JPH0573573U - サンプリングヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案はサンプリングヘッドに関し、その目
的は、広帯域の周波数特性を有し、入力容量の小さなサ
ンプリングヘッドを提供することにある。 【構成】 整合抵抗が取り去られたサンプリング回路の
入力端に、金属体と抵抗体との直列回路を介して被測定
対象を接続するように構成されたものである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はサンプリングヘッドに関し、更に詳しくは、高入力インピーダンス化 の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、電子回路の各部分の電圧波形を高入力インピーダンスのプローブで測定 するのにあたっては、入力抵抗が１ＭΩの普通のオシロスコープの入力端子に９ ＭΩの直列抵抗を基本素子とする１０：１プローブと称するプローブを接続する ことが行われてきた。

【０００３】 図３はこのようなプローブを接続した状態の入力端子の等価回路図である。す なわち、１０ＭΩの入力抵抗Ｒｉｎと並列に１５ｐＦ前後の大きな入力容量Ｃｉ ｎが接続されている。ここで、入力容量Ｃｉｎは、周波数特性を平坦にするため に設けられている補償容量によるものである。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このような従来のプローブでインピーダンスが１００Ω程度の 比較的低インピーダンスの被測定回路の電圧波形を観測した場合、入力容量Ｃｉ ｎの充電電流による信号源抵抗（被測定回路の抵抗１００Ω）の電圧降下のため にこの測定系の周波数特性は下がってしまい、特性が３ｄＢ低下する周波数帯域 は、１０^６／（２π１００［Ω］×１５［ｐＦ］）から１１０ＭＨｚ程度になっ てしまう。

【０００５】 このように、信号源インピーダンスによっては、本来のオシロスコープの性能 を発揮できない場合がある。そこで、入力容量Ｃｉｎを極力小さくするための努 力が払われている。

【０００６】 また、このような１０：１プローブでは信号電圧が１／１０になってしまうた め、測定信号がオシロスコープが出すノイズに埋もれて信号波形を明瞭に観測で きない場合もある。

【０００７】 これらの欠点を改良するために、１：１ＦＥＴプローブと称されているものを 使うことも行われている。具体例としては、入力抵抗Ｒｉｎが１００ｋΩで入力 容量Ｃｉｎが３ｐＦのプローブ自体の周波数帯域が約１ＧＨｚのものがあるが、 これでも高速動作する被測定回路や信号源インピーダンスが１００Ω以上の回路 の正確な波形観測は不可能である。

【０００８】 他に、高速動作する被測定回路の波形観測手段として、入力インピーダンスが ５０Ωのサンプリングオシロスコープの入力端子に４５０Ωの抵抗を接続して入 力抵抗Ｒｉｎが５００Ωになるようにしたプローブもあるが、入力抵抗Ｒｉｎが 低いので信号源インピーダンスが相当低い回路でないと正確な波形観測は行えな い。

【０００９】 本考案は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、広帯 域の周波数特性を有し、入力容量の小さなサンプリングヘッドを提供することに ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、 整合抵抗が取り去られたサンプリング回路の入力端に、金属体と抵抗体との直 列回路を介して被測定対象を接続するように構成されたことを特徴とするもので ある。

【００１１】

【作用】

被測定対象をサンプリング回路の入力端に接続するための金属体と抵抗体との 直列回路よりなる伝送線路は、実質的に空気中に配置された状態になり、入力容 量は小さな値に保たれる。そして、サンプリング回路の入力端の整合抵抗は取り 去られているのでオープン状態になり、入力抵抗はほぼ無限大になる。

【００１２】 この結果、広帯域の周波数特性が得られる。

【００１３】

【実施例】

以下、図面を参照して、本考案の実施例を詳細に説明する。 一般に、サンプリングオシロスコープは直流から１０ＧＨｚ〜５０ＧＨｚと周 波数帯域が極めて広い。また、入力インピーダンスは５０Ωであるが、入力端子 に伝送線路を接続したときの反射が小さくなるようにするために入力容量Ｃｉｎ は極めて小さく設計される。

【００１４】 そこで、本考案では、この広帯域と低入力容量のみを利用して５０Ωを取り去 ってしまい、入力抵抗Ｒｉｎを無限大（オープン）にするとともに、かつ周波数 特性を極力平坦にしようとするものである。

【００１５】 図１は本考案の一実施例の構成断面図である。図において、１はサンプリング ヘッドの入力コネクタが取り付けられる金属板で、図面の左側がサンプリングヘ ッドの内部になり、右側が被測定対象部分が接続される外部になる。２は入力コ ネクタを構成するガラスビードで、金属棒３が貫通固着されている。該金属棒３ の一端（左端）は図示しないサンプリングヘッド回路に接続され、他端（右端） はセラミック基板４に接続されている。なお、サンプリングヘッド回路内部の終 端抵抗５０Ωは取り去られている。

【００１６】 図２は該セラミック基板４の構成図であり、一方の面には例えば金よりなる金 属パターン５と抵抗体パターン６が直列に形成され、他方の面には金属パターン は形成されていない。

【００１７】 再び図１において、７は金属管であり、セラミック基板４を内包するように一 端が金属板１に固着されている。セラミック基板４に形成された金属パターン５ と抵抗体パターン６は該金属管７を基準電位（アース）とする伝送線路を形成し ている。金属管７の他端には同心円状に形成された絶縁体８が取り付けられてい る。該絶縁体８の中心部分には入力端子９が貫通固着されている。該入力端子９ の一端（左端）はセラミック基板４に形成されている抵抗体パターン６の右端側 に接続され、他端（右端）は図示しない被測定対象に接触させる。１０は金属管 ７の外周を覆うように形成された金属リングであり、該金属リング１０の一部を 被測定対象の基準電位（アース）に接触させた状態で被測定対象の電圧波形を測 定する。

【００１８】 一般に、一定の長さを有する金属に周波数の高い電圧を印加すると、その金属 の長さがその波長の１／４程度になる周波数近傍で著しい周波数特性の乱れを生 じる。例えば長さ７．５ｍｍの金属の場合、その周波数は１０ＧＨｚである。従 って、測定回路であるサンプリングブリッジと被測定回路との間の距離はできる だけ短くしなければならない。また、その間の接続のための金属の伝送線路とア ースとの間の空間が誘電率εｓの物質で満たされている場合には、前記の波長の １／４になる周波数は１／（εｓ）^１／２に下がってしまう。そこで、できるだ け空気の中に上記接続線路を保持しなければならない。本考案の構成において、 セラミック基板４の下面に金属パターンを設けていないのは、実効的に空気の中 に配置された接続線路とほぼ等価にするためである。

【００１９】 また、セラミック基板４に抵抗体パターン６を設けているのは、高い周波数で 発生する共振を制動して、周波数特性を極力平坦にするためである。 更に、セラミック基板４に形成した金属パターン５の幅が広くなったり狭くな ったりしているのは、周波数特性を平坦にするために場所によって伝送線路の特 性インピーダンスの値を変えているためである。

【００２０】 サンプリングオシロスコープの周波数特性が直流から１０ＧＨｚ〜５０ＧＨｚ までほぼ平坦であるのは、コネクタを含めた入力伝送線路の特性インピーダンス をすべて一定値（一般には５０Ω）に統一し、その抵抗値を持つ固定抵抗器で終 端することによって整合を取り、定在波を生じさせないようにしていることによ る。

【００２１】 実際のサンプリングヘッドの入力回路が接続された場合の実施例の特性は、コ ンピュータシュミレーションの結果によれば、信号源抵抗Ｒｇが２５Ωのときは 直流から１６ＧＨｚまで±１．３ｄＢであり、信号源抵抗Ｒｇが５０Ωのときの 帯域は７ＧＨｚである。また、２．３ＧＨｚにおける入力容量Ｃｉｎは０．７ｐ Ｆであり、入力抵抗Ｒｉｎはサンプリングヘッド内部のダイオードブリッジのリ ーク抵抗で決まるので１ＧΩ（１０^９Ω）以上である（ただし、ダイオードブリ ッジがオンしたときに流れでる電流は無視している）。

【００２２】 なお、上記実施例ではセラミック基板４に金属パターン５と抵抗体パターン６ を形成しているが、セラミック基板でなくてもよく、小さな固定抵抗器と金属を 直列に接続したものや、適当な形状の固定抵抗器があればそれだけでもよく、要 は伝送線路の主なる誘電体の誘電率が空気に近ければよい。

【００２３】

【考案の効果】

以上詳細に説明した本考案によれば、伝送線路の主なる誘電体の誘電率は空気 に近くなり、広帯域の周波数特性を有し、入力容量の小さなサンプリングヘッド が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の構成断面図である。

【図２】図１で用いるセラミック基板の構成例図であ
る。

【図３】従来のプローブを接続した状態の等価回路図で
ある。

【符号の説明】

１ 金属板 ２ ガラスビード ３ 金属棒 ４ セラミック基板 ５ 金属パターン ６ 抵抗体パターン ７ 金属管 ８ 絶縁体 ９ 入力端子 １０ 金属リング

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 整合抵抗が取り去られたサンプリング回
   路の入力端に、金属体と抵抗体との直列回路を介して被
   測定対象を接続するように構成されたことを特徴とする
   サンプリングヘッド。