JP2023107424A

JP2023107424A - 波形取得装置及び波形取得方法

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Publication number: JP2023107424A
Application number: JP2022008619A
Authority: JP
Inventors: 創吉野; So Yoshino
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2022-01-24
Filing date: 2022-01-24
Publication date: 2023-08-03
Anticipated expiration: 2042-01-24
Also published as: JP7326507B2

Abstract

【課題】サンプリング速度を高速化して、繰り返しパターンからなる被測定データ信号の測定時間の短縮を低コストで実現することができる波形取得装置及び波形取得方法を提供する。【解決手段】繰り返しパターンからなる被測定データ信号と同期したトリガクロックを、所定の分周比で分周して分周トリガクロックを生成する可変分周部３１と、可変分周部３１により生成された分周トリガクロックの位相を制御し、互いに位相が異なるＮ個のサンプリングパルス信号を生成する位相調整部３２と、位相調整部３２により生成されたＮ個のサンプリングパルス信号のそれぞれに応じたタイミングで被測定データ信号をサンプリングするＮ個のサンプラ２１－１～２１－Ｎと、を備え、所定の分周比をＮで割った値は、Ｎ個のサンプラ２１－１～２１－Ｎによりサンプリングされる被測定データ信号の繰り返しパターン当たりのサンプル数と互いに素である。【選択図】図１

Description

本発明は、波形取得装置及び波形取得方法に関し、特に、データ信号やクロック信号等のような繰り返しパターンからなる被測定データ信号の波形を観測するための波形取得装置及び波形取得方法に関する。

従来、被測定データ信号の波形を観測するための波形観測装置として、リアルタイムオシロスコープと、等価時間サンプリング方式のサンプリングオシロスコープとが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１には、入力データ信号を複数のスプリット信号にスプリットし、これら複数のスプリット信号を必要に応じてミキサで所定周波数の周期的関数とミックスした後に、スプリットされた信号をアナログ・デジタル変換器でデジタイズし、更にこれらの出力を合成ユニットで合成して元の入力信号を表す単一の出力データストリームを得るリアルタイムデジタルオシロスコープ（Digital Storage Oscilloscope：ＤＳＯ）が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示されたようなリアルタイムＤＳＯは、サンプリングオシロスコープに比べて高価であり、データ信号やクロック信号等のような繰り返しパターンからなる信号の波形を観測する用途にはコストの観点から適していない。

一方、特許文献２には、複数の信号の波形を同じ測定系で同時に観測したいという要求のために、信号入力端子とサンプリング部を複数組内蔵したサンプリングオシロスコープが開示されている。

特表２００６－５０４１００号公報特許第５３０３４４０号公報

近年、被測定データ信号の速度は高速化しており、被測定データ信号をサンプリングするためのサンプリング速度の高速化が望まれている。しかしながら、サンプリング速度の限界は、ハードウェア（サンプラ・トリガ）の性能に依存しており、特許文献１，２に開示されたようなリアルタイムＤＳＯやサンプリングオシロスコープの構成でサンプリング速度を高速化するためには、新しいハードウェアを開発しなければならず、技術面とコスト面で課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、サンプリング速度を高速化して、繰り返しパターンからなる被測定データ信号の測定時間の短縮を低コストで実現することができる波形取得装置及び波形取得方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る波形取得装置は、繰り返しパターンからなる被測定データ信号と同期したトリガクロックを、所定の分周比で分周して分周トリガクロックを生成する可変分周部と、前記可変分周部により生成された分周トリガクロックの位相を制御し、互いに位相が異なるＮ個のサンプリングパルス信号を生成する位相調整部と、前記位相調整部により生成されたＮ個のサンプリングパルス信号のそれぞれに応じたタイミングで前記被測定データ信号をサンプリングするＮ個のサンプラと、を備え、前記所定の分周比をＮで割った値は、前記Ｎ個のサンプラによりサンプリングされる前記被測定データ信号の前記繰り返しパターン当たりのサンプル数と互いに素である構成である。

この構成により、本発明に係る波形取得装置は、Ｎ個のサンプラにより被測定データ信号を異なるタイミングでサンプリングするため、１チャネルのサンプリング速度のＮ倍のサンプリング速度で被測定データ信号のサンプリングを行うことができる。また、本発明に係る波形取得装置は、各サンプラのサンプリング速度が従来よりも高くなくても、高速なサンプリングが実現できるので、安価なサンプラにもかかわらず高いサンプリング速度で被測定データ信号を測定できる。つまり、本発明に係る波形取得装置は、サンプリング速度を高速化して、繰り返しパターンからなる被測定データ信号の測定時間の短縮を低コストで実現することができる。

また、本発明に係る波形取得方法は、繰り返しパターンからなる被測定データ信号と同期したトリガクロックを、所定の分周比で分周して分周トリガクロックを生成する可変分周ステップと、前記可変分周ステップにより生成された分周トリガクロックの位相を制御し、互いに位相が異なるＮ個のサンプリングパルス信号を生成する位相調整ステップと、前記位相調整ステップにより生成されたＮ個のサンプリングパルス信号のそれぞれに応じたタイミングで前記被測定データ信号をＮ個のサンプラによりサンプリングするサンプリングステップと、を含み、前記所定の分周比をＮで割った値は、前記Ｎ個のサンプラによりサンプリングされる前記被測定データ信号の前記繰り返しパターン当たりのサンプル数と互いに素である構成である。

本発明は、サンプリング速度を高速化して、繰り返しパターンからなる被測定データ信号の測定時間の短縮を低コストで実現することができる波形取得装置及び波形取得方法を提供するものである。

本発明の実施形態に係る波形取得装置の構成を示すブロック図である。（ａ）は光トランシーバから出力される光信号を電気信号に変換して電力分割部に入力する構成を示すブロック図であり、（ｂ）は光トランシーバから出力される電気信号をそのまま電力分割部に入力する構成を示すブロック図である。波形データの表示例を示す図である。１つのサンプラでＮＲＺ方式の被測定データ信号をサンプリングする場合のタイミング図である。２つのサンプラでＮＲＺ方式の被測定データ信号をサンプリングする場合のタイミング図である。本発明の実施形態に係る波形取得装置を用いる波形取得方法の処理を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る波形取得装置及び波形取得方法の実施形態について、図面を用いて説明する。

図１に示す本発明の実施形態に係る波形取得装置１は、被測定データ信号の波形を観測する等価時間サンプリング方式のサンプリングオシロスコープであって、電力分割部１０と、Ｎ個のサンプラ２１－１～２１－Ｎを含むサンプリング部２０と、可変分周部３１及び位相調整部３２を含むサンプリング制御部３０と、波形データメモリ４０と、表示制御部５０と、操作部６０と、表示部７０と、を備える。

電力分割部１０は、被測定データ信号を複数のサンプラ２１－１～２１－Ｎの個数に応じたＮ個のチャネルに分割して出力するものであり、例えば１以上のパワースプリッタ又はパワーディバイダを含む。ここで、Ｎは、２以上の整数である。ただし、通常、パワースプリッタ又はパワーディバイダは２出力であるため、これらを複数接続して出力数を増やす場合には、Ｎの値は２のべき乗であることが望ましい。

被測定データ信号は、一定のパターン長や周期ごとに同じ波形を繰り返す繰り返しパターンからなる周期信号であり、例えば、ＮＲＺ（Non Return to Zero）方式のＰＲＢＳ（Pseudorandom Binary Sequence）パターン、ＰＡＭ４（Pulse Amplitude Modulation 4）方式のＰＲＢＳパターンやＳＳＰＲＱ（Short Stress Pattern Random Quaternary）パターン、固定パターン、任意パターンによるプログラマブルパターンなどのパターン信号である。被測定データ信号のシンボル値は、ＮＲＺ方式の場合｛０，１｝、ＰＡＭ４方式の場合｛０，１，２，３｝の値を取る。このような被測定データ信号は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．３、ＯＩＦ－ＣＥＩなどの伝送規格に対応した光トランシーバ、ＰＰＧ（Pulse Pattern Generator）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの各種デバイスから出力される。なお、ＰＰＧやＤＳＰは、光トランシーバに内蔵されている場合もある。

光トランシーバは、電気信号と光信号を相互に変換するモジュールである。図２（ａ）に示すように、光トランシーバ１００が電気信号を光信号に変換する場合には、光トランシーバ１００と電力分割部１０との間に設けられるＯ／Ｅコンバータ１１０が、光トランシーバ１００から出力された光信号を電気信号（被測定データ信号）に変換して電力分割部１０に入力する。一方、図２（ｂ）に示すように、光トランシーバ１００が光信号を電気信号に変換する場合には、光トランシーバ１００から出力された電気信号は、Ｏ／Ｅコンバータ１１０を経由せずに被測定データ信号として電力分割部１０に直接入力される。

サンプリング部２０は、Ｎ個のサンプラ２１－１～２１－Ｎを有する。Ｎ個のサンプラ２１－１～２１－Ｎは、後述する位相調整部３２により生成されたＮ個のサンプリングパルス信号Ｃ_１～Ｃ_Ｎのそれぞれに応じたタイミングで、電力分割部１０により分割された被測定データ信号をサンプリングする。サンプラ２１－１～２１－Ｎは、それぞれＡ／Ｄ変換器で構成することができる。

サンプリング制御部３０は、可変分周部３１と、位相調整部３２とを有する。サンプリング制御部３０は、可変分周部３１の分周比Ｄｒ、トリガクロックの周期、被測定データ信号のパターン長・周期、被測定データ信号の１シンボル当たりに取得するサンプル数に応じて、サンプリング部２０のサンプリングを制御するようになっている。これらのパラメータは、例えば、ユーザによる操作部６０への操作入力によって、サンプリング制御部３０に設定されるようになっている。

可変分周部３１は、繰り返しパターンからなる被測定データ信号と同期したトリガクロックを、所定の分周比Ｄｒで分周して分周トリガクロックを生成するようになっている。ここで、分周比Ｄｒは、チャネル数Ｎの整数倍の値である。トリガクロックは、正弦波や矩形波からなり、外部から供給される。あるいは、トリガクロックは、被測定データ信号から抽出されたものであってもよい。この場合、波形取得装置１は、入力された被測定データ信号からそのクロック成分を再生するクロック再生回路を更に備え、このクロック再生回路により再生されたクロック成分がトリガクロックとして可変分周部３１に入力されることになる。

なお、本実施形態においては、サンプリング制御部３０が被測定データ信号の繰り返しパターンの１パターン長にわたって重複なく所望のサンプル数Ｎｓを取得するために、可変分周部３１の所定の分周比Ｄｒをチャネル数Ｎで割った値と、Ｎ個のサンプラ２１－１～２１－Ｎによりサンプリングされる被測定データ信号の繰り返しパターン当たりのサンプル数Ｎｓとが互いに素になっている必要がある。もし、操作部６０によりサンプリング制御部３０に設定された分周比Ｄｒとサンプル数Ｎｓとが互いに素でない場合には、サンプリング制御部３０は、設定された分周比Ｄｒ又はサンプル数Ｎｓのいずれかを調整して、調整後のこれらの値が互いに素になるようにする。

位相調整部３２は、可変分周部３１により生成された分周トリガクロックの位相を制御し、互いに位相が異なるＮ個のサンプリングパルス信号Ｃ_１～Ｃ_Ｎを生成するようになっている。例えば、Ｎ個のサンプリングパルス信号Ｃ_１～Ｃ_Ｎの位相は、可変分周部３１の所定の分周比Ｄｒをチャネル数Ｎで割った値に相当するシンボル数分だけ互いにずれていてもよい。

すなわち、サンプリング部２０は、サンプリング制御部３０によりＮ個のサンプリングパルス信号Ｃ_１～Ｃ_Ｎの発生タイミングが少しずつずらされた状態で、被測定データ信号を複数周期にわたって測定するようになっている。このようにして、本実施形態の波形取得装置１は、被測定データ信号の１パターン長当たりにサンプル数Ｎｓのサンプルを取得できる。

波形データメモリ４０は、サンプリング部２０によりサンプリングされた被測定データ信号のサンプルの振幅（パワー）、時間軸上の位置などの情報を含む波形データを記憶するようになっている。

表示制御部５０は、波形データメモリ４０に記憶された波形データの振幅及び位置を参照して、表示部７０の表示画像における対応するピクセル位置に描画を行うようになっている。例えば、チャネル数Ｎが２の場合には、表示制御部５０は、２つのサンプラ２１－１，２１－２によりサンプリングされたサンプルが交互に配置されるように表示制御を行う。表示制御部５０の制御により表示部７０に表示される波形データの表示形態は、時系列波形（パルスパターン）であってもよく、あるいは、図３に示すような時系列波形を２ＵＩ（Unit Interval）で折り返したアイパターンであってもよい。

操作部６０は、ユーザによる操作入力を受け付けるためのものであり、例えば表示部７０の表示画面に対応する入力面への接触操作による接触位置を検出するためのタッチセンサを備えるタッチパネルで構成される。あるいは、操作部６０は、キーボード又はマウスのような入力デバイスを含んで構成されてもよい。操作部６０への操作入力は、表示制御部５０により検知されるようになっている。例えば、操作部６０により、可変分周部３１の分周比Ｄｒ、トリガクロックの周期、被測定データ信号のパターン長・周期、被測定データ信号の１シンボル当たりに取得するサンプル数などの設定、並びに、測定開始や測定終了のタイミングの指示などをユーザが任意に行うことが可能である。

表示部７０は、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）モニタ等の表示機器で構成され、表示制御部５０による表示制御に基づき、被測定データ信号の波形データなどの各種表示内容を表示画面に表示するようになっている。さらに、表示部７０は、各種条件を設定するためのボタン、ソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象の表示を行うようになっている。

以下、可変分周部３１の所定の分周比Ｄｒについて、図４及び図５を参照しながら説明する。なお、図４及び図５に示す例は、あくまで説明を分かりやすくするための例であって、実際に可変分周部３１に設定される分周比Ｄｒや、複数のサンプリングパルス信号の間の位相の差はそこに示された値に限定されない。

図４は、１つのサンプラ２１－１で１パターン長が１０ｂｉｔのＮＲＺ方式の被測定データ信号を１ｂｉｔ当たり１サンプル取得する例であって、可変分周部３１の分周比Ｄｒを１１とした場合の分周トリガクロック（サンプリングパルス信号）のタイミングを示している。つまり、この例では、被測定データ信号の１パターン長当たりに取得されるサンプル数Ｎｓの値１０と分周比Ｄｒの値１１とが互いに素となっている。可変分周部３１は、入力されたトリガクロックを分周比Ｄｒの値１１で分周して、１１ｂｉｔごとに１つのパルスが立つ分周トリガクロックを生成する。この場合、１１ｂｉｔごとに被測定データ信号のサンプリングが行われ、１ｂｉｔの時間分解能ΔＴで復元された被測定データ信号が表示部７０に表示される。なお、図４の最下段は、時間分解能ΔＴで復元された被測定データ信号を時系列波形（パルスパターン）として表示する例を示しているが、表示形態を変えて被測定信号を２ＵＩで折り返して表示すれば、図３に示すようなアイパターンが得られる。

また、例えば、１つのサンプラ２１－１で１パターン長が１０ｂｉｔの被測定データ信号を１ｂｉｔ当たり１０サンプル取得する場合、すなわち被測定データ信号の１パターン長当たりに取得されるサンプル数Ｎｓの値が１００である場合は、分周比Ｄｒとしては例えば１０１などのサンプル数Ｎｓの値１００と互いに素な値を選択することができる。図４に示した例では、分周比Ｄｒが小さければ（すなわち分周トリガクロックの周期が短ければ）高速なサンプリングが可能である。しかしながら、実際にはサンプラのサンプリング周波数の上限によって、サンプリング速度が制約される。

そこで、例えば、１つのサンプラ２１－１で可変分周部３１の分周比Ｄｒを１１として被測定データ信号のサンプリングを行いたいが、１つのサンプラ２１－１では分周比Ｄｒが２０程度以上でないと対応できないケースを考える。この場合、被測定データ信号のサンプリングをＮ個のサンプラ２１－１～２１－Ｎで行うようにし、可変分周部３１の分周比Ｄｒを１１×Ｎに設定し、更に位相調整部３２により互いに位相が異なるＮ個のサンプリングパルス信号Ｃ_１～Ｃ_Ｎを生成するようにすれば、１つのサンプラ２１－１で可変分周部３１の分周比Ｄｒを１１とした場合と同じサンプリング速度を実現できる。

図５は、２つのサンプラ２１－１，２１－２で１パターン長が１０ｂｉｔのＮＲＺ方式の被測定データ信号を１ｂｉｔ当たり１サンプル取得する例であって、可変分周部３１の分周比Ｄｒを２２とした場合のサンプリングパルス信号Ｃ_１，Ｃ_２のタイミングを示している。このような構成では、２つのサンプラ２１－１，２１－２で１１分周相当のサンプリング速度を実現できる。この例では、位相調整部３２が、サンプラ２１－１用のサンプリングパルス信号Ｃ_１のタイミングに対して、サンプラ２１－２用のサンプリングパルス信号Ｃ_２のタイミングを分周比Ｄｒの半分に相当する１１ｂｉｔだけずらしている。なお、ずらすｂｉｔ数は、分周比Ｄｒの半分に限定されず、分周比Ｄｒの整数倍を除く任意の値であってもよい。

図５に示すように、２つのサンプラ２１－１，２１－２は、同じ被測定データ信号を交互にサンプリングする。なお、サンプリング部２０で被測定データ信号の１シンボル当たり８サンプル取得することを目標とする場合には、奇数番目のサンプルをサンプラ２１－１で、偶数番目のサンプルをサンプラ２１－２で取得すればよい。つまり、可変分周部３１がＮ個のサンプリングパルス信号Ｃ_１～Ｃ_Ｎのタイミングをずらし、Ｎ個のサンプラ２１－１～２１－Ｎが代わる代わる同じ被測定データ信号のサンプルを取得することで、サンプリング速度をＮ倍に向上させることができる。

以下、波形取得装置１を用いる波形取得方法について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ユーザによる操作部６０への操作入力に応じて、可変分周部３１の分周比Ｄｒ、トリガクロックの周期、被測定データ信号のパターン長・周期、被測定データ信号の１シンボル当たりに取得するサンプル数などの各種情報がサンプリング制御部３０に設定される（ステップＳ１）。

次に、可変分周部３１は、繰り返しパターンからなる被測定データ信号と同期したトリガクロックを所定の分周比Ｄｒで分周して分周トリガクロックを生成する（可変分周ステップＳ２）。既に述べたように、分周比Ｄｒをチャネル数Ｎで割った値は、Ｎ個のサンプラ２１－１～２１－Ｎによりサンプリングされる被測定データ信号の繰り返しパターン当たりのサンプル数Ｎｓと互いに素である。

次に、位相調整部３２は、可変分周ステップＳ２により生成された分周トリガクロックの位相を制御し、互いに位相が異なるＮ個のサンプリングパルス信号を生成する（位相調整ステップＳ３）。

次に、サンプリング部２０は、位相調整ステップＳ３により生成されたＮ個のサンプリングパルス信号のそれぞれに応じたタイミングで、電力分割部１０によりＮ個のチャネルに分割された被測定データ信号を、Ｎ個のサンプラ２１－１～２１－Ｎによりサンプリングする（サンプリングステップＳ４）。また、サンプリング部２０は、サンプリングしたサンプルの波形データを波形データメモリ４０に保存する。

次に、表示制御部５０は、波形データメモリ４０に記憶された波形データの振幅及び位置を参照して、表示部７０の表示画像における対応するピクセル位置に描画を行う（ステップＳ５）。

以上説明したように、本実施形態に係る波形取得装置１は、Ｎ個のサンプラ２１－１～２１－Ｎにより被測定データ信号を異なるタイミングでサンプリングするため、１チャネルのサンプリング速度のＮ倍のサンプリング速度で被測定データ信号のサンプリングを行うことができる。また、本実施形態に係る波形取得装置１は、各サンプラ２１－１～２１－Ｎのサンプリング速度が従来よりも高くなくても、高速なサンプリングが実現できるので、安価なサンプラにもかかわらず高いサンプリング速度で被測定データ信号を測定できる。つまり、本実施形態に係る波形取得装置１は、サンプリング速度を高速化して、繰り返しパターンからなる被測定データ信号の測定時間の短縮を低コストで実現することができる。

１波形取得装置
１０電力分割部
２０サンプリング部
２１－１～２１－Ｎサンプラ
３０サンプリング制御部
３１可変分周部
３２位相調整部
４０波形データメモリ
５０表示制御部
６０操作部
７０表示部
１００光トランシーバ
１１０Ｏ／Ｅコンバータ

Claims

繰り返しパターンからなる被測定データ信号と同期したトリガクロックを、所定の分周比で分周して分周トリガクロックを生成する可変分周部（３１）と、
前記可変分周部により生成された分周トリガクロックの位相を制御し、互いに位相が異なるＮ個のサンプリングパルス信号を生成する位相調整部（３２）と、
前記位相調整部により生成されたＮ個のサンプリングパルス信号のそれぞれに応じたタイミングで前記被測定データ信号をサンプリングするＮ個のサンプラ（２１－１～２１－Ｎ）と、を備え、
前記所定の分周比をＮで割った値は、前記Ｎ個のサンプラによりサンプリングされる前記被測定データ信号の前記繰り返しパターン当たりのサンプル数と互いに素であることを特徴とする波形取得装置。
繰り返しパターンからなる被測定データ信号と同期したトリガクロックを、所定の分周比で分周して分周トリガクロックを生成する可変分周ステップ（Ｓ２）と、
前記可変分周ステップにより生成された分周トリガクロックの位相を制御し、互いに位相が異なるＮ個のサンプリングパルス信号を生成する位相調整ステップ（Ｓ３）と、
前記位相調整ステップにより生成されたＮ個のサンプリングパルス信号のそれぞれに応じたタイミングで前記被測定データ信号をＮ個のサンプラ（２１－１～２１－Ｎ）によりサンプリングするサンプリングステップ（Ｓ４）と、を含み、
前記所定の分周比をＮで割った値は、前記Ｎ個のサンプラによりサンプリングされる前記被測定データ信号の前記繰り返しパターン当たりのサンプル数と互いに素であることを特徴とする波形取得方法。