JP6571133B2 - 信号発生装置および信号発生方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えばPCIe Gen4.0、USB3.0/3.1、Thunderboltなどのデジタル信号の伝送規格に基づく所望のロス値(損失量)によるISI(InterSymbol Interference:符号間干渉)を印加した信号や所望のロス値によるISIを印加した状態で所望のエンファシスを付加した信号を発生する信号発生装置および信号発生方法に関する。
例えば、誤り率測定装置の被測定物であるPCIe Gen4.0、USB3.0/3.1、Thunderboltなどのデジタル信号の伝送規格に対応したデバイスにおいては、伝送規格毎のテストボード(Test Board)の特性を評価するため、テストボードへの入力に規定の伝送線路損失を模擬したテストフィクスチャであるISI校正チャネル(Calibration Channel)を導入する必要がある。
しかしながら、ISI校正チャネルの損失量は伝送規格により様々である。このため、ユーザは伝送規格毎のテストボードとは別に伝送規格に合致したISI校正チャネルのロスボードを用意する必要があった。しかも、このISI校正チャネルのロスボードを用意するにあたっては、実際にロスボードのロス値を測定し、目標とするロス値が得られるか否かを評価しなければならないという面倒な作業を伴い、ユーザの負担となっていた。
ところで、伝送規格毎のテストボードの特性を評価するにあたっては、上述したISI校正チャネルによる損失だけでなくエンファシスを付加して評価を行いたいという要望もある。
エンファシスを付加する技術としては、例えば下記特許文献1に開示されるエンファシス最適化装置が知られている。このエンファシス最適化装置によれば、タップ幅と各タップ毎の強度値(変調量)を設定するにあたって、エンファシスを最適値に近づけることができる。
特開2013−201661号公報
しかしながら、上述した特許文献1のエンファシス最適化装置では、多タップエンファシスを使用してISIチャネルを構成している場合には、目的とする振幅特性を得ることができなかった。
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、デジタル信号の伝送規格に合致したロスボードを用意する必要がなく、所望のロス値によるISIを印加した信号や所望のロス値によるISIを印加した状態で所望のエンファシスを付加した信号を発生することができる信号発生装置および信号発生方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明の請求項1に記載された信号発生装置は、デジタル信号の伝送規格に基づく信号の振幅特性を入力データとし、該入力データの振幅特性の逆特性から伝達関数の逆特性を算出する逆特性算出手段2と、
前記逆特性算出手段にて前記入力データの振幅特性の逆特性から算出された前記伝達関数の逆特性を逆フーリエ変換してインパルス応答を算出する逆フーリエ変換手段3と、
前記逆フーリエ変換手段にて求めたインパルス応答のピークを基準として所望のタップ数分のポイントを切り出すインパルス応答切出手段4と、
前記インパルス応答切出手段にて前記インパルス応答から切り出した値に基づいてパワースペクトラムを算出するパワースペクトラム算出手段5と、
前記入力データにおける設定ロス値と実際のロス値との差分値から得られるロス値補正曲線11を用いて前記パワースペクトラム算出手段にて算出したパワースペクトラムのロス値を補正するロス値補正手段6とを備えたことを特徴とする。
請求項2に記載された信号発生装置は、請求項1の信号発生装置において、
前記ロス値補正手段6にて補正されたパワースペクトラムの振幅特性と所定のエンファシス振幅特性とを合成した合成振幅特性を前記逆フーリエ変換手段3にフィードバックする振幅特性合成手段7を備え、
前記合成振幅特性を前記逆特性算出手段2にフィードバックして前記逆フーリエ変換によるインパルス応答の算出、前記インパルス応答のピークを基準とする所望のタップ数分のポイントの切り出し、前記インパルス応答から切り出した値に基づくパワースペクトラムの算出を実行することを特徴とする。
請求項3に記載された信号発生方法は、デジタル信号の伝送規格に基づく信号の振幅特性を入力データとし、該入力データの振幅特性の逆特性から伝達関数の逆特性を算出するステップと、
前記入力データの振幅特性の逆特性から算出された前記伝達関数の逆特性を逆フーリエ変換してインパルス応答を算出するステップと、
前記インパルス応答のピークを基準として所望のタップ数分のポイントを切り出すステップと、
前記インパルス応答から切り出した値に基づいてパワースペクトラムを算出するステップと、
前記入力データにおける設定ロス値と実際のロス値との差分値から得られるロス値補正曲線11を用いて前記パワースペクトラムのロス値を補正するステップとを含むことを特徴とする。
請求項4に記載された信号発生方法は、請求項3の信号発生方法において、
前記ロス値が補正されたパワースペクトラムの振幅特性と所定のエンファシス振幅特性とを合成した合成振幅特性をフィードバックし、前記逆フーリエ変換によるインパルス応答の算出、前記インパルス応答のピークを基準とする所望のタップ数分のポイントの切り出し、前記インパルス応答から切り出した値に基づくパワースペクトラムの算出を実行するステップを含むことを特徴とする。
本発明によれば、デジタル信号の伝送規格に基づく所望のロス値によるISIを印加した信号を得ることができる。その際、ユーザが伝送規格に合致したISI校正チャネルのロスボードを用意する必要がないので、面倒な作業を伴うこともなくユーザへの負担を軽減することができる。
また、ISI振幅特性とエンファシス振幅特性を振幅合成した合成振幅特性が得られるように合成振幅特性からタップ係数への逆演算を行い、全てのタップにおけるロス値を補償して所望のエンファシスを付加することができる。
本発明に係る信号発生装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明に用いられるロス値補正曲線の一例を示す図である。 本発明に用いられるFIRフィルタの構成例を示す図である。 (a)〜(d)本発明においてISI波形の信号を発生する際の処理手順の一部を示す概略説明図である。 図2のロス値補正曲線によるロス値の補正を行わない場合の振幅特性の一例を示す図である。 図2のロス値補正曲線によるロス値の補正を行った場合の振幅特性の一例を示す図である。 15dBのISIチャネルのタップ係数、エンファシス(1post 1pre)のタップ係数、ISIチャネルのタップ係数とエンファシスのタップ係数とのタップ係数足し算、逆演算によるタップ係数の一例を示す図である。 ISI振幅特性、エンファシス振幅特性、ISI振幅特性とエンファシス振幅特性を振幅合成した合成振幅特性、ISI振幅特性とエンファシス振幅特性のタップ係数を単純に足し算したときの振幅特性を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明に係る信号発生装置および信号発生方法は、デジタル信号の伝送規格に基づく所望のロス値(損失量)によるISI(InterSymbol Interference:符号間干渉)を印加した信号(ISI波形の信号)や所望のロス値によるISIを印加した状態で所望のエンファシスを付加した信号(ISI波形+エンファシス波形の信号)を発生するものである。なお、本発明が適用されるデジタル信号の伝送規格には、例えばPCIe Gen4.0、USB3.0/3.1、Thunderboltなどがある。
[信号発生装置の構成について]
図1に示すように、本実施の形態の信号発生装置1は、例えば被測定物の誤り率を測定する誤り率測定装置、アイパターンを観測するサンプリングオシロスコープなどの測定器に用いられ、逆特性算出手段2、逆フーリエ変換手段3、インパルス応答切出手段4、パワースペクトラム算出手段5、ロス値補正手段6、振幅特性合成手段7、信号発生手段8を備えて構成される。
なお、図1において、ISI波形の信号を発生する処理経路がR1、ISI波形+エンファシス波形の信号を発生する処理経路がR2となっている。
逆特性算出手段2は、ISI波形の信号を発生するときに、デジタル信号の伝送規格に基づく信号の振幅特性を入力データとし、この入力データの振幅特性の逆特性から伝達関数の逆特性を算出する。また、逆特性算出手段2は、ISI波形+エンファシス波形の信号を発生するときに、振幅特性合成手段7からフィードバックされる合成振幅特性の逆特性から伝達関数の逆特性を算出する。
逆フーリエ変換手段3は、ISI波形の信号を発生するときに、処理経路R1の逆特性算出手段2にて入力データの振幅特性の逆特性から算出された伝達関数の逆特性を逆フーリエ変換してインパルス応答を算出する。また、逆フーリエ変換手段3は、ISI波形+エンファシス波形の信号を発生するときに、処理経路R2の逆特性算出手段2にて合成振幅特性の逆特性から算出される伝達関数の逆特性を逆フーリエ変換してインパルス応答を算出する。
インパルス応答切出手段4は、ISI波形の信号を発生するときに、処理経路R1の逆フーリエ変換手段3にて求めたインパルス応答のピークを基準として所望のタップ数分(例えば10タップ分:6post 3pre)のポイントを切り出す。また、インパルス応答切出手段4は、ISI波形+エンファシス波形の信号を発生するときに、処理経路R2の逆フーリエ変換手段3にて求めたインパルス応答のピークを基準として所望のタップ数分(例えば10タップ分:6post 3pre)のポイントを切り出す。
上記インパルス応答を切り出した値は、テストボードへの入力波形を歪ませるFIR(Finite impulse response :有限インパルス応答)フィルタのフィルタ係数となり、タップ係数を求めるのに使用される。タップ係数は、Mainのタップを基準として、そこからのゲイン/損失の割合を求める従来より周知の方法で算出して設定することができる。
パワースペクトラム算出手段5は、ISI波形の信号を発生するときに、処理経路R1のインパルス応答切出手段4にてインパルス応答から切り出した値に基づいてパワースペクトラムを算出する。また、パワースペクトラム算出手段5は、ISI波形+エンファシス波形の信号を発生するときに、処理経路R2のインパルス応答切出手段4にてインパルス応答から切り出した値に基づいてパワースペクトラムを算出する。
ロス値補正手段6は、処理経路R1でISI波形の信号を発生するときに、処理経路R1のパワースペクトラム算出手段5にて算出したパワースペクトラムのロス値を図2に示すロス値補正曲線11を用いて補正する。
ロス値補正曲線11は、入力データの振幅特性において設定したい目標のロス値(設定ロス値:図2の縦軸)と、設定ロス値に対する実際のロス値(補正ロス値:図2の横軸)との差分値(設定ロス値に対する誤差)から公知の処理手段やソフトウェアなどを用いて作成される近似曲線からなる。ロス値補正曲線11は、周波数には依存せず、タップ数によって曲線が変化するため、予めタップ数ごとにテーブル化されたデータとして記憶しておいたり、所望とするタップ数に応じて都度計算によって算出する。図2はタップ数が10タップの場合のロス値補正曲線11を示している。
なお、ロス値補正曲線11を作成するにあたっては、デジタル信号の伝送規格の許容誤差範囲(例えば±0.5dB)に収まるように、特に変化点近傍のポイントを多く求めて精度を高めるのが好ましい。
振幅特性合成手段7は、処理経路R1のロス値補正手段6にて補正されたパワースペクトラムの振幅特性と、所定のエンファシス振幅特性(例えば、1post 1pre、2post 1preなど)とを合成(振幅特性の足し算)し、合成した合成振幅特性を逆フーリエ変換手段3にフィードバックする。
信号発生手段8は、図3に示すFIRフィルタ12を含み、FIRフィルタ12に設定されるタップ係数に基づいてテストボードへの入力波形を歪ませる所望の伝送規格に応じたISI波形の信号やISI波形+エンファシス波形の信号を発生する。
FIRフィルタ12は、例えば10タップの場合、図3に示すように、D型フリップフロップなどの10個の遅延回路12a−1,12a−2,12a−3,12a−4,12a−5,12a−6,12a−7,12a−8,12a−9,12a−10と、10個の乗算器12b−1,12b−2,12b−3,12b−4,12b−5,12b−6,12b−7,12b−8,12b−9,12b−10と、9個の加算器12c−1,12c−2,12c−3,12c−4,12c−5,12c−6,12c−7,12c−8,12c−9とを備え、入力端子13と出力端子14との間に10個の遅延回路12a−1,12a−2,12a−3,12a−4,12a−5,12a−6,12a−7,12a−8,12a−9,12a−10を直列に接続して10個のタップを形成する。各タップには設定されたタップ係数を乗算するための10個の乗算器12b−1,12b−2,12b−3,12b−4,12b−5,12b−6,12b−7,12b−8,12b−9,12b−10が接続される。また、10個の乗算器12b−1,12b−2,12b−3,12b−4,12b−5,12b−6,12b−7,12b−8,12b−9,12b−10の前後の段の出力は、9個の加算器12c−1,12c−2,12c−3,12c−4,12c−5,12c−6,12c−7,12c−8,12c−9の対応する段に接続される。そして、10個の乗算器12b−1,12b−2,12b−3,12b−4,12b−5,12b−6,12b−7,12b−8,12b−9,12b−10の乗算結果の総和を算出して出力する。
次に、上記のように構成される信号発生装置1を用い、処理経路R1にてISI波形の信号を発生する方法について図4を参照しながら説明する。
ステップ1:逆特性算出手段2により、デジタル信号の伝送規格に基づく信号(入力データ)の振幅特性(図4(a)の破線:A1)の逆特性(図4(a)の実線:A2)から伝達関数の逆特性A3(図4(b))を算出する。
ステップ2:逆フーリエ変換手段3により、ステップ1にて入力データの振幅特性の逆特性から算出された伝達関数の逆特性を逆フーリエ変換してインパルス応答h(図4(c))を算出する。
ステップ3:インパルス応答切出手段4により、ステップ2にて算出されたインパルス応答のピークを基準として所望のタップ数分(例えば10タップ分:6post 3pre)のポイント(図4(d)の点線で囲まれるポイント)を切り出す。
ステップ4:パワースペクトラム算出手段5により、ステップ3にてインパルス応答から切り出した値に基づいてパワースペクトラムA4(図4(d))を算出する。
ステップ5:ロス値補正手段6により、ステップ4にて算出したパワースペクトラムのロス値を図2に示すロス値補正曲線11を用いて補正する。
ここで、10タップ、16GHz(測定するビットレートの半分の周波数)で設定ロス値が25dBのISI波形の信号を発生する場合において、ロス値補正手段6にてロス値補正曲線11によるロス値の補正を行わない場合の結果を図5に示す。
図5に示すように、16GHzにおけるロス値が約23dBであり、設定ロス値25dBに対して2dB足りないことが判る。これはパワースペクトラム算出手段5にてパワースペクトラムを求める際に、10タップへの丸め誤差が発生するためである。この丸め誤差は、ハード的な制約により半導体が置けない、消費電力が大きくなるなど、タップ数を増やす対応がとれないことが原因である。
そこで、本実施の形態では、上述した丸め誤差を無くすため、図2における設定ロス値25dBを補正ロス値27dBとし、ロス値補正手段6にてロス値補正曲線11を用いたロス値の補正を行う。これにより、図6に示すように、16GHzにおいて期待通り25dBのロス値に設定することができる。
ステップ6:信号発生手段8により、算出したタップ係数をFIRフィルタ12に設定し、所望の伝送規格に応じたISI波形の信号を発生する。
次に、上記のように構成される信号発生装置1を用い、全てのタップにおけるロス値を補償してエンファシスを付加し、処理経路R2にてISI波形+エンファシス波形の信号を発生する方法について説明する。
まず、本実施の形態において、全てのタップにおけるロス値を補償してエンファシスを付加することを考える。この場合、各タップ係数の求め方は上述したISI波形の信号を発生するときと全く同じ手法である。但し、通常、各種伝送規格では1post 1preや2post 1preなどのエンファシス設定が主であり、全てのタップ(例えば10タップ)を使用しての補償は考えづらい。
その際、タップ係数は、外部のISIチャネルを入力信号としてエンファシスをかけるのであれば特に問題となることはない。しかし、本実施の形態のように、多タップ(例えば10タップ)エンファシスを使用してISIチャネルを構成している場合には、図7に示すISIチャネルにおけるタップ係数とエンファシス設定におけるタップ係数を単純に足せばよいというものではない。
すなわち、ISI振幅特性(図8のA4)とエンファシス振幅特性(図8のA5)それぞれの振幅特性を単純に足し合わせた合成振幅特性(図8の点線:A6)では、目標周波数(16GHz)においてロス値がほぼ0dBになり、所望の振幅特性が得られることが判る。これに対し、図7のISIチャネルにおけるタップ係数とエンファシス設定におけるタップ係数とを単純に足し合わせた振幅特性(図8のA7)では、目標周波数(16GHz)においてゲインがかかった過補償の状態になってしまっている。つまり、単純なdBの足し算を行うだけでは正しく補償を行うことができないことが判る。
そこで、本実施の形態では、以下に説明するように、合成振幅特性からタップ係数への逆演算を行っている。すなわち、ISI振幅特性とエンファシス振幅特性の合成振幅特性を逆特性算出手段2にフィードバックさせて再度図1の手順(処理経路R2)を用いてタップ係数を取得するという手法を採用している。ISI波形+エンファシス波形の信号を発生する。
これにより、図7から判るように、結果的に全てのタップ係数を操作することで1post 1preの振幅特性を得ることができる。その結果、ISIをかけた状態でエンファシスを加える多タップエンファシスによるISI校正チャネルを実現できる。以下、全てのタップにおけるロス値を補償してエンファシスを付加してISI波形+エンファシス波形の信号を発生する方法について説明する。
ステップ11:逆特性算出手段2により、デジタル信号の伝送規格に基づく信号(入力データ)の振幅特性(図4(a)の破線:A1)の逆特性(図4(a)の実線:A2)から伝達関数の逆特性A3(図4(b))を算出する。
ステップ12:逆フーリエ変換手段3により、ステップ11にて入力データの振幅特性の逆特性から算出された伝達関数の逆特性を逆フーリエ変換してインパルス応答h(図4(c))を算出する。
ステップ13:インパルス応答切出手段4により、ステップ12にて算出されたインパルス応答のピークを基準として所望のタップ数分(例えば10タップ分:6post 3pre)のポイント(図4(d)の点線で囲まれるポイント)を切り出す。
ステップ14:パワースペクトラム算出手段5により、ステップ13にてインパルス応答から切り出した値に基づいてパワースペクトラムA4(図4(d))を算出する。
ステップ15:ロス値補正手段6により、ステップ14にて算出したパワースペクトラムのロス値を図2に示すロス値補正曲線11を用いて補正する。
ステップ16:振幅特性合成手段7により、ロス値補正手段6にて補正されたパワースペクトラムの振幅特性(ISI振幅特性)と、エンファシス振幅特性(例えば、1post 1pre、2post 1preなどのエンファシス振幅特性)とを合成し、合成した合成振幅特性を逆フーリエ変換手段3にフィードバックする。
ステップ17:逆特性算出手段2により、振幅特性合成手段7からフィードバックされる合成振幅特性の逆特性から伝達関数の逆特性を算出する。
ステップ18:逆フーリエ変換手段3により、合成振幅特性の逆特性から算出される伝達関数の逆特性を逆フーリエ変換してインパルス応答を算出する。
ステップ19:インパルス応答切出手段4により、インパルス応答のピークから、所望のタップ数分(例えば10タップ分:6post 3pre)のポイントを切り出す。
ステップ20:パワースペクトラム算出手段5により、インパルス応答から切り出した値に基づいてパワースペクトラム(図8の点線で示す振幅特性)を算出する。
ステップ21:信号発生手段8により、算出したタップ係数をFIRフィルタ12に設定し、所望の伝送規格に応じたISI波形+エンファシス波形の信号を発生する。
このように、本実施の形態の信号発生装置1では、パワースペクトラムを求める際、発生する丸め誤差が相殺されるようにロス値補正曲線を用いてロス値の補正を行う。これにより、デジタル信号の伝送規格に基づく所望のロス値によるISIを印加した信号を得ることができる。その際、ユーザが伝送規格毎のテストボードとは別に伝送規格に合致したISI校正チャネルのロスボードを用意する必要もないので、面倒な作業を伴うこともなくユーザに係る負担を無くすことができる。
また、本実施の形態の信号発生装置1では、ISI振幅特性とエンファシス振幅特性を振幅合成した合成振幅特性が得られるように合成振幅特性からタップ係数への逆演算を行う。これにより、全てのタップにおけるロス値を補償して所望のエンファシスを付加することができる。
以上、本発明に係る信号発生装置および信号発生方法の最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。
1 信号発生装置
2 逆特性算出手段
3 逆フーリエ変換手段
4 インパルス応答切出手段
5 パワースペクトラム算出手段
6 ロス値補正手段
7 振幅特性合成手段
8 信号発生手段
11 ロス値補正曲線
12 FIRフィルタ
12a−1,12a−2,12a−3,12a−4,12a−5,12a−6,12a−7,12a−8,12a−9,12a−10 遅延回路
12b−1,12b−2,12b−3,12b−4,12b−5,12b−6,12b−7,12b−8,12b−9,12b−10 乗算器
12c−1,12c−2,12c−3,12c−4,12c−5,12c−6,12c−7,12c−8,12c−9 加算器
13 入力端子
14 出力端子
R1,R2 処理経路
A1 入力データの振幅特性
A2 入力データの逆特性
A3 入力データの逆特性の伝達関数の逆特性
A4 ISI振幅特性
A5 エンファシス振幅特性
A6 合成振幅特性
A7 ISIのタップ係数とエンファシスのタップ係数とを足し合わせた振幅特性

Claims (4)

  1. デジタル信号の伝送規格に基づく信号の振幅特性を入力データとし、該入力データの振幅特性の逆特性から伝達関数の逆特性を算出する逆特性算出手段(2)と、
    前記逆特性算出手段にて前記入力データの振幅特性の逆特性から算出された前記伝達関数の逆特性を逆フーリエ変換してインパルス応答を算出する逆フーリエ変換手段(3)と、
    前記逆フーリエ変換手段にて求めたインパルス応答のピークを基準として所望のタップ数分のポイントを切り出すインパルス応答切出手段(4)と、
    前記インパルス応答切出手段にて前記インパルス応答から切り出した値に基づいてパワースペクトラムを算出するパワースペクトラム算出手段(5)と、
    前記入力データにおける設定ロス値と実際のロス値との差分値から得られるロス値補正曲線(11)を用いて前記パワースペクトラム算出手段にて算出したパワースペクトラムのロス値を補正するロス値補正手段(6)とを備えたことを特徴とする信号発生装置。
  2. 前記ロス値補正手段(6)にて補正されたパワースペクトラムの振幅特性と所定のエンファシス振幅特性とを合成した合成振幅特性を前記逆フーリエ変換手段(3)にフィードバックする振幅特性合成手段(7)を備え、
    前記合成振幅特性を前記逆特性算出手段(2)にフィードバックして前記逆フーリエ変換によるインパルス応答の算出、前記インパルス応答のピークを基準とする所望のタップ数分のポイントの切り出し、前記インパルス応答から切り出した値に基づくパワースペクトラムの算出を実行することを特徴とする請求項1記載の信号発生装置。
  3. デジタル信号の伝送規格に基づく信号の振幅特性を入力データとし、該入力データの振幅特性の逆特性から伝達関数の逆特性を算出するステップと、
    前記入力データの振幅特性の逆特性から算出された前記伝達関数の逆特性を逆フーリエ変換してインパルス応答を算出するステップと、
    前記インパルス応答のピークを基準として所望のタップ数分のポイントを切り出すステップと、
    前記インパルス応答から切り出した値に基づいてパワースペクトラムを算出するステップと、
    前記入力データにおける設定ロス値と実際のロス値との差分値から得られるロス値補正曲線(11)を用いて前記パワースペクトラムのロス値を補正するステップとを含むことを特徴とする信号発生方法。
  4. 前記ロス値が補正されたパワースペクトラムの振幅特性と所定のエンファシス振幅特性とを合成した合成振幅特性をフィードバックし、前記逆フーリエ変換によるインパルス応答の算出、前記インパルス応答のピークを基準とする所望のタップ数分のポイントの切り出し、前記インパルス応答から切り出した値に基づくパワースペクトラムの算出を実行するステップを含むことを特徴とする請求項3記載の信号発生方法。
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