サンプリング信号発生回路

トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験

【発明の名称】	サンプリング信号発生回路
【発明者】	【氏名】浮田潤一
【要約】	【課題】トリガ信号の変動に影響されない、高時間分解能で安定したサンプリング信号を発生させるサンプリング信号発生回路。【解決手段】トリガ信号と、このトリガ信号と独立した任意の２基準信号で、これらの基準信号間における位相が同期し、互いの周波数がサンプリング間隔を決めるために設定したわずかな値だけ異なった基準信号群とで、２回の周波数変換を行い、周波数変換により発生した複数の信号群を、フィルタによって必要な信号を抽出することにより、結果的にはトリガ信号に位相同期して、その周波数がサンプリング間隔を決めるために設定した値だけ異なるサンプリング信号を発生させる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】入力されるトリガ信号（周波数信号）と、該トリガ信号とは独立する非同期の任意の第１基準信号とを周波数混合して出力する第１次周波数変換手段と、該第１次周波数変換手段の周波数変換された信号を受けて、和又は差の周波数信号を出力する第１次信号抽出手段と、該第１次信号抽出手段によって抽出した周波数信号と、上記第１基準信号と同期し、かつ、第１基準信号にわずかな所定周波数だけ異なる第２基準信号とを、再度周波数混合して出力する第２次周波数変換手段と、該第２次周波数変換手段からの信号を受けて、トリガ信号の周波数に対してわずかかな所定周波数だけ異なる、サンプリング信号を出力する第２次信号抽出手段とを備えていることを特徴とするサンプリング信号発生回路。
【請求項２】請求項１記載のサンプリング信号発生回路において、前述した第２基準信号は、前述した第１基準信号を入力したＰＬＬ回路が発生する信号であるサンプリング信号発生回路。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光デバイスや高速電気デバイス等の波形をサンプリングにより計測するために使用されるサンプリング回路に関し、高時間分解能で精度が高く、安定したサンプリングのタイミングをコントロールするサンプリング信号発生回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】最初に、サンプリング信号発生回路が使われるサンプリング回路について説明する。図４に、サンプリング回路の概要を示す。サンプリング回路は、サンプリング信号発生回路７１と、サンプリングヘッド７２とで構成される被測定デバイス７０が発生する被測定信号Ｆｉ波形上の１サイクル間毎に設定された固定ポイント、即ちトリガポイントに同期して、被測定信号Ｆｉと同一の周波数をもつトリガ信号Ｆｔは、サンプリング信号発生回路７１に入力される。サンプリング信号発生回路７１は、トリガ信号Ｆｔと位相が同期している上、その周波数がトリガ信号Ｆｔに比して、サンプリング間隔を決めるためあらかじめ設定したわずかな値であり、一般に、Δｆと呼ばれている値だけ異なるサンプリング信号Ｆｓを発生する。サンプリングヘッド７２は、入力される被測定信号Ｆｉを、サンプリング信号Ｆｓの周期毎のタイミングでサンプリングを行って、被測定信号Ｆｉのサンプル波形を出力する。
【０００３】トリガ信号Ｆｔとサンプリング信号Ｆｓとの周波数の差Δｆは、サンプリングの時間分解能を決める要素の一つで、Δｆの値は小さければ小さい程時間分解能が高くなる。このとき、サンプリング信号Ｆｓの周波数をトリガ信号Ｆｔの周波数よりΔｆだけ低くした場合には、サンプリングヘッド７２は被測定信号Ｆｉの波形上の設定されたトリガポイントを基点として１／Δｆづつ遅れたサンプリング間隔でサンプリングを行って、被測定信号Ｆｉに相似したサンプル出力Ｆｏを出力する。これにより例えば、該サンプル出力Ｆｏをストレージオシロスコープ７３に接続して波形観測を行うとか，ＡＤ変換してデータ処理する等の方法により、被測定信号Ｆｉの計測をすることができる。図５は、トリガポイント及びサンプル点に関して、このときの被測定信号Ｆｉと、トリガ信号Ｆｔと、サンプリング信号Ｆｓと、サンプル出力Ｆｏの関係を示したタイミング・チャートである。
【０００４】次に、従来技術のサンプリング信号発生回路について、図３を参照して説明する。図３に示すように、従来は、分周器３１と、他の分周器３２と、位相比較器４０と、ループフィルタ５０と、電圧制御発振器６０からなるＰＬＬと呼ばれる回路で構成されている。
【０００５】分周器３１は、トリガ信号Ｆｔを１／Ｍに分周して、位相比較器４０の基準信号入力としている。分周器３２は、電圧制御発振器６０が発振する周波数Ｆｓを１／Ｎに分周して、位相比較器４０の比較信号入力としている。
【０００６】位相比較器４０は、基準信号と比較信号の位相を比較をして、その誤差信号を出力している。ループフィルタ５０は、一種の積分器であり、位相比較器４０より出力された誤差信号を積分して誤差電圧Ｖｒに変換する。誤差電圧Ｖｒを入力とする電圧制御発振器６０の出力は、フィードバック制御されているため、電圧制御発振器６０はトリガ信号Ｆｔの周波数と位相同期したサンプリング信号Ｆｓを出力する。
【０００７】このとき、分周器３１の分周比の係数Ｍと、分周器３２の分周比の係数Ｎとの間に、Ｍ＝Ｎ＋１（Ｍ、Ｎはそれぞれ整数とする）の関係が成り立つとすると、Ｆｔ×（１／Ｍ）＝Ｆｓ×（１／Ｎ）からＦｓ＝Ｆｔ×（Ｎ／Ｍ）＝Ｆｔ×（Ｍ－１）／Ｍよって、Ｆｓ＝Ｆｔ×（１－１／Ｍ）
即ち、トリガ信号Ｆｔに同期し、周波数がトリガ信号周波数Ｆｔ×（１／Ｍ）だけ低いサンプリング信号Ｆｓを得ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のＰＬＬ回路を用いたサンプリング信号発生回路では、サンプリング間隔を決める要素のΔｆは、トリガ信号Ｆｔを分周してつくられる。従って、Δｆ＝トリガ信号Ｆｔ×（１／Ｍ）という関係から、トリガ信号の変動によりΔｆ自体も変動する難点がある。
【０００９】一方、トリガ信号Ｆｔの可変範囲はＰＬＬ回路のロックレンジにより決まり、例えば±１０ｋＨｚであり狭い。
【００１０】本発明の目的は上述した欠点を除去し、トリガ信号Ｆｔの変動に影響されることなく、安定した高時間分解能をもつ精度が高いサンプリング信号を発生するサンプリング信号発生回路を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決するための本発明の第一は、トリガ信号Ｆｔと、該トリガ信号Ｆｔとは位相が非同期で任意の周波数をもつ外部の第１基準信号Ｆ１と、該基準信号Ｆ１と位相が同期して、その周波数がΔｆだけ異なる第２基準信号Ｆとの間で、２段の周波数混合器を用いて周波数変換を行い、それら信号群の周波数和及び周波数差信号を発生させる周波数変換手段と、該周波数変換手段により発生した複数の信号群から、フィルタにより必要な信号のみを抽出する信号抽出手段により、前記トリガ信号Ｆｔの位相に同期した、安定して精度の高いサンプリング信号Ｆｓを出力するサンプリング信号発生回路である。
【００１２】上述した問題点を解決するための本発明の第二は、前述した第２基準信号Ｆ２の代替として、前述した第１基準信号Ｆ１を入力し、該第１基準信号Ｆ１と位相が同期して周波数がΔｆだけ異なる信号を発生するＰＬＬ回路の出力信号Ｆ３を用いて、上述した周波数変換手段及び信号抽出手段と同様の動作によって、前述したトリガ信号Ｆｔの位相に同期した、安定して精度の高いサンプリング信号Ｆｓを出力するサンプリング信号発生回路である。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、下記の実施例において説明する。
【００１４】
【実施例】（実施例１）図１は、本発明の一実施例を示すブロック図である。本発明のサンプリング信号発生回路は、第１周波数混合器１１と、第一フィルタ２１と、第２周波数混合器１２と、第２フィルタ２２で構成される。
【００１５】第１周波数混合器１１はトリガ信号Ｆｔと、第１基準信号Ｆ１を周波数混合して周波数変換を行った結果、周波数がＦｔ±Ｆ１の信号を発生する。第１フィルタ２１はハイパスフィルタであり、第１周波数混合器１１の出力Ｆｔ±Ｆ１を入力し、周波数がＦｔ＋Ｆ１の信号を出力する。
【００１６】第２周波数混合器１２は第１フィルタ２１の出力Ｆｔ＋Ｆ１と、第１基準信号Ｆ１と同期し、第１基準信号Ｆ１よりΔｆだけ高い第２基準信号Ｆ２（周波数Ｆ２＝Ｆ１＋Δｆ）を周波数混合して（Ｆｔ＋Ｆ１）±（Ｆ１＋Δｆ）の周波数の信号を出力する。第２フィルタ２２はローパスフィルであり、第２周波数混合器１２の出力信号Ｆｔ＋２×Ｆ１＋Δｆ及びＦｔ－Δｆから、周波数がＦｔ－Δｆとなる成分をサンプリング信号Ｆｓとして出力する。
【００１７】以上に述べたとおり、本サンプリング信号発生回路に入力されるトリガ信号Ｆｔは、任意の第１基準信号Ｆ１及び第２基準信号Ｆ２によって、２回周波数変換されるが、第１基準信号Ｆ１と第２基準信号Ｆ２間は、同期関係を有するものとしているという関係があるから、結果的にはトリガ信号Ｆｔとサンプリング信号Ｆｓの位相同期は維持される。また、サンプリングの時間分解能と精度を決める要素であるΔｆの確度は、トリガ信号Ｆｔとは独立した第１基準信号Ｆ１及び第２基準信号Ｆ２の周波数確度に依存しているから、トリガ信号Ｆｔの周波数変動の影響は受けない。
【００１８】第１基準信号Ｆ１及び第２基準信号Ｆ２については、同期がとれているという条件を満足すれば、それぞれの信号発生源についての制限はないし、その周波数選択範囲も、２段の周波数混合器がトリガ信号Ｆｔと周波数混合する際に発生するスプリアスを、出力するサンプリング信号Ｆｓに影響ない程度に除去できるフィルタの性能に基づいて決めることができる。また、トリガ信号Ｆｔの波形は、周波数混合に支障がなければ、そのパルス周波数を問わないが、パルスの場合は所望により基本波用フィルタを挿入しても良い。
【００１９】（実施例２）本発明の実施例２について、図２のブロック図を参照して説明する。実施例１と同じ構成要素については、その説明を省略する。また、ＰＬＬ回路についても従来の技術で説明したものと構成及び動作が同じであるから、これも省略する。図２に示すように、実施例２は実施例１で説明した第２基準信号Ｆ２の代わりに、第１基準信号Ｆ１を入力して、分周器３１と、分周器３２と、位相比較器４０と、ループフィルタ５０と、電圧制御発振器６０で構成するＰＬＬ回路の出力信号Ｆ３を使用している。【００２０】ＰＬＬ回路の出力信号Ｆ３は、従来の技術で説明したと同じ動作によって、第１基準信号Ｆ１位相と同期して、その周波数がΔｆだけ異なっているから、実施例１の場合と同様の周波数変換手段とフィルタ手段によって、トリガ信号Ｆｔと位相が同期して、安定した精度の高いサンプリング信号Ｆｓを発生させることができる。
【００２１】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明はトリガ信号とは別の独立した基準信号をベースにしてサンプリングの時間分解能を決めるΔｆを発生させているので、高時間分解能をもち安定したサンプリング間隔で、精度よくサンプリングを行う効果を上げることができる。
【００２２】本発明では、トリガ信号及び基準信号の周波数を１００ＭＨｚ、Δｆ＝２０Ｈｚとしたとき、フィルタの帯域が広くとれるので被測定信号が±１０ＭＨｚの範囲でも良好なサンプリングの結果を得ることができた。このため、汎用性があり、高速パルス計測器等のサンプリング回路に応用することが可能になる。

【出願人】	【識別番号】３９０００５１７５【氏名又は名称】株式会社アドバンテスト
【出願日】	平成９年（１９９７）１２月２４日
【代理人】
【公開番号】	特開平１１－１８３５２４
【公開日】	平成１１年（１９９９）７月９日
【出願番号】	特願平９－３５５３９７