JP3316583B2 - サンプリング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、電気信号
波形のデジタル・サンプリングに関し、特に、デジタル
・サンプリング・オシロスコープにおいて、既存のハー
ドウェアをソフトウェアにより制御して、通過帯域を実
質的に拡大すると共に、その通過帯域を制御できるサン
プリング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】信号測定機器において、一般的に、この
測定機器を充分な帯域幅として、許容できる歪みの限界
内で、被測定信号の最高周波数に応答することが必要で
ある。既知の如く、一般的に、測定機器は、非常に高い
周波数ではこの機能が失われ、その応答が実質的に減衰
され、位相が、ブレーク周波数、即ち、カットオフ周波
数である３ｄｂを超えてシフトする。

【０００３】信号測定機器の帯域幅を広げる標準的なア
プローチは、より高速な回路を用いて、物理的なサンプ
リング速度を高くすることである。しかし、高速回路で
は、コストが高くなるという欠点があり、特に、一層高
速が望まれる各回路には、多数のチャンネルが設けられ
ている。

【０００４】別のアプローチは、等価時間サンプリング
（Equivalent Time sampling:「ＥＴ」又は「ＥＴモー
ド」）として従来知られている方法である。ＥＴモード
における利点は、被サンプリング波形の繰り返し特性に
基づくものであり、波形の多数の連続的なサンプルを取
込み、これら取込んだサンプルを用いて、波形のある周
期の高分解能記録を段々と形成する。ある取込みにおけ
るサンプルは、一般に、別の取込みのサンプルと同期し
て取り込まれるので、これらサンプルが重なることはな
い。なお、複数回の取込みにより得た複数のサンプルか
ら成る１組を、本明細書では、「取込み群」と呼ぶ。

【０００５】ＥＴモードで用いる取込み群の数は、時間
を実効的に拡大する要素（「時間拡大要素」）、又は物
理的なサンプリング・レートを実効的に高める要素で決
まる。すなわち、波形のサンプルを取込む物理的な時間
が延びるので、波形の所定期間において、一層多くのサ
ンプルが取込まれたことになる。しかし、波形の複数の
繰り返し期間にわたってサンプリングを行うので、物理
的な時間が延びる。よって、ＥＴサンプリングは、一般
的に、非繰り返し波形のサンプリングに用いることがで
きない。

【０００６】デジタル・サンプリング・オシロスコープ
は、しばしばＥＴモードで動作する。取込みメモリ・レ
ジスタ（単に、取込みメモリとも呼ぶ）は、典型的に
は、環状列に配置されている。デジタル化回路は、ほぼ
一定のレート（速度）で、波形のサンプルをメモリ・レ
ジスタに書込む。トリガ事象により、オシロスコープが
トリガされると、所定数のサンプルがメモリ・レジスタ
に書込まれ、その後、サンプリングが終了する。トリガ
事象に対応する所定数のサンプルが「取込み群」を形成
する。

【０００７】トリガ位置を求めるのに使用するトリガ位
置情報、即ち、取込みメモリ内の所望データの開始を示
す情報は、別のメモリ・レジスタに蓄積される。特定の
取込みに対応する取込みメモリ・レジスタの内容の場所
を探し、ＥＴ記録の再生用に移動させ、オシロスコープ
のユーザに最終的な表示を与える。

【０００８】典型的には、ソフトウェアが、表示用の取
込み群を探し、移動させ、その他の処理を行う。取込ん
だサンプルの数に比例して、ソフトウェア・インストラ
クションのいくつか（「インストラクション・セッ
ト」）を実行する一方、取込み群のサンプルの数に関係
なく、これらインストラクションのいくつかを取込み群
の数に比例して実行する。よって、後者のインストラク
ションは、サンプルに対してオーバーヘッドになる。典
型的には、このオーバーヘッドが全体的なインストラク
ション・セットに大きな割合を占める。

【０００９】さらに、オシロスコープの標準動作におい
て、上述のインストラクションが、１つの取込み群に対
して呼び出され、この１つの取込み群が、実質的に完全
な表示結果となる。しかし、ＥＴモードにおいて、所望
の表示結果を得るには、多数の取込み群が必要であり、
各取込み群に対して、インストラクションを多数回呼び
出さなければならない。よって、ＥＴモードでは、各取
込み群毎にわずかなサンプルしかないので、物理的サン
プリング・レートが遅くてよいだけではなく、多数の取
込み群を用いるので、オーバーヘッドが増えることによ
り、取込みを完了する速度が非常に遅くなるという欠点
もある。

【００１０】デジタル・サンプリング・オシロスコープ
には、「高速モード」もある。取込みメモリ・レジスタ
を多くのフレーム、即ち、セグメントに分割する。典型
的には、第１取込み群の複数サンプルを複数セグメント
の１つに蓄積し、上述のオーバーヘッドを要する前に、
次の取込み群の複数サンプルを次のセグメントに蓄積す
る。多くの取込み群にわたってオーバーヘッドを改善し
たことにより、オシロスコープの実効サンプリング・レ
ートを大幅に向上できる。これら取込み群は、連結して
おり、表示器上で、ユーザに最終的な表示を行う。この
方法は、所定取込み群に対して実効的なオーバーヘッド
を減らして、サンプリング・レートを増加させるが、サ
ンプリング速度及びデジタル化回路（ハードウェア）速
度により、依然、実効サンプリング・レートが制限され
る。

【００１１】しばしば、デジタル・ビット・ストリーム
をマスク・テストするために、デジタル・サンプリング
・オシロスコープを用いて、いわゆる「アイ・ダイアグ
ラム」テストを行う。ここでは、被測定信号は、一般的
に非繰り返しである。とりわけ、「アイ（目）」パター
ンは、データのビットを表すデジタル・パルスのエッジ
の形状を表示するものである。よって、アイ・ダイアグ
ラム・パターン用に許容できる分解能を達成するには、
デジタル・パルスのエッジを形成するフーリエ成分の少
なくとも２倍の周波数のサンプリング周波数が必要とな
る。したがって、アイ・ダイアグラム・パターンにおい
ては、ビット・レートに比較して、比較的広い帯域幅の
デジタル・サンプリング・オシロスコープを用いれば、
本質的には問題がない。

【００１２】かかるアイ・パターン・ダイアグラムを用
いて、同期光ネットワーク及びファイバ光波形（「ＳＯ
ＮＥＴ／ファイバ・チャンネル」）の如き光波形の分
析、特に、マスク・テストを行える。かかるマスク・テ
ストにおいて、典型的には、アイ・パターン・ダイアグ
ラムを得るのに用いるデジタル・サンプリング・オシロ
スコープの如き基準受信器（以下、「基準チャンネル」
という）の周波数応答特性が、複数の標準規格で特定さ
れている。例えば、ＩＴＵ−ＴＳＧ．９５７標準は、３
ｄｂ帯域幅をビット・レートの０．７５倍に選択した４
次ベッセル・トンプソン（「ＢＴ」）周波数応答特性を
有する基準受信器を特定している。

【００１３】基準チャンネルは、一般的には、デジタル
・サンプリング・オシロスコープと、このデジタル・サ
ンプリング・オシロスコープの電気入力端に接続された
プローブと、基準チャンネルを所望ＢＴ周波数応答に実
質的に一致するように基準チャンネルを等化するフィル
タとを含んでいる。典型的には、デジタル・サンプリン
グ・オシロスコープの帯域幅は、所望周波数応答を楽に
超えている。光マスク・テストに用いるデジタル・サン
プリング・オシロスコープの例には、米国カルフォルニ
ア州パルアルトのヒューレット・パッカード・カンパニ
ーが製造しているＨＰ７１５０１型がある。典型的に
は、むしろ、プローブの帯域幅が、所望ＢＴ応答の帯域
幅を超えている。次に、装置外部に設けた高価である
が、標準化されたハードウェア・フィルタを一般的には
用いて、基準チャンネルの帯域通過特性を求めて、ＢＴ
応答に一致させる。一方、プローブ及びオシロスコープ
の一方又は両方の遮断周波数が所望ＢＴ応答の範囲内な
らば、更に、ハードウェア・フィルタを基準チャンネル
の特定の周波数応答特性に調整しなければならない。

【００１４】標準化したフィルタを用いるために、充分
な高周波数応答の基準チャンネルを用いることは、しば
しばコストの点で望ましくない。特に、いくつかのＳＯ
ＮＥＴ／ファイバ・チャンネル信号のように、ビット・
レートが６２２Ｍｂ／ｓ程度にまで高くなることがあ
る。一般的には、特別製のフィルタを用いて、基準チャ
ンネルを所望周波数応答特性とするが、プローブ及びオ
シロスコープの各組合せに対して、高価な特別製のフィ
ルタが必要になるという欠点が生じる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】よって、デジタル・サ
ンプリング・オシロスコープにおいて、比較的安価に実
効帯域幅を広げることができる共に、あるアプリケーシ
ョンでは実効帯域幅を広げることができ、且つ、デジタ
ル・サンプリング・オシロスコープの通過帯域特性の制
御を改善できる電気波形のデジタル・サンプリング方法
及び装置が必要とされている。

【００１６】したがって、本発明は、上述の課題を解決
すると共に、上述の必要性に合致した電気波形のデジタ
ル・サンプリング方法と、チャンネルを補償する方法と
を提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明では、電気信号を
サンプリングするサンプリング回路と、このサンプリン
グ回路が発生したサンプルをデジタル化するデジタル化
回路と、デジタル化されたサンプルを蓄積する取込みメ
モリとを具えている。この取込みメモリは、複数のセグ
メントに分割されている。各セグメントをトリガして、
特定のトリガ事象に関連したサンプルを蓄積する。セグ
メントの略総てがトリガされると、取込みメモリの内容
をこの取込みメモリから回収し、処理し、波形メモリに
蓄積して、ソフトウェア制御下で、ＥＴモードとして、
最終的な表示を行う。これは、複数のトリガ事象にわた
ってソフトウェアに関連したオーバーヘッドを効果的に
改善すると共に、各トリガ事象に対する上述のソフトウ
ェアのオーバーヘッドを要する標準ＥＴモードによる速
度よりも大幅に早い速度が得られる。

【００１８】取込みメモリの各セグメントの内容は、こ
の取込みメモリから読み出された後で、表示用波形メモ
リに蓄積される前に、等化フィルタ、好ましくは、適応
型ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタによりろ波さ
れる。等化フィルタを設けて、基準チャンネルの通過帯
域の形状（特性）を制御する。特に、ＳＯＮＥＴ／ファ
イバ・チャンネル光信号マスク・テスト用として従来既
知なように、等化フィルタを都合よく用いて、基準チャ
ンネルの周波数応答を４次ＢＴ応答に一致させる。

【００１９】多チャンネル・デジタル・サンプリング・
オシロスコープにおいて、本発明による方法及び装置
は、好ましくは、更に、複数のチャンネルに関連した複
数のデジタル化回路を具えており、多数のデジタル化回
路は、複数チャンネルの選択した１つに選択的に適用で
きる。また、インターリーブすることにより、使用する
デジタル化回路の数に略比例してチャンネルのサンプリ
ング・レートを早くできる。

【００２０】したがって、本発明の目的は、電気波形を
デジタル的にサンプリングする新規且つ改善された方法
及び装置の提供にある。本発明の他の目的は、既存のデ
ジタル・サンプリング・オシロスコープの実効帯域幅を
広げる方法及び装置の提供にある。本発明の更に他の目
的は、デジタル・サンプリング・オシロスコープにおい
て、高速等価時間モードを実現する方法及び装置の提供
にある。本発明の別の目的は、デジタル・サンプリング
・オシロスコープの通過帯域を制御可能且つコスト的に
も有効に定める方法及び装置の提供にある。本発明の他
の目的は、既存のハードウェアをソフトウェアで制御し
て、デジタル・サンプリング・オシロスコープの通過帯
域を効果的に広げると共に、制御可能に定める方法及び
装置の提供にある。本発明の更に他の目的は、デジタル
・サンプリング・オシロスコープにおける光信号のマス
ク・テスト用機能を改善する方法及び装置の提供にあ
る。本発明の別の目的は、各チャンネルに関連してデジ
タル化回路を有する多チャンネル・デジタル・サンプリ
ング・オシロスコープにおいて、多数のデジタル化回路
を設け、これらデジタル化回路を複数チャンネルの選択
された１つに選択的に適用して、適用したデジタル化回
路の数に略比例して、選択したチャンネルのサンプリン
グ・レートを高くする（高速化する）方法及び装置の提
供にある。

【００２１】本発明の上述及びその他の特徴及び利点
は、添付図を参照した以下の詳細説明から明らかになろ
う。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明により電気波形
（電気信号）をデジタル的にサンプリングする装置のブ
ロック図である。本発明に応じて電気波形をデジタル的
にサンプリングする装置１０の好適実施例は、好ましく
は、既存のデジタル・サンプリング・オシロスコープ１
２の中で用いるものであり、オシロスコープ１２の性能
を比較的安価に飛躍的に改善する。電気波形１３は、任
意のアナログ信号でもデジタル信号でもよい。しかし、
本発明は、ＳＯＮＥＴ／ファイバ・チャンネル光信号の
マスク・テストに対して顕著な利点がある。図２は、光
信号のマスク・テストに用いるデジタル・サンプリング
・オシロスコープの表示を示す図である。この図２は、
マスク１１を有する光信号のマスク・テストにおいて用
いるアイ・パターン・ダイアグラム９を示すオシロスコ
ープ１２の表示例である。

【００２３】オシロスコープ１２は、好ましくは、この
オシロスコープ１２でサンプリングされ、表示される複
数の電気信号を受ける多数の電気入力端１４ａ、１４
ｂ、１４ｃ及び１４ｄを具えている。しかし、本発明の
要旨を逸脱することなく、２個の入力端を含む任意の数
の入力端を用いてもよい。

【００２４】これら入力端は、典型的には、分離可能な
スコープ・プローブ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ及び１６ｄ
に電気的に接続される。これらプローブは、被測定電気
磁気エネルギー源に電気磁気的に結合するのに適してい
る。これらプローブが電気磁気的に結合された電気磁気
エネルギーは、例えば、光信号形式の光電気磁気エネル
ギーでもよい。ＳＯＮＥＴ／ファイバ・チャンネル光信
号を伝送する如き光チャンネルを基準受信器として用い
る際、プローブ１６ａ〜１６ｄは、選択された光信号に
結合され、それらの出力端に、関連電気信号１３を発生
する。すなわち、プローブの通過帯域内において、振幅
及び位相が光信号に略比例する。

【００２５】しかし、プローブ１６ａ〜１６ｂの周波数
応答は、ＳＯＮＥＴ／ファイバ・チャンネル信号用の約
６２２Ｍｂ／ｓでもよい信号ビット・レート又はその近
傍でしばしばブレークする（なくなる）。さらに、オシ
ロスコープ１２の周波数通過帯域は、この信号の基本周
波数、即ち、ビット・レート又はその近傍でブレークす
る。この装置１０は、特に、基準チャンネル２０を形成
するオシロスコープ１２及びプローブ１６と共に用いる
のに適している。なお、この基準チャンネルでは、６２
２Ｍｂ／ｓのビット・レートのＳＯＮＥＴ／ファイバ・
チャンネル信号の如く高いビット・レート信号のビット
・レート又はその近傍で、周波数応答がブレークする。

【００２６】電気的入力端１４ａ〜１４ｄをサンプリン
グ回路２２及びトリガ回路２４に結合する。サンプリン
グ回路２２は、好ましくは、少なくとも約４ＧＳ／ｓ
（Ｓ／ｓ：１秒当たりのサンプリング数）のサンプリン
グ・レートのサンプリング・クロック発生器１９からの
サンプリング・クロックで決まる規則的に分離した時点
で、入力端１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄの夫々の
電気信号１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄをサンプル
する。ここでの説明では、サンプリング・レートを４Ｇ
Ｓ／ｓと仮定するが、本発明の要旨を逸脱することな
く、サンプリング・レートは、４ＧＳ／ｓよりも高くて
も低くてもよいことが理解できよう。このサンプリング
回路は、各サンプル出力２８ａ、２８ｂ、２８ｃ及び２
８ｄを発生する。

【００２７】トリガ回路２４は、入力端１４ａ〜１４ｄ
に現れる電気信号１３の１つ以上が所定のトリガ条件
（「トリガ事象」）を満足すると、その出力端にトリガ
信号２６を発生するように設定されている。トリガ事象
に応答して取込まれた電気信号の所定数のサンプルを、
以下、電気信号１３の取込み群という。

【００２８】装置１０は、デジタル化回路３０ａ、３０
ｂ、３０ｃ及び３０ｄを含んでおり、これらデジタル化
回路は、サンプル出力２８ａ〜２８ｄを受けると共に、
電気的入力端１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄに夫々
関連している。これらデジタル化回路３０ａ〜３０ｄ
は、典型的には、サンプリング回路２２の能力よりも小
さい約１ＧＳ／ｓのレートでデジタル化を行う。よっ
て、電気的入力端と同様に、デジタル回路３０も任意の
数でよい。しかし、装置１０は、電気的入力端１４の各
々に対してデジタル化回路を具えるのと都合がよい。

【００２９】サンプリング回路２２は、電気信号の選択
した１つを選択した１個以上のデジタル化回路３０に供
給するためのチャンネル・コネクタ３２を具えている。
従来から既知のように、複数のデジタル化回路がインタ
ーリーブされて、選択された入力に対してデジタル化速
度を、利用するデジタル化回路３０の数（「インターリ
ーブ係数」）に略比例して早くできる。それ故、例え
ば、図１に示す如く配列され、即ち、入力端１４ａの電
気信号のサンプルがデジタル化回路３０ａ〜３０ｄによ
り順次デジタル化される場合、４個のデジタル化回路が
インターリーブされて、インターリーブ係数が４とな
り、サンプリング回路２２のサンプリング・レートに略
一致する約４ＧＳ／ｓのデジタル化レートとなる。よっ
て、これが、選択した電気的入力に対して最高サンプリ
ング能力となる。図１において、チャンネル・コネクタ
３２は、入力端１４ａを４個のデジタル化回路３０に接
続して、この最高サンプリング能力としている。

【００３０】インターリーブされたデジタル化回路３０
は、出力３４を発生し、これら出力３４を取込みメモリ
・レジスタ（単に、取込みメモリとも呼ぶ）３６に供給
する。図３は、従来の取込みメモリ・レジスタのブロッ
ク図である。この図３に示すように、典型的には、取込
みメモリ・レジスタ３６がオシロスコープ１２に用いら
れ、代表的には、約１３０Ｋワード又はサンプルの回路
キュー「Ｑ」として配置されている。

【００３１】オシロスコープ１２の従来及び通常の動作
において、通常モード又はＥＴモードのいずれでも、ト
リガ信号２６がトリガ事象を知らせるまで、デジタル化
回路３０は、略一定のレートで取込みメモリ３６に書込
みを行う。トリガを受けた後、デジタル化回路は、所定
数のサンプルを取り込みメモリに書き込み続ける。取込
みメモリにおけるトリガされた取込み群の位置を決める
関連トリガ情報は、トリガ・メモリ３８に蓄積される。
これらサンプリングが取込まれた後、取込み群の処理を
見越して、デジタル化回路３０は、取込みメモリの書込
みがディスエーブル（無能に）される。

【００３２】オシロスコープ１２の標準動作において、
電気信号１３の周波数に対して実質的に高いレートで、
サンプルが取込まれ、この信号を表すサンプルの総てを
この信号の１周期内に取り込んでもよい。しかし、ＥＴ
モードにおいて、サンプリング・レートは、単一周期内
で、所望数のサンプルを取込むのには充分なほど早くは
ない。よって、これらサンプルは、信号の複数の周期に
わたって取込まれ、取込み毎に組合わされ、信号の記録
を作る。ここでは、説明を容易にするため、ＥＴモード
において、１つのトリガ事象に応答して５００個のサン
プルを取込むものと仮定する。しかし、取込むサンプル
数は、一般的に、サンプリング・レートと、電気信号１
３の周波数とにより決まる。

【００３３】取込みにおいて、好ましくは、サンプルを
取込みメモリ・レジスタ３６に順次取込むが、この取込
み群は、任意の順にメモリ・レジスタに蓄積してもよ
い。しかし、時間情報は、取込みメモリ・レジスタには
維持されない。その代わり、サンプル間の時間間隔は理
解できる。例えば、順次蓄積の場合、隣接したサンプル
は、物理的なサンプリング期間だけ時間的に離れてい
る。

【００３４】５００個のサンプルを取込んだ後、処理サ
イクルが開始する。この処理サイクルは、典型的には、
ソフトウェアで実現される。プロセッサ４０は、トリガ
・メモリ３８に蓄積されたトリガ情報を読み取り、取込
みメモリ・レジスタ３６内のサンプルをどこから読み始
めるかを判断する。次に、このプロセッサ４０は、サン
プルを読み出し、オシロスコープ１２の従来及び通常動
作にて、波形メモリ・レジスタ４２にサンプルを書き込
む処理を行い、電気信号１３のその周期のＥＴ記録を行
う。

【００３５】取込みメモリ・レジスタ３６からサンプル
を回収した後に、これらサンプルを組み合わせて、波形
メモリ・レジスタ４２に配置（蓄積）する。図４は、本
発明で用いる時間セグメント及びスロットを定める時間
軸を示す図である。なお、この図では、被取込み信号が
繰り返し信号であり、その繰り返し部分を重ね合わせて
示してある。この図４に示すように、サンプリング周波
数で決まる時点毎にサンプルを取込むので、各サンプリ
ング周期（期間）「Ｐ」は、連続的な取込みサンプルの
間の時間セグメント「ＴＳ」を連続させる。よって、時
間セグメントの長さは、「Ｐ」である。各取込み群の複
数のサンプルをサンプリング周波数で取り込むが、１つ
の取込み群の各サンプルは、時間セグメントの独立した
１つに対応する。よって、取込み群の１つは、サンプル
Ａ1、Ａ2・・・Ａnで構成される。

【００３６】ＥＴモードでは、時間セグメント「ＴＳ」
の各々は、独立した多数の時間スロット「ｓ」に分割さ
れており、各時間スロットは、別の取込み群のサンプル
を受ける。すなわち、好ましくは、Ｎ個の取込み群に
は、時間セグメント毎にＮ個の時間スロットがある。し
たがって、時間スロットの幅は、時間セグメントの長さ
「Ｐ」をＮで除算した値に略等しい。それ故、上述の時
間拡大係数は、スロットの数及び取込み群の数に等し
く、時間セグメントを分割したスロットの望ましい数
は、実効サンプリング・レートにおける望ましい増分に
対応する。

【００３７】各時間セグメントは同様に分割され、複数
の取込み群の１つを形成することにより、１つの時間セ
グメントの複数のスロット「Ｓ」は、他の時間セグメン
ト内の対応スロットに関連する。図示において、第１取
込み群の第１サンプル「Ａ1」が第１時間セグメント
「ＴＳ1」の第１スロット「Ｓ11」内になる一方、第１
取込み群の第２サンプル「Ａ2」が第２時間セグメント
「ＴＳ2」の対応第１スロット「Ｓ21」内になる。同様
に、第２取込み群の第１サンプル「Ｂ1」が第１時間セ
グメント「ＴＳ1」の第２スロット「Ｓ12」内になる一
方、第２取込み群の第２サンプル「Ｂ2」が第２時間セ
グメント「ＴＳ２」の対応第２スロット「Ｓ22」内にな
る。ここまででの説明では、各取込み群にはわずか２個
のサンプルしかなく、時間セグメントもわずか２個であ
り、取込み群がわずか２つであるので、時間セグメント
の各々にはわずか２個の時間スロットしかないが、これ
は、説明を簡単にするためである。デジタル化回路３０
の上述のインターリーブと同様な方法で、第１取込み群
に対応する複数のサンプルは、第２取込み群のサンプル
によりインターリーブされることが判る。

【００３８】複数の取込み群に対応するスロットが時間
空間を占めることを、ここでは「取込み群の組合せ」と
いう。この組合せにおいては、各取込み群の複数サンプ
ルが、他の複数の取込み群の複数のサンプルから時間的
に離れているのが好ましい。都合がよいのは、サンプリ
ング・クロック周波数と同期した規則的な間隔で複数の
サンプルを取込む一方、トリガ事象をサンプリング・ク
ロックに同期させる。それ故、一般的に、１つのトリガ
事象に対応する複数のサンプルは、他のトリガ事象に対
応する複数のサンプルから分離している。

【００３９】図５は、図１の装置により取込んだ電気信
号の第１取込み群における振幅対時間を示す図であり、
図６は、図１に示す装置により図５の電気信号を取込ん
だ第２取込み群の振幅対時間を示す図である。これら図
５及び図６に示すように、取込み群の組合せは、取込み
群の非同期のため、時点「ｔ」におけるサンプルの調
整、即ち、整列も行う。すなわち、各取込み群を、それ
に対応するスロットにより配列する。時間補間器４９を
プロセッサ４０内に設けて、トリガ事象に対応するサン
プルが取込まれた時点にて、各トリガ事象及び次の独立
した時点との間の時間を測定する。かかる時点は、サン
プリング・クロック周波数「ＴＣ」毎に生じる。次に、
時間補間器４９は、サンプルの時間軸に沿った相対位置
に対応するサンプル間隔の端数値を計算する。所定の取
込み群に関連した複数のサンプルは、サンプリング間隔
の幅と、適切な端数値との乗算値に等しい量だけ、時間
軸に沿ってシフトされる。

【００４０】図５に示すように、信号１３がトリガ・レ
ベル（横軸と同じレベルＶ）と交差する第１時点「ｔ
１」に対応するトリガの後で、時間ｔ＝ＴＤ１５にて、
取込み群１５の第１サンプル１５ａを取込む。図５にお
いて、時間ＴＤ１５は、スロット「ｓ11」を決めると仮
定するので、取込み群１５は、図４のスロット「ｓ1
1」、「ｓ21」・・・「ｓn1」に対応するスロットに配
列される。図６において、信号１３がトリガ・レベルを
交差する第２時点「ｔ２」に対応する第２トリガの後の
時間ｔ＝ＴＤ１７にて、取込み群１７の第１サンプリン
グ１７ａが取込まれる。取込み群１７に対応するスロッ
トが図４のスロット「ｓ12」、「ｓ22」・・・「ｓn2」
であると仮定する。典型的には、しかし常にではない
が、時点「ｔ２」は、時点「ｔ１」の後の信号の周期の
整数倍である。「ｔ１」及び「ｔ２」は、ＥＴモードに
おける同じ時点（即ち、繰り返し信号の異なる周期の対
応時点）を表すので、時間軸に沿い、取込み群１５の複
数サンプルに対して距離（ＴＤ１７−ＴＤ１５）だけ、
取込み群１７の複数のサンプルをシフトして、取込み群
１５と、それに対応する上述のスロットとに対して取り
込み群１７を整列させなければならない。整列させた取
込み群をＥＴ記録として波形メモリ・レジスタ４２に供
給する。

【００４１】プロセッサ４０は、多くのインストラクシ
ョンを実行して、複数の取込み群を探し、組み合わせな
ければならない。上述の如く、これらインストラクショ
ンの総数のサブセットは、オーバーヘッドになる、即
ち、サンプルの数に対して固定される。ＥＴモードにお
けるオシロスコープ１２の従来及び通常の動作におい
て、ＥＴ記録の入力用にサンプルを処理する前に、サン
プル数が５００か１３００００かで、標準ＥＴモードに
おける取込みメモリ・レジスタ３６は、単一の取込み群
のサンプルのみを保持する。

【００４２】４個のデジタル化回路３０をインターリー
ブして得た４ＧＳ／ｓのサンプリング及びデジタル化レ
ートにより、ビット・レートに対応する期間中に、６２
２Ｍｂ／ｓのＳＯＮＥＴ／ファイバ・チャンネル信号の
約５個のサンプルを取込むことが判る。それ故、標準Ｅ
Ｔモードでのオシロスコープ１２の従来及び通常の動作
においては、各５サンプル中のオーバーヘッド、又は、
５００サンプルのＥＴ記録に１００回のオーバーヘッド
が生じる。

【００４３】しかし、本発明は、高速ＥＴモード（「Ｈ
ＳＥＴ」）を実現する。図７は、本発明による取込みメ
モリ・レジスタのブロック図である。高速フレーム・モ
ードのように、取込みメモリ・レジスタ３６を複数のメ
モリ・セグメント、即ち、フレーム４４（ｉ）に分割す
る。各フレームは、環状キュー「Ｑ（ｉ）」の如く配置
されている。単に説明のためだけに、５００サンプルの
容量のある取込みメモリ・レジスタ３６のフレーム数を
１００と仮定する。なお、５つのサンプルが、ＳＯＮＥ
Ｔ／ファイバ・チャンネル信号の１つの取込み群を形成
する。これは、時間拡大係数を１００とする。

【００４４】第１トリガ事象に応じて、デジタル化回路
３０は、上述の方法と類似して、５サンプルの取込み群
を第１フレーム４４（１）に書込みを行う。これらサン
プルを第１フレーム内に蓄積した後、第２トリガ事象に
応じて、デジタル化回路３０が他の５サンプルの取込み
を第２フレーム４４（２）に書込みを行う。同様に１０
０個のフレーム４４（ｉ）の総て又は複数のフレームに
書込みを行った後、これらに対応する取込み群のサンプ
ルは、呼び出された処理サイクルにおいて処理され、オ
ーバーヘッドが生じる。それ故、１つのトリガ事象では
なく、１００のトリガ事象の総て又は複数にわたって処
理によるオーバーヘッドが軽減されることが判る。

【００４５】好ましくは、上述の時間拡大に略等しい数
のフレームに取込みメモリ・レジスタ３６を分割する
が、本発明の要旨を逸脱しなければ、フレームの数は、
この数よりも多くても少なくてもよい。

【００４６】各フレーム４４（ｉ）は、配列として配置
されたトリガ・メモリ３８内の対応位置３９（ｉ）内に
蓄積されたトリガ情報に関連している。第１メモリ・フ
レーム４４（１）に対して、プロセッサ４０は、トリガ
・メモリ３８の位置３９（１）からトリガ情報を読み出
し、サンプルをフレーム４４（１）のどこから読み始め
るかを判断する。プロセッサ４０は、サンプルを読み出
し、望むならば、後述する如く、これらサンプルを等化
フィルタ４６に供給する。プロセッサ４６が第１フレー
ム内のサンプルを読み取った後、このプロセッサは、ト
リガ・メモリ３８の位置３９（２）からトリガ情報を読
み出し、フレーム４４（２）内のサンプルをどこから読
み始めるかを判断する。このプロセッサは、第２フレー
ムに対応するサンプルを読み出し、望むならば、第１フ
レームからのサンプルを等化した後、第２フレームに対
応するサンプルを等化フィルタ４６に供給する。望むな
らば、総てのフレームを読み出し、等化フィルタに供給
するまで、このルーチンを持続する。フレームからサン
プルを読み出した後、上述の如く、取込み群を組み合わ
せて、波形メモリ・レジスタ４２に供給し、ＥＴ記録と
しての表示を行う。

【００４７】本発明の１つの狙いは、所望周波数応答ス
ペクトラム特性に対する基準チャンネル２０の等化を行
うことである。これは、特に、ＳＯＮＥＴ／ファイバ・
チャンネル・マスク・テストにとって適切である。この
テストでは、高周波数応答を４次ベッセル・トンプソン
（ＢＴ）フィルタとしてロール・オフするように調整し
ており、これは、ＳＯＮＥＴ／ファイバ・チャンネル信
号システムの下で種々の標準規格に従うのに必要であ
る。図８は、本発明に用いるベッセル・トンプソン・フ
ィルタと、典型的な基準チャンネルとにおける電圧の対
数表示と周波数応答との関係を示す図である。この図８
において、電圧の対数を周波数の関数として記した周波
数応答曲線は、所望のＢＴ応答と、等化されていない基
準チャンネル２０の典型的な応答「Ｒ」とを示す。

【００４８】従来は、プローブ１６と、オシロスコープ
１２の電気的入力端１４との間に、装置外に設けた特別
なハードウェア・フィルタを接続して、等化を行ってい
る。しかし、本発明においては、取込みメモリ・レジス
タ３６からサンプルを回収して、従来と同じ又は優れた
結果を達成するために、フレーム４４（ｉ）に対応する
サンプルが、装置内の等化フィルタ４６にて等化され
る。

【００４９】ＥＴモードにおいて、一般的に及び特に、
多数のトリガ事象が電気信号１３に対して非同期である
ＨＳＥＴモードのアイ・パターン・ダイアグラムに対し
て、各サンプルを表示用に波形メモリ・レジスタ４２内
に配置（蓄積）する前に、これら各サンプルを等化しな
ければならない。これは、プロセッサが、波形メモリ・
レジスタ３６用に、１組の取込みサンプルから独立にＥ
Ｔ記録を組み立てるので、これらサンプル間のタイミン
グ関係を一般的には正確に維持しないためである。よっ
て、これらサンプルは、好適に又は必要に応じて、独立
に等化される。それにもかかわらず、これらサンプル
を、連続順又は任意の他の順序で等化してもよい。

【００５０】再び図７を参照する。好ましくは、取込み
メモリ・レジスタ３６の各フレーム４４（ｉ）に関連し
たフィルタ４６（ｉ）があり、独立した取込み群の複数
のサンプルを分離して等化する。しかし、フィルタ４６
は、好ましくは、ソフトウェアで実現するので、独立し
た複数のフィルタを、サブルーチンの繰り返し実行によ
り実現できる。

【００５１】等化フィルタ４６は、好ましくは、関連し
たＦＩＲフィルタ係数Ｗを有する一般的なＦＩＲフィル
タである。ＦＩＲフィルタ係数は、以下の校正方法にお
いて決まる。

【００５２】所望のＢＴ応答は、次の伝達関数で求ま
る。

【数１】 ＢＴフィルタのインパルス応答のサンプルＤnは、次の
ようになる。 Ｄn＝Ｇ（ｓ） なお、ｓ＝（ｎ・Ω・ｃ）である。ここで、ｎは、０か
らＮ−１までの範囲の整数であり、Ｎは、生じるサンプ
ルの数であり、Ωは、２πｊ／Ｎであり、ｃは、所望の
遮断周波数である。基準チャンネル２０の実際のインパ
ルス応答がサンプルされて、第２線形配列Ｘを形成す
る。

【００５３】光インパルス発生器を用いて、基準チャン
ネル２０用のインパルスを発生する。実例として、イン
パルス応答Ｘが、ＨＳＥＴにおけるデジタル化回路３０
により取込まれ、１００ＧＳ／ｓのＥＴサンプリング・
レートにおける最大５Ｋサンプル記録長を作って、物理
的サンプリング・レートにデシメーションする（間引い
て下げる）。デジタル化回路３０のインターリーブを用
いる場合、ＥＴサンプリング・レートは、インターリー
ブ係数の多数倍でなければならない。

【００５４】自動補正マトリクスＲは、次のようにな
る。

【数２】 なお、ｍは、０からＮ−１までの範囲の整数であり、Ｌ
は、ＦＩＲフィルタの長さである。また、交差相関配列
（cross correlation array）Ｐは、次のようになる。

【数３】 次に、フィルタ係数Ｗは、［Ｒ＾（−１）］・Ｐ、即
ち、ガウス・ジョルダン換算（既約化）で決まる。な
お、Ｒ＾（−１）は、Ｒの−１乗を意味する。フィルタ
４８の１９ポイント又はタップの長さは、一般に、デジ
タル・オシロスコープの等化に適切であることが判っ
た。かかるデジタル・オシロスコープは、米国オレゴン
州の本願出願人であるテクトロニクス社が製造販売して
いるＴＤＳシリーズ５００及びシリーズ７００型デジタ
ル・オシロスコープの如きものであり、テクトロニクス
社が製造販売しているＰ６７０３Ｂ型の如き光受信器と
一緒に用いて、光信号を測定できる。１９ポイントのＦ
ＩＲフィルタの場合、自動補正マトリクスＲの寸法は、
１９×１９である。

【００５５】フィルタ係数Ｗを予め定めて、メモリ６２
に配置（蓄積）してもよい。メモリ６２は、好適には、
各フィルタ用の１６ビット・ワードとして蓄積された最
大７９の係数を提供する。このメモリ６は、保護された
不揮発性メモリでもよい。その代わり、メモリ６２は、
保護されていないか、揮発性でもよい。そして、フィル
タ係数は、プログラム可能でもよいし、測定場所におい
て、又はオシロスコープ１２の動作中にも更新してよ
い。適応フィルタをフィルタ４６として都合よく用いる
と、このフィルタは、実時間で適合する、即ち、繰り返
し選択されるフィルタ係数を有する必要がない。また、
好ましくは、これら係数を製造の際に１度選択するだけ
でも、本発明の実施には充分である。

【００５６】これらフィルタ係数は、一般的に、各光プ
ローブ１６、各減衰器の設定、各オシロスコープ１２、
及びサポートされている光標準の各々に対して特定され
る。さらに、オシロスコープの利得設定、即ち、ステッ
プ利得設定及び可変利得設定、チャンネルの帯域幅及び
その動作温度により、チャンネルの周波数応答スペクト
ラム特性が可変することが判った。これらフィルタ係数
は、かかる特定の状態又は条件に対して校正してもよい
し、その状態に対する選択した平均値又は公称値に対し
て決めてもよい。上述のようにソフトウェアで実現した
場合、非常に多くのフィルタ４６を経済的に実現でき、
非常に多くの又は総ての状態に対して校正してもよい。

【００５７】実例として、テクトロニクス社製ＴＤＳシ
リーズのデジタル・サンプリング・オシロスコープにお
いて光マスク・テストを行うために、７つのサポートさ
れたマスク標準がある。各標準において、チャンネルが
ＢＴ応答特性を有すると共に、関連した遮断周波数を有
する必要がある。各標準に対して、上述の１４個の等化
フィルタを公称又はデフォルト・フィルタとする。な
お、減衰器の各々の設定は、１倍及び１０倍（１０分の
１への減衰）である。公称フィルタの係数は、オシロス
コープの周波数応答スペクトラム特性の公称値として計
算されて、各オシロスコープの値が同じになる。

【００５８】所定の周波数応答スペクトラム特性のプロ
ーブを有するテクトロニクス社製ＴＤＳ受信器に対して
は、１４個の追加的で校正済みのフィルタを設けるが、
これらフィルタ係数は、特に、特定プローブや、光マス
ク標準及び減衰などの選択した状態にて校正されてい
る。さらに特に、ＴＤＳ型オシロスコープにおいては、
Ｐ６７０１Ｂ型やＰ６７０３Ｂ型の２個以上の特定の光
プローブに対する校正された係数を、７つのマスク標準
及び２つの減衰設定に適用できる。

【００５９】等化フィルタ４６にてサンプルを等化した
後、これらサンプルを最終表示用の波形メモリ・レジス
タ４２に入力する前に、任意所望の方法で処理してもよ
い。また、デジタル的に電気波形をサンプリングする特
定の方法及び装置を好適例として示したが、本発明の要
旨を逸脱することなく、上述した構成の他の構成も利用
可能である。

【００６０】上述で用いた用語及び表現は、本発明を単
に説明するためのものであり、本発明を制限するもので
はない。また、これら用語及び表現は、図示し説明した
特徴や、その一部と均等なものを除外するものでもな
い。

【００６１】

【発明の効果】上述の如く本発明はによれば、既存のデ
ジタル・サンプリング・オシロスコープの実効帯域幅を
安価に制御可能に広げることができると共に、高速な等
価時間モードを実現できる。また、光信号のマスク・テ
スト用に、デジタル・サンプリング・オシロスコープの
機能を改善できる。さらに、デジタル・サンプリング・
オシロスコープの通過帯域を制御可能且つコスト的にも
有効に定めることができる。この際、複数の選択可能な
周波数応答フィルタ特性を与えて、チャンネルの周波数
応答スペクトラム特性が、所望補償チャンネルの周波数
応答スペクトラム特性と実質的に一致するように、複数
のフィルタ特性を選択して、チャンネルを補償できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により電気波形をデジタル的にサンプリ
ングする装置のブロック図である。

【図２】光信号のマスク・テストに用いるデジタル・サ
ンプリング・オシロスコープの表示を示す図である。

【図３】従来の取込みメモリ・レジスタのブロック図で
ある。

【図４】本発明で用いる時間セグメント及びスロットを
定める時間軸を示す図である。

【図５】図１の装置により取込んだ電気信号の第１取込
み群における振幅対時間を示す図である。

【図６】図１に示す装置により図５の電気信号を取込ん
だ第２取込み群の振幅対時間を示す図であり、本発明に
より図５の第１取込み群を第２取込み群と位置合わせし
てある。

【図７】本発明による取込みメモリ・レジスタのブロッ
ク図である。

【図８】本発明に用いるベッセル・トンプソン・フィル
タと、典型的な基準チャンネルとにおける電圧の対数表
示と周波数応答との関係を示す図である。

【符号の説明】

１０ デジタル・サンプリング装置 １２ オシロスコープ １４ 入力端 １５、１７ 取込み群 １６ プローブ １９ サンプリング・クロック発生器 ２０ 基準チャンネル ２２ サンプリング回路 ２４ トリガ回路 ３０ デジタル化回路 ３２ チャンネル・コネクタ ３６ 取込みメモリ・レジスタ ３８ トリガ・メモリ ３９ 位置 ４０ プロセッサ ４２ 波形メモリ・レジスタ ４４ フレーム ４６ 等化フィルタ ４９ 時間補間器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−347484（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−297562（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−172853（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−218547（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−162051（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−308257（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 13/00 - 13/42

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デジタル・サンプリング・オシロスコー
   プにおけるサンプリング方法であって、 （ａ）繰り返し電気信号を受け、 （ｂ）選択した時点で、上記電気信号をサンプリングし
   てサンプルを得、 （ｃ）上記サンプルをデジタル化し、 （ｄ）トリガに応じて所定数の上記デジタル化したサン
   プルを取り込み、複数の上記サンプルにより対応取込み
   群を形成し、 （ｅ）上記取込み群を組み合わせることなく、上記取込
   み群を取込みメモリに蓄積し、 （ｆ）上記ステップ（ａ）〜（ｅ）を複数回である所定
   回数だけ繰り返し、蓄積した複数の上記取込み群を形成
   し、 （ｇ）上記取込みメモリから上記複数の取込み群を回収
   し、 （ｈ）上記複数の取込み群を組み合わせて、等価時間記
   録を形成することを特徴とするサンプリング方法。
2. 【請求項２】 上記ステップ（ｇ）及び（ｈ）の間に、 （ｇ’）複数の選択可能な周波数応答フィルタ特性を与
   え；上記電気信号用の補償されていないチャンネルの周
   波数応答スペクトラム特性が、補償されたチャンネルの
   周波数応答スペクトラム特性と実質的に一致するよう
   に、上記複数のフィルタ特性の１つ以上を選択して上記
   補償されないチャンネルの周波数応答スペクトラム特性
   を補正し；上記複数の取込み群の上記デジタル化したサ
   ンプルをフィルタ処理することを実行する請求項１のサ
   ンプリング方法。