JP2018197746A - 電気光学センサ及びマッハツェンダ変調器の利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より高い入力差動電圧及びより高い入力インピーダンスを達成する。【解決手段】電気光学センサ２００には、被試験デバイス（ＤＵＴ）からの試験信号を受ける試験信号入力部２２２がある。バイアス回路２３５は、バイアス信号を生成するのに利用される。電気光学センサ２００には、光入力部、光出力部及びバイアス入力部を用いるマッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）２３８もある。ＭＺＭ２３８は、光リンク２６０を介して光搬送波信号を受けるよう構成される。ＭＺＭ２３８は、バイアス入力部上の試験信号及びバイアス信号も受け、バイアス信号によって、直交バイアス点を中心として動作するよう制御される。ＭＺＭ２３８は、バイアス入力部からの試験信号を光搬送波上へ変調して、変調光信号を生成する。【選択図】図２

Description

本発明は、電気信号を試験するシステム及び方法に関し、より具体的には、オシロスコープと連動して使用する、インピーダンスを増加させた電気光学センサに関する。

試験測定システムは、信号を受けて、信号をサンプルし、その結果を表示するように設計される。例えば、試験測定システムは、被試験デバイス（ＤＵＴ）において生じる信号の特性を求めて表示するように実現されても良い。

場合によっては、試験測定システムは、ＤＵＴから遠隔に配置されることがある。例えば、いくつかＤＵＴ信号は、ＤＵＴ近くの何らかの電気的システムの存在によって変化することがある。こうした場合、ＤＵＴの電気的なアイソレーション（絶縁、分離）を支援するために、測定システムをＤＵＴから遠隔に配置することがある。こうしたアイソレーションは、電気的なアイソレーション・バリアを提供するために、光学的な通信を利用することによって実現しても良い。

特表２０１５−５３０６１２号公報 特開２０１８−０２６１１０号公報 特開２０１５−１１８０８７号公報 特開２０１５−１２７７０４号公報 特開２０１６−２２４０４９号公報

「絶縁（電気）」の記事、特に「isolation（アイソレーション）」について、Wikipedia（日本語版）、［オンライン］、［２０１８年５月１０日検索］、インターネット<http://ja.wikipedia.org/wiki/絶縁（電気）> 「マッハツェンダ型光強度変調器」、情報通信用語集、日本電信電話株式会社、２００８年、［online］、［２０１８年５月１０日検索］、インターネット<http://www.ntt-review.jp/yougo/word.php?word_id=4828>

アイソレーションされる光学部品には、多くの設計上の課題がある。こうした課題の１つは、これら部品を非常に小さな電力で動作可能にすることである。これは、独立した電源接続の利用が、測定システムをＤＵＴから適切にアイソレーションする能力を悪化させるからである。小さい電力量での動作は、アイソレーションされた測定システムにおける、高インピーダンスで高帯域幅のバッファ／増幅器の利用に困難が生じる。この高インピーダンスを有することが必要なのは、ＤＵＴに対する測定システムの負荷を減少させることにある。試験測定システムのアイソレーションされた部分の信号の電力を増加させるのは、こうした電力の増加によれば、低電力デバイスで利用可能な電力量を簡単に超えてしまうことがあるので、実用的でない。

本開示における実施例は、これら及び他の課題を解決しようとするものである。

以下では、本願で開示される技術の説明に有益な実施例が提示される。この技術の実施形態は、以下で記述する実施例の１つ以上及び任意の組み合わせを含んでいても良い。

実施例１としては、電気光学センサがあり、被試験デバイス（ＤＵＴ）からの試験信号を受ける試験信号入力部と、バイアス信号を生成するバイアス回路と、光入力部、光出力部及びバイアス入力部を有するマッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）であって、上記光入力部を介して光搬送波信号を受け、上記バイアス入力部で上記試験信号及び上記バイアス信号の両方を受け、上記バイアス信号によって選択されるモードで動作しながら、上記バイアス入力部からの上記試験信号を上記光搬送波上に変調して光信号を生成し、上記光出力部を通じて上記光信号を出力するよう構成される上記ＭＺＭとを具えている。

実施例２としては、実施例１の電気光学センサがあり、このとき、上記ＭＺＭが、無線周波数（ＲＦ）入力部を有していない。

実施例３としては、実施例１〜２のいずれかの電気光学センサがあり、このとき、上記ＭＺＭが、上記試験信号を受けるように構成されていないＲＦ入力部を有している。

実施例４としては、実施例１〜３のいずれかの電気光学センサがあり、このとき、上記バイアス入力部で上記試験信号を受けることによって、上記ＭＺＭは、分圧回路において高インピーダンス負荷として機能する。

実施例５としては、実施例１〜４のいずれかの電気光学センサがあり、上記試験信号及び上記バイアス信号を上記ＭＺＭバイアス入力部に結合するスプリット・パス・バッファを有し、該スプリット・パス・バッファは、交流（ＡＣ）パスと直流（ＤＣ）パスを有する。

実施例６としては、実施例５の電気光学センサがあり、上記ＤＣパスには、ユーザの入力に基づいて、上記試験信号からＤＣ電圧を除去する結合スイッチを有する。

実施例７としては、実施例５〜６のいずれかの電気光学センサがあり、このとき、上記ＤＣパスには、ユーザの入力に基づいて、上記試験信号のＤＣ成分を調整するＤＣオフセット回路がある。

実施例８としては、実施例７の電気光学センサがあり、このとき、上記ＤＣオフセット回路は、上記試験信号の上記ＤＣ成分をゼロ・ボルトと１２ボルトの間で調整するよう制御可能である。

実施例９としては、実施例７〜８のいずれかの電気光学センサがあり、このとき、上記ＤＣオフセット回路は、上記試験信号の上記ＤＣ成分の利得を上記試験信号の上記ＡＣ成分の利得と整合させる可変増幅器を有している。

実施例１０としては、電気光学センサがあり、試験信号入力部と、該試験信号入力部に結合される交流（ＡＣ）パス及び直流（ＤＣ）パスを有するスプリット・パス・バッファと、該スプリット・パス・バッファによって上記試験信号入力部に結合されたバイアス入力部及びバイアス回路を有するマッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）とを具えている。

実施例１１としては、実施例１０の電気光学センサがあり、このとき、上記ＭＺＭが、無線周波数（ＲＦ）入力部を有していない。

実施例１２としては、実施例１０〜１１のいずれかの電気光学センサがあり、このとき、上記ＭＺＭは、上記試験信号入力部に結合されないＲＦ入力部を有している。

実施例１３としては、実施例１０〜１２のいずれかの電気光学センサがあり、このとき、上記ＤＣパスには、該ＤＣパスを介して上記試験信号入力部に結合される入力部と、上記ＤＣパスを介して上記ＭＺＭの上記バイアス入力部に結合される第１出力部と、上記ＤＣパスを横断する試験信号からＤＣ信号を排除する第２出力部とを有する結合スイッチがある。

実施例１４としては、実施例１０〜１３のいずれかの電気光学センサがあり、このとき、上記ＤＣパスには、該ＤＣパスを介して上記試験信号入力部に結合される入力部と、上記ＤＣパスを介して上記ＭＺＭの上記バイアス入力部に結合される出力部とを有する可変増幅器を含むＤＣオフセット回路がある。

実施例１５としては、実施例１４の電気光学センサがあり、このとき、ＤＣオフセット回路には、上記可変増幅器に結合された可変ＤＣ信号源がある。

実施例１６としては、方法があり、マッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）のバイアス入力部に上記ＭＺＭの動作モードを制御するバイアス信号を伝送する処理と、試験信号入力部からの試験信号をスプリット・パス・バッファによって上記ＭＺＭのバイアス入力部へ伝送する処理と、上記バイアス入力部上の上記試験信号を用いて光搬送波を変調して光信号を生成する処理とを具えている。

実施例１７としては、実施例１６の方法があり、このとき、上記ＭＺＭは、無線周波数（ＲＦ）入力部を有していないか、又は、上記ＲＦ入力部を使用しない。

実施例１８としては、実施例１６〜１７のいずれかの方法があり、このとき、上記試験信号を上記ＭＺＭの上記バイアス入力部へ伝送する処理によって、上記ＭＺＭが、分圧回路において高インピーダンス負荷として機能する。

実施例１９としては、実施例１６〜１８のいずれかの方法があり、ユーザの入力に基づいて、上記スプリット・パス・バッファ中の上記試験信号からＤＣ電圧を排除する結合スイッチを制御する処理を更に具えている。

実施例２０としては、実施例１６〜１９のいずれかの方法があり、ユーザの入力に基づいて、上記スプリット・パス・バッファ中の上記試験信号のＤＣ成分を調整する直流（ＤＣ）オフセット回路を制御する処理を更に具えている。

本発明の実施形態の態様、特徴及び効果は、添付の図面を参照し、以下の実施形態の説明を読むことで明らかとなろう。

図１は、光学的アイソレーションを利用する例示的な試験測定システムのブロック図である。 図２は、光学アイソレーション試験測定システムで使用する、インピーダンスが増加した例示的な電気光学センサ回路網のブロック図である。 図３は、無線周波数（ＲＦ）入力部を利用することなく、バイアス入力部を通じて試験信号を受けるよう構成される例示的なマッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）のブロック図である。 図４は、ＲＦ入力部を省略し、バイアス入力部を通じて試験信号を受けるよう構成される例示的なＭＺＭのブロック図である。 図５は、スプリット・パス・バッファ中の例示的なクランプ回路の電気的な効果を示すグラフである。 図６は、光信号を変調するのに、ＭＺＭのバイアス入力部を利用することによって、電気光学センサのインピーダンスを増加させる例示的な方法のフローチャートである。

光学的電圧センサは、優れた交流電流（ＡＣ）電気性能があり、本質的に電気的にアイソレーションされている。こうしたシステムは、デジタル信号を膨大な光ファイバ・ネットワークに結合するのに利用できる。これら信号は、高帯域を実現するために、ＡＣ結合され、制御された５０オーム環境で電気的に伝送される。これら光学電圧センサの利用には、ＲＦ入力部の利用が含まれるが、これは、入力インピーダンスに制約を加えている。スプリット・パスの手法を用いて変調器のバイアス入力部を駆動することで、後述のように、低インピーダンス／低電圧環境の制限を克服し、ユーザが必要とするような、より高い入力インピーダンス及び電圧を提供する。例えば、大きなコモン・モード電圧が存在する差動高帯域信号を正確に測定する能力は、高速で高い電力のＤＵＴほど、エッジ速度が増加するので、測定上の難問となり得る。窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースの広いバンドギャップのデバイス及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）ベースのＤＵＴは、シリコン（Ｓｉ）ベースのデバイスで可能なエッジ速度より、８〜１０倍高速なエッジ速度を実現できる。ＤＵＴの性能向上において、このステップ関数を考えると、そのようなＤＵＴによって生じる測定上の拡大した課題をうまく処理するためには、試験測定システムを変更する必要がある。電気的にアイソレーションされた光センサは、同相除去比（ＣＭＲＲ：Common Mode Rejection Ratio）性能を向上させる。このような電気的にアイソレーションされた光センサは、より高い入力差電圧レンジ及びより高い入力インピーダンスによって、付加的な有用性を提供できる。より高い入力インピーダンス及びより高い電圧レンジを達成するために、本開示は、制限された電力量のＭＺＭ構成を利用する通信スキームを採用する。

本願では、電気光学センサの電力量（power budget：電力割当量）に重大な悪影響を与えることなく、インピーダンスが増加するよう構成された電気光学センサが開示される。電気光学センサは、ＭＺＭによって光搬送波（光キャリア）上へ試験信号を変調する。ＭＺＭには、バイアス入力部とＲＦ入力部とがあっても良い。バイアス入力部は、ＲＦ入力部よりも、大幅に高い入力インピーダンスを有する。そこで、試験信号は、バイアス入力部に結合され、低インピーダンスのＲＦ入力部を駆動する高インピーダンスの高帯域バッファ／増幅器で必要となる追加の電力なしに、ＭＺＭ回路の入力インピーダンスを増加させることによって信号負荷を低減する。ＲＦ入力部は、使用しなくても良いし、ＭＺＭから省略されても良い。インピーダンスの増加によって、ＭＺＭは、分圧回路の一部として機能でき、これは、結果として、多種多様な高インピーダンスのプローブ・チップを電気光学センサで利用可能にする。電気光学センサは、また、スプリット・パス・バッファも利用する。このスプリット・パス・バッファは、高周波数信号用の交流（ＡＣ）パスと、低周波数及びＤＣ信号用の直流（ＤＣ）パスを用いる。ＤＣパスには、結合（カップリング）スイッチがあっても良く、これは、ユーザの入力に基づいて、ＤＣパスを切断できる。これによって、信号のＤＣ成分が除去され、試験信号のＡＣ成分だけを測定可能になる。ＤＣパスには、ＤＣオフセット回路があっても良く、これは、入力線形ダイナミック・レンジを、被試験信号上の大きな固定ＤＣオフセットのあたりに移動させる能力を提供する。ＡＣ結合及び入力ＤＣオフセットの能力によって、ユーザは、ＤＵＴの試験信号の大きなＤＣ成分の上に乗っている小さなＡＣ成分を見ることが可能になる。ＤＣオフセット回路は、また、可変増幅器を有していても良く、これは、ＤＣパスの利得をＡＣパスの利得と整合（マッチング）するのに利用できる。

図１は、ＤＵＴ１１０、オシロスコープ１５０、関連する電界の間に光学的アイソレーションを利用する例示的な試験測定システム１００のブロック図である。システム１００には、ＤＵＴ１１０を電気光学センサ１３０に結合するプローブ・チップ１２０がある。ＤＵＴ１１０からの試験信号は、プローブ・チップ１２０を通じて電気光学センサ１３０へと送られ、電気信号から光信号へと変換される。光信号は、光リンク１６０を通じてコントローラ１４０へ送られ、電気信号へと逆変換される。変換された信号は、続いて、試験のためにオシロスコープ１５０へ送られる。試験信号の電気領域から光領域への変換と逆変換によって、コントローラ１４０と電気光学センサ１３０との間の電気的な結合が生じないのを確実にする。この試験設定は、第１電気領域中のＤＵＴ１１０、プローブ・チップ１２０及び電気光学センサ１３０と、第２電気領域中のオシロスコープ１５０及びコントローラ１４０との間の電気的アイソレーションを確実なものにする。

ＤＵＴ１１０は、試験用の電気信号を送信するよう構成された任意のデバイスである。例えば、ＤＵＴ１１０としては、ユーザが機能が適切であるかを検証するために試験したいことがある内部回路、トランスミッタ、レシーバなどがある。プローブ・チップ１２０は、試験のためにＤＵＴ１１０に結合するように設計された任意のテスト用アクセサリである。プローブ・チップ１２０には、ＤＵＴ１１０からの試験信号を伝送するための信号チャンネルがある。プローブ・チップ１２０は、理想的な測定のためには、ＤＵＴ１１０からの電圧／電流／電荷を伝導しないことが望ましい。過度な電圧／電流／電荷の伝導は、信号負荷として知られ、ＤＵＴ１１０での動作条件を変化させることがある。信号負荷は、誤った測定結果を生じることがあり、測定が不正確になることがある。プローブ・チップ１２０には、プローブ・チップ１２０からＤＵＴ１１０の間にある程度の電気的アイソレーションを与えることによって信号負荷を低減する、直列抵抗容量（ＲＣ）回路網１２１を設けても良い。このＲＣ回路網１２１は、既定の減衰（例えば、１０倍、１００倍など）をサポートする。そこで、プローブ・チップ１２０は、対応するアプリケーションでの必要に応じて、異なるレベルの減衰を達成するように、他のプローブ・チップ１２０へ交換しても良い。プローブ・チップ１２０は、能動プローブ又は受動プローブの一部であっても良い。

電気光学センサ１３０は、ＤＵＴ１１０からの電気的な試験信号を、光学媒体を通じて伝送する光学的搬送波（キャリア）上に変調するよう構成された任意のコンポーネントである。電気光学センサ１３０は、複数のコンポーネントに電力を供給するに利用できる電力量が限られていることがある。例えば、電気光学センサ１３０は、ＤＵＴ１１０における電力接続が利用できないためか、又は、ＤＵＴ１１０に関する電気的アイソレーションをサポートするために電気光学センサ１３０から電力接続が省略されるために、電池式のことがある。電気光学センサ１３０は、シャント（分流）ＲＣ回路網１３１を有することがあり、ここで、シャントは、信号チャンネルから基準電位への結合（カップリング）を表す。シャントＲＣ回路網１３１は、直列ＲＣ回路網１２１と共に動作して、補償分圧回路を形成する。この結果として生じる分圧回路は、広い周波数レンジを通じて試験信号を減衰する。分圧回路の減衰は、プローブ・チップ１２０の直列ＲＣ回路網１２１と電気光学センサ１３０のシャントＲＣ回路網１３１の比率である。直列ＲＣ回路網１２１と共に利用されたときの信号負荷を低減するために、シャントＲＣ回路網１３１は、大きなインピーダンスを利用しなくてはならない。言い換えると、シャントＲＣ回路網１３１が低インピーダンス値だと、既定の分圧比と関連する減衰を維持するために、直列ＲＣ回路網１２１についても、それに応じた低インピーダンス値が必要となる。こうした値が低い場合には、関連する信号負荷は高い。このように、シャントＲＣ回路網１３１のインピーダンスを増加させることによって、直列ＲＣ回路網１２１のインピーダンスを高くでき、それに応じて信号負荷を低減できる。電気光学センサ１３０は、シャントＲＣ回路網１３１におけるインピーダンスを高くする一方で、限られた電力量から許容できないほど多量に電力を利用するであろう高電力増幅器を利用することなく、付随する試験信号振幅の損失を補償するように構成される必要がある。具体的には、電気光学センサ１３０中の光学変調器は、シャントＲＣ回路網１３１の一部である。光学変調器は、光リンク１６０（例えば、光ファイバ・ケーブル）を通じて光信号を出力し、よって、追加の電気的増幅は必要としない。光学変調器を用いてインピーダンスを提供する例示的な機構は、以下で説明される。

コントローラ１４０は、光搬送波（光キャリア）を伝送し、対応する光信号１６７を受けて、光信号に由来する伝送データを、分析やユーザへ表示するためにオシロスコープへと送る。以下で更に詳細に説明するように、コントローラ１４０は、光搬送波を電気光学センサ１３０へ供給するので、光搬送波の生成に関して、その限られた電力を使う必要がない。電気光学センサ１３０は、電気信号を光搬送波上へと変調し、結果として光信号を生じる。コントローラ１４０は、光信号を受けて、これを電気信号へと変換して戻す。コントローラ１４０は、また、光学的な信号伝達によって、電気光学センサ１３０を制御しても良い。このように、光リンク１６０は、電気的アイソレーション・バリアとして機能する。

オシロスコープ１５０は、コントローラ１４０からの試験信号を測定するよう構成された任意の装置で良い。そして、オシロスコープ１５０は、こうしたデータを蓄積したり、画面でユーザに表示する波形を生成したりできる。

図２は、光アイソレーション試験測定システムで使用するための、インピーダンスを増加させた例示的な電気光学センサ回路網２００のブロック図である。回路網２００は、システム１００の対応する部分を実現するための利用できる。回路網２００には、電気光学センサ２３０、光リンク２６０及びコントローラ２４０があり、これらは、電気光学センサ１３０、光リンク１６０及びコントローラ１４０を夫々実現できる。電気光学センサ２３０には、試験信号入力部２２２がある。試験信号入力部２２２は、例えば、プローブ・チップ１２０のようなプローブ・チップを介して、ＤＵＴからの試験信号を受ける任意の電気的接続であっても良い。電気光学センサ２３０には、また、スプリット・パス・バッファ２８０及びＭＺＭ２３８がある。試験信号入力部２２２及びスプリット・パス・バッファ２８０は、光信号に変調するために、ＤＵＴ／試験プローブからの試験信号をＭＺＭ２３８へと伝達する信号チャンネルを形成する。

スプリット・パス・バッファ２８０には、ＡＣパス２８１と直流（ＤＣ）パス２８２がある。スプリット・パス・バッファ２８０は、試験信号及びバイアス信号を、ＭＺＭ２３８のバイアス入力部に結合する。ＡＣパス２８１は、試験信号のＡＣ成分を伝送するよう構成される。例えば、ＡＣパス２８１には、１つ以上のコンデンサがあり、これは、ＤＣ信号成分を遮断する一方で、試験信号のＡＣ成分は通過できるようにする。ＤＣパス２８２は、試験信号のＤＣ成分を伝送するよう構成される。ＤＣパス２８２には、種々の抵抗性コンポーネントがあり、これらは、ＤＣ信号を伝播したり、増幅したりする。

ＤＣパス２８２には、結合（カップリング）スイッチ２３１があっても良い。結合スイッチ２３１は、ユーザによって制御され、ユーザの入力に基づいて、試験信号からＤＣ電圧を選択的に除去できる。具体的には、結合スイッチ２３１には、ＤＣパス２８２を介して試験信号入力部２２２に結合される入力部がある。結合スイッチ２３１には、ＤＣパス２８２を介してＭＺＭ２３８のバイアス入力部に結合される第１出力部もある。ユーザによって、結合スイッチ２３１が、試験信号入力部２２２をＤＣパス２８２へ結合するように切り替えられると、試験信号のＤＣ成分がＭＺＭ２３８へと送られる。ユーザによって、結合スイッチ２３１が、試験信号入力部２２２からの試験信号のＤＣ成分を切断するように切り替えられると、信号からＤＣ成分が除去される。言い換えると、ユーザは、結合スイッチ２３１を操作して、試験信号が、試験信号のＡＣ及びＤＣ成分を含むか、又は、ＤＣ成分をブロックしてＡＣ成分だけを含むかのいずれかとするようにできる。これは、高いＤＣ電圧（例えば、５００ボルトの試験信号）の上の小さなＡＣ電圧変動（例えば、１ボルト以下のオーダー）を強調するのに有益なことがある。従って、結合スイッチ２３１は、試験信号のＤＣ成分によって、試験信号のＡＣ成分の形状が不明瞭とならないように、ＤＣオフセットを除去できる。

ＤＣパス２８２には、ＤＣオフセット回路２３９があっても良い。ＤＣオフセット回路２３９には、図示するように、ＤＣパス２８２に沿って配置される可変増幅器２３２に結合された可変オフセット信号源２３３があっても良い。言い換えると、可変増幅器２３２には、ＤＣパス２８２を介して試験信号入力部２２２に結合される入力部と、ＤＣパス２８２を介してＭＺＭ２３８のバイアス入力部に結合される出力部とがある。可変増幅器２３２は、オフセット信号源２３３を有し、ＤＣパス２８２における電気信号のＤＣオフセットを動かす。従って、ＤＣオフセット回路２３９は、ユーザの入力に基づいて、試験信号のＤＣオフセットを調整するよう構成される。例えば、ゼロ・ボルトと２５ボルトの間で、試験信号のＤＣ成分の調整を行えるように、ＤＣオフセット回路２３９は、ユーザによって制御できるようにしても良い。試験信号がＤＣパス２８２を横断するように結合されると（例えば、ＤＣパス２８２に結合された結合スイッチ２３１）、試験信号のＤＣオフセットは、ユーザによって指定された量だけ増加する。試験信号のＤＣ成分が結合スイッチ２３１によって切断されると、ＤＣオフセット回路２３９は、試験信号のＤＣオフセットをユーザが指定した量に設定する。これによって、ユーザは、ＤＵＴにおける試験信号のベースとなるＤＣ電圧に関係なく、ゼロ以外の特定のＤＣオフセット値を選択できる。また、可変増幅器２３２は、校正中に、試験信号のＤＣ成分の利得を試験信号のＡＣ成分の利得と整合（マッチング）させるのに利用できる。

ＤＣパス２８２には、また、クランプ回路２３４があっても良い。クランプ回路２３４は、信号の正や負のピークを既定の値に修正する電気回路である。クランプ回路２３４は、線形動作領域外について、上限及び下限を利用する。これによって、線形動作が出現し、プローブの非線形の性質が、（例えば、試験信号の一部として現れることによる）試験信号の試験信号を変化させることがない。

ＤＣパス２８２には、バイアス信号を生成するバイアス回路２３５がある。バイアス信号は、例えば、直交点（又は直交バイアス点）、ヌル（null：ゼロ、空）点や最大点で動作するようにＭＺＭ２３８を設定することによって、ＭＺＭ２３８の動作点（通常「ＤＣバイアス点」と呼ばれる）を制御する。実施例によっては、バイアス回路２３５が、ＭＺＭの出力部に配置された光検出器（図示せず、特許文献２参照）を有する。光検出器は、ＭＺＭ２３８の光出力信号を測定し、バイアス回路２３５は、特定の動作点を維持するようにＭＺＭ２３８の電気的特性を調整するバイアス信号を生成／調整する。従って、バイアス回路２３５は、例えば、エラーを制御するため、試験信号の光搬送波１６１への変調を調節するようＭＺＭ２３８の電気特性を変更できる任意の回路である。バイアス回路２３５は、ＤＣパス２８２に沿って配置される増幅器２３６に結合されても良い。こうして、the 増幅器２３６のＤＣオフセットは、バイアス信号に対応する値だけ試験信号を動かす。言い換えると、スプリット・パス・バッファ２８０の増幅器２３６は、後述する理由のために、バイアス信号と試験信号を合成する機構として機能する。

ＭＺＭ２３８は、受けた電気信号に応じて、光搬送波の位相／輝度を変調できる電気光学コンポーネントである。ＭＺＭ２３８には、バイアス入力部及びＲＦ入力部があっても良い。多くのＭＺＭでは、バイアス入力部は、バイアス信号を受けて、ＭＺＭの動作点の制御を維持するのに利用される一方、ＲＦ入力部は、光搬送波を光信号に変調する光導波路に適用される電気特性を変更するのに利用される。ＭＺＭ２３８については、図示のように、ＲＦ入力部は使用されず、実施例によっては、完全に省略しても良い。ＭＺＭ２３８のバイアス入力部は、スプリット・パス・バッファ２８０を介して試験信号入力部２２２及びバイアス回路２３５に結合される。ＭＺＭ２３８は、そのバイアス入力部で、試験信号及びバイアス信号の両方を受けるよう構成される。ＭＺＭ２３８は、光入力部を介して、光搬送波信号も受ける。増幅器２３６による干渉なしに、複数の波形を互いに加えることができるので、ＭＺＭ２３８は、バイアス信号で選択／維持される動作モードで動作しつつ、バイアス入力部からの試験信号を光搬送波上に変調して、光信号を生成する。言い換えると、ＭＺＭ２３８は、変調器のＤＣバイアス点が直交点で動作するのを維持するよう設定するバイアス信号を受けることができ、ＤＵＴからの試験信号はバイアス信号と合成され、これは、次いで光搬送波を変調する。ＭＺＭ２３８は、結果として生じた光信号を、光出力部を介して光リンク１６０へ出力できる。バイアス入力部は、ＲＦ入力部よりも高い入力インピーダンスを有する。ＭＺＭ２３８のバイアス入力部は、分圧回路中で、シャントＲＣ回路網１３１として機能する。このように、試験信号をバイアス入力部に結合することによって、多種多様なプローブ・チップを電気光学センサ・ヘッドと共に利用可能になる一方で、ＤＵＴに対する信号付加を最小化できる。更に、ＭＺＭ２３８の出力信号は光であり、よって、付加的な電気的増幅を必要としない。従って、ＭＺＭ２３８は、高インピーダンス入力部を有し、電気光学センサ１３０の限られた電力量（power budget）を更に消耗するであろう追加の増幅器を必要としない。１つの実施例では、試験信号及びバイアス信号をＭＺＭ２３８のバイアス入力部に加えることによって、電気光学変換処理が１２ミリ・ワット（ｍＷ）より小さい電力で動作可能となる。

上述のスキームは、いくつかの利点を生じる。例えば、電気光学センサ２３０は、他の例示的な電気光学的アイソレーション・システムに対して、約１０倍だけ、ユーザ入力のオフセット・レンジを増加させることができる。このスキームは、また、電気光学センサ２３０が試験信号のＤＣ成分を遮断可能にする。具体的な１例としては、電気光学センサ２３０は、１メガ・オーム（Ｍオーム）／１２ピコ・ファラッド（ｐＦ）の試験信号入力部２２２の接続を提供でき、これは、ＤＵＴの観点からは、遠隔のオシロスコープのようなフロント・エンドを提供する。これは、高入力インピーダンス受動プローブを試験信号入力部２２２に接続可能にし、いくつかの例では、１キロ・ボルト（ｋＶ）を超えて入力電圧レンジを拡大可能にする。

電気光学センサ２３０は、コントローラ２４０によって制御される。コントローラ２４０は、光搬送波を伝送し、対応する光信号を受け、光信号に由来する伝送データを、分析やユーザへの表示のためにオシロスコープや他の試験装置へ送るよう構成される任意の装置で良い。コントローラ１２０には、光出力ポートに結合された光トランスミッタ２４１がある。光トランスミッタ２４１は、光搬送波を生成するよう構成された任意のデバイスで良い。例えば、光トランスミッタ２４１は、偏光を放射するレーザ／レーザ・ダイオードでも良い。光出力部は、光ファイバのような光リンクを光トランスミッタ２４１に結合し、コントローラ２４０からの光搬送波の電気光学センサ２３０への通信をサポートできる任意のポートである。変調のために光搬送波を電気光学センサ２３０へ送ることによって、光トランスミッタ２４１に電力を供給する負担は、コントローラ２４０によって処理され、電気光学センサ２３０の電力量に加わらない。コントローラ２４０には、ＭＺＭ２３８からの光信号を光電（Ｏ／Ｅ）変換器２４２へ送るよう構成される光入力ポートもある。Ｏ／Ｅ変換器２４２は、例えば、フォトダイオードを利用して、光信号を電気信号へ変換するよう構成される任意のデバイスである。このように、Ｏ／Ｅ変換器２４２は、光信号を、オシロスコープへの通信のために、電気ドメインに変換する。

電気光学センサ２３０には、電力及び通信モジュール２３７がある。コントローラ２４０には、また、対応する電力及び通信モジュール２４３がある。電力及び通信モジュール２３７及び２４３は、１つ以上の付加的な光リンク２６０で結合される。電力及び通信モジュール２４３は、光リンク２６０を介して、電力及び通信モジュール２３７を制御する。更に、いくつかの例では、電力及び通信モジュール２４３は、電力及び通信モジュール２３７の光レセプタに電力を供給するのに十分な強度の光信号を送る。これは、電気光学センサ２３０によって必要とされる電力の一部又は全部を供給するために使用されても良い。他の例では、電力及び通信モジュール２３７は、光レセプタの代わりに又は光レセプタに加えて、バッテリ又は他の電源を含んでも良い。電力及び通信モジュール２３７及び２４３間の通信は、電気光学センサ２３０の電気的アイソレーションをサポートするために、光ドメイン内で実行される、

図３は、ＲＦ入力部３７３を利用することなく、バイアス入力部３７４を通じて試験信号を受けるよう構成される例示的なＭＺＭ３００のブロック図である。例えば、ＭＺＭ３００は、ＭＺＭ２３８を実現するために利用できる。ＭＺＭ３００は、いくつかの実施例では、マッハツェンダ干渉計として実現されても良い。ＭＺＭ３００には、上側アーム３７１及び下側アーム３７２があり、これらは、光を伝送するよう構成される導波路である。光信号源からの光（例えば、光搬送波）は、上側アーム３７１及び下側アーム３７２の間でスプリット（分割）される。ＭＺＭ３００は、スプリット・パス・バッファを介して、ＤＵＴ及びバイアス回路から、試験信号３７５及びバイアス信号３７６を夫々受ける。試験信号３７５及びバイアス信号３７６に由来する電界は、ＭＺＭ３００の下側アーム３７２の光学特性、即ち、屈折率を変化させ、ＭＺＭ３００は、下側アーム３７２を通過する光の位相を変化させる。上側アーム３７１及び下側アーム３７２から得られる光は、変調光信号として再合成される。上側及び下側アーム３７１及び３７２からのこれら光の位相が揃っていれば、最大振幅が得られる。もし上側及び下側アーム３７１及び３７２からのこれら光の位相が互いに１８０度異なっていれば、最大振幅が得られる。最小又はヌル（null）振幅が得られる。従って、ＤＵＴからの試験信号３７５は、光搬送波の光に変化を生じさせ、結果として変調光信号を生じさせる。バイアス信号３７６は、ＭＺＭ３００の動作モード／動作点を変更でき、よって、動作点の中心、即ち、バイアス点は、、直交（quadrature）バイアス点であるように制御され、結果として生じる出力信号は、直交（つまり、９０度）バイアス点を中心として変化することに留意されたい。

ＭＺＭ３００は、一定の縮尺で描かれていないことに注意されたい。また、バイアス入力部３７４は、ＭＺＭのアーム３７２に近い導体又は電極３７７に結合されることにも注意されたい。バイアス入力部３７４に結合される導体３７７は、ＲＦ入力部３７３に結合される導体３７８よりも短い。更に、バイアス入力部３７４に結合される導体３７７は、導体３７８の１対の接続の代わりに、単一の接続でも良い。このように、バイアス入力部３７４の導体３７７は、電気的な観点からは、コンデンサのように機能する一方、導体３７８は、伝送線として機能する。バイアス入力部３７４上の導体３７７は、ＲＦ入力部３７３上の導体３７８と比較して、大きな入力インピーダンスを有するオープン・スタブである。よって、試験信号３７５及びバイアス信号３７６をバイアス入力部３７４へ送ると、ＲＦ入力部３７３を用いるよりもずっと高い入力インピーダンスを生じる。ＲＦ入力部３７３及び導体３７８は、使用しなくても良い。このように、ＭＺＭ３００にあるＲＦ入力部３７３は、試験信号を受けないように構成される。

図４は、バイアス入力部４７４を通じて試験信号を受け、ＲＦ入力部を省略するように構成されたＭＺＭ４００のブロック図である。例えば、ＭＺＭ４００は、ＭＺＭ２３８を実現するのに利用できる。ＭＺＭ４００は、いくつかの実施例では、マッハツェンダ干渉計として実現されても良い。ＭＺＭ４００には、上側アーム４７１と、下側アーム４７２と、試験信号４７５及びバイアス信号４７６を合成したものを受けるバイアス入力部４７４とがあり、これらは、上側アーム３７１、下側アーム３７２、バイアス入力部３７４、試験信号３７５及びバイアス信号３７６に夫々実質的に類似するものであっても良い。図示のように、ＭＺＭ４００には、ＲＦ入力部がない。しかし、ＭＺＭ４００は、選択された動作モード／動作点で動作し、ＲＦ入力部なしで、試験信号４７５を光搬送波上へ変調する。

図５は、スプリット・パス・バッファ中のクランプ回路２３４のようなクランプ回路の電気的な効果を示すグラフ５００である。グラフ５００は、スプリット・パス・バッファの出力電力の変化を、加えた電圧の関数として描いている。実線で示されるように、電圧に対する電力の関係は、正弦波のパターンで振動する。こうした非線形変化は、ユーザを誤解させることがある。そこで、クランプ回路は、クランプ回路電圧下限５０１及びクランプ回路電圧上限５０３を守る（maintain：維持する）。これは、スプリット・パス・バッファを、単調で、単一の値の形式で動作させる。

図６は、光信号を変調するのにＭＺＭバイアス入力部を利用することによって、電気光学センサのインピーダンスを増加させる例示的な方法６００のフローチャートである。方法６００は、電気光学センサ２３０中でＭＺＭ３００や４００を利用することによって実現されても良く、これは、試験測定システム１００の対応する部分を実現できる。ブロック６０１では、バイアス信号がＭＺＭのバイアス入力部へ伝送されて、ＭＺＭの動作点を制御する。ブロック６０３では、試験信号入力部からの試験信号も、ＭＺＭのバイアス入力部へ伝送される。ブロック６０１のバイアス信号とブロック６０３の試験信号は、上述のように、スプリット・パス・バッファによって、合成されてＭＺＭへと伝送される。また、上述のように、ＭＺＭは、ＲＦ入力部を有しなくても良いし、又は、ＲＦ入力部を使用しなくても良い（例えば、切断したままにする）。試験信号をＭＺＭのバイアス入力部へ伝送すると、ＭＺＭは、分圧回路中の高入力インピーダンス負荷として機能する。

オプションのブロック６０５では、ユーザの入力に基づいて、スプリット・パス・バッファの結合スイッチが、スプリット・パス・バッファ中の試験信号からＤＣ電圧を除去するように制御されても良い。更に、ユーザの入力に基づいて、スプリット・パス・バッファ中の試験信号のＤＣ成分を調整するように、ＤＣオフセット回路が制御されても良い。上述のように、結合スイッチ及びＤＣオフセット回路の両方の利用によって、ユーザは、ＤＵＴにおける大きなＤＣ信号の上にある小さなＡＣ信号を見ることが可能になる。更に、ブロック６０７では、バイアス点を直交バイアス点の中心に維持しながら、バイアス入力部の試験信号を利用して光搬送波を変調し、オシロスコープのような試験測定装置へ伝送する光信号を生成する。

本開示の実施例は、特別に作成されたハードウェア、ファームウェア、デジタル・シグナル・プロセッサ又はプログラムされた命令に従って動作するプロセッサを含む特別にプログラムされた汎用コンピュータ上で動作できる。本願における「コントローラ」又は「プロセッサ」という用語は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＡＳＩＣ及び専用ハードウェア・コントローラ等を意図する。本発明の態様は、１つ又は複数のコンピュータ（モニタリング・モジュールを含む）その他のデバイスによって実行される、１つ又は複数のプログラム・モジュールなどのコンピュータ利用可能なデータ及びコンピュータ実行可能な命令で実現できる。一般に、プログラム・モジュールとしては、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含み、これらは、コンピュータその他のデバイス内のプロセッサによって実行されると、特定のタスクを実行するか、又は、特定の抽象データ形式を実現する。コンピュータ実行可能命令は、ハードディスク、光ディスク、リムーバブル記憶媒体、ソリッド・ステート・メモリ、ＲＡＭなどのコンピュータ可読記憶媒体に記憶しても良い。当業者には理解されるように、プログラム・モジュールの機能は、様々な実施例において必要に応じて組み合わせられるか又は分散されても良い。更に、こうした機能は、集積回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）などのようなファームウェア又はハードウェア同等物において全体又は一部を具体化できる。特定のデータ構造を使用して、本発明の１つ以上の態様をより効果的に実施することができ、そのようなデータ構造は、本願に記載されたコンピュータ実行可能命令及びコンピュータ使用可能データの範囲内と考えられる。

本願発明の態様は、様々な変更及び代替形態で動作する。特定の態様は、図面に例として示されており、詳細に説明した。しかしながら、本願に開示された実施例は、説明を明確にする目的で提示されており、明示的に限定されない限り、開示される一般的概念の範囲を本願に記載の具体例に限定することを意図していない。このように、本開示は、添付の図面及び特許請求の範囲に照らして、記載された態様のすべての変更、均等物及び代替物をカバーすることを意図している。

明細書における実施形態、態様、実施例などへの言及は、記載された項目が特定の特徴、構造又は特性を含み得ることを示す。しかしながら、開示される各態様は、そうした特定の特徴、構造又は特性を含んでいても良いし、必ずしも含んでいなくても良い。更に、このような言い回しは、特に明記しない限り、必ずしも同じ態様を指しているとは限らない。更に、特定の態様に関連して特定の特徴、構造又は特性が記載されている場合、そのような特徴、構造又は特性は、そのような特徴が他の開示された態様と明示的に関連して記載されているか否かに関わらず、そうした他の開示された態様と関連して使用しても良い。

開示された態様は、場合によっては、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はそれらの任意の組み合わせで実現されても良い。開示された態様は、１つ以上のプロセッサによって読み取られ、実行され得る１つ又は複数のコンピュータ可読媒体によって運搬されるか又は記憶される命令として実現されても良い。そのような命令は、コンピュータ・プログラム・プロダクトと呼ぶことができる。本願で説明するコンピュータ可読媒体は、コンピューティング装置によってアクセス可能な任意の媒体を意味する。限定するものではないが、一例としては、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を含むことができる。

コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能な情報を記憶するために使用することができる任意の媒体を意味する。限定するものではないが、例としては、コンピュータ記憶媒体としては、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリやその他のメモリ技術、コンパクト・ディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ-ＲＯＭ）、ＤＶＤ（Digital Video Disc）やその他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置やその他の磁気記憶装置、及び任意の技術で実装された任意の他の揮発性又は不揮発性の取り外し可能又は取り外し不能の媒体を含んでいても良い。コンピュータ記憶媒体としては、信号そのもの及び信号伝送の一時的な形態は排除される。

通信媒体は、コンピュータ可読情報の通信に利用できる任意の媒体を意味する。限定するものではないが、例としては、通信媒体には、電気、光、無線周波数（ＲＦ）、赤外線、音又はその他の形式の信号の通信に適した同軸ケーブル、光ファイバ・ケーブル、空気又は任意の他の媒体を含むことができる。

開示された主題の上述のバージョンは、記述したか又は当業者には明らかであろう多くの効果を有する。それでも、開示された装置、システム又は方法のすべてのバージョンにおいて、これらの効果又は特徴のすべてが要求されるわけではない。

加えて、本願の記述は、特定の特徴に言及している。本明細書における開示には、これらの特定の特徴の全ての可能な組み合わせが含まれると理解すべきである。ある特定の特徴が特定の態様又は実施例の状況において開示される場合、その特徴は、可能である限り、他の態様及び実施例の状況においても利用できる。

また、本願において、２つ以上の定義されたステップ又は工程を有する方法に言及する場合、これら定義されたステップ又は工程は、状況的にそれらの可能性を排除しない限り、任意の順序で又は同時に実行しても良い。

説明の都合上、本発明の具体的な実施例を図示し、説明してきたが、本発明の要旨と範囲から離れることなく、種々の変更が可能なことが理解できよう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲を除いて限定されるべきではない。

１１０ ＤＵＴ
１２０ プローブ・チップ
１２１ ＲＣ回路網
１３０ 電気光学センサ
１４０ コントローラ
１５０ オシロスコープ
１６０ 光リンク
２００ 電気光学センサ回路網
２２２ 試験信号入力部
２３０ 電気光学センサ
２３１ 結合スイッチ
２３２ 可変増幅器
２３３ オフセット信号源
２３４ クランプ回路
２３５ バイアス回路
２３６ 増幅器
２３７ 電力及び通信
２３８ マッハツェンダ変調器
２３９ ＤＣオフセット回路
２４０ コントローラ
２４１ 光トランスミッタ
２４２ Ｏ／Ｅ変換器
２４３ 電力及び通信
２６０ 光リンク
２８０ スプリット・パス・バッファ
２８１ ＡＣパス
２８２ ＤＣパス
３００ マッハツェンダ変調器
３７１ 上側アーム
３７２ 下側アーム
３７３ ＲＦ入力部
３７４ バイアス入力部
３７５ 試験信号
３７６ バイアス信号
３７７ 導体
３７８ 導体
４００ マッハツェンダ変調器
４７１ 上側アーム
４７２ 下側アーム
４７４ バイアス入力部
４７５ 試験信号
４７６ バイアス信号
４７７ 導体

Claims (9)

1. 被試験デバイス（ＤＵＴ）からの試験信号を受ける試験信号入力部と、
   バイアス信号を生成するバイアス回路と、
   光入力部、光出力部及びバイアス入力部を有するマッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）であって、
   上記光入力部を介して光搬送波信号を受け、
   上記バイアス入力部で上記試験信号及び上記バイアス信号の両方を受け、
   上記バイアス信号によって選択されるモードで動作しながら、上記バイアス入力部からの上記試験信号を上記光搬送波上に変調して光信号を生成し、
   上記光出力部を通じて上記光信号を出力する
   よう構成される上記ＭＺＭと
   を具える電気光学センサ。
2. 上記バイアス入力部で上記試験信号を受けることによって、上記ＭＺＭが、分圧回路において高インピーダンス負荷として機能する請求項１の電気光学センサ。
3. 上記ＭＺＭは、更に、上記バイアス信号によって、直交バイアス点を中心として動作するよう制御される請求項１又は２の電気光学センサ。
4. 試験信号入力部と、
   該試験信号入力部に結合される交流（ＡＣ）パス及び直流（ＤＣ）パスを有するスプリット・パス・バッファと、
   該スプリット・パス・バッファによって上記試験信号入力部に結合されたバイアス入力部及びバイアス回路とを有するマッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）と
   を具える電気光学センサ。
5. 上記ＤＣパスが、該ＤＣパスを介して上記試験信号入力部に結合される入力部と、上記ＤＣパスを介して上記ＭＺＭの上記バイアス入力部に結合される第１出力部と、上記ＤＣパスを横断する試験信号からＤＣ信号を排除する第２出力部とを含む結合スイッチを有する請求項４の電気光学センサ。
6. 該ＤＣパスを介して上記試験信号入力部に結合される入力部と、上記ＤＣパスを介して上記ＭＺＭの上記バイアス入力部に結合される出力部とを有する可変増幅器を含むＤＣオフセット回路を、上記ＤＣパスが有する請求項５の電気光学センサ。
7. マッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）を利用する方法であって、
   上記ＭＺＭのバイアス入力部に上記ＭＺＭの動作モードを制御するバイアス信号を伝送する処理と、
   試験信号入力部からの試験信号をスプリット・パス・バッファによって上記ＭＺＭのバイアス入力部へ伝送する処理と、
   上記バイアス入力部上の上記試験信号を用いて光搬送波を変調して光信号を生成する処理と
   を具えるマッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）を利用する方法。
8. 上記試験信号を上記ＭＺＭの上記バイアス入力部へ伝送する処理によって、上記ＭＺＭが、分圧回路において高インピーダンス負荷として機能する請求項７の方法。
9. 上記バイアス信号によって、上記ＭＺＭが直交バイアス点を中心として動作するよう制御する処理を更に具える請求項７又は８の方法。

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