刻ｔ_０２から時刻ｔ_１まで電圧Ｖ_Ｈに維持される。電圧Ｖ’は、時刻ｔ_１より、電圧Ｖ_Ｈから電圧Ｖ_Ｌに過渡的に変化し、その後、時刻ｔ_２まで電圧Ｖ_Ｌに維持される。また、電圧Ｖ’は、時刻ｔ_２から時刻ｔ_２２にかけて電圧Ｖ_Ｌから電圧Ｖ_Ｈに過渡的に変化し、時刻ｔ_２２から時刻ｔ_３まで電圧Ｖ_Ｈに維持される。電圧Ｖ’は、時刻ｔ_３より、電圧Ｖ_Ｈから電圧Ｖ_Ｌに過渡的に変化する。

この電圧Ｖ’の変化は、時刻ｔ_０から時刻ｔ_０２までの期間、時刻ｔ_１から電圧Ｖ’が電圧Ｖ_Ｌに収束するまでの期間、時刻ｔ_２から時刻ｔ_２２までの期間、時刻ｔ_３から電圧Ｖ’が電圧Ｖ_Ｌに収束するまでの期間のそれぞれにおいて電圧Ｖ_ｔが積分されることを示す。他方、電圧Ｖ_ｔが負値になった時点から時刻ｔ_０までの期間、時刻ｔ_１１から時刻ｔ_２２までの期間、電圧Ｖ_ｔが再度負値になった時点から時刻ｔ_２までの期間、時刻ｔ_３１から時刻ｔ_２２までの期間においては、電圧Ｖ_ｔは積分されない。

なお、論理信号検出部２２は、上記の例とは異なる構成を有していてもよい。例えば、論理信号検出部２２の論理回路２２４は、ＡＤ変換回路２２２から入力されるディジタル信号の電圧Ｖ_ｄが電圧Ｖ_Ｌから電圧Ｖ_Ｈになるときから、次に電圧Ｖ_Ｌから電圧Ｖ_Ｈにとなり、さらに次に電圧Ｖ_Ｌとなるときまで電圧Ｖ’を電圧Ｖ_Ｈとし、またさらに次に電圧Ｖ_ｄが電圧Ｖ_Ｈになるときまで電圧Ｖ’を電圧Ｖ_Ｌとするという、変化を繰り返す論理信号を生成してもよい。

また、論理回路２２４は、電流電圧変換部２０から入力されるアナログの電気信号の電圧を積分する積分回路と、第１のホールド回路と、第２のホールド回路を備えてもよい。第１のホールド回路は、積分回路から出力される出力信号の電圧が電圧Ｖ_Ｈを超えるとき、電圧を電圧Ｖ_Ｈとする電気信号を第２のホールド回路に出力し、積分回路から出力される出力信号の電圧が電圧Ｖ_Ｈ以下となるとき、入力される出力信号の電圧と電圧が等しい電気信号を第２のホールド回路に出力する。第２のホールド回路は、第１のホールド回路から出力される出力信号の電圧が電圧Ｖ_Ｌ未満となるとき、電圧を電圧Ｖ_Ｌとする電気信号を論理信号として出力し、第１のホールド回路から出力される電圧が電圧Ｖ_Ｌ以上となるとき、入力される出力信号と電圧が等しい電気信号を論理信号として出力する。
これらの構成によっても、導線１６を流れる電流の極性の反転から次の極性の反転までの期間ごとに、電圧が電圧Ｖ_Ｌと電圧Ｖ_Ｈを交互に繰り返す信号を論理信号として検出することができる。

（最小構成）
次に、本実施形態に係る信号検出装置１の最小構成について説明する。図１０は、本実施形態に係る信号検出装置１の最小構成を示す図である。
本実施形態に係る信号検出装置１は、少なくとも芯材１２と論理信号検出部２２を備えていればよい。芯材１２は。磁性体を含んで構成され、周回した磁路をなしていればよい。論理信号検出部２２は、芯材１２に少なくとも一部が巻き付けられた導線１６を流れる電流の極性の反転から次の極性の反転までの期間ごとに、所定の第１の電圧と所定の第２の電圧を交互に繰り返す信号を論理信号として検出できればよい。

（まとめ）
以上に説明したように、本実施形態に係る信号検出装置１は、磁性体を含んで構成され、周回した芯材１２を備える。また、信号検出装置１は、芯材１２に少なくとも一部が巻き付けられた導線を流れる電流の極性の反転から次の極性の反転までの期間ごとに、所定の第１の電圧（例えば、電圧Ｖ_Ｈ）と所定の第２の電圧（例えば、電圧Ｖ_Ｌ）を交互に繰り返す信号を論理信号として検出する論理信号検出部２２を備える。

また、信号検出装置１は、導線１６を流れる電流を電圧に変換する電流電圧変換部２０を備え、論理信号検出部２２は、検出部（例えば、ＡＤ変換回路２２２）と論理回路２２４を備えてもよい。そして、検出部は、電流電圧変換部２０が変換した電圧である変換電圧が所定の電圧の閾値を超えるか否かを検出する。論理回路２２４は、変換電圧が所定の閾値を超えるごとに、第１の電圧と第２の電圧を交互に繰り返す信号を論理信号として生成してもよい。

また、検出部は、変換電圧が所定の電圧の閾値以上であるとき第１の電圧を有し、変換電圧が所定の電圧の閾値以上でないとき第２の電圧を有するディジタル信号に変換してもよい。論理回路２２４は、変換されたディジタル信号の電圧が第１の電圧となるごとに、ディジタル信号の電圧を逐次に反転させて反転信号を生成する反転回路と、変換電圧を積分した積分信号を生成する積分回路を備えてもよい。論理回路２２４は、反転信号の電圧が第１の電圧となるとき、積分信号を出力し、前記反転信号の電圧が第２の電圧となるとき、ディジタル信号の電圧が第２の電圧となる直前における積分信号の電圧を維持した信号を出力するサンプルホールド回路を備えてもよい。また、論理回路２２４は、サンプルホールド回路から出力される出力信号の電圧が第２の電圧以上であるとき、積分信号を出力し、出力信号の電圧が第２の電圧未満であるとき、第２の電圧を有する信号を出力する整流器を備えてもよい。

これらの構成によれば、芯材１２は磁性体が周回した磁路をなすので、被検査物、例えば、差動線路対に近づければ、被検査物を流れる論理信号の電圧が変化するごとに導線１６を流れる電流の極性の反転が生ずる。そのため、論理信号検出部２２は、電流の極性の反転に応じて電圧が交互に切り替わる信号を論理信号として検出することができる。従って、被検査物に電気的に接触させずに接近させるだけで被検査物を流れる論理信号に対する検査を行うことができる。そのため、検査に係る負荷を低減することができる。これにより被検査物を流れる論理信号確認をより簡便にすることができる。
また、被検査物への接触のためのはんだ付けなどの作業、その接触による被検査物の電気的特性の変化をもたらさないため、より正確に論理信号の状態を検査することができる。

また、芯材１２は、１つの平面に沿って周回した枠の形状を有し、枠で囲まれる開口部の径が芯材１２の幅よりも大きくてもよい。
この構成によれば、開口部を通過する電界の変化を効率よく捉えることができる。そのため、電界の変化によって芯材１２に生じた磁界による誘導電流の極性の反転を確実に検出することができる。

また、芯材１２の枠の形状をなす平面の法線方向の厚みが一対の被検査物の間隔よりも小さくてもよい。
この構成によれば、被検査物に接触させずに、一対の被検査物の狭間に芯材１２を挿入することができる。そのため、開口部を通過する電界の変化を効率よく捉えることができる。ひいては、電界の変化によって芯材１２に生じた磁界による誘導電流の極性の反転を確実に検出することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…信号検出装置、１２…芯材、１４…コイル、１６…導線、２０…電流電圧変換部、２２…論理信号検出部、２２２…ＡＤ変換回路、２２４…論理回路

Claims (6)

1. 磁性体を含んで構成され、周回した芯材と、
   前記芯材に少なくとも一部が巻き付けられた導線を流れる電流であって、
   前記芯材の開口部を通過する電界の極性の変化により前記芯材に生じた磁界の変動に応じた電流の極性の反転から次の前記反転までの期間ごとに、所定の第１の電圧と所定の第２の電圧を交互に繰り返す信号を、差動線路対に伝送される論理信号として検出する論理信号検出部と、
   前記電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、を備え、
   前記論理信号検出部は、
   前記電流電圧変換部が変換した電圧である変換電圧が所定の電圧の閾値を超えるか否かを検出する検出部と、
   前記変換電圧が前記閾値を超えるごとに、前記第１の電圧と前記第２の電圧を交互に繰り返す信号を前記論理信号として生成する論理回路と、
   を備える論理信号検出装置。
2. 前記検出部は、
   前記変換電圧が前記閾値以上であるとき前記第１の電圧を有し、
   前記変換電圧が前記閾値以上でないとき前記第２の電圧を有するディジタル信号に変換し、
   前記論理回路は、
   前記ディジタル信号の電圧が前記第１の電圧となるごとに、前記ディジタル信号の電圧を逐次に反転させて反転信号を生成する反転回路と、
   前記変換電圧を積分した積分信号を生成する積分回路と、
   前記反転信号の電圧が前記第１の電圧となるとき、前記積分信号を出力し、
   前記反転信号の電圧が前記第２の電圧となるとき、前記ディジタル信号の電圧が前記第２の電圧となる直前における前記積分信号の電圧を維持した信号を出力するサンプルホールド回路と、
   前記サンプルホールド回路から出力される出力信号の電圧が前記第２の電圧以上であるとき、前記積分信号を出力し、
   前記出力信号の電圧が前記第２の電圧未満であるとき、前記第２の電圧を有する信号を出力する整流器と、を備える
   請求項１に記載の論理信号検出装置。
3. 前記芯材は、１つの平面に沿って周回した枠の形状を有し、
   前記枠で囲まれる開口部の径が前記芯材の幅よりも大きい
   請求項１または請求項２に記載の論理信号検出装置。
4. 磁性体を含んで構成され、周回した芯材と、
   前記芯材に少なくとも一部が巻き付けられた導線を流れる電流であって、
   前記芯材の開口部を通過する電界の極性の変化により前記芯材に生じた磁界の変動に応じた電流の極性の反転から次の前記反転までの期間ごとに、所定の第１の電圧と所定の第２の電圧を交互に繰り返す信号を、差動線路対に伝送される論理信号として検出する論理信号検出部と、を備え、
   前記芯材は、１つの平面に沿って周回した枠の形状を有し、
   前記枠で囲まれる開口部の径が前記芯材の幅よりも大きく、
   前記差動線路対は、互いに平行に配置された一対の線路を備え、
   前記芯材の前記平面の法線方向の厚みが前記一対の線路の間隔よりも小さい
   論理信号検出装置。
5. 磁性体を含んで構成され、周回した芯材を備える論理信号検出装置における論理信号検出方法であって、
   前記論理信号検出装置が、
   前記芯材に少なくとも一部が巻き付けられた導線を流れる電流であって、
   前記芯材の開口部を通過する電界の極性の変化により前記芯材に生じた磁界の変動に応じた電流を検出する第１のステップと、
   前記電流の極性の反転から次の前記反転までの期間ごとに、所定の第１の電圧と所定の第２の電圧を交互に繰り返す信号を、差動線路対に伝送される論理信号として検出する第２のステップと、
   前記電流を電圧に変換する第３のステップと、を有し、
   前記第２のステップは、
   前記第３のステップにより変換された電圧である変換電圧が所定の電圧の閾値を超えるか否かを検出するステップと、
   前記変換電圧が前記閾値を超えるごとに、前記第１の電圧と前記第２の電圧を交互に繰り返す信号を前記論理信号として生成するステップと、
   を有する論理信号検出方法。
6. 磁性体を含んで構成され、周回した芯材を備える論理信号検出装置における論理信号検出方法であって、
   前記論理信号検出装置が、
   前記芯材に少なくとも一部が巻き付けられた導線を流れる電流であって、
   前記芯材の開口部を通過する電界の極性の変化により前記芯材に生じた磁界の変動に応じた電流を検出する第１のステップと、
   前記電流の極性の反転から次の前記反転までの期間ごとに、所定の第１の電圧と所定の第２の電圧を交互に繰り返す信号を、差動線路対に伝送される論理信号として検出する第２のステップと、を有し、
   前記芯材は、１つの平面に沿って周回した枠の形状を有し、
   前記枠で囲まれる開口部の径が前記芯材の幅よりも大きく、
   前記差動線路対は、互いに平行に配置された一対の線路を備え、
   前記芯材の前記平面の法線方向の厚みが前記一対の線路の間隔よりも小さい
   論理信号検出方法。

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