JP4761051B2 - アイパターン測定方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノイズが多いなどの条件が悪い場合でも正確にアイパターンの特性値を算出することができる、アイパターン測定方法およびその装置に関するものである。

アイパターンは変動するデジタル信号波形を手軽に評価する手法であり、デジタル信号のアナログ的な要素を統計的・定性的に把握することができる。図１１はアイパターンの作成方法を模式的に示したものである。図１１において、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれクロック、測定信号の波形であり、（Ｃ）はアイパターンである。（Ｂ）の測定信号を（Ａ）のクロックの立ち上がり点で分割して重ね書きすることにより、（Ｃ）のアイパターンを得ることができる。

図１２はアイパターンの特性パラメータを表した図である。図１２において、１０はアイパターン、１１はアイパターン１０の電圧方向のヒストグラム、１２は時間方向のヒストグラムであり、Vcrossingはアイパターン１０の電圧方向のクロス点、Tcrossing1、Tcrossing2は時間方向のクロス点、Vtopはアイパターン１０の頂辺、Vbaseは底辺である。また、ｗは各ピークの３σ（σは標準偏差）の幅を表す。

Eye Widthは時間方向クロス点間の間隔、Eye Heightは電圧方向の頂辺と底辺間の間隔である。このTcrossing1、Tcrossing2、Vcrossing 、Vtop 、Vbase 、Eye Width、Eye Height等のパラメータを評価することにより、信号の品質を評価することができる。

図１３にアイパターン表示装置の構成例を示す。このアイパターン表示装置は、デジタルオシロスコープの機能の一部として実現されている。図１３において、測定信号２０はＡＤ変換器２２でデジタル信号に変換される。このデジタル信号は、クロック２１の立ち上がりのタイミングで分割され、メモリ２３に格納される。表示処理部２４はこの分割された信号を重ね書き処理してアイパターンを作成する。ＣＰＵ２５は、表示処理部２４が作成したアイパターンからEye Width、Eye Height等のパラメータを算出し、アイパターンと共に表示部２６に表示する。
特表２００６−５０３２９５

しかし、このような構成のアイパターン表示装置は、ノイズが非常に大きい場合、表示されているアイの数が多い場合、立ち上がりが非常に俊敏な場合、クロス点が上側（Vtop）あるいは下側（Vbase）に大幅に偏っている場合等、特殊な形のアイパターンを安定に測定できないという課題があった。

図１４（Ａ）はノイズが非常に大きいアイパターンの例である。このようなアイパターンは線幅が広いためにヒストグラムのピークがブロードになり、Eye Width、Eye Height等のパラメータを正確に算出することができず、信号を正確に評価することができない。

同図（Ｂ）は立ち上がりが非常に俊敏なアイパターンの例である。このようなアイパターンはクロス点を正確に特定することは困難であり、特性を正確に測定することができない。

同図（Ｃ）はクロス点が大幅に上（Vtop）側に偏っているアイパターンの例である。このようなアイパターンも正確に測定は困難である。

従って本発明の目的は、図１４に掲げたような特殊なアイパターンであっても正確に評価することができるアイパターン測定方法およびその装置を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
一連の電圧信号を所定の周波数を有するクロックに基づいて分割し、この分割したデータを重ね書きしてアイパターンを作成して、このアイパターンの特性を測定するアイパターン測定方法において、
前記アイパターンの全域について電圧方向のヒストグラムを作成し、このヒストグラムの下側のピーク位置を仮のbase、上側のピーク位置を仮のtopとする第１の工程と、
前記仮のtop、仮のbaseの間の所定の範囲について、時間方向のヒストグラムを作成し、このヒストグラムの過去側から順番に２つのピークを抽出する第２の工程と、
前記第２の工程で抽出した２つのピークの各々について、最大値を取る範囲を複数の領域に分割し、この分割した領域の各々について電圧方向のヒストグラムを作成し、これらのヒストグラムのうち、分散値が最も小さいヒストグラムの前記分割した領域の位置をそれぞれTcrossing1、Tcrossing2とし、分散値の平均値をVcrossingとする第３の工程と、
前記Tcrossing1およびTcrossing2の間の所定の範囲について、電圧方向のヒストグラムを作成し、このヒストグラムの前記Vcrossingより上側の平均値をVtop、下側の平均値をVbaseとする第４の工程と、
を具備したものである。

これらにより、特殊なアイパターンでも、正確に特性を算出することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記第２の工程における所定の範囲を、仮のbaseと仮のtopで挟まれた領域の２０〜８０％の範囲としたものである。

これにより、ノイズの影響を除去できる。

請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２記載の発明において、
前記第４の工程における所定の範囲を、Tcrossing1とTcrossing2で挟まれた領域の４０〜６０％の範囲としたものである。ノイズの影響を除去できる。

請求項４記載の発明は、請求項１若しくは請求項３いずれかに記載の発明において、
複数のアイパターンについて前記Tcrossing1、Tcrossing2、Vcrossing、Vtop、Vbaseを求め、これらの値の統計量を演算するようにしたものである。

これにより、信頼性の高い測定ができる。

請求項５記載の発明は、
一連の電圧信号を所定の周波数を有するクロックに基づいて分割し、この分割したデータを重ね書きしてアイパターンを作成して、このアイパターンの特性を測定するアイパターン測定装置において、
前記電圧信号を所定の周波数を有するクロックに基づいて分割したデータからアイパターンデータを作成して出力するアイパターン作成部と、
前記アイパターン作成部が作成したアイパターンデータが入力され、アイパターン全域について電圧方向のヒストグラムを作成し、このヒストグラムの下側のピーク位置および上側のピーク位置から仮のbaseおよび仮のtopを算出する仮top/base算出部と、
前記仮top/base算出部および前記アイパターン作成部の出力が入力され、前記仮のtopおよび仮のbaseで挟まれた領域内の、所定範囲について時間方向のヒストグラムを作成する時間方向ヒストグラム作成部と、
前記時間方向ヒストグラム作成部が作成したヒストグラムデータが入力され、このヒストグラムの過去側から２つのピークを抽出するピーク抽出部と、
前記ピーク抽出部および前記アイパターン作成部の出力が入力され、前記ピーク抽出部が検出したピークについて、最大値を取る範囲を複数の領域に分割し、この分割した領域の各々について電圧方向のヒストグラムを作成し、これらのヒストグラムのうち、分散値が最も小さいヒストグラムの前記分割した領域の位置をそれぞれTcrossing1、Tcrossing2とし、分散値の平均値をVcrossingとして、これらの値を出力するクロス点検出部と、
前記クロス点検出部および前記アイパターン作成部の出力が入力され、前記Tcrossing1、Tcrossing2間の所定範囲の電圧方向のヒストグラムを作成し、このヒストグラムの前記Vcrossingより上方の平均値をVtop、下方の平均値をVbaseとして、これらの値を出力するVtop/Vbase算出部と、
前記クロス点検出部および前記Vtop/Vbase算出部の出力が入力され、これらの入力値を表示し、また外部に出力する出力部と、
を具備したものである。

これにより、特殊なアイパターンでも、正確に特性を算出することができる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、
前記時間方向ヒストグラム作成部が使用する、仮のtopと仮のbase間の所定範囲を設定する設定部を具備したものである。

これにより、ごく特殊な形状のアイパターンに対応できる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
アイパターンの所定範囲の時間方向ヒストグラムから２つのピークを抽出し、これらピークの各々について、最大値を取る領域を分割してこの領域の電圧方向のヒストグラムを求め、このヒストグラムの分散値が最小になる点をTcrossing1、Tcrossing2とし、平均値をVcrossingとする。また、Tcrossing1、Tcrossing2間の所定範囲の電圧方向ヒストグラムを求め、上側の平均値をVtop、下側の平均値をVbaseとする。

これらの値からアイパターンの特性を測定することにより、従来測定が困難であったノイズが非常に多いアイパターンや、表示されているアイの数が多いアイパターンでも、その特性を測定できるという効果がある。

また、時間方向のヒストグラムを作成する範囲を設定できるようにすることにより、開口部が小さいアイや、クロス点が上あるいは下に大幅に偏っているアイパターンの特性を測定することができるという効果もある。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るアイパターン測定方法の一実施例を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、アイパターンの垂直方向を電圧、水平方向を時間とし、下方を低電圧側、左方を過去側とする。

図１において、工程（Ｓ−１）でアイパターンの垂直方向、水平方向の全域（０〜１００％）について垂直方向のヒストグラムを作成し、下側のピーク位置を仮のbase、上側のピーク位置を仮のtopとする。図２を用いてこの操作を説明する。図２（Ａ）はアイパターン、（Ｂ）はこのアイパターンの垂直方向のヒストグラムである。このヒストグラムには２つのピーク３０と３１が存在する。上側のピーク３０のピーク位置（頻度が最も高い位置）を仮のtop、下側のピーク３１のピーク位置を仮のbaseとする。

次に、工程（Ｓ−２）で、仮のbaseを０％、仮のtopを１００％としたときの、垂直方向が２０〜８０％で水平方向が全域（０〜１００％）範囲の水平方向ヒストグラムを作成する。そして、工程（Ｓ−３）でこのヒストグラムを左側からスキャンし、最初のピークをPeak2-1、次のピークをPeak2-2とする。

この工程（Ｓ−２）と（Ｓ−３）を、図３を用いて説明する。図３（Ａ）はアイパターン、（Ｂ）は工程（Ｓ−２）で求めるヒストグラムである。アイパターンの右側に記されている仮のbase、仮のtopは工程（Ｓ−１）で求めたものであり、斜線部３２はこの仮のbaseを０％、仮のtopを１００％としたときの、２０〜８０％の領域を表している。この領域３２の水平方向のヒストグラムが（Ｂ）であり、そのピークを左側からPeak2-1、Peak2-2とする。この例ではヒストグラムのピークは２つのみなので、左側のピークをPeak2-1、右側のピークをPeak2-2とする。なお、本発明で注目するヒストグラムのピークは、表示画面上で０から立ち上がって０まで立ち下がっているピークのみとする。

図４にヒストグラムのピークが３つ以上ある場合の例を示す。図４において、（Ａ）、（Ｃ）はアイパターン、（Ｂ）はアイパターンＡのヒストグラム、（Ｄ）はアイパターンＣのヒストグラムである。なお、３２は図３と同様２０〜８０％の領域を示す。

（Ｂ）からわかるように、アイパターンＡに対応するヒストグラムには４つのピークが存在する。この左端のピークをPeak2-1、その次のピークをPeak2-2とする。（Ｄ）のヒストグラムは５つのピークを有するが、左端のピークは途中から始まり０から立ち上がっていないので注目ピークとはせず、２番目のピークをPeak2-1、その次のピークをPeak2-2とする。なお、領域３２を定める２０％、８０％の値を固定値にしないで、ユーザが設定できるようにすると、多様なアイパターンに対応させることができる。

次に、工程（Ｓ−４）でPeak2-1の最大値を求め、この最大値を取る範囲をTcrossing1Rangeとする。同様にして、Peak2-2の最大値を求め、この最大値を取る範囲をTcrossing2Rangeとする。図５によって、Tcrossing1Rangeを求める例を示す。なお、Tcrossing2Rangeも同じ手順で求めることができるので、Tcrossing1Rangeで説明する。図５（Ａ）、（Ｃ）はクロス点付近のアイパターン、（Ｂ）、（Ｄ）はそれぞれアイパターンＡ、Ｃに対応するヒストグラムである。なお、斜線部３２は図３と同様２０〜８０％の領域を表し、ヒストグラム（Ｂ）、（Ｄ）はこの領域３２の水平方向のヒストグラムである。

図５（Ａ）はクロス点が中央付近に位置する比較的正常なアイパターンの例である。この場合は、（Ｂ）に示すようにヒストグラムは単純な形になる。（Ｃ）はクロス点が上側（仮のTopに近い点）に位置するアイパターンの例であり、ヒストグラム（Ｄ）は比較的複雑な形になる。いずれもヒストグラムの最大値を求め、この最大値がとる範囲（平坦な部分）をTcrossing1Rangeとする。

次に、工程（Ｓ−５）でクロス点の水平位置であるTcrossing1、Tcrossing2を求める。Tcrossing1、Tcrossing2はクロス点なので、それぞれTcrossing1Range、Tcrossing2Range内かその付近にあるはずである。

Tcrossing1を求めるために、Tcrossing1Rangeを水平方向の最小分解能で分割し、この分割した範囲のそれぞれについてヒストグラムを作成して、このヒストグラムの分散値が最も小さい水平方向の点（位置）をTcrossing1とする。また、この分散値が最も小さいヒストグラムの平均値をVcrossingとする。同様にして、Tcrossing2Rangeを水平方向の最小分解能で分割し、この分割した範囲のそれぞれについてヒストグラムを作成して、このヒストグラムの分散値が最も小さい水平方向の点（位置）をTcrossing2とする。なお、Vcrossingは、Tcrossing2を決定したヒストグラムの平均値から求めてもよい。

この工程（Ｓ−５）を図６により説明する。図６（Ａ）はアイパターン、（Ｂ）はヒストグラムである。領域３３の水平幅はTcrossing1Range、縦幅は領域３２と同じく仮のtopと仮のbaseの間の２０〜８０％である。領域３３内の縦線は、この領域３３を最小分解能で分割することを表している。（Ｂ）の複数個のヒストグラムは、分割された各領域のヒストグラムである。このヒストグラムの分散値が最も小さい水平点、この図ではピークが１つになった水平点をTcrossing1、このTcrossing1におけるヒストグラムの平均値をVcrossingとする。同様にして、Tcrossing2RangeからTcrossing2を求める。

次に、工程（Ｓ−６）でTcrossing1を０％、Tcrossing2を１００％としたときの、水平方向が４０〜６０％、垂直方向が全域（０〜１００％）範囲の垂直方向のヒストグラムを作成し、このヒストグラムのVcrossingから上側の平均値をVtop、下側の平均値をVbaseとする。

図７によりこの工程を説明する。図７（Ａ）はアイパターンであり、Tcrossing1、Tcrossing2、Vcrossingは工程（Ｓ−５）で求めた値である。斜線部３４は、Tcrossing1を０％、Tcrossing2を１００％としたときの、４０〜６０％の範囲である。（Ｂ）はこの斜線部３４のヒストグラムである。斜線部３４はクロス点を含まないので、（Ｂ）はVcrossingの両側にピークを有するヒストグラムになる。

このヒストグラムのVcrossingから上の部分の平均値をVtop、Vcrossingから下の部分の平均値をVbaseとする。図に示すように、Vcrossingの上と下に各１つのピークがあるので、Vtop、Vbaseはピークの位値にほぼ一致する。

最後に、工程（Ｓ−７）でTcrossing1、Tcrossing2、Vcrossing、Vtop、Vbaseのアイパターンの特性値から、信号を評価する。

図８に正常でないアイパターンの例を示す。従来このようなアイパターンを有する信号は正確な評価を行うことができなかった。図８（Ａ）はアイパターンの開口部が極端に狭いアイパターンの例である。このようなアイパターンは、工程（Ｓ−２）で仮のTop、仮のbaseの３５〜６５％間のデータでヒストグラムを作成し、ヒストグラムをアイの開口部に限定することで、Tcrossing1、Tcrossing2などのパラメータを正確に算出できる。

図８（Ｂ）はアイパターンの交点が仮のbaseに寄っている例である。このような場合、仮のbaseと仮のtop間の２０〜８０％にアイパターンの交点が入らない。そこで、アイパターンの交点が入るように工程（Ｓ−２）で仮のbaseと仮のtopの８〜９２％でヒストグラムを作成する。これにより、Tcrossing1、Tcrossing2などのパラメータを正確に求めることができる。

図９に、複数のアイパターンが同時に表示されている例を示す。このような場合は、アイパターン毎にTcrossing1、Tcorssing2などのパラメータを求め、そのサンプル数（アイパターンの数）、各パラメータの平均値、標準偏差等の統計値を出力することにより、少ないデータ数でも信頼性の高いパラメータ値を求めることができる。

図１０に本発明におけるアイパターン測定装置の構成例を示す。なお、図１３と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図１０において、測定信号とクロック信号はＡＤ変換器２２に入力される。ＡＤ変換器２２は測定信号をクロック信号の周期で分割してデジタル値に変換し、メモリ２３に格納する。パターン作成部４０はメモリ２３に格納されたデジタル値を読み込み、アイパターンデータを作成して出力する。

仮top/base算出部４１は、アイパターン作成部４０が作成したアイパターンデータに基づき、図１の工程（Ｓ−１）を実行する。すなわち、垂直方向のヒストグラムを作成して仮のtopと仮のbaseを算出する。

時間方向ヒストグラム作成部４３は、仮top/base算出部４１から入力される仮topと仮baseおよびアイパターンデータに基づき、図１の工程（Ｓ−２）を実行する。すなわち、指定範囲の時間方向のヒストグラムを作成する。

設定部４２は、時間方向ヒストグラム作成部４３が作成するヒストグラムの範囲を設定する。

ピーク抽出部４４は、図１の工程（Ｓ−３）に基づき、時間方向ヒストグラム作成部４３から入力されるヒストグラムに含まれる２つのピークを抽出する。

クロス点検出部４５は、ピーク抽出部４４が検出したピークデータおよびアイパターンデータを入力として、図１の工程（Ｓ−４）、（Ｓ−５）を実行する。すなわち、ピーク抽出部４４が求めたピークについて、最大値を取る範囲を水平方向の最小分解能で分割することによりこの分割範囲のヒストグラムを求め、Tcrossing1、Tcrossing2、Vcrossingを検出する。

Vtop/Vbase算出部４６は、クロス点検出部４５の出力およびアイパターンデータを入力として、図１の工程（Ｓ−６）を実行する。すなわち、Tcrossing1、Tcrossing2から求めた範囲について垂直方向のヒストグラムを作成し、Vtop、Vbaseを算出する。

出力部４７は、クロス点検出部４５およびVtop/Vbase算出部４６で検出または算出されたTcrossing1、Tcrossing2、Vcrossing、Vtop、Vbase等のパラメータを表示し、また外部に送信する。

このようにして正常でないアイパターンのパラメータTcrossing1、Tcrossing2、Vtop、Vbaseがわかると、これら正常でないアイパターンを表示するために必要な表示器の水平方向、垂直方向の倍率、オフセット等の最適値を知ることができる。そして、これらの最適値を用いて表示器の倍率やオフセットを自動的に調整するように構成することにより、最適なアイパターン表示を行うことができる。

本発明の一実施例を示すフローチャートである。 本発明の一実施例の手順を説明するための特性図である。 本発明の一実施例の手順を説明するための特性図である。 本発明の一実施例の手順を説明するための特性図である。 本発明の一実施例の手順を説明するための特性図である。 本発明の一実施例の手順を説明するための特性図である。 本発明の一実施例の手順を説明するための特性図である。 特殊なアイパターンを示す特性図である。 特殊なアイパターンを示す特性図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 アイパターンを説明するための波形図である。 アイパターンのパラメータを説明するための特性図である。 従来のアイパターン表示装置の構成図である。 特殊なアイパターンを示す特性図である。

符号の説明

２２ ＡＤ変換器
２３ メモリ
３０、３１ ヒストグラムのピーク
３２〜３４ ヒストグラムの作成範囲
４０ アイパターン作成部
４１ 仮top/base算出部
４２ 設定部
４３ 時間方向ヒストグラム作成部
４４ ピーク抽出部
４５ クロス点検出部
４６ Vtop/Vbase算出部
４７ 出力部

Claims (6)

1. 一連の電圧信号を所定の周波数を有するクロックに基づいて分割し、この分割したデータを重ね書きしてアイパターンを作成して、このアイパターンの特性を測定するアイパターン測定方法において、
   前記アイパターンの全域について電圧方向のヒストグラムを作成し、このヒストグラムの下側のピーク位置を仮のbase、上側のピーク位置を仮のtopとする第１の工程と、
   前記仮のtop、仮のbaseの間の所定の範囲について、時間方向のヒストグラムを作成し、このヒストグラムの過去側から順番に２つのピークを抽出する第２の工程と、
   前記第２の工程で抽出した２つのピークの各々について、最大値を取る範囲を複数の領域に分割し、この分割した領域の各々について電圧方向のヒストグラムを作成し、これらのヒストグラムのうち、分散値が最も小さいヒストグラムの前記分割した領域の位置をそれぞれTcrossing1、Tcrossing2とし、分散値の平均値をVcrossingとする第３の工程と、
   前記Tcrossing1およびTcrossing2の間の所定の範囲について、電圧方向のヒストグラムを作成し、このヒストグラムの前記Vcrossingより上側の平均値をVtop、下側の平均値をVbaseとする第４の工程と、
   を具備したことを特徴とするアイパターン測定方法。
2. 前記第２の工程における所定の範囲は、仮のbaseと仮のtopで挟まれた領域の２０〜８０％の範囲であることを特徴とする請求項１記載のアイパターン測定方法。
3. 前記第４の工程における所定の範囲は、Tcrossing1とTcrossing2で挟まれた領域の４０〜６０％の範囲であることを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載のアイパターン測定方法。
4. 複数のアイパターンについて前記Tcrossing1、Tcrossing2、Vcrossing、Vtop、Vbaseを求め、これらの値の統計量を演算するようにしたことを特徴とする請求項１若しくは請求項３いずれかに記載のアイパターン測定方法。
5. 一連の電圧信号を所定の周波数を有するクロックに基づいて分割し、この分割したデータを重ね書きしてアイパターンを作成して、このアイパターンの特性を測定するアイパターン測定装置において、
   前記電圧信号を所定の周波数を有するクロックに基づいて分割したデータからアイパターンデータを作成して出力するアイパターン作成部と、
   前記アイパターン作成部が作成したアイパターンデータが入力され、アイパターン全域について電圧方向のヒストグラムを作成し、このヒストグラムの下側のピーク位置および上側のピーク位置から仮のbaseおよび仮のtopを算出する仮top/base算出部と、
   前記仮top/base算出部および前記アイパターン作成部の出力が入力され、前記仮のtopおよび仮のbaseで挟まれた領域内の、所定範囲について時間方向のヒストグラムを作成する時間方向ヒストグラム作成部と、
   前記時間方向ヒストグラム作成部が作成したヒストグラムデータが入力され、このヒストグラムの過去側から２つのピークを抽出するピーク抽出部と、
   前記ピーク抽出部および前記アイパターン作成部の出力が入力され、前記ピーク抽出部が検出したピークについて、最大値を取る範囲を複数の領域に分割し、この分割した領域の各々について電圧方向のヒストグラムを作成し、これらのヒストグラムのうち、分散値が最も小さいヒストグラムの前記分割した領域の位置をそれぞれTcrossing1、Tcrossing2とし、分散値の平均値をVcrossingとして、これらの値を出力するクロス点検出部と、
   前記クロス点検出部および前記アイパターン作成部の出力が入力され、前記Tcrossing1、Tcrossing2間の所定範囲の電圧方向のヒストグラムを作成し、このヒストグラムの前記Vcrossingより上方の平均値をVtop、下方の平均値をVbaseとして、これらの値を出力するVtop/Vbase算出部と、
   前記クロス点検出部および前記Vtop/Vbase算出部の出力が入力され、これらの入力値を表示し、また外部に出力する出力部と、
   を具備したことを特徴とするアイパターン測定装置。
6. 前記時間方向ヒストグラム作成部が使用する、仮のtopと仮のbase間の所定範囲を設定する設定部を具備したことを特徴とする請求項５記載のアイパターン測定装置。

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