JP4659190B2 - 波形測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力された任意の繰り返し周期を有する被測定信号の信号波形を求める波形測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
任意の繰り返し周期を有する電気信号や光信号等からなる被測定信号の信号波形を測定する種々の測定手法が提唱されている。しかし、被測定信号の繰り返し周期、すなわち繰り返し周波数が10GHzを超える高周波信号の場合、被測定信号の信号波形を直接オシロスコープ等の表示画面上で観察できないので、その波形測定手法の選択範囲は自ずと制限がある。
【0003】
この繰り返し周波数faが10GHzを超える被測定信号の信号波形を測定する代表的手法を図6を用いて説明する。繰り返し周期Ta(例えば、繰り返し周波数fa=10GHz)を有する被測定信号aを、この被測定信号aの繰り返し周期Taより長い周期Tb(例えば、繰り返し周波数fb=999.9MHz)のサンプリング信号bでサンプリングする。この場合、繰り返し周期Ta、Tb相互間の関係を調整して、図6に示すように、時間経過と共に、被測定信号aの繰り返し周期Ta内の信号波形におけるサンプリング信号bのサンプリング位置が微少時間ΔTずつずれていくようにする。
【0004】
したがって、このサンプリング信号bでサンプリングされた後の被測定信号cは、図示するように、サンプリング信号bに同期した位置にパルス状波形が出現する離散的波形となる。そして、この各パルス状波形の包絡線波形が被測定信号aの時間軸方向に拡大された信号波形dとなる。
【0005】
図6に示したサンプリング手法の原理で被測定信号aの信号波形dを測定する波形測定装置は例えば図7に示すように構成されている。
繰り返し周波数fa(繰り返し周期Ta)を有する被測定信号aはサンプリング回路1及び分周器2へ入力される。分周器2は、被測定信号aの繰り返し周波数faを1/n(n;正整数)に分周して位相比較器3へ送出する。電圧制御発振器(VCO)4は、繰り返し周波数faの1/n(n;正整数)の周波数(fa/n)を有する信号を発生して位相比較器3へ帰還させる。
【0006】
位相比較器3は、電圧制御発振器(VCO)4の出力信号の位相と分周器2の出力信号の位相との位相差を検出して位相差信号として電圧制御発振器(VCO)4へ送出する。このPLLループによって、電圧制御発振器(VCO)4からの出力信号の位相は被測定信号aの位相に同期する。
【0007】
電圧制御発振器(VCO)4から出力された周波数(fa/n)を有する出力信号の周波数(fa/n)は次の固定の分周器5aと固定の逓(てい)倍器5bとで[(fa/n)―Δf]の周波数に変換されて、サンプリング信号発生回路6へ入力される。
【0008】
サンプリング信号発生回路6は、入力された出力信号に同期する
繰り返し周波数fb=[(fa/n)―Δf] …(1)
繰り返し周期 Tb=[(nTa)+ΔT] …(2)
を有するサンプリング信号bをサンプリング回路1へ印加する。但し、ΔfとΔTとの関係は近似的に下式で示される。
【0009】
Δf/ΔT=fa2/n2 …(3)
サンプリング回路1は、入力された被測定信号aをサンプリング信号発生回路6から入力されたサンプリング信号bでサンプリングして、サンプリングされた被測定信号cを信号処理・波形表示部7へ送出する。
【0010】
信号処理・波形表示部7は、入力されたサンプリングされた被測定信号cの包絡線波形を算出して、この包絡線波形の時間軸の目盛りを元の被測定信号aの目盛りに変換して、元の被測定信号aの信号波形dとして表示出力する。この場合、測定された包絡線波形の被測定信号aの信号波形dに対する拡大率は(fa/nΔf)である。
【0011】
なお、被測定信号aが電気信号でなくて、光信号の場合、この光信号を電気信号に変換して分周器2へ印加する。また、サンプリング回路1の代りに、例えば電界吸収型変調器を用いる。この電界吸収型変調器は、入射された光信号の進行方向に対してサンプリング信号によるパルス状の電界を印加することによって、入力された光信号からなるパルス状の被測定信号aをサンプリングすることが可能である。そして、このサンプリングされた光信号からなる被測定信号cを電気信号に変換して信号処理・波形表示部7へ送出する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図7に示すサンプリング手法を用いた波形測定装置においてもまだ解消すべき次のような課題があった。
【0013】
すなわち、サンプリング信号発生回路6から出力される繰り返し周波数fb=[(fa/n)―Δf]を有するサンプリング信号bを作成するための逓(てい)倍器5bからの出力信号は、被測定信号aを分周する分周器2と、位相比較器3と電圧制御発振器(VCO)4とで構成されたPLL回路で作成される。すなわち、サンプリング信号bは測定対象の被測定信号aを加工して作成されるので、サンプリング信号bは被測定信号aに対して常に位相同期している。したがって、信号処理・波形表示部7に表示された被測定信号aの信号波形dにおけるジッタの発生量が抑制され、測定精度が向上する。
【0014】
しかしながら、サンプリング信号bの繰り返し周波数fbは、前述した(1)、(3)式からも明らかのように、被測定信号aの繰り返し周波数faの関数で示される。このことは、サンプリング信号bの繰り返し周波数fbを被測定信号aの繰り返し周波数faに対して独立して任意に設定できない。よって、被測定信号aの繰り返し周波数faが変化すると、測定された被測定信号aの信号波形dの時間分解能、すなわち測定精度が自動的に変化する。
【0015】
このことは、被測定信号aの信号波形dを任意の時間分解能で測定できないことを示す。また、各分周器2,5aの仕様特性等に起因してサンプリング信号bの繰り返し周波数fbの選択範囲も大きく制限される。
【0016】
さらに、被測定信号aから直接サンプリング信号bを作成しているので、分周器2、位相比較器3、電圧制御発振器(VCO)4、分周器5a、逓(てい)倍器5bからなる複雑な回路構成が必要になる。
【0017】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、被測定信号の繰り返し周波数の測定とサンプリング信号の作成とを共通の基準信号を用いて実施することにより、被測定信号をサンプリングするサンプリング信号の周波数を被測定信号の繰り返し周波数に対して独立して任意に設定できるとともに、被測定信号の繰り返し周波数に対する設定状態を正確に維持でき、被測定信号の信号波形の測定精度を向上でき、さらに、信号波形を任意の分解精度で測定できる波形測定装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力された任意の繰り返し周期を有する被測定信号を、この被測定信号の繰り返し周期より長い周期を有するサンプリング信号でサンプリングし、このサンプリングされた被測定信号の包絡線波形を求め、この包絡線波形から被測定信号の信号波形を求める波形測定装置に適用される。
【0019】
そして上記課題を解消するために、本発明の波形測定装置においては、基準信号入力端子に印加されている基準信号を用いて被測定信号の繰り返し周波数を測定する周波数測定手段と、この周波数測定手段で測定された繰り返し周波数を用いてサンプリング信号の周波数を設定するサンプリング周波数設定手段と、基準信号入力端子に印加されている基準信号を用いてサンプリング周波数設定手段で設定された周波数に対応する周期を有するサンプリング信号を発生するサンプリング信号発生手段と、基準信号を発生し、この基準信号を前記周波数測定手段の基準信号入力端子及び前記サンプリング信号発生手段の基準信号入力端子へ印加する、前記周波数測定手段および前記サンプリング信号発生手段とは独立して設けられた基準信号発振器とを備え、前記周波数測定手段で測定された繰り返し周波数に対して前記サンプリング信号の周波数を任意の値に設定するとともに、前記周波数測定手段で測定された繰り返し周波数と前記サンプリング信号の周波数との間の周波数設定状態を維持する。
【0020】
このように構成された波形測定装置においては、入力された被測定信号の繰り返し周波数(繰り返し周期)は周波数測定手段で正確に測定される。測定された繰り返し周波数を用いてサンプリング信号の周波数が設定される。そして、設定された周波数の周期を有するサンプリング信号が作成される。
【0021】
この場合、測定された被測定信号の繰り返し周波数に対して、サンプリング信号の周波数を任意の関係に設定可能であるので、被測定信号の信号波形を任意の分解能で測定できる。
【0022】
さらに、被測定信号の繰り返し周波数の測定とサンプリング信号の作成とを共通の基準信号を用いて実施している。したがって、サンプリング信号は被測定信号に対して先に設定された周波数設定状態を正確に維持でき、波形測定精度を向上できる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係わる波形測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【0024】
入力端子から入力された、例えば図6に示す繰り返し周期Ta(繰り返し周波数fa)を有する光信号からなる被測定信号aは、分波器11で2方向に分波されて、一方はサンプリング回路としての電界吸収型変調器12へ入射され、他方は受光器13へ入射される。なお、この実施形態装置においては、被測定信号aの繰り返し周波数faは10GHzに設定されている。
【0025】
基準信号発振器14は、例えば10MHzの基準周波数fs(=10MHz)を有する基準信号hを発振して、この基準信号hを周波数カウンタ15の基準信号入力端子へ印加する共に、サンプリング信号発生回路16内の信号発生回路17の基準信号入力端子に印加する。
【0026】
受光器13は入射された光信号の被測定信号aを電気信号の被測定信号a1に変換して周波数カウンタ15へ送出する。周波数カウンタ15は、基準信号入力端子に印加されている基準信号hを利用して、入力された電気信号の被測定信号a1の繰り返し周波数faを測定する。具体的には、基準信号hを分周して基準測定期間を作成し、この基準測定期間に入る被測定信号a1のクロック数(波形数)を計数する。周波数カウンタ15は、測定した被測定信号aの繰り返し周波数faを制御部19のサンプリング周波数設定部20へ送出する。
【0027】
制御部19のサンプリング周波数設定部20は、周波数カウンタ15から入力された被測定信号aの繰り返し周波数faから前述した(1)式を用いて、サンプリング信号発生回路16から出力されるサンプリング信号bの繰り返し周波数fbを算出する。
【0028】
fb=(fa/n)―Δf …(1)
例えば、n=10、Δf=0.1MHzの条件下で測定値がfa=10GHzの場合、サンプリング信号bの繰り返し周波数fbは、fb=999.9MHzとなる。
【0029】
サンプリング周波数設定部20は、算出した繰り返し周波数fbをサンプリング信号発生回路16の信号発生器17に設定する。
【0030】
サンプリング信号発生回路16の信号発生器17は、例えば、周波数シンセサイザで構成されており、基準信号入力端子に印加されている基準周波数fs(=10MHz)を有する基準信号hを逓(てい)倍又は分周することによって、任意の周波数の信号を作成可能である。具体的には、信号発生器17は、制御部19内のサンプリング周波数設定部20から(1)式で示される指定されたサンプリング信号bの繰り返し周波数の周波数fbを有した正弦波の信号を作成する。
【0031】
信号発生器17から出力された周波数fbを有する正弦波形の信号は、次の波形整形回路18で、図6に示すような繰り返し周波数fb(繰り返し周期Tb)を有するパルス波形状のサンプリング信号bに波形整形される。サンプリング信号発生回路16から出力された繰り返し周波数fbを有するサンプリング信号bは電界吸収型変調器12へ入力される。
【0032】
電界吸収型変調器12は、入射された光信号の被測定信号aをサンプリング信号発生回路16から入力されたサンプリング信号bでサンプリングして、サンプリングされた光信号の被測定信号cを受光器21へ出射する。
【0033】
受光器21は、入射されたサンプリング後の光信号の被測定信号cを電気信号の被測定信号c1に変換する。受光器21から出力された被測定信号c1はA/D器22でデジタルのサンプリングされた被測定信号c2にA/D変換されて、データ処理部23へ入力される。
【0034】
データ処理部23は、入力されたサンプリングされた被測定信号c2の包絡線波形を算出して、図2に示すように、この包絡線波形の時間軸の目盛りを元の被測定信号aの目盛りに変換して、被測定信号aの信号波形dとして表示部24に表示出力する。
【0035】
制御部19の表示制御部25は、表示部24に表示された被測定信号aの信号波形dを監視し、信号波形dの表示位置を正常位置に自動修正する機能を有する。
具体的には、入力された被測定信号aの繰り返し周波数faと、信号発生器17で作成される正弦波の信号の繰り返し周波数fbとが正確に(1)式を満たしていないことに起因して、表示部24に表示された被測定信号aの信号波形dが表示画面上でドリフトする場合がある。制御部19の表示制御部25は、表示部24に表示された被測定信号aの信号波形dを監視し、見かけ上、このドリフトが発生しないように、信号波形dの表示画面上の走査(スイープ)開始位置をその都度調整する。
【0036】
このように構成された第1実施形態の波形測定装置においては、入力された被測定信号aの繰り返し周波数fa(繰り返し周期Ta)は周波数カウンタ15にて測定され、制御部19のサンプリング周波数設定部20にて、この測定された繰り返し周波数faを前述した(1)式を用いて、サンプリング信号bの周波数fbを設定して、サンプリング信号発生回路16の信号発生回路17へ設定する。
【0037】
この場合、(1)式におけるn、Δfの値を適宜調整することによって、サンプリング信号bの周波数fbを被測定信号aの繰り返し周波数faに対して任意の関係を維持させることが可能である。言い換えれば、サンプリング信号bの周波数fbを、被測定信号aの繰り返し周波数faに独立して、任意の値に設定可能である。
【0038】
また、周波数カウンタ15とサンプリング信号発生回路16の信号発生回路17には基準信号hが印加されている。したがって、被測定信号aの繰り返し周波数faの測定とサンプリング信号bの作成とを共通の基準信号hを用いて実施している。したがって、先に設定されたサンプリング信号bの周波数fbと被測定信号aの繰り返し周波数faとの間の周波数設定状態を正確に維持でき、波形測定精度を向上できる。
【0039】
さらに、上述したように、サンプリング信号bの周波数fbと被測定信号aの繰り返し周波数faとの間の周波数設定状態が正確に維持された状態において、被測定信号aの位相が変動すると、図3に示すように、表示部24に表示された実線で示す信号波形dが点線で示す信号波形d’のように移動する。したがって、この移動量Tdを計測することによって、被測定信号aにおける位相変動量φを把握できる。
【0040】
また、前述したように、サンプリング信号bの周波数fbと被測定信号aの繰り返し周波数faとの関係が(1)式を満たさなくなると、表示部24に表示された信号波形dが継続してドリフトする。
【0041】
測定開始時刻から、例えば5〜10秒の初期測定期間だけ、周波数カウンタ15を稼働させて、サンプリング周波数設定部20にて、(1)式を用いて正しいサンプリング信号bの周波数fbを求めて、サンプリング信号発生回路16へ設定する。その初期測定期間経過後に、周波数カウンタ15及びサンプリング周波数設定部20の測定、演算動作を停止させ、サンプリング信号bの周波数fbを最初測定期間に求めた値に固定する。さらに、前述した表示制御部25の表示調整動作を停止させる。
【0042】
このようにな状態において、被測定信号aの繰り返し周波数faが初期測定期間から周波数ドリフトすると、この周波数ドリフトに対応して、表示部24に表示された信号波形dが継続してドリフトする。したがって、表示部24に表示された信号波形dの単位時間当たりのドリフト量を計測することによって、被測定信号aにおける周波数変化量を把握できる。
【0043】
(第2実施形態)
図4は本発明の第2実施形態に係わる波形測定装置の概略構成を示すブロック図である。図1に示した第1実施形態の波形測定装置と同一部には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
【0044】
この第2実施形態の波形測定装置においては、外部から入力された繰り返し周波数faを有する被測定信号aはそのまま電界吸収型変調器12へ入射されると共に、分波器11で分波されてクロック再生器26へ入射される。
【0045】
クロック再生器26は、入射された光信号からなる被測定信号aにおける繰り返し周期Taの開始タイミング、すなわち、繰り返し周期Ta(周波数fa)のクロックを検出して、入射された光信号からなる被測定信号aを、周波数fa(繰り返し周波数)を有する電気信号である、図5(d)に示す再生クロック信号gに変換して次の周波数カウンタ15へ送出する。
【0046】
周波数カウンタ15は、入力された電気信号の再生クロック信号gの周波数(繰り返し周波数fa)を測定して、測定された繰り返し周波数faのデータを制御部19のサンプリング周波数設定部20へ送出する。これ以降の動作は、図1に示した第1実施形態の波形測定装置の動作と同じである。
【0047】
このように構成された第2実施形態の波形測定装置においても、周波数カウンタ15で、被測定信号aの繰り返し周波数faが測定できるので、第1実施形態の波形測定装置と同様に、被測定信号aの信号波形dを任意の分解精度で測定できる。
【0048】
さらに、この第2実施形態の波形測定装置においては、クロック再生器26を用いて、繰り返し周期Ta(周波数fa)のクロックを検出して再生クロック信号gを周波数カウンタ28へ送出している。すなわち、図5(b)、(c)の各波形に示すように、被測定信号zの波形は様々な形状を有しており、図5(a)の波形に示すように、繰り返し周期Ta(周波数fa)毎に、明確な1個のピーク波形が存在するとは限らない。したがって、このような波形を有する被測定信号aを周波数カウンタ26で直接繰り返し周波数fa(繰り返し周期Ta)を計数したとしても、誤って、多くのピーク波形や少ないピーク波形を計数してしまい、誤った繰り返し周波数faを出力する懸念がある。
【0049】
そこで、クロック再生器26を用いて被測定信号aのクロックを再生して図5(d)に示す再生クロック信号gを得ることにより、たとえ、被測定信号aが図5(b)、(c)に示す複雑な波形を有していたとしても、被測定信号aの繰り返し周波数fa(繰り返し周期Ta)を高い精度で検出できる。
【0050】
なお、本発明は、上述した第1、第2の実施形態装置に限定されるものではない。各波形測定装置においては、周波数カウンタ15で測定した被測定信号aの繰り返し周波数faを自動的に制御部19のサンプリング周波数設定部20へ設定するようにした。
【0051】
しかしながら、周波数カウンタ15の測定値(繰り返し周波数fa)を操作者(オペレータ)が目視で読取り、操作者(オペレータ)がマニュアル操作で制御部19のサンプリング周波数設定部20へ設定するようにしてもよい。
【0052】
さらに、各実施形態装置においては、被測定信号aは光信号であると仮定した。しかし、被測定信号aは通常の電気信号であってもよい。この場合、電界吸収型変調器12の代りに、図7に示す通常の電気信号に適用されるサンプリング回路1を採用し、さらに、受光器13、21を除去する。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の波形測定装置においては、周波数測定手段(15)による被測定信号の繰り返し周波数の測定とサンプリング信号発生手段(16)によるサンプリング信号の作成とを、当該周波数測定手段(15)およびサンプリング信号発生手段(16)とは独立して設けた基準信号発振器(14)により発生する共通の基準信号を用いて実施している。
したがって、被測定信号をサンプリングするサンプリング信号の周波数を被測定信号の繰り返し周波数に対して独立して任意に設定できるとともに、被測定信号の繰り返し周波数に対する設定状態を正確に維持でき、被測定信号の信号波形の測定精度を向上でき、さらに、信号波形を任意の分解精度で測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係わる波形測定装置の概略構成を示すブロック図
【図2】同第1実施形態の波形測定装置にて測定された被測定信号の信号波形を示す図
【図3】同じく第1実施形態の波形測定装置にて測定された被測定信号の信号波形を示す図
【図4】本発明の第2実施形態に係わる波形測定装置の概略構成を示すブロック図
【図5】同第2実施形態に係わる波形測定装置に組込まれたクロック再生器の効果を説明するための被測定信号及び再生クロック信号の波形図
【図6】被測定信号の信号波形をサンプリング手法を用いて求める原理を説明するための図
【図7】従来の波形測定装置の概略構成を示すブロック図
【符号の説明】
a…被測定信号
b…サンプリング信号
d…信号波形
g…再生クロック信号
h…基準信号
11…分波器
12…電界吸収型変調器
13、21…受光器
14…基準信号発振器
15…周波数カウンタ
16…サンプリング信号発生回路
17…信号発生器
18…波形整形回路
19…制御部
20…サンプリング周波数設定部
23…データ処理部
24…表示部
25…表示制御部
26…クロック再生器
Claims (1)
- 入力された任意の繰り返し周期を有する被測定信号(a)を、この被測定信号の繰り返し周期より長い周期を有するサンプリング信号(b)でサンプリングし、このサンプリングされた被測定信号の包絡線波形を求め、この包絡線波形から前記被測定信号の信号波形(d)を求める波形測定装置において、
基準信号入力端子に印加されている基準信号を用いて前記被測定信号の繰り返し周波数を測定する周波数測定手段(15)と、
この周波数測定手段で測定された繰り返し周波数を用いて前記サンプリング信号の周波数を設定するサンプリング周波数設定手段(20)と、
基準信号入力端子に印加されている基準信号を用いて前記サンプリング周波数設定手段で設定された周波数に対応する周期を有するサンプリング信号を発生するサンプリング信号発生手段(16)と、
基準信号を発生し、この基準信号を前記周波数測定手段の基準信号入力端子及び前記サンプリング信号発生手段の基準信号入力端子へ印加する、前記周波数測定手段および前記サンプリング信号発生手段とは独立して設けられた基準信号発振器(14)とを備え、
前記周波数測定手段で測定された繰り返し周波数に対して前記サンプリング信号の周波数を任意の値に設定するとともに、前記周波数測定手段で測定された繰り返し周波数と前記サンプリング信号の周波数との間の周波数設定状態を維持する波形測定装置。
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