JP5215679B2 - ジッタ測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、イーサネット（登録商標）やファイバチャネル等で用いられるＧｂｉｔ／ｓの高速なデータ信号のジッタ特性を容易に且つ正確に測定できるようにするための技術に関する。

光や電気のデータ信号の位相揺らぎであるジッタを測定する方法として、リアルタイムオシロスコープ、等価時間サンプリングオシロスコープ、タイムインターバル測定器を用いる方法が知られているが、測定対象のデータ信号は年々高速化されており、そのように高速化されたデータ信号のジッタの正確な測定が困難になってきている。

特に近年では、１０Ｇｂｉｔ／ｓに至る高速のデータ通信が実現されており、その波形をオシロスコープなどで正確に観測するためには、少なくともその３〜５倍の３０〜５０ＧＨｚのアナログ入力帯域が必要であり、この帯域が不十分であると、オシロスコープでデータ信号の符号間干渉（ＩＳＩ）が発生し、この符号間干渉によるデータ依存性ジッタ（ＤＤＪ）が発生する。

この問題を解決する方法として、例えば特許文献１には、測定対象の信号を分周器でＮ分周（Ｎは自然数）し、その分周された信号のジッタを測定する方法が開示されている。

実開平６−２８７５３号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術は、測定対象の信号がクロック信号の場合に有効ではあるが、ジッタ測定用としてＮＲＺ形式の擬似ランダム信号のような所定パターンのデータ信号を用いる場合、正確な測定が行えない場合がある。

即ち、所定パターンのデータ信号を測定対象に与え、その測定対象から出力するデータ信号を分周する場合、その分周後のデータ信号は、データパターンの特定の立ち上がりあるいは立ち下がりだけに同期して分周されてしまう可能性がある。

例えば、図８の（ａ）のように、１２ビットで１１０１００１０１１１０を符号周期とするＮＲＺのデータ信号Ｄが繰り返し入力される場合で、これを例えば分周比２で分周すると、図８の（ｂ）のデータ信号Ｄ′が得られる。

ここで、元のデータ信号Ｄのジッタは、２値のデータが０から１へあるいは１から０へ変化する遷移タイミング、この例では８つの遷移タイミングｘ１〜ｘ８に現れるが、分周によって得られたデータ信号Ｄ′には、その立ち上がりと立ち下がりを含めても４つの遷移タイミングｘ１、ｘ３、ｘ５、ｘ７が繰り返し現れるだけで、元のデータ信号Ｄの遷移タイミングｘ２、ｘ４、ｘ６、ｘ８は得られないことになる。

また、図８の（ｃ）に示すように分周比を４にした場合のデータ信号Ｄ′には、２つの遷移タイミングｘ１、ｘ５しか現れず、その他の遷移タイミングは得られない。

したがって、上記のような分周をしてしまうと、元のデータ信号に含まれるジッタのうち、特定の遷移タイミングにおけるジッタしか測定できず、元のデータ信号に含まれる全てのジッタが反映されない精度の低い測定しか行えない。

本発明は、この問題を解決して、高速なデータ信号のジッタを容易に且つ正確に測定できるジッタ測定装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１記載のジッタ測定装置は、
被測定物から繰り返し出力される所定パターンのＮＲＺ形式のデータ信号を受け、ＲＺ形式のデータ信号に変換する信号変換手段（２５）と、
前記ＮＲＺ形式のデータ信号の符号周期内におけるデータの遷移回数を指定する遷移回数指定手段（２６）と、
所定数値範囲内で、前記遷移回数指定手段によって指定された遷移回数と互いに素な値を分周比として決定する分周比決定手段（２７）と、
前記分周比決定手段によって決定された分周比で、前記ＲＺ形式に変換されたデータ信号を分周する分周器（２８）と、
前記分周器から出力されたデータ信号に対するジッタ測定を行うジッタ測定部（３０）とを備えている。

また、本発明の請求項２のジッタ測定装置は、請求項１記載のジッタ測定装置において、
パターンが異なる試験用のデータ信号のいずれかを指定する試験信号指定手段（２１）と、
前記試験信号指定手段によって指定されたデータ信号をＮＲＺ形式で前記被測定物に与える試験信号送信手段（２２）とを有し、
前記遷移回数指定手段は、前記試験信号指定手段によって指定されたデータ信号のパターン情報に基づいて遷移回数を指定することを特徴とする。

また、本発明の請求項３のジッタ測定装置は、請求項１または請求項２記載のジッタ測定装置において、
前記ジッタ測定部は、
所定周波数で、振幅が単調に且つ周期的に変化し、互いの位相が９０度異なるアナログの２相の基準信号を発生する基準信号発生器（３１）と、
前記２相の基準信号の一方と前記分周器から出力されたデータ信号とを受け、前記データ信号をクロック信号として、前記２相の基準信号の一方を前記クロック信号の周期でサンプリングしてデジタル値に変換する第１のＡ／Ｄ変換装置（３２Ａ）と、
前記２相の基準信号の他方と前記分周器から出力されたデータ信号とを受け、前記データ信号をクロック信号として、前記２相の基準信号の他方を前記クロック信号の周期でサンプリングしてデジタル値に変換する第２のＡ／Ｄ変換装置（３２Ｂ）と、
前記第１のＡ／Ｄ変換装置および前記第２のＡ／Ｄ変換装置の出力値から前記クロック信号の入力間隔を算出する演算部（３３）とを有するタイムインターバル測定部であることを特徴とする。

このように、本発明のジッタ測定装置は、被測定物から繰り返し出力される所定パターンのＮＲＺ形式のデータ信号をＲＺ形式のデータ信号に変換し、そのＲＺ形式のデータ信号を、前記ＮＲＺ形式のデータ信号の符号周期内におけるデータの遷移回数と互いに素な値で分周することで、元のデータ信号より低いビットレートでありながら、元のデータ信号の符号周期内の全てのデータ遷移タイミングの情報が含まれるデータ信号を得て、そのジッタの測定を行うようにしているので、高速なデータ信号のジッタを容易に且つ正確に測定できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用したジッタ測定装置２０の構成を示している。

このジッタ測定装置２０は、試験用のデータ信号を被測定物（例えばデータ中継器等）１に与え、その被測定物１から出力されるデータ信号に対するジッタを測定するためのもものであり、試験信号指定手段２１および試験信号送信手段２２を有している。

試験信号指定手段２１は、ビットレートおよびパターンが異なる複数の試験用のデータ信号（例えば擬似ランダム信号）のいずれかを図示しない操作部の操作などにより指定するためのものであり、試験信号送信手段２２は、試験信号指定手段２１によって指定されたパターンのデータ信号ＤｔをＮＲＺ形式で指定されたビットレートで被測定物１に与える。

被測定物１から繰り返し出力される所定パターンのＮＲＺ形式のデータ信号Ｄｒは、信号変換手段２５により、ＲＺ形式のデータ信号Ｄｒ′に変換される。

ここで、信号変換手段２５は、例えば図２のように、遅延器２５ａとＥＸＯＲ回路２５ｂで構成され、図３の（ａ）のようなＮＲＺ形式のデータ信号Ｄｒと、それを遅延器２５ａで、そのデータ信号のクロック周波数ｆｃ（ビットレート）に対してＴｄ＝１／（２ｆｃ）だけ遅延して図３の（ｂ）のように得られた信号との排他的論理和をとることで、図３の（ｃ）のように、元のデータ信号Ｄｒのレベル遷移タイミングに同期して立ち上がるＲＺ形式のデータ信号Ｄｒ′に変換する。

なお、遅延器２５ａは、試験信号指定手段２１で指定されたビットレートに応じて遅延時間Ｔｄを変化させる機能を有している。

また、試験信号指定手段２１で指定されたパターンの情報Ｐは、遷移回数指定手段２６に入力される。遷移回数指定手段２６は、この試験信号のパターンの情報Ｐから、被測定物１から出力されるＮＲＺ形式のデータ信号Ｄｒの符号周期内におけるデータの遷移回数Ｍを特定して分周比決定手段に２７に指定する。

分周比決定手段２７は、所定数値範囲内で、遷移回数指定手段２６によって指定された遷移回数Ｍと互いに素な値Ｎを分周比として決定する。

ここで、任意のパターンが繰り返される場合、符号周期内におけるデータの遷移回数Ｍは必ず偶数になるから、分周比Ｎは奇数でＭに対して素になる値から選択する。

例えば、前記図８に示したように１符号周期内におけるデータ信号のデータの遷移タイミングが８（＝２×２×２）回ある場合の分周比Ｎは、２の倍数でない奇数３、５、７、９、１１、…の中から決定すればよい。

また、データ信号Ｄｒの遷移タイミングが例えば１２（＝２×２×３）回ある場合の分周比Ｎは、２および３の倍数でない５、７、１１、１３、１７、…の中から決定すればよい。

分周器２８は、分周比決定手段２７によって決定された分周比Ｎで、ＲＺ形式に変換されたデータ信号Ｄｒ′を分周する。

ここで、例えば入力されるＮＲＺ形式のデータ信号Ｄｒが、図４の（ａ）のように符号長１２ビット、その符号周期内のデータ遷移回数Ｍが８の場合、信号変換手段２５によりデータ信号Ｄｒの各データ遷移タイミングｘ１〜ｘ８に同期して立ち上がるＲＺ形式のデータ信号Ｄｒｄ′が図４の（ｂ）のように得られ、分周器２８に入力される。

分周比Ｎが例えば３に設定されている場合、分周器２８からは図４の（ｃ）のように、データ信号Ｄｒの３個おきの遷移タイミングに同期して立ち上がるデータ信号Ｄｒ″が出力される。

即ち、データ信号Ｄｒの１符号周期の１周期目には、その遷移タイミングｘ１、ｘ４、ｘ７に同期して立ち上がるデータ信号Ｄｒ″が得られ、データ信号Ｄｒの１符号周期の２周期目には、その遷移タイミングｘ２、ｘ５、ｘ８に同期して立ち上がるデータ信号Ｄｒ″が得られ、データ信号Ｄｒの１符号周期の３周期目には、その遷移タイミングｘ３、ｘ６に同期して立ち上がるデータ信号Ｄｒ″が得られることになる。

したがって、データ信号Ｄｒが３周期分入力される間にデータ信号Ｄｒの符号周期内の立ち上がり、立ち下がりの全てのデータ遷移タイミングの情報を１回ずつその立ち上がりタイミングに含み、且つ１／Ｎに低速化されたデータ信号Ｄｒ″を得ることができる。

なお、高速でジッタを測定する場合、分周比Ｎは、分周器２８の出力するデータ信号Ｄｒ″のビットレートが、ジッタ測定部３０の周波数特性（主に、使用するＡ／Ｄ変換装置のクロック信号の上限周波数）に見合うまで大きい値に決定すればよい。

このようにデータ信号Ｄｒの符号周期内の立ち上がり、立ち下がりの全てのデータ遷移タイミングの情報を均等に含むデータ信号Ｄｒ″は、ジッタ測定部３０に入力される。

ジッタ測定部３０は、分周によって得られたデータ信号Ｄｒ″に対するサンプリングを一定期間（例えば元のデータ信号ＤｒのＮ周期分またはその整数倍）行い、その立ち上がりタイミングの位相揺らぎ（ジッタ）を定量的に求めるものであり、その構成は任意である。

例えばそのデータ信号の波形をアイパターン表示し、パターンの幅などをジッタ量として数値化して表示する機能を有するオシロスコープや、データ信号Ｄｒ″の立ち上がりタイミングの間隔時間を測定（タイムインターバル測定）し、データ信号Ｄｒのパターン情報とビットレートから得られる基準の間隔時間との差をジッタ量として求める構成等を周知のものを用いることができる。

ここで、データ信号Ｄｒ″の各立ち上がりタイミングと元のデータ信号Ｄｒのデータ遷移タイミングと対応関係は、データ遷移回数Ｍと分周比Ｎとから一義的に決まるので、ジッタ測定部３０はデータ信号Ｄｒのデータ遷移タイミング毎のジッタ量Ｊ１〜Ｊ８をそれぞれ求めることができる。

また、データ信号Ｄｒのデータ遷移タイミング毎のジッタについてそれぞれ平均化処理を行うことで、各データ遷移タイミングに含まれるランダムジッタの影響をなくすことができ、被測定物１で生じたデータ依存性ジッタのみを検出することができる。

また、ジッタ測定部３０としては、上記のようにして得たデータ遷移タイミング毎のジッタＪ１〜Ｊ８の分布を求めて例えば図５の（ａ）のように表示器３５に表示させたり、ジッタ量のヒストグラムを求めて例えば図５の（ｂ）のように表示器３５に表示する機能を有していてもよい。

なお、ここでは被測定物１が電気のデータ信号Ｄｔを受けて電気のデータ信号Ｄｒを出力する場合について説明したが、被測定物１が光のデータ信号Ｄｔを受けて光のデータ信号Ｄｒを出力する場合には、試験信号送信手段２１の出力部に電気信号を光信号に変換するインタフェースを設け、信号変換手段２５の入力部に光信号を電気信号に変換するインタフェースを設ければよい。

また、この実施形態のジッタ測定装置２０は、試験用データ信号Ｄｔの送信機能を有していたが、被測定物がデータ送信器のような場合には、図６のジッタ測定装置２０′のように、試験用データ信号Ｄｔの送信機能を有していないものでジッタ測定が可能である。ただし、この場合、被測定物１が出力するデータ信号Ｄｒの情報（パターンおよびビットレートの情報は既知で、それらの情報を入力設定できるように構成されているものとする。

実施形態のジッタ測定部３０は、例えば図７に示すタイムインターバル測定部３０にも適用できる。

このタイムインターバル測定部３０は、基準信号発生器３１により、周波数が一定で、瞬時振幅から位相特定可能な周期関数、即ち、振幅が単調に且つ周期的に変化し、互いの位相が９０度異なる２相の基準信号（例えば正弦波信号、三角波信号等）Ａａ、Ａｂを生成して、２つのＡ／Ｄ変換装置３２Ａ、３２Ｂにそれぞれ入力し、前記実施形態で説明した分周器２８から出力されたデータ信号Ｄｒ″をクロック信号としてＡ／Ｄ変換装置３２Ａ、３２Ｂに共通に入力し、２つのＡ／Ｄ変換装置３２Ａ、３２Ｂから出力されるデータ信号Ｄａ、Ｄｂを演算部３３に与える。

演算部３３は、基準信号の直交性を利用してデータＤａ、Ｄｂの比等から基準信号の瞬時位相φ（ｋ）を求め、さらにその瞬時位相の変位量、
Δφ＝φ（ｋ＋１）−φ（ｋ）
を求め、この変位量Δφと基準信号の周期Ｔｒを用いて、クロック信号であるデータ信号Ｄｒ″の立ち上がりタイミングの間隔時間、
ΔＴ＝Ｔｒ・（Δφ／２π）
を測定する。その後の処理は、前記実施形態の処理と同様である。

本発明の実施形態の構成を示す図 実施形態の要部の回路例を示す図 実施形態の要部の動作を説明するための波形図 実施形態の動作を説明するための波形図 ジッタの測定結果の表示例を示す図 送信部を持たない構成例を示す図 ジッタ測定部としてタイムインターバル測定部を適用した構成例 データ信号をそのデータ遷移回数に無関係に分周したときに得られる信号例を示す図

符号の説明

１……被測定物、２０、２０′……ジッタ測定装置、２１……試験信号指定手段、２２……試験信号送信手段、２５……信号変換手段、２６……遷移回数指定手段、２７……分周比決定手段、２８……分周器、３０……ジッタ測定部（タイムインターバル測定部）、３１……基準信号発生器、３２Ａ、３２Ｂ……Ａ／Ｄ変換装置、３３……演算部、３５……表示器

Claims (3)

1. 被測定物から繰り返し出力される所定パターンのＮＲＺ形式のデータ信号を受け、ＲＺ形式のデータ信号に変換する信号変換手段（２５）と、
   前記ＮＲＺ形式のデータ信号の符号周期内におけるデータの遷移回数を指定する遷移回数指定手段（２６）と、
   所定数値範囲内で、前記遷移回数指定手段によって指定された遷移回数と互いに素な値を分周比として決定する分周比決定手段（２７）と、
   前記分周比決定手段によって決定された分周比で、前記ＲＺ形式に変換されたデータ信号を分周する分周器（２８）と、
   前記分周器から出力されたデータ信号に対するジッタ測定を行うジッタ測定部（３０）とを備えたジッタ測定装置。
2. パターンが異なる試験用のデータ信号のいずれかを指定する試験信号指定手段（２１）と、
   前記試験信号指定手段によって指定されたデータ信号をＮＲＺ形式で前記被測定物に与える試験信号送信手段（２２）とを有し、
   前記遷移回数指定手段は、前記試験信号指定手段によって指定されたデータ信号のパターン情報に基づいて遷移回数を指定することを特徴とする請求項１記載のジッタ測定装置。
3. 前記ジッタ測定部は、
   所定周波数で、振幅が単調に且つ周期的に変化し、互いの位相が９０度異なるアナログの２相の基準信号を発生する基準信号発生器（３１）と、
   前記２相の基準信号の一方と前記分周器から出力されたデータ信号とを受け、前記データ信号をクロック信号として、前記２相の基準信号の一方を前記クロック信号の周期でサンプリングしてデジタル値に変換する第１のＡ／Ｄ変換装置（３２Ａ）と、
   前記２相の基準信号の他方と前記分周器から出力されたデータ信号とを受け、前記データ信号をクロック信号として、前記２相の基準信号の他方を前記クロック信号の周期でサンプリングしてデジタル値に変換する第２のＡ／Ｄ変換装置（３２Ｂ）と、
   前記第１のＡ／Ｄ変換装置および前記第２のＡ／Ｄ変換装置の出力値から前記クロック信号の入力間隔を算出する演算部（３３）とを有するタイムインターバル測定部であることを特徴とする前記請求項１または請求項２記載のジッタ測定装置。

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