JP4806679B2 - ジッタ発生回路 - Google Patents

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Description

本発明は、信号の立ち上がりおよび立ち下がりのタイミングに揺らぎを与えるジッタ発生回路に関する。
半導体試験装置において、被試験デバイス(以後、「DUT」と称する)のジッタ耐性を試験する場合に、DUTに印加する試験パターンにジッタを付加する必要があり、ジッタ発生回路が用いられる(例えば、特許文献1参照。)。このジッタ発生回路では、正弦波のオフセット電圧とランプ発生器の出力電圧とを比較することにより、クロック信号の変化のタイミングに正弦波の揺らぎを与えている。
特開平6−104708号公報(第3−4頁、図1−3)
ところで、実際にDUTに入力される信号に付加されるジッタとしては、特許文献1のジッタ発生回路等を用いて付加されるような入力信号パターンに依存しないジッタの他に、入力信号パターンに依存しパターン効果ジッタが考えられる。例えば、ドライバから出力された信号が損失のある伝送線路を通してDUTに送られる場合には、伝送線路における損失によって信号の立ち上がりタイミングが遅れ、しかも、パターンによりハイレベルからローレベルあるいはローレベルからハイレベルに完全に遷移したりしなかったりする場合にはパターンにより変化するジッタが付加されることになる。このジッタの大きさは、伝送線路による損失の大きさと入力信号パターンとの組み合わせによって決まるが、実際にDUTが組み込まれる装置に用いられる伝送線路をその都度再現すれば、このパターン効果ジッタを信号に付加することはできるが、多ピンのDUTについて実際の伝送線路を再現することはほとんど不可能であり、簡単な構成でパターン効果ジッタを発生させることができる構成が望まれている。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、簡単な構成でパターン効果ジッタを発生させることができるジッタ発生回路を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明のジッタ発生回路は、入力信号の信号パターンの内容を分析する信号分析手段と、信号分析手段による分析結果に応じて、入力信号を伝送線路に通したときに変化タイミングがずれる向きに入力信号の位相を調整した信号を出力する位相調整手段とを備え、入力信号の位相を調整することでジッタを付加している。実際に信号を伝送線路に通す際に損失が発生するとこの伝送線路を通して受信した信号が所定の閾値電圧を超えたり下回るタイミングが変化する。このタイミングのずれは、入力信号の信号パターンの内容と密接な関係がある。本発明では、入力信号の信号パターンの内容に応じて入力信号の位相を調整することにより、この信号パターンの内容に応じて伝送線路において発生するジッタと同じようなパターン効果ジッタを発生させることができる。しかも、実際の伝送線路と同様の配線等が不要であるため、簡単な構成でパターン効果ジッタを発生させることができる。
また、上述した信号分析手段は、入力信号の周波数特性を分析することが望ましい。入力信号の信号パターンの内容に応じて伝送線路で発生するパターン効果ジッタは、主に、入力信号の電圧変化の状態、すなわち周波数に依存していると考えることができる。したがって、入力信号の周波数特性を分析してジッタを付加することにより、より実際に近いパターン効果ジッタを発生させることが可能になる。
また、上述した信号分析手段は、入力信号の低域成分を通過させるフィルタを有しており、位相調整手段は、フィルタの出力電圧に応じて位相調整を行うことが望ましい。これにより、入力信号の周波数特性を容易に検出することが可能になる。
また、上述した信号分析手段は、入力信号の低域成分を通過させるカットオフ周波数が異なる複数のフィルタと、複数のフィルタの出力電圧を合成する合成手段とを有しており、位相調整手段は、合成手段による合成電圧に応じて位相調整を行うことが望ましい。これにより、入力信号の信号パターンに応じて可変のジッタの量を調整することができ、信号パターンに応じた適切なパターン効果ジッタを発生させることが可能になる。
また、上述したフィルタには、入力信号と逆相の信号が入力されていることが望ましい。あるいは、上述した位相調整手段は、所定の電圧からフィルタの出力電圧を差し引いた電圧に応じて位相調整を行うことが望ましい。これにより、入力信号を伝送線路に通したときに変化タイミングがずれる向きに入力信号の位相を調整することができ、伝送線路を通したときに発生するパターン効果ジッタを再現することが可能になる。
また、上述した信号分析手段は、フィルタの出力電圧の利得調整を行う利得調整手段を有することが望ましい。特に、上述した利得調整手段によって調整される利得は、伝送線路による信号損失の程度に応じて設定されることが望ましい。これにより、想定される伝送線路の特性を考慮して信号の位相調整を行うことでき、様々な伝送線路を想定した多種類のパターン効果ジッタを共通の回路を用いて発生させることが可能になる。
また、上述した位相調整手段は、信号分析手段による分析結果に応じて参照電圧が変更される差動増幅器であることが望ましい。あるいは、上述した位相調整手段は、信号分析手段による分析結果に応じて参照電圧が変更される電圧比較器であることが望ましい。上述した位相調整手段は、信号分析手段による分析結果に応じて遅延量が変更される可変遅延回路であることが望ましい。これにより、伝送線路に送出される信号の変化のタイミング(信号の位相)を確実かつ容易に変更することができる。
また、上述した信号分析手段と位相調整手段は、入力信号を出力する回路が形成されているチップあるいはモジュールに組み込まれることが望ましい。これにより、ジッタ発生回路や入力信号を出力する回路を含む構成全体の小型化と、製造工程の簡略化や部品点数の削減に伴うコストダウンなどが可能になる。
以下、本発明を適用した一実施形態のジッタ発生回路について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、一実施形態のジッタ発生回路の構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態のジッタ発生回路1は、ドライバ入力回路10、20、複数の利得調整回路30、複数のローパスフィルタ(LPF)40(40A、40B)、…、複数の加算器50、1つの加算器52、ドライバ出力回路60、波形整形回路70を備えている。このジッタ発生回路1は、DUT2とこのDUT2に向けて信号を出力するドライバ3との間に設けられており、ドライバ3からDUT2に向けて出力された信号に対して信号パターンの内容に応じたパターン周期ジッタを付加する動作を行う。
ドライバ入力回路10は、一方の入力端に所定の参照電圧Vref の参照信号が、他方の入力端にドライバ3の出力信号が入力された差動増幅器であり、ドライバ3から入力される信号と同相の信号を出力する。参照電圧Vref は、ドライバ3から入力される信号のローレベルとハイレベルの平均電圧(50%の電圧)に設定されている。ドライバ入力回路10から出力される信号は、差動増幅器によって構成されるドライバ出力回路60に入力される。また、ドライバ入力回路20は、一方の入力端にドライバ3の出力信号が、他方の入力端に所定の参照電圧Vref の参照信号が入力された差動増幅器であり、ドライバ3から入力される信号と逆相の信号を出力する。これら2つのドライバ入力回路10、20は、同じ構成の差動増幅器が用いられるが、入力される2つの信号の関係が反対になっている。それぞれの利得調整回路30は、外部から入力される制御データS1、S2、…によって利得が設定可能であり、ドライバ入力回路20から出力される信号をそれぞれに設定された利得で増幅あるいは減衰して出力する。それぞれのローパスフィルタ40(40A、40B、…)は、対応する利得調整回路30を通した後の信号の低域成分を通過させる。本実施形態では、上述した利得調整回路30とローパスフィルタ40からなる処理系統が複数組備わっている。それぞれの加算器50は、これら複数組の処理系統に含まれる複数のローパスフィルタ40の出力電圧を加算する。加算器52は、複数の加算器50によって加算された電圧と所定の電圧VBB-DC とを加算して参照電圧VBBを生成する。この参照電圧VBBは、ドライバ出力回路60に入力される。ドライバ出力回路60は、ドライバ入力回路10から出力された信号と、加算器52から出力された参照電圧VBBの参照信号とが入力されており、これら2つの信号を用いた差動増幅を行う。ドライバ出力回路60から出力される信号は、波形整形回路70によって波形整形された後にジッタ発生回路1から出力され、DUT2の入力ピンあるいは入出力ピンに入力される。
上述した複数のローパスフィルタ40が信号分析手段に、1つの加算器52、1つのドライバ出力回路60が位相調整手段に、複数の加算器50が合成手段に、複数の利得調整回路30が利得調整手段にそれぞれ対応する。
本実施形態のジッタ発生回路1はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。複数のローパスフィルタ40A、40B、…のそれぞれは、異なるカットオフ周波数が設定されており、異なる周波数成分を通過させる。実際の伝送線路で発生するジッタを1つのフィルタで再現することが困難な場合は、それぞれのフィルタの出力を組み合わせるか、いくつかのフィルタを切り替えて動作させることになる。
図2は、DUT2が実際に実装される環境において用いられる伝送線路による損失によって発生する信号の減衰の説明図である。なお、図2では、信号の減衰状態を説明するために極端に損失が大きい場合が示されている。図2(A)には、高い周波数の信号パターンAの信号が伝送線路に入力された状態が点線で示されている。DUT2に接続された伝送線路における損失が大きいと、信号の電圧がローレベルからハイレベルに、あるいはハイレベルからローレベルに十分に遷移する前に次の状態変化が発生する。このときのタイミングのずれはt10、t11となる。また、図2(B)には、低い周波数の信号パターンCの信号が伝送線路に入力された状態が点線で示されている。伝送線路における損失が大きいと、信号電圧がローレベルからハイレベルに、あるいはハイレベルからローレベルに十分に遷移する際にある程度の時間を要するが、信号パターンCの場合にはハイレベルあるいはローレベルの期間が長いため信号はハイレベルあるいはローレベルに近い電圧レベルまで変化する。このときのタイミングのずれはt20(≠t10)、t21(≠t11)となる。実際の伝送線路には、図2(C)に示すように、図2(A)に示した信号と図2(B)に示した信号とが適宜組み合わされた信号が入力される。図2(C)に示した例では、このときの信号の立ち上がりタイミングのずれt30は、図2(B)に示した信号パターンCの立ち上がりタイミングのずれt20と等しくなるが、立ち下がりタイミングのずれt31は、図2(B)に示した信号パターンCの立ち下がりタイミングのずれt21とは等しくならない。このように、伝送線路に入力される信号のパターンに応じて立ち上がりタイミングや立ち下がりタイミングがずれる量が変動する。本実施形態では、いろいろなパターンの信号の組み合わせで生じる低い周波数成分を複数のローパスフィルタ40A、40B、…を用いることにより検出している。
それぞれのローパスフィルタ40の前段に設けられたそれぞれの利得調整回路30は、ドライバ入力回路20から出力される電圧に対して、制御データ(S1、S2、…)に応じて設定される利得で信号の増幅あるいは減衰を行う。想定している伝送線路の長さや形状等に応じて特性(損失の量や損失の周波数依存性)は異なる。このため、入力信号が同じであっても伝送線路を通した後の減衰の程度が異なる。想定している伝送線路に対応するパターン効果ジッタを発生させるために、制御データS1、S2、…の内容が変更され、各利得調整回路30における利得が可変に設定される。例えば、数々の特性を有する複数の伝送線路について、制御データS1、S2、…をどのような値に設定したときに各伝送線路に対応する適切なパターン効果ジッタを発生させることが可能であるかを、あらかじめ実験やシミュレーション等によって求めておいて、実際に使用される伝送線路の特性を測定してこの測定された特性に対応する制御データS1、S2、…を用いるようにすればよい。
複数の加算器50では、複数のローパスフィルタ40のそれぞれの出力電圧を加算(合成)する。また、加算器52は、所定の電圧VBB-DC に、複数の加算器50によって加算された電圧を加算することにより参照電圧VBBの参照信号を生成し、この生成した参照信号をドライバ出力回路60に入力する。例えば、入力信号のローレベルとハイレベルの平均電圧(50%の電圧)が所定の電圧VBB-DC として用いられており、この電圧VBB-DC に、各ローパスフィルタ40を用いて入力信号の周波数成分を分析して得られた最終段の加算器50の出力電圧が重畳されて、ドライバ出力回路60に入力される。したがって、ドライバ出力回路60に入力される参照信号の電圧レベルを、入力信号の周波数に応じて変化させることができ、この参照信号の電圧レベルに対する差分増幅出力として得られる信号の立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングを、入力信号の信号パターンの内容に応じて調整することが可能になる。
このように、本実施形態のジッタ発生回路1では、入力信号の信号パターンの内容に応じて入力信号の位相を調整することにより、この信号パターンの内容に応じて実際の伝送線路において発生するジッタと同じようなパターン効果ジッタを発生させることができる。しかも、実際の伝送線路と同様の配線等が不要であるため、簡単な構成でパターン効果ジッタを発生させることができる。
また、入力信号をそれぞれのローパスフィルタ40A、40B、…を通すことにより、入力信号の周波数特性を容易に検出することが可能になる。特に、カットオフ周波数が異なる複数のローパスフィルタ40A、40B、…を用いることにより、様々な信号パターンに応じて可変の位相調整を行うことができ、信号パターンに応じた適切なパターン効果ジッタを発生させることが可能になる。また、それぞれのローパスフィルタ40の出力電圧の利得調整を行うことにより(図1に示す構成では、それぞれのローパスフィルタ40の前段に設けられたそれぞれの利得調整回路30によってこの利得調整が行われている)、想定される伝送線路の特性を考慮して信号の位相調整を行うことができ、様々な伝送線路を想定した多種類のパターン効果ジッタを共通のジッタ発生回路1を用いて発生させることが可能になる。さらに、ドライバ出力回路60として差動増幅器を用いることにより、ジッタ発生回路1から出力される信号の変化のタイミング(信号の位相)を確実かつ容易に変更することができる。
また、一方のドライバ入力回路10から出力される信号と逆相の信号を他方のドライバ入力回路20から出力することにより、入力信号を伝送線路に通したときに変化タイミングがずれる向きに入力信号の位相を調整することができ、想定される伝送線路を通したときに発生するパターン効果ジッタを再現することが可能になる。
また、本実施形態のジッタ発生回路1はDUT2とドライバ3の間に設けたため、DUT2に対して各種の試験を行う半導体試験装置のパフォーマンスボードやソケットボードに外付けすることができ、半導体試験装置の構成を換えることなく半導体試験装置からDUT2に入力する信号にジッタを付加することが可能になる。
図3は、ジッタ発生回路1の具体的構成を部分的に示す回路図である。図3に示す構成は、図1に示したドライバ入力回路20から加算器52までの具体的構成を、2つの処理系統について示したものである。図3に示す構成は、一方の処理系統に対応する第1回路100と、他方の処理系統に対応する第2回路200と、所定の電圧VBB-DC を発生するトランジスタ300、抵抗302および定電流回路304と、所定の電圧VBB-DC に2つの処理系統の出力電圧を加算する3つの抵抗310、312、314とを含んでいる。
第1回路100は、差動増幅器を構成する2つのトランジスタ102、104と、これら2つのトランジスタ102、104のエミッタに共通に接続される可変定電流回路106と、2つのトランジスタ102、104のそれぞれのコレクタに個別に接続される負荷抵抗としての抵抗110、112と、一方の抵抗110に並列に接続されたコンデンサ114と、トランジスタ102のコレクタに接続されたトランジスタ120および定電流回路122とを有している。
一方のトランジスタ102のベースにはドライバ3から出力された信号が入力される他方のトランジスタ104のベースには、所定の参照電圧(例えばトランジスタ102に入力される信号のローレベルとハイレベルの平均電圧)VR を有する参照信号が入力される。したがって、一方のトランジスタ102に入力された信号と逆相の信号がこのトランジスタ102のコレクタから出力される。この出力信号の電圧レベルは、制御データS1によって可変定電流回路106の定電流出力値を変更することにより、可変することができる。トランジスタ102のコレクタから出力される信号は、抵抗110とコンデンサ114によって構成されるローパスフィルタによって平滑され、これらの素子定数(抵抗値と静電容量値)で決まるカットオフ周波数以下の低域成分のみが、トランジスタ120を介して出力される。2つのトランジスタ102、104がドライバ入力回路20に、抵抗110、コンデンサ114がローパスフィルタ40Aに、可変定電流回路106が1つの利得調整回路30にそれぞれ対応する。
また、第2回路200は、差動増幅器を構成する2つのトランジスタ202、204と、これら2つのトランジスタ202、204のエミッタに共通に接続される可変定電流回路206と、2つのトランジスタ202、204のそれぞれのコレクタに個別に接続される負荷抵抗としての抵抗210、212と、一方の抵抗210に並列に接続されたコンデンサ214と、トランジスタ202のコレクタに接続されたトランジスタ220および定電流回路222とを有している。第2回路200の構成および各部の動作は、基本的に第1回路100の構成および各部の動作と同じであり、抵抗210およびコンデンサ214によって構成されるローパスフィルタ40Bのカットオフ周波数のみが異なっている。例えば、第1回路100に含まれる抵抗110とコンデンサ114によって構成されるローパスフィルタ40Aのカットオフ周波数の方が、第2回路200に含まれる抵抗210とコンデンサ214によって構成されるローパスフィルタ40Bのカットオフ周波数よりも高く設定されている。このため、第1回路100では入力信号の逆相の信号の高周波成分までの各周波数成分の検出が可能であり、第2回路200では入力信号の逆相の信号の低周波成分の検出が可能となる。
第1回路100、第2回路200および電圧VBB-DC を発生するトランジスタ300の各出力端は、3つの抵抗310、312、314を介して接続されており、この接続点から所定の電圧VBB-DC に2つの処理系統の出力電圧が重畳された参照電圧VBBの参照信号が出力される。
図4は、ジッタ発生回路1の動作を説明する図である。図4(A)にはドライバ入力回路10から出力される信号と参照電圧VBBとの関係が、図4(B)にはジッタが付加されたドライバ出力回路60の出力信号がそれぞれ示されている。
ローレベルが続いた後にローレベルとハイレベルとが頻繁に切り替わる周波数が高い信号が入力されると(図4(A)の期間T1)、そのパターン変化に対応した周波数成分が第1回路100および第2回路200によって検出されて、入力信号のレベル変化に合わせて変動する参照電圧VBBが生成され、この参照電圧VBBに対応するジッタが付加された信号がドライバ出力回路60から出力される(図4(B)の期間T1)。また、ローレベルとハイレベルとが切り替わる周波数が低くなると(図4(A)の期間T2)、この低い周波数成分を有する入力信号のレベル変化に合わせて変動する参照電圧VBBが生成され、この参照電圧VBBに対応するジッタが付加された信号がドライバ出力回路60から出力される(図4(B)の期間T2)。図4(B)ではジッタが付加されない波形が点線で、ジッタが付加された波形が実線で示されている。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、差動増幅器によって構成されるドライバ出力回路60を用いて信号の位相調整を行ったが、差動増幅器の代わりに、電圧比較器や可変遅延回路を用いるようにしてもよい。電圧比較器を用いた場合には、プラス入力端子にドライバ入力回路10の出力信号を入力し、マイナス入力端子に参照電圧VBBの参照信号を入力すればよい。また、可変遅延回路を用いた場合には、参照電圧VBBに応じて遅延量を設定すればよい。
また、上述した実施形態では、複数のローパスフィルタ40A、40B、…を用いて入力信号の信号パターンの内容(周波数特性)を分析するようにしたが、一部あるいは全部のローパスフィルタをバンドパスフィルタやハイパスフィルタに置き換えるようにしてもよい。また、フィルタ以外の構成、例えばあらかじめ検出対象となる複数の信号パターン(比較パターン)を用意しておいて、入力信号とこれら複数の比較パターンとの相関を求めて入力信号の信号パターンの内容を分析するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、ジッタ発生回路1内で、ドライバ入力回路10とドライバ出力回路60とを直接接続したが、ドライバ入力回路10とドライバ出力回路60との間に遅延回路を挿入するようにしてもよい。遅延回路を挿入することにより、ドライバ入力回路10から出力される信号の位相を調整することが可能となる。
また、上述した実施形態では、ジッタ発生回路1をドライバ3とDUT2の間に設置したが、ドライバ3の前段に設けるようにしてもよい。この場合には、ジッタ発生回路1内の波形整形回路70を省略してドライバ出力回路60の出力信号をドライバ3に直接入力してもよい。ドライバ3(入力信号を出力する回路)やその前段に設けられた各種回路(図示せず)が1チップあるいは1つのモジュールの一部として形成されている場合に、ジッタ発生回路1をこれらのチップあるいはモジュールに組み込むようにしてもよい。これにより、ジッタ発生回路1やドライバ3等を含む回路の小型化と、製造工程の簡略化や部品点数の削減に伴うコストダウンなどが可能になる。
本発明によれば、入力信号の信号パターンの内容に応じて入力信号の位相を調整することにより、この信号パターンの内容に応じて伝送線路において発生するジッタと同じようなパターン効果ジッタを発生させることができる。しかも、実際の伝送線路と同様の配線等が不要であるため、簡単な構成でパターン効果ジッタを発生させることができる。
一実施形態のジッタ発生回路の構成を示す図である。 伝送線路による損失によって発生する信号の減衰の説明図である。 ジッタ発生回路の具体的構成を部分的に示す回路図である。 ジッタ発生回路の動作を説明する図である。
符号の説明
1 ジッタ発生回路
2 DUT(被測定デバイス)
3 ドライバ
10、20 ドライバ入力回路
30 利得調整回路
40 ローパスフィルタ(LPF)
50、52 加算回路
60 ドライバ出力回路
70 波形整形回路
100 第1回路
102、104、120、202、204、220 トランジスタ
106、206 可変定電流回路
110、112、210、212、302、310、312、314 抵抗
114、214 コンデンサ
122、222、304 定電流回路
200 第2回路

Claims (14)

  1. 入力信号の信号パターンの内容を分析する信号分析手段と、
    前記信号分析手段による分析結果に応じて、前記入力信号を伝送線路に通したときに変化タイミングがずれる向きに前記入力信号の位相を調整した信号を出力する位相調整手段と、
    を備え、前記入力信号の位相を調整することでジッタを付加するジッタ発生回路。
  2. 請求項1において、
    前記信号分析手段は、前記入力信号の周波数特性を分析するジッタ発生回路。
  3. 請求項1において、
    前記信号分析手段は、前記入力信号の低域成分を通過させるフィルタを有しており、
    前記位相調整手段は、前記フィルタの出力電圧に応じて位相調整を行うジッタ発生回路。
  4. 請求項1において、
    前記信号分析手段は、前記入力信号の低域成分を通過させるカットオフ周波数が異なる複数のフィルタと、前記複数のフィルタの出力電圧を合成する合成手段とを有しており、
    前記位相調整手段は、前記合成手段による合成電圧に応じて位相調整を行うジッタ発生回路。
  5. 請求項3において、
    前記フィルタには、前記入力信号と逆相の信号が入力されているジッタ発生回路。
  6. 請求項3において、
    前記位相調整手段は、所定の電圧から前記フィルタの出力電圧を差し引いた電圧に応じて位相調整を行うジッタ発生回路。
  7. 請求項4において、
    前記フィルタには、前記入力信号と逆相の信号が入力されているジッタ発生回路。
  8. 請求項4において、
    前記位相調整手段は、所定の電圧から前記フィルタの出力電圧を差し引いた電圧に応じて位相調整を行うジッタ発生回路。
  9. 請求項3において、
    前記信号分析手段は、前記フィルタの出力電圧の利得調整を行う利得調整手段を有するジッタ発生回路。
  10. 請求項9において、
    前記利得調整手段によって調整される利得は、前記伝送線路による信号損失の程度に応じて設定されるジッタ発生回路。
  11. 請求項1において、
    前記位相調整手段は、前記信号分析手段による分析結果に応じて参照電圧が変更される差動増幅器であるジッタ発生回路。
  12. 請求項1において、
    前記位相調整手段は、前記信号分析手段による分析結果に応じて参照電圧が変更される電圧比較器であるジッタ発生回路。
  13. 請求項1において、
    前記位相調整手段は、前記信号分析手段による分析結果に応じて遅延量が変更される可変遅延回路であるジッタ発生回路。
  14. 請求項1において、
    前記信号分析手段と前記位相調整手段は、前記入力信号を出力する回路が形成されているチップあるいはモジュールに組み込まれるジッタ発生回路。
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