JPH04315965A - 電気光学サンプル・ホールド装置 - Google Patents
電気光学サンプル・ホールド装置Info
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- JPH04315965A JPH04315965A JP8268891A JP8268891A JPH04315965A JP H04315965 A JPH04315965 A JP H04315965A JP 8268891 A JP8268891 A JP 8268891A JP 8268891 A JP8268891 A JP 8268891A JP H04315965 A JPH04315965 A JP H04315965A
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Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は計測機器を始めとするデ
ィジタル情報処理機器分野で大きな需要を有する、アナ
ログ電気信号波形をデータとして取り込むためのデータ
取り込み装置の初段に用いられるサンプル・ホールド装
置の構成に関するものである。
ィジタル情報処理機器分野で大きな需要を有する、アナ
ログ電気信号波形をデータとして取り込むためのデータ
取り込み装置の初段に用いられるサンプル・ホールド装
置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】アナログ信号波形をディジタル量に変換
し、ディジタル情報処理を施す装置においては、その変
換部にＡ／Ｄ変換を行うデータ取り込み装置が付随して
いる。このデータ取り込み装置の広帯域化を考えた場合
、Ａ／Ｄ変換器が変換を行う間にアナログ信号自身が変
化してしまうことによる精度劣化を防ぐために、Ａ／Ｄ
変換器の前段にサンプル・ホールド装置を配置する構成
が採られる。サンプル・ホールド装置は、Ａ／Ｄ変換器
が変換を行う一定の時間の間、アナログ信号のある瞬間
の値を保持しておくためのもので、上記構成のデータ取
り込み装置の帯域と精度はこのサンプル・ホールド装置
の帯域と精度で律則されることになる。このサンプル・
ホールド装置は、従来電子回路により実現されてきてい
る。この場合、入力のアナログ量を保持するために容量
（ホールド容量）が用いられるが、この容量と入力を接
続しアナログ信号の瞬時値を容量に取り込む状態（サン
プルモード）と、これを切り離し取り込んだ値を保持す
る状態（ホールドモード）を作るために電気的なスイッ
チが必要となる。この電気的なスイッチとして、必要と
される動作速度に応じて、ＭＯＳＦＥＴスイッチ、ＭＥ
ＳＦＥＴスイッチ、ダイオードブリッジスイッチなどが
用いられるが、特に高速、広帯域な性能の要求される用
途には、ショットキーバリアダイオードからなるダイオ
ードブリッジスイッチを用いるのが通例である。これら
のスイッチに要求される性能は、以下のようである。
し、ディジタル情報処理を施す装置においては、その変
換部にＡ／Ｄ変換を行うデータ取り込み装置が付随して
いる。このデータ取り込み装置の広帯域化を考えた場合
、Ａ／Ｄ変換器が変換を行う間にアナログ信号自身が変
化してしまうことによる精度劣化を防ぐために、Ａ／Ｄ
変換器の前段にサンプル・ホールド装置を配置する構成
が採られる。サンプル・ホールド装置は、Ａ／Ｄ変換器
が変換を行う一定の時間の間、アナログ信号のある瞬間
の値を保持しておくためのもので、上記構成のデータ取
り込み装置の帯域と精度はこのサンプル・ホールド装置
の帯域と精度で律則されることになる。このサンプル・
ホールド装置は、従来電子回路により実現されてきてい
る。この場合、入力のアナログ量を保持するために容量
（ホールド容量）が用いられるが、この容量と入力を接
続しアナログ信号の瞬時値を容量に取り込む状態（サン
プルモード）と、これを切り離し取り込んだ値を保持す
る状態（ホールドモード）を作るために電気的なスイッ
チが必要となる。この電気的なスイッチとして、必要と
される動作速度に応じて、ＭＯＳＦＥＴスイッチ、ＭＥ
ＳＦＥＴスイッチ、ダイオードブリッジスイッチなどが
用いられるが、特に高速、広帯域な性能の要求される用
途には、ショットキーバリアダイオードからなるダイオ
ードブリッジスイッチを用いるのが通例である。これら
のスイッチに要求される性能は、以下のようである。
【０００３】１）スイッチ自身の応答速度が速いこと、
に加えて ２）スイッチ導通時のＯＮ抵抗が低いこと；サンプルモ
ードにおいて、ホールド容量の端子電圧が速やかに入力
アナログ信号に追従するために、スイッチのＯＮ抵抗と
ホールド容量の積で決まる時定数が十分小さい必要があ
る。 ３）スイッチ遮断時のＯＦＦ抵抗が高いこと；ホールド
モードにおいて、ホールド容量からの電荷のリークを減
らすためにスイッチのＯＦＦ抵抗とホールド容量の積で
決まる時定数が十分大きい必要がある。 ４）スイッチ端子間に付随する寄生容量値が十分小さく
、かつその非線形性が小さいこと；この寄生容量は回路
がサンプルモードからホールドモードに移る瞬間にスイ
ッチの抵抗が増大するとともにホールド容量と直列に接
続される形で顕在化し、ホールド電圧に誤差を与えると
共に、ホールドモードにおいては入力信号の漏れ込みを
生じ、またその非線形性は高次歪を生じる原因となり、
精度劣化の要因となる。 ５）スイッチ制御端子とスイッチ端子間の寄生容量値が
十分小さいこと；スイッチ制御端子にスイッチを切り替
えるために加えるクロック信号が出力端子に漏れ込む原
因となり、精度劣化の要因となる。
に加えて ２）スイッチ導通時のＯＮ抵抗が低いこと；サンプルモ
ードにおいて、ホールド容量の端子電圧が速やかに入力
アナログ信号に追従するために、スイッチのＯＮ抵抗と
ホールド容量の積で決まる時定数が十分小さい必要があ
る。 ３）スイッチ遮断時のＯＦＦ抵抗が高いこと；ホールド
モードにおいて、ホールド容量からの電荷のリークを減
らすためにスイッチのＯＦＦ抵抗とホールド容量の積で
決まる時定数が十分大きい必要がある。 ４）スイッチ端子間に付随する寄生容量値が十分小さく
、かつその非線形性が小さいこと；この寄生容量は回路
がサンプルモードからホールドモードに移る瞬間にスイ
ッチの抵抗が増大するとともにホールド容量と直列に接
続される形で顕在化し、ホールド電圧に誤差を与えると
共に、ホールドモードにおいては入力信号の漏れ込みを
生じ、またその非線形性は高次歪を生じる原因となり、
精度劣化の要因となる。 ５）スイッチ制御端子とスイッチ端子間の寄生容量値が
十分小さいこと；スイッチ制御端子にスイッチを切り替
えるために加えるクロック信号が出力端子に漏れ込む原
因となり、精度劣化の要因となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これらの事項は実際の
スイッチを作成する上で互いに相反する要求となり、全
てを同時に満足することは困難である。ダイオードブリ
ッジスイッチを例にこの状況を説明すると、上記第２）
項に述べたスイッチ導通時のＯＮ抵抗は主にダイオード
の順方向バイアス時の接合抵抗とコンタクト抵抗を含む
リード電極抵抗の和で与えられる。順方向バイアス時の
接合抵抗を下げるためには、十分な順方向バイアス電流
を流す必要があり、接合部の電流密度に上限があること
からある程度の接合面積が必要である。またリード電極
抵抗を下げるためにも接合面積が大であることが望まし
い。一方、上記第４）項、５）項に述べた寄生容量は、
ダイオードの逆方向バイアス時の接合容量とリード電極
間の寄生容量が支配的であり、これらを下げるためには
接合面積が小であることが望ましい。すなわち、これら
はトレードオフの関係にある。現在の所、最も高速に動
作するサンプル・ホールド装置としてＧａＡｓショット
キーバリアダイオードのダイオードブリッジスイッチを
用いた毎秒１Ｇサンプリング、帯域５００ＭＨｚで精度
６ｂｉｔ程度のものが実現されている（Ｋ．Ｐｏｕｌｔ
ｏｎ，Ｊ．Ｊ．Ｃｏｒｃｏｒａｎ ａｎｄ Ｔ．Ｈｏｒ
ｎａｋ，’Ａ１−ＧＨｚ ６−ｂｉｔＡＤＣ Ｓｙｓｔ
ｅｍ，’ＩＥＥＥ Ｊ．Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｃｉ
ｒｃｕｉｔｓ，ｖｏｌ．ＳＣ−２２，Ｎｏ．６，ｐｐ．
９６２−９７０，Ｄｅｃ．１９８７参照）が、この回路
のより高速化、高精度化は計測機器を始めとするディジ
タル情報処理機器分野で大きな需要を有するにもかかわ
らず、上記の本質的な問題がネックとなって、究めて困
難な状況にある。
スイッチを作成する上で互いに相反する要求となり、全
てを同時に満足することは困難である。ダイオードブリ
ッジスイッチを例にこの状況を説明すると、上記第２）
項に述べたスイッチ導通時のＯＮ抵抗は主にダイオード
の順方向バイアス時の接合抵抗とコンタクト抵抗を含む
リード電極抵抗の和で与えられる。順方向バイアス時の
接合抵抗を下げるためには、十分な順方向バイアス電流
を流す必要があり、接合部の電流密度に上限があること
からある程度の接合面積が必要である。またリード電極
抵抗を下げるためにも接合面積が大であることが望まし
い。一方、上記第４）項、５）項に述べた寄生容量は、
ダイオードの逆方向バイアス時の接合容量とリード電極
間の寄生容量が支配的であり、これらを下げるためには
接合面積が小であることが望ましい。すなわち、これら
はトレードオフの関係にある。現在の所、最も高速に動
作するサンプル・ホールド装置としてＧａＡｓショット
キーバリアダイオードのダイオードブリッジスイッチを
用いた毎秒１Ｇサンプリング、帯域５００ＭＨｚで精度
６ｂｉｔ程度のものが実現されている（Ｋ．Ｐｏｕｌｔ
ｏｎ，Ｊ．Ｊ．Ｃｏｒｃｏｒａｎ ａｎｄ Ｔ．Ｈｏｒ
ｎａｋ，’Ａ１−ＧＨｚ ６−ｂｉｔＡＤＣ Ｓｙｓｔ
ｅｍ，’ＩＥＥＥ Ｊ．Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｃｉ
ｒｃｕｉｔｓ，ｖｏｌ．ＳＣ−２２，Ｎｏ．６，ｐｐ．
９６２−９７０，Ｄｅｃ．１９８７参照）が、この回路
のより高速化、高精度化は計測機器を始めとするディジ
タル情報処理機器分野で大きな需要を有するにもかかわ
らず、上記の本質的な問題がネックとなって、究めて困
難な状況にある。
【０００５】本発明の目的は、サンプル・ホールド装置
のより高速化、高精度化を達成するために、上記の困難
を打破し得る新たな構成のサンプル・ホールド装置を提
供することにある。
のより高速化、高精度化を達成するために、上記の困難
を打破し得る新たな構成のサンプル・ホールド装置を提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載の電気光学サンプル・ホール
ド装置は、１）一定の周期で一定の強度の光パルス列を
発生する光源と、２）光入出力端子と電気入力端子を有
し入射光線強度を電気入力に従って変化し出射する光変
調器と、３）入射光強度を電気信号に変換しその電気信
号を積分する機能と一定の周期でその積分量を零に戻す
リセット機能を有する受光器とを具備し、光源の出射光
を光変調器の光入力端子に入射し、サンプル・ホールド
処理を加えようとする電気信号を光変調器の電力入力端
子に印加し、光変調器の出力光を上記受光器に入射し、
かつ光源の発生する光パルス列の周期と受光器のリセッ
ト周期を同期させるようにした、サンプル機能を行う部
分とホールド機能を行う部分を光を媒体として接続し、
電気的に分離することを特徴としている。
に、本発明の請求項１記載の電気光学サンプル・ホール
ド装置は、１）一定の周期で一定の強度の光パルス列を
発生する光源と、２）光入出力端子と電気入力端子を有
し入射光線強度を電気入力に従って変化し出射する光変
調器と、３）入射光強度を電気信号に変換しその電気信
号を積分する機能と一定の周期でその積分量を零に戻す
リセット機能を有する受光器とを具備し、光源の出射光
を光変調器の光入力端子に入射し、サンプル・ホールド
処理を加えようとする電気信号を光変調器の電力入力端
子に印加し、光変調器の出力光を上記受光器に入射し、
かつ光源の発生する光パルス列の周期と受光器のリセッ
ト周期を同期させるようにした、サンプル機能を行う部
分とホールド機能を行う部分を光を媒体として接続し、
電気的に分離することを特徴としている。
【０００７】また、本発明の請求項２記載の電気光学サ
ンプル・ホールド装置は、請求項１記載のものに加えて
、上記受光器として、１）フォトダイオードＰＤ、もし
くはアバランシェフォトダイオードＡＰＤ、２）容量Ｃ
Ｈ 、３）３つの端子の内、第３の端子に加える制御信
号に応じて第１の端子と第２の端子の間の抵抗値が変化
するアナログスイッチ、を用意し、ＰＤ、もしくはＡＰ
Ｄの一端の端子を第１の電源に接続し、ＣＨ の一端の
端子を第２の電源に接続し、ＰＤ、もしくはＡＰＤとＣ
Ｈ のそれぞれ残る一端の端子とアナログスイッチの第
１の端子とを接続し、これを出力とし、アナログスイッ
チの第２の端子を第３の電源に接続し、アナログスイッ
チの第３の端子に光源の光パルス列の周期に同期した制
御信号を加えることを特徴としている。
ンプル・ホールド装置は、請求項１記載のものに加えて
、上記受光器として、１）フォトダイオードＰＤ、もし
くはアバランシェフォトダイオードＡＰＤ、２）容量Ｃ
Ｈ 、３）３つの端子の内、第３の端子に加える制御信
号に応じて第１の端子と第２の端子の間の抵抗値が変化
するアナログスイッチ、を用意し、ＰＤ、もしくはＡＰ
Ｄの一端の端子を第１の電源に接続し、ＣＨ の一端の
端子を第２の電源に接続し、ＰＤ、もしくはＡＰＤとＣ
Ｈ のそれぞれ残る一端の端子とアナログスイッチの第
１の端子とを接続し、これを出力とし、アナログスイッ
チの第２の端子を第３の電源に接続し、アナログスイッ
チの第３の端子に光源の光パルス列の周期に同期した制
御信号を加えることを特徴としている。
【０００８】さらに、本発明の請求項３記載の電気光学
サンプル・ホールド装置は、請求項１記載のものに加え
て、上記受光器が、入射光強度を電気信号に変換し、そ
れに一定の遅延を加え、遅延を加える前の信号と遅延を
加えた信号を逆符号で加算し、その結果を積分する機能
を有することを特徴としている。
サンプル・ホールド装置は、請求項１記載のものに加え
て、上記受光器が、入射光強度を電気信号に変換し、そ
れに一定の遅延を加え、遅延を加える前の信号と遅延を
加えた信号を逆符号で加算し、その結果を積分する機能
を有することを特徴としている。
【０００９】さらに、本発明の請求項４記載の電気光学
サンプル・ホールド装置は、請求項１記載のものに加え
て、新たに光線を２つに分割する光スプリッターと光の
遅延器を設け、光変調器の出力光を上記スプリッターで
２分し、その一方を光の遅延線に通し、その後、上記受
光器の代わりに、２分した光線のそれぞれの光強度を電
気信号に変換し、それを逆符号で加算し、その結果を積
分する機能を有する受光器に入射することを特徴として
いる。
サンプル・ホールド装置は、請求項１記載のものに加え
て、新たに光線を２つに分割する光スプリッターと光の
遅延器を設け、光変調器の出力光を上記スプリッターで
２分し、その一方を光の遅延線に通し、その後、上記受
光器の代わりに、２分した光線のそれぞれの光強度を電
気信号に変換し、それを逆符号で加算し、その結果を積
分する機能を有する受光器に入射することを特徴として
いる。
【００１０】さらに、本発明の請求項５記載の電気光学
サンプル・ホールド装置は、請求項４記載のものに加え
て、前記受光器として、１）２つのフォトダイオードＰ
Ｄ、もしくは２つのアバランシェフォトダイオードＡＰ
Ｄ、２）容量ＣＨ 、を用意し、第１のＰＤ、もしくは
ＡＰＤの一端を第１の電源に、第２のＰＤ、もしくはＡ
ＰＤの一端を第２の電源に接続し、第１および第２のＰ
Ｄ、もしくはＡＰＤの残る一端とＣＨ の一端を接続し
、これを出力端子とし、ＣＨ の残る一端を第３の電源
に接続した受光器を用いることを特徴としている。
サンプル・ホールド装置は、請求項４記載のものに加え
て、前記受光器として、１）２つのフォトダイオードＰ
Ｄ、もしくは２つのアバランシェフォトダイオードＡＰ
Ｄ、２）容量ＣＨ 、を用意し、第１のＰＤ、もしくは
ＡＰＤの一端を第１の電源に、第２のＰＤ、もしくはＡ
ＰＤの一端を第２の電源に接続し、第１および第２のＰ
Ｄ、もしくはＡＰＤの残る一端とＣＨ の一端を接続し
、これを出力端子とし、ＣＨ の残る一端を第３の電源
に接続した受光器を用いることを特徴としている。
【００１１】
【作用】本発明のサンプル・ホールド装置によれば、サ
ンプル・ホールド装置の基本的な機能であるサンプル機
能を行う部分とホールド機能を行う部分を光を介在して
電気的に分離しており、従来の技術では、これらの機能
はスイッチをＯＮ−ＯＦＦすることによって一つの回路
で行われていた。したがってこれを分離することによっ
て従来のサンプル・ホールド装置に用いられるスイッチ
に課せられた要求事項を軽減、もしくは解消することを
可能としている。また、このサンプル機能とホールド機
能の内、前者は、請求項１記載の光変調器が主な役割を
担っている。ここで入力のアナログ信号は光パルス列に
よってサンプリングされ、その情報は光変調器から出射
する光パルス列の各パルスの強度として得られる。そし
て、後者のホールド機能は、請求項の１記載の装置では
受光器がこれを担当している。この受光器の構成は請求
項２、請求項３、および請求項５に記載のような幾つか
の基本構成が考えられるが、いずれの場合も、サンプル
機能を担う光変調器とは電気的に完全に分離されており
、従来の技術の項のスイッチに要求される性能の第４）
項に指摘のごとき問題を根本的に解消している。とりわ
け、請求項３以降に記載の装置においては、サンプル機
能とホールド機能の分離によって、スイッチを必要とし
ない装置構成を可能としている。
ンプル・ホールド装置の基本的な機能であるサンプル機
能を行う部分とホールド機能を行う部分を光を介在して
電気的に分離しており、従来の技術では、これらの機能
はスイッチをＯＮ−ＯＦＦすることによって一つの回路
で行われていた。したがってこれを分離することによっ
て従来のサンプル・ホールド装置に用いられるスイッチ
に課せられた要求事項を軽減、もしくは解消することを
可能としている。また、このサンプル機能とホールド機
能の内、前者は、請求項１記載の光変調器が主な役割を
担っている。ここで入力のアナログ信号は光パルス列に
よってサンプリングされ、その情報は光変調器から出射
する光パルス列の各パルスの強度として得られる。そし
て、後者のホールド機能は、請求項の１記載の装置では
受光器がこれを担当している。この受光器の構成は請求
項２、請求項３、および請求項５に記載のような幾つか
の基本構成が考えられるが、いずれの場合も、サンプル
機能を担う光変調器とは電気的に完全に分離されており
、従来の技術の項のスイッチに要求される性能の第４）
項に指摘のごとき問題を根本的に解消している。とりわ
け、請求項３以降に記載の装置においては、サンプル機
能とホールド機能の分離によって、スイッチを必要とし
ない装置構成を可能としている。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の請求項１、請求項２の組み
合わせによるサンプル・ホールド装置の構成、および動
作原理を示す図であって、（Ａ）は請求項１に与えた構
成の接続関係と各点での信号波形を示している。
合わせによるサンプル・ホールド装置の構成、および動
作原理を示す図であって、（Ａ）は請求項１に与えた構
成の接続関係と各点での信号波形を示している。
【００１３】図中、１の光源はサンプリング周期に対応
する周期で光パルス列を発生する。この光パルス列が２
の変調器によって入力となる電気信号強度に従って変調
されることによって、電気信号をサンプリングした光パ
ルス列が生成される。このサンプリング方式だけを取り
上げた場合、すでに電気信号（電界強度）のサンプリン
グ測定技術として公知の技術であって、（例えば、Ｔ．
Ｎａｇａｔｓｕｍａ，Ｔ．Ｓｈｉｂａｔａ，Ｅ．Ｓａｎ
ｏ ａｎｄ Ａ．Ｉｗａｔａ，’Ｓｕｂｐｉｃｏｓｅｃ
ｏｎｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａ ｎｏｎｃ
ｏｎｔａｃｔｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃｐｒｏｂｅ，
’Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，６６（９），１ Ｎｏｖ．
１９８９を参照）その広帯域性は広く認められている。 ただし、サンプリング測定技術においては、繰り返し波
形が入力となることから、サンプリングの周期は長くて
差し支えなく、また感度に対する要求も本発明のサンプ
ル・ホールド装置におけるサンプリング機能に要求され
るものほど厳しくない。その意味で若干条件が異なって
いる。本実施例では、１の光源に、毎秒１Ｇサンプリン
グ以上の繰り返しパルスが発生可能であること、装置と
しての小形化が可能で、取り扱いが容易になること、を
考慮して半導体レーザをゲインスイッチさせるものを用
いる。これによって、現状の技術で１〜２Ｇサンプリン
グの繰り返しで、パルス幅１０〜５０ｐ秒程度の光パル
ス列が容易に発生可能である。 また２の変調器に該当する部分には、従来のサンプリン
グ測定技術では電気光学効果を有する結晶片が用いられ
るが、サンプル・ホールド装置として実用的な感度を得
るために、従来は光通信用の外部変調器として用いられ
ていた導波路形の光変調器を用いている。この変調器は
、現在試作レベルで変調帯域１０ＧＨｚ程度のものが得
られ、今後、光通信での需要からさらなる広帯域化と急
速な実用化が期待される。
する周期で光パルス列を発生する。この光パルス列が２
の変調器によって入力となる電気信号強度に従って変調
されることによって、電気信号をサンプリングした光パ
ルス列が生成される。このサンプリング方式だけを取り
上げた場合、すでに電気信号（電界強度）のサンプリン
グ測定技術として公知の技術であって、（例えば、Ｔ．
Ｎａｇａｔｓｕｍａ，Ｔ．Ｓｈｉｂａｔａ，Ｅ．Ｓａｎ
ｏ ａｎｄ Ａ．Ｉｗａｔａ，’Ｓｕｂｐｉｃｏｓｅｃ
ｏｎｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａ ｎｏｎｃ
ｏｎｔａｃｔｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃｐｒｏｂｅ，
’Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，６６（９），１ Ｎｏｖ．
１９８９を参照）その広帯域性は広く認められている。 ただし、サンプリング測定技術においては、繰り返し波
形が入力となることから、サンプリングの周期は長くて
差し支えなく、また感度に対する要求も本発明のサンプ
ル・ホールド装置におけるサンプリング機能に要求され
るものほど厳しくない。その意味で若干条件が異なって
いる。本実施例では、１の光源に、毎秒１Ｇサンプリン
グ以上の繰り返しパルスが発生可能であること、装置と
しての小形化が可能で、取り扱いが容易になること、を
考慮して半導体レーザをゲインスイッチさせるものを用
いる。これによって、現状の技術で１〜２Ｇサンプリン
グの繰り返しで、パルス幅１０〜５０ｐ秒程度の光パル
ス列が容易に発生可能である。 また２の変調器に該当する部分には、従来のサンプリン
グ測定技術では電気光学効果を有する結晶片が用いられ
るが、サンプル・ホールド装置として実用的な感度を得
るために、従来は光通信用の外部変調器として用いられ
ていた導波路形の光変調器を用いている。この変調器は
、現在試作レベルで変調帯域１０ＧＨｚ程度のものが得
られ、今後、光通信での需要からさらなる広帯域化と急
速な実用化が期待される。
【００１４】ここで、このサンプリング方式の持つ、従
来のサンプル・ホールド装置に対する優位性について考
察を行う。サンプリングの帯域は、本発明の装置では、
用いる光パルス列のパルス幅と光変調器の応答速度で律
則されるようになり、現在のところ１０ＧＨｚ以上の帯
域が実現可能である。これに対し、従来のサンプル・ホ
ールド装置では、従来の技術の項に指摘のように、スイ
ッチのＯＮ抵抗とホールド容量の積で制限され、他の要
因と密接なトレードオフ関係を持っている。この帯域を
従来の最も高速なダイオードブリッジスイッチを用いた
サンプル・ホールド装置のサンプルモードでの帯域で試
算すると、スイッチのｏｎ抵抗７５Ω、ホールド容量３
００ｆＦとして約７ＧＨｚがほぼ限界と考えられ、本発
明の優位性の一つが理解できる。さらに、本発明の最大
の特徴であるサンプル機能を行う部分とホールド機能を
行う部分の光を介在した電気的な分離は、サンプル・ホ
ールド装置の入力側から見た電気的な入力インピーダン
スを、装置の動作に無関係に整合負荷終端に設定できる
ことに加えて、従来の技術の項、スイッチに対する要求
の第４）項に指摘のごときサンプルモードからホールド
モードへの移行動作に伴って生じる誤差やホールドモー
ドでの入力から出力への信号の漏れ込みといった問題を
全て解決し得るものである。
来のサンプル・ホールド装置に対する優位性について考
察を行う。サンプリングの帯域は、本発明の装置では、
用いる光パルス列のパルス幅と光変調器の応答速度で律
則されるようになり、現在のところ１０ＧＨｚ以上の帯
域が実現可能である。これに対し、従来のサンプル・ホ
ールド装置では、従来の技術の項に指摘のように、スイ
ッチのＯＮ抵抗とホールド容量の積で制限され、他の要
因と密接なトレードオフ関係を持っている。この帯域を
従来の最も高速なダイオードブリッジスイッチを用いた
サンプル・ホールド装置のサンプルモードでの帯域で試
算すると、スイッチのｏｎ抵抗７５Ω、ホールド容量３
００ｆＦとして約７ＧＨｚがほぼ限界と考えられ、本発
明の優位性の一つが理解できる。さらに、本発明の最大
の特徴であるサンプル機能を行う部分とホールド機能を
行う部分の光を介在した電気的な分離は、サンプル・ホ
ールド装置の入力側から見た電気的な入力インピーダン
スを、装置の動作に無関係に整合負荷終端に設定できる
ことに加えて、従来の技術の項、スイッチに対する要求
の第４）項に指摘のごときサンプルモードからホールド
モードへの移行動作に伴って生じる誤差やホールドモー
ドでの入力から出力への信号の漏れ込みといった問題を
全て解決し得るものである。
【００１５】図１（Ｂ）は、図１（Ａ）における３のホ
ールド機能を担う受光器として、請求項２に与えた構成
とその動作とその動作を説明する図であって、図中、４
のフォトダイオードもしくはアバランシェフォトダイオ
ードには適当なバイアス電圧が加えられ、サンプリング
光が入射される。このダイオードには入射光パワーに比
例する光電流が流れ、６のスイッチが開放の状態では、
この電流が５の容量に積分される。従って、一つの光パ
ルスが入射すると出力端子には光パルス強度、すなわち
光パルスがサンプリングを行ったタイミングでの（Ａ）
の入力電圧強度に比例した電圧が積分された上で保持さ
れる。一定期間保持した後、つぎの光パルスが入射され
る前に６のスイッチを一旦閉じることによって出力電圧
をリセットとするという動作を繰り返すことによって、
図に示す出力波形が得られ、サンプル・ホールドの機能
が実現される。この構成ではリセットを行うために相変
わらず高速動作をするスイッチが必要ではあるが、従来
のサンプル・ホールド装置に用いられるスイッチと異な
り、その端子間容量がホールド容量と並列に接続される
ためその容量値をホールド容量に盛り込んだ設計が可能
である上、スイッチがＯＮからＯＦＦに変化する瞬間に
は光入力がなく、常にリセット状態という一定の状態で
行われるため、従来のサンプル・ホールド装置に用いら
れるスイッチで問題となった多くの困難が解消され、従
ってより高速化が可能である。
ールド機能を担う受光器として、請求項２に与えた構成
とその動作とその動作を説明する図であって、図中、４
のフォトダイオードもしくはアバランシェフォトダイオ
ードには適当なバイアス電圧が加えられ、サンプリング
光が入射される。このダイオードには入射光パワーに比
例する光電流が流れ、６のスイッチが開放の状態では、
この電流が５の容量に積分される。従って、一つの光パ
ルスが入射すると出力端子には光パルス強度、すなわち
光パルスがサンプリングを行ったタイミングでの（Ａ）
の入力電圧強度に比例した電圧が積分された上で保持さ
れる。一定期間保持した後、つぎの光パルスが入射され
る前に６のスイッチを一旦閉じることによって出力電圧
をリセットとするという動作を繰り返すことによって、
図に示す出力波形が得られ、サンプル・ホールドの機能
が実現される。この構成ではリセットを行うために相変
わらず高速動作をするスイッチが必要ではあるが、従来
のサンプル・ホールド装置に用いられるスイッチと異な
り、その端子間容量がホールド容量と並列に接続される
ためその容量値をホールド容量に盛り込んだ設計が可能
である上、スイッチがＯＮからＯＦＦに変化する瞬間に
は光入力がなく、常にリセット状態という一定の状態で
行われるため、従来のサンプル・ホールド装置に用いら
れるスイッチで問題となった多くの困難が解消され、従
ってより高速化が可能である。
【００１６】図２は、図１（Ａ）における３ホールド機
能を担う受光器として、請求項３に与えた構成とその動
作を説明する図であって、ここではまず入力光波形はそ
のまま電気信号に変換される。その後、これが二分され
、その一方に光パルスの周期（サンプリング周期）に等
しい時間だけ遅延Ｄが与えられ、遅延のない波形との間
で逆符号の加算が行われ、その結果が積分される。その
結果、図に示す様な出力波形が得られ、サンプル・ホー
ルドの機能が実現される。本発明の構成によれば、スイ
ッチを全く必要としないサンプル・ホールド装置が得ら
れ、従来の技術の項に指摘の困難を全く解消したサンプ
ル・ホールド装置の実現が可能となる。
能を担う受光器として、請求項３に与えた構成とその動
作を説明する図であって、ここではまず入力光波形はそ
のまま電気信号に変換される。その後、これが二分され
、その一方に光パルスの周期（サンプリング周期）に等
しい時間だけ遅延Ｄが与えられ、遅延のない波形との間
で逆符号の加算が行われ、その結果が積分される。その
結果、図に示す様な出力波形が得られ、サンプル・ホー
ルドの機能が実現される。本発明の構成によれば、スイ
ッチを全く必要としないサンプル・ホールド装置が得ら
れ、従来の技術の項に指摘の困難を全く解消したサンプ
ル・ホールド装置の実現が可能となる。
【００１７】図３は、請求項４、請求項５に与えた構成
の実施例であって、これは図２の構成に対し、入力光波
形を電気信号に変換する部分と、これを二分し、その一
方に遅延Ｄを与える部分の順序を交換したものである。 光の段階で８のハーフミラーによりこれを二分し、９の
遅延器により光路長を大きくすることによって遅延を実
現している。９の遅延器はミラーの組み合わせで光が空
間を往復するようにして構成してもよいし、適当な長さ
の光ファイバーを通してもよい。１０の本構成における
受光部はフォトダイオードもしくはアバランシェフォト
ダイオードの直列接続による差動（減算）構成を採用し
ており、特にアバランシェフォトダイオードを用いた場
合、二分した入射光の分配率の偏りの影響を二つのアバ
ランシェフォトダイオードにかかるバイアイ電圧の変化
を介してダイオードの増倍率が変化することによって補
正する働きも兼ね備えている。以上の構成により図２の
構成と等価な機能を実現している。
の実施例であって、これは図２の構成に対し、入力光波
形を電気信号に変換する部分と、これを二分し、その一
方に遅延Ｄを与える部分の順序を交換したものである。 光の段階で８のハーフミラーによりこれを二分し、９の
遅延器により光路長を大きくすることによって遅延を実
現している。９の遅延器はミラーの組み合わせで光が空
間を往復するようにして構成してもよいし、適当な長さ
の光ファイバーを通してもよい。１０の本構成における
受光部はフォトダイオードもしくはアバランシェフォト
ダイオードの直列接続による差動（減算）構成を採用し
ており、特にアバランシェフォトダイオードを用いた場
合、二分した入射光の分配率の偏りの影響を二つのアバ
ランシェフォトダイオードにかかるバイアイ電圧の変化
を介してダイオードの増倍率が変化することによって補
正する働きも兼ね備えている。以上の構成により図２の
構成と等価な機能を実現している。
【００１８】
【発明の効果】以上、発明の構成の項に詳しく述べたよ
うに、本発明によれば、従来のサンプル・ホールド装置
で問題となっていたスイッチ部分の課題を解決し、より
高速、広帯域なサンプル・ホールド装置を提供すること
ができる。本発明の直接の効果は、計測機器の分野に顕
著に現われると考えられる。本発明によってより高速な
波形の観測と解析が可能となり、学問的な見地から新た
な現象の解析が可能となることはもとより、電子産業上
の効果は甚大である。さらに現在のディジタル情報処理
分野の発展を考えると、そのフロントエンド部を担うデ
ータ取り込み装置の広帯域化は、より高度な情報処理方
式の実現を可能とし、社会に与える波及効果は究めて多
大であると考えられる。
うに、本発明によれば、従来のサンプル・ホールド装置
で問題となっていたスイッチ部分の課題を解決し、より
高速、広帯域なサンプル・ホールド装置を提供すること
ができる。本発明の直接の効果は、計測機器の分野に顕
著に現われると考えられる。本発明によってより高速な
波形の観測と解析が可能となり、学問的な見地から新た
な現象の解析が可能となることはもとより、電子産業上
の効果は甚大である。さらに現在のディジタル情報処理
分野の発展を考えると、そのフロントエンド部を担うデ
ータ取り込み装置の広帯域化は、より高度な情報処理方
式の実現を可能とし、社会に与える波及効果は究めて多
大であると考えられる。
【図１】本発明の請求項１、請求項２の組み合わせによ
るサンプル・ホールド装置の構成、および動作原理を示
す図である。
るサンプル・ホールド装置の構成、および動作原理を示
す図である。
【図２】図１（Ａ）における３のホールド機能を担う受
光器として、請求項３に与えた構成とその動作を説明す
る図である。
光器として、請求項３に与えた構成とその動作を説明す
る図である。
【図３】請求項４、請求項５に与えたサンプル・ホール
ド装置の構成を説明する図である。
ド装置の構成を説明する図である。
１ 光源
２ 変調器
３ 受光器
４ フォトダイオード、もしくはアバランシェフ
ォトダイオード ５ 容量 ６ アナログスイッチ ７ 受光器 ８ 光スプリッター ９ 遅延器 １０ 受光器 １１ フォトダイオード、もしくはアバランシェ
フォトダイオード １２ フォトダイオード、もしくはアバランシェ
フォトダイオード １３ 容量
ォトダイオード ５ 容量 ６ アナログスイッチ ７ 受光器 ８ 光スプリッター ９ 遅延器 １０ 受光器 １１ フォトダイオード、もしくはアバランシェ
フォトダイオード １２ フォトダイオード、もしくはアバランシェ
フォトダイオード １３ 容量
Claims (5)
- 【請求項１】 １）一定の周期で一定の強度の光パル
ス列を発生する光源と、２）光入出力端子と電気入力端
子を有し入射光線強度を電気入力に従って変化し出射す
る光変調器と、３）入射光強度を電気信号に変換しその
電気信号を積分する機能と一定の周期でその積分量を零
に戻すリセット機能を有する受光器とを具備し、光源の
出射光を光変調器の光入力端子に入射し、サンプル・ホ
ールド処理を加えようとする電気信号を光変調器の電力
入力端子に印加し、光変調器の出力光を上記受光器に入
射し、かつ光源の発生する光パルス列の周期と受光器の
リセット周期を同期させるようにした、サンプル機能を
行う部分とホールド機能を行う部分を光を媒体として接
続し、電気的に分離することを特徴とする電気光学サン
プル・ホールド装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の電気光学サンプル・ホ
ールド装置において、上記受光器として、１）フォトダ
イオードＰＤ、もしくはアバランシェフォトダイオード
ＡＰＤ、２）容量ＣＨ 、３）３つの端子の内、第３の
端子に加える制御信号に応じて第１の端子と第２の端子
の間の抵抗値が変化するアナログスイッチ、を用意し、
ＰＤ、もしくはＡＰＤの一端の端子を第１の電源に接続
し、ＣＨ の一端の端子を第２の電源に接続し、ＰＤ、
もしくはＡＰＤとＣＨ のそれぞれ残る一端の端子とア
ナログスイッチの第１の端子とを接続し、これを出力と
し、アナログスイッチの第２の端子を第３の電源に接続
し、アナログスイッチの第３の端子に光源の光パルス列
の周期に同期した制御信号を加えることを特徴とする電
気光学サンプル・ホールド装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の電気光学サンプル・ホ
ールド装置において、上記受光器は、入射光強度を電気
信号に変換し、それに一定の遅延を加え、遅延を加える
前の信号と遅延を加えた信号を逆符号で加算し、その結
果を積分する機能を有することを特徴とする電気光学サ
ンプル・ホールド装置。 - 【請求項４】 請求項１記載の電気光学サンプル・ホ
ールド装置において、新たに光線を２つに分割する光ス
プリッターと光の遅延器を設け、光変調器の出力光を上
記スプリッターで２分し、その一方を光の遅延線に通し
、その後、上記受光器の代わりに、２分した光線のそれ
ぞれの光強度を電気信号に変換し、それを逆符号で加算
し、その結果を積分する機能を有する受光器に入射する
ことを特徴とする電気光学サンプル・ホールド装置。 - 【請求項５】 請求項４記載の電気光学サンプル・ホ
ールド装置において、前記受光器として、１）２つのフ
ォトダイオードＰＤ、もしくは２つのアバランシェフォ
トダイオードＡＰＤ、２）容量ＣＨ 、を用意し、第１
のＰＤ、もしくはＡＰＤの一端を第１の電源に、第２の
ＰＤ、もしくはＡＰＤの一端を第２の電源に接続し、第
１および第２のＰＤ、もしくはＡＰＤの残る一端とＣＨ
の一端を接続し、これを出力端子とし、ＣＨ の残る
一端を第３の電源に接続した受光器を用いることを特徴
とする電気光学サンプル・ホールド装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8268891A JPH04315965A (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 電気光学サンプル・ホールド装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8268891A JPH04315965A (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 電気光学サンプル・ホールド装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04315965A true JPH04315965A (ja) | 1992-11-06 |
Family
ID=13781361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8268891A Pending JPH04315965A (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 電気光学サンプル・ホールド装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04315965A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0980083A (ja) * | 1995-09-14 | 1997-03-28 | Nec Corp | プリント基板の信号波形測定装置 |
| US20100111305A1 (en) * | 2007-03-01 | 2010-05-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photon detector |
| JP2011508869A (ja) * | 2008-01-03 | 2011-03-17 | 株式会社東芝 | 光子検出の光子検出システムおよび方法 |
-
1991
- 1991-04-15 JP JP8268891A patent/JPH04315965A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0980083A (ja) * | 1995-09-14 | 1997-03-28 | Nec Corp | プリント基板の信号波形測定装置 |
| US8811829B2 (en) * | 2007-03-01 | 2014-08-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photon detector |
| JP2010520447A (ja) * | 2007-03-01 | 2010-06-10 | 株式会社東芝 | 光子検出器 |
| JP2011252919A (ja) * | 2007-03-01 | 2011-12-15 | Toshiba Corp | 光子検出器 |
| JP2012098299A (ja) * | 2007-03-01 | 2012-05-24 | Toshiba Corp | 光子検出器 |
| US20120230702A1 (en) * | 2007-03-01 | 2012-09-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photon detector |
| US20100111305A1 (en) * | 2007-03-01 | 2010-05-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photon detector |
| US8891979B2 (en) * | 2007-03-01 | 2014-11-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photon detector |
| US20150034808A1 (en) * | 2007-03-01 | 2015-02-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photon detector |
| US9377356B2 (en) * | 2007-03-01 | 2016-06-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photon detector |
| JP2011508869A (ja) * | 2008-01-03 | 2011-03-17 | 株式会社東芝 | 光子検出の光子検出システムおよび方法 |
| US8716648B2 (en) | 2008-01-03 | 2014-05-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photon detection system and method of photon detection |
| US8772700B2 (en) | 2008-01-03 | 2014-07-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photon detection system and method of photon detection for determining the number of photons received at a photon detector |
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