JP3101024B2 - 一端子トリオ,二端子トリオ測定装置および電気係数測定方法 - Google Patents
一端子トリオ,二端子トリオ測定装置および電気係数測定方法Info
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Description
いた一端子トリオ,二端子トリオ測定装置およびこれら
測定装置を用いた電気係数測定方法に関し、例えば、単
独の被測定対象(以下、「DUT」と言う)を片線接地
状態で、あるいはプリント基板等の回路に搭載されたD
UTを片線接地状態で遠隔測定するに好適な上記測定装
置および測定方法に関する。
搭載した電気部品のインダクタンス,静電容量,抵抗等
の測定や、電気回路のインピーダンス等の測定において
は、測定器とDUTとが遠隔位置にある状態で測定を行
わなければならない場合がある。このような遠隔測定で
は、測定器と、該測定器から遠隔位置にあるDUTとを
同軸ケーブルを介して接続するが、これは例えば次のよ
うな場合に有効でありまた必要とされる。 (1)製造ラインにおいて、部品自動送り検査器等を使
用した測定を容易にする。 (2)測定器が組み合わせシステム構成である場合(す
なわち、測定器が複数の測定をできるようになものであ
る場合)においては、DUTと測定器群の間に設けられ
るマルチプレクサの使用や該マルチプレクサによる中継
を容易にする。 (3)電子機器の研究開発においては、測定器から隔離
した恒温槽等の雰囲気中にDUTを置き、該雰囲気を変
化させた状態でのDUTの特性の測定を行うことがある
が、この場合の測定操作を容易にする。
いて、上記のようにケーブルを延長する場合、高周波ま
で安定に使用できるものとして、従来、二端子対や四端
子対測定装置が知られている。図5(A),(B)は従
来の二端子対測定装置を示す図であり、これらの装置で
は、測定端子を開放または短絡することで、測定器内部
の電流測定器13または電圧測定器12の何れかの計量
値を0にするように構成できる。図5(A)は高インピ
ーダンスDUTの測定に適した二端子対測定装置を示し
ており、抵抗Rpが接続された電圧信号源11に電圧測
定器12が並列接続され、この回路がケーブル1aの一
方端の中心,外部導体間に接続されると共に、電流測定
器13がケーブル1bの一方端の中心,外部導体間に接
続されている。そして、ケーブル1a,1bの各他方端
H,L側では、外部導体同士は短絡され、中心導体の
H,L端子間にDUT(Zx)が接続されている。な
お、この測定装置では、H,L間を開放して、校正する
ことで、例えばDUT接続によって生ずる静電容量の増
加のみを検出することができる。また、図5(B)は低
インピーダンスDUTの測定に適した二端子対測定装置
を示しており、抵抗R c が接続された電流信号源21に
電流測定器22が直列接続され、この回路がケーブル1
aの一方端の中心,外部導体間に接続されると共に、電
圧測定器23がケーブル1bの一方端の中心,外部導体
間に接続されている。そして、ケーブル1a,1bの各
他方端側では、両中心導体同士,両外部導体同士がそれ
ぞれ短絡され、各短絡端子H,L間(中心導体,外部導
体間)にDUT(Zx)が接続されている。同図(B)
において、H,L間を短絡して、電圧測定器23の計量
値を0に校正することができ、例えば、DUT接続によ
って生ずるインダクタンスの変化のみを検出することが
できる。
は、一の測定回路で高インピーダンスから低インピーダ
ンスに亘る測定が要求される場合もある。ところが、図
5(A)の測定装置では、H,L間を短絡した場合に
は、ケーブル1a,1bの直列インピーダンス,電流測
定器13の残留インピーダンスの影響により電圧測定器
12の計量値は0にはならならず、理想短絡を得ること
ができない。したがって、同図(A)の測定装置では低
インピーダンスを測定することはできない。また、図5
(B)の測定装置では、H,L間を開放した場合には、
ケーブル1a,1bの並列アドミタンス,電圧測定器2
3の入力アドミタンスの影響により電流測定器22の計
量値は0にはならず、理想開放を得ることができない。
したがって、同図(B)の測定装置では高インピーダン
スを高精度で測定することができない。
あり、この測定装置によれば、図5(A),(B)の二
端子対測定装置における不都合を解消できる。すなわ
ち、図6の四端子対測定装置ではDUT接続端子を開放
あるいは短絡することで、測定装置内部の電流測定器3
4,電圧測定器32の計量値を共に0にすることがで
き、理想短絡,理想開放を得ることができる。図6で
は、抵抗Rpが接続された電圧信号源31がケーブル2
aの一方端の中心,外部導体間にそれぞれ接続され、電
圧測定器32の両端子がケーブル2bの一方端の中心,
外部導体間にそれぞれ接続されている。また、可変電流
源33と電流測定器34との直列回路がケーブル2cの
一方端の中心,外部導体間に接続され、増幅器35(こ
の増幅器35の出力は上記可変電流源33の入力とな
る)の両入力端子がケーブル2dの一方端の中心外部導
体間に接続されている。そして、ケーブル2a〜2dの
各他方端においては、各ケーブルの外部導体同士は短絡
されている。また、ケーブル2a,2bの両中心導体の
Hc,Hp端子にDUTの一端が接続され、ケーブル2
c,2dの両中心導体のLc,Lp端子にDUTの他端が
接続されている。
ダンスから高インピーダンスに亘る範囲での測定が要求
される場合に、ケーブル延長の如何にかかわらず、高低
インピーダンスの広い範囲に亘って高精度の測定を実現
できる。以上のように、図5(A)の測定装置により低
インピーダンス測定を犠牲にしても差し支えない場合に
は高インピーダンス測定が、図5(B)の測定装置によ
り高インピーダンス測定を犠牲にしても差し支えない場
合には低インピーダンス測定が、それぞれ高精度で行わ
れる。また、低インピーダンスから高インピーダンスに
亘る範囲での測定が要求される場合には、図6の四端子
対測定装置により、ケーブル延長の如何にかかわらず、
高低インピーダンスの広い範囲に亘って高精度の測定を
実現できる。なお、二端子対方式の測定装置は、例えば
横河・ヒューレット・パッカード株式会社製4280A
に、四端子対方式の測定装置は、例えば同社製4274
A、4275A等に従来から採用されている。
に実装されている場合や、該プリント基板上にパターン
として形成されている場合には、該DUTは低インピー
ダンスで接地されていたり、大地間静電容量を有してい
ることがある。このような場合における遠隔測定におい
ては、DUTを片線接地した状態でインピーダンス等の
測定を行う必要がある。二端子対方式では、ケーブルの
外部導体をガード電極として接地して使用するのが通常
であるため、図5(A)のような高インピーダンス用の
測定回路では、片線接地のDUTの測定をすることがで
きない。したがって、片線接地の測定は、図5(B)の
ような低インピーダンス用の測定装置に限られ、インピ
ーダンス測定の応用分野における測定条件が極度に限定
されてしまう。なお参考のため、図5(A),(B)の
外部導体をガード電極として接地した様子を図7
(A),(B)に示す。
置では、上述したようにインピーダンス測定範囲を犠牲
にしないで遠隔測定を実現することができるが、ガード
電極として使用される4本の同軸ケーブル2a〜2dの
各外部導体は、測定器のケーシングへの接続,大地間静
電容量等によって図7(C)に示すように基本的には接
地される。同図(C)において、DUT(Zx)の両端
H,Lと、各ケーブルの外部導体2a〜2dから引き出
されたガード端子Gとの間に形成されるアドミタンスを
YG1,YG2で表してある。なお、図7(C)において
は、便宜上、DUT搭載回路を3端子回路DUT′で表
し、真の測定対象部分をZxで示してある。同図からも
判るように、もしDUT′のL端子を接地すると、Zx
に電流が供給されない等の不都合が生じ、片線接地され
たZxをうまく測定することができないという問題があ
る。
DUT測定を許さないと言うわけではなく、ケーブル外
部導体を含め電圧測定器32,電流測定器34,電圧信
号源31を測定器ケーシング及び大地から交流的に浮上
させれば該測定をできないことはないが、ケーブルの外
部導体が接地されていない場合には、外来ノイズ(電磁
界)の遮蔽が不完全となり、またケーブル対大地間容量
が大きく変化したりするので、再現性の良い安定した測
定は望めない。また場合によっては、ケーブルからの測
定信号の輻射の問題も生じるという不都合がある。
関する前述のような不都合,問題点を解決すべく提案さ
れたものであって、DUTを片線接地し、かつケーブル
の外部導体を接地した状態での高精度測定を可能とする
一端子トリオ,二端子トリオ測定装置およびこれら測定
装置を用いた電気係数測定方法を提供することを目的と
する。
装置本体に、中心導体を構成する第1導体と、該第1導
体を被覆する第2導体と、該第2導体を更に被覆する第
3導体とにより形成される3線同軸ケーブルの一端が接
続され、該ケーブルの他端の第1導体,第3導体にDU
T接続端子を有し、(1)該ケーブルの前記一端側の第
1導体,第2導体間に電圧信号源及び電圧測定器が、第
2導体,第3導体間に電流測定器がそれぞれ接続され、
あるいは、(2)該ケーブルの前記一端側の第1導体,
第2導体間に電流測定器が、第2導体,第3導体間に電
圧信号源及び電圧測定器がそれぞれ接続されて成ること
を特徴とする。また、一端子トリオ測定装置を用いた本
発明の電気係数測定方法は、前記第3導体を接地電位に
して、前記被測定対象の電気係数を測定することを特徴
とする。
前記3線同軸ケーブルの各一端がそれぞれ測定装置本体
に接続されて成り、該両ケーブルの他端側の第1導体同
士,第2導体同士及び第3導体同士がそれぞれ短絡さ
れ、第1,第3導体にDUT接続端子を有し、第2導体
に非接地ガード端子を有すると共に、(1)ケーブルの
前記一端側において、何れかのケーブルの第2,第3導
体間に電圧信号源が接続され、一方のケーブルの第1,
第2導体に該導体間電圧を入力とする増幅器が接続さ
れ、他方のケーブルの第1,第2導体間に前記増幅器の
出力を入力とする可変電流源が接続され、または、
(2)ケーブルの前記一端側において、何れかのケーブ
ルの第1,第2導体間に電圧信号源が接続され、一方の
ケーブルの第2,第3導体に該導体間電圧を入力とする
増幅器が接続され、他方のケーブルの第2,第3導体間
に前記増幅器の出力を入力とする可変電流源が接続さ
れ、上記可変電流源に直列に電流測定器が、上記電圧信
号源に並列に電圧測定器がそれぞれ接続されて成ること
を特徴とする。また、二端子トリオ測定装置を用いた本
発明の電気係数測定方法は、前記第3導体を接地電位に
して、前記被測定対象の電気係数を測定することを特徴
とする。
では、3線同軸ケーブルの他端側(測定器本体の逆端
側)の第1,第3導体間に、第3導体側が片線接地され
た状態でDUTが接続される。また、ケーブルの一端側
(測定器本体側)における電圧信号源の接続態様は、
(i)電圧信号源が第1,第2導体間に接続される場
合、あるいは(ii)第2,第3導体間に接続される場合
の2通り存在する。 (i)の場合、電流測定器の一方の測定端子は第3導体
に、他方の測定端子は電圧信号源の第2導体側端子に接
続され、(ii)の場合、電流測定器の一方の測定端子は
第1導体に、他方の測定端子は電圧信号源の第2導体側
端子とは逆側の端子に接続される。何れの場合であって
も、第3導体が接地電位となるので、測定条件としては
自然な形であり、またケーブルのDUT側の端子(第
1,第3導体の端子)を開放することで従来装置(図5
(A))と同様、I=0(理想開放)の状態が実現でき
ると共に、従来不可能であった片線接地DUTの測定が
可能となる。
は、一対の3線同軸ケーブルの他端側の各第1導体同
士,第2導体同士,第3導体同士はそれぞれ接続され、
第1導体,第3導体間に第3導体側が片線接地された状
態でDUTが接続される。そして、例えばDUT搭載回
路のグランド端子(ガード端子)が第2導体に接続され
る。また、ケーブルの測定器本体側における電圧信号
源,増幅器,可変電流源の接続態様は、(i)一方のケ
ーブルの第1,第2導体に増幅器の両入力端子を接続
し、他方のケーブルの第1,第2導体間に前記増幅器の
出力を入力とする可変電流源を接続すると共に、電圧信
号源を何れかのケーブルの第2,第3導体間に接続する
場合、(ii)一方のケーブルの第2,第3導体に増幅器
の両入力端子を接続し、他方のケーブルの第2,第3導
体間に前記増幅器の出力を入力とする可変電流源を接続
すると共に、電圧信号源を何れかのケーブルの第1,第
2導体間に接続する場合が存在する。電流測定器は可変
電流源と直列に接続され、電圧測定器は電圧信号源と並
列に(すなわち、(i)の場合、第2,第3導体間電圧
を、(ii)の場合、第1,第2導体間電圧を測定できる
ように)接続される。そして、この二端子トリオ測定装
置においても、DUTを片線接地した状態での該DUT
の電気係数の測定が高精度で行われる。なお、第2導体
電位(すなわち、DUT搭載回路のグランドの電位)が
(i)の場合には第3導体電位と等しくでき、(ii)の
場合には第1導体電位と等しくできる。
えて説明する。図1(A)は、図5(A)の測定装置に
おいて、電流測定器13が接続されている側の同軸ケー
ブル1bの中心導体が円筒状であると想定し、該中心導
体及び外部導体を電流測定器13側から該ケーブル1b
のDUT側端を中心に傘状に開きかけた状態を示してお
り、図1(B)は、更に開傘度合が立体角2πを越えた
状態を示している。そして、図1(C)は、開傘の度合
が立体角4πとなり、ケーブル1bの外部導体が、もう
一方のケーブル1aの外部導体に一致した状態を示して
おり、この状態で2本のケーブル1a,1bは、3線同
軸ケーブル3に変換される。すなわち、ケーブル1aの
中心導体により第1導体が、ケーブル1a,1bの外部
導体により第1導体を被覆する第2導体が、ケーブル1
bの中心導体により第2導体を更に被覆する第3導体が
形成される。この場合、電圧信号源11は(抵抗Rpを
介して)ケーブル3の一端側の第1,第2導体間に、電
圧測定器12は同じく第1,第2導体間にそれぞれ接続
され、電流測定器13は上記一端側の第2,第3導体間
に接続されることになる。また、DUT(Zx)はケー
ブル3の他端側の第1,第3導体間に接続されることに
なる。
置において、ケーブル1aの中心導体及び外部導体の開
傘途中の状態を示しており、図2(B)は上記と同様に
ケーブル1aのDUT側端を中心に開傘の度合を立体角
4πにしてケーブル1a,1bが3線同軸ケーブル3に
変換された状態を示している。この場合、電圧信号源1
1,電圧測定器12は第2,第3導体間に接続され、電
流測定器13は第1,第2導体間に接続される。これら
の測定装置では、片線接地したDUT(Zx)の接地側
端子が第3導体側に接続される。すなわち、第3導体は
接地電位であり、遮蔽障害,雑音障害等の少ない測定装
置が構成される。図1(C),図2(B)の測定装置の
性能は、図5(A)に示した従来の二端子対測定装置に
よる非接地DUTの測定性能と比較して差異はなく、し
かも本測定装置によれば理想開放(I=0)を実現で
き、高インピーダンスかつ片線接地のDUTを高精度で
測定できる。なお、図1(C)では電流測定器13の一
端子側が、また図2(B)では電圧測定器12の一端子
側が接地電位となるが、図1(C),図2(B)のどち
らを選ぶかは、電圧信号源,電圧測定器,電流測定器そ
れぞれの交流的浮上実現の難易度等によって判断され
る。
は、上記と同様にして図6の測定装置の一の同軸ケーブ
ルの中心導体及び外部導体を傘状に開いて、外部導体を
他の同軸ケーブルの外部導体に一致させた場合の実施例
を示す図である。図3(A)は、図6の測定装置のケー
ブル2a,2bのそれぞれの中心導体,外部導体を開傘
して、各外部導体をケーブル2c,2dの外部導体に一
致させ、新たな3線同軸ケーブル4b,4aを形成した
場合を示している。この場合、図6におけるケーブル2
bの中心導体が図3(A)の3線同軸ケーブル4aの第
1導体に、同じくケーブル2a,2bの外部導体が4a
の第2導体に、ケーブル2aの中心導体がケーブル4a
の第3導体に対応する。また、図6の測定装置のケーブ
ル2c,2dについても同様に、ケーブル2dの中心導
体が図3(A)の3線同軸ケーブル4bの第1導体に、
同じくケーブル2c,2dの外部導体が4bの第2導体
に、ケーブル2cの中心導体がケーブル4bの第3導体
に対応する。この場合、DUT搭載回路のグランド端子
を第2導体のガード端子に接続すると共に、第3導体を
接地することでDUTの片線接地状態での高精度測定を
可能としている。なお、ここで、ガードは、大地からの
交流的に浮上したアクティブガードとなっている。この
ようにして、ケーブル4a,4bの第3導体を接地状態
に置くと共に、DUTを片線接地することができる。
2a,2bのそれぞれの中心導体,外部導体を開傘し、
各外部導体をケーブル2d,2cの外部導体に一致させ
て3線同軸ケーブル4b,4aを形成して測定装置を構
成した場合を、図4(A)は、図6の測定装置のケーブ
ル2c,2dのそれぞれの中心導体,外部導体を開傘し
て、各外部導体をケーブル2a,2bの外部導体に一致
させて3線同軸ケーブル4b,4aを形成して測定装置
を構成した場合を、図4(B)は図6の測定装置のケー
ブル2c,2dのそれぞれの中心導体,外部導体を開傘
して、各外部導体をケーブル2b,2aの外部導体に一
致させて3線同軸ケーブル4b,4aを形成して測定装
置を構成した場合をそれぞれ示している。これら図3
(B),図4(A),(B)の二端子トリオ測定装置に
おいても、DUT搭載回路のガード端子、(すなわち、
グランド端子)は第2導体に接続され、第3導体のDU
T側端を接地することで、同図(A)の場合と同様、D
UTの片線接地状態での高精度測定が可能となる。図3
(A),(B),図4(A),(B)の測定装置の性能
は、従来の測定装置における非接地DUTの測定精度と
比較して差異はないばかりか、片線接地DUTの測定に
おいて、電圧測定装置または電流測定装置の何れかの一
端子を接地電位とすることができるので、従来装置の測
定精度と比べて格段に高精度となる。なお、図3
(A),(B)では、は電圧測定装置の一端が、図4
(A),(B)では、電流測定装置の一端がそれぞれ接
地電位となっている。どちらの構成を選ぶべきかは、図
1(B),図2(B)の一端子トリオの場合と同様、電
圧信号源,電圧測定器,電流測定器それぞれの交流的浮
上実現の難易度等によって判断される。
の効果を奏することができる。 (1)一端子トリオ測定装置では、高インピーダンスD
UT用の測定装置では従来不可能であった、外部導体を
接地した状態で、片線接地DUTの測定を高精度で行う
ことが可能となった。 (2)二端子トリオ測定装置でも、片線接地のDUT測
定は従来不可能であったが、第3導体を接地した状態で
の測定が可能となった。 (3)第3導体を接地しているので、外部電磁界の影響
の極めて少ない測定が可能となった。
いた電気係数測定方法の一実施例を示す図であり、
(A)は3線同軸ケーブルの中心導体及び外部導体の開
傘途中の状態を、(B)は更に開傘度合が立体角2πを
越えた状態を、(C)は開傘の度合が立体角4πとなっ
た場合をそれぞれ示す図である。
いた電気係数測定方法の他の実施例を示す図であり、
(A)は3線同軸ケーブルの中心導体及び外部導体の開
傘途中の状態を、(B)は開傘の度合が立体角4πとな
った場合をそれぞれ示す図である。
置およびこれを用いた電気係数測定方法の実施例を例示
する図である。
置およびこれを用いた電気係数測定方法の他の実施例を
例示する図である。
(A)は高インピーダンスDUTの測定に用いる二端子
対測定装置を、(B)は低インピーダンスDUTの測定
に用いられる二端子対測定装置をそれぞれ示す図であ
る。
体をガード電極として接地した様子を示す図であり、
(C)は図6の外部導体をガード電極として接地した様
子を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 測定装置本体に、中心導体を構成する第
1導体と、該第1導体を被覆する第2導体と、該第2導
体を更に被覆する第3導体とにより形成される3線同軸
ケーブルの一端が接続され、該ケーブルの他端の第1導
体,第3導体に被測定対象接続端子を有する測定装置で
あって、 該ケーブルの前記一端側の第1導体,第2導体間に電圧
信号源及び電圧測定器が、第2導体,第3導体間に電流
測定器がそれぞれ接続され、または、 該ケーブルの前記一端側の第1導体,第2導体間に電流
測定器が、第2導体,第3導体間に電圧信号源及び電圧
測定器がそれぞれ接続されて成ることを特徴とする一端
子トリオ測定装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の一端子トリオ測定装置
を用いた測定方法であって、前記第3導体を接地電位に
して、前記被測定対象の電気係数を測定することを特徴
とする電気係数測定方法。 - 【請求項3】 中心導体を構成する第1導体と、該第1
導体を被覆する第2導体と、該第2導体を更に被覆する
第3導体とにより形成される、一対の3線同軸ケーブル
の各一端がそれぞれ測定装置本体に接続されて成り、 該両ケーブルの他端側の第1導体同士,第2導体同士及
び第3導体同士がそれぞれ短絡され、第1,第3導体に
被測定対象接続端子を有し、第2導体に非接地ガード端
子を有すると共に、 ケーブルの前記一端側において、何れかのケーブルの第
2,第3導体間に電圧信号源が接続され、一方のケーブ
ルの第1,第2導体に該導体間電圧を入力とする増幅器
が接続され、他方のケーブルの第1,第2導体間に前記
増幅器の出力を入力とする可変電流源が接続され、また
は、 ケーブルの前記一端側において、何れかのケーブルの第
1,第2導体間に電圧信号源が接続され、一方のケーブ
ルの第2,第3導体に該導体間電圧を入力とする増幅器
が接続され、他方のケーブルの第2,第3導体間に前記
増幅器の出力を入力とする可変電流源が接続され、 上記可変電流源に直列に電流測定器が、上記電圧信号源
に並列に電圧測定器がそれぞれ接続されて成ることを特
徴とする二端子トリオ測定装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載の二端子トリオ測定装置
を用いた測定方法であって、前記第3導体を接地電位に
して、前記被測定対象の電気係数を測定することを特徴
とする電気係数測定方法。
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