JPS61253474A - 減衰器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は減衰器に関し、特に精密測定を行なうさいの減
衰器の自動補償装置に関する。

（従来の技術〕 電圧計やオシロスコープのような交流測定装置の正確さ
は、それらに用いる構成要素の安定性により影ＩＪＩさ
れる。確度が１％の１／１０かこれより高い装置に対し
ては、入力減衰器の補ｇｌ調薬用可変コンデンサは、そ
の装置がかなり長い時間目盛設定された状態におかれる
ような場合には、極端に安定なものでなくてはならない
。とりわけ、湿度、湿度および化 エージングによる変★で、減衰器中のコンデンサの値が
変わり、周波数応答の変化が起り、正確度を著しく低下
させる。

原理的には、減衰器はどんな時点でも再補償できるもの
である。これは実際に、オシロスコープの外部減衰器プ
ローブを補償する場合等でしばしば見られることである
。この再補償は次の２つの理由で容易に行なえる。まず
第１に、規則性をもって行なう必要がないということで
ある。　１パーセントの確度での測定はもちろんのこと
、１パーセントの１／１０の確度での測定をオシロスコ
ープで行なうことは容易である。この場合、使用環境に
おいてトリマや他の関連したコンデンサは、適当なもの
であるため、それらの安定性は非常に高い０次に調整自
体は物理的に容易である。これは変化させるべきトリマ
をプローブ上で容易に−アクセスできるためである。こ
のプローブは前面パネルの背部に配置されている主入力
の減衰器の一部でもなく、また装置の内部に埋めこまれ
ているものではない。

しかしながら、実際には、確度がかなり要求され、しか
もどんな理由であれ、トリマの物理的取換えが前面パネ
ル上で行なえないときには、内部減衰器を頻繁に再補償
するのは実用的でない。

り 〔発明が解決しようとす感問題点〕 ここで１パーントの１／１０の確度で交流電圧計の内部
減衰器を補償する問題について考えてみる。

まず、トリマの安定性は大変重要な問題である。ピコフ
ァラッドの１／１００の容量変化でさえも容認できない
ほどその安定性という点からは大きな問題となる。次に
、もしこの減衰器が前面パネルに調整用の構成要素を含
み、そして残りの部分がある距離だけ離れて置れると、
補償ネットワークに不要なりアクタンスの導入を避ける
ことが困難となる。最後に、使用者にとって使いにくい
という現実の問題が高精度を要求される分野で生じてく
る。もし装置がしばしば上記減衰器を再補償する必要に
せまられるならば、特別なオーバーヘッドがかかつてく
る。したがって補償を簡便にかつ頻繁に行なえることが
望ましい。そのような簡便さがないと、操作者の不注意
により誤測定が発生することになりかねない。特に、そ
のような補償を低価格で正確に、しかも高速で自動的に
行なえることが望ましい。多くの測定装置は他の目的で
、マイクロプロセッサを有しているので、そのような自
動補償をこのマイクロプロセッサによりできるだけ多く
やら高置に付加するハードウェアの使用を最少にするこ
とが望まれる。

（発明の目的） 本発明の目的はこの要請に応えるための減衰器の自動補
償装置を提供することにある。

【問題点を解決するための手段〕

この発明の減衰器は、減衰器の出力にその一端が接続さ
れたインピーダンス素子と、前記減衰器の入力端に補償
用テストパルスを印加する手段と、前記のテストパルス
の印加時に、前記減衰器の出力信号の少なくとも２点の
サンプル値を得る手段と、前記サンプル値の振幅値の差
に応答して、インピーダンス素子の他端の電圧を変化さ
せる手段とで構成される。

〔発明の要約〕

減衰器の自動補償はこの減衰器にステラ１プ電圧を供給
することにより達成できる。マイクロプロセッサを用い
てそのステップ電圧の供給を制御し、減衰器の出力がス
テップ電圧供給直後にサンプルされるよう制御すること
ができる。正しく補償された減衰器は、その振幅が減衰
比に従ってスケール合せされているという点を除くと、
ステップ電圧の正確な復製を生じる。すなわち、十分補
償された１０：１減衰器に１０ボルトのステップ電圧が
供給されると、その供給電圧の正確な写しであるｌボル
トのステップ電圧が発生される。ここで、サンプリング
時点がｔ、およびｔ２であり、供給ステップ電圧が平坦
なｌＯボルトの電圧である（すなわち、時点ｔ、およの
出力として時点ｔ、およびｔｚ　　（およびこれらの間
の期間）において、ｌボルトの振幅を有する供給電圧の
写しを生じる。もし、その入力ステップ電圧が平坦であ
ることが判っていれば、時点ｔ１およびｔ、における出
力サンプル間に等画性があることは、この減衰器が実際
に補償されていることを示している。この補償を決定す
るために時点ｔ１およびｔ。

における出力振幅の正確な値ならびに供給ステップ電圧
の振幅の正確な値は大した問題とはならない。

これらの値は減衰比により決定されるものである。

ここに注意すべきことは、もし供給ステップ電圧がると
いうことである。マイクロプロセッサのアルゴリズムを
制御することにより、この減衰器に平坦なステップ電圧
を供給し、その出力をサンプルすることができる。第１
の実施例においては、このマイクロプロセッサにより、
実効キャパシタンスの変化が減衰器の出力で曾グラウン
ドに落される。時点１゜およびｔ２での両サンプルの間
の振幅差は上述のキャパシタンスの実効値を制御するサ
ーボループへの入力として用いられる。このサーボルー
プはキャパシタンスの実効値を、時点ｔ、およびｔ２に
おけるサンプルが等しい値をもつように設定する。この
あと、キャパシタンスのその実効値を得るために条件が
保存され、この間、本装置は目的とする測定を行なうた
めに使用される。この自動補償の特徴はボタンを単に押
し下げるだけで操作者が自由に達成できる。ここでは可
変キャパシタンスがいかに得られるかについて述べる。

減衰器の出力は抵抗と、グラウンドに至る全キャパシタ
ンスとの並列結合が生じる点から取り出せる。このキャ
パシタンスは、並列にある浮遊、固定およびトリマキャ
パシタンスの３つは に分けられる。この浮遊キャパシタンス弧回路の物理的
特性から生じるある一般的に不変の値に似ている。固定
キャパシタンスは減衰器の出力とグラウンドとの間にあ
る実際の固定コンデンサであり、その実効値キャパシタ
ンスが実際のキャパシタンスである。全キャパシタンス
のうちのトリマキャパシタンスは、固定コンデンサであ
るが、実際の物理的キャパシタンスを制御して、実効キ
ャパシタンスを変化〒゛き −る。この結果は、減衰器の出力と、この減衰器の出力
に生じる電圧のうちの選択された一部分（分数）の写し
である電圧が生じる部分との間にトリマコンデンサを接
続することによって得られる。もし、このトリマの最大
実効値が必要であれば、ｒｎｌ記一部分はほぼゼロに選
択される。このときこのトリマは実質的にグラウンドに
落され、これによりその実効キャパシタンスはその実際
の物理的なキャパシタンスに近ずく。一方、もし、トリ
マの最小実効値が必要なときは、曲記一部分はｌ（全部
）近くに選ばれる。この時、トリマを介した電圧降下が
実質的になくなり、電流が流れなくなる。これは、トリ
マがないかまたは減衰器の出力に接続されてもＯ！Ｑ端
が開放されている状態に等しい。このトリマの実効値は
、減衰器の出力の電圧の写しを生じるために使用される
選択的な一部分に対して直線的に変化する。この写しを
生じるために、適当な可変利得増幅器が使用される。例
えば、入力減衰器の出力の増幅値をプログラムプル減衰
器に供給し、この減衰器の出力を増幅し、トリマキャパ
シタンスの駆動端に供給するようにできる。上述のマイ
クロプロフェッサは、市販されているデジタル−アナロ
グ（Ｄ／Ａ）コンバータにより構成できるプログラマブ
ル減衰器を制御する。トリマコンデンサの物理状態はそ
の実効キャパシタンスを変えるようには変更できないた
め、以下ではこのコンデンサを一見掛上のトリマーコン
デンサと称する。第２の実施例においては、前記見掛上
のコンデンサに代えて、見掛上の抵抗が減衰器の出力と
、この出力に生じる電圧の選択した一部分の写しどの間
に接続される。上記ステップ電圧の供給およびサーボル
ープの一般的な動作は上述の第１の実施例におけ会もの
と同じである。しかしながら、電気的に可変な見掛上の
トリマコンデンサの実効値がほぼゼロからその実際の物
理値まで変化するのに対して、電気的に可変なトリマ抵
抗器はその物理抵抗値からほぼ無限大の抵抗値まで変化
する。また、時点ｔｌおよびｔ２において両サンプルが
等しいことじ、見掛上のトリマ抵抗器使用の場合にはよ
り小さな一部分電圧の写しが生じる。いずれの実施例に
おいても、入力減衰器の補償は、この減衰器の一グラウ
ンドに落された一部分のＲＣ時定数を入力部分のそれに
一致させるよう調節することにより達成される。このた
めに、サーボループが名目的な中心値を有する見掛上の
トリマの外見個を電気的に調節する。

このサーボループの動作を最適なもの又は確実にするた
めに、この減衰器に物理的に可変トリマを付加すること
が望ましい。これにより、該減衰器の各個を初期段階で
セットし、サーボ制御される見掛上のトリマと協働させ
ることにより、このトリマの寄与の中間値の補償が行な
える。換言すれば、このサーボループにより与えられる
調節範囲は要求したものと一致していなくてはならず、
一方に片寄ってはいけない。見掛上のトリマの外見上の
変化の大きさは、その実際の物理値によって制限される
。これらの値が減衰器を実際に補償するかどうかは別の
問題である。初めにその減衰器を補償できるように調節
するための上述の物理的に付加したトリマが必要となる
。

一度設定されると、これらの付加的なトリマは減衰器の
ある構成要素を取換るときを除いて変化させる必要はな
い。

力 両実施例において、減衰器の入駒の固有の時定数から生
じる電圧差へのサーボループの応答を最適にすめるため
にサンプル時点１．およびｔ、を特定の個に選ぶことも
できる。これにより、絶縁抵抗のような影ｑＩ（他の時
定数の電圧を時点ｔ１およびｔ。

できる。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

ｌ　　　　こつい　　　゛ 第１図は本発明の第１の実施例を示す図である。第２Ａ
図および第２Ｂ図は発明を含むデジタル・マルチメータ
（以下ではマルチメータまたは本装置と略称することも
ある）の前面パネルを示す図である。

特に、このマルチメータは交流測定器に使用するために
自動補償減衰器を含んでいる。本装置の特徴は、第２Ａ
図および第２Ｂ図に示す前面パネル１上の各種押ボタン
キーおよび複数桁表示器２に協働する第１図に示すマイ
クロ・プロフェッサを含む実施例において実現される。

前面パネルＩは本装置に交流入力電圧を供給するための
入力端子３および４を有している。

本装置の第１の実施例を示す第２図の構成は上述の自動
減衰器補償ばかりではなく交流電圧の測定にも関係する
。説明を簡単にするため、説明は本発明の要旨に関係す
る部分に留めることにする。第１図を参照すると、端子
３および４は補償されたｌｏ：１（または１００：１）
の入力減衰器５に電気的に接続されている。この減衰器
５の出力６は演算増幅器７の入力に結合している。なお
、以下では「入力」および「出力」と「入力端子」およ
び「出力端子」と区別しないで使用する。帰還ネットワ
ーク８はこの増幅器７に利得ＩＯを与える。増幅器７の
出力９は直流出力電圧を生じる交流−直流コンバータ１
０に接続されている。このコンバータの出力直流電圧は
、交流および直流の両成分を含む入力供給電圧の実効値
（ｒｍｓ）に比例する。コンバータ１０はＣＭＯＳスイ
ッチ１１によって選択的にバイパスされる。該スイッチ
のソースとドレインはそれぞれコンバータｌＯの入力お
よび出力に接続されている。

このコンバータ１０の出力１２は、アナログ−デジタル
（Ａ／Ｄ）コンバータ１３に供給され、その交流電圧の
実効値はデジタルに変換されマイクロプロセッサ夏５に
接続したマイクロプロセッサ制御バス１４で利用できる
ようにされる。このパス１４はディスプレイ２、前面パ
ネルｌのキーボード部分、ＲＯＭ部分３１Ａおよび不揮
発性ＲＡＭ部分３１Ｂを合している。

制御レジスタ１６は、マイクロプロセッサ１５が本装置
の各袖素子を制御しいろいろな演算モードで動作するた
めに使用されている。レジスタ１６の制御は、バイパス
スイッチ１１の制御、Ａ／Ｄコンバータ１３が供給直流
電圧をサンプルする時点の制御、過負荷時または過渡時
の飽和および他の悪影響を防止するためにコンバータ１
３の選択的なゲート制御、このコンバータ１３の帯域幅
（過渡レスポンス）の選択制御および絶縁リレー２１を
介して入力減衰器５にテストパルスを供給するための制
御を含む。

可変利得増幅器３５内の　　−− Ｍプログラマブル減衰８１７は上記バス１４によって運
ばれる１０ビツトの情報に応答し、ｌ：Ｉから１０２４
：ｌまでの範囲の減衰比を与える。この減衰器１７は入
力減衰器５の出力６に現われる信号と機能的に等価な信
号にプログラマブルな減衰を与える。この等価な信号は
出力６から直接には得られない。この等両信号を得るた
めに単一利得増幅器１８は前記演算器７の帰還ネットワ
ーク８ば結合している。この増幅器！８の出力は減衰器
１７の信号入力に供給される。この減衰器１７の出力信
号は他の単一利得増幅器１９に供給される。この増幅器
１９の出力は主入力減衰器Ｓ内のコンデンサ２ｏのグラ
ンド端子を駆動する。このようにして、増幅器！９の出
力信号は出力線６に現われる信号の非反転、スケール１
１整された複写信号である。上記の説明は、可変利得増
幅器３５を構成する一例を示している。この場合、その
利得を単に０か６１までの範囲で変化させるより大きな
範囲で可変することが望ましい。

例えば、０か６３までその利得を可変にすることが好ま
しい。同様に、可変利得増幅器３５の出力はその入力に
対して反転されるよ□うにしであることが好ましい。こ
れらのことは後で述べる第２の実施例にもあてはまる。

したがって、これらの代替の可能性についてはプログラ
マブル減衰器１７と協働する単一利得増幅器１８および
１９に関して両実施例を説明するところで触れることに
する。

入力減衰器５の補償は減衰器１７により与えられる減衰
量を選択することにより達成される。要するに、上記減
衰器５の補償に寄与する限りにおいて、前記見掛上のト
リマコンデンサ２０の外見容量はその両端に加わる電圧
の大きさの関数となる。他の条件が同じであるとすると
、コンデンサは、その両端にほぼ同一の電圧を供給され
る場合は、より大きな電位差を供給されるときより小さ
な電流を運び、これが前記減衰器の残りの部分にとって
は大きな容量性リアクタンス、換言すれば、より小さな
キャパシタンスをもつように見える。このようにして、
コンデンサ２０の下端が入力減衰器５の出力６に接続し
た端と同一の供給電圧を持つように制御し、即ちプログ
ラマブル減衰器１７の減衰比を変えることにより、その
コンデンサ２０の実効値が変化される。これにより、入
力減衰器５の補償が達成され、コンデンサ２０があたか
もその実効キャパシタンスに関し、実際に、物理的に変
化したかのようになる。

トリマコンデンサ２０は実際には物理的に可変なトリマ
コンデンサであってもよい。この場合、装置の初期調整
および後述するように、見掛上のトリマとして作用する
ときに必要であると考えられる調整度の範囲決定が容易
となる。しかし、前に指摘した安定性と便宜さという理
由でそのような物理的に可変なデバイスにより入力減衰
器５の補償を行なうことはないであろう。これらの理由
によりコンデンサ２０は単に適当な値の固定コンデンサ
でよい。

ここで、入力減衰器５の補償について述べる。まず、使
用者は入力端子３および４に供給されるどんな入力電圧
も除くようにする。これはマイクロプロセッサ１５の制
御の下で他のリレー（図示していない）を使用すること
により自動的に行なえる。このようなリレーは、入力端
子３と減衰器５との間の接続を遮断するよう動作する。

他のやり方としては、リレー２１が、減衰器５を入力電
圧又はテストパルスに接続するための単極双投接点をも
つように構成することである。入力電圧が手動又は自動
的に取徐けるかどうかにかかわらず、使用者は前面パネ
ルのキーボードの１連のキーを押すことにより本装置に
自動補償を行なうように指令する。例えば、そのような
一連のキーの押下とは’ＡＵＴＯＣＡＬ”キーとこのあ
とにディジットキー″′２”の押下を実行することであ
る。（本装置は、いろいろな他の自動補正（較正）プロ
シジャ摸を実行でき、その１つに交流平坦化プロシジャ
褌があり、この場合はキー“１″′を押す。他の数値は
その他の’ＡＵＴＯＣＡＬ“プロシジャガを指示する。

）指定されたシーケンスをマイクロプロセッサ１５が認
識すると、次の一連の事象が設定され動作に入る。

まず、通常開いているリレー２１が閉じる。これにより
テストパルスが減衰器５に供給される。このパルスの繰
返しレートは、任意に選べるが、１秒あたり１０００回
のテストパルスの供給が実用的なし一トである。このリ
レー２１は、通常は開いているが、これによりテストパ
ルス発生回路２２が使用者が測定中の回路（負荷）に結
合しないようにされており、さらには入力端子３および
４へのパルス発生回路２２に対する破壊電圧又は電流の
供給によりパルス発生回路２２の損傷を防止できる。マ
イクロプロセッサ１５により制御されるリレー２１の閉
成およびいろいろな他の機能のどれかの活性化鷹は、制
御レジスタＩＣへの適当な制御ワードの送信により達成
される。このレジス１６により制御される各機能は、そ
のワードの関連するビットの有無に応答する。制御され
る機能を変えるために、マイクロプロセッサ１５は、そ
のビットで前のワードと異なる新しいワードをレジスタ
１６に送る。

リレー２１は閉じられて、バイパススイッチ１．１がオ
ンになり、帯域幅選択２３がＡ／Ｄコンバータ１３に最
大帯域幅を特定するようにセットされ、コンバータ１３
用ゲート２４がオフになる。サンプル制御線２５はロー
のままであり、これにより新しいサンプルは今のところ
必要とされていないことが示される。第３図を参照する
と、短時間のテストパルス発生回路２２は約５ボルトの
２５０マイクロ秒パルス２６を発生する。このパルスを
簡単に発生するためには、制御レジスタ１６中の関連ビ
ットを華に増幅し又はそのビットに援衝を与え、このビ
ットをパルスにすればよい。テストパルス２６は入力減
衰器５に供給される。合→この減衰器５は前述したよう
に、ｉｏ：　１　（又は１００：１）減衰器である。も
し、この減衰器５が十分補償されていれば、減衰器出力
６に生じる波形は供給されたテストパルスの１／１０で
入力パルスの正確な複写である。しかしながら、誤補償
された減衰器は、第３図における波形２７かまたは２８
に似た波形を生じる。すなわち、オーバーシュート（２
７）又は、不十分な立上り立下り時間（２８）が生じる
。これらの状態はそれぞれ減衰器５の抵抗器３２と並列
なキャパシタンスがあまり少なすぎるか又は多すぎるか
を表わす。この現象はよく知られており、オシロスコー
プ用減衰器プローブが補償されるときはいつでも容易に
観測される。必要なことは、減衰器５の上下セクション
の時定数が等しいことである。これはコンデンサ２゜の
外見値又は実効値を調節することにより達成できる。

このため、吹の動作がなされる。テストパルス２６の後
縁から数マイクロ秒後に、マイクロプロセッサ１５は、
Ａ／Ｄコンバータ１３に対するゲートをオンにする。次
に、そのパルス２６の後縁からほぼｌＯマイクロ秒後に
、サンプル制御線２５がハイ（約１０マイクロ秒間）に
され、これによりコンバータＩ３が第１のサンプル２９
を取込む。これにより、その実効位置がテストパルスの
後縁から！５マイクロ秒後にあるサンプルを生じる（第
３図参照）。約７０マイクロ秒後に第２のサンプルを取
込まれる。もし、入力減衰器５が補償されていなければ
、第３図の波形２７又は２８で示したように、２つのサ
ンプル２９と３０は同一の個とならない。逆に、もし減
衰器５が補償されていれば、サンプル３０は前のサンプ
ル２９と同じ値を有する。また、システムに直流オフセ
ットがなければ、両サンプル２９および３ｏはゼロ値を
持つ。しかしながら、自動補償機能にはそのような条件
は不必要である。それでも、もしテストパルス発生回路
２２の出力段がグラウンド用ＣＭＯＳスイッチを含んで
いれば有効である。すなわち、このスイッチによりテス
トパルスの後縁に続き入力減衰器５にはドリフトオフセ
ットのない完全なグラウンド電位が供給される。さもな
ければ、サーａのテストパルスに対して、複数のサンプ
ル対が得られ、結果はＲＡＭ３１　Ｂに格納される。サ
ンプル２９に対応するこれら測定の各々は平均値を形成
するよう組合される。同様にいろいろなサンプル３０も
平均化される。”　ｔ　、　”および′ｔ、”として比
較されるのはそれら平均値である。この比較の結果とし
て、減衰器１７の減衰比は、もしサンプル２９の平均値
がサンプル３０の平均値に十分近くなれば、調整される
。このあと、他の組のサンプルが平均化され、これによ
りその減衰器が今補償されるべきかどうかが決定される
。もし補償されなければ、上述のプログラマブル減衰器
１７が再び変更され、別の組のサンプルが取り入れられ
る。これらの動作は、曲記平均岨の差が所要の補償が達
成されたことを示すまで続けられる。

正のテストパルスの場合、もしサンプル２９がサンプル
３０より正であれば（第３図の波形２８のように）、コ
ンデンサ２０の実効値を減少させる必要がある。これは
減衰器！７により与えられる減衰量を減少させることに
より行なわれ、これにより減衰器５の出力６上の信号の
大きな振幅を有“する写しが増幅器１９に供給され、こ
の結果、コンデンサ２０の下側端に供給されることにな
る。勿論、それはこのコンデンサ２０の他の、すなわち
、上＠端にある出力６の信号にすぎない。このため、プ
ログラマブル減衰器＋７の減衰量を減らすことにより、
コンデンサ２０の各端に与えられた信号は振幅がいっそ
う等しくなり、このコンデンサ２０の実効値は減少する
。この例では、その値は連続的に減少し、この減少は、
減衰器５が補償される（サンプル２９および３０の各々
の平均値の差が十分小さくなることにより示される）ま
で続く。正のテストパルスが第３図の波形２７と以てい
る出力波形を生じる場合は、状況は逆になり、サンプル
２９の平均値はサンプル３０の平均値に対して負になる
。この場合マイクロプロセッサ１５は、コンデンサ２０
の実効値が上記減衰器５を補償するのに十分なだけ増加
するまでプログラマブル減衰器１７により与えられる減
衰量を連続的に増加していく。この減衰器１７としては
、Ａｎａｌｏｇ　　Ｄｅｖｉｃｅｓ社により製造された
ＡＤ７４２０およびＡＤ７５３３デジタル−アナログコ
ンバータを使うことができる。本装置の正確さは、減衰
器５の絶対的な正確さにより決定および制限されるもの
でないし、必ずしも増幅器の利得および測定回路の変換
特性によって決定および制限されるものではない。安定
性（および交流測定に対する良好な周波数応答）はより
重要である。近頃のこのタイプの装置は正確に知られて
いる。フルスケール個を装置内の不揮発性ＲＡＭに供給
し、次に適当な目盛補正係数をこのＲＡＭの中に入れる
ことにより正確に作られている。この装置内のマイクロ
プロセッサは内部測定値を表示する前に正しい値に変換
する。各レンジと各機能（ファンクション）はそれ自身
の目盛補正係数を有している。そのような目盛補正係数
は較正プロシジャ中にマイクロプロセッサにより決定さ
れ蓄積される。上述の減衰器用の自動補償機構は蓄積さ
れた補正目盛係数を有する装置に使う場合にはかなり有
用である。これは、そのようなデバイスにおいては周波
数応答と振幅相関（目盛係数）と呼ばれる機構とが独立
しており、しかも各々別々にチェックする必要があるか
らである。

２　　　　　　　　　　こ　　　い　　　　　　　゛第
４図を参照すると、本発明の第２の実施例は第１図の構
成と類似した構成となっている。同様の素子は共通の参
照番号によって示している。第４図の構成が第１図のも
のと異なる点は、入力減衰器５において、サーボ制御さ
れる自動補償が抵抗インピーダンスを駆動することによ
り行なわれ、第１図においては容量性インピーダンス２
０を使用して行なっていることにある。すなわち、曲記
抵抗３４は見掛上のトリマ抵抗器として動作する。また
第４図の入力減衰器５には第１図の実際の物理的なトリ
マ３３に対応した手動トリマインピーダンスがない。両
実施例におけるそのようなトリマの使用・不使用は実施
化のための選択にすぎない（もし、使用する場合、それ
が容量性インピーダンスの抵抗であるか否かは該選択に
すぎない）。第４図のブロックで示す構成の動作は第１
図のものとかなり類似しているため、こては両者の差異
についてだけ述べる。ここで第１図では、低周波におい
て減衰器５の抵抗の比が減衰比を決定し、補償は並列な
キャパシタンスの比を調節することによりそれらのイン
ピーダンスの比を高周波において同様のものとしている
ことにまず注目すべきである。これより減衰比は適当に
広い周波数範囲にわたって安定になる。第１図において
は、実際の能動的な補償は減衰器が動作する最も高い周
波数で行なわれる。これは、良好な周波数応答を可変利
得増幅器３５（すなわち、プログラマブル減衰器１７ば
かりでなく増幅器１８およびＩ９に対しても）に与える
。しかしながら、第１図の構成の一つの利点は、増幅器
１９の出力は入力減衰器５の出力６に容量的に結合して
いるため、この増幅器１９の出力に生じる可能性がある
どんな交流オフセットも除去または補償する必要がない
ということである。これ存在する実際の容量により決定
される。もし、容量比が変化されないならば、抵抗比が
変えられこれにより減衰器を補償状態にする。この方式
で第４図のブロック図が動作することはサーボ補償原理
の動作に関する前の説明から容易にわかる。基本的に、
抵抗器３４は抵抗器３２に並列な見掛上のトリマである
。もしプログラムプル減衰器１７の減衰比がゼロ近くに
なれば、抵抗器３４の実効値はその実際の物理的な値に
近づく。抵抗器３２の抵抗器３４のより低い実効値との
組合せは、次に述べる状況と比較して、減衰器出力６か
らグラウンドに対して低抵抗を生じる。上記減衰器１７
の減衰比が１に近いときは反対のことが起きる。抵抗器
３４の外見（見掛）値がほぼ無限大に増加し、見掛上の
トリマ抵抗器３４は実質的に消失する。他の相違点は、
前述したとおり、プログラマブル減衰器Ｉ７の減衰比の
変化方向が見損上のコンデンサの場合と逆になることで
ある。

さらに他の違いとして、減衰器１７および増幅器■８お
よびｔ９が第１図の回路では必要とされた周波数応答を
示す必要がないということが挙げられる。入力減衰器が
抵抗性から容量性になり始める交差点より高い周波数に
おいては、見掛上のトリマ抵抗器による補償に対する寄
与（又はそのような寄与の欠如）は、そのような状態で
は主に容量性となっている入力減衰器のより低い容量性
インピーダンスによって除かれてしまう。したがって、
それらの周波数では前記見掛上のトリマ抵抗器を駆動す
る電圧の正確さは特別に問題とならない。第４図のブロ
ック図において減衰器５に対する実際の減衰器比を前も
って予測することはむずかしい。この減衰器５に用いた
コンデンサは抵抗器のように正確で安定には製造できな
い。たとえ、各コンデンサの値を精密測定して個々に選
んで用いたとしても、組立後に回路中の浮遊容量が個々
に選んだそれらコンデンサの正確さを意味のないものと
してしまうことがある。しかし、高周波数においである
明確な減衰器比があり、それは他の減衰器においては安
定なものとなったり不安定なものとなる。それは単にそ
の比の値が検出され、そのまま使われるにちがいないと
いうことにすぎない。第４図のブロック図において、前
述の自動サーボループは低周波減衰比が高周波のその比
にいつ等しくなるかを検出し、次に、その低周波減衰比
をその伯に固定するよう動作する。このことが減衰器を
めに、まずその減衰器を補償し、次にその時点での減衰
比が同であるかを検出する必要がある。この情報は正確
な読取りのために必要なスケール係数を決定するために
使用される。高周波比は低周波比と非常に正確に等しい
ため、利得補正は内部標準電圧（直流電圧でもよい）を
用いた’ＡＵＴＯＣＡＬ−プロシジャにより自動的に行
なわれる。第２に増幅器１９の出力から生じるどんな直
流オフセットも処理せねばならない。これは一般にむず
かしくはなく、存在する池の直流オフセットをゼロにす
るか又は、補償するための同一の機構により扱われる。

例えば、リレー２１は減衰器５の入力を、非常に有効に
グラウンドに落すために使用できる。（これは第１図お
よび第４図の両実施例に関係する。）これは該リレーを
閉じ、そして増幅器２２の出力トランジスタをＣＭＯＳ
スイッチにより構成し、これをグラウンドに落すように
して行なえる。このようにして、マイクロプロセッサ１
５は減衰器５の入力をアースするために適用できる。こ
のマイクロプロセッサは示された出力を測定し知らせる
。これがまさに直流オフセットであり、本装置を用いた
使用者により次々と行なわれる実際の測定値から引かれ
ることになる。

ｒ１亦　”　　　３５　こつい　　・　　゛・可変利得
増幅器３５は他の異った方法で実現できる。

１より大きな利得を与えることができると便利で望まし
い。同様に、ある場合には、この増幅器３５の出力が反
転信号であることが望ましい。第７図を参照すると、可
変利得増幅器３５の他の実施例が示されている。この回
路においては、増幅器１８の出力はアナログ乗算器３７
の１つの入力を駆動する。この乗算器３７の他の入力は
、Ｄ／Ａコンバータ３６の出力である。このコンバータ
３６は参照電圧から適当な係数を生じるためのプログラ
マブル電圧分割器１８の出力に掛けられる。乗算器３７
の出力は抵抗器３８に発生し、入力減衰器５の出力に結
合したインピーダンス３９を駆動するために使われる。

Ｄ／Ａコンバータ３６として使用されるいくつかのＤ／
Ａコンバータには、Ａｎａｌｏｇ　　ＤｅｖｉｃｅＳ社
製のＣＭＯ５乗算型Ｄ／ＡりンバータＡＤ７２４０が含
まれる。ここで可変利得増幅器３５がカバーできない特
定の利得範囲はないということに注意すべきである。上
述したとおり、それはゼロから１まで可変にしてもよい
し、またはゼロから２あるいは１から３のように可変で
きる。こで第１図の回路に戻ってゼロから２の非反転利
得範囲においてどんな効果があるか調べてみる。第１図
を参照すると、増幅器３５がゼロから１の範囲内の利得
を有するとき、その回路は前述したように動作する。コ
ンデンサ２０の値のある分数値がコンデンサ４０の値に
加えられる。増幅器３５の利得がちょうどｌのときは、
コンデンサ２０の実効値はゼロになり、コンデンサ４０
の実効値には河の変化も起きない。しかしながら、上記
増幅器３５の（非反転）利得が１を越えると、コンデン
サ２０の外見値は負になる。それは誘導性にならないし
、位相関係は相変らずキャパシタンスの特性である。し
かしながら、今、コンデンサ２０の外見（ｉｆｉｉは全
体の等価値を見出すためにコンデンサの値から引かれる
。増幅器３５の利得を１より大きくすることにより補償
の範囲を広げることが可能となることが判る。上述の例
では、例えば、コンデンサ４０の値は大きすぎるか又は
小さすぎるかもしれないが、これでも自動補償機能は減
衰器を補償できる。これに対して、第１図の場合には、
コンデンサ４０はコンデンサ２０の実際の物理値より少
ない値（例えばほぼ半分）だけ小さすぎるよう要求され
ている。同様のことが第７図の見掛上のトリマインピー
ダンス３９が抵抗であるときに生じる。この場合、その
トリマ抵抗器が抵抗器３２と並列であるため、その結果
は加算や減算のように簡単ではないが、この抵抗器３２
の実効値がほぼその実際の値から増減することになる。

可変増幅器３５は、反転出力を生じてもよい。再び第１
図を参照し、この増幅器３５の利得はゼロから２で反転
出力を生じると仮定する。ゼロの利得という状況は前述
したものと変りない。このときコンデンサ２０は完全な
寄与を行なう。しかし、ここで利得が１のときは、コン
デンサ２０はその物理値の２倍となり、利得が２のとき
は、３倍となる。同様の相乗効果は見掛上のトリマ抵抗
器の外見値に対しても生じる。ここで反転と１より大き
い利得が、どのように応用されるかの例として、補償さ
れた１０：１減衰器を１つのチップの上に実装すると仮
定する。ＭＯＳコンデンサは良好な損失係数と低絶縁吸
収を有しているため、減衰器の潜在的な性能が良くなる
。さらに、減衰器に必要な実効キャパシタンス値がほぼ
２５Ｐｆおよびｌ９５ｐｆであると仮定する。この発明
がこの例に有用な利用は少なくとも３つある。第１に、
スペース上の問題のために、１９５ｐｆのコンデンサを
１つのチップ上に作ることは不便で好ましくない。第２
に、２つのコンデンサが同じ大きさであれば、同一の損
失係数と同一の温度係数を自動的に持つことになる。

もし、これらのコンデンサの一つが利得７の反転増幅器
３５により駆動されると、そのコンデンサの外見の大き
さはその物理的な値の８倍、すなわち２００Ｐｆとなる
。

サーボループは制御すべき状態における偏位を正しく表
わすエラー信号を有することが必要である。

サーボループそれ自身から臨界的なまたは最適な減衰レ
スポンスを得るために使用される通常の利得および帯域
幅に対する配慮に加えて、第１図および第４図の特別の
制御ループに対するエラー信号を決定するサンプル時点
１＋およびｔ２を選択する際にある注意を払う必要があ
る。

第１図および第４図の制御ループはサンプル型側対照的
である。この点から、サーボ入力として使用されるサン
プルは１．およびｔ、において捕捉された電圧値でもな
くそれらの平均値でもない。代りに゛サンプル時点とは
それらの差異である。サーボ制御ループは直接１．およ
びｔ、の電圧を扱わないし、それらについて知りもしな
い。前記差異に等しい数を得るだけである。そのサーボ
ループが制御しているパラメータからみて前記差異とは
、時点ｔ１およびし、においてお互いにどのくらい分離
しているが、およびテストパルス（時間軸に沿ったゼロ
点を確認する）における遷移点からそれらがどのくらい
離れているかについて示す機能である。すなわち、必要
な時間間隔後り、がｔｌに引続くことを知るだけでは十
分でない。ｔ、がテストパルスにおける後縁（又は＃Ｉ
縁＞　、１！移点に続いていつ生じるかを選択すること
が重要なことである。さらに、ｔ、の位置の選択に関連
するいくつかの配慮もある。

次に、ｔ、とｔ、の各位置に関する考察と、ｔ。

とｔ、との時間隔に関する考察を行なう。

今、第５図を参照し、第３図における波形２８のように
、入力減衰器５が誤補償されているものとする。さらに
、この減衰器５の下側の部分並列ＲＣ時定数が２０マイ
クロ秒（すなわち、抵抗器３２の値とその実効並列キャ
パシタンスとを掛算した偵）であると仮定する。第３図
に述べた場合と対照的に、第５Ａ図はその作用を避けね
ばならない増幅器の起りうる欠点を示す。第５Ａ図にお
いて、サンプルされるべく減衰器からの増幅されたテス
トパルスはオーバーシュートを示す（幾分誇張して示し
である）。

さらに悪いことに、この増幅器の応答はあるリンギング
を含むことがある。もし、第１のサンプル（ｔｌ）がテ
ストパルスの端の十分近くで生じれば、Ｌｌとも、サン
プル間の差は、上記増幅器からのスプリアス、未知の影
響等により乱される。すなわち、ｔｌすることがある。

これは、入力減衰器５が実際に補償されるかどうかに無
関係に真実である。このように、もし、増幅器がオーバ
ーシュートを示し、ｔｌがテストパルスにおける遷移点
に非常に近ければ、サーボループは、その入力減衰器が
補償されていないときにそれがあたかも補償されたかの
ように作用し、（第５Ａ図の場合）あるいは補償されて
いるのにあたかも補償されてないように作用する。

第５Ａ図からｔｌの位置の選択にある配慮が必要である
ことが判る。

測定されるべき減衰器の応答が、指数関数的に減衰して
いくうちにできるだけ早＜１＋　とｔ、の組合せが生じ
るのが望ましい。何故ならば、このとき変化ｄｖ／ｄｔ
の割合が大きく、エラー信号に対する最良の信号対雑音
比を与えるからである。一方、増幅器が安定するまで１
．が遅延されることが必要である。

今、第５Ｂ図を参照し、入力減衰器５が第５Ａ図のとぎ
と同様に誤補償されると仮定する。第５Ａ図のｔ８より
実質的に遅く生じるｔ２に対する真値を得る際にある現
象が干渉する。この現象はｔ、が時間軸に沿って離れて
いる理由が、（１）ｔｌからｔ２までの間隔が図示した
ように大きいため、または（ｂ）ｔ、とｔ２の間隔が（
それがどんな大きさであっても）ｔｘが図示したように
終るようにシフトされているため等にかかわらず生ずる
ものである。

そのような結果的に生ずる現象は少なくとも次の２つに
よって生じろる。第１は、絶縁吸収であり、信号レベル
の変化により増幅器中の１つ以上のトランジスタの局部
的な熱により引き起される。この熱は動作点のシフト又
はオフセットを生じさせる。

もし使用中の増幅器がある有意の程度にこの特性を示す
ならば、装置の正確さに関しである問題が生ずるという
ことを知ることは有効である。しかしながら、もしｔ、
が前記熱よどみ−の開始前に得られれば上述の方法によ
って入力減衰器を補償できるのは勿論である。ここでは
、上述の゛熱よどみ−についてはこれ以上触れないこと
にする。

絶縁吸収は別の問題である。これは２つの別々な作用を
有する。第１に、減衰プロセスの周波数応答に対する作
用である。この絶縁吸収を近似的に特徴づける１つの方
法は、それを１つ又はそれ以上の直列ＲＣネットワーク
を並列でグラウンドと減衰器の出力の間に接続したもの
とみなすことである。もし、これが実際に実質的に正確
なモデルであれば、減衰器中の録列ＲＣ偵におけるどん
な変化量もその減衰器を正確には補償しないだろう。こ
のことは全ての−かたまりになった固定減衰器にあては
まり、可能な最良の方法は、絶縁吸収により生じた周波
数応答における乱れを最小にするようにどのような減衰
器補償法を選ぶか、可能な方法（妥協点）を見つけるこ
とである。最も実用的なやり方としては絶縁吸収を最小
化し、生じたものを無視することが考えられる。他の方
法としては、交叉周波数の近傍で平坦な周波数応答を生
・じるよう減衰器を補償するようにすることが考えられ
る。

第２に、どのような方法を採用するにせよ、何らかの絶
縁吸収と関連した時定数がサーボループを入力減衰器の
好ましくない誤補償に導かないよう気をつけることが肝
要である。これらの時定数はその入力減衰器時定数より
も短くても長くてもかまわない。

必要なことは、サーボループをこの減衰器の時定数の作
用に最大応答させ、絶縁吸収に関連した時定数の作用を
できるだけ大きく無視することである。

考慮すべき状況には入力減衰器のステップ機能による励
起も含まれる。これらの事情の下でこの減衰器から生じ
る信号は本来指数関数である。絶縁吸収による減衰器の
出力に存在する信号はまた指数関数である。ここで、絶
縁吸収に関連するどんな時定数も入力減衰器のものと異
なると仮定する。サンプル時点ｔ、およびｔ、でサンプ
ルされたサンプルにより生じる電圧差に存在する所要の
時定数の寄与に対するサーボループの感度を、それら時
点ｔ１およびｔ２の関数として記述することにより式が
得られる。

このように、サーボループが減衰器補償に関連する特定
の時定数（すなわち、入力減衰器５の時定数）に最も敏
感に応答し、絶縁吸収に関連するより長いかより短い時
定数には応答をより小さくするように、時刻ｔ１および
ｔ、を選択することができる。次の式（１）がこのよう
な式である。

・・・・・・・・・・・・・・・　（１）但し、丁は時
定数 第６図は２０マイクロ秒の時定数をもつ入力減衰器５に
対する第１図および第４図のサーボループの相対感度を
示すグラフである。ここで、ｔｌはテストパルスの端か
ら１５マイクロ秒後に生じ、ｔ２はその端から８５マイ
クロ秒後に生じている。

（発明の効果） 以上のとおり、本発明は、マイクロプロセッサの使用に
より交流入力減衰器の自動補償の容易化・高速化・低価
化を達成できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図および第２Ｂ図は本発明を含む実際の電子ディジタル
マチメータのキーボードおよび表示器を示す図、第３図
は第１漬図の実施例の動作を示す波形図、第４図は本発
明の第２の実施例を示すブロック図、第５Ａ図および第
５Ｂ図は第１≠図および第２図の実施例に用いたサーボ
ループに対して第３図のサンプリング時点をいかに選択
するかについて説明するための波形図、第６図は第３図
におけるサンプリング時点の正しい選択により第ｉ褒図
および第４図の実施例の動作における好ましくない時定
数による効果が除去できることを示すグラフおよび第７
図は第１瀕図および第４図に用いた可変利得増幅器に対
する他の例を示す図である。 第１＊図および第４図において、！・・・前面パネル、
２・・・表示器、５・・・入力減衰器、１０・・・交流
−直流コンバータ、１３・・・Ａ／Ｄコンバータ、Ｉ５
・・・マイクロプロセッサ、１７・・・プログラマブル
減衰器、３５・・・可変利得増幅器、２２・・・テスト
パルス発生回路、１６・・・制御レジスタ、１５・・・
バス、３１・・・メモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　減衰器の出力にその一端が接続されたインピーダンス
   素子と、前記減衰器の入力端に補償用テストパルスを印
   加する手段と、前記テストパルスの印加時に、前記減衰
   器の出力信号の少なくとも２点のサンプル値を得る手段
   と、前記サンプル値の振幅値の差に応答して、前記イン
   ピーダンス素子の他端の電圧を変化させる手段とより成
   る減衰器。