JPH0540132A - 信号波形測定装置 - Google Patents

信号波形測定装置

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JPH0540132A
JPH0540132A JP3196649A JP19664991A JPH0540132A JP H0540132 A JPH0540132 A JP H0540132A JP 3196649 A JP3196649 A JP 3196649A JP 19664991 A JP19664991 A JP 19664991A JP H0540132 A JPH0540132 A JP H0540132A
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JP
Japan
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signal
delay
circuit
current
voltage
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JP3196649A
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English (en)
Inventor
Soichi Hama
壮一 濱
Yoshiro Goto
善郎 後藤
Shinichi Wakana
伸一 若菜
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は電気光学効果を利用して高速度の電
気信号波形を観測することができる信号波形測定装置に
係り、特に測定精度及び操作性の向上した信号波形測定
装置に関し、最適な状態での差動増幅を行なわせ、高効
率の信号波形測定装置を提供することを目的とする。 【構成】 被測定対象20に印加された電圧波形を測定
する信号波形測定装置であって、信号光の偏光面を保存
して伝送する光遅延路8と、偏光分離した1対の信号光
を受光する受光器12と、前記受光器12で検出された
電流値を電圧値に変換する電流電圧変換回路13と、前
記電流電圧変換回路13の出力信号を所望の時間だけ遅
らせる遅延回路14と、前記電流電圧変換回路13の出
力と前記遅延回路14の出力の差分を取って増幅する差
動増幅回路15とを有して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気光学効果を利用して
高速度の電気信号波形を観測することができる信号波形
測定装置に係り、特に測定精度及び操作性の向上した信
号波形測定装置に関する。
【0002】LSI等の半導体素子を製造、利用する上
で、素子内外の信号波形を正確に測定しておくことが必
要不可欠になっている。しかしながら、近年の素子の高
速化に伴い、従来のLSIテスタなどを用いた電気的な
測定方式では、正確な測定が難しくなって来ている。そ
のため、半導体素子基板結晶の電気光学効果を用いた光
学的な信号波形測定方式が考案され、高速信号が計測で
きることが確認されている(例えば、J.A.Valdmanis an
d G.Mourou, "Subpicosecond electronics sampling: p
rinciples and application", IEEE JOURNAL OF QUANTU
M ELECTRONICS,VOL.QE-22, pp.69-78. 等)。
【0003】また、検出用結晶の上に被検LSIを積載
し、電気信号の波形測定を行なう検出方式が出願されて
いる(特開平01−28566)が、測定精度の向上が
要望されている。
【0004】
【従来の技術】図4に従来の信号波形測定装置の構成図
を示す。本従来例は、被測定系20と、電圧によって複
屈折性を有する電気光学結晶4と、この電気光学結晶4
に入射させるレーザ光を発生するレーザ光源1と、レー
ザ光を光軸変換する光学系としての偏光制御素子2、ビ
ームスプリッタ3、及び偏光分離素子51と、光軸変換
されたレーザ光から被測定系20の被測定電圧に比例し
た光量を電気信号に変換する受光器52及び53と、受
光器52及び53からの信号の電流変化を電圧変化に変
換する電流電圧変換回路54及び55と、変換された2
つの電圧の差分を増幅する差動増幅回路15と、ディジ
タル信号に変換するA/D変換回路16と、信号処理を
行なう信号処理部17と、これら動作を制御する制御回
路18とから構成されている。
【0005】また、本従来例の動作の概略は、先ず、信
号光の偏光状態変化を検出するために、信号光を偏光分
離した後に各偏光成分を個別に受光器52及び53によ
り受光する。受光した信号は電流信号として取り出され
るため、電流電圧変換回路54及び55により電圧に変
換した後に差動増幅回路15の2入力端子に入力され
る。差動増幅回路15の出力をA/D変換回路16でA
/D変換し、信号処理部17により信号処理を行なう。
【0006】図5に本従来例の各部の動作電圧波形を示
す。本装置は、元来、同図(a)及び(b)に示すよう
に、受光器52及び53の出力波形が、それぞれ電圧の
印加により減少及び増大し、これらを差動増幅回路15
の入力として差動増幅し、同図(d)の時間差の無い場
合のような出力波形を得て信号処理するものである。
【0007】しかしながら、電流電圧変換回路54及び
55や2つの信号伝送路の特性が完全に一致していない
場合には、差動増幅回路15の入力信号の間に時間差が
発生し、正確な信号差分量が得られず、特に、光軸ずれ
等により受光器52及び53における受光位置がずれた
場合、受光器52及び53の出力信号振幅に変化が生
じ、電流電圧変換回路55の特性により時間差が異な
る。即ち、図5(d)に示すように、差動増幅回路15
の出力波形が歪み、正確な測定ができない。
【0008】また、受光器52及び53に特性のばらつ
きがある場合には、図5(c)に示すように受光器52
及び53に出力が異なる形状の波形となり、印加電圧が
0vであっても差動増幅回路15の出力が僅かなピーク
を持つようになる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来の信号波
形測定装置においては、受光器、電流電圧変換回路、或
いは信号伝送路の特性のばらつきにより、差動増幅回路
に入力する信号に時間差が存在し、検出感度が変化する
という問題があった。
【0010】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決するものであり、最適な状態での差動増幅を行なわ
せ、高効率の信号波形測定装置を提供することを目的と
する。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、図1に示す如く、被測定対象20に近接
若しくは接触させて配置した電気光学結晶4の内部に誘
起される電界強度の変化を、結晶内を反復往復する光の
偏光状態の変化として、反射光を偏光分離した1対の信
号光強度の差分量を検出して、被測定対象20に印加さ
れた電圧波形を測定する信号波形測定装置であって、前
記信号光の偏光面を保存して伝送する光遅延路8と、前
記偏光分離した1対の信号光を受光する受光器12と、
前記受光器12で検出された電流値を電圧値に変換する
電流電圧変換回路13と、前記電流電圧変換回路13の
出力信号を所望の時間だけ遅らせる遅延回路14と、前
記電流電圧変換回路13の出力と前記遅延回路14の出
力の差分を取って増幅する差動増幅回路15とを有して
構成する。
【0012】
【作用】本発明では、図1の如く、信号光を偏光分離し
た後に、一方の偏光を偏光面を保存する光遅延路8によ
り遅らせて、2つの偏光を同一の受光器12で受光して
強度に応じた電流を出力し、同一の電流電圧変換回路1
3により電圧値に変換する。この出力電圧信号を2つに
分岐して、一方を遅延回路14により電気的に光遅延回
路8の遅れと同等の遅延をかけて、もう一方をそのまま
として、これら2つの信号を差動増幅回路15に入力し
て信号処理するようにしている。
【0013】従って、受光器、電流電圧変換回路、或い
は信号伝送路の特性のばらつきによる時間差を生じるこ
となく、検出感度が変化することなく、最適な状態で高
効率の測定を行なうことができる。
【0014】
【実施例】次に、本発明に係る実施例を図面に基づいて
説明する。図1に本発明の第1実施例に係る信号波形測
定装置の構成図を示す。尚、図1において、図4(従来
例)と重複する部分には同一の符号を附す。
【0015】本実施例は、被測定系20と、電圧によっ
て複屈折性を有する例えばBSO:Bi12SiO20等の
電気光学結晶4と、この電気光学結晶4に入射させるレ
ーザ光を発生するレーザ光源1と、レーザ光を光軸変換
する光学系としての偏光制御素子2、ビームスプリッタ
3、及び偏光分離素子51と、反射光を絞るレンズ5
と、2対の偏光の内一方を遅延させる光遅延路8と、偏
光分離素子(偏光ビームスプリッタ等)7と、偏光結合
素子10と、光軸変換されたレーザ光から被測定系20
の被測定電圧に比例した光量を電気信号に変換する受光
器(フォトダイオード等)12と、偏光面保存光ファイ
バ6及び9と、光ファイバ11と、受光器12からの信
号の電流変化を電圧変化に変換する電流電圧変換回路1
3と、この出力電圧信号に対し電気的に光遅延回路8の
遅れと同等の遅延をかける遅延回路14と、電流電圧変
換回路13出力と遅延回路14出力の電圧信号の差分を
増幅する差動増幅回路15と、ディジタル信号に変換す
るA/D変換回路16と、信号処理を行なう信号処理部
17と、これら動作を制御する制御回路18とから構成
されている。
【0016】尚、光遅延回路8は、図2(a)に示すよ
うな偏光面を保存する光ファイバ81で構成するのが一
般的であるが、同図(b)または(c)に示すように、
ミラー82及び83の組み合わせによる反射、或いは並
行ミラー84による多重反射を利用することも可能であ
る。光学的な遅延素子として偏光面保存光ファイバを使
用する場合(図2(a)の場合)、ファイバ長をl、フ
ァイバの屈折率をn、高速をc、遅延をtとする時、n
l=ctの関係があるため、例えば100nsの遅延を
生じさせたい時には、n=1.5であるから、長さ20
mのファイバが必要となる。この場合、長さ20m程度
であれば、光の減衰は無視できる。
【0017】次に、本実施例の動作を図3に基づいて説
明する。電気光学結晶4内を反復往復したレーザ光は、
結晶4に印加された電圧に応じて偏光状態が変化する。
この反射光をレンズ5で絞り、偏光面保存光ファイバ6
に入射する。入射した光信号は、偏光面保存光ファイバ
6の末端に接続されている偏光分離素子7で偏光分離さ
れる。偏光分離された一方の光信号は偏光面保存光ファ
イバ9、偏光結合素子7、及び光ファイバ11を通過し
て受光器12で受光される。もう一方の分離光は光遅延
路8(例えば偏光面保存光ファイバ81)を通過するこ
とにより一定時間Tだけ遅らされて、偏光結合素子1
0、光ファイバ11をへて受光器12で受光される。2
つの分離光は別々のタイミングで受光され、受光器12
の出力波形は図3(a)に示すような波形となる。
【0018】受光した信号は電流信号として取り出され
るため、電流電圧変換回路13により電圧に変換され
る。この出力電圧信号を2つに分岐して、一方は直接、
もう一方は遅延回路14で時間τだけ遅らせて差動増幅
回路15に入力する。この時、遅延時間τは光遅延路8
による遅延時間Tとほぼ等しくなるように設定し、2つ
の分離光検出信号が再び時間的に重なるようにする(図
3(b)及び(c)参照)。
【0019】更に、差動増幅回路15はこれら2つの信
号の差分を増幅し差信号を出力する(図3(d)参
照)。この信号をA/D変換回路16でディジタルデー
タに変換して信号処理部17で信号処理する。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
同一の受光器及び電流電圧変換回路を使用して、また光
遅延路の遅延と遅延回路の遅延をほぼ等しくなるように
調整することにより、従来の測定系における受光器、電
流電圧変換回路、及び信号伝送路の特性の差による時間
差の発生を解消することができ、また、光軸ずれが生じ
た場合に、偏光分離前にファイバに結像入射しているた
め、その影響は2つの分離光に同時に現われ、更に受光
器及び電流電圧変換回路も共通のものを使用しているた
め差動増幅への影響を無くすことができ、結果として、
印加電圧による信号変動を安定に、且つ高精度に検出し
得る信号波形測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る信号波形測定装置の構成
図である。
【図2】光遅延路の構成図であり、同図(a)、
(b)、及び(c)はその構成例を示す。
【図3】実施例の各部の動作電圧波形図である。
【図4】従来の信号波形測定装置の構成図である。
【図5】従来の各部の動作電圧波形図である。
【符号の説明】
1…レーザ光源 2…偏光制御素子 3…ビームスプリッタ 4…電気光学結晶 5…レンズ 6、9、81…偏光面保存光ファイバ 7、51…偏光分離素子 8…光遅延路 10…偏光結合素子 11…光ファイバ 12、52、53…受光器 13、54、55…電流電圧変換回路 14…遅延回路 15…差動増幅回路 16…A/D変換回路 17…信号処理部 18…制御回路 20…被測定対象 82、83…ミラー 84…平行ミラー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定対象(20)に近接若しくは接触
    させて配置した電気光学結晶(4)の内部に誘起される
    電界強度の変化を、結晶内を反復往復する光の偏光状態
    の変化として、反射光を偏光分離した1対の信号光強度
    の差分量を検出して、被測定対象(20)に印加された
    電圧波形を測定する信号波形測定装置であって、 前記信号光の偏光面を保存して伝送する光遅延路(8)
    と、 前記偏光分離した1対の信号光を受光する受光器(1
    2)とを有し、 前記偏光分離した1対の信号光の内、一方を前記光遅延
    路(8)により時間的に遅らせて受光して信号処理する
    ことを特徴とする信号波形測定装置。
  2. 【請求項2】 前記受光器(12)は、単一で構成され
    ることを特徴とする請求項1に記載の信号波形測定装
    置。
  3. 【請求項3】 前記信号波形測定装置は、前記受光器
    (12)で検出された電流値を電圧値に変換する電流電
    圧変換回路(13)と、前記電流電圧変換回路(13)
    の出力信号を所望の時間だけ遅らせる遅延回路(14)
    と、前記電流電圧変換回路(13)の出力と前記遅延回
    路(14)の出力の差分を取って増幅する差動増幅回路
    (15)とを有することを特徴とする請求項1または2
    に記載の信号波形測定装置。
  4. 【請求項4】 前記遅延回路(14)の遅延時間は、前
    記光遅延路(8)の遅延時間と等しくなるよう設定され
    ることを特徴とする請求項3に記載の信号波形測定装
    置。
JP3196649A 1991-08-06 1991-08-06 信号波形測定装置 Withdrawn JPH0540132A (ja)

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Effective date: 19981112