JP4009341B2 - 電子的被測定物の測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はネットワークアナライザーにより電子的被測定物を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路の組立ならびに品質適合検査において、例えばトランジスターやフィルターなどの電子部品を、それらを装置内に組み込むに先だって精密に測定しておくことが必要である。ネットワークアナライザーは、このような回路の特性データを指定された広い周波数範囲にわたって測定するのに、特に適している。ネットワークアナライザーは、たとえば１測定端子だけを持つ反射係数測定器としても使えるよう作ることもできる。しかしネットワークアナライザーは、一般的には２測定端子を持っており、測定量の大きさと位相によって被測定物の１端子または２端子パラメータを測定するベクトルネットワークアナライザーとして構成されている（たとえば、米国特許４，９８２，１６４）。
精密な測定のためには、ネットワークアナライザーを事前に較正用標準に接続して較正しておく必要がある。例えば、すべてパラメータが既知である３つの較正用標準を順次ネットワークアナライザーの測定端子に接続し、その散乱（Ｓ）パラメータ（伝達パラメータおよび反射パラメータ）がそれぞれに測定され、ネットワークアナライザーのメモリー内にマトリックスの形式で貯えられる。この方法で較正によって取得されマトリックス形式で格納されたシステム誤差補正データが、ネットワークアナライザーに内蔵されたアルゴリズムに従って、以下に述べる測定値補正の過程で取り入れることができる。
【０００３】
被測定電子回路、たとえば部品は、しばしばそれを動作状態で、したがって測定状態で線形な補助回路に取り付けなければならない。すなわち、被測定部品は動作状態にあって、整合回路を通じて動作が維持されていなければならない。たとえば、動作に必要な補助回路を入力側、出力側、あるいはその他の場所に、その部品に並列または直列に接続しなければならない。典型的な例は高周波増幅器に使われるトランジスターであり、このようなトランジスターはその入力ならびに出力側に５０Ωのインピーダンスを持っているべきである。ところが、トランジスターの入出力インピーダンスは通常、５０Ωの値にはならないので、入出力端にこれに対応するマッチング用の整合回路が備えられなければならない。増幅器の製造過程における品質適合検査に対しては、これらの仕様を持つ整合回路が一体につくり付けられたテスト用固定治具を使うことが有効となる。このようにして、整合回路を含む全増幅器の特性データ（例えば、Ｓパラメータ）は、トランジスターをこのようなテスト用固定治具に取り付けられたトランジスターを較正されたネットワークアナライザーを用いて測定することによって得ることができる。このような測定の利点は、増幅器全体で得られた特性を配線無しの裸のトランジスターについての許容限度などに変換する必要がなく、得られたデータがそのまま使えることである。
【０００４】
しかし、このように基本的には有利な測定法も、多数のユニットにつての部品の連続的な測定を行う場合には、１つの測定域内の複数の同種の測定点について厳密に同一特性を持つテスト用固定治具を揃えねばならないし、またそれぞれの一体につくり付け整合回路も厳格な許容精度で保持されなければならない、という不利な面を持っている。その上、同一の部品が個々の異なる使用場所に応じてそれぞれの補助回路で動作させなければならず、したがってそれぞれの使用場所に対してそれぞれ別のテスト用固定治具が必要になる。すなわち、被測定デバイスとその使用場所に応じて、複数の異なるテスト用固定治具が１つの測定域内で準備されなければならず、またそれらが互いに厳格な許容度で同一特性のものでなければならない。その結果、そのような測定は非常に複雑で高価なものとなる。
【０００５】
【発明の目的】
本発明の目的は、被測定物の動作に必要な補助回路の影響を簡単な方法で取り入れ考慮することのできる、ネットワークアナライザーによる被測定電子デバイスの測定法を提供することである。
本発明は、広義にはネットワークアナライザーによる被測定電子デバイスの測定法に関するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
電子デバイスは動作状態で、かつ測定状態で、線形の補助回路に取り付けられる。ネットワークアナライザーに対して、システム誤差補正データが、較正用標準を接続することによって、既知の較正法に従って、決定される。使用する補助回路に対する特性データが決定され、システム誤差補正データとリンクされて、新しい誤差補正シミュレーションデータがつくられる。その後のネットワークアナライザーに接続された被測定デバイスの測定においては、この誤差補正シミュレーションデータがネットワークアナライザーに内蔵されたシステム誤差補正アルゴリズムによって適宜考慮され、それによって被測定デバイスに仮想的に接続された補助回路がシミュレーションされることになる。
【０００７】
本発明の有益な展開は以下に述べる通りである。
較正用標準のシステム誤差補正データと補助回路の特性データの両方が連鎖伝達マトリックスの形で決定される。それらは相互に積を取ることによってリンクされ、それによって新しい誤差補正シミュレーションマトリックスが形成される。それがネットワークアナライザー内に格納され、その後の被測定デバイスの測定において使われる。
【０００８】
補助回路の特性データは、実際に組み立てられた補助回路で測定され決定される。
補助回路の特性データは、既知の回路シミュレーションプログラムによって計算される。
【０００９】
電子的被測定部品を測定するのには以下のステップが用いられる。その電子的被測定部品は、被測定部品の動作に必要な整合回路が組み込まれているところのテスト用固定治具に測定期間中挿入される。そのテスト用固定治具の内外端子に対する誤差補正データは既知の較正法によって決定される。テスト用固定治具の特性データは、これらの内外誤差較正データ間の差によって決定される。最後に、整合回路自体の特性データが整合回路がある場合とない場合のテスト用固定治具の特性データの差から決定される。
【００１０】
被測定デバイスに先立ってなされるべき整合回路の最適寸法の決定については、最初の測定ステップで、被測定デバイスの散乱パラメータがネットワークアナライザーによってまず測定され、それによって、第２のステップでコンピュータによって最適整合を可能とする整合回路のパラメータが計算される（例えば米国特許５，３２１，３６４）ということが既知の方法である。それ故ネットワークアナライザーのシステム誤差補正データならびにそれと整合回路のデータとのリンクは得られない。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の方法においては、被測定デバイスの動作に要求される補助回路は実際に組み立てられるのではなく、単に測定期間中にシミュレートされるだけである。実際に組み立てられた補助回路の標本についての測定からか、既知のシミュレーションプログラムによる計算からかの何れかによって得られる補助回路の特性データは、本発明における方法ではネットワークアナライザーのシステム誤差補正データと直接にリンクされる。これ以後の被測定デバイスの測定では、被測定デバイスは実際に組み立てられた補助回路に取り付けられるのではなく、ネットワークアナライザーのテスト端子に直接に接続される。それにもかかわらず、測定されたデータは、補助回路があたかも実際にそこにあったかのようにシステム誤差補正され導出される。補助回路は、このように、シミュレートされるだけで、測定は被測定デバイスに仮想的に接続された補助回路によってなされる。したがって、前述の品質適合検査などへの適用に当っても、補助回路が組み込まれていないユニバーサル形のテスト固定治具があればよい。これによって、どのような被測定デバイスの測定に対しても、最高の精度で任意の複数測定点について、任意の補助回路を扱うことが可能となる。補助回路を変更するには、ネットワークアナライザーに所望のシミュレーションデータのセットを格納し、既に格納されているシステム誤差補正データと共に動作させて、新しいマトリックスをつくればよいだけである。
【００１２】
本発明の方法の驚くべき利点は、前もってネットワークアナライザーに組み込まれたシステム誤差補正に関するアルゴリズムがこの整合回路の仮想的な組み込みに用いられていて、それにより測定値に対応する補正が周波数ステップ毎に必要となる余分な計算なしに実行でき、またその結果実効的には、リアルタイム測定と云えるほど敏速な測定ができるということである。補助回路のシミュレーションのために必要なデータは、システム誤差補正データと同時に測定に取り込まれる。それ故測定時間が長引くことはない。
補助回路の「特性データ」という用語で理解されるところのものは、すべての標準的なマトリックス表示、たとえば、標準的な電圧／電流マトリックスあるいは散乱パラメータ（Ｓ）あるいは連鎖伝達パラメータ（Ｔ）で表される標準的な波動マトリックスを指すものである。システム誤差補正データについても同じであり、これらすべての既知のマトリックス形式が、ここでも適用されている。システム誤差補正データも補助回路の特性データも、連鎖伝達パラメータ（Ｔ）の形で表すのが特に有利である。というのは、新規な誤差補正／シミュレーションマトリックスはもとのシステム誤差補正（Ｔ）-マトリックスと補助回路の逆Ｔ-マトリックスの積を取るという簡単な方法によって直接決定できるからである。
最も簡単な場合には、補助回路の特性データは、たとえば、コンパクトソフトウェアカンパニー（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｃｏｍｐａｎｙ） の スーパーコンパクト（Ｓｕｐｅｒ Ｃｏｍｐａｃｔ）のような公開された既知のシミュレーションプログラムによって計算することができる。このような既知のシミュレーションプログラムによって、任意の高周波回路の動作が、たとえば、プログラムへ電流を入力することによって、そのシミュレーションが可能となり、Ｓ-マトリックスまたはＴ-マトリックスとして表される。このように計算で得られたマトリックスはシステム誤差補正マトリックスで直接動作させることができる。
【００１３】
しかし実際には、このような補助回路の最適な寸法は、特に超高周波の場合補助回路の寄生的な諸量がそのようなシミュレーションプログラム中には考慮されていない。したがって常に計算によって合成的に決定できるとは限らない。このような場合には、個々の被測定デバイスに要求される補助回路をモデル補助回路として実際に組み立て、それによって補助回路の特性データを決定し、これらの［特性データ］を再び較正用のシステム誤差補正データとコンピュータによって演算する方が得策である。このような補助回路の特性データを対応するモデル（つまりスペシメン）について直接測定することは、特に補助回路が例えば既にテスト用固定治具中に組み込まれてしまっていて、他から分離された回路として測定できないような場合に有用である。このような場合、テスト用固定治具内側端子と外側端子の較正とそれに引き続くそれらの間の商の生成で測定マウントのＴ-パラメータを決定できる可能性がある。さらに、補助回路を持つテスト用固定治具と補助回路を持たないテスト用固定治具のＴ-パラメータ間の商を形成することにもとづいて、この補助回路は他から分離された状態で決定でき、それによって、更に、システム誤差補正データとの演算に使うことができる。
２つのマトリックスの演算に対しては、それらを同じ形にすることが必要である。システム誤差補正データが、例えば連鎖伝達マトリックス形で存在し、また、補助回路のデータが、例えば連鎖マトリックス形で存在するときには、連鎖マトリックスは変換マトリックスによって連鎖伝達マトリックス形に変換され、同形のこれら２つのマトリックスは新しい連鎖伝達マトリックスを形成するよう演算され、ネットワークアナライザー中のメモリーに格納される。
【００１４】
本発明の方法は、また任意の被測定デバイスを任意のシミュレーションされた補助回路とともに動作させることができるので、高周波回路の開発にも有利である。補助回路のシミュレーションを適宜に変形することによって、回路モジュールや回路較正部品の開発が大幅に簡素化され促進される。
本発明の方法によれば、例えば被測定物の補助回路の寸法を変えてつくったときの影響を決定するための一連の測定において、補助回路のデータを順次変更してゆくことも可能である。理想的には、補助回路のデータの決定に使うソフトウエアはネットワークアナライザー上で動作でき、さらにネットワークアナライザーのユーザーが発明の方法を迅速かつ簡便に実行できるよう、ネットワークアナライザーの共通の操作面に一体的につくり付けられていることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の新規であると信じられる諸特徴は、添付の特許請求範囲において詳細に述べられる。本発明は、その更なる目的と利点を伴って、添付の図面とともに示される記述によって、最良に理解される。添付の図面のいくつかでは、同種の参照番号が同種の構成要素を示している。
以下に図１乃至図３を参照しつつ本発明の最も好ましい実施例を説明する。
図１は、その入力端に線形な整合回路２が、またその出力端に整合回路７が接続されているところの、動作中のトランジスター１の模式的回路図を示している。計算可能な回路部品に加えて、これらの整合回路は、判然と計算で取得することのできない寄生的な効果を含んでいる。この例では、したがって、整合回路２と７は正確には計算できない。
【００１６】
図２は、品質適合試験に使われるごとき部品測定のための既知の測定の部所を示している。測定の部所には、ベクトルネットワークアナライザー３とテスト用固定治具４が設けられている。テスト用固定治具４はネットワークアナライザーのテスト端子に同軸ケーブル５ならびに６で接続され、その中に被測定部品、たとえば、図１のトランジスター１が取り付け可能となっている。整合回路２および７はまたテスト用固定治具４中につくり込んでもよい。
【００１７】
ネットワークアナライザー３の較正のために、被測定物のかわりにまず較正用標準が同軸ケーブル端子８および９の間に接続される。このようにして得られたシステム誤差補正データは、２つのテスト端子に対して、例えばＴ-マトリックスの形のＧおよびＨとして、ネットワークアナライザー３のメモリー１０に格納される。引き続いて、テスト用固定治具４は同軸ケーブル端子８および９に接続され、挿入されたトランジスター１が整合回路２および７とともに測定される。複数個のトランジスターが、このような方法で次々に測定できる。異なった型のトランジスターを測定したり、トランジスターをその後の動作中に異なった整合回路で動作させるときなどには、異なった整合回路を持った異なるテスト用固定治具４に接続しなければならない。したがって１つの測定部所に対して、複数のテスト用固定治具４が必要となる。例えば測定領域に１０箇所のこのような測定部所があるときには、１０個のテスト用固定治具を準備しなければならず、しかも比較的狭い許容範囲で同一のものをつくらなければならない。
【００１８】
このようにそれぞれに特別に寸法指定されたテスト用固定治具４を準備することは多大な維持費を必要とするが、このことは図３に示す本発明の測定器構成によれば避けることができる。ここではただ１個のユニバーサル形のテスト用固定治具１１が準備されているだけであり、それはすべての測定部所に対して同じものであって整合回路を含んではいない。テスト用固定治具１１はネットワークアナライザー３に直接接続される。図３の測定器構成に示されている整合回路２および７の特性データはそれに先立つ測定によるか又は計算によって決定され、ネットワークアナライザー３のシステム誤差補正データとともに演算されメモリー１０に格納される。整合回路の特性データをネットワークアナライザー３の２つのテスト端子に対する連鎖伝達マトリックスとしてＮならびにＭと呼ぶことにすると、システム誤差補正マトリックスＧならびにＨとの演算は、もとの誤差補正マトリックスＧならびにＨと整合回路のインバースＮマトリックスならびにインバースＭマトリックスとの単なる積を取ることによって得られ、その結果はネットワークアナライザー３のメモリー１０に格納することができる。図３の測定部所にあるトランジスター１の測定が与えられれば、周波数ポイント毎のトランジスター１の生の測定データがネットワークアナライザー３に内蔵されているシステム誤差アルゴリズムにより、例えば４００個の測定点で次々に補正され、そしてそれにより整合回路が同時的に仮想的に考慮されたことになる。
【００１９】
一体的につくり付けられた整合回路２および７を持ったテスト用固定治具４がすでにモデルとして図２のように存在するとき、これらの整合回路２および７の特性データを以下に述べるような簡単なやり方で決定することができる。
最初、ネットワークアナライザー３はテスト用固定治具の外部端子８ならびに９に対して、同軸線５と６の間に較正用標準を挿入することによって較正される。図２によれば、次に、モデルのテスト用固定治具４が同軸線５と６との間に接続され、トランジスターを後で取り付けるテスト用固定治具４のコンタクトソケットには対応する較正用標準が挿入される。テスト用固定治具４の内部端子に対する誤差補正データがこのようにして決定される。次に外部端子８、９のこれらの誤差補正データとテスト用固定治具４の内部端子の間の商がつくられる。
図３の構成によれば、ユニバーサル形のテスト用固定治具１１が、テスト用固定治具４に代って、引き続いてネットワークアナライザー３に接続され、整合回路２ならびに７を持つテスト用固定治具４のデータと整合回路を持たないテスト用固定治具１１のデータとの間の差が決定される。整合回路２ならびに７の特性データがこのようにして決定され、これらの結果とネットワークアナライザー３のシステム誤差補正データとが演算され、新しい誤差補正シミュレーションデータがつくられる。
【００２０】
本発明は、図に示された方法の特定な詳細に限られるものではなく、これら以外の他の変形や応用が考えられる。以上に述べられた方法におけるその他の変形も、本発明の真の精神と範囲から逸脱することなく実行することができる。したがって、以上における図面の主たる目的は説明のためのものであって、制限的な意味を持たないと解釈されるよう意図されたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 整合回路に接続されたトランジスターを示す。
【図２】 従来技術のシステムを示す。
【図３】 本発明を示す。
【符号の説明】
１ トランジスター
２ 整合回路
３ ネットワークアナライザー
４ テスト用固定治具
５ 同軸ケーブル
６ 同軸ケーブル
７ 整合回路
８ 同軸ケーブル端子
９ 同軸ケーブル端子
１０ メモリー
１１ テスト用固定治具

Claims (5)

1. 動作状態でかつ測定状態で線形の補助回路中に埋め込まれている被測定電子デバイスを、ネットワークアナライザーで測定する方法であって、その方法が：
   ネットワークアナライザーのシステム誤差補正データを、較正用標準を接続することによって、既知の較正法に従って決定するステップ、
   補助回路に対する特性データを決定し、システム誤差補正データと組み合わせて、新しい誤差補正シミュレーションデータをつくるステップ、
   線形の補助回路を介さずにネットワークアナライザーに直接に接続された被測定デバイスのその後の測定において、上記の新しい誤差補正シミュレーションデータがネットワークアナライザーに内蔵されたシステム誤差補正アルゴリズムとともに使われて、被測定デバイスに仮想的に接続された補助回路がシミュレーションされるステップ、
   の各ステップを含むところのネットワークアナライザーによる被測定電子デバイス測定方法。
2. 前記較正用標準の前記システム誤差補正データと前記補助回路の前記特性データとの両方が連鎖伝達マトリックスの形で決定され、
   それらの相互の積を取ってリンクされ新しい誤差補正シミュレーションマトリックスに形成され、
   そのシミュレーションマトリックスはそれからネットワークアナライザー内に格納され、その後の被測定デバイスの測定に使われる
   ことを特徴とする請求項１の測定方法。
3. 前記補助回路の特性データが、実際に組み立てられたモデル補助回路で測定されることによって決定される
   ことを特徴とする請求項１または２の測定方法。
4. 前記電子部品の測定期間中、その動作に必要な整合回路に組み込まれているテスト用固定治具に挿入された電子部品の測定に対して用いられる方法であって、
   テスト用固定治具の内外端子に対する前記誤差補正データが既知の較正法によって決定され、
   テスト用治具の前記特性データが、これらの内外誤差較正データ間の差によって決定され、且つ
   整合回路自体の特性データが、整合回路がある場合とない場合のテスト用固定治具の特性データの差から決定される
   ことを特徴とする請求項３の測定方法。
5. 前記補助回路の特性データが、既知の回路シミュレーションプログラムによって計算されることを特徴とする請求項１または２の測定方法。

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