JP2006003326A

JP2006003326A - サンプリング装置および波形観測システム

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Publication number: JP2006003326A
Application number: JP2004182947A
Authority: JP
Inventors: Yukio Tsuda; 幸夫津田
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-06-21
Also published as: JP4476710B2

Abstract

【課題】安価に構成でき、且つ広い周波数範囲の信号に対して周波数を同期させることができるようにする。
【解決手段】光サンプリング部２８から出力される信号Ｅｏに含まれる特定成分を特定成分抽出手段３０により抽出し、その特定成分Ｑと、特定成分について演算手段２３で予め算出された理論周波数の規定信号Ｈとの周波数または位相を比較手段３１によって比較する。同期制御手段３２は、比較手段３１の出力Ｅｒに基づいて、特定成分Ｑが規定信号Ｈに周波数同期または位相同期するように基準信号発生手段２４を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、信号に対するサンプリングを行ってその波形情報を取得し、観測するためのシステムにおいて、信号の繰り返し周期の変更等に対応でき、しかも、そのシステムを簡易に構成できるようにするための技術に関する。

例えば、高速な繰り返し信号で変調された光信号の波形のデータを取得して観測するために、図１０に示す波形観測装置１０が用いられている。

この波形観測装置１０は、入力される光信号Ｐの波形の繰り返し周期ＴｘのＮ倍（Ｎは１以上の任意の整数で例えば１００、１０００等）より所定値（オフセット遅延時間）ΔＴだけ長い繰り返し周期Ｔｓ（＝Ｎ・Ｔｘ＋ΔＴ）をもち、パルス幅が狭い光サンプリングパルスＰｓを光サンプリングパルス発生手段１１によって生成する。

そして、その生成された光サンプリングパルスＰｓを光サンプリング部１２に入力し、光信号Ｐを光サンプリングパルスＰｓでサンプリングし、そのサンプリングによって得られたパルス光を光電変換して電気のパルス信号Ｅｏに変換し、このパルス信号Ｅｏの振幅強度をＡ／Ｄ変換器１３によってデジタルのデータに変換して波形データメモリ１４に記憶し、この波形データメモリ１４に記憶された一連の波形データを表示制御手段１５が読み出して表示器１６に波形表示する。

このようなサンプリング方式の波形観測装置１０では、図１１の（ａ）に示すように、光信号Ｐの繰り返し波形がＮ回連続して入力される毎に、光サンプリングパルスＰｓによるサンプリングタイミングが図１１の（ｂ）のように、ΔＴ時間ずつシフトしていくため、周期Ｔｘに比べて格段に低速なサンプリングで、光信号Ｐの波形を高分解能でサンプリングすることができ、これを表示器１６の画面上で観測することができる。

上記のようなサンプリング方式の波形観測装置１０において、任意の信号の波形を安定に観測するためには、その観測対象の信号に対して、波形観測装置１０側のサンプリング周波数が正確に対応している必要があり、長期間に渡ってその対応関係を維持させるためには、周波数同期を確立する必要がある。

この周波数同期を確立する方法として、特許文献１には、被測定信号を発生する信号源と波形観測装置に対して、共通の基準信号を与え、この基準信号により、被測定信号の周波数とサンプリング周波数とを同期させる方法が示されている。

また、周波数同期を確立する別の方法として、特許文献２には、波形観測装置において、被測定信号をクロック再生器に入力して、そのクロック信号成分を抽出し、この抽出したクロック信号を用いて、サンプリングの同期を確立する方法が示されている。

特開２００２−７１７２５号公報特開２００２−５５１２４号公報

しかしながら、前者の方法では、被測定信号を発生する信号源側が、外部信号に同期して動作する外部同期機能を有していなければならず、測定対象が限定されてしまうという問題があった。また、外部同期機能を有していても、信号源と波形観測装置との距離が離れている等の物理的制限により、その外部同期機能を使用できない場合もある。

また、後者の方法では、高価な高速クロック再生器が必要となり、しかも、この種の高速クロック再生器における再生可能なクロックの周波数範囲は狭い場合が多く、やはり測定対象が限定されてしまうという問題があった。

また、この種の従来の波形観測装置では、狭い幅の光サンプリングパルスを生成したり、光同士のミキシングを行う光ミキサ等が必要であり、波形表示部を含めると装置全体が複雑化し、高価になるという別の問題もあった。

本発明は、これらの問題を解決して、安価で、且つ広い周波数範囲の信号に対して周波数を同期させることができるサンプリング装置および波形観測システムを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１のサンプリング装置は、
サンプリングの対象となる信号を入力するための入力端子（２１ａ）と、
前記入力端子に入力される信号についてその取得対象となる波形の繰り返し周期（Ｔｘ）とサンプリングのオフセット遅延時間（ΔＴ）とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２２）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のあるサンプリング周期（Ｔｓ）と、そのサンプリングによって得られる信号に含まれる特定成分の理論周波数（Ｆｈ）とを算出する算出する演算手段（２３）と、
周波数の基準となる基準信号を発生する基準信号発生手段（２４）と、
前記基準信号に基づいて、前記演算手段によって算出されたサンプリング周期と等しい周期のクロック信号および前記理論周波数の規定信号を生成出力する信号発生手段（２５）と、
前記クロック信号を外部へ出力するためのクロック出力端子（２１ｂ）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期のサンプリングパルスを発生するサンプリングパルス発生手段（２７）と、
前記入力端子から入力された信号を、前記サンプリングパルス発生手段から出射されたサンプリングパルスによってサンプリングするサンプリング部（２８）と、
前記サンプリング部によって得られる信号を外部に出力するためのサンプル信号出力端子（２１ｃ）と、
前記サンプリング部によって得られる信号に含まれる前記特定成分と前記規定信号との周波数または位相を比較する比較手段（３１）と、
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記規定信号の周波数が前記特定成分に一致する方向、または前記規定信号の位相が前記特定成分に対して所定位相差となる方向に前記基準信号発生手段を制御する同期制御手段（３２）とを備えている。

また、本発明の請求項２のサンプリング装置は、請求項１のサンプリング装置において、
前記サンプリング部によって得られる信号から、前記演算手段によって算出された理論周波数およびその近傍の信号成分を前記特定成分として抽出する特定成分抽出手段（３０）を有し、
前記比較手段は、前記特定成分抽出手段によって抽出された特定成分と前記規定信号とを比較することを特徴としている。

また、本発明の請求項３の波形観測システムは、
サンプリングの対象となる信号を入力するための入力端子（２１ａ）と、
前記入力端子に入力される信号についてその取得対象となる波形の繰り返し周期（Ｔｘ）とサンプリングのオフセット遅延時間（ΔＴ）とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２２）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のあるサンプリング周期（Ｔｓ）と、そのサンプリングによって得られる信号に含まれる特定成分の理論周波数（Ｆｈ）とを算出する算出する演算手段（２３）と、
周波数の基準となる基準信号を発生する基準信号発生手段（２４）と、
前記基準信号に基づいて、前記演算手段によって算出されたサンプリング周期と等しい周期のクロック信号および前記理論周波数の規定信号を生成出力する信号発生手段（２５）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期のサンプリングパルスを発生するサンプリングパルス発生手段（２７）と、
前記入力端子から入力された信号を、前記サンプリングパルス発生手段から出射されたサンプリングパルスによってサンプリングするサンプリング部（２８）と、
前記サンプリング部によって得られる信号に含まれる前記特定成分と前記規定信号との周波数または位相を比較する比較手段（３１）と、
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記規定信号の周波数が前記特定成分に一致する方向、または前記規定信号の位相が前記特定成分に対して所定位相差となる方向に前記基準信号発生手段を制御する同期制御手段（３２）と、
前記サンプリング部から出力される信号をデジタルのデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換器（４３）と、
波形データを記憶するための波形データメモリ（４５）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデータを前記クロック信号に同期して前記波形データメモリに書込むデータ取得制御手段（４４）と、
前記波形データメモリに記憶された一連の波形データを読み出して波形表示する波形表示手段（４６、４７）とを備えている。

また、本発明の請求項４の波形観測システムは、請求項３の波形観測システムにおいて、
前記サンプリング部によって得られる信号から、前記演算手段によって算出された理論周波数およびその近傍の信号成分を前記特定成分として抽出する特定成分抽出手段（３０）を有し、
前記比較手段は、前記特定成分抽出手段によって抽出された特定成分と前記規定信号とを比較することを特徴としている。

このように、本発明のサンプリング装置および波形観測システムは、サンプリング部から出力される信号に含まれる特定成分と、その特定成分について予め算出された理論周波数の規定信号とを比較し、特定成分が規定信号に周波数同期または位相同期するように基準信号を制御している。

つまり、装置が基本的に有しているサンプリング機能で得られた信号を用いて周波数同期を確保しているので、高価で狭帯域なクロック再生器を用いる必要がなく、安価に実現でき、また、測定対象が限定されずに済む。

また、本発明のサンプリング装置では、クロック信号およびサンプリング部から出力された信号を、それぞれの出力端子を介して外部へ出力できるようにしているので、手持ちのデジタルオシロスコープを併用することで、任意の信号に対して周波数同期が可能な波形観測システムを、より安価に構成することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した波形観測システム２０の構成を示している。

この波形観測システム２０は、サンプリング装置２１とデジタルオシロスコープ６０によって構成されている。

サンプリング装置２１は、入力端子２１ａから入力される光信号Ｐを幅の狭い光パルスによってサンプリングしてその波形情報を取得するためのものであり、デジタルオシロスコープ６０は、このサンプリングによって得られた波形情報を記憶し、表示する。

サンプリング装置２１のパラメータ指定手段２２は、図示しない操作部の操作等によって光信号Ｐの取得対象波形の繰り返し周期Ｔｘとサンプリングのオフセット遅延時間ΔＴとに対応する情報を指定するためのものである。

なお、この情報は、繰り返し周期Ｔｘとオフセット遅延時間ΔＴとを特定できる情報であればよく、例えば繰り返し周期Ｔｘに対応した情報は、繰り返し周期Ｔｘそのものの値だけでなく、繰り返し周波数ｆｘ（＝１／Ｔｘ）であってもよく、また、予め設定されている複数のものから一つを指定する番号等の情報であってもよい。

また、信号の周期と周波数とは、その一方が決まれば他方が一義的に特定されるので、本明細書において「周期」およびその関係を「周波数」およびその関係に置き換えたものや、逆に「周波数」およびその関係を「周期」およびその関係に置き換えたものも本発明に含まれるものとする。

演算手段２３は、パラメータ指定手段２２によって指定された情報に基づいて、繰り返し周期Ｔｘの整数（Ｎ）倍に対してオフセット遅延時間ΔＴだけ差のある周期Ｔｓを光信号Ｐに対するサンプリング周期として算出する。

このサンプリング周期Ｔｓに対応するサンプリング周波数Ｆｓ（＝１／Ｔｓ）は、Ｔｓ＝Ｎ・Ｔｘ＋ΔＴの関係から、
Ｆｓ＝Ｆｘ／（Ｎ＋Ｆｘ・ΔＴ）
の演算によって求められる。

また、演算手段２３は、繰り返し周期Ｔｘの信号に対して、周期Ｔｓのサンプリングをしたときに得られるパルス信号に含まれる信号成分のうち、特定成分の理論周波数Ｆｈを算出する。

この特定成分は、パルス信号のピーク点を結ぶ包絡線信号の基本波成分あるいはその高調波成分のいずれでもよいが、ここでは特定成分を基本波成分とし、その理論周波数Ｆｈを求める場合について説明する。

特定成分が基本波成分の場合、その周期Ｔｈは、周期Ｔｘの波形の情報をΔＴ間隔で得るのに必要なサンプリング回数（Ｔｘ／ΔＴ）に、サンプリング周期Ｔｓを乗じて得られる時間と等しい。

したがって、理論周波数Ｆｈは、
Ｆｈ＝１／Ｔｈ＝ΔＴ／（Ｔｓ・Ｔｘ）
となる。

例えば、Ｆｘ＝１ＧＨｚ、ΔＴ＝０．１ｐｓ、サンプリング周波数Ｆｓの設定可能範囲を１０ＭＨｚ±１ｋＨｚとすると、
１０^９／（Ｎ＋１０^９・０．１×１０^−１２）
が、９．９９９ＭＨｚから１０．００１ＭＨｚの範囲に入る整数Ｎを求め、そのＮについてＦｓ＝Ｆｘ／（Ｎ＋Ｆｘ・ΔＴ）を満たすサンプリング周波数Ｆｓを求めればよく、上記数値例では、Ｎ＝１００、Ｆｓ＝９．９９９９９ＭＨｚが得られる。

また、このサンプリング周波数Ｆｓに対して、理論周波数Ｆｈは、上記式から、
Ｆｈ＝９．９９９９９×１０^２（Ｈｚ）
となる。

基準信号発生手段２４は、周波数の基準となる所定周波数帯（例えば１００ＭＨｚ）の基準信号Ｒを生成して信号発生手段２５に出力する。この基準信号発生手段２４は、後述する同期制御手段３２によって制御される。

信号発生手段２５は、基準信号Ｒに基づいて、演算手段２３で算出されたサンプリング周期Ｔｓ（周波数Ｆｓ）のクロック信号Ｃ、後述する光サンプリングパルス発生手段２７で幅の狭いパルス光を生成させるために必要な高い周波数の信号Ｕ、理論周波数Ｆｈの規定信号Ｈおよびトリガ用信号Ｇを生成して出力する。

この信号発生手段２５としては、基準信号Ｒに基づいて、例えば１ＧＨｚ±１ＭＨｚの信号Ｕを生成し、その信号Ｕを分周して上記クロック信号Ｃ、規定信号Ｈおよびトリガ用信号Ｇを発生するように構成されている。なお、前記したように、特定成分を基本波成分とする場合、規定信号Ｈとトリガ用信号Ｇの周波数は同一でよく、その波形は任意であるがここではともに矩形波とする。

光サンプリングパルス発生手段２７は、信号発生手段２５が出力するクロック信号Ｃと等しい周期の光サンプリングパルスＰｓを発生する。

この光サンプリングパルス発生手段２７が発生する光サンプリングパルスＰｓのパルス幅は、サンプリングの時間分解能の上限を決定するものであり、パルス幅が狭い程、高い時間分解能でサンプリングを行なうことができる。

この狭い光サンプリングパルスを得るために、光サンプリングパルス発生手段２７は、例えば図２に示しているように、光源２７ａから出射される連続光ＣＷを変調器２７ｂに入射して信号Ｕで変調して、図３の（ａ）のように比較的狭い幅のパルス光Ｐａを信号Ｕの周期Ｔｕで生成し、そのパルス光Ｐａを間引手段２７ｃに入力する。

間引手段２７ｃは、クロック信号Ｃの周期で短時間だけオンする光スイッチを有し、図３の（ｂ）のようにクロック信号Ｃの周期Ｔｓのパルス光Ｐｂを出力する。このパルス光Ｐｂは、自動利得制御型のファイバアンプ２７ｄにより適切な強度に増幅されて分散減少ファイバ２７ｅに入射される。この適切な強度のパルス光Ｐｂ′を受けた分散減少ファイバ２７ｅからは、図３の（ｃ）のように幅が狭い（例えば０．１ｐｓ以下）の光サンプリングパルスＰｓが周期Ｔｓで出射される。

なお、この光サンプリングパルス発生手段２７から出射される光サンプリングパルスＰｓは、クロック信号Ｃに同期するように設定されている。

この光サンプリングパルスＰｓは、光サンプリング部２８に入射される。
光サンプリング部２８は、例えば、図４に示しているように、光ミキサ２８ａと光電変換器２８ｂとからなり、入力端子２１ａから入力される光信号Ｐと光サンプリングパルスＰｓとを光ミキサ２８ａに入力して、光信号Ｐを光サンプリングパルスＰｓでサンプリングし、そのサンプリングによって得られたパルス光Ｐｏを光電変換器２８ｂによって電気のパルス信号Ｅｏに変換して出力する。

特性成分抽出手段３０は、演算手段２３によって得られた理論周波数Ｆｈを中心周波数とする狭帯域（例えば帯域幅１００Ｈｚ）のＢＰＦにより構成され、光サンプリング部２８から出力されるパルス信号Ｅｏに含まれる信号成分から、理論周波数Ｆｈおよびその近傍の信号成分を前記特定成分（この場合基本波成分）Ｑとして抽出する。

比較手段３１は、特定成分抽出手段３０によって抽出された基本波成分Ｑと規定信号Ｈとの周波数および位相を比較し、周波数差および両者の位相差と所定値（例えば０、π／２等）との差を示す誤差信号Ｅｒを同期制御手段３２へ出力する。

同期制御手段３２は、比較手段３１の比較結果（誤差信号Ｅｒ）に基づいて規定信号Ｈの周波数が基本波成分Ｑに一致する方向および規定信号Ｈの位相が基本波成分Ｑに対して所定位相差（例えば０）となる方向に、基準信号発生手段２４を制御して、入力信号の波形の周期にサンプリング動作を同期させる。

なお、特定成分抽出手段３０、比較手段３１および同期制御手段３２は、アナログフィルタで基本波成分Ｑを抽出し、これと規定信号Ｈとを周波数位相比較器で比較し、その誤差信号から制御信号を生成して基準信号発生手段２４に与えるアナログ構成の他に、Ａ／Ｄ変換器とデジタル信号処理器（ＤＳＰ）を用いて構成することができる。

この場合、光サンプリング部２８から出力される信号ＥｏをＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換し、理論周波数Ｆｈを通過中心周波数とするデジタルフィルタによって基本波成分Ｑ（特定成分）を抽出し、その基本波成分Ｑと規定信号Ｈとの位相差と、基準値（例えば０）との差（位相誤差）をデジタル演算処理によって求める。

この位相誤差の演算は任意であり、例えば、基本波成分Ｑを規定信号Ｈで直交検波して２つのベースバンド成分Ｉ、Ｑを求め、そのベースバンド成分Ｉ、Ｑで決まる位相角を算出することで得られる。また、矩形波に整形した基本波成分Ｑと規定信号Ｈのレベル遷移タイミングの時間差を求めることによって得ることもできる。

また、同期制御処理としては、演算処理で得られた位相誤差Δθに比例した値Ｐ・Δθと、位相誤差の変化量∂Δθに比例した値ｄ・∂Δθと、位相誤差の累積値ΣΔθに比例した値ｉ・ΣΔθの和信号を、基準信号Ｒの周波数補正のための制御信号Ｃｄとする、所謂ＰＩＤ制御が安価に構成でき、位相誤差の揺らぎを最小に抑えることができる。

なお、このようなデジタル処理の場合、信号発生手段２５が比較手段３１に出力する規定信号Ｈは、理論周波数Ｆｈの信号を表す数値データ列となる。

同期制御手段３２からの制御信号Ｃｄを受けた基準信号発生手段２４から出力される基準信号Ｒの周波数と位相は、規定信号Ｈの周波数が基本波成分Ｑと一致する方向に変化し、さらに両信号の位相差が所定値となる方向に変化する。

一方、信号発生手段２５が生成したクロック信号Ｃはクロック出力端子２１ｂを介して外部に出力できるようになっており、同様に、パルス信号Ｅｏ、トリガ用信号Ｇもそれぞれサンプル信号出力端子２１ｃ、トリガ出力端子２１ｄを介して外部へ出力できるように構成されている。

このサンプリング装置２１の各出力端子２１ｂ〜２１ｄは、デジタルオシロスコープ６０の外部クロック入力端子６０ａ、第１チャネル入力端子６０ｂ、第２チャネル入力端子６０ｃにそれぞれ接続されている。

デジタルオシロスコープ６０は、各チャネル入力端子６０ｂ、６０ｃから入力される信号に対するＡ／Ｄ変換処理を外部クロック入力端子６０ａに入力されるクロック信号に同期して行う外部クロック同期機能と、任意に指定したチャネル入力端子またはトリガ入力端子の入力信号の電圧が任意に設定したしきい値を所定方向に越えたタイミングから一定時間（後述する時間軸の表示幅および表示ポイント数等に依存する）が経過する間にＡ／Ｄ変換処理によって得られたデータを波形データとしてチャネル毎に記憶する外部トリガ機能と、その記憶した波形データを時間軸上に表示する波形表示機能とを有しており、この波形表示のモードとして、パーシステンス表示モード、平均化表示モードのいずれかを任意に選択できるように構成されている。

次に上記波形観測システム２０の動作を説明する。
始めに、例えば図５の（ａ）に示すようにデューティ比５０パーセントのほぼ矩形波の光信号Ｐを入力端子２１ａに入力し、その波形の繰り返し周期Ｔｘおよびサンプリングのオフセット遅延時間ΔＴに対応した情報をパラメータ指定手段２２によって指定する。

この指定された情報に基づいて、サンプリング周期Ｔｓが算出され、その算出されたサンプリング周期Ｔｓのクロック信号Ｃおよび光サンプリングパルスＰｓが図５の（ｂ）、（ｃ）のように生成される。

また、演算手段２３によって、前記基本波成分Ｑ（特定成分）の理論周波数Ｆｈが算出され、特定成分抽出手段３０の抽出周波数帯の中心周波数として設定される。

そして、光サンプリングパルスＰｓが光サンプリング部２８に入力され、光サンプリング部２８で光信号Ｐがサンプリングされて、そのサンプリングで得られた電気のパルス信号Ｅｏが、図５の（ｄ）のように光サンプリング部２８から出力され、サンプル信号出力端子２１ｃを介してデジタルオシロスコープ６０の第１チャネル入力端子６０ｂに入力されるとともに、特定成分抽出手段３０に入力される。

このパルス信号Ｅｏに対して特定成分抽出手段３０からは、図６の（ｂ）のようにパルス信号Ｅｏのピークを結ぶ包絡線Ｗに含まれる基本波成分Ｑ（正弦波）が出力され、その基本波成分Ｑが比較手段３１に入力される。なお、図６の（ａ）は図５の（ｄ）の波形の時間軸を縮めて示したものである。

一方、信号発生手段２５からは、図６の（ｃ）、（ｄ）のように理論周波数Ｆｈを初期周波数とする規定信号Ｈとトリガ用信号Ｇが出力され、規定信号Ｈは比較手段３１に入力され、トリガ用信号Ｇはトリガ出力端子２１ｄを介してデジタルオシロスコープ６０の第２チャネル入力端子６０ｃに入力される。なお、ここでは、規定信号Ｈとトリガ用信号Ｇの位相が一致している例を示すが、両信号に位相差があってもよい。

ここで、図６の（ｃ）、（ｄ）に示しているように、基本波成分Ｑに対して、規定信号Ｈの周波数が一致し、且つ両信号の位相差が所定値（例えば０）であれば、比較手段３１から誤差信号Ｅｒは出力されず、基準信号発生手段２４が出力する基準信号Ｒの周波数と位相は現状態に保持される。

その状態で、デジタルオシロスコープ６０に入力されるパルス信号Ｅｏに対するＡ／Ｄ変換処理が行われ、トリガ用信号Ｇの立ち上がり（または立ち下がり）タイミングから、波形データの取得が開始され、その画面上に、例えば図７のように、光信号Ｐの波形がオフセット遅延時間ΔＴ間隔のポイントで残像表示される。

また、図６の（ｃ′）、（ｄ′）に示しているように、基本波成分Ｑと規定信号Ｈとの間に周波数差があって位相差が順次大きくなっていくと、観測対象の波形に対してサンプリングの開始ポイントおよび各サンプリングポイントが時間とともにずれて、図７に示した波形が時間軸方向に流れようとするが、このような周波数差や位相差が発生すると、比較手段３１からその周波数差や位相差に応じた誤差信号Ｅｒが同期制御手段３２に出力され、その周波数差や位相差がなくなる方向に基準信号Ｒの周波数、位相が制御されて、図６の（ｃ）、（ｄ）の状態に保持される。

したがって、観測波形が時間軸に沿って流れる現象は発生せず、常に安定な波形観測を行うことができる。

なお、ここでは規定信号Ｈと基本波成分Ｑの周波数を一致させ、且つ位相差が所定値となるように制御しているが、周波数差のみを検出して、その差がゼロとなるように制御してもよい。この場合であっても信号の安定度が高ければ、両者の位相差の変動は小さく、波形の流れはゆるやかで観測可能である。

また、上記説明では、観測対象の波形がデューティ比５０パーセントの矩形波の場合で説明したが、例えばビットレート１０Ｇｂｐｓで、図８の（ａ）に示すように、データ（１１１０１０１０）の８ビットの波形が繰り返される場合、その繰り返し周波数Ｆｘは、１０／８＝１．２５ＧＨｚとなるが、波形に含まれる各周波数成分のレベルを考慮すると、１．２５ＧＨｚの成分よりも、１と０の繰り返しによる１０／２＝５ＧＨｚの成分の方が大きい。

これはパルス信号Ｅｏに含まれる信号成分についても言えることであり、前記したように波形の繰り返し周波数Ｆｘに対して算出された基本波成分Ｑを抽出しても、その抽出レベルが低くなって、フィードバック制御が不安定になる場合が考えられる。

これを防ぐために、例えばパラメータ指定手段２２から、繰り返し周波数Ｆｘの他に、特定成分を指定するための情報、例えば、上記５ＧＨｚのような周波数Ｆｒの情報を仮の繰り返し周波数として演算手段２３に指定できるようにする。

この周波数Ｆｒ（周期Ｔｒ）に対して演算手段２３は、理論周波数Ｆｈを、
Ｆｈ＝ｍｏｄ［Ｆｒ，Ｆｓ］
（ただし、記号ｍｏｄ［Ａ，Ｂ］は、ＡをＢで割った余りを表す）
の演算で求めて、信号発生手段２５および特定成分抽出手段３０に設定する。

また、トリガ用信号Ｇの周波数Ｆｇについては、前記同様に、
Ｆｇ＝１／Ｔｇ＝ΔＴ／（Ｔｓ・Ｔｘ）。
の演算で求め、信号発生手段２５に設定する。

なお、波形のパターンやビットレートをパラメータ指定手段２２から指定することで、演算手段２３が最適な特定成分の理論周波数Ｆｈを算出するように構成してもよい。

信号発生手段２５は、前記同様に算出された周波数Ｆｓのクロック信号Ｃ、理論周波数Ｆｈの規定信号Ｈおよび周波数Ｆｇのトリガ用信号Ｇを発生する。

また、特定成分抽出手段３０は、図８の（ａ）の包絡線Ｗに対して、前記基本波成分の４倍の周波数で基本波成分よりレベルが大きい周波数Ｆｈの特定成分Ｑを図８の（ｂ）のように抽出するので、この特定成分Ｑに対して図８の（ｃ）の規定信号Ｈが同期するように基準信号Ｒが制御され、前記同様に、波形を安定に観測することができる。

なお、トリガ用信号Ｇの周期は、図８の（ｄ）のように、観測対象波形の長さ分に対応しているので、波形データの開始タイミングはデジタルオシロスコープ６０のトリガレベルが変わらなければ波形に対して一定であり、前記同様に安定な観測が行える。

また、上記波形観測システム２０は、サンプリング装置２１とデジタルオシロスコープ６０とで構成されていたが、サンプリング装置２１とデジタルオシロスコープ６０の機能とを共通の筐体内に収容して一体化した波形観測システムを構成することも可能である。

図９は、その波形観測システム４０の構成例を示すものであり、前記したサンプリング装置２１の各構成要素の他に、Ａ／Ｄ変換器４３、データ取得制御手段４４、波形データメモリ４５、表示制御手段４６、表示器４７および観測モード指定手段４８を備えている。

Ａ／Ｄ変換器４３は、光サンプリング部２８から出力される信号Ｅｏに対するＡ／Ｄ変換処理を、クロック信号Ｃ（またはクロック信号Ｃに同期したより高速のクロック信号）を受ける毎に行い、そのＡ／Ｄ変換処理によって得られたパルス信号Ｅｏのピーク値のデータＤｐをデータ取得制御手段４４に出力する。

データ取得制御手段４４は、トリガ用信号Ｇの立ち上がり（または立ち下がり）タイミングから、波形データメモリ４５に対するデータＤｐの書き込みをクロック信号Ｃに同期して開始し、所定数のデータの書き込みが終了すると、次のトリガ用信号Ｇの立ち上がりまで待機するという動作を繰り返す。なお、波形データメモリ４５に書き込むデータの数は、後述する表示器４７に表示される時間軸の表示ポイント数に対応する。

表示制御手段４６は、表示器４７とともに波形表示手段を形成するものであり、時間軸と電圧軸とからなる座標画面を表示器４７に表示させ、波形データメモリ４５に記憶された一連のデータＤｐを読み出して、座標画面上にプロット表示して、その読み出した一連のデータＤｐに対応する波形を表示する。

なお、この表示制御手段４６は、観測モード指定手段４８によって指定された観測モードに応じて、波形データメモリ４５に記憶されたデータＤｐに対する加工処理および表示処理を行う。

即ち、パーシステンスモードが指定された場合、波形データメモリ４５に記憶された一連のデータＤｐを残像を残すことで波形表示し、平均化モードが指定された場合、波形データメモリ４５に記憶された一連のデータＤｐを所定組求めて、その平均化処理を行い、その平均化処理で得られた一連のデータを重ねて波形として表示する。

このように構成された波形観測システム４０の動作は、前記波形観測システム２０同様であり、特定成分抽出手段３０によって抽出される特定成分Ｑに対するサンプリングおよびトリガ用信号Ｇの同期がなされるので、観測対象の波形を安定に表示させることができる。

なお、上記実施形態では、特定成分抽出手段３０の帯域制限処理により、サンプリングで得られた信号に含まれる周波数成分から、その基本波などの特定成分を抽出していたが、例えば、光電変換器２８ｂの応答速度が低い光サンプリング部２８に対して比較的短いサンプリング周期でサンプリングを行った場合、光電変換器２８ｂから出力される信号がパルス状とならずに、前記包絡線Ｗに近い波形で出力される場合がある。

このような場合で、例えば光信号の変調波形が正弦波であれば、光サンプリング部２８から出力される信号Ｅｏも正弦波となる。したがって、光サンプリング部２８の出力信号そのものを特定成分とすることができ、図１および図９に点線で示しているように、特定成分抽出手段３０を省略して、光サンプリング部２８から出力される信号Ｅｏを直接比較手段３１に入力し、規定信号Ｈと比較することができる。また、光信号の変調波形が、１と０が交互に並ぶ単純な矩形波であれば、信号Ｅｏに対して簡単な波形整形を行って比較手段３１に直接入力し、矩形波同士で比較すればよい。

また、前記した各波形観測システム２０、４０は、光信号を光パルスでサンプリングするＯ／Ｏサンプリング方式であったが、電気信号を光パルスでサンプリングするＥ／Ｏサンプリング方式についても本発明を同様に適用できる。

本発明の実施形態の構成を示す図実施形態の要部の構成例を示す図実施形態の要部の動作を説明するための図実施形態の要部の構成例を示す図実施形態の動作を説明するための図実施形態の動作を説明するための図観測波形の一例を示す図パターンが異なる波形に対する実施形態の動作を説明するための図本発明の他の実施形態の構成を示す図従来装置の構成を示す図従来装置の動作を説明するための図

符号の説明

２０、４０……波形観測システム、２１……サンプリング装置、２２……パラメータ指定手段、２３……演算手段、２４……基準信号発生手段、２５……信号発生手段、２７……光サンプリングパルス発生手段、２８……光サンプリング部、３０……特定成分抽出手段、３１……比較手段、３２……同期制御手段、４３……Ａ／Ｄ変換器、４４……データ取得制御手段、４５……波形データメモリ、４６……表示制御手段、４７……表示器、４８……観測モード指定手段

Claims

サンプリングの対象となる信号を入力するための入力端子（２１ａ）と、
前記入力端子に入力される信号についてその取得対象となる波形の繰り返し周期（Ｔｘ）とサンプリングのオフセット遅延時間（ΔＴ）とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２２）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のあるサンプリング周期（Ｔｓ）と、そのサンプリングによって得られる信号に含まれる特定成分の理論周波数（Ｆｈ）とを算出する算出する演算手段（２３）と、
周波数の基準となる基準信号を発生する基準信号発生手段（２４）と、
前記基準信号に基づいて、前記演算手段によって算出されたサンプリング周期と等しい周期のクロック信号および前記理論周波数の規定信号を生成出力する信号発生手段（２５）と、
前記クロック信号を外部へ出力するためのクロック出力端子（２１ｂ）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期のサンプリングパルスを発生するサンプリングパルス発生手段（２７）と、
前記入力端子から入力された信号を、前記サンプリングパルス発生手段から出射されたサンプリングパルスによってサンプリングするサンプリング部（２８）と、
前記サンプリング部によって得られる信号を外部に出力するためのサンプル信号出力端子（２１ｃ）と、
前記サンプリング部によって得られる信号に含まれる前記特定成分と前記規定信号との周波数または位相を比較する比較手段（３１）と、
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記規定信号の周波数が前記特定成分に一致する方向、または前記規定信号の位相が前記特定成分に対して所定位相差となる方向に前記基準信号発生手段を制御する同期制御手段（３２）とを備えたサンプリング装置。
前記サンプリング部によって得られる信号から、前記演算手段によって算出された理論周波数およびその近傍の信号成分を前記特定成分として抽出する特定成分抽出手段（３０）を有し、
前記比較手段は、前記特定成分抽出手段によって抽出された特定成分と前記規定信号とを比較することを特徴とする請求項１記載のサンプリング装置。
サンプリングの対象となる信号を入力するための入力端子（２１ａ）と、
前記入力端子に入力される信号についてその取得対象となる波形の繰り返し周期（Ｔｘ）とサンプリングのオフセット遅延時間（ΔＴ）とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２２）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のあるサンプリング周期（Ｔｓ）と、そのサンプリングによって得られる信号に含まれる特定成分の理論周波数（Ｆｈ）とを算出する算出する演算手段（２３）と、
周波数の基準となる基準信号を発生する基準信号発生手段（２４）と、
前記基準信号に基づいて、前記演算手段によって算出されたサンプリング周期と等しい周期のクロック信号および前記理論周波数の規定信号を生成出力する信号発生手段（２５）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期のサンプリングパルスを発生するサンプリングパルス発生手段（２７）と、
前記入力端子から入力された信号を、前記サンプリングパルス発生手段から出射されたサンプリングパルスによってサンプリングするサンプリング部（２８）と、
前記サンプリング部によって得られる信号に含まれる前記特定成分と前記規定信号との周波数または位相を比較する比較手段（３１）と、
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記規定信号の周波数が前記特定成分に一致する方向、または前記規定信号の位相が前記特定成分に対して所定位相差となる方向に前記基準信号発生手段を制御する同期制御手段（３２）と、
前記サンプリング部から出力される信号をデジタルのデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換器（４３）と、
波形データを記憶するための波形データメモリ（４５）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデータを前記クロック信号に同期して前記波形データメモリに書込むデータ取得制御手段（４４）と、
前記波形データメモリに記憶された一連の波形データを読み出して波形表示する波形表示手段（４６、４７）とを備えた波形観測システム。
前記サンプリング部によって得られる信号から、前記演算手段によって算出された理論周波数およびその近傍の信号成分を前記特定成分として抽出する特定成分抽出手段（３０）を有し、
前記比較手段は、前記特定成分抽出手段によって抽出された特定成分と前記規定信号とを比較することを特徴とする請求項３記載の波形観測システム。