JPWO2012124359A1 - インピーダンス測定システム、インピーダンス測定方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

条件入力装置は、測定の条件や、測定対象の電子装置の情報を入力する。測定動作プログラム装置は、測定対象の情報と測定条件とにより、電子装置に測定動作させるプログラムを選択する。電圧測定装置は、電子装置より電源に発生した電圧変動を測定する。波形演算装置は、測定した電圧変動（電圧波形）に対し、フィルタ処理や、時間周波数変換（例えば、フーリエ変換）などの演算処理を行い、電圧変動の周波数特性を得る。インピーダンス計算装置は、電圧変動の周波数特性と、電流の周波数特性と、測定動作プログラムの条件とからインピーダンスを算出する。

Description

本発明は、電子機器装置における電源のインピーダンスを測定するインピーダンス測定システム、このインピーダンス測定システムのインピーダンス測定方法およびプログラムに関する。

近年、半導体技術の飛躍的な進歩によって、ＬＳＩ（Large Scale Integration）などを含む電子機器装置の高性能化、及び高速動作化が進んでいる。これに伴い、電子機器装置の電源の設計や動作の検証などに要するコストが増大している。電子機器装置における電源の設計の良し悪しや問題点などは、電源のインピーダンスを測定することによって判断することができる。

例えば、特許文献１には、電子機器装置の電源インピーダンスを測定するために、測定装置から信号を与え、発生する電圧電流の比によりインピーダンスを測定する技術が開示されている。

特開２００６−２６６８１４号公報

電源のインピーダンスを測定することによって電源の良し悪しを判断する場合、電子機器装置の動作状態における動作回路から見たインピーダンスを測定することが重要となる。電源は、電力を要求する電子装置の動作回路に対するインピーダンスを低く保つことで、電圧が安定する。そのため、電力を要求する動作回路側から見たインピーダンスを測定し評価することが重要である。また、余計な部品が電子装置の動作回路に接続されるとインピーダンスが変化するため、動作時に近い状況でのインピーダンス測定が重要となる。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、電子装置のインピーダンス測定を行なう際に、測定対象である発電体および負荷に対して直列にトランスを挿入し、このトランスにより、測定対象（発電体および負荷）の外部から交流信号を流す。このように、測定対象の外部から信号を与えると、電子装置の動作や、インピーダンス特性に影響を与え、電子装置の動作状態における動作回路から見たインピーダンスを正確に測定できないという問題があった。

また、ＬＳＩなど、微細でパッケージなどに覆われている測定対象の場合、動作回路から見たインピーダンスを測定するために、動作回路の部分に信号源を電気的に接続することが困難であり、従って、測定自体が極めて困難であった。

本発明は、上述の課題を解決することのできるインピーダンス測定システム、インピーダンス測定方法およびプログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、電子装置の電源のインピーダンスを測定するインピーダンス測定システムであって、前記電子装置の情報と測定条件とを入力する入力装置と、前記入力装置から入力された前記電子装置の情報と測定条件とに基づいて前記電子装置を動作させる所定のプログラムを選択し、選択した前記所定のプログラムを前記電子装置で動作させる測定動作プログラム装置と、前記測定動作プログラム装置で所定のプログラムを動作させている間の前記電子装置の電源電圧の変動を測定する電圧測定装置と、前記電圧測定装置で測定された電源電圧の変動から電源電圧の周波数特性を算出する波形演算装置と、前記波形演算装置で算出した電源電圧の周波数特性と前記測定動作プログラム装置で所定のプログラムを動作させた際に発生する電流特性とからインピーダンスを算出するインピーダンス計算装置と、前記インピーダンス計算装置が算出したインピーダンスを出力する出力装置とを備えるインピーダンス測定システムである。

また、上述した課題を解決するために、本発明は、電子装置の電源のインピーダンスを測定するインピーダンス測定システムのコンピュータに、前記電子装置の情報と測定条件とを入力する入力部、前記入力部で入力された前記電子装置の情報と測定条件とに基づいて前記電子装置を動作させる所定のプログラムを選択し、選択した前記所定のプログラムを前記電子装置で動作させる測定動作プログラム選択部、前記測定動作プログラム選択部で所定のプログラムを動作させた前記電子装置の電源電圧の変動を測定する電圧測定部、前記電圧測定部で測定された電源電圧の変動から電源電圧の周波数特性を算出する波形演算部、前記波形演算部で算出した電源電圧の周波数特性と前記測定動作プログラム装置で動作させた際に発生する電流特性とからインピーダンスを算出するインピーダンス計算部、前記インピーダンス計算部で算出したインピーダンスを出力する出力部を実行させるプログラムである。

また、上述した課題を解決するために、本発明は、電子装置の電源のインピーダンスを測定するインピーダンス測定方法であって、前記電子装置の情報と測定条件とを入力する入力ステップと、前記入力ステップで入力された前記電子装置の情報と測定条件とに基づいて前記電子装置を動作させる所定のプログラムを選択し、その選択した所定のプログラムを前記電子装置で動作させる測定動作プログラム選択ステップと、前記測定動作プログラム選択ステップで所定のプログラムを動作させている間の前記電子機器の電源電圧の変動を測定する電圧測定ステップと、前記電圧測定ステップで測定された電源電圧の変動から電源電圧の周波数特性を算出する波形演算ステップと、前記波形演算ステップで算出した電源電圧の周波数特性と前記測定動作プログラム選択ステップで所定のプログラムを動作させた際に発生する電流特性とからインピーダンスを算出するインピーダンス計算ステップと、前記インピーダンス計算ステップで算出したインピーダンスを出力する出力ステップとを含むインピーダンス測定方法である。

この発明によれば、電子装置の動作状態における動作回路から見たインピーダンスを、より正確に測定することができる。

本発明の一実施形態に係るインピーダンス測定システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるインピーダンス測定システムの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態によるインピーダンス測定システムをコンピュータとそのプログラムで実現する際のシステム構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係るインピーダンス測定システムの実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るインピーダンス測定システムの構成を示すブロック図である。図１において、インピーダンス測定システム１００は、条件入力装置１０１と、測定動作プログラム装置１０２と、電圧測定装置１０３と、波形演算装置１０４と、インピーダンス計算装置１０５と、結果出力装置１０６とを備えている。

条件入力装置１０１は、例えば、キーボードやマウスなどの入力デバイスを備え、ユーザによる入力操作を受け付ける。特に、条件入力装置１０１は、測定の条件や、測定対象の電子装置１１０の情報の入力を受け付ける。例えば、条件入力装置１０１からは、測定の条件として、測定する周波数などが入力され、測定対象である電子装置１１０の情報として、適合するプログラムの種類や、動作の電流値、電源電圧値、動作クロックなどが入力される。

測定動作プログラム装置１０２は、条件入力装置１０１に入力された、測定対象である電子装置１１０の情報と測定条件とに基づいて、測定対象である電子装置１１０に測定動作を行わせるプログラムを選択し、そのプログラムで電子装置１１０を動作させる。電子装置１１０は、動作させるプログラムによって回路に流れる電流波形が決まる。したがって、測定動作プログラムで、電子装置１１０に回路の動作に伴う特定の電流波形を発生させることができる。

電圧測定装置１０３は、測定動作プログラムによる動作で電子装置１１０の電源に発生した電圧変動を測定する。電圧測定装置１０３は、例えば一般的なオシロスコープや、Ａ／Ｄコンバータなどと同様の構成で実現される。

波形演算装置１０４は、測定した電圧変動のデータ（電圧波形）に対し、フィルタ処理や、時間周波数変換（例えば、フーリエ変換）などの演算処理を行い、電圧変動の周波数特性を得る。また、測定条件によっては、周波数−時間変換の前後に、フィルタリング（平均化処理や、サンプリングレートの変更処理）を行うことで、雑音の影響の低減や、演算量の削減による高速化、条件入力装置１０１で入力された条件で必要となるサンプリングレートや、データ長と電圧測定装置１０３での測定条件の違いの吸収などを行なう。

インピーダンス計算装置１０５は、電圧波形を処理したデータ（波形演算装置１０４で求めた電圧変動の周波数特性）と、測定対象である電子装置１１０の情報（測定動作プログラム装置１０２から得られる電流の周波数特性）と、測定動作プログラムの条件とよりインピーダンスを計算（電圧を電流で除算）する。

結果出力装置１０６は、計算したインピーダンスを出力する。例えば、結果出力装置１０６をディスプレイや、プリンタなどの表示装置から構成し、インピーダンス計算装置１０５にて計算して求められたインピーダンスを表示する。

これらの動作によって、本発明のインピーダンス測定システム１００によれば、電子装置１１０の動作電流、つまり、動作回路から流れる電流を信号源としたインピーダンスが測定できる。これにより、動作回路から見たインピーダンスが測定可能となる。

図２は、本発明の一実施形態によるインピーダンス測定システムの動作を説明するためのフローチャートである。本実施形態においては、測定対象の電子装置３１０として、ＣＰＵボードを対象としている。まず、入力装置１０１から、測定する対象の電子装置１１０の情報と測定する周波数の情報とが入力される。情報としては、ＣＰＵの型式とクロック周波数１００ＭＨｚとが入力され、測定する周波数としては、１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚといった情報が入力される。

次に、測定動作プログラム装置１０２は、入力された情報に基づいて、電子装置１１０を動作させるプログラム（制御方法）を選択する（ステップＳ１）。測定動作プログラム装置１０２には、各ＣＰＵで動作させるプログラムと、その動作を行なった際に、電子装置１１０であるＣＰＵに流れる電流のデータとが記憶されており、その中から適切なプログラムを選択する。本実施形態においては、入力されたＣＰＵの型式に対応したＣＰＵを動作させるプログラムを選択する。

次に、電圧測定装置１０３は、電圧測定設定を行う（ステップＳ２）。電圧測定装置１０３は、測定装置１１０の電源電圧をＡ／Ｄ変換する変換部を備えており、入力装置１０１より入力された測定周波数から、Ａ／Ｄ変換のサンプリングレートを決定する。ここでは、ナイキスト周波数が測定条件の３０ＭＨｚを満たすように、１００ＭＨｚサンプリングに設定する。また、測定周波数の下限１００ｋＨｚのデータが得られるように、測定時間を１０マイクロ秒以上に設定する。さらに、ＣＰＵボードの電源電圧値より、測定する電圧のレンジを設定する。

次に、測定動作プログラム装置１０２は、装置制御を開始する（ステップＳ３）。より具体的には、電子装置１１０にプログラムを渡し、電子装置１１０であるＣＰＵを動作させる。次に、電圧測定装置１０３は、電子装置１１０であるＣＰＵの動作に伴う電圧変動を測定する（ステップＳ２０４）。次に、電圧測定装置１０３は、設定された測定時間が経過すると、電圧測定を終了する（ステップＳ５）。

次に、測定動作プログラム装置１０２は、電圧測定終了後に、電子装置１１０の制御を終了する（ステップＳ６）。次に、波形演算装置１０４は、電圧測定装置１０３から渡される、測定した電圧波形に対して、フーリエ変換を行い、電圧変動の周波数特性を算出する（ステップＳ７）。次に、インピーダンス計算装置１０５は、波形演算装置１０４にて計算された電圧変動の周波数特性と、測定動作プログラム装置１０２の情報（測定動作プログラム装置１０２から得られる電流の周波数特性）を取得し、電圧を電流で割ることでインピーダンスを算出する（ステップＳ８）。そして、出力装置１０６は、計算されたインピーダンスの結果をディスプレイや、プリンタなどに出力する（ステップＳ９）。その後、同図の処理を終了する。

図３は、本発明の一実施形態に係わるインピーダンス測定システムを、コンピュータとそのプログラムで実現するためのシステム構成を示すブロック図である。図３において、入力装置３０１は、図１に示す条件入力装置１０１に相当し、キーボードや、ポインティングデバイスであるマウスや、トラックボール、タッチセンサなどを具備する。コンピュータ３０１は、ＣＰＵや、各種メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ）、Ｉ／Ｆ等を具備し、所定のプログラムを実行することで、図１に示す測定動作プログラム装置１０２や、電圧測定装置１０３、波形演算装置１０４、インピーダンス計算装置１０５などを実現する。

記憶装置３０８は、内部記憶装置あるいは外部記憶装置によって実現され、コンピュータ３０２のプログラム実行に伴う各種データを記憶する。出力装置３０４は、モニタ、プリンタなどを備え、図１の結果出力装置１０６に相当する。インピーダンス測定プログラム３０５は、コンピュータ３０２によって実行されるプログラムであり、図２のフローチャートに示す動作を実現する。電子装置３１０は、測定対象の機器であり、図１の電子装置１１０に相当する。

このように、本発明は、格別な装置を用いる必要はなく、一般的なコンピュータ（ハードウェア＆ソフトウェア）を用いて実現することが可能である。

上述した実施形態によれば、電子装置に測定動作を行なわせ、回路自身を信号発生源とみなし、動作中に電圧測定を行なうことで、電子装置の動作状態における動作回路から見たインピーダンス測定を行うことができ、電源の良し悪しを判断できるインピーダンス値を得ることができる。また、動作回路から見たインピーダンスが求められるため、動作装置の内部のインピーダンス特性を得ることができる。

以上、本発明のインピーダンス測定システムについての実施形態と具体的な実施例を説明したが、本発明は、上記実施形態並びに実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

なお、前述したインピーダンス測定方法は、コンピュータがプログラムを読み込むことによって実現される。したがって、前述したインピーダンス測定方法の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、前述した各処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリなどをいう。また、このプログラムを通信回線によって外部のコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが配信されたそのプログラムを実行するようにしてもよい。

また、上記プログラムは、前述したインピーダンス測定方法の実施ステップの一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述したインピーダンス測定方法の実施ステップをコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
本願は、２０１１年３月１７日に、日本に出願された特願２０１１−０５８９７４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

電子装置の動作状態における動作回路から見たインピーダンスを測定することができるインピーダンス測定システムを提供することができる。

１０１ 条件入力装置
１０２ 測定動作プログラム装置
１０３ 電圧測定装置
１０４ 波形演算装置
１０５ インピーダンス計算装置
１０６ 結果出力装置
１１０ 測定対象の電子装置
３１０ 測定対象の電子装置
３０１ 入力装置
３０２ コンピュータ
３０３ 記憶装置
３０４ 出力装置
３０５ インピーダンス測定プログラム

Claims (9)

1. 電子装置の電源のインピーダンスを測定するインピーダンス測定システムであって、
   前記電子装置の情報と測定条件とを入力する入力装置と、
   前記入力装置から入力された前記電子装置の情報と測定条件とに基づいて前記電子装置を動作させる所定のプログラムを選択し、選択した前記所定のプログラムを前記電子装置で動作させる測定動作プログラム装置と、
   前記測定動作プログラム装置で所定のプログラムを動作させている間の前記電子装置の電源電圧の変動を測定する電圧測定装置と、
   前記電圧測定装置で測定された電源電圧の変動から電源電圧の周波数特性を算出する波形演算装置と、
   前記波形演算装置で算出した電源電圧の周波数特性と前記測定動作プログラム装置で所定のプログラムを動作させた際に発生する電流特性とからインピーダンスを算出するインピーダンス計算装置と、
   前記インピーダンス計算装置が算出したインピーダンスを出力する出力装置とを備えるインピーダンス測定システム。
2. 前記波形演算装置は、
   電源電圧の周波数特性を算出する前後に、フィルタリング処理を実行する請求項１に記載のインピーダンス測定システム。
3. 前記測定動作プログラム装置は、
   前記電子装置を動作させる所定のプログラムと、前記所定のプログラムを前記電子装置で動作させた際に前記電子装置に発生する電流特性とを記憶する請求項１または２に記載のインピーダンス測定システム。
4. 前記電圧測定装置は、
   前記入力装置から入力された前記測定条件に基づいて、Ａ／Ｄ変換のサンプリングレートと測定時間と測定する電圧レンジとを決定する請求項１から３のいずれかに記載のインピーダンス測定システム。
5. 電子装置の電源のインピーダンスを測定するインピーダンス測定システムのコンピュータに、
   前記電子装置の情報と測定条件とを入力する入力部、
   前記入力部で入力された前記電子装置の情報と測定条件とに基づいて前記電子装置を動作させる所定のプログラムを選択し、前記選択した所定のプログラムを前記電子装置で動作させる測定動作プログラム選択部、
   前記測定動作プログラム選択部で所定のプログラムを動作させた前記電子装置の電源電圧の変動を測定する電圧測定部、
   前記電圧測定部で測定された電源電圧の変動から電源電圧の周波数特性を算出する波形演算部、
   前記波形演算部で算出した電源電圧の周波数特性と前記測定動作プログラム選択部で動作させた際に発生する電流特性とからインピーダンスを算出するインピーダンス計算部、
   前記インピーダンス計算部で算出したインピーダンスを出力する出力部
   を実行させるプログラム。
6. 前記波形演算部は、
   電源電圧の周波数特性を算出する前後に、フィルタリング処理を実行する請求項５に記載のプログラム。
7. 前記測定動作プログラム選択部は、
   前記電子装置を動作させる所定のプログラムと、前記所定のプログラムを前記電子装置で動作させた際に前記電子装置に発生する電流特性とを記憶する請求項５または６に記載のプログラム。
8. 前記電圧測定部は、
   前記入力部から入力された前記測定条件に基づいて、Ａ／Ｄ変換のサンプリングレートと測定時間と測定する電圧レンジとを決定する請求項５から７のいずれかに記載のプログラム。
9. 電子装置の電源のインピーダンスを測定するインピーダンス測定方法であって、
   前記電子装置の情報と測定条件とを入力する入力ステップと、
   前記入力ステップで入力された前記電子装置の情報と測定条件とに基づいて前記電子装置を動作させる所定のプログラムを選択し、選択した前記所定のプログラムを前記電子装置で動作させる測定動作プログラム選択ステップと、
   前記測定動作プログラム選択ステップで所定のプログラムを動作させている間の前記電子装置の電源電圧の変動を測定する電圧測定ステップと、
   前記電圧測定ステップで測定された電源電圧の変動から電源電圧の周波数特性を算出する波形演算ステップと、
   前記波形演算ステップで算出した電源電圧の周波数特性と前記測定動作プログラム選択ステップで所定のプログラムを動作させた際に発生する電流特性とからインピーダンスを算出するインピーダンス計算ステップと、
   前記インピーダンス計算ステップで算出したインピーダンスを出力する出力ステップとを含むインピーダンス測定方法。

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