JPH11352156A - 電気光学サンプリングオシロスコープ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タイミング信号の精度を向上することができ
る電気光学サンプリングオシロスコープを提供する。 【解決手段】 ファーストランプ回路４１はトリガ信号
Ｓｔｒが入力される度にランプ波形を出力する。スロー
ランプ回路４２は、タイミング信号Ｓｔｍが入力される
度に階段状に出力が増加する。比較回路４３はファース
トランプ回路４１とスローランプ回路４２の出力を比較
して一致した場合に出力する。ゲート回路４４は、トリ
ガ信号Ｓｔｒ及びタイミング信号Ｓｔｍを入力して、比
較回路４３の出力が不安定になる時間を計測して信号を
出力するタイマ４４ａ及びＮＯＴ回路４４ｂと、比較回
路４３とＮＯＴ回路４４ｂの論理積を出力するＡＮＤ回
路からなり、比較回路４３の出力が不安定になる時間だ
けゲートを閉じることによってタイミング信号Ｓｔｍの
精度を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タイミング発生回
路からのタイミング信号に基づいて生成される光パルス
を利用して、被測定信号の測定を行う電気光学サンプリ
ングオシロスコープに係わり、特にタイミング信号を発
生させるタイミング発生回路の改良を図った電気光学サ
ンプリングオシロスコープに関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定信号から発生する電界を電気光学
結晶に結合させ、この電気光学結晶にレーザ光を入射
し、レーザ光の偏光状態により被測定信号の波形を観測
することができる。この現象を利用して、レーザ光をパ
ルス状にし、被測定信号をサンプリングすることによっ
て非常に高い時間分解能で測定を可能にした電気光学プ
ローブを用いたのが電気光学サンプリングオシロスコー
プ（以下、ＥＯＳオシロスコープという）である。この
ＥＯＳオシロスコープは、電気式プローブを用いた従来
のサンプリングオシロスコープと比較して以下のような
特徴を有している。 １）信号を測定する際に、グランド線を必要としないた
め、測定が容易。 ２）電気光学プローブの先端にある金属ピンが回路系か
ら絶縁されているので高い入力インピーダンスを実現で
き、その結果測定時に被測定点の状態をほとんど乱すこ
とがない。 ３）光パルスを利用することからＧＨｚオーダーまでの
広帯域測定が可能。

【０００３】次に、ＥＯＳオシロスコープの構成を図３
を参照して説明する。ＥＯＳオシロスコープは、ＥＯＳ
オシロスコープ本体１及び電気光学プローブ２により構
成される。ＥＯＳオシロスコープの本体１において、ト
リガ回路３は、外部から信号を受けて、被測定信号に対
する測定開始となるトリガ信号を出力する。タイミング
発生回路４は、光パルスの発生タイミング及びＡ／Ｄ変
換のタイミングを発生し、光パルス発生回路５は、タイ
ミング発生回路４からのタイミング信号に基づいて光パ
ルスの発生を行う。光パルス発生回路５からの光パルス
は、電気光学プローブ２に供給され、電気光学素子によ
り偏光変化を受ける。この偏光変化を受けた光パルス
は、電気光学プローブ２内で偏光検出が行われ電気信号
に変換される。その信号をＥＯＳオシロスコープ本体１
に入力され、Ａ／Ｄ変換回路６によって信号の増幅やＡ
／Ｄ変換が行われ、処理回路７により測定対象となった
信号を表示等のための処理が行われて、表示部８へ表示
される。

【０００４】図４は、タイミング発生回路４の従来の一
構成例を示したブロック図である。図４において、符号
４１はトリガ信号Ｓｔｒをトリガとして逐次増加するラ
ンプ波形を出力するファーストランプ回路であり、符号
４２は、入力される信号をアップカウントするカウンタ
４２ａと、このカウンタ４２ａのカウント値をＤ／Ａ変
換して出力するＤ／Ａ変換回路からなるスローランプ回
路である。符号４３は、ファーストランプ回路４１の出
力とスローランプ回路４２の出力とを比較して、一致し
た場合にタイミング信号Ｓｔｍを出力する比較回路であ
り、このタイミング信号Ｓｔｍがタイミング発生回路４
の出力信号となる。また、タイミング信号Ｓｔｍはカウ
ンタ４２ａに入力される。

【０００５】次に、図４に示すタイミング発生回路４の
動作を図５を参照して説明する。先ず、ファーストラン
プ回路４１は、トリガ信号Ｓｔｒが入力されると、ラン
プ波形を出力する（図５（ｂ）参照）。一方、スローラ
ンプ回路４２は比較回路４３の出力が入力されるとカウ
ンタ４２ａが「１」ずつアップカウントされ、そのカウ
ント値をＤ／Ａ変換回路４２ｂでアナログ値にして出力
されるため、比較回路４３の出力が入力される度に階段
状の波形が生成される（図５（ｃ）参照）。比較回路４
３は、ファーストランプ回路４１の出力とスローランプ
回路４２の出力を比較してトリガ信号Ｓｔｒが入力され
てから最初に一致した時点で立ち上がり、一定時間のパ
ルス幅のパルスを出力する（図５（ｄ）参照）。これが
タイミング信号Ｓｔｍとなる。

【０００６】タイミング信号Ｓｔｍは、初期状態では、
ファーストランプ回路４１の出力及びスローランプ回路
４２の出力が０（ゼロ）であるため、トリガ信号Ｓｔｒ
の立ち上がりとほぼ同時に立ち上がる。続いて、スロー
ランプ回路４２の出力が、比較回路４３からタイミング
信号Ｓｔｍが出力される度に順次大きくなるため、ファ
ーストランプ回路４１の出力とスローランプ回路４２の
出力との一致する時刻が、トリガ信号Ｓｔｒの立ち上が
りから時間Ｔ５だけ遅くなる。同様に、トリガ信号Ｓｔ
ｒが入力される度に、時間Ｔ６、Ｔ７というように、立
ち上がりが遅くなる。この動作によってトリガ信号Ｓｔ
ｒからの経過時間を変化させて被測定信号のサンプリン
グのタイミングを得ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図３、４に
示すＥＯＳオシロスコープにあっては、スローランプ４
２の出力をＤ／Ａ変換回路４２ｂにより得ているため、
Ｄ／Ａ変換の動作中はスローランプ回路４２の出力が不
安定になることがあり（図２（ｃ）の符号Ｓ１で示した
部分）、結果的に比較回路４３の出力も同様に不安定に
なる（図２（ｄ）の符号Ｓ２で示した部分）。また、フ
ァーストランプ回路の出力は、ランプ波形であるため、
一定時間で最大値になった後、最小値に戻るといった動
作を繰り返している。したがって、最大値から最小値へ
戻る時点で、スローランプ回路４２の出力と一致するタ
イミングがあるため、このときに比較回路４３から不要
な信号（図２（ｄ）の符号Ｓ３で示した部分）が出力さ
れてしまう。比較回路４３の出力は、タイミング信号Ｓ
ｔｍであるため、不安定な信号や不要な信号が出力され
ると、正確なサンプリングが行えないという問題があ
る。本発明は、このような事情に鑑みてなされたもの
で、比較回路４３の不安定な出力値の出力を防止でき、
タイミング信号の精度を向上することができるＥＯＳオ
シロスコープを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、トリガ信号に同期してタイミング発生回路から発生
するタイミング信号に基づいて生成される光パルスを利
用して、被測定信号の測定を行う電気光学サンプリング
オシロスコープにおいて、前記タイミング発生回路は、
前記トリガ信号をトリガとしてランプ波形を出力するフ
ァーストランプ回路と、前記タイミング信号に応じて出
力値を順次階段状に増加させるスローランプ回路と、前
記ファーストランプ回路の出力と前記スローランプ回路
の出力とを比較し、その比較結果を出力する比較回路
と、前記比較回路の出力が不安定になる時間だけゲート
を閉じて、前記比較回路の出力を制限するゲート回路と
を備えたことを特徴とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、前記ゲート回路
は、前記トリガ信号を入力して、前記ファーストランプ
回路の出力が最大値から最小値になるまでの時間を計測
し、さらに前記タイミング信号を入力して、前記スロー
ランプ回路の出力が不安定になる時間を計測して、前記
ゲートを閉じる信号を出力するタイマと、前記タイマの
出力を反転するＮＯＴ回路と、前記ＮＯＴ回路の出力と
前記比較回路の出力との論理積を出力するＡＮＤ回路と
を備えたことを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
ＥＯＳオシロスコープを図面を参照して説明する。初め
に、ＥＯＳオシロスコープの構成を図３を参照して説明
する。ＥＯＳオシロスコープは前述したように、ＥＯＳ
オシロスコープ本体１及び電気光学プローブ２により構
成される。ＥＯＳオシロスコープの本体１において、ト
リガ回路３は、外部から信号を受けて、被測定信号に対
する測定開始となるトリガ信号を出力する。タイミング
発生回路４は光パルスの発生タイミング及びＡ／Ｄ変換
のタイミングを発生し、光パルス発生回路５はタイミン
グ発生回路４からのタイミング信号に基づいて光パルス
の発生を行う。

【００１１】光パルス出力回路５からの光パルスは、電
気光学プローブ２に供給され、電気光学素子により偏光
変化を受ける。この偏光変化を受けた光パルスは、電気
光学プローブ２内で偏光検出が行われ電気信号に変換さ
れる。その信号をＥＯＳオシロスコープ本体１に入力さ
れ、Ａ／Ｄ変換回路６によって信号の増幅やＡ／Ｄ変換
が行われ、処理回路８により測定対象となった信号を表
示等のための処理が行われて、表示部８へ表示される。
本発明は、タイミング発生回路４を改良したものであ
る。

【００１２】次に、本発明の一実施形態によるＥＯＳオ
シロスコープにおけるタイミング発生回路４を図１を参
照して説明する。この図において、図４に示す従来の回
路と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略
する。この図に示すタイミング発生回路が従来の回路と
異なる点は、ゲート回路４４が設けられている点であ
る。このゲート回路４４は、トリガ信号Ｓｔｒ及びＡＮ
Ｄ回路４４ｃの出力をトリガとしてゲートの開閉してタ
イミング信号Ｓｔｍの出力を制限する回路である。ゲー
ト回路４４は、トリガ信号Ｓｔｒ及びＡＮＤ回路４４ｃ
の出力を入力して、入力したそれぞれの信号の立ち上が
りから一定時間を計測してその間だけ”Ｈ”（ハイ）に
なるタイマ４４ａと、タイマ４４ａの出力を反転して出
力するＮＯＴ回路４４ｂと、ＮＯＴ回路４４ｂの出力と
比較回路４３の論理積を出力するＡＮＤ回路４４ｃから
なる。ＡＮＤ回路４４ｃの出力がタイミング信号Ｓｔｍ
となる。

【００１３】次に、図１に示すタイミング発生回路４の
動作を図２を参照して説明する。図２の（ｃ）スローラ
ンプ回路出力及び（ｄ）比較回路出力において示した波
形は、動作を分かりやすくするために出力の変動をデフ
ォルメして示してある。先ず、トリガ信号Ｓｔｒがファ
ーストランプ回路４１へ入力されると、ファーストラン
プ回路４１はランプ波形を出力する。このランプ波形
は、トリガ信号Ｓｔｒの立ち上がりから時間Ｔ３後に最
大値になり、ここから時間Ｔ４後に最小値になる波形で
ある（図２（ｂ）参照）。一方、スローランプ回路４２
は、タイミング信号Ｓｔｍを入力する度に出力値が増加
する、階段状の波形を出力する。この波形は、カウンタ
４２ａのカウント値をＤ／Ａ変換して出力した値であ
り、Ｄ／Ａ変換の動作中は不安定な出力となる（図２
（ｃ）符号Ｓ１参照）。

【００１４】比較回路４３は、ファーストランプ回路４
１の出力とスローランプ回路４２の出力とを比較して一
致した場合に”Ｈ”（ハイ）になる。比較回路４３は、
スローランプ回路４２の不安定な出力が入力されるた
め、結果的に出力も不安定な出力変動がある。また、フ
ァーストランプ回路４１の出力が最小値へ戻る時にスロ
ーランプ回路４２の出力値を横切るために、比較回路４
３の出力は不安定になる（図２（ｄ）参照）。ただし、
この不安定な出力変動が発生する時間は、Ｄ／Ａ変換の
動作中とファーストランプ回路４１の出力が最小値へ戻
る時間である。したがって、この不安定な出力となる時
間は、Ｄ／Ａ変換回路４２ｂのＤ／Ａ変換時間とファー
ストランプ回路４１の出力波形とから決まる時間であ
る。この時間をタイマで計測してゲートを閉じ、比較回
路４３の出力値を制限すれば正確なタイミング信号を生
成することができる。

【００１５】次に、タイマ４４ａによってゲートを閉じ
る動作を説明する。タイマ４４ａは、タイミング信号Ｓ
ｔｍの立ち上がりから時間Ｔ１後に立ち上がり、ここか
らＤ／Ａ変換回路４２ｂの出力が不安定である時間Ｔ２
後に立ち下がる信号を出力する。すなわち、スローラン
プ回路４２の出力が不安定な時（図２（ｃ）符号Ｓ１に
示した部分）に”Ｈ”（ハイ）になる（図２（ｅ）の符
号Ｓ４参照）信号を出力する。さらに、タイマ４４ａ
は、トリガ信号の立ち上がりからファーストランプ回路
４１のランプ波形が最大値になるまでの時間Ｔ３（図２
（ｂ）参照）後に立ち上がり、ここからファーストラン
プ回路４１のランプ波形が最小値になるまでの時間Ｔ４
後に立ち下がる信号を出力する。すなわち、ファースト
ランプ回路４１の出力が最大値から最小値へ戻る場合に
スローランプ回路４２の出力と一致して比較回路４３か
ら不要な出力値が出力される時（図２（ｄ）符号Ｓ３に
示した部分）に”Ｈ”（ハイ）になる（図２（ｅ）の符
号Ｓ５参照）信号を出力する。なお、タイマ４４ａの出
力は、スローランプ回路４２の出力が不安定になる時
に”Ｈ”（ハイ）になる（図２（ｅ）符号Ｓ４）信号
と、比較回路４３から不要な出力値が出力される時に”
Ｈ”（ハイ）になる（図２（ｅ）符号Ｓ５）信号とを各
々のタイマで生成して、それらの信号の論理和としても
よい。

【００１６】タイマ４４ａの出力の立ち上がり、立ち下
がりの時刻は、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４で決まる
が、これらはファーストランプ回路４１の出力波形やス
ローランプ回路４２で用いるＤ／Ａ変換器に合わせて任
意に設定すれば良い。

【００１７】次に、ＮＯＴ回路４４ｂはタイマ４４ａの
出力を反転した信号を出力する。すなわち、比較回路４
３から不要な出力値が出力される時間だけ”Ｌ”（ロ
ー）となる信号を出力する（図２（ｆ）参照）。次に、
ＡＮＤ回路４４ｃは、ＮＯＴ回路４４ｂの出力と比較回
路４３の出力の論理積を出力することによって、ファー
ストランプ回路４２の出力とスローランプ回路４２の出
力とが一致したときのみ、タイミング信号Ｓｔｍを出力
することができる（図２（ｇ）参照）。

【００１８】このように比較回路４３の次段にゲート回
路４４を設け、比較回路４３から不要な出力値が出力さ
れる時間において、ゲートを閉じるようにしたので正確
なタイミング信号Ｓｔｍが得られる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、比較回路の出力をゲート回路で受け、ファ
ーストランプ回路の出力が最大値から最小値へ戻る時間
と、スローランプ回路の出力となるＤ／Ａ変換回路のＤ
／Ａ変換動作の時間において、ゲートを閉じるようにし
て、不要なタイミング信号を出力しないようにしたた
め、タイミング信号の精度を向上できるという効果が得
られる。また、請求項２記載の発明によれば、ゲート回
路にタイマを設け、トリガ信号とタイミング信号を入力
してゲートを開放する時刻と閉鎖する時刻を任意に設定
できるようにしたため、各回路の出力値が不安定になる
時刻と時間が変わっても対応できるという効果も得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】図１に示す実施形態においてスローランプ回路
４２の動作のタイミング図である。

【図３】ＥＯＳオシロスコープの構成を示すブロック図
である。

【図４】ＥＯＳオシロスコープにおけるタイミング発生
回路の一従来例の回路構成を示すブロック図である。

【図５】図４に示す従来例においてタイミング信号を発
生する動作のタイミング図である。

【符号の説明】

４・・・タイミング発生回路、４１・・・ファーストラ
ンプ回路、４２・・・スローランプ回路、４２ａ・・・
カウンタ、４２ｂ・・・Ｄ／Ａ変換回路、４３・・・比
較回路、４４・・・ゲート回路、４４ａ・・・タイマ、
４４ｂ・・・ＮＯＴ回路、４４ｃ・・・ＡＮＤ回路。

フロントページの続き (72)発明者 菊池 潤 東京都大田区蒲田４丁目19番７号 安藤電 気株式会社内 (72)発明者 伴城 暢一 東京都大田区蒲田４丁目19番７号 安藤電 気株式会社内 (72)発明者 遠藤 善雄 東京都大田区蒲田４丁目19番７号 安藤電 気株式会社内 (72)発明者 品川 満 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 永妻 忠夫 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 山田 順三 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トリガ信号に同期してタイミング発生回
   路から発生するタイミング信号に基づいて生成される光
   パルスを利用して、被測定信号の測定を行う電気光学サ
   ンプリングオシロスコープにおいて、 前記タイミング発生回路は、 前記トリガ信号をトリガとしてランプ波形を出力するフ
   ァーストランプ回路と、 前記タイミング信号に応じて出力値を順次階段状に増加
   させるスローランプ回路と、 前記ファーストランプ回路の出力と前記スローランプ回
   路の出力とを比較し、その比較結果を出力する比較回路
   と、 入力される前記トリガ信号及び前記タイミング信号に基
   づき、前記比較回路の出力が不安定になる時間だけゲー
   トを閉じて、前記比較回路の出力を制限するゲート回路
   と、 を備えたことを特徴とする電気光学サンプリングオシロ
   スコープ。
2. 【請求項２】 前記ゲート回路は、 前記トリガ信号を入力して、前記ファーストランプ回路
   の出力が最大値から最小値になるまでの時間を計測し、
   さらに前記タイミング信号を入力して、前記スローラン
   プ回路の出力が不安定になる時間を計測して、前記ゲー
   トを閉じる信号を出力するタイマと、 前記タイマの出力と前記比較回路の出力との論理積を出
   力するＡＮＤ回路と、を備えたことを特徴とする請求項
   １記載の電気光学サンプリングオシロスコープ。