JP2011158489A

JP2011158489A - オシロスコープの校正方法

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Publication number: JP2011158489A
Application number: JP2011119166A
Authority: JP
Inventors: John J Pickerd; ジョン・ジェー・ピッカード; Kan Tan; カン・タン
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2011-08-18
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Also published as: US20060224365A1; US7206722B2; JP2006284587A; JP5523394B2

Abstract

【課題】オシロスコープのフロント・エンド（アナログ・コンポーネント）を考慮して、オシロスコープを正確に校正する。
【解決手段】各チャネル１１０は、アナログ・コンポーネント１１２と、デジタル・コンポーネント１１８〜１２４を含んでおり、強調フィルタ１２０が各チャネルの応答を強調する。校正信号を各チャネルに供給して得られるステップ応答と、オシロスコープの所望ステップ応答とから、強調フィルタのフィルタ係数を求めて、強調フィルタの特性を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オシロスコープの校正方法に関する。

１９８０年代初頭からデジタル信号処理が広く導入されており、デジタル信号処理マイクロプロセッサが一般化されてきているので、オシロスコープの種々の部分がデジタル回路となり、オシロスコープ製造業者は、アナログ回路を徐々に使用しなくなってきた。デジタル信号プロセッサの如きデジタル技術を用いたオシロスコープがますます望ましくなっている。

特開平７−１５９４４４号公報

デジタル・オシロスコープは、信号分析にデジタル信号処理技術を用いるが、オシロスコープのフロント・エンド（入力部）は、典型的には、アナログ・デジタル変換までアナログ技術のままである。ここでは、アナログ・フロント・エンドは、入力増幅器及びアナログ・デジタル変換に少なくとも部分的に基づくアナログ帯域幅を示す。このアナログ帯域幅は、アナログ回路に典型的に関連した許容変動、温度ドリフト、エージングの影響を受ける。よって、アナログ・フロント・エンドの限界により、オシロスコープのデジタル動作の性能に悪影響を及ぼす。その結果、アナログ・フロント・エンドの帯域幅は、オシロスコープの性能を制限する。そこで、オシロスコープのフロント・エンドを考慮して、正確に校正する方法や、正確に校正されたオシロスコープが望まれている。

本発明は、オシロスコープの校正方法であって；オシロスコープの所望フィルタ応答を選択するステップと；オシロスコープのチャネルの応答と、選択されたフィルタ応答とに少なくとも部分的に基づいて、強調フィルタの応答を計算するステップと；強調フィルタの応答を蓄積するステップと；校正信号を上記オシロスコープのチャネルに供給するステップと；校正信号の供給に応答してチャネルのステップ応答を測定するステップとを具え；測定ステップは、等化時間サンプリング・モード及び補間取り込みモードの少なくとも一方にてオシロスコープを動作させ、実時間サンプリング・レートに対してデシメーションのためのアンチ・エリアシング・フィルタを用いることを特徴とする。

本発明の実施例により、強調帯域幅フィルタを有するオシロスコープのブロック図である。本発明の実施例により、強調帯域幅フィルタを有するオシロスコープのチャネル回路のブロック図である。本発明の実施例により、オシロスコープの強調フィルタ応答を決めるために用いる校正システムのブロック図である。本発明の実施例により、オシロスコープの強調フィルタ応答を決めるために方法の流れ図である。本発明の実施例による強調フィルタを用いたオシロスコープのステップ応答と、強調フィルタを用いないオシロスコープのステップ応答とを比較するために、オシロスコープ・チャネルの時間領域ステップ応答を示す図である。本発明の実施例による強調フィルタを用いたオシロスコープのステップ応答と、強調フィルタを用いないオシロスコープのステップ応答とを比較するために、周波数応答の対比を示す図である。本発明の実施例による強調フィルタを用いたデジタル・オシロスコープの位相応答と、強調フィルタを用いないデジタル・オシロスコープの位相応答とを比較するために、デジタル・オシロスコープのチャネルの位相応答を示す図である。本発明の実施例による強調フィルタを用いたオシロスコープのステップ応答と、強調フィルタを用いないオシロスコープのステップ応答とを比較するために、オシロスコープ・チャネルの時間領域ステップ応答の拡大図を示す図である。

［実施例］
本発明の要旨は、特許請求の範囲に記載されているが、本発明の構成、動作方法、目的、特徴、利点は、添付図を参照した以下の詳細な説明から明らかになろう。なお、図を簡単且つ明瞭にするため、各図のブロックの大きさを考慮していない。例えば、いくつかのブロックを他のブロックよりも拡大して明瞭にしている。さらに、対応するブロック及び類似のブロックは、各図において同じ参照符号を用いている。

以下の詳細説明において、多くの特定の細部の説明は、本発明を理解するためのものである。かかる特定の細部にかかわらず本発明を実施できることが当業者には理解できよう。また、既知の方法、手順、ブロック、コンポーネント及び／又は回路については、それらを詳細には示さない。

以下の詳細説明の一部は、例えば、コンピュータ・メモリ内のデータ・ビット又は２進デジタル信号による動作を表すアルゴリズム、プログラム及び／又はシンボルにて記載する。これらアルゴリズム的な記述及び／又は表現は、データ処理技術にて用いられる技術を含んでおり、コンピュータ・システム及び／又は他の情報処理システムの構成（計算手段）に伝送されて、動作を表すプログラム、アルゴリズム及び／又はシンボルに応じて動作するものである。

アルゴリズムは、一般に、所望結果を導く動き及び／又は動作の自己矛盾のないシーケンスであると考えられる。これらは、物理量の物理的な操作を含んでいる。通常、必要ないかもしれないが、これらの物理量は、蓄積、伝送、組み合わせ、比較及び／又は他の処理が可能な電気信号及び／又は磁気信号の形式となる。これら信号は、ビット、値、要素、シンボル、文字、項目などとして参照される。しかし、これらの総て及び／又は類似の用語は、適切な物理量に関連しており、これら量に適用するのに単に便利なだけであることが理解できよう。

特に断ってはいないが、以下の説明から明らかなように、処理、コンピュータ処理、計算、判断などの用語を用いた説明を通じて、コンピュータ及び／又はコンピュータ・システムの動作及び／又は処理や、同様な電子計算装置は、物理的に表現できるデータを操作したり転送したりする。物理的なものは、コンピュータ及び／又はコンピュータ・システムのレジスタ及び／又はメモリや、同様な電子装置及び／又は計算装置における電気的な量である。また、これらは、コンピュータ・システム及び／又は他の情報処理システムのメモリ、レジスタ及び／又は他の情報蓄積装置や、伝送装置及び／又は表示装置における物理量として同様に表せるデータでもある。

本発明の実施例は、ここで説明する動作を実行する装置（計算手段）を含んでいる。この装置は、所望目的に特定されたものでもよいし、蓄積されたプログラムにより選択的に動作及び／又は再構成される汎用コンピュータ装置を具えたものでもよい。かかるプログラムは、蓄積媒体に蓄積したものでもよい。蓄積媒体は、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスクを含む任意のディスク形式や、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、電気的プログラマブル・リード・オンリ・メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能及び／又はプログラマブル・リード・オンリ・メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュ・メモリ、磁気及び／又は光カードや、電気的命令を蓄積するの適する任意の他の形式の媒体や、コンピュータ装置及び／又は情報処理システムのシステム・バスに結合可能な媒体などでもよいが、これらのみの限定されるものではない。

ここで説明する処理及び／又は表示は、特定のコンピュータ装置及び／又は他の装置に固有のものではない。本発明に応じて種々の汎用システムをプログラムと共に用いてもよいし、所望方法を実現するのに特定された装置を用いてもよい。これら種々のシステムの所望構成は、以下の説明から明らかになろう。さらに、本発明の実施例は、特定のプログラム言語により記述されるものではない。種々のプログラム言語を用いて、本発明を実施できることが理解できよう。

以下の説明及び特許請求の範囲において、結合及び／又は接続という用語及びその派生語を用いている。特定実施例において、２つ以上の要素を接続するとは、直接物理的に接続する場合や、互いの電気的接触の場合を含む。結合は、２つ以上の要素を直接物理的に結合する場合や、電気的接触の場合を含む。しかし、結合は、２つ以上の要素の互いの直接接触の場合でなくてもよいが、互いに協働及び／又は相互作用する場合も含む。

上述のように、オシロスコープは、信号分析にデジタル信号処理技術を用いるが、オシロスコープのフロント・エンド（入力部）は、典型的には、アナログ・デジタル変換までアナログ技術のままである。ここでは、アナログ・フロント・エンドが少なくとも部分的に入力増幅器及びアナログ・デジタル変換に基づくアナログ帯域幅を示す。このアナログ帯域幅は、アナログ回路に典型的に関連した許容変動、温度ドリフト、エージングの影響を受ける。よって、アナログ・フロント・エンドの限界により、オシロスコープのデジタル動作の性能に悪影響を及ぼす。その結果、アナログ・フロント・エンドの帯域幅は、オシロスコープの性能を制限する。

図１は、本発明の実施例により、強調帯域幅フィルタを有するオシロスコープのブロック図である。図１に示すように、オシロスコープ１００は、１個以上のチャネル１１０を有する。このチャネルは、アナログ増幅器（ＡＭＰ）１１２及びオプションとしての減衰器（図示せず）を具えており、オシロスコープ１００が分析すべき１つ以上の入力信号を受ける。これらアナログ増幅器１１２や減衰器は、アナログ・コンポーネントである。オシロスコープは、電気信号及び／又は光信号を受け、分析し、及び／又は表示する機器又は電子装置を含んでおり、これら信号の表示は、時間に対する電圧及び／又は電流の表示を含んでもよい。また、これら信号は、周期的信号でもよいし、第２信号に対する第１信号の表示であってもよい。アナログ・オシロスコープは、増幅器を用いて陰極線管表示器の如き表示器上に入力信号の軌跡を示す形式のオシロスコープであってもよい。蓄積オシロスコープは、信号が減衰した後、又は、オシロスコープの入力端からなくなった後も、その信号の表示を持続できるように信号を蓄積できる形式のオシロスコープである。

デジタル蓄積オシロスコープは、入力信号をデジタル化し、デジタル・プロセッサがアクセスできる電子的メモリにデジタル化した入力信号を蓄積する形式のオシロスコープである。デジタル蓄積オシロスコープは、入力信号を分析するソフトウェアを含んでおり、例えば、時間領域分析、周波数領域分析、スペクトラム分析、統計的分析、ヒストグラム、及び／又は他の形式の信号分析を実行できる。オシロスコープのチャネルは、入力信号を受けたり、処理したりする回路を有する経路を具えてもよい。典型的なオシロスコープは、２つ以上の入力信号を同時に受けたり、処理したりする２つ以上のチャネルを含んでもよい。２つ以上のチャネルを有するオシロスコープは、２つ以上の入力信号の電圧関係及び／又は位相関係を、例えば、リーサジュ軌跡として表示できる。強調帯域幅フィルタは、一般に、回路の応答、又は、チャネルの応答を変更するのに用いるフィルタとして定義できる。これら応答の変更には、周波数帯域幅特性、通過帯域リップル特性、周波数ロールオフ特性、位相特性、時間領域特性、周波数領域特性、信号形状及び／又は成形の特性、遮断周波数特性、減衰帯域特性、スルー（位相回転）特性、オーバーシュート及び／又はアンダーシュート特性が含まれるが、これらに限定されるものではない。本発明の実施例において、オシロスコープ１００は、デジタル蓄積オシロスコープであるが、本発明の要旨はこれに限定されない。

チャネル１１０の入力端に供給された信号は、増幅器１１２を介して、トラック・ホールド回路１１４に供給される。このトラック・ホールド回路１１４は、蓄積素子の蓄積値が入力信号に値に追従し、ホールド時点の値を保持する回路であり、集積回路（ＩＣ）により実現できる。トラック・ホールド回路１１４は、オシロスコープ１００の１つ以上のチャネル１１０の増幅器１１２のアナログ出力信号を受ける。トラック・ホールド回路１１４は、アナログ・スイッチとして動作し、保持した信号を各チャネル１１０のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１６に供給する。一実施例において、オシロスコープ１００は、４チャネルの動作を行い、増幅器１１２は、対応するチャネル１１０のＡ／Ｄ変換器１１６に接続される。別の実施例において、オシロスコープは、インターリーブ動作を行い、サンプリング・レートを増加させてもよい。この場合、少なくとも１つのチャネル１１０が２個以上のＡ／Ｄ変換器１１６に接続され、これらＡ／Ｄ変換器１１６は、位相のずれたサンプリング・クロックにより動作する。ある実施例においては、Ａ／Ｄ変換器１１６が最高のサンプリング・レートで動作し、いくつかの実施例では、Ａ／Ｄ変換器１１６が８ビット幅のワードを発生する。しかし、本発明の要旨は、これらに限定されるものではない。図１は、特定のアーキテクチャを示すが、アナログ・フロント・エンド及びデジタル・フィルタを有する任意のアーキテクチャが本発明の要旨に含まれる点に留意されたい。

この特定実施例を更に説明する。Ａ／Ｄ変換器１１６の出力信号を対応するデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１１８に供給する。これらデマルチプレクサ１１８は、例えば、集積回路で実施できる。デマルチプレクサ１１８は、１つ又はいくつかの異なる機能を実行する。一実施例において、デマルチプレクサ１１８は、Ａ／Ｄ変換器１１６からのチャネル１１０の信号のサンプルをＡ／Ｄ変換器のレートで受け、Ａ／Ｄ変換器１１６のレートよりも遅いレート及び／又はマッチするレートにより、サンプルを取込みメモリ１２４に書き込む。一実施例において、例えば、デマルチプレクサ１１８は、同時に１６個又は３２個のサンプルを取込みメモリ１２４に書き込む。さらに、デマルチプレクサ１１８は、ハードウェアで実現した種々のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含んでもよく、図示の実施例の場合、デマルチプレクサは、専用ＤＳＰ回路（又はチップ）１２２を含んでいる。種々のデジタル信号プロセッサ及び／又はＤＳＰ回路１２２は、本発明を限定するものではないが、例えば、帯域幅強調フィルタ、高分解能取込みモード・フィルタ、包絡線モード取込み回路、トリガ位置罫線回路を含んでもよい。実施例によれば、デマルチプレクサ１１８は、強調チャネル帯域幅を提供するフィルタ１２０を含む。実施例において、このフィルタ１２０は、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタでもよいが、本発明の要旨がこのＦＩＲフィルタのみに限定されるものではない。なお、デマルチプレクサ１１８及び取込みメモリ１２４は、各チャネル毎のデジタル・コンポーネントとなる。

実施例において、取込みメモリ１２４は、システムＤＳＰ１２８用のメイン・メモリ（図示せず）と異なるブロックでもよい。デマルチプレクサ１１８は、循環アドレス及び制御型のロジックであり、トリガ・システム１２６からのトリガを受ける。一実施例において、トリガ・システム１２６は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）から構成されているが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。信号サンプルのデータの流れは、循環形式で連続的に取込みメモリ１２４に書き込まれるが、トリガ事象が発生するまで古いデータが重ね書きされていく。所望量のポスト・トリガ・データがデマルチプレクサ１１８に捕捉され取込みメモリ１２４に書き込まれた後、デマルチプレクサ１１８は、取込みメモリ１２４への書き込みを終える。取込みメモリ１２４にデータが取り込まれると、システムＤＳＰ１２８は、データに対して１つ以上のデジタル信号処理動作を行う。さらに、データは、システムＤＳＰ１２８からデマルチプレクサ１１８を介して戻されて、追加的なＤＳＰ動作を行ってもよいが、これに本発明を限定するものではない。

図２は、本発明の実施例により強調帯域幅フィルタを有するオシロスコープのチャネル回路のブロック図である。図２に示すように、チャネル回路２００は、図１のオシロスコープ１００のチャネル１１０の１つに対応する。よって、チャネル回路２００は、例えば、図１のオシロスコープ１００の増幅器１１２、トラック・ホールド回路１１４、Ａ／Ｄ変換器１１６、デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１１８、フィルタ１２０、ＤＳＰ回路１２２、取込みメモリ１２４及びシステムＤＳＰ１２２を含んでいる。チャネル１１０のアナログ帯域幅は、図２で「アナログ帯域幅」と示すように、増幅器１１２、トラック・ホールド回路１１４、Ａ／Ｄ変換器１１６を含む回路で決まる。このアナログ帯域幅は、チャネル回路２００のこの部分における回路コンポーネントの応答に少なくとも部分的に基づく。チャネル１１０の強調帯域幅は、このチャネル回路のアナログ帯域幅部分における回路コンポーネントの応答に加えて、図２で「強調帯域幅」と示すようにデマルチプレクサ１１８の帯域幅まで含むように拡張されている。この実施例においてフィルタ１２０の応答は、実施例において説明するように、アナログ帯域幅を強調した帯域幅を与えるように選択されている。強調帯域幅の特性は、１つ以上の応答特性から選択されたものであり、これら応答特性には、周波数帯域幅特性、通過帯域リップル特性、周波数ロールオフ特性、位相特性、時間領域特性、周波数領域特性、信号形状及び／又は成形特性、遮断周波数特性、減衰帯域特性、位相回転特性、及び／又はオーバーシュート／アンダーシュート特性を含むが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図３は、本発明の実施例によるオシロスコープ用の強調フィルタ応答を決定するのに用いる校正システムのブロック図である。図３に示すように、校正システム３００を用いて、オシロスコープ１００を校正して、強調フィルタ１２０により強調帯域幅を与える。一実施例の校正処理の動作期間中、ステップ発生器３１０の出力信号をオシロスコープ１００のチャネル１１０の１つに供給する。ステップ発生器３１０は、ステップ出力信号又は略ステップ形状の出力信号を供給する装置であるが、本発明はこれに限定されるものではない。ステップ発生器３１０は、ステップ信号をチャネル１１０に供給して、チャネル１１０のステップ応答を求めるのに用いる。所望フィルタ応答ブロック３１４から得られる所望フィルタ応答（以下、単に「所望フィルタ応答３１４」という）は、チャネル１１０用の理想応答として予め設計されているものである。しかし、チャネル１１０の実際の応答は、理想応答と異なるため、ステップ発生器３１０を用いてオシロスコープ１００が測定した実際のチャネル・ステップ応答を所望フィルタ応答３１４からの理想応答と共に用いて、チャネル１１０の実際の応答が理想応答により一層近似するように、強調フィルタ１２０の応答を決定する。詳細に後述するように、強調フィルタ係数ブロック３１６から得られる係数（以下、単に「強調フィルタ係数３１６」という）を強調フィルタ１２０用に計算して、強調帯域幅の動作用にオシロスコープ１００をプログラムするが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、この計算は、例えば、オシロスコープ１００内の計算手段により行なわれる。インパルス発生器３１２は、インパルス出力信号又は略インパルス形状の出力信号を発生するが、本発明はこれに限定されるものではない。同様に、任意の駆動機能の他の組み合わせを用いてもよい。

オシロスコープ１００を所望フィルタ応答３１４にするために、オシロスコープの周波数応答及び／又は位相応答の所望応答を選択する。一実施例において、所望フィルタ応答３１４は、ガウシャン形式のフィルタ応答であるか、ベッセル・トムソン形式のフィルタ応答に選択してもよい。特定実施例において、所望フィルタ応答３１４は、変更したガウシャン形式フィルタ応答であり、これは、少なくとも近似線形位相応答に選択できる。かかる実施例において、所望フィルタ応答３１４の伝達関数は、ステップ応答用に微調できるが、本発明はこれに限定されるものではない。一実施例において、所望フィルタ応答３１４は、所望フィルタのステップ応答からなり、このステップ応答は、校正システム３００の一部として用いるためにオシロスコープ１００に蓄積できる。かかる応答を用いて、例えば、オシロスコープ１００の校正を実行できる。かかる応答は、既にわかった数値、図形、理論的、及び／又は他の方法で特徴付けてもよいことに留意されたい。一実施例において、所望フィルタ応答３１４は、光学フィルタ基準受信器用のファイバ・チャネル標準及び／又は同期式光ネットワーク（ＳＯＮＥＴ）の１つ以上に適合するように選択されたものでもよい。これらは、例えば、４次ベッセル・トムソン形式フィルタで構成してもよいが、本発明をこれに限定するものではない。かかる実施例において、所望フィルタ応答３１４は、例えば、次の伝達関数となる。

この実施例において、所望フィルタ応答３１４の帯域幅の許容度は、＋／−０．３ｄＢ又は＋／−０．５ｄＢに選択できる。１．５倍のビット・レートにおいて、帯域幅の許容度は、＋／−３ｄＢでもよいが、本発明をこれに限定するものではない。

一実施例において、強調フィルタ１２０を有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタで構成してもよい。代わりに、強調フィルタ１２０を無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタで構成してもよいが、本発明をこれに限定するものではない。一実施例において、強調フィルタ１２０は、ＦＩＲフィルタとして、少なくとも略線形の位相応答を実現してもよいが、本発明をこれに限定するものではない。一実施例において、１組の強調フィルタ係数３１６は、例えば、種々の設定及び／又はチャネルにおいて、少なくともチャネル１１０の測定した応答に基づいて計算できるが、これに本発明を限定するものではない。

図４は、後述の実施例に応じて、オシロスコープ用の強調フィルタの応答を決定する方法の流れ図を示す。この図４に示すように、この方法４００は、ステップ４１０にて、所望フィルタ応答３１４を選択する。チャネル１１０の特徴は、時間領域のインパルス応答ｈ（ｔ）、又は周波数領域の伝達関数Ｈ（ω）で記述できる。しかし、かかる応答は、既にわかった数値、図形、理論的、及び／又は他の方法で特徴付けてもよいことに留意されたい。オシロスコープ１００のチャネル１１０の実際の応答をｈ_channelで表し、強調フィルタ１２０の応答をｈ_filterで表し、所望フィルタ応答３１４をｈ_desiredで表す。よって、チャネル１１０、強調フィルタ１２０及び所望フィルタ応答３１４の実際の応答は、次の関係で示してもよい。
ｈ_channel ＊ｈ_filter ＝ｈ_desired
この関係を用いて、校正期間中の測定の少なくとも一部により決まるチャネル１１０の応答に少なくとも部分的に基づいて、強調フィルタ係数３１６を決めてもよい。いくつかの技術により強調フィルタ１２０の応答が求まる。この方法には、例えば、相互相関、時間領域のディコンボリューション又は周波数領域のディコンボリューション、及び／又はホーモモラフィック（hormomorphic）ディコンボリューション方法を含むが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、ステップ発生器３１０を用いてチャネル１１０にステップ信号を供給する一実施例において、オシロスコープ１００は、ｙ_channelで表すチャネル１１０のステップ応答を測定する。かかる測定結果によるチャネル１１０のステップ応答ｙ_channelは、ｙ_channelrで示すこのチャネルの決定ステップ応答と、ｎ_channelで示すこのチャネルの測定ノイズとの和となり、次の関係になる。
ｙ_channel＝ｙ_channelr ＋ｎ_channel
同様なチャネルのインパルス応答は、微分により求めることができ、次のようになる。

このチャネルの測定ノイズは、典型的には、より高い周波数で大量のエネルギーを有するため、かかる微分はノイズを拡大するので、ｎ_channelの微分値（ｎ_channelの上にドットが付された記号）の大きさは、ｎ_channelよりも大きくなる。しかし、一実施例において、インパルス応答の関係を積分して、次の関係を導く。
ｙ_channel ＊ｈ_filter ＝ｙ_desired
ここで、ｙ_desiredは、所望のステップ応答である。また、強調フィルタ１２０のインパルス応答により畳み込まれたチャネルのステップ応答ｙ_channelは、この実施例において所望フィルタ応答３１４のステップ応答に影響される。よって、一実施例において、チャネル１１０のステップ応答の測定を用いて、強調フィルタ１２０のインパルス応答を得ることができる。ここで、チャネルのステップ応答が測定されるが微分されないので、チャネルの測定ノイズは、校正期間中のノイズ・エラー未満となるが、本発明はこれに限定されるものではない。

よって、この実施例において、ステップ４１２で、所望フィルタ応答３１４の選択した周波数応答から強調フィルタ１２０の所望インパルス応答を計算できる。同様に、ステップ４１４にて、インパルス応答から所望ステップ応答を計算できる。オプションとして、ステップ４１３にて、１個以上の測定機器を用いて、ステップ発生器３１０の出力信号を測定してもよい。例えば、かかる高精度の測定機器は、高帯域のサンプリング・オシロスコープ、パワー・メータ及び／又はスペクトラム・アナライザでもよい。かかる高精度測定機器を用いて、ステップ発生器３１０が単に理想ステップ信号を近似する状況を少なくとも部分的に評価できる。よって、ステップ発生器３１０からのステップ出力信号が理想的でないことを考慮して、ステップ４１３の結果である出力信号をステップ４１２の出力信号により畳み込んで、所望ステップ応答を計算する。なお、ステップ４１３の出力信号は、ステップ発生器３１０からのステップ出力信号を測定したものであり、ステップ４１２の出力信号は、所望インパルス応答である。ステップ４１６にて、校正信号をチャネル１１０に供給するが、この校正信号は、例えば、ステップ発生器３１０が発生したステップ信号である。チャネル１１０のステップ応答がステップ４１８にて測定される。

一実施例において、かかる測定は、等価時間（ＥＴ）サンプルを含む。ここでは、オシロスコープ１００が等価時間サンプリング・モードで動作し、平均化及び／又はデシメーションを用いて、チャネルのステップ応答を少なくとも部分的に決めるが、本発明はこれに限定されるものではない。この等価時間サンプリング方法及び装置は、例えば、米国特許第５９７８７４２号明細書（特開平１０−２８２１５３号公報に対応）に記載された方法及び／又は装置であってもよい。一実施例において、等価時間サンプリング・モードの後に、実時間スコープ信号の平均化モードを用いて、より高い測定精度で波形を取り込んでもよい。同様に、取込んだ波形を実時間サンプリング・レートにデシメーションして、オプションとして、アンチ・エリアシング・フィルタを適用してもよいが、本発明をこれに限定するものではない。

ステップ発生器３１０が発生したステップ信号が不連続性を有する特定実施例において、強調フィルタ１２０の応答を計算する前に、ステップ４２０にて、例えば、ディコンボルージョン技法又は相互相関技法により、窓関数をオプションとして適用してもよい。一実施例において、ステップ４２０で用いる窓関数を選択することにより、例えば、ブラックマン・ハリス形式の窓関数を用いることにより、狭いメイン・ローブを持つようにする一方、サイド・ローブの大きさが充分に小さくなるようにしてもよいが、本発明はこれに限定されるものではない。ステップ４２２にて、強調フィルタ３１６の応答を計算して、オシロスコープ１００にプログラムする強調フィルタ係数３１６を求める。ステップ４２４にて、強調フィルタ３１６の応答、即ち、この強調フィルタ応答のための強調フィルタ係数を蓄積する。校正後、ステップ４２６にて、強調フィルタ係数３１６を用いてオシロスコープ１００を動作させる。よって、オシロスコープ１００の帯域幅は、強調フィルタ１２０を用いないで動作させた場合と比較して強調されるが、本発明はこれに限定されるものではない。

一実施例において、１つ以上の保持する減衰設定及び／又はチャネル設定を計算する期間中に、チャネル１１０に供給された信号をオシロスコープ１００に取込むことにより、所望フィルタ応答３１４の係数を畳み込み、後で利用するために蓄積することができる。例えば、ブロック最小二乗処理を用いて、強調フィルタ係数３１６を求めることができる。ブロック最小二乗処理は、ベクトルｄ及びベクトルｘである入力信号を受ける。このベクトルｄは、選択された所望フィルタ応答３１４用のインパルス応答でもよく、また、ベクトルｘは、チャネル１１０の取込みインパルス応答でもよい。帯域強調のためには、所望フィルタ応答３１４は、例えば、変更ガウシャン関数を用いた少なくとも略線形の位相であり、パルス形状の歪を減少させる。アメリカン・ナショナル・スタンダード・インスティテュート（ＡＮＳＩ）ワーキング・グループＸ３Ｔ１１が公表したファイバ・チャネル・スタンダード及び／又は同期光学ネットワーク（ＳＯＮＥＴ）用の光学ファイバでは、これに限定されるわけではないが、Ｘ．３２３０−１９９４ファイバ・フィジカル及びシグナリング標準（ＦＣ−ＰＨ）に応じて、所望フィルタ応答３１４は、４次ベッセル・トムソン形式フィルタを用いる。帯域幅強調の校正処理には、オシロスコープ１００のチャネル１１０の入力端に接続されたステップ発生器３１０を用いて、実際のチャネル応答ｘを求める。同じ又は類似の処理は、光受信フィルタを用い、ステップ発生器３１０をインパルス発生器３１２と交換する。このインパルス発生器３１２を、例えば、ＤＳＰ１００の光電（Ｏ／Ｅ）変換器（図示せず）を介して接続する。

自己相関処理において、実際の応答をｘ、所望応答をｄ、フィルタの長さをＬ、ポイントの数をＮとすると、強調フィルタＷを計算するために次の関係を用いる。
k:=L N+L-1
u:=0 N+L-1
m:=0 L-1
n:=0 L-1
実際のチャネル応答自己相関マトリクスは、Ｒにより次のように表せる。

実際のチャネル・インパルス応答及び所望インパルス応答の間の相互相関ベクトルは、Ｐにより次のように表せる。

ベクトルＷは、強調フィルタ係数３１６を含んでもよく、この場合、この係数は、ＦＩＲフィルタ係数であり、次のように計算できる。
W:=R^-1P
オシロスコープ１００用の帯域幅強調が動作中ならば、強調フィルタ係数３１６をオシロスコープ１００に蓄積して、強調フィルタ１２０を導入できる。

実施例において、強調フィルタ１２０を用いて、オシロスコープ１００の１つ以上のチャネル１１０用の強調チャネル応答を与えることができる。ここで、デジタル信号処理技術を用いて、強調フィルタ１２０を実現できる。動作において、他のものの中で、この強調フィルタ１２０は、チャネル１１０の帯域幅を広げてもよいし、チャネル１１０の周波数応答を平坦にしてもよいし、チャネル１１０の位相応答を一層線形にしてもよいし、２つ以上のチャネル１１０の応答がより一層マッチするようにしてもよい。さらに、強調フィルタ１２０は、立ち上がり時間を短縮してもよいし、一層理想的な時間領域のステップ応答を提供するようにしてもよい。一実施例において、１つ以上のチャネル１１０及び／又は１つ以上の減衰設定に対して、強調フィルタ１２０を最初に構成してもよい。なお、減衰設定には、例えば、１目盛り当たり５０ｍＶ、１目盛り当たり１００ｍＶ及び／又は１目盛り当たり２００ｍＶがある。一実施例において、１目盛り当たり５０ｍＶ未満の減衰設定に対して、例えば、強調フィルタ１２０は、１目盛り当たり５０ｍＶ設定の強調フィルタ係数３１６を用いてもよい。さらに、１目盛り当たり２００ｍＶよりも大きい減衰設定に対して、強調フィルタ１２０は、１目盛り当たり２００ｍＶの減衰設定用の強調フィルタ係数３１６を用いてもよい。実施例において、強調フィルタ１２０は、１秒当たり２０ギガ・サンプルの基本サンプル・レート、及び／又はそれよりも早い等価時間及び／又は補間サンプル・レートにて動作してもよい。強調フィルタ１２０は、等価時間取込みでデータを記録する前に適用してもよいし、例えば、アイ・ダイアグラム表示に用いてもよいが、本発明はこれに限定されるものではない。

図５は、オシロスコープのチャネルの時間領域のステップ応答を示す図であり、後述の実施例に応じて、強調フィルタによるステップ応答と、強調フィルタを含まないステップ応答とを示している。図５に示すように、強調フィルタ１２０によらない時間領域のステップ応答をプロット５１０で示し、強調フィルタ１２０による時間領域のステップ応答をプロット５１２で示す。図５において、垂直軸は、ボルトで電圧を示し、水平軸は、ナノ秒（ｎｓ）で時間を表す。一実施例において、強調フィルタ１２０は、オーバーシュートを低減して、立ち上がり時間を短縮できる。これは、プロット５１０及びプロット５１２の比較によりわかる。さらに、強調フィルタ１２０は、ギブスの現象の結果によるいくらかの「プリシュート」を加えてもよい。ここで、強調フィルタの帯域幅は、ステップ信号の上側の高調波が存在しないようになっている。許容できるプリシュートの量と、より正確な線形位相応答及び高速立ち上がり時間を与えることとは、所望フィルタ応答３１４にとってトレードオフである。ここでは、例えば、より正確な立ち上がり時間測定を行うことが望ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。

図６は、強調フィルタを含んでいないオシロスコープのチャネルと、強調フィルタを含んだチャネルとの周波数応答の比較を示す図であり、これについて以下に説明する。図６に示すように、垂直軸は、ｄＢによる大きさを表し、水平軸は、ギガヘルツ（ＧＨｚ）による周波数を表す。プロット６１０は、強調フィルタ１２０が「オフ」状態である補間取込み（ＩＴ）におけるチャネル周波数応答を示し、プロット６１２は、強調フィルタ１２０が「オフ」状態である等価時間サンプリング（ＥＴ）モードにおけるチャネル周波数応答を示す。プロット６１４は、強調フィルタ１２０が「オン」であるＩＴモードにおけるチャネル周波数応答を示し、プロット６１６は、強調フィルタ１２０が「オン」であるＥＴモードにおけるチャネル周波数応答を示す。補間取込み（ＩＴ）モードは、sinX/X補間フィルタを用いてもよい。この補間フィルタは、強調フィルタ１２０と並行に計算されるが、本発明はこれに限定されるものではない。図６に示す如く、かかるＩＴモードは、チャネル回路２００用のわずかに異なる周波数応答の結果である。一実施例において、強調フィルタ１２０を用いるプロット６１４及び６１６は、１０ＧＨｚのナイキスト点の前でロールオフ特性を示す。これは、プロット６１０及び６１２が表すエリアシング効果のいくらかを少なくとも除去する。図６からわかるように、ＩＴモードで用いる補間フィルタは、帯域幅強調にわずかに影響するが、これは本発明を限定するものではない。

図７は、強調フィルタを含まないオシロスコープのチャネルの位相応答と、強調フィルタを含むチャネルの位相応答とを示す図であり、後述する。図７に示すように、垂直軸がラジアンで位相を示し、水平軸がギガヘルツ（ＧＨｚ）で周波数を示す。図７Ａのプロット７１０は、強調フィルタ１２０が「オフ」のオシロスコープ１００の４チャネル１１０の位相応答を示し、図７Ｂのプロット７１２は、強調フィルタ１２０が「オン」のオシロスコープ１１０の４チャネル１１０の位相応答を示す。プロット７１０とプロット７１２との比較からわかるように、強調フィルタ１２０を用いると、約８ＧＨｚまでのチャネル１１０の通過帯域にわたって一層良好な位相線形性が得られる。これは、チャネル１１０に対してパルス歪がより少なくなり、位相に関するより正確なスペクトラム分析測定を行なえるが、本発明を限定するものではない。

図８は、強調フィルタを用いないオシロスコープのチャネルの時間領域のステップ応答と、強調フィルタを含むチャネルの時間領域ステップ応答とを比較した拡大図であり、以下に説明する。図８に示すように、垂直軸は、ボルトで大きさを表し、水平軸は、ナノ秒（ｎｓ）で時間を表す。図８Ａのプロット８１０は、強調フィルタ１２０を含まないオシロスコープ１００の４チャネル１１０の時間領域ステップ応答を表し、図８Ｂのプロット８１２は、強調フィルタ１２０を含んだオシロスコープ１００の４チャネル１１０の時間領域のステップ応答を示す。プロット８１０とプロット８１２との比較からわかるように、強調フィルタ１２０は、複数のチャネル１１０間がより一層一致しており、プロット８１２のステップ形状はプロット８１０よりも広がっていない。しかし、これは、本発明を限定するものではない。

本発明の実施例について説明したが、本発明の要旨を逸脱することなく実施例の要素を変更できることが当業者には理解できよう。強調帯域幅フィルタ及び／又はそれに伴う多くの利点を有するオシロスコープが上述から理解できよう。また、本発明の要旨を逸脱することなく、その具体的な利点を犠牲にすることなく、本発明の要素の形式、構成及び／又は構造において種々の変形が可能であることが理解できよう。上述の形態は、実施例の単なる例である。

１００オシロスコープ
１１０チャネル
１１２増幅器
１１４トラック・ホールド回路
１１６Ａ／Ｄ変換器
１１８デマルチプレクサ
１２０強調フィルタ
１２２専用ＤＳＰ回路
１２４取込みメモリ
１２６トリガ・システム
１２８システムＤＳＰ
１３０表示ＤＳＰ
２００チャネル回路
３００校正システム
３１０ステップ発生器
３１２インパルス発生器
３１４所望フィルタ応答
３１６強調フィルタ係数

Claims

オシロスコープの校正方法であって、
上記オシロスコープの所望フィルタ応答を選択するステップと、
上記オシロスコープのチャネルの応答と、上記選択されたフィルタ応答とに少なくとも部分的に基づいて、強調フィルタの応答を計算するステップと、
上記強調フィルタの応答を蓄積するステップと、
校正信号を上記オシロスコープのチャネルに供給するステップと、
上記校正信号の供給に応答して上記チャネルのステップ応答を測定するステップとを具え、
上記測定ステップは、等化時間サンプリング・モード及び補間取り込みモードの少なくとも一方にて上記オシロスコープを動作させ、実時間サンプリング・レートに対してデシメーションのためのアンチ・エリアシング・フィルタを用いることを特徴とするオシロスコープの校正方法。