特開 2025-5146 差動プローブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025005146

(43)【公開日】2025-01-16

(54)【発明の名称】差動プローブ

(51)【国際特許分類】

   H03G 3/10 20060101AFI20250108BHJP

   G01R 13/20 20060101ALI20250108BHJP

【ＦＩ】

H03G3/10 E

G01R13/20 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023105196

(22)【出願日】2023-06-27

(71)【出願人】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】596157780

【氏名又は名称】横河計測株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100169823

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 雄郎

(72)【発明者】

【氏名】飯島 拓海

(72)【発明者】

【氏名】吉原 智朗

(72)【発明者】

【氏名】坂本 和輝

(72)【発明者】

【氏名】阿部 哲也

【テーマコード（参考）】

5J100

【Ｆターム（参考）】

5J100AA02

5J100AA17

5J100BA05

5J100BA07

5J100BA10

5J100BB07

5J100BB11

5J100BB15

5J100BC01

5J100CA13

5J100EA02

(57)【要約】

【課題】増幅器のゲインを切り替えたときの周波数特性の差を低減する。
【解決手段】本開示に係る差動プローブ１は、第１のアッテネータ１１と、第２のアッテネータ１２と、差動増幅器１３と、増幅器１４と、を備える。増幅器１４は、第１の増幅回路１１０と、第１の増幅回路１１０よりゲインが大きい第２の増幅回路１２０と、第１の増幅回路１１０と第２の増幅回路１２０のいずれで差動増幅器１３の出力信号を増幅するかを切り替えるリレー１３０と、を備える。第１の増幅回路１１０の周波数特性と第２の増幅回路１２０の周波数特性とは、同等の周波数特性になるように調整されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの信号の差分を検出する差動プローブであって、
前記２つの信号の一方の信号が入力される第１のアッテネータと、
前記２つの信号の他方の信号が入力される第２のアッテネータと、
前記第１のアッテネータの出力信号と前記第２のアッテネータの出力信号との差分を増幅する差動増幅器と、
前記差動増幅器の出力信号を増幅する増幅器と、
を備え、
前記増幅器は、
第１の増幅回路と、
前記第１の増幅回路よりゲインが大きい第２の増幅回路と、
前記第１の増幅回路と前記第２の増幅回路のいずれで前記差動増幅器の出力信号を増幅するかを切り替えるリレーと、
を備え、
前記第１の増幅回路の周波数特性と前記第２の増幅回路の周波数特性とは、同等の周波数特性になるように調整されている、差動プローブ。

【請求項2】

請求項１に記載の差動プローブにおいて、
前記第１の増幅回路及び前記第２の増幅回路は、それぞれ、反転増幅回路であり、
前記第１の増幅回路及び前記第２の増幅回路は、それぞれ、入力抵抗と、帰還抵抗と、オペアンプとを備える、差動プローブ。

【請求項3】

請求項２に記載の差動プローブにおいて、
前記第１の増幅回路の周波数特性と前記第２の増幅回路の周波数特性とは、前記第１の増幅回路の前記入力抵抗及び前記帰還抵抗の抵抗値と、前記第２の増幅回路の前記入力抵抗及び前記帰還抵抗の抵抗値とを調整することによって、同等の周波数特性になるように調整されている、差動プローブ。

【請求項4】

請求項１に記載の差動プローブにおいて、
前記第１の増幅回路及び前記第２の増幅回路は、それぞれ、反転増幅回路であり、
前記第１の増幅回路及び前記第２の増幅回路は、それぞれ、入力抵抗と、帰還抵抗と、オペアンプとを備え、
前記第１の増幅回路は、前記第１の増幅回路の前記帰還抵抗と並列に接続された帰還コンデンサをさらに備え、
前記第２の増幅回路は、前記第２の増幅回路の前記入力抵抗と並列に接続された入力コンデンサをさらに備える、差動プローブ。

【請求項5】

請求項４に記載の差動プローブにおいて、
前記第１の増幅回路の周波数特性と前記第２の増幅回路の周波数特性とは、前記第１の増幅回路の前記帰還コンデンサの容量値と、前記第２の増幅回路の前記入力コンデンサの容量値とを調整することによって、同等の周波数特性になるように調整されている、差動プローブ。

【請求項6】

請求項１に記載の差動プローブにおいて、
前記増幅器は、前記リレーの入力部に抑制抵抗をさらに備える、差動プローブ。

【請求項7】

請求項１に記載の差動プローブにおいて、
前記増幅器は、前記第１の増幅回路の出力部と前記リレーとの間、及び、前記第２の増幅回路の出力部と前記リレーとの間に、それぞれ、抑制抵抗をさらに備える、差動プローブ。

【請求項8】

請求項１に記載の差動プローブにおいて、
前記第１の増幅回路は、ローパスフィルタを備え、
前記第１の増幅回路の周波数特性と前記第２の増幅回路の周波数特性とは、前記ローパスフィルタの周波数特性を調整することによって、同等の周波数特性になるように調整されている、差動プローブ。

【請求項9】

請求項８に記載の差動プローブにおいて、
前記第１の増幅回路のゲインは、１倍である、差動プローブ。

【請求項10】

請求項１に記載の差動プローブにおいて、
前記増幅器は、
第３の増幅回路と、
前記第３の増幅回路よりゲインが大きい第４の増幅回路と、
前記第３の増幅回路と前記第４の増幅回路のいずれで前記差動増幅器の出力信号を増幅するかを切り替える他のリレーと、
をさらに備え、
前記第１の増幅回路の出力部又は前記第２の増幅回路の出力部と、前記第３の増幅回路の入力部又は前記第４の増幅回路の入力部とは、前記リレー及び前記他のリレーを介して接続され、
前記第３の増幅回路の周波数特性と前記第４の増幅回路の周波数特性とは、同等の周波数特性になるように調整されている、差動プローブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、差動プローブに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、２つの信号の差分を検出する差動プローブが知られている。差動プローブは、例えば、オシロスコープと組み合わせて用いられる場合がある。

【0003】

差動プローブは、通常、差動増幅器を含むものが多い。例えば特許文献１は、高い同相信号除去比、高い入力インピーダンス及び広い周波数帯域を有する差動増幅器を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－５５２３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

差動プローブは、通常、アッテネータと、差動増幅器と、増幅器とを備えている。また、差動プローブは、通常、入力レンジを切り替えることが可能であり、入力レンジに応じて増幅器のゲインを切り替える。

【0006】

図１０に、従来の差動プローブにおける増幅器２００の概略構成の一例を示す。増幅器２００は、反転増幅回路であり、入力抵抗Ｒ２１と、入力抵抗Ｒ２２と、帰還抵抗Ｒ２３と、スイッチＳＷと、オペアンプ２０１とを備える。

【0007】

増幅器２００は、スイッチＳＷのオン／オフを切り替えることによって、入力抵抗の大きさを切り替え、ゲインを切り替えることができる。

【0008】

しかしながら、図１０に示すような従来の増幅器２００の場合、スイッチＳＷのオン／オフによってゲインを切り替えると、ゲインが大きい場合と小さい場合とで、高周波でのゲイン特性に差がでてしまう。すなわち、ゲインが大きい場合と小さい場合とで、異なる周波数特性となってしまう。このように、ゲインを切り替えたときに異なる周波数特性となってしまうと、同じ信号を測定する場合であっても、どの入力レンジで測定するかで出力波形が異なる波形となってしまう場合がある。

【0009】

図１０に示すような従来の増幅器２００においてゲインを切り替えた場合に異なる周波数特性となってしまう原因は、いくつかある。例えば、スイッチＳＷをオン／オフすることによってゲインを切り替えると、切り替えられた信号経路で寄生容量の付き方が異なるため、高周波でのゲイン特性に差がでてしまうことがある。また、一般的に、ゲインが小さいほど周波数帯域が広くなる傾向があるが、従来の増幅器２００の構成では、ゲインが大きい場合と小さい場合とで周波数特性をそれぞれ調整し、周波数特性の差を低減することが困難である。

【0010】

そこで、本開示は、増幅器のゲインを切り替えたときの周波数特性の差を低減することが可能な差動プローブを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

幾つかの実施形態に係る差動プローブは、２つの信号の差分を検出する差動プローブであって、前記２つの信号の一方の信号が入力される第１のアッテネータと、前記２つの信号の他方の信号が入力される第２のアッテネータと、前記第１のアッテネータの出力信号と前記第２のアッテネータの出力信号との差分を増幅する差動増幅器と、前記差動増幅器の出力信号を増幅する増幅器と、を備え、前記増幅器は、第１の増幅回路と、前記第１の増幅回路よりゲインが大きい第２の増幅回路と、前記第１の増幅回路と前記第２の増幅回路のいずれで前記差動増幅器の出力信号を増幅するかを切り替えるリレーと、を備え、前記第１の増幅回路の周波数特性と前記第２の増幅回路の周波数特性とは、同等の周波数特性になるように調整されている。このような差動プローブによれば、増幅器のゲインを切り替えたときの周波数特性の差を低減することが可能である。

【0012】

一実施形態に係る差動プローブにおいて、前記第１の増幅回路及び前記第２の増幅回路は、それぞれ、反転増幅回路であり、前記第１の増幅回路及び前記第２の増幅回路は、それぞれ、入力抵抗と、帰還抵抗と、オペアンプとを備えていてもよい。これにより、入力抵抗及び帰還抵抗の抵抗値を調整することによって、増幅器のゲインを切り替えたときの周波数特性の差を低減することができる。

【0013】

一実施形態に係る差動プローブにおいて、前記第１の増幅回路の周波数特性と前記第２の増幅回路の周波数特性とは、前記第１の増幅回路の前記入力抵抗及び前記帰還抵抗の抵抗値と、前記第２の増幅回路の前記入力抵抗及び前記帰還抵抗の抵抗値とを調整することによって、同等の周波数特性になるように調整されていてもよい。これにより、入力抵抗及び帰還抵抗の抵抗値を調整することによって、増幅器のゲインを切り替えたときの周波数特性の差を低減することができる。

【0014】

一実施形態に係る差動プローブにおいて、前記第１の増幅回路及び前記第２の増幅回路は、それぞれ、反転増幅回路であり、前記第１の増幅回路及び前記第２の増幅回路は、それぞれ、入力抵抗と、帰還抵抗と、オペアンプとを備え、前記第１の増幅回路は、前記第１の増幅回路の前記帰還抵抗と並列に接続された帰還コンデンサをさらに備え、前記第２の増幅回路は、前記第２の増幅回路の前記入力抵抗と並列に接続された入力コンデンサをさらに備えていてもよい。これにより、帰還コンデンサ及び入力コンデンサの容量値を調整することによって、増幅器のゲインを切り替えたときの周波数特性の差を低減することができる。

【0015】

一実施形態に係る差動プローブにおいて、前記第１の増幅回路の周波数特性と前記第２の増幅回路の周波数特性とは、前記第１の増幅回路の前記帰還コンデンサの容量値と、前記第２の増幅回路の前記入力コンデンサの容量値とを調整することによって、同等の周波数特性になるように調整されていてもよい。これにより、帰還コンデンサ及び入力コンデンサの容量値を調整することによって、増幅器のゲインを切り替えたときの周波数特性の差を低減することができる。

【0016】

一実施形態に係る差動プローブにおいて、前記増幅器は、前記リレーの入力部に抑制抵抗をさらに備えていてもよい。これにより、配線のインダクタンスによる影響を低減することができる。

【0017】

一実施形態に係る差動プローブにおいて、前記増幅器は、前記第１の増幅回路の出力部と前記リレーとの間、及び、前記第２の増幅回路の出力部と前記リレーとの間に、それぞれ、抑制抵抗をさらに備えていてもよい。これにより、配線のインダクタンスによる影響を低減することができる。

【0018】

一実施形態に係る差動プローブにおいて、前記第１の増幅回路は、ローパスフィルタを備え、前記第１の増幅回路の周波数特性と前記第２の増幅回路の周波数特性とは、前記ローパスフィルタの周波数特性を調整することによって、同等の周波数特性になるように調整されていてもよい。これにより、ローパスフィルタの周波数特性を調整することによって、増幅器のゲインを切り替えたときの周波数特性の差を低減することができる。

【0019】

一実施形態に係る差動プローブにおいて、前記第１の増幅回路のゲインは、１倍であってもよい。これにより、第１の増幅回路をシンプルな構成とすることができる。

【0020】

一実施形態に係る差動プローブにおいて、前記増幅器は、第３の増幅回路と、前記第３の増幅回路よりゲインが大きい第４の増幅回路と、前記第３の増幅回路と前記第４の増幅回路のいずれで前記差動増幅器の出力信号を増幅するかを切り替える他のリレーと、をさらに備え、前記第１の増幅回路の出力部又は前記第２の増幅回路の出力部と、前記第３の増幅回路の入力部又は前記第４の増幅回路の入力部とは、前記リレー及び前記他のリレーを介して接続され、前記第３の増幅回路の周波数特性と前記第４の増幅回路の周波数特性とは、同等の周波数特性になるように調整されていてもよい。これにより、４種類のゲインを選択することができる。

【発明の効果】

【0021】

本開示によれば、増幅器のゲインを切り替えたときの周波数特性の差を低減することが可能な差動プローブを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】一実施形態に係る差動プローブの概略構成を示す図である。

【図2】一実施形態に係る増幅器の概略構成を示す図である。

【図3】抵抗値が調整されている場合の周波数特性を示す図である。

【図4】抵抗値が調整されていない場合の周波数特性を示す図である。

【図5】第１の変形例に係る増幅器の概略構成を示す図である。

【図6】第２の変形例に係る増幅器の概略構成を示す図である。

【図7】第３の変形例に係る増幅器の概略構成を示す図である。

【図8】第４の変形例に係る増幅器の概略構成を示す図である。

【図9】第５の変形例に係る増幅器の概略構成を示す図である。

【図10】従来の増幅器の概略構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0024】

図１は、一実施形態に係る差動プローブ１の概略構成を示す図である。差動プローブ１は、２つの信号の差分を検出することができる装置である。

【0025】

差動プローブ１は、第１のアッテネータ１１と、第２のアッテネータ１２と、差動増幅器１３と、増幅器１４とを備える。また、差動プローブ１は、入出力端子として、入力端子２１と、入力端子２２と、出力端子２３とを備える。

【0026】

差動プローブ１は、入力端子２１及び入力端子２２に入力される２つの信号の差分を増幅し、増幅した信号を出力端子２３に出力する。差動プローブ１に入力される２つの信号の一方の信号は入力端子２１に入力され、他方の信号は入力端子２２に入力される。

【0027】

差動プローブ１は、入力レンジを切り替えることが可能である。入力レンジを切り替える際、差動プローブ１は、第１のアッテネータ１１及び第２のアッテネータ１２の減衰率を適宜切り替える。また、入力レンジを切り替える際、差動プローブ１は、増幅器１４のゲインを適宜切り替える。

【0028】

第１のアッテネータ１１には、差動プローブ１に入力される２つの信号の一方の信号が入力端子２１を介して入力される。第１のアッテネータ１１は、減衰率が切り替え可能な任意の構成のアッテネータであってよい。第１のアッテネータ１１は、入力された信号を減衰し、差動増幅器１３に出力する。

【0029】

第２のアッテネータ１２には、差動プローブ１に入力される２つの信号の他方の信号が入力端子２２を介して入力される。第２のアッテネータ１２は、減衰率が切り替え可能な任意の構成のアッテネータであってよい。第２のアッテネータ１２は、入力された信号を減衰し、差動増幅器１３に出力する。

【0030】

差動増幅器１３は、第１のアッテネータ１１の出力信号と第２のアッテネータ１２の出力信号との差分を増幅し、増幅した信号を増幅器１４に出力する。差動増幅器１３は、任意の構成の差動増幅器であってよい。

【0031】

増幅器１４は、差動増幅器１３の出力信号を増幅し、増幅した信号を出力端子２３に出力する。増幅器１４は、入出力ポートとして、入力ポートＰ１と、出力ポートＰ２とを備える。増幅器１４は、差動増幅器１３から入力ポートＰ１に入力された信号を増幅し、出力ポートＰ２から出力端子２３に出力する。

【0032】

図２は、一実施形態に係る増幅器１４の概略構成を示す図である。増幅器１４は、第１の増幅回路１１０と、第２の増幅回路１２０と、リレー１３０とを備える。

【0033】

第１の増幅回路１１０と第２の増幅回路１２０とは、ゲインが異なる増幅回路である。本実施形態においては、第２の増幅回路１２０のゲインが第１の増幅回路１１０のゲインより大きい場合を例に挙げて説明する。

【0034】

また、第１の増幅回路１１０の周波数特性と第２の増幅回路１２０の周波数特性とは、同等の周波数特性になるように調整されている。ここで、「周波数特性」とは、周波数が高くなるにつれてゲインが低下していく傾向のことを意味する。

【0035】

第１の増幅回路１１０と第２の増幅回路１２０とは、独立して構成されているため、それぞれ個別に周波数特性を調整することが可能である。そのため、第１の増幅回路１１０と第２の増幅回路１２０とは、異なるゲインであっても、第１の増幅回路１１０の周波数特性と第２の増幅回路１２０の周波数特性とが、同等の周波数特性になるように調整することが可能である。

【0036】

なお、第１の増幅回路１１０の周波数特性と第２の増幅回路１２０の周波数特性とが同等の周波数特性であるとは、完全に同一の周波数特性である場合のみを意味するのではない。第１の増幅回路１１０の周波数特性と、第２の増幅回路１２０の周波数特性とが、ほぼ同程度である場合も含む。

【0037】

リレー１３０は、第１の増幅回路１１０と第２の増幅回路１２０のいずれで差動増幅器１３の出力信号を増幅するかを切り替える。リレー１３０は、任意の構成のリレーであってよい。

【0038】

リレー１３０の入力部は、入力ポートＰ１に接続されている。リレー１３０の出力部は、出力ポートＰ２に接続されている。

【0039】

第１の増幅回路１１０で差動増幅器１３の出力信号を増幅する場合、リレー１３０は、入力ポートＰ１と第１の増幅回路１１０の入力部とを接続し、出力ポートＰ２と第１の増幅回路１１０の出力部とを接続する。

【0040】

第２の増幅回路１２０で差動増幅器１３の出力信号を増幅する場合、リレー１３０は、入力ポートＰ１と第２の増幅回路１２０の入力部とを接続し、出力ポートＰ２と第２の増幅回路１２０の出力部とを接続する。

【0041】

図２は、第２の増幅回路１２０で差動増幅器１３の出力信号を増幅する場合を示している。

【0042】

第１の増幅回路１１０は、反転増幅回路である。第１の増幅回路１１０は、入力抵抗Ｒ１と、帰還抵抗Ｒ２と、オペアンプ１１１とを備える。

【0043】

入力抵抗Ｒ１の一端は、リレー１３０を介して入力ポートＰ１に接続可能である。入力抵抗Ｒ１の他端は、帰還抵抗Ｒ２の一端と、オペアンプ１１１の反転入力端子とに接続されている。

【0044】

帰還抵抗Ｒ２の他端は、オペアンプ１１１の出力端子と接続され、リレー１３０を介して出力ポートＰ２に接続可能である。

【0045】

第２の増幅回路１２０は、反転増幅回路である。第２の増幅回路１２０は、入力抵抗Ｒ３と、帰還抵抗Ｒ４と、オペアンプ１２１とを備える。

【0046】

入力抵抗Ｒ３の一端は、リレー１３０を介して入力ポートＰ１に接続可能である。入力抵抗Ｒ３の他端は、帰還抵抗Ｒ４の一端と、オペアンプ１２１の反転入力端子とに接続されている。

【0047】

帰還抵抗Ｒ４の他端は、オペアンプ１２１の出力端子と接続され、リレー１３０を介して出力ポートＰ２に接続可能である。

【0048】

第１の増幅回路１１０の周波数特性と第２の増幅回路１２０の周波数特性とは、第１の増幅回路１１０の入力抵抗Ｒ１及び帰還抵抗Ｒ２の抵抗値と、第２の増幅回路１２０の入力抵抗Ｒ３及び帰還抵抗Ｒ４の抵抗値とを調整することによって、同等の周波数特性になるように調整されている。

【0049】

ここで、入力抵抗Ｒ１の抵抗値、帰還抵抗Ｒ２の抵抗値、入力抵抗Ｒ３の抵抗値及び帰還抵抗Ｒ４の抵抗値を調整するとは、同等の周波数特性にするために、適切な抵抗値が選択されていることを意味する。

【0050】

図３に、同等の周波数特性になるように、入力抵抗Ｒ１の抵抗値、帰還抵抗Ｒ２の抵抗値、入力抵抗Ｒ３の抵抗値及び帰還抵抗Ｒ４の抵抗値が調整されている場合の、第１の増幅回路１１０の周波数特性及び第２の増幅回路１２０の周波数特性の一例を示す。

【0051】

図３において、「Ｇ＝－１」のグラフ、すなわちゲインが「－１倍」のグラフは、第１の増幅回路１１０の周波数特性を示す。第１の増幅回路１１０の周波数特性は、左側の縦軸でゲインを示している。

【0052】

図３において、「Ｇ＝－１０」のグラフ、すなわちゲインが「－１０倍」のグラフは、第２の増幅回路１２０の周波数特性を示す。第２の増幅回路１２０の周波数特性は、右側の縦軸でゲインを示している。

【0053】

図３を参照すると、第１の増幅回路１１０の周波数特性と第２の増幅回路１２０の周波数特性とは、同等の周波数特性である。

【0054】

比較のため、図４に、入力抵抗Ｒ１の抵抗値、帰還抵抗Ｒ２の抵抗値、入力抵抗Ｒ３の抵抗値及び帰還抵抗Ｒ４の抵抗値が調整されていない場合の、第１の増幅回路１１０の周波数特性及び第２の増幅回路１２０の周波数特性の一例を示す。

【0055】

図４において、「Ｇ＝－１」のグラフ、すなわちゲインが「－１倍」のグラフは、第１の増幅回路１１０の周波数特性を示す。第１の増幅回路１１０の周波数特性は、左側の縦軸でゲインを示している。

【0056】

図４において、「Ｇ＝－１０」のグラフ、すなわちゲインが「－１０倍」のグラフは、第２の増幅回路１２０の周波数特性を示す。第２の増幅回路１２０の周波数特性は、右側の縦軸でゲインを示している。

【0057】

図４を参照すると、第１の増幅回路１１０の方が、第２の増幅回路１２０よりも広い周波数帯域を有している。このように、通常、特に周波数特性が調整されていない場合、ゲインの小さい増幅回路の方がゲインの大きい増幅回路よりも広い周波数帯域を有する。

【0058】

以上のような一実施形態に係る差動プローブ１によれば、増幅器１４のゲインを切り替えたときの周波数特性の差を低減することが可能となる。より具体的には、増幅器１４は、第１の増幅回路１１０と、第１の増幅回路１１０よりゲインが大きい第２の増幅回路１２０と、第１の増幅回路１１０と第２の増幅回路１２０のいずれで差動増幅器１３の出力信号を増幅するかを切り替えるリレー１３０と、を備えている。そして、第１の増幅回路１１０の周波数特性と第２の増幅回路１２０の周波数特性とは、同等の周波数特性になるように調整されている。このように、一実施形態に係る差動プローブ１の増幅器１４は、第１の増幅回路１１０と第２の増幅回路１２０のいずれで差動増幅器１３の出力信号を増幅するかをリレー１３０で切り替える構成であるため、第１の増幅回路１１０の周波数特性と、第２の増幅回路１２０の周波数特性とを独立して高い自由度で調整することができる。そして、第１の増幅回路１１０の周波数特性と第２の増幅回路１２０の周波数特性とは、同等の周波数特性になるように調整されている。したがって、一実施形態に係る差動プローブ１によれば、増幅器１４のゲインを切り替えたときの周波数特性の差を低減することが可能となる。

【0059】

（第１の変形例）
図５は、第１の変形例に係る増幅器１４ａの概略構成を示す図である。図５を参照して、第１の変形例に係る増幅器１４ａについて説明する。

【0060】

第１の変形例に係る増幅器１４ａは、第１の増幅回路１１０ａと、第２の増幅回路１２０ａと、リレー１３０とを備える。

【0061】

第１の変形例に係る増幅器１４ａにおいて、第１の増幅回路１１０ａは、帰還抵抗Ｒ２と並列に接続された帰還コンデンサＣ１を備えるという点で、図２に示した第１の増幅回路１１０と相違する。

【0062】

第１の変形例に係る増幅器１４ａにおいて、第２の増幅回路１２０ａは、入力抵抗Ｒ３と並列に接続された入力コンデンサＣ２を備えるという点で、図２に示した第２の増幅回路１２０と相違する。

【0063】

第１の変形例に係る増幅器１４ａについては、図２に示した増幅器１４との相違点について主に説明し、図２に示した増幅器１４と同等又は類似する点については、適宜説明を省略する。

【0064】

第１の増幅回路１１０ａの周波数特性と第２の増幅回路１２０ａの周波数特性とは、第１の増幅回路１１０ａの帰還コンデンサＣ１の容量値と、第２の増幅回路１２０ａの入力コンデンサＣ２の容量値とを調整することによって、同等の周波数特性になるように調整されている。

【0065】

第１の増幅回路１１０ａの周波数特性と第２の増幅回路１２０ａの周波数特性とが同等の周波数特性になるように調整されていることについて、より詳細に説明する。

【0066】

第１の増幅回路１１０ａのゲインＧ１は、以下の式（１）のように表される。

【数1】

ただし、Ｚ_Ｒ１は入力抵抗Ｒ１のインピーダンスであり、Ｚ_Ｒ２は帰還抵抗Ｒ２のインピーダンスであり、Ｚ_Ｃ１は帰還コンデンサＣ１のインピーダンスである。

【0067】

第２の増幅回路１２０ａのゲインＧ２は、以下の式（２）のように表される。

【数2】

ただし、Ｚ_Ｒ３は入力抵抗Ｒ３のインピーダンスであり、Ｚ_Ｒ４は帰還抵抗Ｒ４のインピーダンスであり、Ｚ_Ｃ２は入力コンデンサＣ２のインピーダンスである。

【0068】

第２の増幅回路１２０ａのゲインＧ２は、第１の増幅回路１１０ａのゲインＧ１よりも大きい。

【0069】

式（１）を参照すると、帰還コンデンサＣ１のインピーダンスであるＺ_Ｃ１は、周波数が高くなると小さくなるため、第１の増幅回路１１０ａのゲインＧ１は、周波数が高くなると小さくなる。すなわち、ゲインが小さい方の第１の増幅回路１１０ａは、帰還コンデンサＣ１によって、周波数帯域が狭くなる。

【0070】

式（２）を参照すると、入力コンデンサＣ２のインピーダンスであるＺ_Ｃ２は、周波数が高くなると小さくなるため、第２の増幅回路１２０ａのゲインＧ２は、周波数が高くなると大きくなる。すなわち、ゲインが大きい方の第２の増幅回路１２０ａは、入力コンデンサＣ２によって、周波数帯域が広くなる。

【0071】

このように、帰還コンデンサＣ１によって、ゲインが小さい方の第１の増幅回路１１０ａ周波数帯域が狭くなるように調整し、入力コンデンサＣ２によって、ゲインが大きい方の第２の増幅回路１２０ａの周波数帯域が広くなるように調整することによって、第１の増幅回路１１０ａの周波数特性と第２の増幅回路１２０ａの周波数特性とが同等の周波数特性になるように調整することができる。

【0072】

（第２の変形例）
図６は、第２の変形例に係る増幅器１４ｂの概略構成を示す図である。図６を参照して、第２の変形例に係る増幅器１４ｂについて説明する。

【0073】

第２の変形例に係る増幅器１４ｂは、第１の増幅回路１１０ｂと、第２の増幅回路１２０ｂと、リレー１３０と、抑制抵抗Ｒ５と、抑制抵抗Ｒ６と、抑制抵抗Ｒ７とを備える。

【0074】

第２の変形例に係る増幅器１４ｂにおいて、第１の増幅回路１１０ｂは、図５に示した第１の増幅回路１１０ａと同等である。また、第２の増幅回路１２０ｂは、図５に示した第２の増幅回路１２０ａと同等である。

【0075】

第２の変形例に係る増幅器１４ｂは、抑制抵抗Ｒ５と、抑制抵抗Ｒ６と、抑制抵抗Ｒ７とを備えているという点で、図５に示した第１の変形例に係る増幅器１４ａと相違する。

【0076】

第２の変形例に係る増幅器１４ｂについては、図５に示した第１の変形例に係る増幅器１４ａとの相違点について主に説明し、図５に示した第１の変形例に係る増幅器１４ａと同等又は類似する点については、適宜説明を省略する。

【0077】

抑制抵抗Ｒ５は、リレー１３０の入力部に設けられている。

【0078】

リレー１３０と入力抵抗Ｒ１との間の配線によるインダクタンス、及び、リレー１３０と入力抵抗Ｒ３との間の配線によるインダクタンスは、高周波においてインピーダンスが増加する。そのため、これらの配線によるインダクタンスは、第１の増幅回路１１０ｂ及び第２の増幅回路１２０ｂの周波数特性に影響を与えるが、抑制抵抗Ｒ５を設けることにより、これらの配線によるインダクタンスの影響を抑制することができる。

【0079】

抑制抵抗Ｒ６は、第１の増幅回路１１０ｂの出力部とリレー１３０との間に設けられている。抑制抵抗Ｒ７は、第２の増幅回路１２０ｂの出力部とリレー１３０との間に設けられている。

【0080】

リレー１３０とオペアンプ１１１の出力部との間の配線によるインダクタンス、及び、リレー１３０とオペアンプ１２１の出力部との間の配線によるインダクタンスは、高周波においてインピーダンスが増加する。そのため、これらの配線によるインダクタンスは、第１の増幅回路１１０ｂ及び第２の増幅回路１２０ｂの周波数特性に影響を与えるが、抑制抵抗Ｒ６及び抑制抵抗Ｒ７を設けることにより、これらの配線によるインダクタンスの影響を抑制することができる。

【0081】

なお、図６においては、増幅器１４ｂが、抑制抵抗Ｒ５、抑制抵抗Ｒ６及び抑制抵抗Ｒ７を備える構成を示しているが、増幅器１４ｂは、抑制抵抗Ｒ５、抑制抵抗Ｒ６及び抑制抵抗Ｒ７の全てを備えていなくてもよい。例えば、増幅器１４ｂは、抑制抵抗Ｒ５を備え、抑制抵抗Ｒ６及び抑制抵抗Ｒ７を備えていなくてもよい。また、増幅器１４ｂは、抑制抵抗Ｒ６及び抑制抵抗Ｒ７を備え、抑制抵抗Ｒ５を備えていなくてもよい。

【0082】

（第３の変形例）
図７は、第３の変形例に係る増幅器１４ｃの概略構成を示す図である。図７を参照して、第３の変形例に係る増幅器１４ｃについて説明する。

【0083】

第３の変形例に係る増幅器１４ｃは、第１の増幅回路１１０ｃと、第２の増幅回路１２０と、リレー１３０とを備える。

【0084】

第３の変形例に係る増幅器１４ｃにおいて、第１の増幅回路１１０ｃは、ローパスフィルタ１１２をさらに備えるという点で、図２に示した第１の増幅回路１１０と相違する。

【0085】

第３の変形例に係る増幅器１４ｃについては、図２に示した増幅器１４との相違点について主に説明し、図２に示した増幅器１４と同等又は類似する点については、適宜説明を省略する。

【0086】

第１の増幅回路１１０ｃにおいて、ローパスフィルタ１１２は、オペアンプ１１１の出力部とリレー１３０との間に設けられている。

【0087】

第３の変形例に係る増幅器１４ｃにおいて、第１の増幅回路１１０ｃの周波数特性と第２の増幅回路１２０の周波数特性とは、ローパスフィルタ１１２の周波数特性を調整することによって、同等の周波数特性になるように調整されている。

【0088】

第１の増幅回路１１０ｃの周波数特性と第２の増幅回路１２０の周波数特性とが同等の周波数特性になるように調整されていることについて、より詳細に説明する。

【0089】

第２の増幅回路１２０のゲインは、第１の増幅回路１１０ｃのゲインよりも大きい。

【0090】

通常、特に周波数特性が調整されていなければ、ゲインの小さい第１の増幅回路１１０ｃの方が、ゲインの大きい第２の増幅回路１２０よりも広い周波数帯域を有する。

【0091】

第１の増幅回路１１０ｃは、ローパスフィルタ１１２を備えていることにより、周波数帯域を狭くし、第２の増幅回路１２０の周波数特性と同等の周波数特性になるように、周波数特性を調整している。

【0092】

（第４の変形例）
図８は、第４の変形例に係る増幅器１４ｄの概略構成を示す図である。図８を参照して、第４の変形例に係る増幅器１４ｄについて説明する。

【0093】

第４の変形例に係る増幅器１４ｄは、第１の増幅回路１１０ｄと、第２の増幅回路１２０と、リレー１３０とを備える。

【0094】

第１の増幅回路１１０ｄは、ローパスフィルタ１１２を備える。

【0095】

第４の変形例に係る増幅器１４ｄにおいて、第１の増幅回路１１０ｄは、ローパスフィルタ１１２のみを備え、入力抵抗Ｒ１、帰還抵抗Ｒ２及びオペアンプ１１１を備えていないという点で、図７に示した第１の増幅回路１１０ｃと相違する。

【0096】

第４の変形例に係る増幅器１４ｄについては、図７に示した第３の変形例に係る増幅器１４ｃとの相違点について主に説明し、図７に示した第１の変形例に係る増幅器１４ｃと同等又は類似する点については、適宜説明を省略する。

【0097】

第１の増幅回路１１０ｄは、入力抵抗Ｒ１、帰還抵抗Ｒ２及びオペアンプ１１１を備えていないため、ゲインが１倍の増幅器である。

【0098】

第１の増幅回路１１０ｄは、入力抵抗Ｒ１、帰還抵抗Ｒ２及びオペアンプ１１１を備えていないため、ローパスフィルタ１１２を備えていなければ、ほとんど高周波で減衰しない周波数特性を有するが、ローパスフィルタ１１２で周波数特性を調整することにより、第１の増幅回路１１０ｄの周波数特性が、第２の増幅回路１２０の周波数特性と同等の周波数特性になるように調整することができる。

【0099】

（第５の変形例）
図９は、第５の変形例に係る増幅器１４ｅの概略構成を示す図である。図９を参照して、第５の変形例に係る増幅器１４ｅについて説明する。

【0100】

第５の変形例に係る増幅器１４ｅは、第１の増幅回路１１０ｂと、第２の増幅回路１２０ｂと、リレー１３０と、第３の増幅回路１４０と、第４の増幅回路１５０と、リレー１６０とを備える。リレー１６０は、特許請求の範囲における「他のリレー」に対応する。

【0101】

第５の変形例に係る増幅器１４ｅは、第３の増幅回路１４０と、第４の増幅回路１５０と、リレー１６０とを備えるという点で、図２に示した増幅器１４と相違する。

【0102】

第５の変形例に係る増幅器１４ｅについては、図２に示した増幅器１４との相違点について主に説明し、図２に示した増幅器１４と同等又は類似する点については、適宜説明を省略する。

【0103】

第３の増幅回路１４０と第４の増幅回路１５０とは、ゲインが異なる増幅回路である。第５の変形例においては、第４の増幅回路１５０のゲインが第３の増幅回路１４０のゲインより大きい場合を例に挙げて説明する。

【0104】

第３の増幅回路１４０の周波数特性と第４の増幅回路１５０の周波数特性とは、同等の周波数特性になるように調整されている。

【0105】

第３の増幅回路１４０と第４の増幅回路１５０とは、独立して構成されているため、それぞれ個別に周波数特性を調整することが可能である。そのため、第３の増幅回路１４０と第４の増幅回路１５０とは、異なるゲインであっても、第３の増幅回路１４０の周波数特性と第４の増幅回路１５０の周波数特性とが、同等の周波数特性になるように調整することが可能である。

【0106】

リレー１６０は、第３の増幅回路１４０と第４の増幅回路１５０のいずれで差動増幅器１３の出力信号を増幅するかを切り替える。リレー１６０は、任意の構成のリレーであってよい。

【0107】

リレー１６０の入力部は、リレー１３０出力部と接続されている。すわなち、第１の増幅回路１１０の出力部又は第２の増幅回路１２０の出力部と、第３の増幅回路１４０の入力部又は第４の増幅回路１５０の入力部とは、リレー１３０及びリレー１６０を介して接続されている。

【0108】

リレー１６０の出力部は、出力ポートＰ２に接続されている。

【0109】

第３の増幅回路１４０は、反転増幅回路である。第３の増幅回路１４０は、入力抵抗Ｒ８と、帰還抵抗Ｒ９と、オペアンプ１４１とを備える。

【0110】

入力抵抗Ｒ８の一端は、リレー１６０を介してリレー１３０の出力部に接続可能である。入力抵抗Ｒ８の他端は、帰還抵抗Ｒ９の一端と、オペアンプ１４１の反転入力端子とに接続されている。

【0111】

帰還抵抗Ｒ９の他端は、オペアンプ１４１の出力端子と接続され、リレー１６０を介して出力ポートＰ２に接続可能である。

【0112】

第４の増幅回路１５０は、反転増幅回路である。第４の増幅回路１５０は、入力抵抗Ｒ１０と、帰還抵抗Ｒ１１と、オペアンプ１５１とを備える。

【0113】

入力抵抗Ｒ１０の一端は、リレー１６０を介してリレー１３０の出力部に接続可能である。入力抵抗Ｒ１０の他端は、帰還抵抗Ｒ１１の一端と、オペアンプ１５１の反転入力端子とに接続されている。

【0114】

帰還抵抗Ｒ１１の他端は、オペアンプ１５１の出力端子と接続され、リレー１６０を介して出力ポートＰ２に接続可能である。

【0115】

第３の増幅回路１４０の周波数特性と第４の増幅回路１５０の周波数特性とは、第３の増幅回路１４０の入力抵抗Ｒ８及び帰還抵抗Ｒ９の抵抗値と、第４の増幅回路１５０の入力抵抗Ｒ１０及び帰還抵抗Ｒ１１の抵抗値とを調整することによって、同等の周波数特性になるように調整されている。

【0116】

第５の変形例に係る増幅器１４ｅは、第１の増幅回路１１０、第２の増幅回路１２０及びリレー１３０で構成される前段と、第３の増幅回路１４０、第４の増幅回路１５０及びリレー１６０で構成される後段とを直列に接続することにより、以下の４種類のゲインを選択することができる。
・第１の増幅回路１１０及び第３の増幅回路１４０で増幅する
・第１の増幅回路１１０及び第４の増幅回路１５０で増幅する
・第２の増幅回路１２０及び第３の増幅回路１４０で増幅する
・第２の増幅回路１２０及び第４の増幅回路１５０で増幅する

【0117】

本開示は、その精神又はその本質的な特徴から離れることなく、上述した実施形態以外の他の所定の形態で実現できることは当業者にとって明白である。従って、先の記述は例示的であり、これに限定されない。開示の範囲は、先の記述によってではなく、付加した請求項によって定義される。あらゆる変更のうちその均等の範囲内にあるいくつかの変更は、その中に包含される。

【0118】

例えば、上述した各構成部の配置及び個数等は、上記の説明及び図面における図示の内容に限定されない。各構成部の配置及び個数等は、その機能を実現できるのであれば、任意に構成されてもよい。

【0119】

例えば、本実施形態においては、第１の増幅回路１１０及び第２の増幅回路１２０が反転増幅器の構成の場合を例に挙げて説明したが、第１の増幅回路１１０及び第２の増幅回路１２０は、反転増幅器以外の構成の増幅器であってもよい。

【0120】

例えば、図５に示した第１の変形例に係る増幅器１４ａが備えている帰還コンデンサＣ１及び入力コンデンサＣ２は、他の変形例に係る増幅器が備えていてもよい。

【0121】

例えば、図６に示した第２の変形例に係る増幅器１４ｂが備えている抑制抵抗Ｒ５、抑制抵抗Ｒ６及び抑制抵抗Ｒ７は、図２に示した一実施形態に係る増幅器１４又は他の実施形態に係る増幅器が備えていてもよい。

【0122】

例えば、図７に示した第３の変形例に係る増幅器１４ｃが備えているローパスフィルタ１１２は、他の変形例に係る増幅器が備えていてもよい。

【0123】

例えば、本実施形態においては、第１の増幅回路１１０の周波数特性と第２の増幅回路１２０の周波数特性とを同等の周波数特性とするようにしているが、敢えて異なる周波数特性を持たせてもよい。例えば、一方にローパスフィルタの特性を持たせ、他方にハイパスフィルタの特性を持たせてもよい。また、例えば、一方にローパスフィルタの特性を持たせ、他方にバンドパスフィルタの特性を持たせてもよい。これにより、差動プローブ１は、複数の周波数特性を切り替えることが可能となる。

【符号の説明】

【0124】

１ 差動プローブ
１１ 第１のアッテネータ
１２ 第２のアッテネータ
１３ 差動増幅器
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ 増幅器
２１ 入力端子
２２ 入力端子
２３ 出力端子
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ 第１の増幅回路
１１１ オペアンプ
１１２ ローパスフィルタ
１２０、１２０ａ、１２０ｂ 第２の増幅回路
１２１ オペアンプ
１３０ リレー
１４０ 第３の増幅回路
１４１ オペアンプ
１５０ 第４の増幅回路
１５１ オペアンプ
１６０ リレー
２００ 増幅器
２０１ オペアンプ
Ｐ１ 入力ポート
Ｐ２ 出力ポート
Ｃ１ 帰還コンデンサ
Ｃ２ 入力コンデンサ
Ｒ１、Ｒ３、Ｒ８、Ｒ１０ 入力抵抗
Ｒ２、Ｒ４、Ｒ９、Ｒ１１ 帰還抵抗
Ｒ５～Ｒ７ 抑制抵抗
Ｒ２１、Ｒ２２ 入力抵抗
Ｒ２３ 帰還抵抗
ＳＷ スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】