CN106249016A - 采样电路、采样方法、采样示波器以及波形显示方法 - Google Patents

采样电路、采样方法、采样示波器以及波形显示方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种时间精确度优异且实现成本的降低的采样电路。频率合成器(11a)输出从与被测定信号(ws)同步的基准时钟信号(f0)的频率的整数分之一的频率失谐规定频率(Δf[Hz])的频率的周期信号(r(t))。第1采样器部(12)在触发信号(CLK)的时刻对被测定信号(ws)进行采样。第2采样器部(13a)在触发信号(CLK)的时刻对I信号(I(t))进行采样。相位器(13b)输出将基准时钟信号(f0)的相位偏移90°的Q信号(Q(t))。第3采样器部(13c)在触发信号(CLK)的时刻对Q信号进行采样。校正值计算部(13d)根据采样数据(I(n))和(Q(n))、采样时刻的设定值(t(n))来计算补正值(Δt(n))。

Description

采样电路、采样方法、采样示波器以及波形显示方法
技术领域
本发明涉及一种例如对来自高速收发器(高速半导体)、光纤连接模块(SFP+)等被测定物(DUT)的被测定信号重复进行采样的采样电路、采样方法、采样示波器以及波形显示方法。
背景技术
以往已知有等效时间采样示波器(以下，称为采样示波器)作为例如对来自高速收发器、光纤连接模块(SFP+)等被测定物(DUT)的被测定信号重复进行采样并显示观测波形和眼图的装置。例如下述专利文献1中公开的采样示波器使用直接数字频率合成器(DDS：Direct Digital Syn thesizer)生成从基准时钟信号的整数分之一的频率稍微偏移频率的周期信号，将该生成的周期信号作为时间基准(时基)进行被测定信号的采样。
专利文献1：US2005/0177758A1
然而，近年来随着比特率的高速化，例如32Gbps等高速率的高速装置开始普及。因此，对于这种采样示波器，要求能够应对高速率的高速装置的高精度化，且要求进一步改善波动误差。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于提供一种实现波动误差的改善，时间精确度优异且低成本的采样电路、采样方法、采样示波器以及波形显示方法。
为了实现上述目的，本发明的权利要求1所述的采样电路，其具备：触发生成部11，其具有频率合成器11a及采样器驱动部11b，所述频率合成器输出从与由重复信号构成的被测定信号ws同步的基准时钟信号f0的频率的整数分之一的频率失谐规定频率Δf[Hz]的频率的周期信号r(t)，所述采样器驱动部从所述周期信号输出成为时间基准的采样用的触发信号CLK；及
第1采样器部12，在所述触发信号的时刻对所述被测定信号进行采样，
所述采样电路的特征在于，具备误差检测部13，该误差检测部具有：第2采样器部13a，在所述触发信号的时刻对基于所述基准时钟信号的I信号I(t)或所述周期信号进行采样；及校正值计算部13d，根据由所述第2采样器部获取的采样数据和采样时刻的设定值t(n)计算所述时间基准的校正值Δt(n)。
权利要求1所述的采样电路，其具备：触发生成部11，其具有频率合成器11a及采样器驱动部11b，所述频率合成器输出从与由重复信号构成的被测定信号ws同步的基准时钟信号f0的频率的整数分之一的频率失谐规定频率Δf[Hz]的频率的周期信号r(t)，所述采样器驱动部从所述周期信号输出成为时间基准的采样用的触发信号CLK；及
第1采样器部12，在所述触发信号的时刻对所述被测定信号进行采样，
所述采样电路的特征在于，具备误差检测部13，该误差检测部具有：第2采样器部13a，在所述触发信号的时刻对基于所述基准时钟信号的I信号I(t)进行采样；相位器13b，输出将所述基准时钟信号的相位偏移90°的Q信号Q(t)；第3采样器部13c，在所述触发信号的时刻对所述Q信号进行采样；及校正值计算部13d，根据所述I信号的采样数据I(n)、所述Q信号的采样数据Q(n)及采样时刻的设定值t(n)计算所述时间基准的校正值Δt(n)。
权利要求1所述的采样电路，其具备触发生成部21，其具有频率合成器21a及采样器驱动部21b，所述频率合成器输出从与由重复信号构成的被测定信号ws同步的基准时钟信号f0的频率的整数分之一的频率失谐规定频率Δf[Hz]的频率的周期信号r(t)，所述采样器驱动部从所述周期信号输出成为时间基准的采样用的触发信号CLK；及
第1采样器部22，在所述触发信号的时刻对所述被测定信号进行采样，
所述采样电路的特征在于，具备误差检测部23，该误差检测部具有：第2采样器部23b，在所述触发信号的时刻对所述周期信号进行采样；及校正值计算部23c，输入由该第2采样器部获取的采样数据r(n)和采样时刻的设定值t(n)，并由预先存储的正弦波表的相位Φ(n)＝sin-1(r(n))计算所述时间基准的校正值Δt(n)。
权利要求3所述的采样电路，其特征在于，具备可变延迟部23a，该可变延迟部延迟由所述频率合成器21a输入至所述采样器驱动部21b的周期信号r(t)。
一种采样示波器，其特征在于，具备：
权利要求1所述的采样电路2A、2B，及
控制部3A、3B，根据通过所述校正值进行校正的时间基准，显示控制基于由所述采样电路的第1采样器部12、22获取的采样数据的观测波形或眼图。
根据权利要求1所述的采样电路，其特征在于，
所述校正值计算部用所述I信号I(t)的采样数据I(n)和所述Q信号Q(t)的采样数据Q(n)从下述式(1)计算相位Φ(n)，并用计算出的相位Φ(n)从下述式(2)计算时间T(n)，
Φ(n)＝tan-1(Q(n)/I(n))……式(1)其中，-π＜Φ(n)＜+π
T(n)＝Φ(n)/2πf0……式(2)其中，-1/2f0＜T(n)＜1/2f0
将展开处理后的时间设为T’(n)(其中，0＜T’(n)＜∞)，由所述频率合成器确定的采样周期设为Ts时，使用从t(n)＝Ts×n(其中，n＝0，1，2，……)求出的作为采样时刻而设定的值t(n)计算所述时间基准的校正值Δt(n)＝T’(n)-t(n)。
权利要求2所述的采样电路，其特征在于，
所述校正值计算部输入由所述第2采样器部获取的采样数据r(n)和由所述控制部获取的所述采样时刻的设定值t(n)，利用所述预先存储的正弦波表的相位Φ(n)＝sin-1(r(n))从下述式(2)计算时间T(n)，
T(n)＝Φ(n)/2πf0……式(2)其中，-1/2f0＜T(n)＜1/2f0
将展开处理后的时间设为T’(n)(其中，0＜T’(n)＜∞)，由所述频率合成器确定的采样周期设为Ts时，所述校正值计算部利用从t(n)＝Ts×n(其中，n＝0，1，2，……)求出的作为采样时刻而设定的值t(n)计算所述时间基准的校正值Δt(n)＝T’(n)-t(n)。
一种采样方法，其具备：输出从与由重复信号构成的被测定信号ws同步的基准时钟信号f0的频率的整数分之一的频率失谐规定频率Δf[Hz]的频率的周期信号r(t)的步骤；
从所述周期信号输出成为时间基准的采样用的触发信号CLK的步骤；及
在所述触发信号的时刻对所述被测定信号进行采样的步骤，
所述采样方法的特征在于，包括：
在所述触发信号的时刻对基于所述基准时钟信号的I信号I(t)或所述周期信号进行采样的步骤；及
根据采样时刻的设定值t(n)计算所述时间基准的校正值Δt(n)的步骤。
权利要求8所述的采样方法，其具备：输出从与由重复信号构成的被测定信号ws同步的基准时钟信号f0的频率的整数分之一的频率失谐规定频率Δf[Hz]的频率的周期信号r(t)的步骤；
从所述周期信号输出成为时间基准的采样用的触发信号CLK的步骤；及
在所述触发信号的时刻对所述被测定信号进行采样的步骤，
所述采样方法的特征在于，包括：
在所述触发信号的时刻对基于所述基准时钟信号的I信号I(t)进行采样的步骤；
输出将所述基准时钟信号的相位偏移90°的Q信号Q(t)的步骤；
在所述触发信号的时刻对所述Q信号进行采样的步骤；及
根据所述I信号的采样数据I(n)、所述Q信号的采样数据Q(n)及采样时刻的设定值t(n)计算所述时间基准的校正值Δt(n)的步骤。
权利要求8所述的采样方法，其具备：输出从与由重复信号构成的被测定信号ws同步的基准时钟信号f0的频率的整数分之一的频率失谐规定频率Δf[Hz]的频率的周期信号r(t)的步骤；
从所述周期信号输出成为时间基准的采样用的触发信号CLK的步骤；及
在所述触发信号的时刻对所述被测定信号进行采样的步骤，
所述采样方法的特征在于，包括：
在所述触发信号的时刻对所述周期信号进行采样的步骤；及
输入所述周期信号的采样数据r(n)和采样时刻的设定值t(n)，从预先存储的正弦波表的相位Φ(n)＝sin-1(r(n))计算所述时间基准的校正值Δt(n)的步骤。
权利要求10所述的采样方法，其特征在于，还包括延迟所述周期信号r(t)的步骤。
一种波形显示方法，其特征在于，
在权利要求8所述的采样方法中，还包括根据通过所述校正值进行校正的时间基准显示基于从所述被测定信号ws获得的采样数据的观测波形或眼图的步骤。
权利要求9所述的采样方法，其特征在于，
计算所述时间基准的校正值Δt(n)的步骤包括：
用所述I信号I(t)的采样数据I(n)和所述Q信号Q(t)的采样数据Q(n)从下述式(1)计算相位Φ(n)，并用计算出的相位Φ(n)从下述式(2)计算时间T(n)的步骤，及
Φ(n)＝tan-1(Q(n)/I(n))……式(1)其中，-π＜Φ(n)＜+π
T(n)＝Φ(n)/2πf0……式(2)其中，-1/2f0＜T(n)＜1/2f0
将展开处理后的时间设为T’(n)(其中，0＜T’(n)＜∞)，由所述频率合成器确定的采样周期设为Ts时，使用从t(n)＝Ts×n(其中，n＝0，1，2，……)求出的作为采样时刻而设定的值t(n)计算所述时间基准的校正值Δt(n)＝T’(n)-t(n)的步骤。
权利要求10所述的采样方法，其特征在于，
计算所述时间基准的校正值Δt(n)的步骤包括：
输入由所述第2采样器部获取的采样数据r(n)和所述采样时刻的设定值t(n)，利用所述预先存储的正弦波表的相位Φ(n)＝sin-1(r(n))从下述式(2)计算时间T(n)，
T(n)＝Φ(n)/2πf0……式(2)其中，-1/2f0＜T(n)＜1/2f0
将展开处理后的时间设为T’(n)(其中，0＜T’(n)＜∞)，由所述频率合成器确定的采样周期设为Ts时，利用从t(n)＝Ts×n(其中，n＝0，1，2，……)求出的作为采样时刻而设定的值t(n)计算所述时间基准的校正值Δt(n)＝T’(n)-t(n)的步骤。
发明效果
根据本发明，基于从与由重复信号构成的被测定信号同步的基准时钟信号生成的成为时间基准的触发信号进行被测定信号的采样，并且检测在装置内部产生的时间基准的误差来进行校正。由此，能够通过比以往(400fs rms)更高精度(200fs rms)的时间基准观测以长周期重复的来自被测定物的被测定信号。
并且，作为采样器驱动部的输入，若不使用基准时钟信号而使用频率合成器的输出，则能够通过减少用于校正时间基准的误差的采样器的个数来简化结构，且能够实现成本的降低。
附图说明
图1是表示包含本发明所涉及的采样电路的采样示波器的第1实施方式的概略结构的框图。
图2是表示包含本发明所涉及的采样电路的采样示波器的第2实施方式的概略结构的框图。
图中：1A、1B-采样示波器，2A、2B-采样电路，3A、3B-控制部，4A、4B-显示部，5-基准时钟产生器，6-被测定物，11-触发生成部，11a-频率合成器，11b-采样器驱动部，12-第1采样器部，13-误差检测部，13a-第2采样器部，13b-相位器，13c-第3采样器部，13d-校正值计算部，21-触发生成部，21a-频率合成器，21b-采样器驱动部，22-第1采样器，23-误差检测部，23a-可变延迟部，23b-第2采样器，23c-校正值计算部。
具体实施方式
以下，参考附图的图1及图2对本发明的具体实施方式进行详细说明。
[关于本发明的实施方式的概要]
本发明涉及一种对来自被测定物(DUT)的被测定信号重复进行采样的采样电路、被测定信号的采样方法、包含采样电路的采样示波器、被测定信号的波形显示方法。
本发明的包含采样电路的采样示波器具有如下功能：从与来自被测定物的被测定信号同步的基准时钟信号生成成为时间基准(时基)的触发信号，并根据该已生成的触发信号的时刻进行被测定信号的采样，且检测在采样示波器(采样电路)内产生的时间基准的误差，从而对时间基准的信息进行校正。
另外，本发明的采样示波器仅将需要外部时钟的等效时间采样示波器作为对象，不包含内部具有采样时钟且不需要外部时钟的实时示波器。
[关于第1实施方式]
如图1所示，第1实施方式的采样示波器1A概略构成为具备采样电路2A、控制部3A及显示部4A，在基准时钟产生器5所产生的基准时钟信号f0的上升(或下降)的时刻对来自被测定物(DUT)6的被测定信号ws(例如NRZ信号、PAW信号等重复信号)进行采样，显示基于该采样结果的观测波形(包括对被测定信号ws的转变进行大量采样，并将它们叠加而进行图形显示的眼图)。
被测定物6例如由高速收发器、光纤连接模块(SFP+)等构成。高速收发器为被测定物6时，例如NRZ信号、PAM信号等重复信号(电信号)作为被测定信号ws，在基准时钟信号f0的上升(或下降)的时刻被输入到采样示波器1A。并且，光纤连接模块(SFP+)为被测定物6时，在基准时钟信号f0的上升(或下降)的时刻，将经光强度调制的来自被测定物6的光信号通过未图示的O/E转换器转换为数据信号(电信号)，该转换的数据信号(电信号)作为被测定信号ws被输入到采样示波器1A。
另外，图1例子中，将基准时钟产生器5和被测定物6设为不同的结构，但也可以构成为被测定物6一体具备基准时钟产生器5。该情况下，被测定物6在1个电路基板上具备产生基准时钟信号f0的基准时钟产生器5、在基准时钟信号f0的上升(或下降)的时刻产生作为被测定信号的图案信号的图案信号产生装置及基准时钟信号f0。
采样电路2A构成为具备触发生成部11、第1采样器部12、误差检测部13。
触发生成部11由频率合成器11a及采样器驱动部11b构成，从与被测定信号ws同步的基准时钟信号f0生成触发信号CLK。该触发信号CLK成为用于对从被测定物6输入的被测定信号ws进行采样的时间基准(时基)。
频率合成器11a例如由PLL频率合成器和直接数字频率合成器(DDS)构成。频率合成器11a从控制部3A输入采样时刻的设定值t(n)，并输出来自基准时钟产生器5的基准时钟信号f0的频率的整数分之一的频率失谐规定频率Δf[Hz]的频率的周期信号r(t)。另外，n表示采样的顺序，n＝0，1，2，……包含0的整数。
另外，频率合成器11a也可以构成为在PLL频率合成器和直接数字频率合成器的前级连接1/N分频器(N为1以上的正整数)。
采样器驱动部11b作为来自频率合成器11a的周期信号r(t)的输入，输出与采样的规格(频带、振幅灵敏度)相对应的采样用的触发信号(采样脉冲)CLK。从采样驱动部11b输出的触发信号CLK被分别输入到第1采样器部12、第2采样器部13a及第3采样器部13c。
作为采样器驱动部11b，使用例如阶跃恢复二极管或高速动作的晶体管电路，产生基于高速脉冲的采样用的触发信号CLK而进行输出。另外，采样器驱动部11b也可以构成为在上述或高速动作的晶体管电路的前级连接分频器。
在此，当输出信号即触发信号CLK为缓慢的上升斜率(或下降斜率)时，采样器驱动部11b无法高速地开启/关闭采样器，且无法满足所要求的采样的宽带特性。因此，采样器驱动部11b需要输出信号(触发信号CLK)高速上升(或下降)，并要求宽带特性。但是，若将采样器驱动部11b设为宽带特性，则会产生在采样器驱动部11b的内部产生的杂音成分增加的问题。因此，在这种以往的采样示波器中，因采样器驱动部11b中的杂音成分产生的时间误差(抖动)起主导作用，难以使该采样器驱动部11b的输出抖动完全变为0。其结果，以往的采样示波器中，上述情况成为400fs rms左右的测定极限的原因。因此，本实施方式中，采用图1的结构作为该测定极限的对应方案。
第1采样器部12在由采样器驱动部11b输入的采样用的触发信号CLK的上升(或下降)的时刻，对来自被测定物6的被测定信号ws进行采样。由第1采样器部12进行采样的被测定信号ws的采样数据d(n)被输入到控制部3A。
误差检测部13构成为具备第2采样器部13a、相位器13b、第3采样器部13c及校正值计算部13d。
第2采样器部13a与第1采样器部12相同地在来自采样器驱动部11b的采样用的触发信号CLK的上升(或下降)的时刻，对基于由基准时钟产生器5产生的基准时钟信号f0的I信号I(t)进行采样。由第2采样器部13a进行采样的I信号I(t)的采样数据I(n)被输入到后级的校正值计算部13d。
相位器13b将由基准时钟产生器5产生的基准时钟信号f0的相位偏移90°后进行输出。该相位偏移90°的基准时钟信号作为Q信号Q(t)被输入到第3采样器部13c。
第3采样器部13c与第1采样器部12或第2采样器部13a相同地在来自采样器驱动部11b的采样用的触发信号CLK的上升(或下降)的时刻，对来自相位器13b的Q信号Q(t)进行采样。由第3采样器部13c进行采样的Q信号Q(t)的采样数据Q(n)被输入到后级的校正值计算部13d。
校正值计算部13d利用由第2采样器部13a获取的I信号的采样数据I(n)和由第3采样器部13c获取的Q信号的采样数据Q(n)、及来自控制部3A的采样时刻的设定值t(n)计算时间基准的校正值Δt(n)。
即，校正值计算部13d利用I信号I(t)的采样数据I(n)和Q信号Q(t)的采样数据Q(n)，从下述式(1)计算相位Φ(n)。并且，利用计算出的相位Φ(n)从下述式(2)计算时间T(n)。
Φ(n)＝tan-1(Q(n)/I(n)……式(1)其中，-π＜Φ(n)＜+π。
T(n)＝Φ(n)/2πf0……式(2)其中，-1/2f0＜T(n)＜1/2f0。
并且，将展开处理后的时间作为T’(n)(其中，0＜T’(n)＜∞)，计算时间基准的校正值Δt(n)＝T’(n)-t(n)。
另外，将通过频率合成器11a确定的采样周期设为Ts时，t(n)为作为由t(n)＝Ts×n(其中，n＝0，1，2，……)求出的理想的采样时刻而设定的值。
控制部3A例如由CPU(Central Processing Unit)和ROM(Read OnlyMemory)、RAM(Random Access Memory)等处理器构成，对频率合成器11a及校正值计算部13d设定采样时刻的设定值t(n)。并且，控制部3A根据由校正值计算部13d计算出的时间基准的校正值Δt(n)计算用于校正设定值t(n)的校正时间t(n)+Δt(n)。而且，控制部3A从第1采样器部12获取被测定信号ws的采样器数据d(n)，使用校正时间t(n)+Δt(n)，以[X，Y]＝[t(n)+Δt(n)，d(n)]描绘观测波形的方式控制显示部4A的显示。另外，若控制部3A将X的值以XO进行研磨处理而设为X’，则能够以[X’，Y]描绘眼图并控制显示部4A的显示。
显示部4A例如由液晶显示器等构成，通过控制部3A的控制，在显示画面上以[X，Y]显示观测波形或以[X’，Y]显示眼图(Eye Pattern)。
[关于第1实施方式的动作]
接着，对上述第1实施方式的采样示波器1A的动作进行说明。
基准时钟产生器5所产生的基准时钟信号f0被分别输入到被测定物6、频率合成器11a、第2采样器部13a及相位器13b。
从基准时钟产生器5输入基准时钟信号f0，被测定物6在该基准时钟信号f0上升(或下降)的时刻转变(改变)被测定信号ws的振幅电平。
频率合成器11a中，若从基准时钟产生器5输入基准时钟信号f0，则输出从该基准时钟信号f0的频率的整数分之一的频率失谐规定频率Δf[Hz]的频率的周期信号r(t)，并输入到采样器驱动部11b。从频率合成器11a输入周期信号r(t)时，采样器驱动部11b输出采样用的触发信号CLK。该触发信号CLK被分别输入到第1采样器部12、第2采样器部13a及第3采样器部13c。
第1采样器部12在来自采样器驱动部11b的触发信号CLK的上升(或下降)的时刻对来自被测定物6的被测定信号ws进行采样。基于该第1采样器部12的被测定信号ws的采样数据d(n)被输入到控制部3A。
第2采样器部13a在来自采样器驱动部11b的触发信号CLK的上升(或下降)的时刻对来基于来自基准时钟产生器5的基准时钟信号f0的I信号I(t)进行采样。基于该第2采样器部13a的I信号的采样数据I(n)被输入到校正值计算部13d。
相位器13b将由基准时钟产生器5产生的基准时钟信号f0的相位偏移90°后的信号作为Q信号Q(t)输入到第3采样器部13c。第3采样器部13c在来自采样器驱动部11b的触发信号CLK的上升(或下降)的时刻对来自相位器13b的Q信号Q(t)进行采样。即，第1采样器部12、第2采样器部13a、第3采样器部13c同样在来自采样器驱动部11b的触发信号CLK的时刻进行采样。该基于第3采样器部13c的Q信号的采样数据Q(n)被输入到校正值计算部13d。
校正值计算部13d根据来自第2采样器部13a的I信号的采样数据I(n)和来自第3采样器部13c的Q信号的采样数据Q(n)、及来自控制部3A的采样时刻的设定值t(n)计算时间基准的校正值Δt(n)。该计算出的时间基准的校正值Δt(n)被输入到控制部3A。
控制部3A计算用于通过来自校正值计算部13d的时间基准的校正值Δt(n)来校正设定于频率合成器11a及校正值计算部13d的采样时刻的设定值t(n)的校正时间t(n)+Δt(n)。并且，控制部3A从第1采样器部12获取被测定信号ws的采样数据d(n)，并利用校正时间t(n)+Δt(n)，在显示部4A的显示画面上以[X，Y]＝[t(n)+Δt(n)，d(n)]显示观测波形。
[关于第2实施方式]
上述第1实施方式的采样示波器1A中，使输入的基准时钟信号f0与采样用的触发信号CLK的周期错开，使用I信号与Q信号的正交信号获取时间信息T(n)。即，由于仅用1个正弦波信号将正弦波的倾斜(转换速率)较大的位置及较小的位置包括在内而进行采样，因此仅由振幅值难以求出始终准确的相位Φ(n)，为了得到I信号与Q信号的1组正交信号，利用基于第2采样器部13a及第3采样器部13c的2个采样器。
相对于此，第2实施方式的采样示波器1B作为第2采样器部23b的输入，不使用基准时钟信号f0而使用频率合成器21a的输出。由此，能够减少采样器的个数并实现结构的简化及成本的降低。以下，参考图2对第2实施方式的采样示波器1B的结构进行说明。
如图2所示，第2实施方式的采样示波器1B概略构成为具备采样电路2B、控制部3B及显示部4B，在基准时钟产生器5所产生的基准时钟信号f0的上升(或下降)的时刻对来自被测定物(DUT)6的被测定信号ws(例如NRZ信号、PAW信号等重复信号)进行采样，显示基于该采样结果的观测波形(包括对被测定信号ws的转变进行大量采样，并将它们叠加而进行图形显示的眼图)。
被测定物6例如由高速收发器、光纤连接模块(SFP+)等构成。高速收发器为被测定物6时，例如NRZ信号、PAM信号等重复信号(电信号)作为被测定信号ws，在基准时钟信号f0的上升(或下降)的时刻被输入到采样示波器1B。并且，光纤连接模块(SFP+)为被测定物6时，在基准时钟信号f0的上升(或下降)的时刻，将经光强度调制的来自被测定物6的光信号通过未图示的O/E转换器转换为数据信号(电信号)，该转换的数据信号(电信号)作为被测定信号ws被输入到采样示波器1B。
另外，图2例子中，将基准时钟产生器5和被测定物6设为不同的结构，但也可以构成为被测定物6一体具备基准时钟产生器5。该情况下，被测定物6在1个电路基板上具备产生基准时钟信号f0的基准时钟产生器5、在基准时钟信号f0的上升(或下降)的时刻产生作为被测定信号的图案信号的图案信号产生装置及基准时钟信号f0。
采样电路2B构成为具备触发生成部21、第1采样器部22、误差检测部23。
触发生成部21由频率合成器21a及采样器驱动部21b构成，从与被测定信号ws同步的基准时钟信号f0生成触发信号CLK。该触发信号CLK成为用于对从被测定物6输入的被测定信号ws进行采样的时间基准(时基)。
频率合成器21a例如由PLL频率合成器和直接数字频率合成器(DDS)构成。频率合成器21a从控制部3B输入采样时刻的设定值t(n)，并输出来自基准时钟产生器5的基准时钟信号f0的频率的整数分之一的频率失谐规定频率Δf[Hz]的频率的周期信号r(t)。
另外，频率合成器21a也可以构成为在PLL频率合成器和直接数字频率合成器的前级连接1/N分频器(N为1以上的正整数)。
采样器驱动部21b作为输入后述的来自可变延迟部23a的延迟周期信号r’(t)，输出与采样的规格(频带、振幅灵敏度)相对应的采样用的触发信号(采样脉冲)CLK。从采样驱动部21b输出的触发信号CLK被分别输入到第1采样器部22及第2采样器部23b。
作为采样器驱动部21b，使用例如阶跃恢复二极管或高速动作的晶体管电路，产生基于高速脉冲的采样用的触发信号CLK而进行输出。另外，采样器驱动部21b也可以构成为在上述阶跃恢复二极管或高速动作的晶体管电路的前级连接分频器。
在此，当输出信号即触发信号CLK为缓慢的上升斜率(或下降斜率)时，采样器驱动部21b无法高速地开启/关闭采样器，且无法满足所要求的采样的宽带特性。因此，采样器驱动部21b需要输出信号(触发信号CLK)高速上升(或下降)，并要求宽带特性。但是，若将采样器驱动部21b设为宽带特性，则会产生在采样器驱动部21b的内部产生的杂音成分增加的问题。因此，在这种以往的采样示波器中，因采样器驱动部21b中的杂音成分产生的时间误差(抖动)起主导作用，难以使该采样器驱动部21b的输出抖动完全变为0。其结果，以往的采样示波器中，上述情况成为400fs rms左右的测定极限的原因。因此，本实施方式中，采用图2的结构作为该测定极限的对应方案。
第1采样器部22在由采样器驱动部21b输入的采样用的触发信号CLK的上升(或下降)的时刻，对来自被测定物6的被测定信号ws进行采样。由第1采样器部22进行采样的被测定信号ws的采样数据d(n)被输入到控制部3B。
误差检测部23构成为具备可变延迟部23a、第2采样器部23b及校正值计算部23c。
可变延迟部23a调整延迟量，以便第2采样器部23b的周期信号r(t)与触发信号CLK的相位成为最佳状态。即，可变延迟部23a调整延迟量(固定值)，以便在第2采样器部23b的作为输入信号的周期信号r(t)的振幅的中央附近(倾斜度最好的高转换速率的位置)始终进行采样。由此，第2采样器部23b的周期信号r(t)以振幅的中央附近的大致相同相位Φ(n)被采样。其结果，能够仅从振幅值准确地求出相位Φ(n)。
第2采样器部23b与第1采样器部22相同地在来自驱动部21b的采样用的触发信号CLK的上升(或下降)的时刻对来自频率合成器21a的周期信号r(t)进行采样。由第2采样器部23b进行采样的采样数据r(n)被输入至后级的校正值计算部23c。
校正值计算部23c输入来自第2采样器部23b的采样数据r(n)和来自控制部3B的采样时刻的设定值t(n)，利用预先存储的正弦波表的相位Φ(n)＝sin-1(r(n))计算时间基准的校正值Δt(n)。“其中，-π/2＜Φ(n)＜+π/2。”
即，校正值计算部23c利用相位Φ(n)从下述式(2)计算时间T(n)。
T(n)＝Φ(n)/2πf0……式(2)其中，-1/2f0＜T(n)＜1/2f0。
并且，校正值计算部23c将展开处理后的时间作为T’(n)(其中，＜T’(n)＜∞)，计算时间基准的校正值Δt(n)＝T’(n)-t(n)。
另外，将通过频率合成器11a确定的采样周期设为Ts时，t(n)为作为由t(n)＝Ts×n(其中，n＝0，1，2，……)求出的理想的采样时刻而设定的值。
控制部3B例如由CPU(Central Processing Unit)和ROM(Read OnlyMemory)、RAM(Random Access Memory)等处理器构成，对频率合成器21a及校正值计算部23c设定采样时刻的设定值t(n)。并且，控制部3B根据由校正值计算部23c计算出的时间基准的校正值Δt(n)计算用于校正设定值t(n)的校正时间t(n)+Δt(n)。而且，控制部3B从第1采样器部22获取被测定信号ws的采样器数据d(n)，使用校正时间t(n)+Δt(n)，以[X，Y]＝[t(n)+Δt(n)，d(n)]描绘观测波形的方式控制显示部4B的显示。另外，若控制部3B将X的值以XO进行研磨处理而设为X’，则能够以[X’，Y]描绘眼图并控制显示部4B的显示。
显示部4B例如由液晶显示器等构成，通过控制部3B的控制，在显示画面上以[X，Y]显示观测波形或以[X’，Y]显示眼图(Eye Pattern)。
[关于第2实施方式的动作]
接着，对上述第2实施方式的采样示波器1B的动作进行说明。
基准时钟产生器5所产生的基准时钟信号f0被分别输入到被测定物6及频率合成器21a。
从基准时钟产生器5输入基准时钟信号f0时，被测定物6在该基准时钟信号f0上升(或下降)的时刻转变(改变)被测定信号ws的振幅电平。
频率合成器21a中，若从基准时钟产生器5输入基准时钟信号f0，则输出从该基准时钟信号f0的频率的整数分之一的频率失谐规定频率Δf[Hz]的频率的周期信号r(t)，并输入到可变延迟部23a。可变延迟部23a调整延迟量，以便在第2采样器部23b的周期信号r(t)的振幅中央附近始终进行采样，并将该延迟量被调整的延迟周期信号r’(t)输入到采样器驱动部21b。从可变延迟部23a输入延迟周期信号r’(t)时，采样器驱动部21b输出采样用的触发信号CLK。该触发信号CLK被分别输入到第1采样器部22及第2采样器部23b。
第1采样器部22在来自采样器驱动部21b的触发信号CLK的上升(或下降)的时刻对来自被测定物6的被测定信号ws进行采样。基于该第1采样器部22的被测定信号ws的采样数据d(n)被输入到控制部3B。
第2采样器部23b在与第1采样器部22相同的来自采样器驱动部21b的触发信号CLK的上升(或下降)的时刻，对来自频率合成器21a的周期信号r(t)进行采样。基于该第2采样器部23b的采样数据r(n)被输入到校正值计算部23c。
校正值计算部23c根据来自第2采样器部23b的采样数据r(n)和来自控制部3B的采样时刻的设定值t(n)计算时间基准的校正值Δt(n)。该计算出的时间基准的校正值Δt(n)被输入到控制部3B。
控制部3B计算用于通过来自校正值计算部23c的时间基准的校正值Δt(n)来校正设定于频率合成器21a及校正值计算部23c的采样时刻的设定值t(n)的校正时间t(n)+Δt(n)。并且，控制部3B从第1采样器部22获取被测定信号ws的采样数据d(n)，并利用校正时间t(n)+Δt(n)，在显示部4B的显示画面上以[X，Y]＝[t(n)+Δt(n)，d(n)]显示观测波形。
[关于本发明的实施方式的效果]
上述本发明的各实施方式中，根据与由重复信号构成的被测定信号ws同步的基准时钟信号f0生成的时间基准进行被测定信号ws的采样，并且检测在装置内部产生的时间基准的误差来计算校正时间t(n)+Δt(n)，利用计算出的校正时间t(n)+Δt(n)显示观测波形(眼图)。由此，能够以200fsrms的高精度的时间基准观测以长周期重复的来自被测定物6的被测定信号ws，而非限制于基准时钟信号f0。其结果，能够提供时间精确度优异且低成本的采样器电路和采样示波器。
并且，图2所示的本发明的第2实施方式中，作为第2采样器部23b的输入，不使用基准时钟信号f0而使用频率合成器21a的输出。由此，能够检测采样器驱动部21b的时间误差来进行校正，与图1的第1实施方式相比较，能够减少用于校正时间基准的误差的采样器的个数来简化结构，且能够实现成本的降低。
以上，对本发明所涉及的采样电路、采样方法、采样示波器及波形显示方法的最佳方式进行了说明，但本发明并不限定于该方式的描述及附图。即，本领域技术人员根据该方式而实施的其他方式、实施例及运用技术等当然均包含在本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种采样电路，其具备：
触发生成部(11)，其具有频率合成器(11a)及采样器驱动部(11b)，所述频率合成器输出从与由重复信号构成的被测定信号(ws)同步的基准时钟信号(f0)的频率的整数分之一的频率失谐规定频率(Δf[Hz])的频率的周期信号(r(t))，所述采样器驱动部从所述周期信号输出成为时间基准的采样用的触发信号(CLK)；及
第1采样器部(12)，在所述触发信号的时刻对所述被测定信号进行采样，
所述采样电路的特征在于，具备误差检测部(13)，该误差检测部具有：第2采样器部(13a)，在所述触发信号的时刻对基于所述基准时钟信号的I信号(I(t))或所述周期信号进行采样；及校正值计算部(13d)，根据由所述第2采样器部获取的采样数据和采样时刻的设定值(t(n))计算所述时间基准的校正值(Δt(n))。
2.根据权利要求1所述的采样电路，其具备：触发生成部(11)，其具有频率合成器(11a)及采样器驱动部(11b)，所述频率合成器输出从与由重复信号构成的被测定信号(ws)同步的基准时钟信号(f0)的频率的整数分之一的频率失谐规定频率(Δf[Hz])的频率的周期信号(r(t))，所述采样器驱动部从所述周期信号输出成为时间基准的采样用的触发信号(CLK)；及
第1采样器部(12)，在所述触发信号的时刻对所述被测定信号进行采样，
所述采样电路的特征在于，具备误差检测部(13)，该误差检测部具有：第2采样器部(13a)，在所述触发信号的时刻对基于所述基准时钟信号的I信号(I(t))进行采样；相位器(13b)，输出将所述基准时钟信号的相位偏移90°的Q信号Q(t)；第3采样器部(13c)，在所述触发信号的时刻对所述Q信号进行采样；及校正值计算部(13d)，根据所述I信号的采样数据(I(n))、所述Q信号的采样数据(Q(n))及采样时刻的设定值(t(n))计算所述时间基准的校正值(Δt(n))。
3.根据权利要求1所述的采样电路，其具备触发生成部(21)，其具有频率合成器(21a)及采样器驱动部(21b)，所述频率合成器输出从与由重复信号构成的被测定信号(ws)同步的基准时钟信号(f0)的频率的整数分之一的频率失谐规定频率(Δf[Hz])的频率的周期信号(r(t))，所述采样器驱动部从所述周期信号输出成为时间基准的采样用的触发信号(CLK)；及
第1采样器部(22)，在所述触发信号的时刻对所述被测定信号进行采样，
所述采样电路的特征在于，具备误差检测部(23)，该误差检测部具有：第2采样器部(23b)，在所述触发信号的时刻对所述周期信号进行采样；及校正值计算部(23c)，输入由该第2采样器部获取的采样数据(r(n))和采样时刻的设定值(t(n))，并由预先存储的正弦波表的相位(Φ(n)＝sin-1(r(n)))计算所述时间基准的校正值(Δt(n))。
4.根据权利要求3所述的采样电路，其特征在于，具备可变延迟部(23a)，该可变延迟部延迟由所述频率合成器(21a)输入至所述采样器驱动部(21b)的周期信号(r(t))。
5.一种采样示波器，其特征在于，具备：
权利要求1所述的采样电路(2A、2B)，及
控制部(3A、3B)，根据通过所述校正值进行校正的时间基准，显示控制基于由所述采样电路的第1采样器部(12、22)获取的采样数据的观测波形或眼图。
6.根据权利要求1所述的采样电路，其特征在于，
所述校正值计算部用所述I信号I(t)的采样数据I(n)和所述Q信号Q(t)的采样数据Q(n)从下述式(1)计算相位Φ(n)，并用计算出的相位Φ(n)从下述式(2)计算时间T(n)，
Φ(n)＝tan-1(Q(n)/I(n))……式(1)其中，-π＜Φ(n)＜+π
T(n)＝Φ(n)/2πf0……式(2)其中，-1/2f0＜T(n)＜1/2f0
将展开处理后的时间设为T’(n)(其中，0＜T’(n)＜∞)，由所述频率合成器确定的采样周期设为Ts时，使用从t(n)＝Ts×n(其中，n＝0，1，2，……)求出的作为采样时刻而设定的值t(n)计算所述时间基准的校正值Δt(n)＝T’(n)-t(n)。
7.根据权利要求2所述的采样电路，其特征在于，
所述校正值计算部输入由所述第2采样器部获取的采样数据r(n)和由所述控制部获取的所述采样时刻的设定值t(n)，利用所述预先存储的正弦波表的相位Φ(n)＝sin-1(r(n))从下述式(2)计算时间T(n)，
T(n)＝Φ(n)/2πf0……式(2)其中，-1/2f0＜T(n)＜1/2f0
将展开处理后的时间设为T’(n)(其中，0＜T’(n)＜∞)，由所述频率合成器确定的采样周期设为Ts时，所述校正值计算部利用从t(n)＝Ts×n(其中，n＝0，1，2，……)求出的作为采样时刻而设定的值t(n)计算所述时间基准的校正值Δt(n)＝T’(n)-t(n)。
8.一种采样方法，其具备：输出从与由重复信号构成的被测定信号(ws)同步的基准时钟信号(f0)的频率的整数分之一的频率失谐规定频率(Δf[Hz])的频率的周期信号(r(t))的步骤；
从所述周期信号输出成为时间基准的采样用的触发信号(CLK)的步骤；及
在所述触发信号的时刻对所述被测定信号进行采样的步骤，
所述采样方法的特征在于，包括：
在所述触发信号的时刻对基于所述基准时钟信号的I信号(I(t))或所述周期信号进行采样的步骤；及
根据采样时刻的设定值(t(n))计算所述时间基准的校正值(Δt(n))的步骤。
9.根据权利要求8所述的采样方法，其具备：输出从与由重复信号构成的被测定信号(ws)同步的基准时钟信号(f0)的频率的整数分之一的频率失谐规定频率(Δf[Hz])的频率的周期信号(r(t))的步骤；
从所述周期信号输出成为时间基准的采样用的触发信号(CLK)的步骤；及
在所述触发信号的时刻对所述被测定信号进行采样的步骤，
所述采样方法的特征在于，包括：
在所述触发信号的时刻对基于所述基准时钟信号的I信号(I(t))进行采样的步骤；
输出将所述基准时钟信号的相位偏移90°的Q信号(Q(t))的步骤；
在所述触发信号的时刻对所述Q信号进行采样的步骤；及
根据所述I信号的采样数据(I(n))、所述Q信号的采样数据(Q(n))及采样时刻的设定值(t(n))计算所述时间基准的校正值(Δt(n))的步骤。
10.根据权利要求8所述的采样方法，其具备：输出从与由重复信号构成的被测定信号(ws)同步的基准时钟信号(f0)的频率的整数分之一的频率失谐规定频率(Δf[Hz])的频率的周期信号(r(t))的步骤；
从所述周期信号输出成为时间基准的采样用的触发信号(CLK)的步骤；及
在所述触发信号的时刻对所述被测定信号进行采样的步骤，
所述采样方法的特征在于，包括：
在所述触发信号的时刻对所述周期信号进行采样的步骤；及
输入所述周期信号的采样数据(r(n))和采样时刻的设定值(t(n))，从预先存储的正弦波表的相位(Φ(n)＝sin-1(r(n)))计算所述时间基准的校正值(Δt(n))的步骤。
11.根据权利要求10所述的采样方法，其特征在于，还包括延迟所述周期信号(r(t))的步骤。
12.一种波形显示方法，其特征在于，
在权利要求8所述的采样方法中，还包括根据通过所述校正值进行校正的时间基准显示基于从所述被测定信号(ws)获得的采样数据的观测波形或眼图的步骤。
13.根据权利要求9所述的采样方法，其特征在于，
计算所述时间基准的校正值(Δt(n))的步骤包括：
用所述I信号I(t)的采样数据I(n)和所述Q信号Q(t)的采样数据Q(n)从下述式(1)计算相位Φ(n)，并用计算出的相位Φ(n)从下述式(2)计算时间T(n)的步骤，及
Φ(n)＝tan-1(Q(n)/I(n))……式(1)其中，-π＜Φ(n)＜+π
T(n)＝Φ(n)/2πf0……式(2)其中，-1/2f0＜T(n)＜1/2f0
将展开处理后的时间设为T’(n)(其中，0＜T’(n)＜∞)，由所述频率合成器确定的采样周期设为Ts时，使用从t(n)＝Ts×n(其中，n＝0，1，2，……)求出的作为采样时刻而设定的值t(n)计算所述时间基准的校正值Δt(n)＝T’(n)-t(n)的步骤。
14.根据权利要求10所述的采样方法，其特征在于，
计算所述时间基准的校正值(Δt(n))的步骤包括：
输入由所述第2采样器部获取的采样数据r(n)和所述采样时刻的设定值t(n)，利用所述预先存储的正弦波表的相位Φ(n)＝sin-1(r(n))从下述式(2)计算时间T(n)，
T(n)＝Φ(n)/2πf0……式(2)其中，-1/2f0＜T(n)＜1/2f0
将展开处理后的时间设为T’(n)(其中，0＜T’(n)＜∞)，由所述频率合成器确定的采样周期设为Ts时，利用从t(n)＝Ts×n(其中，n＝0，1，2，……)求出的作为采样时刻而设定的值t(n)计算所述时间基准的校正值Δt(n)＝T’(n)-t(n)的步骤。
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