JPH04313081A - 位相拘束タイムベース回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タイムベース発生器、
特に、刺激に対する被試験装置の応答のサンプルを同期
化し、これらの遅延を制御する電気光学サンプリング装
置用の位相拘束タイムベース回路に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】多くの
試験及び測定装置において、被試験装置の応答のみが利
用可能である。存在する応答を測定するためには、内部
又は外部の繰り返し信号、トリガ信号を発生して、応答
信号をサンプリングする。トリガ信号の発生には、ある
最少の遅延が伴うと共に、ある量の遅延ジッタが生じる
。これらにより、応答信号の所定点のサンプルが、サン
プルからサンプルの間でオフセットする。その結果、サ
ンプル点の値が不正確となり、トリガ事象の前又は近傍
にて応答をサンプリングできない。サンプルを平均化す
ることにより、ジッタに関連したノイズを減少できる。 しかし、応答がトリガ信号のジッタより期間の短いイン
パルスの場合、平均化したサンプル値にはエラーがない
。よって、刺激と、被試験装置の応答に対するサンプリ
ングとの両方を制御できるといる利点があるので、トリ
ガ信号を発生する際の条件がなくなる。

【０００３】被試験装置を試験する種々の刺激／応答シ
ステムが開発されている。例えば、マウロウ等による米
国特許第４４３４３９９号は、（ａ）被試験装置用の刺
激回路を活性化し、（ｂ）被試験装置の応答をサンプリ
ングするサンプル・ストローブ・パルスを発生するのに
分割される光パルスを発生する電気光学サンプリング・
システムを開示している。このストローブ・パルスは、
機械的に調整可能な光学遅延線により制御される可変光
学路を通過する。これら光学路の差により、サンプリン
グ時間対刺激時間を決定する。

【０００４】他の従来技術は、ＩＥＥＥ　Ｊ．　量子エ
レクトロニクスの１９８６年第ＱＥ−２２号の第７９〜
第９３ページに記載されたブライアン・コルナー及びデ
ビッド・ブルームによる論文「ガリウムひそ集積回路で
の電気光学サンプリング」に開示されている。この論文
では、１対のシンセサイザーが光学パルス源に同期した
第１周波数と、この第１周波数パルスの整数倍で、１ヘ
ルツ程わずかにオフセットした第２周波数とを発生する
。この第１周波数を用いて被試験装置をサンプリングす
る一方、第２周波数の電気信号で被試験装置を刺激する
。被試験装置からの反射光エネルギーを検出する。この
戻りの偏光は、サンプリング時点における被試験装置応
答の電圧の尺度である。しかし、シンセサイザーは、特
に、サンプリング周波数に対してわずかなオフセットを
行うＮ分の１シンセサイズ技術のため、複雑且つ高価で
ある。

【０００５】したがって、本発明の目的は、高価な周波
数シンセサイザーや、機械的遅延段や、トリガ発生回路
等を必要とせずに、被試験装置用の刺激／応答シンセサ
イザーを自動的且つ正確に制御できる安価な位相拘束タ
イムベース回路の提供にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、刺激
基準信号及びサンプル・ストローブ信号間の遅延を制御
するオフセット位相拘束ループを有する電気光学サンプ
リング装置用の位相拘束タイムベース回路である。基準
信号源は、被試験装置用の刺激源を同期させ、また、基
準信号を位相拘束ループの位相検出器に供給する。ベー
スバンド部分内の位相拘束ループへの入力信号は、サン
プル位相制御信号である。位相拘束ループの出力信号は
、基準信号源の整数倍であり、その位相は、制御された
値だけ基準信号源からオフセットしている。位相拘束ル
ープの出力信号は、サンプル・クロックである。このサ
ンプル・クロックは、低ノイズ同期検出回路及びストロ
ーブ発生回路に入力する。ストローブ発生回路は、被試
験装置からの応答信号と出力端から得たインパルス・サ
ンプル・ストローブとを混合する。この混合した応答信
号を同期的に検出し、ｎサンプルにわたって平均化し、
サンプル・レートの１／ｎのレートで出力する。

【０００７】本発明のその他の目的、利点及び新規な特
徴は、添付図を参照した以下の説明より理解できよう。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明による電気光学サンプリング
装置用位相拘束タイムベース回路のブロック図である。 被試験装置（ＤＵＴ）１０は、基準周波数信号に同期さ
れた刺激源１２により刺激される。刺激に対するＤＵＴ
１０の応答をサンプリング手段であるサンプリング・ミ
キサ（ミキサ／サンプラ）１４に入力する。基準周波数
信号をサンプル・クロック発生手段であるオフセット位
相拘束ループ（ＰＬＬ）２０に入力する。この位相拘束
ループ２０は、周波数が基準周波数信号の周波数の整数
倍であるクロック信号を発生するが、このクロック信号
の位相は、基準周波数信号に対してシフトしている。オ
フセット位相拘束ループ２０からのクロック信号をサン
プル・パルス発生器１６に入力して、ミキサ１４に供給
するサンプル・ストローブ・パルスをトリガする。この
サンプル・ストローブ・パルスは、クロック信号の位相
シフトで決まる値だけ刺激信号に対して遅延している。 ミキサ１４の出力信号は、ＤＵＴ１０からの応答信号の
サンプルである。この応答信号サンプルを低ノイズ同期
検出器３０に供給して、サンプル・レートよりもできる
だけ低いレートの出力信号をプロセッサ（図示せず）に
供給する。プロセッサでは、周知の如く、この出力信号
を表示用に処理する。

【０００９】オフセット位相拘束ループ２０は、電圧制
御発振器（ＶＣＯ）２１を具えており、その公称周波数
はＮｆである。なお、Ｎは整数であり、ｆは基準周波数
信号の周波数である。ＶＣＯ２１の出力信号を分周器２
３に供給して、この出力信号の周波数を基準周波数信号
の周波数に変換する。分周した出力信号及び基準周波数
信号を位相検出器２５に供給する。位相検出器２５の出
力信号は、ベースバンド信号であり、ロウパス・フィル
タ（ＬＰＦ）２７を介してこのベースバンド信号を用い
、ＶＣＯ２１の出力周波数を基準周波数に拘束する。 これは、従来の位相拘束ループである。しかし、位相検
出器２５の出力端及びロウパス・フィルタ２５の間の直
流信号路には、加算回路２９が挿入されている。プロセ
ッサからのオフセット制御信号、即ち、位相制御信号が
加算回路２９に入力して、ＶＣＯ出力信号及び基準信号
源間の位相差を補償する。すなわち、ＶＣＯ２１に供給
される制御信号は、負帰還ループ利得により本質的には
ゼロである。しかし、ＶＣＯ出力信号の基準周波数信号
に対する位相は、位相制御信号で決まる値だけオフセッ
トしている。

【００１０】ミキサ１４の出力信号を検出器３２に供給
する。この検出器３２は、１９９０年６月１８日に出願
した米国特許出願第５３９４０１号に開示された高感度
位相検出器が公的であり、ストローブ信号の振幅の変動
に対して補償を行う。検出器３２の出力信号を累積器、
即ち、ゼロ・オーダ保持回路３４に供給する。この保持
回路３４は、理想的なゲート積分器として動作する。所
定数のサンプルを累積した後、ゼロ・オーダ保持回路３
４の出力信号をプロセッサに供給して、表示する。プロ
セッサは、適切な処理を行い、各点における累積するサ
ンプル数を決定し、ＤＵＴ１０からの応答信号の点間の
遅延を求めるので、変化の小さな領域は、アンダサンプ
ルとなり、デジタル・パルス信号のエッジの如く変化の
大きな領域は、オーバサンプルとなって、当業者に周知
の如く、所定の信号対ノイズ（Ｓ／Ｎ）比及び等価時間
サンプル・レートを達成できる。よって、位相制御信号
で決まる応答信号の所定点のＸサンプル毎に（Ｘ＝１を
含む）、信号値がプロセッサに戻る。

【００１１】電気光学サンプラのように用いるには、Ｄ
ＵＴ１０の出力信号は電気信号であり、サンプル・パル
ス発生器１６の出力信号は非常に狭い光パルスである。 サンプル・パルス発生器１６は、１９８９年１２月５日
に出願されたアール・トーマス・ハウキンス・セカンド
による米国特許出願４４６５１５号（特願平２−３４１
１７０号に対応）「ウルトラショート光学パルス源」に
開示されている形式のものでもよい。ミキサ１４の出力
信号は、光学信号であり、検出器３２の一部である光検
出器により検出され、電気信号に変換される。ＤＵＴ１
０からの応答信号をミキサ１４でサンプルしなければな
らない期間のみ、ＶＣＯ２１からのクロック信号により
、検出器３２の出力信号をゲートする。よって、検出器
３２の出力信号は、サンプル・パルス期間中を除いてゼ
ロであり、ゼロ・オーダ保持回路３４は、サンプルされ
た応答信号のみ累積する。

【００１２】基準周波数信号の周波数は１０ＭＨｚでも
よく、サンプル・クロック信号は１０ＧＨｚのオーダで
もよい。サンプル・ストローブ・パルスは、数ピコ秒の
オーダである。位相制御信号は、ステップ状傾斜信号で
もよく、関心のある応答信号部分をちょうど包含するよ
うにその振幅範囲を調整する。また、ステップ数は、応
答信号の出力サンプル点の数を表す。ステップ状傾斜信
号の各ステップの期間は、応答信号の各出力サンプル点
に対して累積するサンプルの数を決定する。傾斜した位
相制御信号は、応答信号と交差するシーケンスで出力サ
ンプルを与えるが、他の位相制御信号を用いて、非シー
ケンス的に応答信号をサンプルしてもよい。基準周波数
信号からの刺激パルスとサンプル・ストローブ・パルス
との間の遅延は正確に求まるので、プロセッサは、各サ
ンプルをプロセッサ・メモリの適切なビン（記憶位置）
に挿入して、表示器上に応答信号を再生する。

【００１３】図２〜図３に示す如く、基準周波数信号（
ＲＦ）は矩形波信号でもよく、刺激信号（Ｓ）はパルス
信号でもよい。ＤＵＴ１０が２安定フリップ・フロップ
ならば、各パルスによりこのフリップ・フロップの状態
が変化して、応答信号（Ｒ）となる。サンプル・クロッ
ク（ＳＣ）は基準周波数信号に対して遅延、即ち位相シ
フトしている。この図示の場合、サンプル・クロックは
、基準周波数信号と同じ周波数となる。すなわち、Ｎ＝
１である。サンプル・クロックは、サンプル・パルス発
生器１６をトリガして、ストローブ・パルス信号（ＳＴ
）を発生する。フリップ・フロップを分析するのに重要
な領域は、前縁及び後縁である。よって、位相制御信号
（ＰＣ）は、基準周波数信号及びサンプル・クロック間
の遅延を制御するので、部分Ａに示す如く、応答信号の
サンプルを所望エッジの周囲のみで行う。適合処理のた
めには、サンプル点に対していくつかのサンプルを応答
信号の終了状態にて取るが、エッジに沿って多くのサン
プル点を取って、表示用のエッジを正確に再生する。 図示の如きステップ状の傾斜位相制御信号に対して、刺
激パルス及びストローブ・パルス間の最小及び最大遅延
時間を決定する最小及び最大電圧によりサンプル範囲を
決める。また、この範囲は、操作者が決定してもよい。 この場合、従来例の周波数シンセサイザー内で波形の全
繰り返しからデータを取り込むのではなく、波形の関心
ある領域のみを範囲として含むようにする。各ステップ
の期間は、サンプル点に対するサンプルの数を決め、ス
テップの数がサンプル範囲期間中のサンプル点数を決め
る。

【００１４】

【発明の効果】上述の如く、本発明の位相拘束タイムベ
ース回路は、オフセット位相拘束ループを用いて、サン
プル・ストローブ・パルスを発生する。このサンプル・
ストローブ・パルスは、被試験装置への刺激に対して高
精度に遅延しているので、被試験装置からの繰り返し応
答信号上の同じ点における多くのサンプルを累積して、
信号対ノイズ比を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位相拘束タイムベース回路を電気
光学サンプリング装置に用いた場合のブロック図である
。

【図２】本発明の動作を示す波形図である。

【図３】図２の波形の一部の詳細を示す図である。

【図４】本発明に用いる位相制御信号の波形図である。

【符号の説明】

１０　　被試験装置 １２　　刺激源 １４　　ミキサ（サンプリング手段） １６　　サンプル・パルス発生器 ２０　　オフセット位相拘束ループ（サンプル・クロッ
ク発生手段） ２１　　電圧制御発振器 ２３　　分周器 ２５　　位相検出器 ２７　　ロウパス・フィルタ ２９　　加算器 ３０　　同期検出器 ３２　　検出器 ３４　　ゼロ・オーダ保持回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被試験装置からの繰り返し応答信号を
   サンプリングする位相拘束タイムベース回路であって、
   上記被試験装置を刺激するのに用いる基準周波数信号か
   ら、該基準周波数信号に対して制御可能な値だけ位相が
   オフセットされたサンプル・クロックを発生するサンプ
   ル・クロック発生手段と、上記サンプル・クロックに応
   じて上記繰り返し応答信号をサンプリングするサンプリ
   ング手段とを具え、上記繰り返し応答信号のサンプル点
   が上記制御可能な値により決まることを特徴とする位相
   拘束タイムベース回路。