JP6454145B2 - 試験測定システム及びその利得又は感度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、大まかに言えば、試験測定システムと、光学センサを用いた信号取込みアクセサリに関する。

オシロスコープ、ロジック・アナライザなどのような試験測定装置に関する電気電子産業では、直流的にアイソレート（絶縁）され、より高い周波数成分を含む電気信号を測定したいというニーズが高まっている。直流的にアイソレートされ、より高い周波数成分を含む電気信号を測定する１つの方法は、電気光学プローブを使用することである。なお、アイソレートとは、例えば、２つ電子回路間が電気的には分離されていながら、光などにより信号のやり取りは可能な状態である（非特許文献１）。

特開平７−４９４７３号公報 特開２００６−３６１９号公報

「絶縁 (電気)」の記事、特に「isolation」について、Wikipedia（日本語版）、［オンライン］、［２０１４年１２月８日検索］、インターネット<http://ja.wikipedia.org/wiki/絶縁 (電気)>

伝統的に、電気光学プローブの利得及び感度は、光電（Ｏ／Ｅ）変換部の可変利得増幅器を制御することによって制御されている。即ち、試験測定システムに関する利得や感度は、光線を発光し、被測定デバイス（ＤＵＴ）の測定値を得た後に、光電変換部で調整されている。しかし、光電変換部の可変利得を調整すると、感度は高くなるが、試験測定システム全体の帯域幅及び周波数応答は減少する。

また、通常、電気光学プローブの場合、電気光学プローブの所望の仕様特性（設定諸元：パラメータ）を実現するには、ユーザがＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）を開発することも必要となる。このとき、可変利得の機能を実現するには、ダイナミック・レンジ、ノイズ、周波数、帯域幅応答、システム全体の複雑さなどの点に関しては、妥協しなければならない。

本発明の実施形態の一例としては、試験測定システムの利得又は感度を制御する方法が含まれる。この試験測定システムは、ホスト、光送信部及び光受信部を有するコントローラ、アクセサリ・デバイス及び被測定デバイスを含む。この方法は、試験測定システムの利得又は感度調整が必要か判断する処理と、利得又は感度調整量を決定する処理と、試験測定システムの利得又は感度調整量の決定に応じて、光送信部のレーザの出力パワーを調整する処理を含んでいる。

本発明の実施形態の別の例としては、被測定デバイスと、ホストと、光学センサを有すると共に被測定デバイスに接続されるアクセサリ・デバイスと、アクセサリ・デバイス及びホストに接続されるコントローラとを含む試験測定システムもある。コントローラには、レーザを有する光送信部と、光受信部と、光電変換部とが含まれる。コントローラは、被測定デバイスの測定値の利得又は感度を調整するために、光送信部のレーザの出力を調整するよう構成される。

本発明の概念１は、ホスト、光送信部、光受信部、光電変換部、アクセサリ・デバイス及び被測定デバイスを含む試験測定システムの利得又は感度を制御する方法であって、
上記試験測定システムの利得又は感度の調整が必要か判断する処理と、
上記利得又は感度の調整量を決定する処理と、
上記試験測定システムの上記利得又は感度の調整量の決定に応じて、上記光送信部のレーザの出力パワーを調整する処理と
を具えている。

本発明の概念２は、上記概念１の方法であって、
上記試験測定システムの上記利得又は感度の調整が必要か判断する処理が、校正又は補償ルーチンを実行する処理を更に含み、
該校正又は補償ルーチンを実行する処理が、
上記アクセサリ・デバイス中の光学センサに校正又は補償信号を送信する処理と、
上記校正又は補償信号に応じて、上記アクセサリ・デバイス中の上記光学センサからの光出力信号を上記光受信部で受ける処理と、
受信した上記光出力信号を光電変換部によって電気信号に変換する処理と、
変換された上記電気信号を上記ホストに送信する処理と、
変換された上記電気信号を上記ホストで受ける処理と、
受信した上記電気信号に基いて利得又は感度の調整量を決定する処理と
を有している。

本発明の概念３は、上記概念１の方法であって、上記試験測定システムの上記利得又は感度の調整が必要か判断する処理が、ユーザが所望利得又は感度調整を入力したか判断する処理を含み、上記利得又は感度の上記調整量を決定する処理が、ユーザによって入力された上記所望利得又は感度調整を判断する処理を含んでいる。

本発明の概念４は、上記概念１の方法であって、
より高い感度又は利得が必要な場合に、上記レーザ（光線）の上記出力パワーをより高い値に調整する処理を更に含むことを特徴としている。

本発明の概念５は、試験測定システムであって、
ホストと、
被測定デバイスと、
光学センサを有すると共に上記被測定デバイスに接続されるアクセサリ・デバイスと、
上記アクセサリ・デバイス及び上記ホストに接続されるコントローラと
を具え、
該コントローラが
レーザを有する光送信部と、
光受信部と、
光電変換部とを有し、
上記コントローラが上記光送信部の上記レーザの光出力信号を調整することによって、上記被測定デバイスからの測定値の利得又は感度を調整することを特徴としている。

本発明の概念６は、上記概念５の試験測定システムであって、このとき、上記光受信部が利得固定の増幅器を含むことを特徴としている。

本発明の概念７は、上記概念５の試験測定システムであって、上記被測定デバイスの測定の所望利得又は感度を入力するユーザ入力部を更に具え、
上記コントローラが、上記所望利得又は感度のユーザ入力に応じて、上記光送信部の上記レーザの出力を調整するよう構成されることを特徴としている。

本発明の概念８は、上記概念５の試験測定システムであって、このとき、上記コントローラが、更に、校正又は補償ルーチンで得られる出力信号に基づいて、上記試験測定システムの上記利得又は感度を調整するよう構成されていることを特徴としている。

本発明の概念９は、上記概念５の試験測定システムであって、このとき、上記試験測定システムが、より高い感度又は利得が必要な場合に、上記コントローラが上記レーザの出力を増加させるように構成されていることを特徴としている。

本発明の概念１０は、上記概念５の試験測定システムであって、上記コントローラが試験測定装置内に配置されていることを特徴としている。

図１は、本発明による試験測定システムを示す。 図２は、本発明による試験測定システムのブロック図を示す。

以下に示す複数の図面において、類似又は対応する要素には、同じ符号を付して説明する。なお、これら図面において、各要素の縮尺は、説明の都合上、必ずしも同一ではない。

本発明の試験測定システムは、アクセサリ・デバイス１０４中の光学センサを用いて、被測定デバイス（ＤＵＴ）１０６からの被試験信号の測定値を検出する機能を有する。図１を参照すると、試験測定システムが示され、これは、ホスト１００と、コントローラ１０２と、アクセサリ・デバイス１０４と、アクセサリ・デバイス１０４からコントローラ１０２へと伸びる光伝送パス１０８とを含んでいる。アクセサリ・デバイス１０４は、ＤＵＴ１０６に接続される。コントローラ１０２は、光信号をアクセサリ・デバイス１０４に供給すると共に、戻ってくる光信号を電気信号に変換する信号取込み検査回路を有している。そして、コントローラ１０２は、得られた検出信号をホスト１００へ伝送する。

ＤＵＴ１０６から得られる信号を表す電気信号がコントローラ１０２から出力されると、これは、ホスト１００内の信号取込み（アクイジション）回路に供給される。信号取込み回路は、電気信号をデジタル・データ値に変換し、そのデータ値をメモリ（図示せず）に記憶したり、表示画面１１０上でデータを表示したりする。

図２は、試験測定システムのブロック図である。上述のように、試験測定システムは、ホスト１００、コントローラ１０２、アクセサリ・デバイス１０４及びＤＵＴ１０６を含んでいる。

アクセサリ・デバイス１０４は、光学電圧センサのような光学センサ２００を含む。この光学センサは、例えば、マッハツェンダ（Mach-Zehnder）光学センサであっても良い。ＤＵＴ１０６からの入力信号は、光学センサ２００の入力信号電極２０２及び２０４に供給される。光学センサ２００には、バイアス電極２０６及び２０８もあり、これらは、バイアス制御部（図示せず）に接続される。コントローラ１０２内の光送信部２１２から放射された光は、往路の光伝送パス１０８ａを介して、光学センサ２００中で２つに分岐する光導波路２１０を通り、続いて分岐された２つの光が１つの光に合波されて出力され、帰路の光伝送パス１０８ｂを介して、コントローラ１０２へと戻る。ＤＵＴ１０６からの信号によって入力信号電極２０２及び２０４間に生じる電界により、一方（図２では上側）の分岐光導波路を通過する光には位相シフトが生じる。このため、２つの分岐光導波路からの光が合波されたとき、両者の位相差に応じて、合波された光の強度が変化するので、この変化を検出することで、ＤＵＴ１０６からの信号の電圧測定値を検出できる。

光送信部２１２から光伝送パス１０８ａを介して光学センサ２００に入力される光入力信号を、２つの分岐光導波路に分配する際には、ＤＵＴ１０６からの入力信号がない状態では、２つの分岐される光の特性が全く同一であることが理想的である。更に、２つの分岐光導波路の特性も全く同一であることが理想的である。しかし、現実的には、製造時の個体差や使用時の環境によって、全く同一にするのは困難なので、バイアス電極２０６及び２０８に供給する信号によって、予め校正又は補償し、同一となるようにしても良い。

上述のように、コントローラ１０２は、例えば、レーザ発振器を含む光送信部２１２を含み、また、光受信部２１４と、光電（Ｏ／Ｅ）変換部２１６も含む。動作においては、コントローラ１０２中の光送信部２１２が、光伝送パス１０８ａを介して、光学センサ２００の光導波路２１０へと光線を出射する。光学センサ２００は、ＤＵＴ１０６からの出力信号に応じて、入力された光線を変化させ、その結果として得られる光を、光伝送パス１０８ｂを介して光受信部２１４へと出力する。光電変換部２１６は、光受信部２１４で受けた光信号を振幅変調電気信号に変換するが、これは、ＤＵＴ１６からの被測定信号を表している。

従来、光電変換部２１６の利得は、試験測定システム全体の感度を変更することで調整していた。例えば、従来、光電変換部２１６には、高感度及び低感度のための２つの異なる利得設定があった。しかし、上述のように、受信部の大きな利得変化を実現しようとすると、ダイナミック・レンジ、ノイズ、周波数応答、帯域幅、システム全体の複雑さについて犠牲にしていた。

本発明においては、光電変換部２１６の利得設定を変更するのではなく、光電変換部２１６の増幅器の利得は固定にして使用する。そして、試験測定システムの利得及び感度を制御するのに、光送信部２１２のレーザ光線の出力パワーを調整する。光送信部２１２は、典型的には、フィードバック制御回路（図示せず）を有し、これは、光送信部からの出力パワーを監視し、この出力パワーを所望レベルに維持するように、光送信部の駆動電流を正確に制御する。この駆動電流は、光送信部２１２の出力パワーの変化に対応して、非常に広いレンジに渡って調整できる。光送信部２１２のレーザの波長及び線幅も、駆動電流とは独立に制御できる。システム全体の利得が光送信部の出力パワーに直接比例するので、光送信部の駆動レベルの変化を、システム全体の利得の対応する変化に換算できる。従来行われていたような光受信部２１４の増幅器の調整ではなく、光送信部２１２の出力パワーを調整するのであれば、帯域幅及び周波数応答を劣化させることなく、１０倍を超える利得及び感度の変化を実現できる。

光送信部２１２の光出力信号は、コントローラ１０２によって制御される。ユーザは、アクセサリ・デバイス１０４の所望の利得又は感度をホスト１００に入力できる。すると、ホスト１００は、その所望の利得又は感度をコントローラ１０２に送り、これによって、コントローラ１０２は、光送信部２１２のレーザの出力パワーを調整する。

アクセサリ・デバイス１０４が校正又は補償ルーチンに入っている間は、ユーザが所望の利得又は感度を設定するのではなく、測定システムが、利得を可変制御する設定としても良い。光送信部２１２は、特性が既知の校正信号をアクセサリ・デバイス１０４に送り、アクセサリ・デバイス１０４からの光出力信号が光受信部２１４に戻ってくる。光受信部２１４からの光出力信号は、光電変換部２１６によって電気信号に変換され、この変換で得られた電気信号は、ホスト１００に送られる。ホスト１００に送られた電気信号に基いて、ホスト１００は、バイアス制御部がバイアス電極２０６及び２０８に供給するバイアス電圧の調整量や、光送信部２１２のレーザ発振器の調整量を決定できる。必要に応じて、校正又は補償ルーチンを複数回実施し、より高い精度での校正又は補償を実現しても良い。

光送信部２１２からの光線の強度を上げれば、アクセサリ・デバイス１０４の光学センサ２００によるＤＵＴ１０６の信号を読み取る感度も高くなる。逆に、光線の強度を下げれば、アクセサリ・デバイス１０４の光学センサ２００によるＤＵＴ１０６の信号を読み取る感度も低くなる。従って、もし試験測定システムに必要とされる利得が高ければ、光送信部２１２の光線の出力パワーをより高く設定すれば良い。

光電変換部２１６の利得を調整するのではなく、光送信部２１２でレーザの出力パワーを調整することにより、ダイナミック・レンジ、周波数特性、帯域幅特性を低下させることなく、より高い利得及び感度が可能になる。また、ユーザが所望のパラメータ（仕様、特性）を実現するためのＡＳＩＣを用意したり、受信部に複雑な利得制御回路を設ける必要がないので、測定システム全体が複雑になることがない。更に、光送信部２１２でシステムの利得及び感度を調整することにより、システム全体のノイズを低減できる。

ホスト１００は、オシロスコープ、ロジック・アナライザ、スペクトラム・アナライザなどのようなアクセサリ・デバイスを受けるアクセサリ・デバイス・インタフェースを有する試験測定装置としても良い。

図１では、コントローラ１０２は、ホスト１００から電力供給を受ける独立した構成要素として示しているが、コントローラ１０２自身が独立した電源を有するコントローラであるとしても良い。更には、コントローラ１０２が、独立した構成要素ではなく、ホスト１００内に配置されるとしても良い。即ち、ホスト１００が、光送信部２１２、光受信部２１４及び光電変換部２１６を含んでいるとしても良い。

本発明で用いている用語「コントローラ」及び「プロセッサ」は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＡＳＩＣ、専用ハードウェア・コントローラなどを意図している。本発明は、別の観点から見れば、１つ以上のコンピュータ（モニタリング・モジュールを含む）などで実行される１つ以上のプログラム・モジュールのようなコンピョータで利用可能なデータやコンピョータで実行可能な命令の形で実現されてもよい。一般に、プログラム・モジュールには、複数のルーチン、複数のプログラム、複数のオブジェクト、複数のコンポーンネント、複数のデータ構造などが含まれ、これらは、コンピュータなどの装置中のプロセッサで実行されたときに、特定のタスクを実行したり、抽象データ型（abstract data type）を実現する。コンピョータで実行可能な命令は、ハード・ディスク、光ディスク、リムーバブル記録媒体、ソリッド・ステート・メモリ、ＲＡＭなどのような非一時的なコンピョータ読み出し可能なメディアに記録しても良い。当業者にとっては当然ながら、複数のプログラム・モジュールの機能は、必要に応じて、種々の実施形態において、組み合わせたり、個別に分けたりしても良い。加えて、これら機能は、その全体又はその一部が、集積回路やＦＰＧＡ（field programmable gate arrays）などによるファームウェアやハードウェアの形の等価なもので実現されても良い。特性のデータ構造は、本発明のいくつかの観点を実現するのに効率良く利用でき、こうしたデータ構造は、本願で言うコンピョータで利用可能なデータやコンピョータで実行可能な命令の範囲に含まれると考えられる。

本発明の好ましい実施形態において、本発明の原理を説明し、図示してきたが、本発明は、こうした原理から離れることなく、構成や詳細を変更できることは明かであろう。

１００ ホスト
１０２ コントローラ
１０４ アクセサリ・デバイス
１０６ 被測定デバイス（ＤＵＴ）
１０８ 光伝送パス
１１０ 表示画面（表示装置）
２００ 光学センサ
２０２ 入力信号電極
２０４ 入力信号電極
２０６ バイアス電極
２０８ バイアス電極
２１０ 光導波路
２１２ 光送信部
２１４ 光受信部
２１６ 光電変換部

Claims (3)

1. ホスト、光送信部、光受信部、光電変換部、アクセサリ・デバイス及び被測定デバイスを含む試験測定システムの利得又は感度を制御する方法であって、
   上記試験測定システムの利得又は感度の調整が必要か判断する処理と、
   上記利得又は感度の調整量を決定する処理と、
   上記試験測定システムの上記利得又は感度の調整量の決定に応じて、上記光送信部のレーザの出力パワーを調整する処理と
   を具える試験測定システムの利得又は感度制御方法。
2. 上記試験測定システムの上記利得又は感度の調整が必要か判断する処理が、校正又は補償ルーチンを実行する処理を更に含み、
   該校正又は補償ルーチンを実行する処理が、
   上記アクセサリ・デバイス中の光学センサに校正又は補償信号を送信する処理と、
   上記校正又は補償信号に応じて、上記アクセサリ・デバイス中の上記光学センサからの光出力信号を上記光受信部で受ける処理と、
   受信した上記光出力信号を光電変換部によって電気信号に変換する処理と、
   変換された上記電気信号を上記ホストに送信する処理と、
   変換された上記電気信号を上記ホストで受ける処理と、
   受信した上記電気信号に基いて利得又は感度の調整量を決定する処理と
   を有する請求項１記載の試験測定システムの利得又は感度制御方法。
3. ホストと、
   被測定デバイスと、
   該被測定デバイスに接続された光学センサを有するアクセサリ・デバイスと、
   上記アクセサリ・デバイス及び上記ホストに接続されるコントローラと
   を具え、
   該コントローラが
   レーザを有する光送信部と、
   光受信部と、
   光電変換部とを有し、
   上記コントローラが上記光送信部の上記レーザの光出力信号を調整することによって、上記被測定デバイスからの測定値の利得又は感度を調整する試験測定システム。

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