(57)【要約】【課題】  最大入力振幅が大きく、あるいは帯域の広いサンプラを提供する。【解決手段】      ステップ状のストローブ信号を伝送する伝送線路を備え、この伝送線路を介して伝送されたストローブ信号を反射してインパルス状の差動信号を生成すると共に、この差動信号を用いて被測定信号をサンプルするサンプラにおいて、  前記ストローブ信号を分配するパワースプリッタと、  前記パワースプリッタで分配されたストローブ信号を増幅する一対のアンプと、  前記一対のアンプの出力から差動信号を生成する差動信号生成手段を備える。  【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステップ状のストローブ信号を伝送する伝送線路を備え、この伝送線路を介して伝送された前記ストローブ信号を反射してインパルス状の差動信号を生成すると共に、この差動信号を用いて被測定信号をサンプルするサンプラにおいて、
前記ストローブ信号を分配するパワースプリッタと、
前記パワースプリッタで分配された前記ストローブ信号を増幅する一対のアンプと、
前記一対のアンプの出力から差動信号を生成する差動信号生成手段を備えることを特徴とするサンプラ。
【請求項２】
前記差動信号生成手段の出力に同相成分を除去する結合線路を設けたことを特徴とする請求項１記載のサンプラ。
【請求項３】
前記結合線路は、スロットラインで形成されることを特徴とする請求項２記載のサンプラ。
【請求項４】
前記差動信号生成手段は、トランスで構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のサンプラ。
【請求項５】
前記差動信号生成手段は、
前記一対のアンプの出力が入力されるＣＰＷと、
これらのＣＰＷに接続される一対のバランと、
これらのバランで変換されたストローブ信号が入力される一対のスロットラインと、
これら一対のスロットラインを通過する前記ストローブ信号を合成するスロットライン
を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のサンプラ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のサンプラを備えた波形解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最大入力振幅が大きく、あるいは帯域の広いサンプラに関し、特にサンプリングオシロスコープ等の波形測定装置に使用されるサンプラに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、サンプリングオシロスコープなどの波形解析装置は、各種の電子機器・電子回路の研究開発・解析・保守に欠かせない測定器である。この様な波形測定装置を用いて被測定波形を取り込むためにはサンプラが用いられるが、波形取込の性能を向上させるためには種々の工夫が必要とされる。この様な波形解析装置の先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−５０９８４号公報
【特許文献２】米国特許第５１３２５５７号明細書
【特許文献３】米国特許第３２７８７６３号明細書
【０００４】
以下、図６を参照して従来のサンプラの構成例を説明する。アンプ１は端子LOからストローブ信号が入力され、その出力はトランス２に接続される。トランス２は、アンプ１の出力aをd、eのような差動信号に変換する。伝送線路３から６はトランス２の出力を伝送する。ショート線路７は、伝送線路５と６を短絡し、通過するステップ状のストローブ信号を反射する。
【０００５】
伝送線路３、５の接続点８と、伝送線路４、６の接続点９の間に、ホールドコンデンサ１２、ダイオード１０、１１、ホールドコンデンサ１３がこの順番の通り直列に接続される。被測定信号は端子RFからダイオード１０、１１の接点に入力され、終端抵抗１４で終端される。ホールドコンデンサ１２とダイオード１０の接点である端子IF-と、ホールドコンデンサ１３とダイオード１１の接点である端子IF+からサンプル結果が出力として取り出される。
【０００６】
次に図６の動作を説明する。端子LOから入力されたステップ状のストローブ信号aは、アンプ１で増幅される。アンプ１の出力は、トランス２で信号d、e、すなわちアンプ１の出力の半分の振幅からなる差動信号に変換される。この差動信号はそれぞれ伝送線路３、４５、６で伝送されるが、ショート７で反射されるので、結果的に接続点８、９で観測されるストローブ信号はf、gのようなインパルス状の信号となる。
【０００７】
ストローブ信号f、gはコンデンサ１２、１３を通ってダイオード１０、１１をインパルスの幅で決まる短い時間だけオンさせる。この時、端子RFから入力されている信号がサンプルされ、ダイオード１０、１１を通して、コンデンサ１２、１３を充電する。そして、ストローブ信号が無くなった後は、端子IF+、IF-からサンプルされた結果を出力として取り出すことができる。このとき、ストローブ信号f、gによってもコンデンサ１２、１３が充電されるが、ストローブ信号f、gが完全に対称であれば、端子IF+と端子IF-の出力の和を取ることによってf、gによる影響は除去することができるので、信号RFによって充電された結果のみをIF信号として取り出すことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、端子RFに大きな信号を入力しても正常なサンプル動作が行われるためには、ストローブ信号f、gの振幅は大きいほど好ましい。さらに、RF信号の時間変化を正確にサンプルするためには、ストローブ信号f、gのパルス幅は短いほど好ましく、サンプラとしての帯域が広くなる。ここで、ストローブ信号f、gの波形は、アンプ１の性能に大きく影響されるため、アンプ１の性能としては、出力振幅が大きく応答が十分高速であることが求められる。
【０００９】
しかし、回路内部の損失をも考慮すると、ダイオード１０、１１を確実にオンさせ、端子RFへの最大入力振幅を確保するためには、現在入手可能なアンプでは振幅が十分ではなく、現実的には最大入力振幅を狭くすることで妥協している。つまり、アンプ１の出力振幅が足りないことにより、最大入力振幅が狭くなることが問題となる。
【００１０】
この様な振幅不足を解消する方法として、図７のように伝送線路３側のアンプ１の他、伝送線路４側にもアンプ２３を設け、伝送線路３、４をそれぞれ別々のアンプで駆動することが考えられる。しかし、この場合それぞれのアンプの特性が異なると共に、異なるエッジ、すなわち立ち下りと立ち上がりを使うことになる。従って、アンプの出力波形が異なり、ストローブ信号f、gの対称性が悪くなる。ストローブ信号の対称性が悪いと、前述したように端子IF+と端子IF-の出力の和を取って出力信号からストローブ信号の影響を取り除くことが困難になる。
【００１１】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、最大入力振幅が大きく、あるいは帯域の広いサンプラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を達成するために請求項１記載の発明は、
ステップ状のストローブ信号を伝送する伝送線路を備え、この伝送線路を介して伝送されたストローブ信号を反射してインパルス状の差動信号を生成すると共に、この差動信号を用いて被測定信号をサンプルするサンプラにおいて、
前記ストローブ信号を分配するパワースプリッタと、
前記パワースプリッタで分配されたストローブ信号を増幅する一対のアンプと、
前記一対のアンプの出力から差動信号を生成する差動信号生成手段を備える。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のサンプラにおいて、
前記差動信号生成手段の出力に同相成分を除去する結合線路を設ける。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のサンプラにおいて、
前記結合線路はスロットラインで形成される。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のサンプラにおいて、前記差動信号生成手段がトランスで構成される。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のサンプラにおいて、前記差動信号生成手段が、
前記一対のアンプの出力が入力されるＣＰＷと、
これらのＣＰＷに接続される一対のバランと、
これらのバランでストローブ信号が変換され、入力される一対のスロットラインと、
これら一対のスロットラインを通過するストローブ信号を合成するスロットライン
を備える。
【００１７】
請求項６記載の発明は、波形解析装置に請求項１乃至５のいずれかに記載のサンプラを備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では次のような効果がある。すなわち、ストローブ信号を増幅する一対のアンプを備えたので、最大入力振幅を従来よりも大きくすることができる。また、最大入力振幅を従来例と同じにしたまま、帯域を従来例より広くすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を説明する。図１は本発明によるサンプラの構成図である。本発明の従来例との違いは、端子LOに入力されるストローブ信号から、f、gのストローブ信号が生成されるまでにあるので、その点を中心に説明する。また、図６と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００２０】
パワースプリッタ１４０は、端子LOから入力されるステップ状のストローブ信号cを分配する。パワースプリッタ１４０で信号を分配すると信号の振幅は半分になるので、ストローブ信号は従来例に対して倍の振幅を持たせる。アンプ１５０、１６０はそれぞれ信号aを増幅する。トランス１７０はアンプ１５０に接続され、トランス１８０はアンプ１６０に接続されている。接続点１９０はトランス１７０を後述する線路２１０に接続する。接続点２００はトランス１８０を後述する線路２２０に接続する。
【００２１】
線路２１０は信号ａがそのまま伝達されるようにトランス１７０に接続され、線路２２０は信号ａが反転して伝送されるようにトランス１８０に接続されている。こられは結合の極性、つまりコイルの巻き方を工夫することで実現できる。
【００２２】
この結果、接続点１９０、２００で観測される信号はそれぞれd、eのようになり、対称な信号が得られる。また、このトランス１７０、１８０でアンプ１５０とアンプ１６０の出力が合成されることになるので、図６のサンプラの構成例と比べて大きな振幅を得ることができる。
【００２３】
伝送線路２１０、２２０はコプレーナー線路（ＣＰＷ）やスロットラインといった基板の片面のみで構成され、回路との一体化が容易な伝送線路を想定している。また、伝送線路２１０、２２０は伝送線路３、４に接続されるが、これ以降の構成については図６と同様なので説明を省略する。
【００２４】
ここで、２１０と２２０が成す伝送線路は図２のような等価回路で表現され、２１０と２２０は線間のコンデンサ及び、相互インダクタンスによって結合されているのと同等の状態となる。また、図２の上部に示すように２１０、２２０の入力時に差動信号d、eがアンプの個体差によって非対称となっても、この２１０、２２０を伝送することによって、同相成分が除去され（図２右上d’、e’）、図１の信号f、gは対称になる。
【００２５】
次に、図１のダイオード１０に印加されるストローブ信号の例について図３を参照して説明する。まず、図１のダイオード１０は端子IF-から負の直流電圧を印加し、逆バイアスしておく。
【００２６】
すると、端子RFと端子IF-電圧差がダイオード１０に印加される電圧となるので、端子RFへの入力信号が０Vであれば、図３のaに示すストローブ信号が、逆バイアスとダイオードのオン電圧の和を越えた期間だけダイオード１０はオンすることとなる。つまり図３のaに矢印で示す幅ｍ１が、ダイオード１０がオンする時間で、これがサンプラの帯域を決める。
【００２７】
また、図３のbで示すように、点線で示す逆バイアスとダイオード１０のオン電圧をストローブ信号が超えればダイオード１０がオンするので、ダイオード１０がオンするまでに振幅ｘで示すだけの余裕がある。これは、端子RFに矢印で示す電圧まで信号を印加することができるということであり、この電圧が最大入力振幅になる。
【００２８】
本発明による回路によると、図３の波形c、dのように、波形a、bとパルス幅が同じで振幅が大きいストローブ信号が得られる。この時、波形cのように最大入力振幅ｘが同じになるように、逆バイアスを印加してサンプラを動作させると、波形cに矢印で示す幅ｍ２がオン時間となり、それは波形aの幅ｍ１と比較して短くなるので、より帯域の高いサンプラが実現できることになる。また、波形dのようにオン時間が波形aと同じになるような逆バイアスを印加してサンプラを動作させると、その最大入力振幅は波形dに示す振幅yのようになり、波形bの振幅xに比較して大きな最大入力振幅が実現出来ることになる。
【００２９】
このように、本発明によれば、二つのアンプを使ってストローブ信号を生成しても、ストローブ信号の対称性を保って正常動作するサンプラが実現出来る。また、図２の回路がアンプの立ち上がり、立ち下りエッジを使うのに対して、本発明による回路によれば、立ち上がりエッジのみを使うので、エッジの極性による非対称性の影響は受けない。さらに、二つのアンプの間での立ち上がり波形の違いがあっても、図１の２１０、２２０による結合線路によってその同相成分を除去し、対称なストローブ信号を得ることが可能である。
【００３０】
次に、図１のトランス１７０、１８０の構成例を図４ａに示す。図３のトランス１７０、１８０は、その形を限定するものではないが、例えば図４ａの回路が考えられる。図４ａは例えばアルミナ基板上に形成された薄膜パターンで、二つのバランaとひとつのスロットラインTジャンクションcからなっている。
【００３１】
in1はＣＰＷの入力で、図１のアンプ１５０の出力に接続されて、図１のアンプ１５０で増幅されたストローブ信号が入力される。in2もＣＰＷの入力で、図１のアンプ１６０の出力に接続される。この時、図１のパワースプリッタ１４０からアンプ１５０を経てin1へ至る経路と、パワースプリッタ１４０からアンプ１６０を経てin2へ至る経路は、その遅延時間が等しくなるように調整されているものとする。
【００３２】
入力されたストローブ信号はそれぞれ図４ａのバランaでＣＰＷからスロットラインbに変換されて伝送される。図４ａのTジャンクションcで二つのスロットラインbは合成されて、二つのストローブ信号は一つのスロットラインdを伝わるストローブ信号となる。dはスロットラインなので、図１の２１０、２２０がスロットラインであればこのまま接続可能であるし、コプレーナストリップであれば適当な変換を施した後に接続することができる。
【００３３】
また、図４ａは文献１に記載された回路を組み合わせたものであり、文献１には図４ｂ、すなわち「ＣＰＷ」と「Slotline」の構成例が記載されている。従って、図４ａに記載した「+」、「-」の極性は図４ｂから導かれる。文献「Microstrip Lines and Slotlines K.C.Gupta Second Edition」,ｐ．437,「Slotline-to-CPW Transitions」ｐ．448，Slotline-Slotline T-junction
【００３４】
そのため、in1に正エッジのステップ信号が入力され、in2に負エッジのステップ信号が入力されると、この二つの信号がスロットラインの出力outではfを正、eを負とするひとつの差動ステップ信号に変換され、図１におけるトランス１７０、１８０の機能を果たすことが可能である。
【００３５】
次に、図１の線路２１０、２２０に入力する差動信号の他の実現手段の構成例について図５を参照して説明する。ストローブ信号を図５に記載する差動バッファ３００等の高速ロジックや図示しない差動アンプ等の差動出力を持つ素子に入力し、そこで差動になった信号をそれぞれアンプで増幅して図１の２１０、２２０に接続する。
【００３６】
この場合差動出力を持つ素子の立ち上がり、立ち下りエッジの違いや、増幅するアンプの立ち上がり立ち下りエッジの違いによって差動波形の対称性は損なわれるものの、これらの信号が線路２１０、２２０を通ることによって上述した等価回路の効果により、同相成分が除去され対称性が改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるサンプラの構成図である。
【図２】線路２１０、２２０が成す等価回路である。
【図３】図１のダイオード１０に印加されるストローブ信号の例である。
【図４】ａは図１のトランス１７０、１８０の具体例であり、ｂは非特許文献１に記載された「ＣＰＷ」と「Slotline」である。
【図５】図１の線路２１０、２２０に入力する差動信号の他の実現手段の構成例である。
【図６】従来のサンプラの構成例である。
【図７】従来のサンプラの構成例である。
【符号の説明】
【００３８】
３〜６              伝送線路
１０、１１          ダイオード
１２、１３          コンデンサ
１４                終端抵抗
１４０              パワースプリッタ
１５０、１６０      アンプ
１７０、１８０      トランス
２１０、２２０      線路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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