JP6594470B2 - Ｐａｍ４分離回路及びｐａｍ４分離方法とサンプリングオシロスコープ及びサンプリング方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＮＲＺ信号の重ね合わせとしてＰＡＭ４信号を分離するＰＡＭ４分離回路及びＰＡＭ４分離方法と、ＮＲＺ信号と同じ指標でＰＡＭ４信号の信号評価が可能なサンプリングオシロスコープ及びサンプリング方法に関する。

従来、時間の経過とともに電気信号が変化していく様子を観測できる波形測定器として、例えば下記特許文献１などに開示されるようなデジタルオシロスコープが一般的に知られている。

ところで、近年、光通信で導入が盛んな変調フォーマットであるＰＡＭ４信号に対し、被測定信号の性能を表す指標として各レベルにおける振幅や、各アイ開口といったものが定義されてきている。このため、上述した波形測定器などを製造・販売する計測器メーカは、ＰＡＭ４解析用ソフトを開発してＰＡＭ４信号の解析に貢献している。

特開２００２−１６２４１９号公報

しかしながら、計測器メーカは、ＰＡＭ４解析用ソフトを開発するにあたって、従来技術を応用するにしても新規開発としての対応を余儀なくされている。また、ユーザもこれまで使用してきたＮＲＺ信号とは異なる表現の測定値として表現されるため、信号の良し悪しを判断するのにＮＲＺ信号のパラメータを比較して表現することが困難であった。

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、ＮＲＺ信号の重ね合わせとしてＰＡＭ４信号を分離することができるＰＡＭ４分離回路及びＰＡＭ４分離方法と、ＮＲＺ信号と同じ指標でＰＡＭ４信号の信号評価が可能なサンプリングオシロスコープ及びサンプリング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ＰＡＭ４分離回路は、被測定信号としてのＰＡＭ４信号のサンプルデータのシンボルパターンの遷移状態を識別するシンボルパターン識別手段４ａと、
前記シンボルパターン識別手段にて識別されたシンボルパターンの遷移状態に応じた６種類の振幅のレベルからなるＮＲＺ信号の重ね合わせとして前記ＰＡＭ４信号を分離し、前記ＮＲＺ信号を選択的に表示する表示制御手段４ｂとを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載されたＰＡＭ４分離回路は、請求項１のＰＡＭ４分離回路において、
前記ＮＲＺ信号を種類ごとにレイヤ分けして保存する記憶手段４ｄを備えたことを特徴とする。

請求項３に記載されたＰＡＭ４分離回路は、請求項２のＰＡＭ４分離回路において、
前記記憶手段４ｄにレイヤ分けして保存されたＮＲＺ信号から表示対象のレイヤを選択指示する操作手段４ｃを備えたことを特徴とする。

請求項４に記載されたＰＡＭ４分離方法は、被測定信号としてのＰＡＭ４信号のサンプルデータのシンボルパターンの遷移状態を識別するステップと、
前記識別されたシンボルパターンの遷移状態に応じた６種類の振幅のレベルからなるＮＲＺ信号の重ね合わせとして前記ＰＡＭ４信号を分離し、前記ＮＲＺ信号を選択的に表示するステップとを含むことを特徴とする。

請求項５に記載されたＰＡＭ４分離方法は、請求項４のＰＡＭ４分離方法において、
前記ＮＲＺ信号を種類ごとにレイヤ分けして保存するステップを含むことを特徴とする。

請求項６に記載されたＰＡＭ４分離方法は、請求項５のＰＡＭ４分離方法において、
前記レイヤ分けして保存されたＮＲＺ信号から表示対象のレイヤを選択指示するステップを含むことを特徴とする。

請求項７に記載されたサンプリングオシロスコープは、請求項１〜３の何れかのＰＡＭ４分離回路４を備えたことを特徴とする。

請求項８に記載されたサンプリング方法は、請求項４〜６の何れかのＰＡＭ４分離方法を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、シンボルパターンの遷移状態に応じた６種類の振幅のレベルからなるＮＲＺ信号の重ね合わせとしてＰＡＭ４信号を分離することができ、ＰＡＭ４信号の専用解析手法以外に、従来より使用されているＮＲＺ信号の解析方法をＰＡＭ４信号に適用することができる。

本発明に係るＰＡＭ４分離回路を含むサンプリングオシロスコープの概略構成を示すブロック図である。 図１におけるトリガ生成回路の内部構成の一例を示すブロック図である。 （ａ）ＰＡＭ４信号の概略図であり、（ｂ）〜（ｇ）シンボルパターンの遷移状態に応じた６種類の振幅のレベルからなるＮＲＺ信号の概略図である。 パターンロック機能の説明図である。 本発明に係るサンプリングオシロスコープにおけるＰＡＭ４分離方法のフローチャート図である。

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。

［本発明の概要について］
情報信号の振幅をパルス信号の系列で符号化したパルス振幅変調信号として、論理「０」および「１」から構成されるビット列を、４つの電圧レベルまたは光電力のパルス信号として変調して伝送するＰＡＭ４方式が知られている。このＰＡＭ４方式によるＰＡＭ４信号は、振幅がシンボルごとに４種類に分けられ、図３（ａ）に示すように、４つの異なる振幅レベルＬ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を有し、全体の振幅範囲Ｈが振幅レベルの低い方（振幅レベルＬ０）から低振幅範囲Ｈ１、中振幅範囲Ｈ２、高振幅範囲Ｈ３に分けられ、３つのアイパターン開口部による連続した範囲からなる。

ＰＡＭ４信号は、新たな変調フォーマットではあるものの、強度変調の一種であるため、ＮＲＺ信号の重ね合わせとして捉えることができる。すなわち、論理レベルで考えれば、図３（ｂ）〜（ｇ）に示すように、Ｌ３／Ｌ２、Ｌ２／Ｌ１、Ｌ１／Ｌ０、Ｌ３／Ｌ１、Ｌ２／Ｌ０、Ｌ３／Ｌ０の振幅レベルからなる６種類のＮＲＺ信号の重ね合わせである。

従って、被測定信号の論理パターンがどの振幅のレベルに該当するかが分かれば、ＮＲＺ信号の重ね合わせとしてＰＡＭ４信号を分離することが可能となる。

そこで、本発明では、サンプリングオシロスコープのパターンロック機能を用いることにより、被測定信号としてのＰＡＭ４信号の論理パターンが６種類のＮＲＺ信号のどの振幅レベルに該当するか識別し、識別した結果から６種類のＮＲＺ信号の重ね合わせとしてＰＡＭ４信号を分離する。これにより、ＰＡＭ信号に対し、従来のＮＲＺ信号に対する解析を用いることを可能にした。

［サンプリングオシロスコープの構成について］
図１に示すように、本実施の形態のサンプリングオシロスコープ１は、トリガ生成回路２、サンプラ３、ＰＡＭ４分離回路４を備えて概略構成される。

トリガ生成回路２は、サンプラ３が動作するサンプリングタイミングとして用いられるストローブ信号を生成する。

さらに説明すると、トリガ生成回路２は、図２に示すように、周波数変換部１１、ダイレクト・デジタル・シンセサイザ（以下、ＤＤＳと略称する）１２、バンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと略称する）１３、増幅器１４、可変分周器１５を含んで構成される。

周波数変換部１１は、トリガ生成回路２の初段に位置し、可変分周器１１ａと周波数逓倍回路１１ｂを備え、次段に位置するＤＤＳ１２が動作可能な入力周波数範囲（１．２５ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚのオクターブ（２倍）の範囲）に外部から供給されるトリガクロック（例えば矩形波や正弦波）の周波数を変換する。

尚、周波数変換部１１は、ＤＤＳ１２の動作周波数範囲がオクターブ（２倍）の範囲であれば、可変分周器１１ａの分周比及び周波数逓倍回路１１ｂの逓倍比が２のべき乗で対応可能となる。また、周波数変換部１１は、ＤＤＳ１２が動作可能な入力周波数範囲のトリガクロックが外部から入力される場合には省略することができる。この場合、外部からトリガクロックがＤＤＳ１２に直接入力される。

ＤＤＳ１２は、周波数変換部１１の次段に接続され、リファレンスクロック発生器、位相アキュムレータ、波形データを記憶するＲＯＭ、ＤＡＣ（デジタル−アナログ変換回路）を備えて構成される。

ＤＤＳ１２は、周波数変換部１１にて動作周波数範囲に入力周波数が調整され、周波数変換部１１にて周波数変換されたトリガクロックから、任意の波形や周波数（出力周波数）をデジタル的に生成する。

ＢＰＦ１３は、ＤＤＳ１２の次段に接続され、スプリアスを除去するため、ＤＤＳ１２から出力されるトリガクロックの通過帯域を制限する。

増幅器１４は、例えばローノイズアンプで構成され、ＢＰＦ１３にて帯域制限されたトリガクロックの振幅を増幅する。

可変分周器１５は、増幅器１４の次段に接続され、分周比が可変設定可能（例えば２〜１／２³¹）であり、サンプラ４のサンプリングタイミングを生成するためにトリガ生成回路２の最終段に設けられる。可変分周器１５は、ＢＰＦ１３を通過して増幅器１４にて増幅されたトリガクロックの周波数を、サンプラ４が動作可能な周波数範囲に調整する。

ここで、サンプラ４が駆動可能なサンプリングタイミングの周期（ストローブ周期）は一般的にｋＨｚオーダとなり、ＤＤＳ１２とＢＰＦ１３の出力周波数にてサンプラ４を直接駆動することは現実的ではない。そのため、最終段の可変分周器１５は、ＢＰＦ１３を通過したトリガクロックをサンプラ４が駆動可能な周波数まで周波数を分周し、サンプラ４のサンプリングタイミングとなるストローブ信号を出力する。

サンプラ３は、トリガ生成回路２にて生成されるストローブ信号をサンプリングタイミングとして例えば数百ｋＨｚでスイッチング動作（閉状態：例えば１０〜１００ｐｓｅｃ）し、外部から入力される被測定信号としてのＰＡＭ４信号をサンプリングする。

ＰＡＭ４分離回路４は、パターンロック機能により、図３（ｂ）〜（ｇ）の６種類のＮＲＺ信号の重ね合わせとして図３（ａ）のＰＡＭ４信号を分離する。

パターンロック機能は、被測定信号としてのＰＡＭ４信号（データ）をサンプリングするトリガイベントの発生位置を入力パターン長に同期させてサンプリングオシロスコープ１が持つシーケンシャル遅延機と組み合わせて時系列波形を表示するトリガ手法である。例えば、図４に示すように、ＰＡＭ４信号の周期波形の特定の位置を基準としてトリガイベントの位相がΔｔずつ徐々にずれていくため、波形を復元することができる。このパターンロック機能を用いることにより、観測しているＰＡＭ４信号のシンボルパターン（ビットパターン列）が識別可能となる。

なお、図４では時系列データとして表示しているが、表示形態を変えて２ＵＩで折り返して表示すれば、シンボルパターンを識別しながらアイ波形を描くことができる。

ＰＡＭ４分離回路４は、上述したパターンロック機能を用いて６種類の振幅レベルからなるＮＲＺ信号の重ね合わせとしてＰＡＭ４信号を分離し、分離されたＮＲＺ信号を選択的に表示するため、シンボルパターン識別手段４ａ、表示制御手段４ｂ、操作手段４ｃ、記憶手段４ｄ、表示手段４ｅを備える。

シンボルパターン識別手段４ａは、サンプラ３にてサンプリングされたＰＡＭ４信号のサンプルデータのシンボルパターン（ビットパターン列）の遷移状態（例えば図３においてＬ０からＬ１に遷移、Ｌ０からＬ２に遷移など）を識別する。

表示制御手段４ｂは、シンボルパターン識別手段４ａにて識別したシンボルパターンの遷移状態に応じたレベルのＮＲＺ信号（図３（ｂ）〜（ｇ）の６種類のＮＲＺ信号）の重ね合わせとしてＰＡＭ４信号を分離する。

そして、表示制御手段４ｂは、ＰＡＭ４信号を分離して得られるＮＲＺ信号を操作手段４ｃの指示に従って表示手段４ｅの表示画面に表示制御する。すなわち、表示制御手段４ｂは、操作手段４ｃから全てのＮＲＺ信号を重ね合わせて表示する指示が入力されると、全てのＮＲＺ信号を重ね合わせて表示手段４ｅの表示画面に表示制御する。また、表示制御手段４ｂは、操作手段４ｃから一つのＮＲＺ信号のレイヤを指定して表示する指示が入力されると、指定されたレイヤのＮＲＺ信号のみを表示手段４ｅの表示画面に表示制御する。

操作手段４ｃは、例えば表示手段４ｅの表示画面上のソフトキー、カーソル、マーカーや装置本体に設けられるキー、スイッチ、ボタンなどを含み、波形データやデータ解析結果を表示手段４ｅの表示画面に表示するための各種設定情報を設定する際に操作される。

また、操作手段４ｃは、６種類のＮＲＺ信号の重ね合わせとしてＰＡＭ４信号を分離した際に、全てのＮＲＺ信号を重ね合わせて表示手段４ｅの表示画面に表示するか、一つのＮＲＺ信号のレイヤを選択指定して表示手段４ｅ７の表示画面に表示するかを表示制御手段４ｂに指示する際に操作される。

記憶手段４ｄは、ＰＡＭ４信号を分離して得られるＮＲＺ信号を種類ごとにレイヤ分けして保存する。例えば図３（ｂ）のＮＲＺ信号をレイヤ１、図３（ｃ）のＮＲＺ信号をレイヤ２、図３（ｄ）のＮＲＺ信号をレイヤ３、図３（ｄ）のＮＲＺ信号をレイヤ４、図３（ｄ）のＮＲＺ信号をレイヤ５、図３（ｄ）のＮＲＺ信号をレイヤ６といったように、６種類のＮＲＺ信号をそれぞれ異なるレイヤに分けて記憶手段４ｄに保存する。

表示手段４ｅは、例えば装置本体に設けられる液晶表示器などの表示器で構成され、表示制御手段４ｂの制御により、ＰＡＭ４信号を分離して得られるＮＲＺ信号の波形データや解析結果を表示画面に表示する。

次に、上記のように構成されるサンプリングオシロスコープ１におけるＰＡＭ４分離方法について図５を参照しながら説明する。このサンプリングオシロスコープ１では、被測定信号としてのＰＡＭ４信号がサンプラ３に入力されると、トリガ生成回路２にて生成されるストローブ信号のタイミングでＰＡＭ４信号がサンプリングされる（ＳＴ１）。

次に、サンプラ３にてサンプリングされたＰＡＭ４信号のサンプルデータは、ＰＡＭ４分離回路４のシンボルパターン識別手段４ａにてシンボルパターンの遷移状態が識別される（ＳＴ２）。

そして、表示制御手段４ｂは、シンボルパターン識別手段４ａによる識別結果に基づいて図３（ｂ）〜（ｇ）に示す６種類のＮＲＺ信号の重ね合わせとして図３（ａ）に示すＰＡＭ４信号を分離し（ＳＴ３）、この分離によって得られるＮＲＺ信号を選択的に表示手段４ｅの表示画面に表示制御する（ＳＴ４）。具体的には、分離によって得られるＮＲＺ信号を操作手段４ｃの指示に従って表示手段４ｅの表示画面にレイヤ別又は全て重ね合わせて表示制御する。その際、ＰＡＭ４分離回路４にてＮＲＺ信号の重ね合わせとしてＰＡＭ４信号を分離した際のデータは、ＮＲＺ信号の種類ごとにレイヤ分けされて記憶手段４ｄに保存される。

このように、本実施の形態によれば、パターンロック機能を用いることにより、シンボルパターンの遷移状態に応じた６種類の振幅レベルからなるＮＲＺ信号の重ね合わせとしてＰＡＭ４信号を分離することができるので、ＰＡＭ４信号の専用解析手法以外に、従来より使用されているＲｉｓｅ／Ｆａｌｌ Ｔｉｍｅ（立上がり時間／立下り時間）といったＮＲＺ信号の解析方法をＰＡＭ４信号に対して適応可能となる。

具体的には、例えばアイ開口や、クロスポイントにおけるジッタ、Ｒｉｓｅ／Ｆａｌｌ Ｔｉｍｅといったアイの基本的なパラメータが容易にユーザに提供可能となる。これにより、計測器メーカは、新規開発にかかるコストを削減できる。また、使用ユーザは、必要に応じてＮＲＺ信号と同じ指標で信号評価が可能となり従来の知見を活かせるようになる。

また、ＰＡＭ４信号のサンプルデータのシンボルパターンが識別できるため、ＰＡＭ４信号の分離後に該当するＮＲＺ信号を表示の際に識別することができ、分離後のＮＲＺ信号のデータを種類ごとにレイヤ分けして記憶手段４ｄに保持しておけば必要に応じてその部分だけ解析することが可能となる。

そして、ＰＡＭ４信号の一つ一つのアイはＮＲＺ信号となるため、従来の妥当性判定等の知見を活かすことが可能となり、アイがどのくらい開いているかを示すマスクマージンを測定してアイパターンの解析を行なうこともできる。

以上、本発明に係るＰＡＭ４分離回路及びＰＡＭ４分離方法とサンプリングオシロスコープ及びサンプリング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 サンプリングオシロスコープ
２ トリガ生成回路
３ サンプラ
４ ＰＡＭ４分離回路
４ａ シンボルパターン識別手段
４ｂ 表示制御手段
４ｃ 操作手段
４ｄ 記憶手段
４ｅ 表示手段
１１ 周波数変換部
１１ａ 可変分周器
１１ｂ 周波数逓倍回路
１２ ＤＤＳ（ダイレクト・デジタル・シンセサイザ）
１３ ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
１４ 増幅器
１５ 可変分周器

Claims (8)

1. 被測定信号としてのＰＡＭ４信号のサンプルデータのシンボルパターンの遷移状態を識別するシンボルパターン識別手段（４ａ）と、
   前記シンボルパターン識別手段にて識別されたシンボルパターンの遷移状態に応じた６種類の振幅のレベルからなるＮＲＺ信号の重ね合わせとして前記ＰＡＭ４信号を分離し、前記ＮＲＺ信号を選択的に表示する表示制御手段（４ｂ）とを備えたことを特徴とするＰＡＭ４分離回路。
2. 前記ＮＲＺ信号を種類ごとにレイヤ分けして保存する記憶手段（４ｄ）を備えたことを特徴とする請求項１記載のＰＡＭ４分離回路。
3. 前記記憶手段（４ｄ）にレイヤ分けして保存されたＮＲＺ信号から表示対象のレイヤを選択指示する操作手段（４ｃ）を備えたことを特徴とする請求項２記載のＰＡＭ４分離回路。
4. 被測定信号としてのＰＡＭ４信号のサンプルデータのシンボルパターンの遷移状態を識別するステップと、
   前記識別されたシンボルパターンの遷移状態に応じた６種類の振幅のレベルからなるＮＲＺ信号の重ね合わせとして前記ＰＡＭ４信号を分離し、前記ＮＲＺ信号を選択的に表示するステップとを含むことを特徴とするＰＡＭ４分離方法。
5. 前記ＮＲＺ信号を種類ごとにレイヤ分けして保存するステップを含むことを特徴とする請求項４記載のＰＡＭ４分離方法。
6. 前記レイヤ分けして保存されたＮＲＺ信号から表示対象のレイヤを選択指示するステップを含むことを特徴とする請求項５記載のＰＡＭ４分離方法。
7. 請求項１〜３の何れかのＰＡＭ４分離回路（４）を備えたことを特徴とするサンプリングオシロスコープ。
8. 請求項４〜６の何れかのＰＡＭ４分離方法を用いたことを特徴とするサンプリング方法。

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