JPH04269675A - 伝送線路長の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遠端開放の伝送線路に
パルスを送出して得られる反射波形から伝送線路長を測
定する伝送線路長測定方法に関し、特に複数の試験ピン
を有する集積回路試験装置等において、これら試験ピン
に対応して設置された試験パタン出力／試験結果判定回
路から被試験回路の入出力ピンに至るまでの伝送線路長
の高精度測定等に適した伝送線路長の測定方法に関する
。

【０００２】

【従来の技術】集積回路試験装置の試験ピンに対応して
設置された試験パタン出力／試験結果判定回路から被試
験回路の入出力ピンに至るまでの伝送線路長は、試験ピ
ン間で変動する。

【０００３】集積回路試験装置の試験タイミング精度を
維持するために必要なタイミングを補正するにあたって
は、これら試験ピン間バラツキによって生じるタイミン
グ誤差を補正することが主要な処理項目の一つとなって
いる。

【０００４】このような伝送線路長の測定の従来方法は
、たとえば、特開昭５８−１７６５６０号に記載されて
いる。この従来方法では、図３に示すように、伝送線路
の遠端を開放したときに進行波に反射波が重畳されて得
られる階段波の、進行波による立上りエッジから反射波
による立上りエッジまでの時間差を求める。この時間差
は伝送線路を往復したときの伝搬遅延時間であるから、
この時間差を二分して伝送線路長とみなしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】伝送線路の伝搬遅延時
間を決定する主たる要因は、線路を構成する分布容量と
分布インダクタンスによる伝搬速度成分である。入力さ
れる信号の周波数帯域内において、線路が無損失でかつ
無歪であれば入力信号は波形に歪を生じることなく伝送
線路を通過できる。この場合には、真の伝搬遅延時間は
、伝送線路の遠端を開放したときに進行波に反射波が重
畳されて得られる階段波の、進行波によるエッジから反
射波によるエッジまでの時間差の２分の１に一致する。

【０００６】しかしながら、実際に使用される伝送線路
、たとえば同軸ケーブルや、マイクロストリップライン
は、それらを構成する素材や構造によって、本質的に、
損失成分や有限の周波数帯域を有し、かつ群遅延歪が存
在する。さらには、集積回路試験装置と被試験素子との
接続状態を想定すると、被試験素子の入力端子やパッケ
ージの有する容量成分によって、その容量値と線路の特
性インピーダンスできまる時定数成分によっても高周波
成分が減衰せしめられる。これらの効果によって、伝送
線路の出力端から得られる信号波形は入力信号に対して
、歪んだものとなる。

【０００７】通常使用する上述した伝送線路では、特に
高周波成分の減衰が支配的であり、入力信号の周波数帯
域よりも伝送線路の通過帯域の方が狭帯域である場合に
は、信号波形の立上り／立下りの遷移スピードが鈍った
ものとなる。通常、伝送路の伝搬遅延時間は、信号振幅
の中心値における入出力信号間の時間差として測定する
が、出力信号の立上り／立下り時間の増加分が実効的に
含まれることになる。この立上り／立下り時間は伝送線
路長とともに単調に増加するが、比例関係にはない。た
とえば、高周波成分の損失として、表皮効果を仮定する
と、立上り／立下り時間の増加は伝送線路長の誤差関数
で表される。容量値と線路の特性インピーダンスで決ま
る時定数成分を仮定すると、時定数の指数関数で表され
る。従って、このような損失を含む伝送線路の線路長を
上述した反射波形から求めるときに、進行波と反射波の
時間差の２分の１として求めると、線路長に対する遅延
時間増加の比例関係からのずれ分が誤差として含まれて
しまう。

【０００８】たとえば、立上り時間が１００ｐｓの信号
が、１ＧＨｚでの減衰量が１０ｄＢ／１０ｍ程度の同軸
ケーブルを１ｍ通過すると、上記の単純計算による伝搬
遅延時間は実際のそれよりも数ピコ秒大きくなる。同様
の信号が３ＧＨｚ以下での減衰量が３ｄＢ以下のマイク
ロストリップラインを３０ｃｍ通過すると、誤差は１０
ピコ秒以上になる。入力信号の立上り時間が大きくなれ
ば、それだけ入力信号に含まれる高周波成分が少なくな
るからこの誤差量は減少する傾向にある。しかしながら
、数百ＭＨｚで動作する半導体素子では１００ピコ秒前
後の立上り時間が達成されており、現在の集積回路試験
装置と被試験素子との接続形態では上記の例よりもさら
に特性の劣る伝送線路が使用されることも多分にある。 数百ＭＨｚで動作する半導体素子の試験を行なう際には
、素子に与える複数の試験信号間の時間ずれと素子の複
数の出力信号を判定する判定回路間での時間ずれをピコ
秒オーダーで補正することが必要となっている。しかし
ながら、上述した従来技術ではこのような高精度な伝送
線路長の測定が実現できなかった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、上述したような
従来の問題点を解決し、高精度に伝送線路長を測定する
方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、遠端開放の伝送線路にパルスを送
出して得られる反射波形から伝送線路長を測定する伝送
線路長測定方法において、前記パルスの進行波成分によ
るパルスエッジから反射波成分によるパルスエッジまで
の時間差と、進行波成分によるパルスエッジの波形と、
反射波成分によるパルスエッジの波形の３要素を測定し
、得られた３要素の測定結果から該伝送線路を往復して
伝搬する際の伝達関数を算出し、得られた伝達関数から
、さらに前記伝送線路の往路、もしくは復路のみを伝搬
する際の伝達関数を算出し、得られた往路、もしくは復
路のみを伝搬する際の伝達関数を用いて個別の入力信号
に対する出力信号応答を求め、それにより求められた出
力信号応答から、入力信号に対する当該出力信号応答の
時間遅れを算出することによって、前記個別の入力信号
波形に対する伝送線路の伝搬遅延時間を測定することを
特徴とする。

【００１１】ここで、前記伝送線路の往復路を伝搬する
際の伝達関数をフーリエ変換によって周波数の関数とし
て求め、当該周波数の関数から算出される往路もしくは
復路のみを伝搬する際の伝達関数と、入力信号の周波数
応答との積を逆フーリエ変換して個別の入力信号に対す
る出力信号を算出することができる。

【００１２】さらに、前記伝搬遅延時間を周波数帯域無
限の理想条件における真性伝搬遅延時間と理想条件から
遊離したことで生ずる付加的遅延時間に分離し、前記伝
送線路の往路もしくは復路を、前記真性伝搬遅延時間を
定数、前記付加的遅延時間を当該伝送線路の特性インピ
ーダンスと容量成分の積で与えられる時定数成分として
回路記述し、前記伝送線路の往復路を、前記伝送線路の
往路もしくは復路に対する回路記述を直列接続して回路
記述し、当該回路記述が与える伝達関数として前記伝送
線路の伝達関数を近似することができる。

【００１３】

【作用】本発明では、遠端開放の伝送線路にパルスを送
出して得られる反射波形を測定し、その測定結果から進
行波に対する伝達関数を算出し、与えられる入力信号毎
に、算出された伝達関数を用いて出力端（遠端）におけ
る出力信号の波形を推定し、推定された出力信号波形の
遷移タイミングから入力信号の遷移タイミングまでの時
間差を算出することによって、伝搬線路の伝搬遅延時間
を求める。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１５】図１は本発明伝送線路長の測定方法の一実
施例を示すフローチャートである。

【００１６】伝送線路の一方の端点（以下遠端とする）
を開放状態にし、他方の端点（以下近端とする）からパ
ルス信号を印加すると、近端の出力インピーダンスが伝
送線路の特性インピーダンスと整合している場合には、
図３に示すように、近端では進行波に反射波が重畳した
階段状の波形が観測される。本実施例では、この階段状
の波形を用いて、当該伝送線路の伝搬遅延時間を以下の
手順によって測定する。

【００１７】すなわち、第一のブロック１に於ては、図
１に示すように、進行波成分による立上りエッジａから
反射波成分による立上りエッジｂまでの時間差Ｔと、進
行波成分による立上りエッジａの波形と、反射波成分に
よる立上りエッジｂの波形の３要素、もしくは進行波成
分による立下がりエッジから反射波成分による立下がり
エッジまでの時間差と、進行波成分による立下がりエッ
ジの波形と、反射波成分による立下がりエッジの波形の
３要素を測定する。

【００１８】第二のブロック２に於ては、第一のブロッ
ク１で得られた３要素の測定結果から当該伝送線路の往
復路を伝搬する際の伝達関数を算出する。

【００１９】第三のブロック３に於ては、第二のブロッ
ク２で得られた伝送線路の往復路を伝搬する際の伝達関
数から、さらに往路、もしくは復路のみを伝搬する際の
伝達関数を算出する。

【００２０】第四のブロック４に於ては、第三のブロッ
ク３で得られた往路、もしくは復路のみを伝搬する際の
伝達関数を用いて個別の入力信号波形に対する出力信号
応答を算出する。

【００２１】そして第五のブロック５に於ては、第四の
ブロック４で得られた出力信号応答の入力信号に対する
時間遅れを算出することによって、個別の入力信号波形
に対する伝送線路の伝搬遅延時間を測定する。

【００２２】たとえば、第一のブロック１においては、
サンプリングオシロスコープや特願昭６２−３０９３２
６号に示された伝送線路長測定装置等を適用することに
よって、進行波成分による立上りエッジａから反射波成
分による立上りエッジｂまでの時間差Ｔと、進行波成分
による立上りエッジａの波形と、反射波成分による立上
りエッジｂの波形の３要素、もしくは進行波成分による
立下がりエッジから反射波成分による立下がエッジまで
の時間差と、進行波成分による立下がりエッジの波形と
、反射波成分による立下がりエッジの波形の３要素を測
定できる。

【００２３】たとえば、第二のブロック２に於ては、進
行波エッジの波形測定によって、時間領域での入力信号
の応答νｉｎ（ｔ）が求まる。νｉｎ（ｔ）から入力信
号の周波数応答Ｖｉｎ（ｆ）をたとえばフーリエ変換に
よって求め、反射波エッジの波形測定結果から反射波信
号の周波数応答Ｖｒｅｆ（ｆ）をフーリエ変換によって
求めれば、伝送線路を往復する際の伝送線路自体の周波
数応答Ｈｒｏｕｎｄ（ｆ）は次式によって求まる。

【００２４】 Ｈｒｏｕｎｄ（ｆ）＝Ｖｒｅｆ（ｆ）／Ｖｉｎ（ｆ）と
ころで、伝送線路を往復した反射波にとっては、同一の
伝送線路２本を直列接続した伝送線路を一方通行するの
と電気的に等価である。従って、たとえば第三のブロッ
ク３に於ては、この伝送線路を一方通行する際の伝送線
路自体の周波数応答Ｈｏｎｅｗａｙ（ｆ）は、Ｈｒｏｕ
ｎｄ（ｆ）の平方根で求められる。

【００２５】従って、たとえば第四のブロック４に於て
は、周波数応答Ｖｉｎ（ｆ）をもつ入力信号が当該伝送
線路を一方通行した遠端での出力信号の周波数応答Ｖｏ
ｕｔ（ｆ）は次式によって求まる。

【００２６】 Ｖｏｕｔ（ｆ）＝Ｈｏｎｅｗａｙ（ｆ）×Ｖｉｎ（ｆ）
これより、時間領域での出力信号の応答νｏｕｔ（ｔ）
は逆フーリエ変換によって次式のように求まる。

【００２７】 　　　　νｏｕｔ（ｔ）＝Ｆ−１［Ｈｏｎｅｗａｙ（ｆ
）×Ｖｉｎ（ｆ）］但し、Ｆ−１はフーリエ逆変換の演
算子を示す。

【００２８】よって、たとえば第五のブロック５におい
ては、信号レベルが振幅の５０％になる中間レベルにお
けるνｏｕｔ（ｔ）およびνｉｎ（ｔ）の時間ｔ１およ
びｔ２を各々求め、両者の差分をとれば測定すべき伝搬
遅延時間が得られる。

【００２９】なお、上記の測定で伝送線路に入力した信
号と特性の異なる信号に対しても、前記第一のブロック
における信号波エッジに対する波形測定と同様に新たに
入力される信号に対する応答νｉｎ（ｔ）を求めておけ
ば、これを用いてその入力信号に対する伝搬遅延時間を
正確に測定することができる。

【００３０】以上に述べた本実施例の測定方法によれば
、伝送線路を一方通行する際の伝達関数を求めたうえで
、その伝達関数と入力信号の特性に基づいて伝搬遅延時
間を測定できるので、伝送線路の往復に要する時間の２
分の１として単純に測定していた従来方法に比べて、よ
り実動作状態に近い測定値を得ることができる。測定値
には入力信号の周波数成分に対する依存性も反映され、
個別の入力信号に対する伝搬遅延時間を高精度に測定で
きる。

【００３１】なお、上述したブロック２〜５における各
処理はコンピュータを用いた演算により実施することが
できる。

【００３２】次に、本発明の第二の実施例を説明する。 たとえば、現在の集積回路試験装置と被試験素子との接
続状態を想定すると、被試験素子の入力端子やパッケー
ジの有する容量成分と線路の特性インピーダンスで決ま
る時定数成分によって高周波成分が減衰せしめられる。 この効果が、伝送線路の出力端から得られる信号波形の
入力信号に対する劣化の主たる要因となっている。

【００３３】そこで、本実施例では、本発明の構成要素
である伝送線路伝達関数の算出にあたって、図２のよう
なモデルを考える。すなわち、伝送線路を理想特性にお
ける伝搬遅延時間成分ｔｏと、被試験素子の入力端子や
パッケージの有する容量成分Ｃと線路の特性インピーダ
ンスＺｏで決まる時定数成分τとによつてモデル化し、
さらに進行波と反射波の効果を説明するために、各々独
立した線路として考え、従属接続している。

【００３４】このモデルによれば、入力端ａに入力信号
、すなわち前記階段状波形における進行波成分νｉｎ（
ｔ）が印加され、中間点ｂに伝送線路の遠端での出力信
号νｏｕｔ（ｔ）が現われ、そして、出力端ｃに反射波
成分νｒｅｆ（ｔ）が現われると考えることができる。

【００３５】本モデルによれば、伝送線路を構成する成
分を遅延成分ｔｏと時定数成分τのみに単純化できるか
ら、ラプラス変換／ラプラス逆変換を用いて簡単に伝送
線路の単路、および往復路の伝達関数を求めることがで
き、第一の実施例と同様の手順を踏むことによって、伝
搬遅延時間を測定することができる。

【００３６】本実施例においても、第一の実施例と同様
に、伝送線路の往復に要する時間の２分の１として単純
に測定していた従来方法に比べて、より実動作状態に近
い測定値を得ることができ、かつ測定値には入力信号の
周波数成分に対する依存性も反映され、個別の入力信号
に対する伝搬遅延時間を高精度に測定できる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなごとく、本発明
によれば、遠端開放の伝送線路にパルスを送出して得ら
れる反射波形を測定し、その測定結果から進行波に対す
る伝達関数を算出し、与えられる入力信号毎に、算出さ
れた伝達関数を用いて出力端（遠端）における出力信号
の波形を推定し、推定された出力信号波形の遷移タイミ
ングから入力信号の遷移タイミングまでの時間差を算出
することによって、伝送線路の周波数特性や入力信号の
周波数特性によって決まる波形劣化による遅延時間の増
加を反映して高精度に伝送線路長を測定することが実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における伝送線路長の測定方法の一実施
例を示すフローチャートである。

【図２】本発明の構成要素である、伝送線路伝達関数の
算出方法の一実施例を説明するためのモデルを示す回路
図である。

【図３】従来技術における伝送線路長の測定方法の代表
例の説明図である。

【符号の説明】

１，２，３，４，５　　処理ブロック ｔｏ　　理想伝送線路における伝搬遅延時間Ｚｏ　　伝
送線路の特性インピーダンスＣ　　容量成分 τ　　時定数

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　遠端開放の伝送線路にパルスを送出し
   て得られる反射波形から伝送線路長を測定する伝送線路
   長測定方法において、前記パルスの進行波成分によるパ
   ルスエッジから反射波成分によるパルスエッジまでの時
   間差と、進行波成分によるパルスエッジの波形と、反射
   波成分によるパルスエッジの波形の３要素を測定し、得
   られた３要素の測定結果から該伝送線路を往復して伝搬
   する際の伝達関数を算出し、得られた伝達関数から、さ
   らに前記伝送線路の往路、もしくは復路のみを伝搬する
   際の伝達関数を算出し、得られた往路、もしくは復路の
   みを伝搬する際の伝達関数を用いて個別の入力信号に対
   する出力信号応答を求め、それにより求められた出力信
   号応答から、入力信号に対する当該出力信号応答の時間
   遅れを算出することによって、前記個別の入力信号に対
   する伝送線路の伝搬遅延時間を測定することを特徴とす
   る伝送線路長の測定方法。
2. 【請求項２】　　前記伝送線路の往復路を伝搬する際の
   伝達関数をフーリエ変換によって周波数の関数として求
   め、当該周波数の関数から算出される往路、もしくは復
   路のみを伝搬する際の伝達関数と入力信号の周波数応答
   との積を逆フーリエ変換して個別の入力信号に対する出
   力信号応答を算出することを特徴とする請求項１記載の
   伝送線路長の測定方法。
3. 【請求項３】　　前記伝搬遅延時間を周波数帯域無限の
   理想条件における真性伝搬遅延時間と理想条件から遊離
   したことで生ずる付加的遅延時間に分離し、前記伝送線
   路の往路もしくは復路を、前記真性伝搬遅延時間を定数
   、前記付加的遅延時間を当該伝送線路の特性インピーダ
   ンスと容量成分の積で与えられる時定数成分として回路
   記述し、前記伝送線路の往復路を、前記伝送線路の往路
   もしくは復路に対する回路記述の直列接続として回路記
   述し、当該回路記述が与える伝達関数として前記伝送線
   路の伝達関数を近似したことを特徴とする請求項１また
   は２記載の伝送線路長の測定方法。