JP2011089832A - 標本化装置および標本化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定装置の被測定信号と同期クロック信号にジッタがある場合でも、トリガディレイの影響を受けずに、ジッタを正しく補正する。
【解決手段】基準信号を発生する機能部と、同期クロック信号から、第１ストローブ信号を生成する機能部と、第２ストローブ信号を生成する機能部と、第１ストローブ信号によって、被測定信号をサンプリングする機能部と、第１ストローブ信号によって、基準信号をサンプリングする機能部と、第２ストローブ信号によって、基準信号をサンプリングする機能部と、サンプリング値から、被測定信号サンプリング部の時間軸情報を求める機能部と、時間軸情報と、サンプリング値から、被測定信号の波形を求める機能部とを備え、第２ストローブ信号の周期は、同期クロック信号の整数倍で、サンプリング時点における第２ストローブ信号の被測定信号に対する遅れ時間に等しい標本化装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定信号を繰り返しサンプリングする標本化装置および標本化方法に関し、詳しくは、トリガディレイの影響を受けずに被測定信号の波形を精度よく再現することができる標本化装置および標本化方法に関する。

被測定信号の波形を精度よく再現することができる標本化装置が特許文献１に記載されている。図１は、被測定装置１０が出力する被測定信号を標本化する標本化装置１００の構成を示すブロック図である。被測定装置１０からは、被測定信号Ｓ１と、被測定信号Ｓ１に同期した同期クロック信号Ｓ２が出力される。

本図の例では、ジッタ源として被測定装置１０の同期クロック信号Ｓ２に存在するジッタＪｒを想定している。また、標本化装置１００の内部に搭載された基準信号発生部３４が出力する基準信号Ｓ６に存在するジッタＪｆと、シーケンシャル・サンプリングを実現するための第１周波数変換部３５で発生するジッタＪｓも考慮している。

標本化装置１００では、被測定信号Ｓ１と内部の基準信号Ｓ６とを、第１ストローブ信号Ｓ４で同時にサンプルし、垂直軸情報信号Ｓ３と第１参照信号Ｓ７とを得る。また、ほぼ同じ時刻に、基準信号Ｓ６を第２ストローブ信号Ｓ５でサンプルし、第２参照信号Ｓ８を得る。ここで、第１ストローブ信号Ｓ４は、同期クロック信号Ｓ２を分周した信号と僅かに周波数の異なる信号である。この信号を生成する際に、ジッタＪｓが発生する。第２ストローブ信号Ｓ５は、同期クロック信号Ｓ２を分周した信号である。

このとき、垂直軸情報信号Ｓ３は、被測定信号Ｓ１のジッタＪｒと、第１ストローブ信号Ｓ４のジッタＪｓとを含む。第１参照信号Ｓ７は、基準信号Ｓ６のジッタＪｆと第１ストローブ信号Ｓ４のジッタＪｓとを含む。また、第２参照信号Ｓ８は、基準信号のＳ６のジッタＪｆと第２ストローブ信号Ｓ５のジッタＪｒとを含む。

そこで、第１参照信号Ｓ７と第２参照信号Ｓ８とを演算してジッタＪｆを除去し、ジッタＪｓとジッタＪｒとを得る。この結果を時間軸情報に反映させ、垂直軸情報信号Ｓ３のジッタＪｓとジッタＪｒとを除去するようにしている。これにより、標本化装置１００は、被測定信号の波形を精度よく再現することができる。

なお、ジッタＪｆは、精度の高い基準信号発生部３４を用いることにより、十分小さくすることが可能であるのに対し、ジッタＪｒは、被測定装置１０に起因するものであるため、調整することができないジッタである。また、ジッタＪｓも、第１周波数変換部３５において同期クロック信号Ｓ２からＰＬＬ等を用いて第１ストローブ信号Ｓ４を生成する際に発生するため、避けることのできないジッタである。

特開２００７−２４６５７号公報

被測定装置１０から出力される同期クロック信号Ｓ２が、第１周波数変換部３５、第２周波数変換部３６で加工されて、被測定信号サンプリング部３１、第１サンプリング部３２、第２サンプリング部３３に至るまでの経路で遅延が生じ、この遅延はトリガディレイと称される。

トリガディレイは、第１ストローブ信号Ｓ４、第２ストローブ信号Ｓ５に対して波形成形を行なう場合にはさらに大きくなる。トリガディレイの大きさは、部構成に依存し、例えば、数ｎｓ〜数１０ｎｓ程度となる。

一方、被測定装置１０から出力される被測定信号Ｓ１が被測定信号サンプリング部３１に至るまでの遅延は、トリガディレイに比べて小さい。この遅延は、途中に部品がないため配線の遅延のみになるのに加え、被測定信号Ｓ１の劣化を防ぐために、一般に配線ができるだけ短くなるように接続されているためである。実装上は、被測定信号サンプリング部３１の入力コネクタを、直接標本化装置１００の外部に露出するような構造となっており、遅延量は、例えば、数１００ｐｓ以下となる。

このように、サンプリング時点において第１ストローブ信号Ｓ４および第２ストローブ信号Ｓ５は、被測定信号Ｓ１から数ｎｓ〜数１０ｎｓ程度遅れていることになる。

トリガディレイは、被測定信号Ｓ１にジッタがない場合には問題にならない。例えば、標本化装置１００が対象とする被測定信号Ｓ１が、同期クロック信号Ｓ２に同期した繰り返し波形とすると、第１ストローブ信号Ｓ４、第２ストローブ信号Ｓ５に遅延があって、何クロックか後の波形をサンプルしたとしても、繰り返し波形なので同じ信号が来ており、波形を再生することができる。これは、サンプリングオシロスコープの原理である。

しかしながら、被測定装置１０にジッタがあり、上述のようにこれを除去しようとした場合にトリガディレイが問題になる。すなわち、被測定装置１０のジッタは、時間とともにランダムに変化する。同期クロック信号Ｓ２と被測定信号Ｓ１は、被測定装置１０からの出力時点では位相が揃っており、含まれるジッタＪｒも同一である。しかし、被測定信号サンプリング部３１、第１サンプリング部３２、第２サンプリング部３３では、前述のようにトリガディレイの影響で、第１ストローブ信号Ｓ４、第２ストローブ信号Ｓ５が、被測定信号Ｓ１よりも遅れており、何クロックも後の被測定信号Ｓ１をサンプルすることになる。したがって、被測定信号Ｓ１に含まれるジッタＪｒと、第２ストローブ信号Ｓ５に含まれるジッタＪｒとは同一のものではなくなってしまい、ジッタＪｒを正確に除去することができない。

被測定装置１０として高速光通信用の伝送装置等を用いた場合には、長距離伝送した後の信号はジッタを多く含む。通信規格で伝送装置に想定されるジッタ量を規定しているが、４０Ｇｂｐｓ以上の高速通信では周波数の高いジッタを考慮しなければならない。例えば、１００ＭＨｚ、０．５ＵＩのジッタの場合、トリガディレイが５ｎｓあると、ジッタの影響は１２．５ｐｓとなり、アイパターンがつぶれて正常な測定ができない。

そこで、本発明は、被測定装置の被測定信号と同期クロック信号にジッタがある場合でも、トリガディレイの影響を受けずに、ジッタを正しく補正することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である被測定信号を繰り返しサンプリングする標本化装置は、周波数が既知の基準信号を出力する基準信号発生部と、前記被測定信号に同期したクロック信号から、第１ストローブ信号を生成する第１周波数変換部と、前記クロック信号から、前記第１ストローブ信号と周波数の異なる第２ストローブ信号を生成する第２周波数変換部と、前記第１ストローブ信号によって、前記被測定信号をサンプリングする被測定信号サンプリング部と、前記第１ストローブ信号によって、前記基準信号をサンプリングする第１サンプリング部と、前記第２ストローブ信号によって、前記基準信号をサンプリングする第２サンプリング部と、前記第１、第２サンプリング部のサンプリング値から、前記被測定信号サンプリング部の時間軸情報を求めるタイムベース計算部と、この時間軸情報と、前記被測定信号サンプリング部のサンプリング値から、前記被測定信号の波形を求める波形生成部とを備え、前記第２ストローブ信号の周期は、前記クロック信号の整数倍で、サンプリング時点における前記第２ストローブ信号の前記被測定信号に対する遅れ時間に等しいことを特徴とする。

本発明では、第２ストローブ信号に含まれるジッタは、被測定信号に含まれるジッタよりもサンプリング時点における前記第２ストローブ信号の前記被測定信号に対する遅れ時間だけ過去のものであるため、この遅延を考慮して時間軸情報を求めるため、被測定装置の被測定信号と同期クロック信号にジッタがある場合でも、トリガディレイの影響を受けずに、ジッタを正しく補正することができる。

より具体的には、前記タイムベース計算部は、前記第１サンプリング部のｎ番目のサンプリング値と、前記第２サンプリング部のｎ＋１番目のサンプリング値とから前記被測定信号サンプリング部のｎ番目の時間軸情報を求め、前記波形生成部は、この時間軸情報と、前記被測定信号サンプリング部のｎ番目のサンプリング値から、前記被測定信号の波形を求めることができる。

ただし、前記第２ストローブ信号の周期の整数倍が、サンプリング時点における前記第２ストローブ信号の前記被測定信号に対する遅れ時間に等しいものであってもよい。

上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である被測定信号を繰り返しサンプリングし、被測定信号の波形を再現する標本化方法は、周波数が既知の基準信号を出力するステップと、前記被測定信号に同期したクロック信号から、第１ストローブ信号を生成する第１周波数変換ステップと、前記クロック信号から、前記第１ストローブ信号と周波数の異なる第２ストローブ信号を生成する第２周波数変換ステップと、前記第１ストローブ信号によって、前記被測定信号をサンプリングする被測定信号サンプリングステップと、前記第１ストローブ信号によって、前記基準信号をサンプリングする第１サンプリングステップと、前記第２ストローブ信号によって、前記基準信号をサンプリングする第２サンプリングステップと、前記第１、第２サンプリング部のサンプリング値から、前記被測定信号サンプリングステップにおける時間軸情報を求めるタイムベース計算ステップと、この時間軸情報と、前記被測定信号サンプリングステップにおけるサンプリング値から、前記被測定信号の波形を求める波形生成ステップとを有し、前記第２ストローブ信号の周期は、前記クロック信号の整数倍で、サンプリング時点における前記第２ストローブ信号の前記被測定信号に対する遅れ時間に等しいことを特徴とする。

ここで、前記タイムベース計算ステップは、前記第１サンプリングステップにおけるｎ番目のサンプリング値と、前記第２サンプリングステップにおけるｎ＋１番目のサンプリング値とから前記被測定信号サンプリングステップにおけるｎ番目の時間軸情報を求め、前記波形生成ステップは、この時間軸情報と、前記被測定信号サンプリングステップにおけるｎ番目のサンプリング値から、前記被測定信号の波形を求めることができる。

ただし、前記第２ストローブ信号の周期の整数倍が、サンプリング時点における前記第２ストローブ信号の前記被測定信号に対する遅れ時間に等しいものであってもよい。

本発明によれば、被測定装置の被測定信号と同期クロック信号にジッタがある場合でも、トリガディレイの影響を受けずに、ジッタを正しく補正することができる。

標本化装置の構成を示すブロック図である。 標本化装置のサンプリングのタイミング、被測定信号、基準信号の波形の再現を示した図である。 第１サンプリング部、第２サンプリング部、タイムベース計算部、波形生成部の動作を説明するフローチャートである。 本実施形態の計算方法を説明するタイミングチャートである。 本実施形態の計算手順を説明するフローチャートである。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態の標本化装置は、特許文献１に記載された標本化装置を補足するものであるため、まず、特許文献１に記載された標本化装置の構成および処理内容を説明し、その後に、本発明による変更点について説明する。

図１に示すように、標本化装置１００は、被測定信号サンプリング部３１、第１サンプリング部３２、第２サンプリング部３３、基準信号発生部３４、第１周波数変換部３５、第２周波数変換部３６、タイムベース計算部３７、波形生成部３８、表示部３９、記録部４０を備えている。ただし、表示部３９、記録部４０は、標本化装置１００の外部に設けるようにしてもよい。

そして、標本化装置１００は、被測定装置１０から被測定信号Ｓ１と同期クロック信号Ｓ２とが入力され、被測定信号の波形解析、波形表示等を行なう。もちろん、同期クロック信号Ｓ２は、被測定信号Ｓ１に同期したクロック信号である。

被測定信号サンプリング部３１は、被測定装置１０からの被測定信号Ｓ１をサンプリングし、サンプリング結果（被測定信号の振幅値）を垂直軸情報信号Ｓ３として波形生成部３８に出力する。

第１周波数変換部３５は、被測定装置１０からの同期クロック信号Ｓ２を周波数変換し、同期クロック信号Ｓ２と位相が同期して周波数が異なる第１ストローブ信号Ｓ４を出力する。

第１周波数変換部３５は、一例としては、位相同期ループ（Phase Locked Loop）を用いた周波数シンセサイザであり、同期クロック信号Ｓ２を参照しながら異なる周波数の信号を生成する。また他の一例としては、局部発振器を伴う周波数混合器（いわゆるミキサ）であり、同期クロック信号Ｓ２に同期した局部発振器によりダウンコンバードした周波数の信号を生成する。

第２周波数変換部３６は、被測定装置１０からの同期クロック信号Ｓ２を周波数変換し、同期クロック信号Ｓ２と位相が同期して周波数が異なる第２ストローブ信号Ｓ５を出力する。なお、第１ストローブ信号Ｓ４、第２ストローブ信号Ｓ５の周波数は異なる。

第２周波数変換部３６は、例えば、プリスケーラまたは周波数ディバイダ等の分周器である。

基準信号発生部３４は、例えば、５［ＧＨｚ］程度の狭帯域の発振器であり、周波数が既知であり、波形歪みの少ない高安定な基準信号Ｓ６を出力する。出力波形は、正弦波に限定されず、鋸歯波等のように、連続する振幅に対応する位相が一意に決まるような波形であればよい。

第１サンプリング部３２、第２サンプリング部３３は、基準信号発生部３４からの基準信号Ｓ６をサンプリングし、サンプリング結果の第１参照信号Ｓ７、第２参照信号Ｓ８をタイムベース計算部３７に出力する。

なお、被測定信号サンプリング部３１と第１サンプリング部３２は、第１周波数変換部３５からの第１ストローブ信号Ｓ４によってサンプリングのタイミングが与えられ、サンプリングを開始する。

第２サンプリング部３３は、第２周波数変換部３６からの第２ストローブ信号Ｓ５によってサンプリングのタイミングが与えられ、サンプリングを開始する。

また、第１周波数変換部３５からの第１ストローブ信号Ｓ４は、同期クロック信号Ｓ２をダウンコンバートした周波数とは、僅かに（例えば、９９９９／１００００）ずれているだけであり、この第１ストローブ信号Ｓ４によって、被測定信号サンプリング部３１が、被測定信号Ｓ１を逐次的にサンプリングする。すなわち、シーケンシャル・サンプリング方式でサンプリングする。

被測定信号サンプリング部３１、第１サンプリング部３２、第２サンプリング部３３は、例えば、サンプラや、被測定信号Ｓ１と基準信号Ｓ６に対して必要十分な精度を備えたアナログ・デジタル変換器、周波数混合器（ミキサ）等である。

タイムベース計算部３７は、第１サンプリング部３２、第２サンプリング部３３からの第１参照信号Ｓ７、第２参照信号Ｓ８が入力され、第１参照信号Ｓ７、第２参照信号Ｓ８から同期クロック信号Ｓ２がサンプリングされた位相を求め、求めた位相からサンプリングされたタイミング（時間間隔）を演算し、求めたタイミングの時間軸情報を水平軸（時間軸）情報信号Ｓ９として、波形生成部３８に出力する。

波形生成部３８は、垂直軸情報信号Ｓ３、水平軸情報信号Ｓ９から、被測定信号Ｓ１の波形生成を行ない、表示部３９に波形表示させたり、記録部４０に生成した波形を適切な形式で記憶、保存させる。

なお、タイムベース計算部３７、波形生成部３８は、例えば、ＣＰＵ（中央演算装置）を備えたコンピュータシステム、ＤＳＰ（信号処理プロセッサ）を備えた信号処理装置等であり、ハードウェアとソフトウェアの区別を問わない。

また、表示部３９は、例えば、ＣＲＴ（カソードレイチューブ）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、電子管等である。

さらに、記録部４０は、例えば、ペンレコーダ、ＨＤ（ハードディスク）、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（多機能ディスク）、ＦＤ（フロッピー（登録商標）ディスク）、ＵＳＢメモリ等である。

図２を用いて、図１に示す装置のサンプリング、被測定信号Ｓ１の波形を再現する原理を説明する。図２は、図１に示す標本化装置１００のサンプリングのタイミング、被測定信号Ｓ１、基準信号Ｓ６の波形の再現を示した図である。図２において、横軸は、時間であり、縦軸は、被測定信号Ｓ１、基準信号Ｓ６の振幅である。

時刻ｔｓ０〜ｔｓ６（サンプリング間隔Ｔｓ）は、第１ストローブ信号Ｓ４によってサンプリングするタイミングを示し、時刻ｔｒ０〜ｔｒ３（サンプリング間隔Ｔｒ）は、第２ストローブ信号Ｓ５によってサンプリングするタイミングを示している。また、Ｔｒ≠Ｔｓであり、ΔＴｓ＝Ｔｓ−Ｔｒである。もちろん、ｔｓ６、ｔｒ３以降も繰り返しサンプリングされるが、図示を省略している。

基準信号Ｓ６の一周期をＴｆとし、第２ストローブ信号Ｓ５の間隔Ｔｒを超えない範囲で間隔Ｔｒに最も近い周期をＴｆ×ｍ（ｍは整数）とし、ΔＴｒ＝Ｔｒ−Ｔｆ×ｍとする。

また、時刻ｔｓ０、ｔｒ０を同時刻とする。なお、説明を簡単にするため、時刻ｔｓ０を、被測定信号Ｓ１と基準信号Ｓ６それぞれのゼロクロス点（振幅がマイナスからプラスになる点）としている。

ここで、時刻ｔｓ０を基準時刻とすれば、第１ストローブ信号Ｓ４のタイミングｔｓ１〜ｔｓ６と、同期クロック信号Ｓ２を分周した第２ストローブ信号Ｓ５のタイミングｔｒ１〜ｔｒ３との時間間隔は、ΔＴｓ、２×ΔＴｓ、３×ΔＴｓ…となる。

被測定信号サンプリング部３１が、被測定信号Ｓ１の位相に対してΔＴｓのずれをもって、つまり、ΔＴｓずつに分解してサンプリングするので、被測定信号Ｓ１のサンプリング点（図２中の被測定信号Ｓ１上の黒点）をつなぐことによって、元の被測定信号Ｓ１の波形が再現される。同様に、基準信号Ｓ６と第２ストローブ信号Ｓ５の周期とがずれているので、基準信号Ｓ６のサンプリング点（図２中の基準信号Ｓ６上の黒点）をつなぐことによって、元の基準信号Ｓ６の波形が再現される。

なお、被測定信号Ｓ１の位相に対するΔＴｓのずれは、被測定信号Ｓ１を再現する際の実時間に対応している。すなわち、ΔＴｓを大きくすれば、再現される波形のサンプリング点の時間間隔が粗くなり、ΔＴｓを小さくすれば、時間間隔が細かくなる。したがって、ΔＴｓが、被測定信号サンプリング部３１の時間分解能となる。なお、ΔＴｓは、第１周波数変換部３５で、所望の時間差ΔＴｓに設定できる。同様にして図２に示されるように、第１サンプリング部３２の時間分解能は、ΔＴｓ＋ΔＴｒとなり、第２サンプリング部３３の時間分解能は、ΔＴｒとなる。

次に、このような装置の動作を説明する。被測定装置１０から被測定信号Ｓ１が被測定信号サンプリング部３１に入力され、同期クロック信号Ｓ２が第１周波数変換部３５、第２周波数変換部３６に入力される。また、基準信号発生部３４が、基準信号Ｓ６を第１サンプリング部３２、第２サンプリング部３３に出力する。

そして、第１周波数変換部３５が、同期クロック信号Ｓ２の周波数よりも低く（例えば、１／１０００程度）、さらにΔＴｓ分だけ僅かに周波数が異なる第１ストローブ信号Ｓ４を被測定信号サンプリング部３１、第１サンプリング部３２に出力する。

なお、上述のように第１ストローブ信号Ｓ４は、同期クロック信号Ｓ２を単純に分周した波形に対し、ΔＴｓ分だけ周波数が僅かにずれているが、所定の位相関係、例えば、ゼロクロス点が一致してから、次に再度一致するまでの１期間のデータをフレームと呼び、一致している時刻をフレームの先頭と呼ぶ。そして、フレームの先頭を基準時刻ｔｓ０にするとよい。

一方、第２周波数変換部３６が、同期クロック信号Ｓ２の周波数を分周（例えば、１／１０００程度）した第２ストローブ信号Ｓ５を第２サンプリング部３３に出力する。

そして、被測定信号サンプリング部３１が、被測定信号Ｓ１を、第１ストローブ信号Ｓ４に基づいて時刻ｔｓ０〜ｔｓ６ごとに、サンプリングし、サンプリング結果を垂直軸情報信号Ｓ３として、波形生成部３８に出力する。

また、第１サンプリング部３２が、基準信号Ｓ６を、第１ストローブ信号Ｓ４に基づいて時刻ｔｓ０〜ｔｓ６ごとに、サンプリングし、サンプリング結果を第１参照信号Ｓ７として、タイムベース計算部３７に出力する。

また、第２サンプリング部３３が、基準信号Ｓ６を、第２ストローブ信号Ｓ５に基づいて時刻ｔｒ０〜ｔｒ３ごとに、サンプリングし、サンプリング結果を第２参照信号Ｓ８として、タイムベース計算部３７に出力する。

そして、タイムベース計算部３７が、第１参照信号Ｓ７、第２参照信号Ｓ８からサンプリング時刻、サンプリングｔｓ０〜ｔｓ６ごとの分解能ΔＴｓを計算し、波形生成部３８に出力する。タイムベース計算部３７の詳細な動作は後述する。

さらに、波形生成部３８が、被測定信号サンプリング部３１の垂直軸情報信号Ｓ３の振幅、タイムベース計算部３７の水平軸情報信号Ｓ９のサンプリング分解能ΔＴｓから、被測定信号Ｓ１の波形を生成・再現し、表示部３９に波形表示させたり、記録部４０に波形を記憶させる。

続いてジッタについて説明する。ジッタは、標本化装置１００外部からの同期クロック信号Ｓ２そのもののジッタ（以下、Ｊｒとする）と、基準信号発生部３４が出力する基準信号Ｓ６のジッタ（以下、Ｊｆとする）とが存在する。

Ｊｒは、同期している被測定信号Ｓ１の位相ゆらぎとして、被測定信号サンプリング部３１の出力する垂直軸情報信号Ｓ３に伝わる。

また、同期クロック信号Ｓ２のＪｒは、第１周波数変換部３５を経て第１ストローブ信号Ｓ４にも伝わる。しかし、第１周波数変換部３５の帯域によって制限を受けた周波数成分のジッタだけとなる。したがって、第１ストローブ信号Ｓ４のジッタはＪｒと異なるため、第１ストローブ信号Ｓ４のジッタを以下Ｊｓとする。もちろん、ＪｓにはＪｒの一部のジッタ成分が含まれている。また、被測定信号サンプリング部３１が、第１ストローブ信号Ｓ４でサンプリングを行なうので、Ｊｓが被測定信号サンプリング部３１のサンプリングタイミングのゆらぎとして垂直軸情報信号Ｓ３の振幅に伝わる。

しかしながら、被測定信号サンプリング部３１が、Ｊｒの位相ゆらぎをもつ被測定信号Ｓ１を、同じＪｒの位相ゆらぎをもつ第１ストローブ信号Ｓ４（つまり、第１周波数変換部３５でジッタが発生しない場合）でサンプリングすると、Ｊｒは相殺されてサンプリングに影響しなくなる。このことから、被測定信号サンプリング部３１が、Ｊｒを含む被測定信号Ｓ１を、Ｊｓを含む第１ストローブ信号Ｓ４でサンプリングすると、それらは打ち消す方向に作用するので、垂直軸情報信号Ｓ３のジッタを以下Ｊｒ−ｓとする。なお、マイナス記号は数学的な引き算を意味せずジッタ（ＪｒとＪｓ）の差を概念的に表現している。

Ｊｆは第１サンプリング部３２、第２サンプリング部３３の両方におけるサンプリング値の位相ゆらぎとして第１参照信号Ｓ７、第２参照信号Ｓ８に伝わる。そして、第１サンプリング部３２が、Ｊｓを含む第１ストローブ信号Ｓ４に基づいてＪｆをサンプリングし、第２サンプリング部３３が、Ｊｒを含む第２ストローブ信号Ｓ５に基づいてＪｆをサンプリングする。

したがって、Ｊｓは第１サンプリング部３２でのサンプリングタイミングのゆらぎとして第１参照信号Ｓ７に伝わる。上述のようにＪｓがＪｆを打ち消す方向に作用するので、第１参照信号Ｓ７のジッタを以下Ｊｆ−ｓとする。マイナス記号の意味は上述同様である。Ｊｆ−ｓは、第１ストローブ信号Ｓ４のＪｓを補正する目的で水平軸情報信号Ｓ９に伝わる。

一方、Ｊｒは、第２周波数変換部３６を経て第２ストローブ信号Ｓ５に伝わり、第２サンプリング部３３のサンプリングタイミングのゆらぎとして第２参照信号Ｓ８に伝わる。上述のようにＪｒがＪｆを打ち消す方向に作用するので、第２参照信号Ｓ８のジッタを以下Ｊｆ−ｒとする。マイナス記号の意味は上述同様である。Ｊｆ−ｒは、同期クロック信号Ｓ２のジッタＪｒを補正する目的で水平軸情報信号Ｓ９に伝わる。

Ｊｆは、タイムベース計算部３７においてＪｆ−ｒとＪｆ−ｓとの差を計算する際に相殺されて消える。第１参照信号Ｓ７、第２参照信号Ｓ８の差を求めることによって基準信号Ｓ６の振幅絶対値はゼロになるので、第１ストローブ信号Ｓ４、Ｓ５のジッタ成分Ｊｓ−ｒまたはＪｒ−ｓのみが抽出される。マイナス記号の意味は上述同様である。ここでの計算をＪｓ−ｒとするかＪｒ−ｓとするかによって、後段の波形生成部３８での補正方法が変わる。

そして、波形生成部３８が、ＪｒおよびＪｓによるゆらぎＪｒ−ｓを含んだ垂直軸情報信号Ｓ３を、ＪｒおよびＪｓによる位相ゆらぎＪｓ−ｒまたはＪｒ−ｓを含んだ水平軸情報信号Ｓ９と組み合わせることによって、ジッタの影響を相殺して補正する。これにより、正確なサンプリング時刻ｔｓ０〜ｔｓ６を求めることができる。

以上に説明したように、図１における基準信号発生部３４、第１サンプリング部３２、第２サンプリング部３３、タイムベース計算部３７は、ジッタ（Ｊｓ−ｒまたはＪｒ−ｓ）の補正量を求めている。

続いて、第１サンプリング部３２、第２サンプリング部３３、タイムベース計算部３７、波形生成部３８の動作を、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、基準信号発生部３４の基準信号は、周波数が既知で波形歪みの少ない正弦波を一例として説明する。

第１サンプリング部３２、第２サンプリング部３３が、基準信号Ｓ６をサンプリングし、第１参照信号Ｓ７、第２参照信号Ｓ８をタイムベース計算部３７に出力する（ＳＴ１）
そして、タイムベース計算部３７が、第１参照信号Ｓ７、第２参照信号Ｓ８のサンプリング値を、基準信号Ｓ６の位相に変換する。例えば、基準信号Ｓ６が正弦波ならば、逆三角関数から求める（ＳＴ２）。

さらに、タイムベース計算部３７が、ステップＳＴ２で求めたサンプリング点の位相について、前回サンプリング時のサンプリング点からの位相変化を求める。なお、前回のサンプリング点は、測定フレームの先頭のサンプリング時刻ｔｓ０またはジッタを補正した正確なサンプリング時刻ｔｓ１〜ｔｓ６であるので、そこからの位相変位が今回のサンプリング点でのジッタを含んでいる（ＳＴ３）。

そして、タイムベース計算部３７が、第１参照信号Ｓ７から得られる位相変位と、第２参照信号Ｓ８から得られる位相変位との差分を求め、差分位相を変換して差分時間（時間軸情報）を計算し、波形生成部３８に出力する。この差分時間に含まれるのは、ジッタ成分Ｊｓ−ｒまたはＪｒ−ｓのほか、第１ストローブ信号Ｓ４、第２ストローブ信号Ｓ５のサンプリング間隔の差Ｔｓ−Ｔｒすなわち図２におけるΔＴｓである（ＳＴ４）。

そして、波形生成部３８が、前回のサンプリング時刻にステップＳＴ４で求めた差分時間を加算し、被測定信号サンプリング部３１の垂直軸情報信号Ｓ３の振幅と合わせる。これにより、今回のサンプリング点における、全てのジッタを除去し、今回のサンプリング点を正確なサンプリング時刻へと補正する（ＳＴ５）。

さらに、波形生成部３８が、ステップＳＴ５で補正したサンプリング時刻で再現した波形を表示部３９や記録部４０に出力する（ＳＴ６）。

次に、本発明による変更点について説明する。なお、本発明の実施形態である標本化装置は、図１に示した標本化装置１００と同じ構成とすることができる。

本実施形態では、第２サンプリング部３３におけるサンプル周期、すなわち、第２ストローブ信号Ｓ５の周期を以下のようにする。一般的に、ストローブ信号は、被測定信号サンプリング部３１に入力される第１ストローブ信号Ｓ４を考えるが、本発明では、被測定信号Ｓ１のジッタＪｒを除去するために第２サンプリング部３３の第２参照信号Ｓ８を使用するので、第２ストローブ信号Ｓ５を考える。

図１における被測定信号Ｓ１が被測定装置１０から被測定信号サンプリング部３１に入力されるまでの時間を被測定信号Ｓ１の遅延時間とする。また、同期クロック信号Ｓ２が被測定装置１０から第２周波数変換部３６を通って第２ストローブ信号Ｓ５に変換され、第２サンプリング部３３に到達するまでの時間を第２ストローブ信号Ｓ５の遅延時間とする。そして、第２ストローブ信号Ｓ５の遅延時間と、被測定信号Ｓ１の遅延時間との差をトリガディレイとする（図４参照）。

本発明の実施形態では、第２ストローブ信号Ｓ５の周期を、同期クロック信号Ｓ２の整数倍であることに加え、トリガディレイに等しくなるようにする。この調整は、第２周波数変換部３６あるいはトリガディレイ自体を調整することにより行なうことができる。トリガディレイは、遅くする側には容易に調整することができる。また、基準信号発生部３４は、ジッタＪｆが十分小さいものを使用する。

図４に示したタイムチャートを参照して実施形態の計算方法を説明する。同期クロック信号Ｓ２は、第１周波数変換部３５、第２周波数変換部３６で周波数変換され、例えば、同期クロック信号Ｓ２に同期した低い周波数の第１ストローブ信号Ｓ４、第２ストローブ信号Ｓ５になる。第１ストローブ信号Ｓ４、第２ストローブ信号Ｓ５は、僅かに周期が違うが、その差は周期に比較して十分小さいので、ここでは同時と考える。

第１ストローブ信号Ｓ４、第２ストローブ信号Ｓ５のタイミングで、被測定信号サンプリング部３１、第１サンプリング部３２、第２サンプリング部３３が動作し、垂直軸情報信号Ｓ３、第１参照信号Ｓ７、第２参照信号Ｓ８が得られる。このとき、第２参照信号Ｓ８に含まれるジッタＪｆ−ｒは、前述のトリガディレイの影響を受けており、その時間だけ過去に発生したジッタの影響を受けている。

そこで、本実施形態では、時刻ｔ０の垂直軸情報信号Ｓ３に対応する時間情報を補正するときに、時刻ｔ０の第１参照信号Ｓ７と時刻ｔ１の第２参照信号Ｓ８を使用して、図３に示した計算を行なう。時刻ｔ１以降も同様にして、補正計算には１つ後の第２参照信号Ｓ８を使用する。

次に、図５のフローチャートを参照して、本実施形態の計算手順について説明する。第１ストローブ信号Ｓ４と第２ストローブ信号Ｓ５とが一致するフレームの先頭のタイミングで、初期値として一組の垂直軸情報信号Ｓ３、第１参照信号Ｓ７、第２参照信号Ｓ８をサンプルする（ＳＴ１１）。これらをＳ３−０、Ｓ７−０、Ｓ８−０とする。初期値Ｓ８−０は不要なので破棄する（ＳＴ１２）。Ｓ３−０、Ｓ７−０は、次のサンプルまで保持する。

次のサンプル周期である時刻ｔ１において一組のサンプルを行ない（ＳＴ１３）、これらをＳ３−１、Ｓ７−１、Ｓ８−１とする。そして、Ｓ８−１と、１つ前にサンプルしたＳ７−０とを用いて時刻ｔ０の時間補正を行ない、Ｓ３−０の時間情報を得て、ジッタ補正を行なう（ＳＴ１４）。以降は（ＳＴ１３）と（ＳＴ１４）を繰り返して、Ｓ７−（ｎ−１）とＳ８−ｎとを用いて時刻ｔ（ｎ−１）の時間補正を行ない、Ｓ３−（ｎ−１）の時間情報を得て、ジッタ補正を行なう。

つまり、あるタイミングのサンプルで得られた一組の垂直軸情報信号Ｓ３−ｎ、第１参照信号Ｓ７−ｎ、第２参照信号Ｓ８−ｎのうち、第２参照信号Ｓ８−ｎに含まれるジッタは、その時間だけ過去に発生したトリガディレイの影響を受けている。そこで、時刻ｔｎの垂直軸情報信号Ｓ３−ｎに対応する時間情報を補正するときに、時刻ｔｎの第１参照信号Ｓ７と、時刻ｔ（ｎ＋１）の第２参照信号Ｓ８を使用して計算を行なうようにする。

時刻ｔ（ｎ＋１）の第２参照信号Ｓ８は、時刻ｔｎに対して、トリガディレイだけ遅れたデータなので、時刻ｔｎのときに発生したジッタの影響を受けており、このデータを用いて補正計算を行なうことで、正しい補正が可能となる。

このように、本実施形態では、被測定装置１０と、同期クロック信号Ｓ２の双方にジッタがある場合でも、トリガディレイの影響を受けずに、そのジッタを正しく補正することができる。すなわち、ジッタ測定を目的とした標本化装置に要求される、いわゆるゼロ・トリガ遅延が等価的に実現される。

このとき、時刻ｔｎの第１参照信号Ｓ７と時刻ｔ（ｎ＋１）の第２参照信号Ｓ８とでは、そこに含まれるジッタＪｆが異なるため、ジッタＪｆは補正することができないが、ジッタＪｆが十分小さい基準信号発生部３４を用いることで、この影響は無視できる。

本実施形態では、全体のサンプルに対して、前後１回ずつ余分にサンプルするだけなので、測定時間が大幅に増加することはない。また、１つ前のサンプル結果を保持するだけなので、メモリの増加や計算時間の増加もほとんどない。

なお、サンプル周期が十分短い場合、トリガディレイとサンプル周期との関係は、トリガディレイがサンプル周期の整数倍であれば足りる。このとき、計算に使用する第２参照信号Ｓ８は、トリガディレイ、すなわち、サンプル周期の整数倍だけ後の第２参照信号Ｓ８となる。トリガディレイは、サンプル周期のｎ倍に等しいことが望ましいが、ある程度同じであれば、ジッタ補正の誤差を低減する効果が期待できる。

１０…被測定装置、３１…被測定信号サンプリング部、３２…第１サンプリング部、３３…第２サンプリング部、３４…基準信号発生部、３５…第１周波数変換部、３６…第２周波数変換部、３７…タイムベース計算部、３８…波形生成部、３９…表示部、４０…記録部、１００…標本化装置

Claims (6)

1. 被測定信号を繰り返しサンプリングする標本化装置であって、
   周波数が既知の基準信号を出力する基準信号発生部と、
   前記被測定信号に同期したクロック信号から、第１ストローブ信号を生成する第１周波数変換部と、
   前記クロック信号から、前記第１ストローブ信号と周波数の異なる第２ストローブ信号を生成する第２周波数変換部と、
   前記第１ストローブ信号によって、前記被測定信号をサンプリングする被測定信号サンプリング部と、
   前記第１ストローブ信号によって、前記基準信号をサンプリングする第１サンプリング部と、
   前記第２ストローブ信号によって、前記基準信号をサンプリングする第２サンプリング部と、
   前記第１、第２サンプリング部のサンプリング値から、前記被測定信号サンプリング部の時間軸情報を求めるタイムベース計算部と、
   この時間軸情報と、前記被測定信号サンプリング部のサンプリング値から、前記被測定信号の波形を求める波形生成部とを備え、
   前記第２ストローブ信号の周期は、前記クロック信号の整数倍で、サンプリング時点における前記第２ストローブ信号の前記被測定信号に対する遅れ時間に等しいことを特徴とする標本化装置。
2. 被測定信号を繰り返しサンプリングする標本化装置であって、
   周波数が既知の基準信号を出力する基準信号発生部と、
   前記被測定信号に同期したクロック信号から、第１ストローブ信号を生成する第１周波数変換部と、
   前記クロック信号から、前記第１ストローブ信号と周波数の異なる第２ストローブ信号を生成する第２周波数変換部と、
   前記第１ストローブ信号によって、前記被測定信号をサンプリングする被測定信号サンプリング部と、
   前記第１ストローブ信号によって、前記基準信号をサンプリングする第１サンプリング部と、
   前記第２ストローブ信号によって、前記基準信号をサンプリングする第２サンプリング部と、
   前記第１、第２サンプリング部のサンプリング値から、前記被測定信号サンプリング部の時間軸情報を求めるタイムベース計算部と、
   この時間軸情報と、前記被測定信号サンプリング部のサンプリング値から、前記被測定信号の波形を求める波形生成部とを備え、
   前記第２ストローブ信号の周期の整数倍が、サンプリング時点における前記第２ストローブ信号の前記被測定信号に対する遅れ時間に等しいことを特徴とする標本化装置。
3. 前記タイムベース計算部は、前記第１サンプリング部のｎ番目のサンプリング値と、前記第２サンプリング部のｎ＋１番目のサンプリング値とから前記被測定信号サンプリング部のｎ番目の時間軸情報を求め、
   前記波形生成部は、この時間軸情報と、前記被測定信号サンプリング部のｎ番目のサンプリング値から、前記被測定信号の波形を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の標本化装置。
4. 被測定信号を繰り返しサンプリングし、被測定信号の波形を再現する標本化方法であって、
   周波数が既知の基準信号を出力するステップと、
   前記被測定信号に同期したクロック信号から、第１ストローブ信号を生成する第１周波数変換ステップと、
   前記クロック信号から、前記第１ストローブ信号と周波数の異なる第２ストローブ信号を生成する第２周波数変換ステップと、
   前記第１ストローブ信号によって、前記被測定信号をサンプリングする被測定信号サンプリングステップと、
   前記第１ストローブ信号によって、前記基準信号をサンプリングする第１サンプリングステップと、
   前記第２ストローブ信号によって、前記基準信号をサンプリングする第２サンプリングステップと、
   前記第１、第２サンプリング部のサンプリング値から、前記被測定信号サンプリングステップにおける時間軸情報を求めるタイムベース計算ステップと、
   この時間軸情報と、前記被測定信号サンプリングステップにおけるサンプリング値から、前記被測定信号の波形を求める波形生成ステップとを有し、
   前記第２ストローブ信号の周期は、前記クロック信号の整数倍で、サンプリング時点における前記第２ストローブ信号の前記被測定信号に対する遅れ時間に等しいことを特徴とする標本化方法。
5. 被測定信号を繰り返しサンプリングし、被測定信号の波形を再現する標本化方法であって、
   周波数が既知の基準信号を出力するステップと、
   前記被測定信号に同期したクロック信号から、第１ストローブ信号を生成する第１周波数変換ステップと、
   前記クロック信号から、前記第１ストローブ信号と周波数の異なる第２ストローブ信号を生成する第２周波数変換ステップと、
   前記第１ストローブ信号によって、前記被測定信号をサンプリングする被測定信号サンプリングステップと、
   前記第１ストローブ信号によって、前記基準信号をサンプリングする第１サンプリングステップと、
   前記第２ストローブ信号によって、前記基準信号をサンプリングする第２サンプリングステップと、
   前記第１、第２サンプリング部のサンプリング値から、前記被測定信号サンプリングステップにおける時間軸情報を求めるタイムベース計算ステップと、
   この時間軸情報と、前記被測定信号サンプリングステップにおけるサンプリング値から、前記被測定信号の波形を求める波形生成ステップとを有し、
   前記第２ストローブ信号の周期の整数倍が、サンプリング時点における前記第２ストローブ信号の前記被測定信号に対する遅れ時間に等しいことを特徴とする標本化方法。
6. 前記タイムベース計算ステップは、前記第１サンプリングステップにおけるｎ番目のサンプリング値と、前記第２サンプリングステップにおけるｎ＋１番目のサンプリング値とから前記被測定信号サンプリングステップにおけるｎ番目の時間軸情報を求め、
   前記波形生成ステップは、この時間軸情報と、前記被測定信号サンプリングステップにおけるｎ番目のサンプリング値から、前記被測定信号の波形を求めることを特徴とする請求項４または５に記載の標本化方法。