TDR(タイムドメイン)測定における出力パワーの設定は、**「S/N比(信号対雑音比)」「DUTの線形性(飽和)」**のトレードオフになります。4 dBmと10 dBmでは、特にダイナミックレンジと測定波形の安定性に顕著な差が現れます。


1. S/N比と波形の「太さ(ノイズ)」への影響

TDR波形は周波数ドメインのデータを逆フーリエ変換(IFFT)して生成されるため、各周波数ポイントでの測定精度が時間軸のノイズとして現れます。

  • 10 dBm の場合:

    • パワーが高いほど、レシーバ側で受ける信号のS/N比が向上します。

    • 結果として、時間軸上のインピーダンス波形が**「細く、安定して」**見えます。微小な不連続点(コネクタのわずかな隙間など)を判別しやすくなります。

  • 4 dBm の場合:

    • 10 dBmに比べ、相対的にノイズフロアが近く見えるため、波形にわずかな「ジッタ(太さ)」が生じることがあります。


2. DUT(デバイス)の飽和と非線形歪み

ここが最も注意すべき点です。TDR測定は「線形なシステム」を前提として計算されます。

  • 受動素子(ケーブル、基板配線、コネクタ):

    • これらは線形素子なので、**10 dBm(あるいはそれ以上)**で測定しても問題ありません。むしろパワーを上げたほうが、ケーブルの損失に打ち勝って正確なインピーダンスを測定できます。

  • 能動素子(アンプ、保護ダイオード付回路):

    • 10 dBm は、多くの半導体デバイスにとって「過大入力」になる可能性があります。

    • デバイス内部の保護ダイオードがONになったり、レシーバが飽和したりすると、周波数ドメインで高調波歪みが発生します。

    • これをIFFTすると、時間軸上で**「ゴースト(本来存在しない反射)」**や、インピーダンス値の異常な跳ね上がりとして現れ、正しい解析ができなくなります。

    • このような場合は、4 dBm またはそれ以下に下げ、デバイスが線形領域(小信号領域)で動作するように調整する必要があります。


3. 校正(Calibration)への影響

VNAの校正は通常、特定のパワーレベルで行われます。

  • パワーを変えたら再校正:

    4 dBmで校正した状態で、測定時だけ10 dBmに上げると、レシーバの直線性(リニアリティ)の誤差により、正確なインピーダンス値が得られなくなります。パワーを変更した場合は、その都度校正をやり直すのが鉄則です。


4. まとめ:どちらを選ぶべきか?

測定対象 推奨パワー 理由
純粋な配線・コネクタ 10 dBm S/N比を稼ぎ、インピーダンスの微小変化をクリアに捉えるため。
RFSoCピン・アクティブ回路 4 dBm 以下 デバイスの入力を飽和させず、保護回路を動作させないため。
長尺ケーブル(高損失) 10 dBm ケーブルの減衰によってレシーバに届く信号が弱まるのを補うため。

現在評価されている1.8V系の回路やRFSoCのポートを直接叩く(TDR測定する)のであれば、まずは 4 dBm(あるいは0 dBm程度) から開始し、波形が飽和(不自然なクリップや歪み)していないかを確認しながらパワーを上げるのが安全なアプローチです。

特に1.8V電源ラインのインピーダンス測定(PDN解析)の場合、10 dBm(約2V p-p)の信号は電源電圧そのものを揺らしてしまう可能性があるため、低めのパワー設定が推奨されます。

(10 dBmは10mW。 Vrms = 0.707 V。 Vpp​ では Vpp= Vrms×2√20.707×2.8282.00 V)


3. 実務上の注意点:1.8V系デバイスへの影響

現在評価されている 1.8V電源ラインRFSoCのI/Oピン に対して 10 dBm を入力する場合、以下のリスクを考慮する必要があります。

  • 絶対最大定格の超過: 1.8Vで動作するデバイスにとって、2.0 V p-p の信号は(オフセットが0Vだとしても)プラス側に +1.0V、マイナス側に -1.0V 振れることになります。

  • 保護ダイオードの導通: 多くのデジタルICの入力には、GNDや電源電圧(VDD)への保護ダイオードが入っています。-1.0V 側は確実にGND側のダイオードを順方向にバイパスさせ、波形がクリップ(歪み)します。

  • オフセットの重畳: VNAの出力は通常DCカットされていますが、もしバイアスティーなどを使わずに直接1.8Vラインに繋ぐと、VNAの50Ω終端(GND)を通じて電源がショート気味になり、デバイスにダメージを与えるか、VNAのレシーバが破損する恐れがあります。

まとめ

10 dBm(2.0 V p-p)は、純粋な受動素子の測定には適していますが、1.8V系の活電部やICピンの測定には強すぎます。

安全策として、まずは -10 dBm (約 0.2 V p-p) 程度から開始し、S/N比が足りない場合に少しずつ上げていくのが、RFSoCなどの高価なデバイスを保護する上でのセオリーです。

 

 

出典:Google Gemini (Gemini は AI であり、間違えることがあります。)

 

 

 

PR:

SMM3000Xシリーズ 高精度ソースメジャーユニット

・表示桁数:6½桁(2,100,000カウント)
・最大サンプリングレート:100,000ポイント/秒
・プログラミング/測定の最小分解能:10 fA / 100 nV
・最大出力:±210 V / ±3.03 A(DC)/ ±10.5 A(パルス)
・DC、パルス、スキャン、リスト出力に対応。最小パルス幅は50μs
・グラフ表示とデジタル表示を備えた5インチのタッチスクリーン

・SMM3311X(1ch) / SMM3312X(2ch)

・価格:90万円~

・USB VNA

・Coming soon

SDS8000Aシリーズ オシロスコープ

特長と利点
4チャンネル + 外部トリガーチャンネル
アナログチャンネル帯域幅:最大16GHz(8/13/16GHz)
リアルタイムサンプリングレート:最大40GSa/s(全チャンネル同時)
12ビットADC
低ノイズフロア:16GHz帯域幅で176μVrms
SPOテクノロジー
・ 波形キャプチャレート:最大200,000フレーム/秒
・ 256段階の波形輝度と色温度表示をサポート
・ 最大2Gポイント/チャンネルのストレージ容量
・ デジタルトリガー

・Coming soon

SSG6M80Aシリーズ
マルチチャネル・コヒーレント・マイクロ波信号発生器
主な特長
・最大周波数 13.6 GHz/20 GHz
・出力周波数分解能 最大0.001 Hz
・位相ノイズ < -136 dBc/Hz @ 1 GHz、オフセット 10 kHz(測定値)
・コヒーレントモード、搬送周波数 = 10 GHz、周囲温度変動 ±2℃、観測時間 5時間、位相変動 < 1.5°
・チャンネル間の周波数、振幅、位相を個別に調整可能。単一デバイスチャンネル同期および複数デバイスチャンネル位相同期をサポート。位相メモリ機能搭載
・アナログ変調、パルス変調(オプション)

・Coming soon

 

 

SSA6000A Series Signal Analyzer

Main Features
・Measurement Frequency Range: 2 Hz ~ 50 GHz
・IQ Analysis Bandwidth: 1.2 GHz
・Real-time Spectrum Analysis Bandwidth: 400 MHz
・Phase Noise: -123 dBc/Hz @ 1 GHz, 10 kHz offset
・DANL: Less than -165 dBm/Hz
・Demodulation and analysis of signals from multiple mobile communication standards including 5G NR, LTE/LTE-A, WLAN, and IoT, as well as wireless connections.

・Coming soon

 

SNA6000A Series Vector Network Analyzer

Key Features
・Frequency Range: 100 kHz ~ 50 GHz
・Dynamic Range: 135 dB
・IF Bandwidth Range: 1 Hz ~ 10 MHz
・Output Power Setting Range: -60 dBm ~ +20 dBm
・Supports 4-port (2-source) S-parameter measurements, differential (balanced) measurements, time-domain analysis, scalar mixer measurements, etc.
・Optional accessories include electronic calibration kits, switch matrix, and mechanical switches.
・AFR

 

 

 

お礼、

T&Mコーポレーションは設立5年ですが、おかげさまで業績を着実に伸ばしており、
オフィスを港区芝(最寄り駅浜松町)に移転し、スペースも拡大いたしました。
電子計測器業界の「ゲームチェンジャー」として、高性能/高信頼/低価格/短納期を武器に
T&Mコーポレーションはお客様のご予算を最大限生かす製品群をご提案させていただいております。

 

 

 

関連製品

関連製品