JP2015507384A - 高速シングルエンドの差動コンバータ - Google Patents

Abstract

シングルエンドの差動信号コンバータ。シングルエンド信号は、直流構成要素を阻止するように高域フィルタに通過させられる。フィルタリングされた信号の正及び負のバージョンは、コンバータの差動出力として集合的に使用される。高域フィルタの出力が整定するのを待つことなく、入力信号における正確な測定を可能にするために、差動出力は、フィルタリングされた信号の中点を表す動的に生成された信号によってオフセットされる。そのオフセットは、信号が最初に適用されるときに中点を表す値を捕捉することによって生成される。この捕捉された値は、高域フィルタの時定数と一致する時定数で変化することが可能である。コンバータは、試験計器を、該試験計器が測定するように具体的に構成されないフォーマットで試験信号を生成する被試験ユニットに接続するために使用され得る。

Description

本発明は、概して、電子システムの試験に関し、より具体的には、信号コンバータに関する。

試験計器は、多くのタイプの被試験電子ユニットを試験するためのものとして知られている。例えば、プリント回路基板及び他の電子アセンブリを試験する計器が知られている。試験計器には多くの形態があるが、試験計器は、試験信号を生成又は測定する回路を含有する。電子ユニットを完全に試験するために、試験計器は、生成又は測定される試験信号の多数のパラメータを制御するようにプログラム可能であり得る。精巧な計器では、例えば、試験信号の大きさ及びタイミングの両方に関するパラメータがプログラムされ得る。したがって、試験計器は、精巧な電子デバイスとなるものである。

試験計器は、電子ユニットのライフサイクルにおける複数の段階で使用することができる。試験計器は、ユニットが処理された後に修理するために使用することができる。この役割では、試験計器は、置換され得る欠損構成要素を識別するか、又は採られ得る他の修正措置を識別するために使用することができる。他の状況において、試験計器は、電子ユニットの製造中に使用することができる。この能力において、計器は、試験の結果に関する特定の動作を条件付けることによって、デバイスの製造に影響を与えるために、試験の結果が使用され得るように、欠陥を識別するために使用することができる。例えば、パッケージ化され、顧客に出荷されるユニットをもたらす製造工程は、ユニットへの試験が、ユニットが適切に機能していることを示す場合のみ行われてもよい。試験が、ユニットが適切に機能していないことを示す場合、ユニットは、ユニットを再加工又は破棄するといった異なる動作が行われるように転換されてもよい。

試験を行う特定の理由にかかわらず、試験計器は、被試験ユニットの性質に応じて異なる手法でユニットに接続されてよい。例えば、いくつかの状況において、試験計器は、被試験ユニット内の試験点に機械的かつ電気的接続を行うプローブを含有する試験付属品を介して被試験ユニットに接続されてもよい。他の状況において、試験計器は、被試験ユニットの動作入力及び出力に接続されてもよい。例えば、バスを通じて他の電子ユニットに接続されるように設計される電子ユニットは、バスに接続するように設計される電子ユニット上のポートを通じて試験されてもよい。接続の性質にかかわらず、試験計器は、そのタイプの接続に現れ得るように試験信号を生成及び測定するように構成されてもよい。

本発明者らは、いくつかの試験システムにおいて、試験がコンバータを介して試験計器を被試験ユニットに接続することによって、迅速かつ経済的に行われ得ることを認識及び理解した。試験計器が差動信号フォーマットを使用するバスへの試験信号を生成及び測定するのに利用可能である実施形態では、コンバータは、試験計器の機能性が差動信号を使用しないバスに相互作用させる被試験ユニットを試験するために用いられることを可能にする。例えば、１つ以上のコンバータは、光信号を差動フォーマットに変換するために使用されてもよい。

本発明者らは、第１の遷移から始めて正確に変換するコンバータが試験の経済的意味及び／又は精度を向上させ得ることを更に認識及び理解した。かかるコンバータは試験システムで有利に使用され得るが、コンバータはまた、シングルエンドの差動変換が所望される他のシステムで使用されてもよい。

したがって、本開示のいくつかの態様は、シングルエンド入力における信号を差動出力における信号に変換するように適合されたコンバータとして具体化され得る。

本発明の一態様によれば、シングルエンド入力におけるシングルエンド入力信号を差動出力における差動出力信号に変換するように適合されたコンバータが提供される。コンバータは、第１の入力と、第１の出力とを備える第１の回路を備えることができる。第１の入力は、第１の時定数でシングルエンド入力信号を入力するようにシングルエンド入力に結合されてもよい。第１の回路は、第１の入力におけるシングルエンド入力信号の中点を表す中点値を捕捉し、かつ第１の入力信号を追跡する出力信号を第１の出力で提供するように構成されてもよい。出力信号は、第１の差動出力信号及び第２の差動出力信号を生成するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、第１の回路は、捕捉された中点値に基づいて電圧を第１の出力で提供するように構成されてもよく、電圧は、第１の時定数を表す第２の時定数で減衰する。

本発明の別の態様によると、コンバータ回路の動作方法が提供され得る。本方法は、高域フィルタを通じて入力信号を結合することによってフィルタリングされた信号を生成する工程を含む。本方法は、フィルタリングされた信号の中点で減衰を表す信号を生成する工程を更に含む。本方法は、フィルタリングされた信号に基づいて差動信号の第１の構成要素及び差動信号の第２の構成要素、並びに減衰を表す信号に基づいてオフセットを生成する工程を更に含む。

本発明の別の態様によれば、出力を有する被試験ユニットを試験するために適合されたシステムが提供され得る。本システムは、差動入力で動作するように構成されるデータ処理回路を有する試験計器を備える。本システムは、被試験出力ユニットとデータ処理回路の差動入力との間に結合されるコンバータを更に備える。コンバータは、被試験出力ユニットに結合される入力を有する高域フィルタを備え、該フィルタがフィルタ出力を有する。コンバータは、フィルタ出力における信号の中点で減衰を表す信号を生成するように構成される第１の分岐回路を更に備える。コンバータは、フィルタ出力における信号に基づいて差動信号の第１の構成要素及び差動信号の第２の構成要素、並びに減衰を表す信号に基づいてオフセットを生成するように構成される第２の分岐回路を更に備える。

前述のものは、非限定的な発明の概要であり、これは添付の請求項によって定義されるものである。
添付の図面は等尺で描かれることを意図されていない。図面において、様々な図において図示されている、それぞれ同一若しくは、ほぼ同じ構成要素は類似の番号によって示されている。明確さを目的として、全ての構成要素が全ての図面で表示されていない場合がある。図面は以下の通りである。

図１は、本システムのいくつかの実施形態によるコンバータを使用する例示的な試験システムの略図である。 図２Ａ は、シングルエンド入力信号と、ＲＣ時定数で高域フィルタを通過した後のシングルエンド入力信号と、フィルタリングされた信号の中点で減衰を表す信号との相対値を示す３つの重なり合ったプロットである。 図２Ｂは、フィルタリングされた信号の中点で減衰を表す信号と、差動信号の非反転構成要素と、フィルタリングされた信号から生成された差動信号の反転構成要素との相対値を示す３つの重なり合ったプロットである。 図３は、図２Ｂに示すように差動信号を生成するように構成される例示的なコンバータの機能ブロック図である。 図４は、図２Ｂに示すように差動信号を生成するように構成される例示的なコンバータの電気回路図である。

本発明者らは、試験システムでの使用によく適しているシングルエンドの差動信号コンバータを考え出した。コンバータは、それを十分に小型にすることができ、かつ被試験ユニットを完全に試験するために、多数のかかるコンバータが多くの信号を測定する試験システムに組み込まれるのに十分に低いコストで製造することができるように単純な構成物である。それにもかかわらず、試験システムは、被試験ユニットを試験するのに使用される測定を迅速かつ正確にすることができる。

コンバータは、高域フィルタとして機能を果たす１つ以上の構成要素を入力段階として含むことができる。高域フィルタは、定常状態で、フィルタリングされた信号が中点の前後で変化するように入力信号のあらゆる直流構成要素を除去することができる。中点は、信号遷移の低電圧及び高電圧によって確立された２つの終点内又はそれを超えるあらゆる点を表すことができる。一例として、この点は、５０％の点であってもよいが、本発明は、「中点」のいかなる特定の定義にも限定されない。次に、このフィルタリングされた信号は、非反転及び反転増幅器の両方に渡され、差動出力を集合的に表す２つの出力信号を生成することができる。

高域フィルタは、一定直流構成要素で信号を最終的に出力するが、フィルタリングされた出力信号は、過渡的構成要素を含む。入力信号がフィルタに最初に適用されると、フィルタ出力における信号は、中点の前後で振動する交流構成要素を最初に有し、過渡的構成要素は、時間と共にこの中点の変化として反映されてもよい。フィルタの出力が整定するにつれて、中点を表す信号は、フィルタの時定数に依存する割合で変化する。しかしながら、この過渡的構成要素が十分に小さいレベルに変化するまで、過渡的構成要素は、非反転及び反転増幅器の出力に影響を与えるであろう。

過渡的応答が、試験システムによって測定される信号に影響を与えることを回避するために、過渡的構成要素と関連付けられた中点の変化を含む、中点を表す信号が生成されてもよい。過渡的構成要素を表すこの信号は、フィルタ出力における信号で中点の変化の影響を打ち消すためにオフセット信号として使用されてもよい。

かかるオフセット信号は、フィルタ出力の中点の初期値を表す値を捕捉することによって生成されてもよい。この値は、高域フィルタのものに一致させた時定数を有する回路で捕捉されてもよい。捕捉された値は、フィルタ出力における信号の中点の減衰に近似する割合で変化する。この捕捉された値は、減衰することができる際、フィルタ出力の反転及び非反転型におけるオフセットとして使用されてもよい。結果として得られた反転及び非反転信号は、シングルエンド入力信号の差動表示を提供する。

かかる差動表示は、高域フィルタの出力における信号が整定するときに導入される誤差を含まない。結果として、フィルタが整定するのを待つことと関連付けられる減衰を伴うことなく、その信号において正確な測定が行われ得る。フィルタを整定するのを可能にする必要性を回避することは、測定が信号において迅速だが正確に行われることを可能にする。

試験システムでは、被試験ユニットは、試験の一部として測定される多くの出力を生成することができる。差動信号を測定するように適合された試験計器によって測定されているシングルエンド信号を生成する被試験ユニットの場合、コンバータは、出力の各々に使用されてもよい。いくつかの実施形態では、各コンバータ回路は、各コンバータのサイズ及びコストが、コンバータが被試験ユニットの各出力に組み込まれることを可能にするように単純に実装される。

いくつかの実施形態では、コンバータは、少数の単純な構成要素を含むことができる。例えば、高域フィルタは、抵抗構成要素と直列に結合されるキャパシタであってもよい。中点の初期値を捕捉する分岐回路は、スイッチング分岐回路を介してフィルタ出力に結合される容量構成要素を含むことができる。スイッチング分岐回路は、入力信号が最初にコンバータに適用されるときにのみ、信号を容量構成要素に渡すダイオードで構成されてもよい。このように、容量構成要素は、フィルタ出力における信号の初期値に基づいて帯電されてもよく、そのフィルタリングされた信号のあらゆる過渡的構成要素を含む。

捕捉された電荷が中点を表すことを確実にするために、中点の初期値を捕捉するための分岐回路は、捕捉される電荷が、信号ピークではなく中点を表すように、容量分割器を含むことができる。更に、この分岐回路は、初期値を捕捉する分岐回路にＲＣ時定数を提供するようにその容量性電圧分割器でキャパシタに結合される抵抗器を含むことができ、捕捉された値がフィルタリングされた信号の中点の変化の割合と一致する割合で減衰するようにする。

抵抗器、キャパシタ、及びダイオードを伴うコンバータを構築することは、単純かつ低コストの構成物を提供する。多くの入力を含む試験計器に関して、かかる回路は、多くの入力の各々に実用的に構築及び複製されてもよい。しかしながら、他の実装もまた、差動信号を生成する際にオフセットとして使用するためのフィルタリングされたシングルエンド信号の中点の変化を表す信号を生成するのに好適であることが理解されるべきである。

更に、かかるコンバータが試験システムと接続して使用されるように図示されるが、コンバータがその目的に使用されることが本発明の必要条件ではない。かかるコンバータは、シングルエンド信号が差動信号に変換されるべきであるいかなる状況においても使用され得る。したがって、例示的な試験システム１００を示す図１は、シングルエンドの差動コンバータが使用され得る環境のほんの一例を提供する。

図１の実施形態では、バス試験計器１０２が、差動信号を受信するように構成されてもよい。一例として、試験計器１０２は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−１５５３バスを試験するように構成されてもよい。ここで、その計器は、いくつかの他のタイプのバスへの接続のために構成される被試験ユニットを試験するために使用されてもよい。特定の例として、被試験ユニット１０４は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−１７７３バスへの接続のために構成されてもよい。ＭＩＬ−ＳＴＤ−１７７３バスは、差動ではない光信号を使用する。したがって、被試験ユニット１０４によって出力される光信号が電気形式に変換されたとしても、それらは、試験計器１０２への入力と互換性がある差動信号ではない。

試験システム１００は、Ｎチャネル１０６ａ〜１０６ｎを含み、各々は、被試験ユニット１０４によって提供されるシングルエンド信号を、試験計器１０２に提供するのに好適な差動形態に変換するのに好適な回路を含む。チャネルの数Ｎは、被試験ユニット１０４によって提供される出力の数に相当し、したがって、任意の好適な値を採り得る。試験システム１００は、任意の特定の数のチャネルでの動作に限定されない。図示されるチャネルの各々は、光コンバータ１０８と、電気コンバータ１１０とを含む。図示される例では、チャネルの各々は同一であるが、試験システム１００は、この点において限定されず、本発明の様々な態様は、同一のチャネルを含む試験システムに限定されない。光コンバータ１０８は、被試験ユニット１０４によって出力された光信号１０９を、電気コンバータ１１０による処理に好適なシングルエンド電気信号１１１に変換することができる。次に、電気コンバータ１１０は、光コンバータ１０８から受信されたシングルエンド電気信号１１１で動作し、試験計器１０２による受信に好適な差動電気信号１１２を出力することができる。

光コンバータ１０８は、任意の好適な光コンバータであってもよく、任意の好適な形態を採ってもよく、被試験ユニット１０４からの光信号１０９を、電気コンバータ１１０に提供されるシングルエンド電気信号１１１に変換するための任意の好適な様式で動作することができる。したがって、試験システム１００は、光コンバータの構成又は動作に関して光コンバータに対して限定されない。

電気コンバータ１１０は、本明細書に記載される本発明の様々な態様に従う、シングルエンド電気信号を差動電気信号１１２に変換するための任意の好適なタイプの電気コンバータであってもよい。好適な電気コンバータ１１０の非限定的な例は、図３及び４に関して更に詳細に以下に記載される。しかしながら、簡潔に述べると、電気コンバータ１１０は、光コンバータ１０８からシングルエンド電気信号１１１を受信し、かつ高域フィルタでシングルエンド電気信号１１１をフィルタリングして、いずれの直流構成要素も除去することによって、動作することができる。高域フィルタは、それと関連付けられたＲＣ時定数を有し、フィルタリングされた信号の整定時間を生じさせることができる。フィルタリングされた信号の中点電圧が決定されてもよく、電気コンバータ１１０の高域フィルタのＲＣ時定数に類似するか又は実質的に等しい時定数で変化するように設定されてもよい。変化する中点値は、シングルエンド電気信号１１１の反転及び非反転表示の両方を生成するためのオフセット又は基準値として使用されてもよく、試験計器１０２に提供される差動信号１１２をもたらす。

上述され、図３及び４に関して以下に提供される追加の説明から更に理解されるように、電気コンバータ１１０は、少なくともいくつかの実施形態では、単純な電気構成要素から形成されてもよく、電気コンバータが比較的低コストで単純に製造されるのを可能にする。加えて、電気コンバータ１１０は、電気コンバータ１１０が試験システムの動作速度の低下を伴うことなく、試験システム１００などの試験システムで実装され得るように、少なくともいくつかの実施形態において高速で動作することができる。本明細書に記載される技術は、差動信号を生成するのに使用される高域フィルタ（例えば、電気コンバータ１１０の高域フィルタ）の整定前にシングルエンド信号からの正確な差動信号の生成を可能にし、したがって高速試験環境で大幅な時間遅延を回避することができる。正確な差動信号は、シングルエンドソースから送達されるエネルギーを表す値を含むことができる。

図２Ａは、シングルエンド入力信号と、高域フィルタを通過した後のシングルエンド入力信号（即ち、フィルタリングされた信号）と、フィルタリングされた信号の中点を表す信号との相対値を示す３つの重なり合ったプロットを図示する。信号２０２ａは、図１の電気コンバータ１１０など、本発明の一態様による電気コンバータに提供され得るものなどの交流（ＡＣ）入力信号を表す。したがって、信号２０２ａは、例えば、図１の信号１１１に相当するが、全ての実施形態がこの点において限定されるわけではない。信号２０２ｂは、信号２０２ａが高域フィルタ（例えば、電気コンバータ１１０の高域フィルタ）を通過した後の信号２０２ａに相当する。フィルタは一般的に、それと関連付けられた整定時間を有し、フィルタのＲＣ時定数によって特徴付けられ得る。信号２０２ｂは、時変オフセット又は中点を有する一定信号振幅を示す。信号２０２ｃは、信号２０２ｂの中点値を表し、図示されるように、信号２０２ｂを生成するために使用されるフィルタのＲＣ時定数に従って定常状態値に変化又は減衰させる。図２Ａを参照することにより分かるように、信号２０２ｃの値が定常状態に達する（この非限定的な実施形態では、約２．５ボルトに等しい）と、信号２０２ｂのピーク値は、信号２０２ａのピーク値に実質的に等しくなる。

図２Ｂは、フィルタリングされた信号の中点値を表す信号（図２Ａからの２０２ｃなど）と、本明細書に記載される本発明の様々な態様によって生成される差動信号の非反転構成要素と、差動信号の反転構成要素との相対値を示す３つの重なり合ったプロットを図示する。より具体的に、図２Ｂの信号２０２ｃは、図２Ａの図２０２ｃに相当し得る。信号２０２ｄは、オフセット値として信号２０２ｃを利用する本明細書に記載される技術によって生成される差動信号の第１の構成要素に相当する。図２Ｂの非限定的な例では、信号２０２ｄは、差動信号の非反転構成要素に相当し得る。信号２０２ｅは、差動信号の反転構成要素に相当し得る（即ち、信号２０２ｄの値に実質的に等しいが反対の値を有する）。信号２０２ｄ及び２０２ｅが同じ入力信号から生成され、同じ信号を追跡しているため（即ち、中点）、信号２０２ｄ及び２０２ｅによって形成される差動電圧振幅は、第１のパルスから始まる全てのパルスに対して実質的に同じままである。一定差動電圧振幅を維持することは、より予測可能な遷移時間を促進する。差動信号振幅及びタイミングパラメータは、しばしば、繰り返し可能な試験結果を生み出すための自動試験装置において重要である。

以下で更に記載されるように、信号２０２ｄ及び２０２ｅは、例えば、オフセット値として、信号２０２ｃを使用して生成されてもよい。非限定的な例として、信号２０２ｄは、図２Ａの信号２０２ｂに対するオフセットとして信号２０２ｃを使用し、かつ利得係数（例えば、増幅器を介して、又は任意の他の好適な様式で）を任意に適用することによって、少なくとも部分的に生成されてもよい。例えば、信号２０２ｅは、信号２０２ｂの反転型を生成するときにオフセットとして２０２ｃの値を使用し、かつ利得係数（例えば、信号２０２ｄを生成するのに使用される場合に信号２０２ｄを生成するのに適用される同じ利得係数）を任意に適用することによってこの非限定的な実施形態で形成されてもよい。このような動作は、後述される図３を参照することにより更に理解され得る。また、信号２０２ｃを使用して、シングルエンド信号から差動信号を生成する他の様式も可能であることが理解されるべきである。

図３は、図２Ａ及び２Ｂに関して記載及び図示される様式で、シングルエンド入力信号を差動信号に変換するために使用され得る、図１の電気コンバータ１１０などの電気コンバータの非限定的な例を図示する。図示されるように、図３の電気コンバータ１１０は、振動シングルエンド入力信号３０２を受信し、これは、任意の好適な様式で生成されてもよい（例えば、信号３０２は、被試験ユニットの出力を表すことができるか、被試験ユニットからの光信号出力の電気型を表すことができるか、又は任意の他の好適な様式で生成されてもよい）。振動シングルエンド入力信号３０２は、シングルエンド形態で交流結合出力信号３０６を与える交流結合回路３０４に提供される。交流結合回路３０４は、高域フィルタを含むことができ、したがってシングルエンド信号３０２から直流構成要素を除去するように動作することができる。この点で、交流結合回路３０４によって出力された信号３０６は、信号３０２のフィルタリングされた型を表すことができる。交流結合回路３０４が高域フィルタを含むそれらの実施形態では、フィルタは、任意の好適な様式及び任意の好適な構成要素で形成されてもよく、それと関連付けられたＲＣ時定数を有することができる。信号３０６上の直流バイアス点は、制御されてもよい（即ち、抵抗分割器によって）。

電気コンバータ１１０の第１の回路３０８は、交流結合回路３０４の出力信号３０６を受信するように交流結合回路３０４に結合されてもよい。回路３０８は、交流結合回路３０４によって出力されたフィルタリングされた信号の中点値を表す信号を生成することができる。フィルタリングされた信号の中点は、交流結合回路３０４のフィルタの時定数と一致する（即ち、フィルタの整定時間と一致する）定常状態値に変化又は減衰させることができる。図示される非限定的な実施形態では、回路３０８は、第１のエッジ検出器３１０と、スイッチ３１２と、分割器３１４と、減衰ブロック３１６とを含む。しかしながら、任意の好適な構成要素及び構成要素の配列が、実質的に同じ機能を果たすために使用されてもよく、図示される構成要素及び配列は、非限定的な例として提供されることが理解されるべきである。

第１のエッジ検出器３１０は、交流結合回路３０４によって出力された信号３０６の初期値を捕捉するようにスイッチ３１２と組み合わせて動作する。第１のエッジ検出器３１０が信号３０６の第１のエッジを検出するとき（例えば、信号３０２が交流結合回路３０４に最初に適用されるとき、又は概して信号３０６の第１の遷移が検出されるとき）、第１のエッジ検出器３１０は、スイッチ３１２の制御入力に制御信号３１１を提供し、それによって第１のエッジがブロック３１４に達するように、スイッチ３１２が第１の端子からスイッチの第２の端子に第１のエッジを通過させることができる。スイッチ３１２を制御すると、信号３０６の電圧は、３０６上のエッジの一部のエッジを生成するように分割器３１４によって分割され、減衰ブロック３１６に適用されてもよい。分割器３１４は、スイッチ３１２が閉ざされるときに捕捉される初期値が信号３０６の中点に関する値を表すことを確実にするために使用されてもよい。したがって、分割器３１４は、任意の好適な係数によって信号３０６の電圧を分割することができ、任意の好適な形態を採ることができる。非限定的な一実施形態によれば、図示されるように、分割器３１４は、２の係数によって信号３０６の電圧を分割することができる。非限定的な一実施形態によれば、分割器は、容量分割器であってもよいが、他のタイプの分割器も可能である。第１のエッジを検出した後、スイッチ３１２は、信号３０６の後続値が分割器３１４に提供されるのを防止するように開かれてもよい。

減衰ブロック３１６は、好適な許容誤差内に、信号３０６の中点値が減衰する割合と一致する割合で分割器３１４によって捕捉された初期電圧から減衰する出力信号３１８を提供するように動作することができる。このように、出力信号３１８は、入力信号の中点を追跡する。信号３０６の中点値が交流結合回路３０４のフィルタのＲＣ時定数によって管理される割合で減衰することができるため、減衰ブロック３１６は、交流結合回路３０４のフィルタのＲＣ時定数によって管理される割合で減衰する出力信号３１８を提供するように構成されてもよい。換言すれば、非限定的な少なくとも１つの実施形態によれば、減衰ブロック３１６ひいては回路３０８は、交流結合回路３０４のフィルタのものと実質的に同じＲＣ時定数を示すように構成されてもよい。したがって、減衰ブロック３１６は、このような機能性を実行するために任意の好適な形態を採ることができ、いくつかの実施形態では、単純な低コストの部品から形成されてもよい。

図示されるように、電気コンバータ１１０は、差動信号の構成要素を生成するために使用され得る加算回路３２０ａ及び３２０ｂを更に備える。図３の非限定的な例では、加算回路３２０ａは、利得モジュール３２２ａを通過する交流結合回路３０４によって出力されたフィルタリングされた信号から生じる信号を受信し、利得モジュール３２４ａを通過する減衰ブロック３１６によって出力された信号３１８から生じるオフセット信号を追加し、これは、利得モジュール３２２ａで適用される利得の値のマイナス１を適用する。したがって、信号３０６の中点電圧を表す利得モジュール３２４ａを通過する信号３１８は、利得モジュール３２２ａを通過する信号３０６から生じる信号に追加されるためにオフセットとして使用される。加算回路３２０ａからの出力信号３２５ａは、差動信号の非反転構成要素を表すことができる。

加算回路３２０ｂは、利得モジュール３２２ｂを通過する交流結合回路３０４からの信号３０６の反転型である信号を受信し、利得モジュール３２４ｂを通過する信号３１８から生じる信号を追加し、これは、利得モジュール３２２ｂの利得値のプラス１を適用する。したがって、結果として得られた信号３２５ｂは、信号３２５ａ及び３２５ｂを含む差動信号の反転構成要素を表すことができる。加算回路３２０ｂに供給される入力信号を生成する信号３０６の反転は、任意の好適な様式で（例えば、交流結合回路３０４と加算回路３２０ｂとの間のインバータによって、又は任意の他の好適な様式で）生成されてもよい。

加算回路３２０ａ及び３２０ｂは、記載される加算を実行するために任意の好適な形態を採ることができる。更に、利得モジュール３２２ａ及び３２２ｂの利得値は、任意の好適な値であってもよく、例えば、利得値は、１／２又は任意の他の適正値であってもよい。いくつかの実施形態では、利得の絶対値は、１未満である。したがって、電気コンバータ１１０、及びより一般的に本発明の様々な態様は、任意の特定のタイプの加算回路又は利得値を使用することに限定されない。

加算回路３２０ａ及び３２０ｂは、電気コンバータ１１０の第２及び第３の回路と見なされてもよい。しかしながら、電気コンバータ１１０内の分岐回路のかかる描写は、限定の目的のためではなく、図示されるものを理解し易くするためのみに記載される。図示されるコンバータの様々な構成要素が、１つ以上の「回路」を形成するように共にグループ化され得ることが理解されるべきである。

更に、図３は、コンバータの簡略化された表示であることが理解されるべきである。例えば、交流結合３０４は、非ゼロ中点に整定する出力信号を提供することができる。図示されるように、例えば、図２Ａでは、交流結合３０４からのフィルタリングされた信号は、２．５Ｖの電圧レベル前後で振動することができる。使用される特定のレベルにかかわらず、このような直流バイアスが存在する場合、かかる直流バイアスのための調節が任意の好適な手法で行われてもよい。例えば、その直流バイアスは、信号３１８に反映されてもよい。あるいは、直流バイアスは、減衰ブロック３１６で生成される減衰を表す信号と組み合わされて加算回路３２０ａ及び３２０ｂへの直流バイアスに比例する量で補正されてもよい。しかしながら、他の実装形態では、直流バイアスは、差動出力で共通のモード構成要素として表されてもよい。

図４は、図３のタイプの回路の非限定的な詳細な実装を図示する。図示されるように、コンバータ４００は、信号３０２を受信することに応答して、信号３０６を生成するように構成される交流結合回路４０４を含む。スイッチング回路４０８及び減衰ブロック４１０は、交流結合回路４０４によって生成された信号３０６の中点電圧を表す信号３１８を生成するように組み合わせて機能する。加算及び増幅回路４１２ａ及び４１２ｂは、構成要素Ｖ_Ｏ−（負の差動構成要素）及びＶ_Ｏ＋（正の差動構成要素）を有する差動信号を生成するように動作する。この例は、４１２ａ及び４１２ｂが別個の増幅器であることを示すが、回路は、差動出力を有する単一デバイスを使用して実装されてもよい。回路の他の配列も可能であり、図４に図示される構成要素のタイプ及び構成要素の構成は、非限定的な例を表すことが理解されるべきである。

この例では、交流結合回路４０４は、一対の抵抗器Ｒ２及びＲ３、並びにキャパシタＣ１で構築される。Ｃ１は、信号入力３０２と直列に結合され、直流ブロッキングキャパシタとして機能を果たす。図４に図示されるように、Ｃ１は、抵抗器Ｒ２及びＲ３に結合され、電圧分割器を形成するように直列に接続される。この例では、抵抗器Ｒ２及びＲ３は各々、キャパシタＣ１が結合されるノードにおいて、一定オフセット電圧を、電圧源Ｖ２によって提供される電圧の半分に等しい交流結合回路４０４の出力に提供するように同じ値を有する。この例では、電圧源Ｖ２は、５ボルトの電圧源であり、図２Ａに図示されるように２．５ボルトの交流結合信号３０６で一定オフセット電圧を生み出す。

当業者であれば、交流結合回路４０４を形成するために使用される構成要素の特定の値が本発明に不可欠ではないことを理解するであろう。しかしながら、この例では、抵抗器Ｒ２及びＲ３は、５００オームの値を有する。キャパシタＣ１は、１０ナノファラッド（ｎＦ）の値を有する。これらの値は、Ｒ２及びＲ３の実効抵抗で並行して乗じたＣ１の値に比例する交流結合回路４０４の時定数を提供する。このＲＣ値は、交流結合回路４０４の時定数及び単一中点の過渡的構成要素が減衰する割合を定義する。

減衰ブロック４１０は、交流結合回路４０４によって出力された信号３０６の変化に関する時定数と一致する割合で変化する構成要素を含むオフセット信号３１８を生成する。この実施形態では、信号３１８はまた、交流結合回路４０４によって出力された固定オフセットと一致する直流構成要素を含む。したがって、図４は、減衰ブロック４１０もまた、電圧源Ｖ３と、電圧分割器とを含むことを示す。この例では、電圧源Ｖ３はここで、Ｖ２と同じである５ボルトの電圧を有する。固定オフセット電圧は、抵抗器Ｒ６とＲ１１との間のノードで提供され、電圧分割器を形成するように接続される。この例では、Ｒ６及びＲ１１は、Ｒ６とＲ１１との間のノードにおける電圧が電圧源Ｖ３の電圧の半分に等しいように等しい抵抗である。この固定直流オフセットは、増幅器ＥＡＭＰ３の非反転入力で信号の構成要素を形成し、この非限定的な例では、非反転緩衝増幅器として接続される。

入力信号の第１の立ち上がりエッジに、増幅器ＥＡＭＰ３の非反転端子４０５への信号入力の第２の構成要素が、キャパシタＣ２及びＣ３によって形成される電圧分割器から生じる。図４で見ることができるように、キャパシタＣ２は、ＥＡＭＰ３の非反転入力ノード４０５へのスイッチング回路４０８の出力に結合される。したがって、スイッチング回路４０８が入力信号３０２の第１のエッジを表す信号を出力するとき、キャパシタＣ２及びＣ３は、エッジが交流結合回路４０４の出力の固定中点を超える値に比例するレベルまで帯電させる。そのエッジが除去され、スイッチング回路４０８がオフ状態に戻ると、キャパシタＣ２とＣ３との間のノードにおける電圧は、信号３０６の中点の過渡的構成要素の約半分に等しい。スイッチング回路４０８がキャパシタＣ２から切断されると、キャパシタＣ２は、ダイオードＤ４が逆バイアスされ、Ｃ３が減衰ブロック４１０のＲＣ時定数によって決定される割合で放電するため、ノード４０５に最小限の影響を与える。この例では、ＲＣ時定数は、キャパシタＣ２及びＣ３並びに抵抗器Ｒ６及びＲ１１の構成に基づいて計算されてもよい。キャパシタＣ２及びＣ３並びに抵抗器Ｒ６及びＲ１１の値は、これらの構成要素のＲＣ時定数が交流結合回路４０４の構成要素のＲＣ時定数と一致するように選択されてもよい。このように、ノード４０５上の電圧は、ノード３０６上の電圧と同じ割合で減衰し得る。

抵抗器４２０は任意である。しかしながら、図示される実施形態では、抵抗器４２０は、ダイオードＤ４と並列に接続される。この例では、Ｄ4にわたる抵抗器４２０は、いかにリセットし、キャパシタＣ２に初期状態を提供するかの１つの選択肢である。抵抗器が使用されない場合、ダイオードＤ４にわたる漏洩電流が、キャパシタＣ２をリセットすることができる。他の実施態様もまた可能である。例えば、抵抗器４２０は、リセット機能を提供する代替方法としてノード４０６から接地又は別の基準に接続されてもよい。その影響は、中点信号の時定数に対して考慮されなければならない。抵抗器４２０が存在する実施形態では、信号４０５に対するその影響が考慮されなければならない。Ｒ６及びＲ１１に比較される抵抗器４２０の大きい値は、信号４０５に最小限の影響を与えるように選択されてもよい。

スイッチング回路４０８は、任意の好適な手法で実装されてもよい。この例では、スイッチング回路４０８は、ダイオードＤ４で実装される。好ましくは、Ｄ４は、それにわたる電圧降下を最小限にするショットキーダイオードである。ダイオードＤ４にわたる順方向降下は、Ｒ６及びＲ１１を選択するときに説明されるべきである。この例では、Ｄ４の降下によって引き起こされる電圧誤差は考慮されない。ダイオードは、キャパシタＣ２が放電され、かつ正極性信号が増幅器ＥＡＭＰ１の非反転入力に適用されるときに、ＥＡＭＰ１の出力がダイオードＤ４を順方向バイアスし、キャパシタＣ２へのＥＡＭＰ１の入力に適用されるその立ち上がりエッジ信号に比例する電圧を結合するように接続される。このように、立ち上がりエッジ信号がスイッチング回路４０８の入力で適用されるとき、スイッチング回路４０８の出力は、その立ち上がりエッジ信号の値に比例してキャパシタＣ２及びそれに結合されるキャパシタＣ３を帯電させる。逆に、キャパシタＣ２が既に帯電され、Ｃ２にわたる電圧以下である信号がスイッチング回路４０８への入力として適用されるとき、ＥＡＭＰ１の出力は、ダイオードＤ４を順方向バイアスするのに十分ではない。図２Ａに見られ得るように、交流結合信号（例えば、図２Ａの信号２０２ｂ）の第１のエッジは、最大値を有する。したがって、キャパシタＣ２及びＣ３は、その最大値に基づいて帯電される。交流結合信号の後続ピークの値が減衰すると、ＥＡＭＰ１の出力は、Ｃ２で捕捉された電圧より大きくなく、再びダイオードＤ４を順方向バイアスする。このように、キャパシタＣ２が交流結合回路４０４の出力の第１のエッジに基づいて帯電されると、それは、逆バイアスダイオードＤ４によって効果的に切断される。

Ｄ４にわたる最大値の抵抗器が、リセットを提供するために使用されてもよい。Ｃ２にわたる電圧は、データが伝送し始める前に定数値にリセットされてもよい。最大値の抵抗器の抵抗が十分に大きい場合、それは、中点及び時定数に作用する限定的な影響を与える場合がある。あるいは、リセットは、任意の他の適切な回路構成によって提供されてもよい。例えば、Ｃ２にわたるスイッチは、データの伝送前のキャパシタをリセットする手段であってもよい。

任意の好適な構成要素値が選択され得ることを理解されたい。一例として、Ｃ２及びＣ３は各々、１００ｐＦの値を有することができる。抵抗器Ｒ６及びＲ１１は、５０キロオームの値を有することができる。この例では、Ｃ２及びＣ３は、中点信号を生成するように初期の過渡電圧の分割に寄与する。Ｃ３の値及びＲ６とＲ１１との並列の組み合わせは、Ｃ１及びＲ２とＲ３との並列の組み合わせによって形成されるノード３０６の時定数と実質的に一致する時定数を形成する。

図４はまた、加算及び増幅回路４１２ａ及び４１２ｂの例示的な構成を提供する。この場合、加算及び増幅回路４１２ｂは、非反転加算増幅器として構成される。加算及び増幅回路４１２ｂへの１つの入力は、交流結合回路４０４の出力の緩衝化型である。加算及び増幅回路４１２ｂへの第２の入力は、減衰ブロック４１０の出力から生じ、入力信号３０２の中点を表し、中点の変化を表す構成要素を含む。

加算及び増幅回路４１２ａはこの例では、反転加算増幅器として構成される。加算及び増幅回路４１２ａへの入力は、加算及び増幅回路４１２ｂに提供されるものと同じである。しかしながら、加算及び増幅回路４１２ａの反転構成のため、その回路の出力は、増幅及び加算回路４１２ｂの出力に対する逆極性を有する信号を提供する。抵抗器Ｒ１３及びＲ１０は、ＥＡＭＰ２の利得を設定するが、抵抗器Ｒ８及びＲ１４は、ＥＡＭＰ６の利得を設定する。この特定の例では、抵抗器Ｒ１３は、１キロオームの値を有することができる。抵抗器Ｒ８、Ｒ１０、及びＲ１４は各々、５００オームの値を有することができる。抵抗器４２０は、約１メガオームの値を有することができる。

図４の例は、交流結合入力３０８に比例し、かつ中点３１８に比例するオフセットを有する出力４１２ａ及び４１２ｂを識別するが、交流結合入力３０６及び信号中点３１８に結合される入力から生成されるデジタル論理信号などの他の信号もまた、本発明の趣旨内である。一例を挙げれば、交流結合入力が中点を超える場合、高い論理のデジタル出力が生成され得るが、交流結合入力が中点未満である場合、低い論理のデジタル出力が生成され得る。

図４を参照することにより、本明細書に記載されるタイプの電気コンバータは、単純な構成要素を使用して製造されてもよく、少なくともいくつかの実施形態では、単純な低コストの構成物であってもよいことが理解されるべきである。例えば、図示される回路は、キャパシタと、抵抗器と、ダイオードと、増幅器とを含む。かかる回路は、低コストであり、容易に構成され得る。また、回路は、試験システム環境又は他の環境を含む様々な環境の他の構成要素と互換性があってもよい。

本発明の少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を記載することで、様々な変更、修正、及び改善は、当業者には容易に着想されることを理解されたい。

可能な変化形の一例として、上述される回路は、正極性エッジから始まる入力信号のために構成される。当業者であれば、入力信号が負極性エッジから始まる場合、第１の負極性エッジを通過するようにスイッチング回路に調節がなされ得ることを理解するであろう。コンバータ内の他の極性が適切に調節されてもよい。

更に、信号の最初の適用時のコンバータの動作が記載されることが理解されるべきである。いくつかの状況において、入力信号線がアクティブになり、次いで再びアクティブになる前にアイドル状態になる。かかる一実施形態では、入力信号線がアクティブになる場合の間の時間が十分に長い限り、フィルタリングされた信号の中点を表すように捕捉される電荷は、信号線がアクティブになる時間までほぼゼロに減衰した。更に、Ｃ２にわたる電圧は、信号線が再びアクティブになる前にリセットされなければならない。したがって、信号線がアクティブになるたびに、コンバータは、入力信号の最初の適用に関して応答する。しかしながら、他の分岐回路が含まれてもよく、又は入力信号が動作中に変化する場合、他の回路構成が中点を表す捕捉された値をリセットするために用いられてもよいことが理解されるべきである。

かかる変更、修正、及び改善は、本開示の一部として意図され、本発明の趣旨及び範囲内であることが意図される。したがって、前述の説明及び図面は、例示のみを目的としている。

本発明の様々な態様は、単独でも、組み合わせでも、又は前述の記載された実施形態で特に記載されていない様々な構成において使用されてもよく、かつ、したがってその用途を、図面に示された前述の記述で説明された構成要素の細部及び構成には限定されない。例えば、一実施形態で記載された態様は、他の実施形態で記載された態様と任意の方式で組み合わされてもよい。

また、本発明は、一方法として具体化されてもよい。本方法の一部として実施される行為は、任意の好適な方法で順序付けられてもよいしたがって、例示されるものとは異なる順序で行為が実行される、実施形態を構築することができ、このことは、一部の行為が、例示的実施形態では逐次的行為として示されていても、同時に実行されることを含み得る。

請求項の要素を修正するために、請求項において順序を示す用語、例えば「第１」「第２」、「第３」等の使用は、それ自体はいずれの優先度、先行性、即ち、ある請求項が他より上である、又は方法の行為が実施された一時的な順序を暗示せず、単に、特定の名前を有する１つの請求項の要素を、同じ名前（しかし、通常の用語に使用に関して）を有する他の要素から区別するために付番される。

また、本明細書で使用される専門語及び専門用語は、説明目的のためであり、限定するものと見なされるべきではない。「含む（including）」、「備える（comprising）」、「有する（having）」、「含有する（containing）」、「含む（involving）」及びそれらの変化形を本明細書において使用することは、これらの後に記載する要素及びその等価物、並びに付加的な要素を包含することを意図したものである。

Claims (22)

1. シングルエンド入力におけるシングルエンド入力信号を出力における出力信号に変換するように適合されたコンバータであって、
   第１の入力と、第１の出力とを含む第１の回路を備え、
   前記第１の入力は、第１の時定数でシングルエンド入力信号を受信するように前記シングルエンド入力に結合され、
   前記第１の回路は、前記第１の入力における前記シングルエンド入力信号の中点を表す値を捕捉し、かつ前記第１の入力信号の前記中点を追跡する出力信号を前記第１の出力で与える、コンバータ。
2. 前記第１の回路が、
   前記第１の入力信号の第１のエッジを受信し、かつ残りのエッジを拒否するための回路を更に備える、請求項１に記載のコンバータ。
3. 前記シングルエンド入力信号が第１の時定数を有し、前記第１の回路が、前記第１の時定数を表す第２の時定数で前記出力信号を変化させることによって、前記第１の入力信号の前記中点を追跡するように、前記出力信号を与える、請求項１に記載のコンバータ。
4. 前記第１の回路は、
   第２の入力と、第１のオフセット入力と、第２の出力入力とを備える第２の回路を更に備え、
   前記第２の入力は前記シングルエンド入力に結合され、前記第１のオフセット入力は前記第１の出力に結合され、
   前記第２の回路は、前記第１のオフセット入力における第１のオフセット信号に比例する量分オフセットされた前記第２の入力における第２の入力信号に比例する第２の出力信号を前記第２の出力で与える、請求項３に記載のコンバータ。
5. 前記第１の回路は、
   第３の入力と、第２のオフセット入力と、第３の出力とを備える第３の回路を更に備え、
   前記第３の入力は前記シングルエンド入力に結合され、前記第２のオフセット入力は前記第１の出力に結合され、
   前記第３の回路は、前記第２のオフセット入力における第２のオフセット信号に比例する量分オフセットされた前記第３の入力における第３の入力信号に比例し、かつそれに対して反転した第３の出力信号を前記第３の出力で与える、請求項４に記載のコンバータ。
6. 前記第１の回路は、
   第２の出力と、第１のオフセット入力と、第２の出力とを備える第２の回路を更に備え、
   前記第２の入力は前記シングルエンド入力に結合され、前記第１のオフセット入力は前記第１の出力に結合され、
   前記第２の回路は第２のデジタル出力信号を前記第２の出力で与え、前記デジタル出力信号の論理状態は、前記第２の入力と前記第１のオフセット入力との比較によって決定される、請求項１に記載のコンバータ。
7. 前記回路は、スイッチング回路と、エネルギー蓄積デバイスとを備え、
   前記スイッチング回路は、前記シングルエンド入力で前記シングルエンド入力信号を検出すると、第１の電圧を前記エネルギー蓄積デバイスに選択的に結合するように構成され、前記第１の電圧は前記第１の入力における第１の入力電圧を表す、請求項２に記載のコンバータ。
8. 前記スイッチング回路は更に、前記第１の入力における前記第１の入力電圧を表す前記第１の電圧が前記シングルエンド入力における前記シングルエンド入力信号の検出後に前記エネルギー蓄積デバイスに達するのを選択的に阻止する、請求項６に記載のコンバータ。
9. 前記エネルギー蓄積デバイスは少なくとも１つのキャパシタを備え、
   前記スイッチング回路はダイオードを備え、前記ダイオード及び前記少なくとも１つのキャパシタは接続され、
   前記ダイオードは、前記第１のエッジで前記キャパシタを帯電するように順方向バイアスされ、後続のエッジで逆バイアスされる、請求項６に記載のコンバータ。
10. 前記第１の回路は、
    第１の端子と、第２の端子と、制御入力とを有するスイッチ、および
    前記第１の入力に結合される入力と、前記スイッチの前記制御入力に結合される出力、を有するエッジ検出器を更に備え、
    前記エッジ検出器は、前記制御入力を変化させ、それによって前記シングルエンド入力信号で第１のエッジを検出すると前記スイッチを閉じ、前記制御入力を変化させ、それによって前記第１のエッジ後に前記スイッチを開く、請求項１に記載のコンバータ。
11. コンバータ回路の作動方法であって、
    高域フィルタを通じてシングルエンド入力信号を結合することによってフィルタリングされた信号を生成する工程と、
    前記フィルタリングされた信号の中点を表す信号を生成する工程と、
    前記フィルタリングされた信号の前記中点を表す生成された信号に基づいて、差動信号の第１の構成要素及び前記差動信号の第２の構成要素を生成する工程と、
    を含む方法。
12. 前記フィルタリングされた信号の遷移を検出することに応答して、前記中点を表す前記信号の初期値を形成する工程を更に含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記中点を表す前記信号の前記初期値を形成する工程が、前記フィルタリングされた信号の前記遷移を検出することに応答して、前記フィルタリングされた信号の値に比例する大きさを有する電荷を捕捉する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記高域フィルタは交流結合回路を備え、
    前記方法は、前記入力信号としてシングルエンド電気信号を与える工程を更に含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記フィルタリングされた信号の前記中点を表す信号を生成する工程は、前記フィルタリングされた信号の変化の半分であるレベルを表す値を有する信号を生成する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
16. 差動信号の第１の構成要素及び前記差動信号の第２の構成要素を生成する工程は、
    前記中点を表す前記信号によってオフセットされた前記フィルタリングされた信号に正の増幅を与えることによって、前記第１の構成要素を生成する工程と、
    前記中点を表す前記信号によってオフセットされた前記フィルタリングされた信号に負の増幅を与えることによって、前記第２の構成要素を生成する工程と、
    を含む、請求項１４に記載の方法。
17. 電子デバイスを製造する方法であって、
    シングルエンド応答信号を生成するように前記電子デバイスを作動させる工程と、
    請求項１０に記載の方法に従って前記シングルエンド応答信号を差動信号に変換する工程と、
    前記差動信号の測定を行う工程と、
    前記差動信号の前記測定の少なくとも一部に基づいて、前記電子デバイスの製造動作を条件的に行う工程と、を含む、方法。
18. 出力を有する被試験ユニットを試験するのに適合したシステムであって、
    差動入力で動作するように構成されるデータ処理回路を有する試験計器と、
    前記被試験出力ユニットと前記データ処理回路の前記差動入力との間に結合されるコンバータと、を備え、
    前記コンバータは、
    前記被試験出力ユニットに結合された入力を有する高域フィルタであって、フィルタ出力を有する高域フィルタと、
    前記フィルタ出力で信号の中点を表す信号を生成する第１の分岐回路と、
    前記フィルタ出力における前記信号に基づいて差動信号の第１の構成要素及び前記差動信号の第２の構成要素、並びに前記中点を表す前記信号に基づいてオフセットを生成する第２の分岐回路と、
    を備えるシステム。
19. 前記第１の分岐回路が、前記フィルタ出力における前記信号の遷移を検出することに応答して変化を表す前記信号の初期値を形成する構成要素を含む、請求項１７に記載のシステム。
20. 前記高域フィルタはＲＣ時定数を有し、
    前記第１の分岐回路は前記ＲＣ時定数を有する、請求項１８に記載のシステム。
21. 前記中点を表す前記信号の前記初期値を形成するように構成される前記構成要素は、前記フィルタ出力における信号のピーク大きさの半分に等しい初期値を形成し、
    前記中点を表す前記信号は前記ＲＣ時定数に従って変化する、請求項１９に記載のシステム。
22. 前記被試験出力ユニットは光出力であり、
    前記システムは、前記被試験出力ユニットと前記コンバータとの間に接続された少なくとも１つの光コンバータを更に備える、請求項１７に記載のシステム。

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