JPH0714916Y2 - 回路定数測定装置 - Google Patents
回路定数測定装置Info
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- JPH0714916Y2 JPH0714916Y2 JP1988029322U JP2932288U JPH0714916Y2 JP H0714916 Y2 JPH0714916 Y2 JP H0714916Y2 JP 1988029322 U JP1988029322 U JP 1988029322U JP 2932288 U JP2932288 U JP 2932288U JP H0714916 Y2 JPH0714916 Y2 JP H0714916Y2
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- JP
- Japan
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- measuring
- current
- circuit
- voltage
- under test
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/14—Measuring resistance by measuring current or voltage obtained from a reference source
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- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06G—ANALOGUE COMPUTERS
- G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
- G06G7/48—Analogue computers for specific processes, systems or devices, e.g. simulators
- G06G7/62—Analogue computers for specific processes, systems or devices, e.g. simulators for electric systems or apparatus
- G06G7/623—Analogue computers for specific processes, systems or devices, e.g. simulators for electric systems or apparatus for filters; for delay lines
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H11/00—Networks using active elements
- H03H11/46—One-port networks
- H03H11/48—One-port networks simulating reactances
- H03H11/485—Simulating inductances using operational amplifiers
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 本考案は抵抗、インダクタンス、キャパシタンスなどの
回路定数値を測定する回路定数測定装置に関し、特に、
被測定デバイス（DUT）に直流バイアスを印加したまま
所望の周波数の測定信号で該DUTの回路定数を測定する
場合の回路定数測定装置に関する。
回路定数値を測定する回路定数測定装置に関し、特に、
被測定デバイス（DUT）に直流バイアスを印加したまま
所望の周波数の測定信号で該DUTの回路定数を測定する
場合の回路定数測定装置に関する。
従来DUTの回路定数を測定するのに第２図に示すような
回路が用いられている。DUT205の一端には測定信号（交
流）源206が接続され、他端Ｇ点には電流検出用抵抗Rr
の一端が接続されている。該抵抗Rrは演算増幅器203の
負帰還回路を成し、増幅器203の他の一入力は接地され
ているため、DUT205の一端Ｇ点は仮想接地される。この
ためDUT205の両端子間にはほぼ信号源電圧に等しい電圧
がかかる。差動増幅器201により、DUT205の両端子間に
かかる電圧ADを、差動増幅器202により、抵抗Rrの両
端子間にかかる電圧Arをそれぞれ取り出せば、Rr・
AD／AR（ただしAD、ARはそれぞれベクトル電圧）
によりDUT205の交流インピーダンスが求まる。
回路が用いられている。DUT205の一端には測定信号（交
流）源206が接続され、他端Ｇ点には電流検出用抵抗Rr
の一端が接続されている。該抵抗Rrは演算増幅器203の
負帰還回路を成し、増幅器203の他の一入力は接地され
ているため、DUT205の一端Ｇ点は仮想接地される。この
ためDUT205の両端子間にはほぼ信号源電圧に等しい電圧
がかかる。差動増幅器201により、DUT205の両端子間に
かかる電圧ADを、差動増幅器202により、抵抗Rrの両
端子間にかかる電圧Arをそれぞれ取り出せば、Rr・
AD／AR（ただしAD、ARはそれぞれベクトル電圧）
によりDUT205の交流インピーダンスが求まる。
ここで信号源206とDUT205との間に結合回路207を設け、
これに直流バイアス電源208（電圧源または電流源であ
り、一端が接地されている）を接続し、DUT205に直流バ
イアスを印加した状態で所望の周波数によりDUT205の回
路定数測定を行なう場合、DUT205が高インピーダンスの
とき、電流検出感度を上げるために抵抗Rrの値を大きく
するが、このとき増幅器203が飽和しない範囲に直流バ
イアス電流出力を制限しなければならず、大きな直流バ
イアスをDUT205にかけることはできない。上記の問題を
解決するのに第１図に示す回路が用いられる。同図では
DUT205の一端Ｇは一方で抵抗Rrとの間に直流阻止用のコ
ンデンサ212が接続されており、他方で直流バイアス電
源208のリターン経路でありかつ交流を阻止するインダ
クター211が接続されている。この回路ではコンデンサ2
12は測定信号源周波数が低いときは充分大きな容量の物
を使用せねばならず、特にインダクター211は低周波測
定において充分高いインピーダンスを持たなければ測定
結果に誤差を生じる。この誤差は抵抗Rrが大きくなるほ
ど増加する。また、インダクタンスが小さいと低周波領
域において増幅器23の等価入力換算雑音が増幅されるこ
とになり、さらにインダクター211の直流抵抗分が大き
いとこれによってＧ点に直流オフセットが生じDUT205に
かかる直流バイアス電圧に誤差が生じて好ましくない。
したがって低周波領域の測定においてはインダクター21
1は高インダクタンス、低直流抵抗である必要があり、
このため回路設計が難かしくなる。
これに直流バイアス電源208（電圧源または電流源であ
り、一端が接地されている）を接続し、DUT205に直流バ
イアスを印加した状態で所望の周波数によりDUT205の回
路定数測定を行なう場合、DUT205が高インピーダンスの
とき、電流検出感度を上げるために抵抗Rrの値を大きく
するが、このとき増幅器203が飽和しない範囲に直流バ
イアス電流出力を制限しなければならず、大きな直流バ
イアスをDUT205にかけることはできない。上記の問題を
解決するのに第１図に示す回路が用いられる。同図では
DUT205の一端Ｇは一方で抵抗Rrとの間に直流阻止用のコ
ンデンサ212が接続されており、他方で直流バイアス電
源208のリターン経路でありかつ交流を阻止するインダ
クター211が接続されている。この回路ではコンデンサ2
12は測定信号源周波数が低いときは充分大きな容量の物
を使用せねばならず、特にインダクター211は低周波測
定において充分高いインピーダンスを持たなければ測定
結果に誤差を生じる。この誤差は抵抗Rrが大きくなるほ
ど増加する。また、インダクタンスが小さいと低周波領
域において増幅器23の等価入力換算雑音が増幅されるこ
とになり、さらにインダクター211の直流抵抗分が大き
いとこれによってＧ点に直流オフセットが生じDUT205に
かかる直流バイアス電圧に誤差が生じて好ましくない。
したがって低周波領域の測定においてはインダクター21
1は高インダクタンス、低直流抵抗である必要があり、
このため回路設計が難かしくなる。
結合回路207とＧ点に互いに逆極性で電流値の同じ電流
源IBS、IBRをそれぞれ接続し、たとえばIBSからDUT205
に流れ込むバイアス電流をそのままIBRにより引き出
し、抵抗Rrに直流バイアス電流を流さないようにした回
路がある。この回路では、両電流値のトラッキングをと
る機構が複雑になること、またDUT205内で直流バイアス
電流が接地端子に漏れることがあると、その分電流バラ
ンスがくずれてアンバランス電流分が抵抗Rrへ流れ込ん
でしまう等の欠点がある。
源IBS、IBRをそれぞれ接続し、たとえばIBSからDUT205
に流れ込むバイアス電流をそのままIBRにより引き出
し、抵抗Rrに直流バイアス電流を流さないようにした回
路がある。この回路では、両電流値のトラッキングをと
る機構が複雑になること、またDUT205内で直流バイアス
電流が接地端子に漏れることがあると、その分電流バラ
ンスがくずれてアンバランス電流分が抵抗Rrへ流れ込ん
でしまう等の欠点がある。
本考案は低周波領域でも交流インピーダンスが充分大き
く、かつ直流抵抗分の小さいインダクターを提供し、DU
Tに高直流バイアスを印加した状態でその回路定数を測
定する際の測定誤差の少ない測定装置を提供することを
目的とする。
く、かつ直流抵抗分の小さいインダクターを提供し、DU
Tに高直流バイアスを印加した状態でその回路定数を測
定する際の測定誤差の少ない測定装置を提供することを
目的とする。
本考案によれば、低周波領域でも高インピーダンス、低
直流抵抗を持つインダクターが電子回路により擬似的に
形成される。該擬似インダクターを第１図に示すインダ
クター211に置き換えることにより、高直流バイアスをD
UTに印加した状態で該DUTの交流インピーダンスまたは
回路定数を測定する際の、誤差が少なく雑音の影響の少
ない高精度測定を実現することができる。
直流抵抗を持つインダクターが電子回路により擬似的に
形成される。該擬似インダクターを第１図に示すインダ
クター211に置き換えることにより、高直流バイアスをD
UTに印加した状態で該DUTの交流インピーダンスまたは
回路定数を測定する際の、誤差が少なく雑音の影響の少
ない高精度測定を実現することができる。
本考案による擬似インダクターの一実施例を第３図に示
す。図中、点Ｐは第１図におけるＧ点に接続される点で
ある。点Ｐは高入力インピーダンスを有する非反転型増
幅器302の非反転入力端子と、高出力インピーダンスを
有する電圧制御型電流源（VCCS）303の出力端とに接続
されている。Ｐ点での電圧Vpは増幅器302によって（１
＋R2／R1）倍に増幅され、抵抗Ｒを介して、積分コンデ
ンサＣを帰還ループに有する積分器301に送られる。積
分器301の出力はVCCS303に入力されVCCS303の出力電流
を制御する。これによってＰ点は直流的にも仮想接地さ
れ、その電位は接地電位にほぼ等しい。VCCS303の入力
電圧対出力電流間の関係を第３図（ｂ）に示す。
す。図中、点Ｐは第１図におけるＧ点に接続される点で
ある。点Ｐは高入力インピーダンスを有する非反転型増
幅器302の非反転入力端子と、高出力インピーダンスを
有する電圧制御型電流源（VCCS）303の出力端とに接続
されている。Ｐ点での電圧Vpは増幅器302によって（１
＋R2／R1）倍に増幅され、抵抗Ｒを介して、積分コンデ
ンサＣを帰還ループに有する積分器301に送られる。積
分器301の出力はVCCS303に入力されVCCS303の出力電流
を制御する。これによってＰ点は直流的にも仮想接地さ
れ、その電位は接地電位にほぼ等しい。VCCS303の入力
電圧対出力電流間の関係を第３図（ｂ）に示す。
第３図（ａ）において、 ただしａ＝１＋R2／R1、 （コンダクタンス）、ωは角周波数である。
したがって該回路により構成される擬似インダクターの
インピーダンスZLは ゆえに、該インダクターのインダクタンスＬは となる。
インピーダンスZLは ゆえに、該インダクターのインダクタンスＬは となる。
またＰ点での直流誤差電圧（または直流オフセット電
圧）VPEは VPE＝ａVos1＋Vos2 となる。ただしVos1、Vos2はそれぞれ増幅器302、301の
入力オフセット電圧である。
圧）VPEは VPE＝ａVos1＋Vos2 となる。ただしVos1、Vos2はそれぞれ増幅器302、301の
入力オフセット電圧である。
第３図（ａ）に本考案による擬似インダクターの等価回
路を示す。上記の構成により、DUT205にかかる直流バイ
アス電圧の誤差はＰ点での増幅器302、301の入力オフセ
ット電圧による直流誤差電圧VPEのみに依存し、したが
って入力オフセット電圧の小さい高精度の演算増幅器を
用いれば該VPEを小さくすることができると共に結果的
に擬似インダクターの等価的な直流抵抗をたいへん小さ
くすることができる。たとえばVCCS303による吸収電流
を1A、直流誤差電圧VPEを、1mVとすれば該擬似インダク
ターの等価直流抵抗は1mΩとなる。またインダクタンス
はＣ、Ｒの他、gmに依存するが、このgmは積分器301、V
CCS303の動作可能電圧範囲で制限を受ける。たとえば±
5Vの電圧で±50mAを制御しようとするとgmは10msにな
る。この程度の範囲ならば10H程度のインダクタンスは
実現可能であり、従来のチョークコイルに比べ、高イン
ダクタンス、低直流抵抗を持つ小形の擬似インダクター
を作ることができる。これによって低周波測定におい
て、第１図に示すインダクター211が低インダクタンス
であることによって生じた測定誤差及び雑音による悪影
響も大幅に改善される。
路を示す。上記の構成により、DUT205にかかる直流バイ
アス電圧の誤差はＰ点での増幅器302、301の入力オフセ
ット電圧による直流誤差電圧VPEのみに依存し、したが
って入力オフセット電圧の小さい高精度の演算増幅器を
用いれば該VPEを小さくすることができると共に結果的
に擬似インダクターの等価的な直流抵抗をたいへん小さ
くすることができる。たとえばVCCS303による吸収電流
を1A、直流誤差電圧VPEを、1mVとすれば該擬似インダク
ターの等価直流抵抗は1mΩとなる。またインダクタンス
はＣ、Ｒの他、gmに依存するが、このgmは積分器301、V
CCS303の動作可能電圧範囲で制限を受ける。たとえば±
5Vの電圧で±50mAを制御しようとするとgmは10msにな
る。この程度の範囲ならば10H程度のインダクタンスは
実現可能であり、従来のチョークコイルに比べ、高イン
ダクタンス、低直流抵抗を持つ小形の擬似インダクター
を作ることができる。これによって低周波測定におい
て、第１図に示すインダクター211が低インダクタンス
であることによって生じた測定誤差及び雑音による悪影
響も大幅に改善される。
回路定数測定系の直流バイアス印加直後の擬似インダク
ターのインダクタンスを定常時（回路定数測定時）より
低くして系の応答速度を上げることもできる。これはた
とえば第３図（ａ）における抵抗Ｒの値を変化または切
換えることによって達成できる。これらの切換え方法は
当業者には周知である。
ターのインダクタンスを定常時（回路定数測定時）より
低くして系の応答速度を上げることもできる。これはた
とえば第３図（ａ）における抵抗Ｒの値を変化または切
換えることによって達成できる。これらの切換え方法は
当業者には周知である。
第４図（ａ）は擬似インダクター自身からの雑音出力を
低減するために用いられるVCCS303の一実施例の部分図
であり、電流吸出部を示す図である。該回路は擬似イン
ダクターによる吸出／吸入電流が小さくて良い場合はVC
CS303のgmを小さい方へ切換えてVCCS以前で発生する電
圧性雑音による影響を少なくし、出力電流雑音を低減し
ようとするものである。該回路では吸出電流が小さくな
るとトランジスタQ3がオフとなってgm（＝ΔI0／Δ
VCTL）はgmH＝R2・（R4＋R5＋R6）／R1・R6・（R4＋
R5）からgmL＝R2／R1・（R4＋R5）に減少する。同図
（ｂ）にこの様子を示す。
低減するために用いられるVCCS303の一実施例の部分図
であり、電流吸出部を示す図である。該回路は擬似イン
ダクターによる吸出／吸入電流が小さくて良い場合はVC
CS303のgmを小さい方へ切換えてVCCS以前で発生する電
圧性雑音による影響を少なくし、出力電流雑音を低減し
ようとするものである。該回路では吸出電流が小さくな
るとトランジスタQ3がオフとなってgm（＝ΔI0／Δ
VCTL）はgmH＝R2・（R4＋R5＋R6）／R1・R6・（R4＋
R5）からgmL＝R2／R1・（R4＋R5）に減少する。同図
（ｂ）にこの様子を示す。
第５図（ａ）はVCCS303への電圧性雑音入力を低減する
ための積分器301の一実施例を示す図である。該回路は
積分器301を構成する増幅器の発生する電圧雑音を、
R3、C3から成る低減通過フィルターにより低減すること
を基本としている。該積分器の入出力間伝達特性を同図
（ｂ）に示す。ただしR1＞＞R2。
ための積分器301の一実施例を示す図である。該回路は
積分器301を構成する増幅器の発生する電圧雑音を、
R3、C3から成る低減通過フィルターにより低減すること
を基本としている。該積分器の入出力間伝達特性を同図
（ｂ）に示す。ただしR1＞＞R2。
第６図は第１図における結合回路207に接続される直流
バイアス電流源の一実施例を示す図である。該回路は従
来の回路に比べDUT205とMOS FET602との間にインダクタ
ーＬが挿入され、さらにFET602のドレイン端子に抵抗Ｒ
とキャパシターＣとの直列回路が付加されていて、DUT2
05側から見た出力インピーダンス、出力電流ノイズ、ル
ープの安定性が改善されている。DUT205に流れる直流バ
イアス電流Ｉは演算増幅器601とFET602とから成るルー
プが、電流Ｉによる電流検出用抵抗Rsの端子間電圧が直
流基準電圧VREFに等しくなるように動作することからＩ
＝VREF／Rsによって定まる。rg、rs、Cr、はそれぞれゲ
ート入力抵抗、ソース抵抗、ドレイン−ゲート間容量で
ある。従来の回路におけるFET602による電圧利得GvはGv
＝ZDUT／（Rs＋rs）（ただし、ZDUTはDUT205のインピー
ダンス）で表わされるがGvが大きいとミラー効果により
見かけ上、Gv・Crの容量がCrと並列に付加されることに
なり高周波領域での出力インピーダンスを大きくとるこ
とが不可能であった。インダクターＬはDUT205側から見
た出力インピーダンスを大きくとるためのものであり、
RC直列回路は出力電流ノイズを分流してDUT205側へ入る
電流ノイズを減らすとともに、増幅器601による一次遅
れ、及びrg、Crによる一次遅れによって生ずるループの
不安定さを補償する役割をもしている。FET602によるGv
は最大でもGv＝R/（Rs＋rs）であり、したがってミラー
容量Gv・Crもある一定値以上は取り得ないため、制御ル
ープの位相補償範囲がせばめられ、容易に補償すること
ができる。
バイアス電流源の一実施例を示す図である。該回路は従
来の回路に比べDUT205とMOS FET602との間にインダクタ
ーＬが挿入され、さらにFET602のドレイン端子に抵抗Ｒ
とキャパシターＣとの直列回路が付加されていて、DUT2
05側から見た出力インピーダンス、出力電流ノイズ、ル
ープの安定性が改善されている。DUT205に流れる直流バ
イアス電流Ｉは演算増幅器601とFET602とから成るルー
プが、電流Ｉによる電流検出用抵抗Rsの端子間電圧が直
流基準電圧VREFに等しくなるように動作することからＩ
＝VREF／Rsによって定まる。rg、rs、Cr、はそれぞれゲ
ート入力抵抗、ソース抵抗、ドレイン−ゲート間容量で
ある。従来の回路におけるFET602による電圧利得GvはGv
＝ZDUT／（Rs＋rs）（ただし、ZDUTはDUT205のインピー
ダンス）で表わされるがGvが大きいとミラー効果により
見かけ上、Gv・Crの容量がCrと並列に付加されることに
なり高周波領域での出力インピーダンスを大きくとるこ
とが不可能であった。インダクターＬはDUT205側から見
た出力インピーダンスを大きくとるためのものであり、
RC直列回路は出力電流ノイズを分流してDUT205側へ入る
電流ノイズを減らすとともに、増幅器601による一次遅
れ、及びrg、Crによる一次遅れによって生ずるループの
不安定さを補償する役割をもしている。FET602によるGv
は最大でもGv＝R/（Rs＋rs）であり、したがってミラー
容量Gv・Crもある一定値以上は取り得ないため、制御ル
ープの位相補償範囲がせばめられ、容易に補償すること
ができる。
以上説明したように、本考案を用いることにより、高直
流バイアスをDUTに印加した状態で該DUTの交流インピー
ダンスまたは回路定数を測定する際の、誤差の少ない雑
音の影響の少ない高精度測定を実現することができる。
流バイアスをDUTに印加した状態で該DUTの交流インピー
ダンスまたは回路定数を測定する際の、誤差の少ない雑
音の影響の少ない高精度測定を実現することができる。
第１図及び第２図は従来の回路定数測定装置の概略回路
を示す図、第３図は本考案の一実施例の擬似インダクタ
ーの構成を示す図、第４図は該擬似インダクターに用い
られるVCCSの一実施例を示す図、第５図は前記擬似イン
ダクターに用いられる積分器の一実施例を示す図、第６
図は前記擬似インダクターに用いられる直流電流源の一
実施例を示す図である。 201、202、203:増幅器 205:DUT 206:測定信号源 207:結合回路 208:電流バイアス電源 211:インダクター 212:コンデンサ Rr：電流検出用抵抗
を示す図、第３図は本考案の一実施例の擬似インダクタ
ーの構成を示す図、第４図は該擬似インダクターに用い
られるVCCSの一実施例を示す図、第５図は前記擬似イン
ダクターに用いられる積分器の一実施例を示す図、第６
図は前記擬似インダクターに用いられる直流電流源の一
実施例を示す図である。 201、202、203:増幅器 205:DUT 206:測定信号源 207:結合回路 208:電流バイアス電源 211:インダクター 212:コンデンサ Rr：電流検出用抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 柳川 光一 東京都八王子市高倉町９番１号 横河・ヒ ユーレツト・パツカード株式会社内 (72)考案者 久保山 洋一 東京都八王子市高倉町９番１号 横河・ヒ ユーレツト・パツカード株式会社内 審査官 菊井 広行 (56)参考文献 特開 昭60−231178（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−139130（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】測定信号源と、直流バイアス電源と、前記
測定信号源と前記直流バイアス電源とを加算してこれを
被測定デバイスの一端に印加する加算手段と、前記被測
定デバイスの他端に接続され、該他端をほぼ接地電位に
保つとともに前記被測定デバイスに流れる電流を測定す
る電流測定手段と、前記被測定デバイスに生ずる端子間
電圧を測定する電圧測定手段とを備えた、被測定デバイ
スの回路定数を測定する回路定数測定装置において、 前記被測定デバイスの他端に接続された非反転増幅器
と、 前記非反転増幅器の出力に接続された積分器と、 前記積分器の出力に応じて、前記被測定デバイスの他端
からの電流吸込み量を制御する電圧制御型電流源と、 を備えて成る擬似インダクター手段を備えたことを特徴
とする回路定数測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1988029322U JPH0714916Y2 (ja) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | 回路定数測定装置 |
| GB8904008A GB2217466B (en) | 1988-03-04 | 1989-02-22 | Apparatus for measuring an ac electrical parameter of a device |
| US07/318,286 US4885528A (en) | 1988-03-04 | 1989-03-03 | Apparatus which uses a simulated inductor in the measurement of an electrical parameter of a device under test |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1988029322U JPH0714916Y2 (ja) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | 回路定数測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01135375U JPH01135375U (ja) | 1989-09-18 |
| JPH0714916Y2 true JPH0714916Y2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=12272991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1988029322U Expired - Lifetime JPH0714916Y2 (ja) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | 回路定数測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4885528A (ja) |
| JP (1) | JPH0714916Y2 (ja) |
| GB (1) | GB2217466B (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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