(57)【要約】【課題】  半導体可変位相器は周波数や周囲温度によって位相量が変化し、かつ時間を基準とした位相量を設定することができない。時間を基準とした位相量を設定するためには、予め使用する周波数で校正値を測定しておかなければならず、手間がかかりかつ精度を維持することが難しいという課題を解決する。【解決手段】  ２つの固定遅延器を用いて位相量と位相比較器出力との関係を求めておき、この関係を用いて設定する時間基準の位相量に対応する位相比較器の出力値を求め、位相比較器の出力がこの出力値になるように可変遅延器の制御電圧を調整するようにした。高精度で時間基準の位相量を設定することができる。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号が入力され、所定の遅延量を有する第１の固定遅延器と、
前記信号が入力され、ゼロを含む所定の遅延量を有する第２の固定遅延器と、
前記第１および第２の固定遅延器の出力が入力され、これらの出力を選択する選択器と、
２つの入力端子を有し、これらの入力端子に印可される信号の位相差に関連する信号を出力すると共に、前記選択器の出力が前記入力端子の一方に入力される位相比較器と、
前記信号が入力され、その出力が前記位相比較器の他方の入力端子に印可されて、前記第１および第２の固定遅延器を用いて求めた時間を基準にした遅延量と前記位相比較器の出力との関係を用いて、遅延量が設定される可変遅延器と、
を具備したことを特徴とする可変位相器。
【請求項２】
信号が入力され、所定の遅延量を有する第１の固定遅延器と、
前記信号が入力され、ゼロを含む所定の遅延量を有する第２の固定遅延器と、
前記信号が入力され、遅延量を変化させることができる第２の可変遅延器と、
前記第２の可変遅延器の出力、および前記第１および第２の固定遅延器の出力が入力され、これらの出力を選択する選択器と、
２つの入力端子を有し、これらの入力端子に印可される信号の位相差に関連する信号を出力すると共に、前記選択器の出力が前記入力端子の一方に入力される位相比較器と、
前記信号が入力され、その出力が前記位相比較器の他方の入力端子に印可されて、前記第２の可変遅延器および前記第１および第２の固定遅延器を用いて求めた時間を基準にした遅延量と前記位相比較器の出力との関係を用いて、遅延量が設定される第１の可変遅延器と、
を具備したことを特徴とする可変位相器。
【請求項３】
前記第２の固定遅延器は、配線であることを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の可変位相器。
【請求項４】
前記第２の可変遅延器に、前記第１の固定遅延器の遅延量を設定するようにしたことを特徴とする請求項２記載の可変位相器。
【請求項５】
前記第２の可変遅延器に、前記位相比較器が検出できる最大の位相差に相当する遅延量を設定するようにしたことを特徴とする請求項２記載の可変位相器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い時間精度が要求される高ビット誤り率測定器のクロック位相可変部等に用いられる、位相量を可変することができる可変位相器に関し、特に時間に換算した位相量を設定できる可変位相器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
位相を制御することができる可変位相器は、大きく分けて半導体可変位相器と機械式可変位相器がある。機械式可変位相器はトロンボーン形状の同軸エアラインを伸縮することによって遅延量を変化させるものであり、主として同軸エアラインの精度および駆動装置の位置決め精度によって時間精度および直線性が決定される。
【０００３】
市販されている１０ＧＨｚ以上の高周波半導体可変位相器はクロックの反射や合成を利用したものが多い。そのため、クロック信号の周波数範囲は限定されるが、機械式に比べて小型で、かつ電圧で無段階に位相を制御することができるという特徴を有し、可搬型の誤り率測定器やＳＤＨアナライザ等のクロック位相可変部に用いられる。半導体可変位相器は周波数に対しては度(Degree)で変化し、時間で制御することはできない。さらに、周波数によって特性が変化するために、時間精度は高くない。
【０００４】
図７に、時間に換算して位相量を制御することができる可変位相器を示す。図７において、１０は制御電圧ＶＣで位相量（遅延量）を制御することができる可変遅延器であり、クロックＩＮが入力され、クロックＯＵＴが出力される。このクロックＯＵＴの周波数は、周波数カウンタ１１で測定される。１２は温度センサであり、周囲温度を測定する。
【０００５】
この可変位相器を使用する前に、オシロスコープ等を用いて、可変遅延器１０の周波数をパラメータとした制御電圧ＶＣと位相量との関係を測定しておく。この関係の一例を図８に示す。図８において、横軸は制御電圧ＶＣの大きさ、縦軸は度単位の位相量である。位相量は周波数によって変化するので、使用する周波数毎に測定する。周波数カウンタ１１で信号の周波数を測定し、図８のグラフから度単位の位相量を求め、信号の周波数を用いて時間単位の位相量に変換する。可変遅延器１０の位相量が温度によって変化するときは、温度センサ１２で周囲温度を測定して補正する。このようにすることによって、制御電圧ＶＣと位相量の関係に非直線性があるとき、周波数や周囲温度によって位相量が変化するときでも、任意の時間単位の位相量を設定することができる。
【０００６】
特許文献１には、可変遅延器の校正方法の発明が記載されている。図９を用いて、この発明の概要を説明する。周期カウンタ２１は基準クロック発生器２０の出力である基準クロックを所定の分周比で分周し、粗遅延カウンタ２２、２３のイネーブル端子ＣＥに出力する。粗遅延カウンタ２２、２３は基準クロックをカウントする。この粗遅延カウンタ２２、２３には、それぞれ粗遅延レジスタ２２ａ、２３ａからプリセット値が設定される。
【０００７】
可変遅延器２４、２５には、それぞれ粗遅延カウンタ２２、２３の出力が入力される。これら可変遅延器２４、２５の遅延量は、それぞれ精遅延レジスタ２４ａ、２５ａに値を設定することにより、可変できる。位相比較器２６には可変遅延器２４、２５の出力が入力され、これらの出力の位相差を測定する。
【０００８】
このような構成において、粗遅延レジスタ２２ａ、２３ａの設定値をそれぞれＮ、Ｎ−１とし、精遅延レジスタ２４ａの設定値を一定にして、位相比較器２６の出力を見ながら、位相差が０になるように精遅延レジスタ２５ａの設定値を調整する。次に、基準クロックの周期を変化させて、同様の操作を繰り返す。これら一連の操作により、可変遅延器２４を校正することができる。
【０００９】
特許文献２には、校正機能付きのジッタ発生装置の発明が記載されている。この発明を図１０を用いて説明する。図１０において、基準クロック信号発生器３０の出力は同相・逆相クロック出力部３１に入力される。同相・逆相クロック出力部３１は、入力信号の同相および逆相の信号を出力する。この同相、逆相出力および電圧制御発振器３６の出力は、校正手段３８によって制御される切替部３２で選択される。同相。逆相クロック出力部３１の同相出力および切替部３２の出力は位相比較器３３に入力され、これら信号の位相差が検出される。この位相差信号はキャリアフィルタ３４で高周波成分が除去され、ジッタ印可部３５に入力されてジッタ信号と加算される。この加算信号は電圧制御発振器３６に入力される。キャリアフィルタ３４の出力はレベル検出器３７に入力される。
【００１０】
このような構成において、最初に校正を行う。すなわち、切替部３２は同相・逆相クロック出力部３１の同相出力を選択し、このときのレベル検出器３７の出力を校正手段３８に記憶する。次に、逆相出力を選択し、このときのレベル検出器３７の出力を校正手段３８に記憶する。
【００１１】
校正が終了すると、校正手段３８は切替部３２を制御して電圧制御発振器３６の出力を選択し、ジッタ信号を印可する。レベル検出器３７はジッタ量を測定し、校正手段３８に記憶された基準値で校正して、レベル検出器３７内の表示部に表示する。
【００１２】
図１１に位相比較器の特性を示す。（Ａ）は位相周波数比較器の特性である。この位相比較器は位相量に応じたＨｉｇｈ、Ｌｏｗのパルス幅として検出し、平均化して使用する。±３６０°までの位相検出が可能であり、それ以外の上下限外では固定になるので、範囲外でも正負の判定ができるという特徴がある。複数のロジック回路で実現されているので、比較的低速である。また、図からわかるように、正負の位相検出が切り替わる領域に不感帯があり、その領域では直線性が劣化する。
【００１３】
図８（Ｂ）はミキサやロジックを用いた位相比較器の特性である。ミキサやＸＯＲ、ＡＮＤ等のロジックを用いて２入力クロックの位相差をＨｉｇｈ、Ｌｏｗパルス幅として検出し、平均化して使用する。ミキサを用いたものは高速、低雑音であるが、図の実線の範囲に限定され、直線性の範囲が狭い。また、ロジックを用いたものは、直線性は優れているがミキサを用いたものに比較すると低速であり、また雑音が多い。
【特許文献１】特開平６−１８８７００号公報
【特許文献２】特開平１０−２２４２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、このような可変位相器や校正方法には次のような課題があった。図７の可変位相器を用いるためには、図８に示すような制御電圧と位相量との関係を予め測定しておかなければならない。しかし、全ての制御電圧および周波数についてデータを測定しておくことはできず、かつ実際に使用する位相量や周波数はそのときでないとわからない。そのため、測定値がないデータは補間を用いて算出しなければならず、誤差が発生するという課題があった。また、この誤差を小さくするためには、大量の測定データが必要になるという課題もあった。
【００１５】
図９の可変遅延器の校正方法は、高精度で可変遅延器を校正できるという利点はあるが、装置が複雑になるという課題があった。また、図１０の校正機能付きジッタ発生装置は簡単な構成ではあるが、２点でしか校正できないために誤差が大きくなるという課題があった。
【００１６】
従って本発明の目的は、小型かつ高精度で時間に換算した位相量を設定する事ができる可変位相器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
信号が入力され、所定の遅延量を有する第１の固定遅延器と、
前記信号が入力され、ゼロを含む所定の遅延量を有する第２の固定遅延器と、
前記第１および第２の固定遅延器の出力が入力され、これらの出力を選択する選択器と、
２つの入力端子を有し、これらの入力端子に印可される信号の位相差に関連する信号を出力すると共に、前記選択器の出力が前記入力端子の一方に入力される位相比較器と、
前記信号が入力され、その出力が前記位相比較器の他方の入力端子に印可されて、前記第１および第２の固定遅延器を用いて求めた時間を基準にした遅延量と前記位相比較器の出力との関係を用いて、遅延量が設定される可変遅延器と、
を具備したものである。時間基準の位相量を設定できる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、
信号が入力され、所定の遅延量を有する第１の固定遅延器と、
前記信号が入力され、ゼロを含む所定の遅延量を有する第２の固定遅延器と、
前記信号が入力され、遅延量を変化させることができる第２の可変遅延器と、
前記第２の可変遅延器の出力、および前記第１および第２の固定遅延器の出力が入力され、これらの出力を選択する選択器と、
２つの入力端子を有し、これらの入力端子に印可される信号の位相差に関連する信号を出力すると共に、前記選択器の出力が前記入力端子の一方に入力される位相比較器と、
前記信号が入力され、その出力が前記位相比較器の他方の入力端子に印可されて、前記第２の可変遅延器および前記第１および第２の固定遅延器を用いて求めた時間を基準にした遅延量と前記位相比較器の出力との関係を用いて、遅延量が設定される第１の可変遅延器と、
を具備したものである。時間基準の位相量を設定できる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２記載の発明において、
前記第２の固定遅延器として、配線を用いたものである。構成が簡単になる。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、
前記第２の可変遅延器に、前記第１の固定遅延器の遅延量を設定するようにしたものである。設定範囲を拡大できる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項２記載の発明において、
前記第２の可変遅延器に、前記位相比較器が検出できる最大の位相差に相当する遅延量を設定するようにしたものである。設定範囲を拡大できる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２、３、４および５の発明によれば、２つの固定遅延器を用いて時間を基準とした位相量と位相比較器の出力との関係を求め、この関係を用いて任意の位相量を第１の可変遅延器に設定するようにした。また、第２の可変遅延器に基準位相に相当する遅延量を設定して、この第１、第２の可変遅延器出力の位相差を用いて第１の可変遅延器位相量を設定した。
【００２３】
固定遅延器の遅延量を基準としているので、時間を基準とする位相量を設定することができるという効果がある。また、位相比較器の出力を用いて位相量を設定するので、可変遅延器の遅延量が周波数や周囲温度の影響で変動しても位相比較器の測定精度で位相量を設定することが出来るという効果もある。さらに、何らかの影響で精度が低下しても、再度固定遅延器を用いて再校正することにより、設定精度を維持することができるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る可変位相器の一実施例を示す構成図である。図１において、４０、４１は可変遅延器であり、信号ＩＮが入力される。この可変遅延器４０、４１は制御電圧を変化させることにより、遅延量を変化させることができる遅延器である。また、可変遅延器４０の出力が、この可変位相器の出力ＯＵＴになる。
【００２５】
４２、４３は固定遅延器であり、信号ＩＮが入力される。この固定遅延器４２、４３は入力信号を一定時間遅延して出力する。この遅延時間は固定であり、かつ入力信号の周波数には依存しない。なお、固定遅延器４３は遅延器を用いず、配線のみの場合もある。この場合遅延量は０になる。
【００２６】
４４は選択部であり、３つの入力端子Ａ〜Ｃと１つの出力端子Ｄを有し、入力端子Ａ〜Ｃに印可された信号を選択して出力端子Ｄに出力する。入力端子Ａ〜Ｃにはそれぞれ可変遅延器４１、固定遅延器４２，４３の出力が入力される。
【００２７】
４５は位相比較器であり、入力端子ＰＩＮ１、ＰＩＮ２に印可された信号の位相差に関連する信号を出力端子ＰＯＵＴに出力する。入力端子ＰＩＮ１には可変遅延器４０の出力が、ＰＩＮ２には選択器４４で選択された信号が入力される。４６は制御部であり、位相比較器４５の出力が入力される。また、可変遅延器４０に制御電圧ＶＣ２を、可変遅延器４１に制御電圧ＶＣ１を出力し、選択器４４を制御する。なお、固定遅延器４２、４３は、その特性上遅延量は周波数によらず、固定された一定時間になる。また、位相比較器４５の出力範囲は−Ｖｏ〜＋Ｖｏであり、入力端子ＰＩＮ１、ＰＩＮ２に入力される信号の位相差が０のときに０Ｖを出力するものとする。
【００２８】
次に、この実施例の動作を図２フローチャートに基づいて説明する。なお、固定遅延器４３の遅延量は０、すなわち配線のみであるとする。図２において、制御部４６は工程（Ｓ２−１）で、選択器４４を操作して固定遅延器４３を位相比較器４５の入力端子ＰＩＮ２に接続する。そして、制御電圧ＶＣ２を０Ｖにして、位相比較器４５の出力が０Ｖ（位相差０）であることを確認する（工程（Ｓ２−２））。このときの位相を基準位相とする。
【００２９】
前述したように、固定遅延器４３は配線のみなので、その遅延量は０である。また、可変遅延器４０に入力される制御電圧ＶＣ２を０Ｖにすると、その遅延量も０になる。従って、位相比較器４５が検出する位相差は０になり、その出力も０Ｖになる。
【００３０】
次に、制御部４６は工程（Ｓ２−３）で選択器４４を操作して、固定遅延器４２を位相比較器４５の入力端子ＰＩＮ２に接続する。そして、工程（Ｓ２−４）でこのときの位相比較器４５の出力電圧と固定遅延器４２の遅延量（時間）から、時間を単位とした遅延量と位相比較器４５出力との関係を求める。
【００３１】
次に、工程（Ｓ２−５）で再び固定遅延器４３を位相比較器４５の入力端子ＰＩＮ２に接続して、工程（Ｓ２−６）で遅延量と位相比較器４５出力との関係を用い、制御電圧ＶＣ２を調整して可変遅延器４０の遅延量（時間単位の位相量）を設定する。なお、この実施例では、可変遅延器４１は使用しない。これにより、可変遅延器４０の遅延量を時間単位で設定することができる。また、位相比較器４５の出力を用いて可変遅延器４０の遅延量を設定するので、可変遅延器４０の精度や非直線性には影響を受けず、位相比較器４５の精度、直線性で設定することができる。
【００３２】
このことを、図３を用いて説明する。図３の横軸は時間単位の遅延量、縦軸は位相比較器４５の出力電圧である。位相比較器４５の出力電圧範囲を−Ｖｏ〜＋Ｖｏとすると、設定範囲は縦線の矩形範囲５３になる。白丸５０は工程（Ｓ２−２）で確認した点であり、遅延量が０のときに位相比較器４５の出力が０になっている。白丸５１は工程（Ｓ２−３）における点であり、ＤＬ２は固定遅延器４２の時間単位の遅延量、Ｖｄｌ２はそのときの位相比較器４５の出力電圧である。
【００３３】
この白丸５０と５１を結んだ直線５２は、時間単位の遅延量と位相比較器４５出力との関係を表した直線である。この直線５２を用いて設定したい遅延量に対応する位相比較器４５の出力電圧値を求め、この電圧値になるように制御電圧ＶＣ２を調整することにより、任意の遅延量（時間単位の位相量）が得られる。例えば、遅延量ＤＬｘを得るには、直線５２上のＤＬｘに対応する電圧Ｖｄｌｘを求め、位相比較器４５の出力電圧がこのＶｄｌｘになるように制御電圧ＶＣ２を調整すればよい。
【００３４】
なお、直線５２の傾きはＶｄｌ２／ＤＬ２なので、遅延量の設定可能範囲は０〜Ｖｏ・ＤＬ２／Ｖｄｌ２になる。また、工程（Ｓ２−２）で位相比較器４５の出力が０Ｖにならないときは、点５０を縦軸に沿って移動させればよい。また、配線である固定遅延器４３の遅延量が無視できない場合、あるいは固定遅延器４３として遅延量が０でない固定遅延器を用いたときは、点５０を遅延量だけ横軸に沿って移動させればよい。
【００３５】
図４は他の実施例の動作を示すフローチャートである。なお、工程（Ｓ４−１）から（Ｓ４−４）は、図２フローチャートの工程（Ｓ２−１）〜（Ｓ２−４）と同じなので、説明を省略する。
【００３６】
工程（Ｓ４−５）で、制御部４６は位相比較器４５の出力電圧が０Ｖになるように、制御電圧ＶＣ２を調整する。そして、工程（Ｓ４−６）で選択器４４を操作して可変位相器４１を位相比較器４５の入力端子ＰＩＮ２に接続し、工程（Ｓ４−７）で位相比較器４５の出力電圧が０Ｖになるように、制御電圧ＶＣ１を調整する。これによって、固定遅延器４２の遅延量が可変遅延器４１に設定される。そして、工程（Ｓ４−８）で、制御部４６は工程（Ｓ４−４）で求めた関係を用いて、可変遅延器４０に所望の時間単位の遅延量を設定する。遅延量の設定方法は図３で説明した方法と同じなので、説明を省略する。
【００３７】
この実施例では、遅延量ＤＬ２の可変遅延器４１が位相比較器４５の入力端子ＰＩＮ２に接続されているので、可変遅延器４０の遅延量がＤＬ２のときに位相比較器４５出力は０、遅延量が０のときは−Ｖｄｌ２になる。すなわち、図３に比べて基準位相がＤＬ２だけ移動している。この関係を図５に示す。なお、図３と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００３８】
図５において、５４は可変遅延器４０の遅延量と位相比較器４５の出力電圧との関係を表す直線である。前述したように、この実施例では可変遅延器４０の遅延量がＤＬ２のときに位相比較器４５の出力電圧が０になるので、直線５４は直線５２を下方にＶｄｌ２だけ平行移動した直線になる。位相比較器４５の出力範囲は−Ｖｏ〜＋Ｖｏなので、可変遅延器４０の遅延量の設定範囲は縦線範囲５５になる。すなわち、可変遅延器４０の遅延量の設定範囲は０〜Ｖｏ・ＤＬ２／Ｖｄｌ２＋ＤＬ２になり、図３に比べて可変遅延器４１に設定された遅延量（ＤＬ２）だけ拡大する。
【００３９】
可変遅延器４１の遅延量は制御電圧ＶＣ１によって可変することができる。これを利用して、可変遅延器４０の遅延量の設定範囲を更に拡大することができる。このことを図６を用いて説明する。なお、図３と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００４０】
５６は可変遅延器４１の遅延量をＶｏ・ＤＬ２／Ｖｄｌ２（図３の設定範囲５３の右端）に設定したときの、可変遅延器４０の遅延量と位相比較器４５の出力電圧の関係を表した直線である。図５の場合と同じ理由で、可変遅延器４０の遅延量がＶｏ・ＤＬ２／Ｖｄｌ２のときに、位相比較器４５の出力電圧は０になる。また、同様に遅延量が０のときの出力電圧は−Ｖｏ、２・Ｖｏ・ＤＬ２／Ｖｄｌ２のときの出力電圧は＋Ｖｏになる。可変遅延器４０の遅延量の設定範囲は縦線範囲５７であり、図３実施例に比べて設定範囲を２倍に拡大することができる。
【００４１】
可変遅延器４１に遅延量Ｖｏ・ＤＬ２／Ｖｄｌ２を設定するためには、図５の直線５４を用いてこの遅延量に対応する位相比較器４５の出力電圧を求め、出力電圧がこの値になるように制御電圧ＶＣ２を設定する。これによって、可変遅延器４０に遅延量Ｖｏ・ＤＬ２／Ｖｄｌ２を設定することができる。次に、位相比較器４５の出力電圧が０Ｖになるように、制御電圧ＶＣ１を調整する。このようにすることにより、可変遅延器４１に遅延量Ｖｏ・ＤＬ２／Ｖｄｌ２を設定することができる。
【００４２】
可変遅延器４１の遅延量をＶｏ・ＤＬ２／Ｖｄｌ２より大きく設定することも出来る。この場合は遅延量０付近の設定ができず、かつ設定可能範囲は変わらないが、最大設定可能遅延量を拡大することができる。すなわち、位相比較器４５の位相差検出範囲に拘束されず、可変遅延器４０、４１の可変範囲を最大限利用することができる。
【００４３】
なお、図２実施例の場合で、工程（Ｓ２−５）を省略する、すなわち固定遅延器４２を位相比較器４５の入力端子ＰＩＮ２に接続したままにしておくと、図５で示した同じ理由で、可変遅延器４０の遅延量設定範囲をＤＬ２だけ拡大することができる。
【００４４】
また、これらの実施例は、位相比較器４５として、位相差が０のときに出力が０になり、位相差検出範囲の中央が位相差０になる理想位相比較器を用いることを前提として説明したが、図１１（Ｂ）のように位相差が９０°で出力が０になるような位相比較器を用いることも出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施例の動作を説明するための特性図である。
【図４】本発明の他の実施例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施例の動作を説明するための特性図である。
【図６】本発明の他の実施例の動作を説明するための特性図である。
【図７】従来の可変位相器の構成図である。
【図８】可変位相器の制御電圧と位相量との関係を示す特性図である。
【図９】従来の可変遅延器の校正装置の構成図である。
【図１０】従来の校正機能付きのジッタ発生装置の構成図である。
【図１１】位相比較器の特性図である。
【符号の説明】
【００４６】
４０、４１  可変遅延器
４２、４３  固定遅延器
４４  選択器
４５  位相比較器
４６  制御部
５０、５１  測定点
５２、５４、５６  直線
５５、５７  設定範囲
ＶＣ１、ＶＣ２  制御電圧
【図１】
2007251876.tif 000003
【図２】
2007251876.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007251876.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
2007251876.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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