1GHzの微小電圧測定の仕方

質問

1GHzの微小電圧信号の測定について教えてください。
　測定物は数Ω、測定信号は数10μＶであり、微小信号です。プローブと電圧アンプとオシロの直列を測定物に対して並列に接続し、測定物の微小電圧をアンプで増幅してから、オシロで観測する予定です。
測定物の信号を高速差動プローブで検出する場合、差動プローブ自体のノイズが数mVと大きく、測定する微小信号が埋もれてしまう可能性から、差動プローブは使用できそうにありません。差動プローブの代わりにＳＭＡのコネクタを接続すると、ＳＭＡの低インピーダンスによる負荷効果によって、測定物の特性が変わってしまうと予想されます。
　微小電圧信号、かつ1GHzの波形を観測できる方法はあるのでしょうか？できればオシロで波形観測したいと思ってます。
　また、測定物を並列で測定する場合、インピーダンス整合は必要でしょうか？
　どなたか測定方法を教えてもらえないでしょうか？よろしくお願いします。

回答No.2

masudaya · ベストアンサー

>測定系は測定物（数Ω）と電圧計（入力1MΩ）と電圧アンプ（入力50Ω)を並列に接続し、アンプにオシロが直列につながります。ケーブルは同軸50Ωを用います。

測定物と計測器に分けると,測定対象は数Ω,計測器は50Ω(50//１M≒50)です.反射は当然ですが起きます.これは反射係数で評価されます.反射係数は,伝送線路のインピーダンスをZ0,測定物のインピーダンスをZとして

Γ=( Z-Z0 )/( Z+Z0 )

で決まる,複素数です.この大きさが電圧としての反射量で,この位相角が反射のときの位相変化です.これが大きい場合は,インピーダンスマッチングは必要でしょう.マッチングの方法はI-Laboratoryさんのホームページの高周波回路教室に詳しく書いてありますので参考にしてください.

疑問ですが,電圧計ってほんとに1GHzで1MΩもあるのでしょうか?高周波でそんなハイ=インピーダンスを作るのは非常に困難です.ふつうのDC用の電圧計では間違いなく1GHzではもっと低いインピーダンスになると思います.その辺はネットワークアナライザでの確認が必要です.(インピーダンスマッチングにもネットワークアナライザは必要ですし)

目的が
>今回の目的はパルス信号の応答で、パルスの色々な組み合わせに素子が応答するかどうか調べることです。
であれば,ちょっと大変にはなりますが,ネットワークアナライザで応答を調べるのがいいのではないでしょうか?これなら,校正をきちんとすれば,振幅と位相が角周波数ごとに分かりますので,パルス波形もフーリエ級数に展開して,ネットワークアナライザの結果を用いて応答にまとめることができると思います.

参考URL：

http://www1.sphere.ne.jp/i-lab/ilab/index.htm

回答No.1

masudaya

とりあえずは,アクティブプローブ(ハイ=インピーダンス)なのでしょう.
(差動プローブもそうですが)
ただ,μＶのオーダーをオシロで測るのは,困難ではないでしょうか?オシロは,数mVなので60dB程度のアンプを入れないといけないですが,こんなゲインの高いアンプは設計が困難です.

その信号の何が知りたいかによりますが,振幅と周波数なら,スペアナを用いたほうが簡単です.測定したいオーダーであれば,アンプなしで測定できます.(20dBuV位なので,但し,RBWはかなり狭くしないといけないかも知れません.)
インピーダンスの件ですが,伝送線路のインピーダンスにマッチングすると,電圧で半分になります.線路インピーダンスが低いとノイズの影響は軽減されます.ハイ=インピーダンスで受けると,ほぼ,測定電圧が得られますが,ノイズの影響は受けやすくなるので,測定は難しくなると思います.

お礼

周囲に答えてもらえる人がおらず、先に進むことができずにいました。ありがとうございました。

補足

ご回答、本当にありがとうございます。今回の目的はパルス信号の応答で、パルスの色々な組み合わせに素子が応答するかどうか調べることです。オシロでの測定は難しいと思いますが、やはりなんとか測定したいのが本音です。新たな質問になってしまいますがお願いします。測定系は測定物（数Ω）と電圧計（入力1MΩ）と電圧アンプ（入力50Ω)を並列に接続し、アンプにオシロが直列につながります。ケーブルは同軸50Ωを用います。測定物本来の電圧を測定するため、1MΩの電圧計をつないだまま、50Ωのアンプ－オシロで観察するとします。素子から見た電圧計などの合成インピーダンスは大きいのですが、電圧計以外の同軸やアンプは50Ωです。素子と合成インピーダンスの間で信号の反射がかなり起きている状態でしょうか？同軸50Ωからの信号は1MΩ電圧計の手前で反射しますか？、アンプの手前では反射しないのでしょうか？また、アンプに信号をきれいに伝えるにはどのようにしたらよいでしょうか？もしくはどこかにインピーダンス整合回路を挿入する必要があるのでしょうか？よろしくお願いします。

　__________________
　|　　　|　　　　|　　　　　　　　　　　　
　素　　電　　　ア　　　　　　
　子　　圧　　　ン　　　　　　　　
　|　　　計　　　プ　　　　　　　　　　
　|　　　|　　　　|　　　　　　　　　　
　------------