(57)【要約】【課題】クロックを高速化してもマスターパルサーやスレーブパルサーのタイミング誤差を生じないようなＮＭＲ用パルス発生装置を提供する。【解決手段】ＮＭＲ測定のパルスシーケンスの全体のタイミングが記述されてそれを実行し、各スレーブパルサーに固有のパルスシーケンスを実行させるためのトリガー信号を発行するマスターパルサーと、伝播線路を介してマスターパルサーからトリガー信号を受け取ると独立して動作し、固有のパルスシーケンスを実行する各高周波出力チャンネルに対応した複数のスレーブパルサーと、マスターパルサー用とスレーブパルサー用とに分離したパルスシーケンスをデータバスを通して各パルサーにロードするホストコンピュータとを備えたＮＭＲ用パルス発生装置において、前記ホストコンピュータから前記マスターパルサーに与えられる基準クロック信号と前記トリガー信号とを、同質同長の伝播線路を介することによって、前記マスターパルサーから前記複数のスレーブパルサーに伝送するようにした。【選択図】図６
2009025171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＭＲ測定のパルスシーケンスの全体のタイミングが記述されてそれを実行し、各スレーブパルサーに固有のパルスシーケンスを実行させるためのトリガー信号を発行するマスターパルサーと、
伝播線路を介してマスターパルサーからトリガー信号を受け取ると独立して動作し、固有のパルスシーケンスを実行する各高周波出力チャンネルに対応した複数のスレーブパルサーと、
マスターパルサー用とスレーブパルサー用とに分離したパルスシーケンスをデータバスを通して各パルサーにロードするホストコンピュータと
を備えたＮＭＲ用パルス発生装置において、
前記ホストコンピュータから前記マスターパルサーに与えられる基準クロック信号と前記トリガー信号とを、同質同長の伝播線路を介することによって、前記マスターパルサーから前記複数のスレーブパルサーに伝送するようにしたことを特徴とするＮＭＲ用パルス発生装置。
【請求項２】
前記同質同長の伝播線路は、距離の等しいケーブルを用いて構成されることを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ用パルス発生装置。
【請求項３】
前記同質同長の伝播線路は、距離の等しい基板上の配線パターンを用いて構成されることを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ用パルス発生装置。
【請求項４】
前記同質同長の伝播線路は、ミアンダ配線または等距離配線の手法で線路長を合わせたバックプレーンを用いて構成されることを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ用パルス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＭＲ装置に用いられるパルス発生装置に関し、特に高速で動作させて時間分解能を細かく設定可能なパルス発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲ装置は、静磁場中に置かれた被測定試料に高周波信号を照射し、その後、被測定試料から出る微小な高周波信号（ＮＭＲ信号）を検出し、その中に含まれている分子構造情報を抽出することによって分子構造を解析する装置である。
【０００３】
図１はＮＭＲ装置の概略構成図である。高周波発振器１から発振された高周波信号は、位相制御器２及び振幅制御器３によって位相と振幅を制御され、電力増幅器４に送られる。
【０００４】
電力増幅器４で、ＮＭＲ信号を励起するために必要な電力にまで増幅された高周波信号は、デュプレクサ５を介してＮＭＲプローブ６に送られて、ＮＭＲプローブ６内に置かれた図示しない検出コイルから被測定試料に照射される。
【０００５】
高周波照射後、被測定試料から出る微小なＮＭＲ信号は、ＮＭＲプローブ６内に置かれた図示しない検出コイルにより検出され、再びデュプレクサ５を介した後、前置増幅器７に送られ、受信可能な信号強度にまで増幅される。
【０００６】
受信器８は、前置増幅器７で増幅された高周波のＮＭＲ信号を、デジタル信号に変換可能なオーディオ周波数に周波数変換し、同時に振幅の制御を行なう。受信器８でオーディオ周波数に周波数変換されたＮＭＲ信号は、アナログ−デジタルデータ変換器９によってデジタル信号に変換され、制御コンピュータ１０に送られる。
【０００７】
制御コンピュータ１０は、位相制御器２及び振幅制御器３を制御すると共に、時間領域で取り込んだＮＭＲ信号をフーリェ変換処理し、フーリェ変換後のＮＭＲ信号の位相を自動的に補正した後、ＮＭＲスペクトルとして表示する。
【０００８】
最近のＮＭＲ装置を用いた研究では、応用分野が発展し、それに伴い測定に使用される高周波信号（複数の高周波パルスから成る信号。以下、パルスシーケンスと呼ぶ）も益々複雑になってきている。
【０００９】
特にタンパク質の研究分野では、ＮＭＲの高周波出力の多チャンネル化と複雑な波形を持つパルスを出力させるパルスシーケンスが当たり前になってきている。さらに、測定しながら、パルスとパルスの間隔を変えてパルスを移動させる手法も一般的である。この場合、多チャンネル間ではパルスとパルスが重なり合う場合も出てくる。
【００１０】
例えば、図２に示すように、チャンネル１では振幅を変えた複数パルスの集合が出力され、チャンネル２では位相を変えた複数のパルスの集合が出力される。ＮＭＲでは、このようなパルストレインを何回かスキャンし、スキャン毎にチャンネル１とチャンネル２のパルス発生のタイミングを相互に移動させる場合が生ずる。
【００１１】
このような応用上の要求に対して、ＮＭＲ装置１台についてパルス発生器が１台という構成では、パルスシーケンスを作成する上で大きな制約が発生し、現実には記述不能になる場合が発生する。そこで、図３に示すようなパルス発生装置が提案されるに至った（特許文献１）。以下、図３に示す従来技術について説明する。
【００１２】
図中１０は、ホストコンピュータである。ホストコンピュータ１０は、１つのパルスシーケンスをマスターパルサー用とスレーブパルサー用とに分離してコンパイルし、それぞれのパルサーに対してデータバス１１を通して供給する装置である。
【００１３】
この技術においては、パルス発生器が複数備えられ、そのうちの１つのパルサーがマスターパルサー２１であり、他のパルサーがスレーブパルサー２２、２３、２４、…である。
【００１４】
マスターパルサー２１には、ＮＭＲ測定のパルスシーケンスの全体のタイミングが記述され、自身も独立したパルサーとして、記述されたパルスシーケンスを実行し、さらにスレーブパルサーにその固有のパルスシーケンスを開始させるためのトリガー信号を発行する機能を有している。
【００１５】
スレーブパルサー２２、２３、２４、…は、各高周波出力チャンネルに対応し、マスターパルサー２１が発行するトリガー信号をシンクロナスバス１２を介して受け取ると、それぞれ固有のパルスシーケンスの出力を独立して発生する。
【００１６】
次に動作を説明すると、ＮＭＲの測定開始前に予めホストコンピュータ１０からデータバス１１を介してパルスシーケンスがマスターパルサー２１、およびスレーブパルサー２２、２３、２４、…にロードされる。
【００１７】
測定が開始されると、マスターパルサー２１のパルスシーケンスが起動される。マスターパルサー２１のパルスシーケンスは測定全体のタイミングを司るもので、必要ならば測定中の指定されたタイミングでスレーブパルサー２２、２３、２４、…に対して各々のスレーブパルサーにロードされているパルスシーケンスの実行トリガーを与える。
【００１８】
このトリガー信号は、シンクロナスバス１２を介して与えられ、必ずマスターパルサー２１が発信元で、スレーブパルサーが受信する。スレーブパルサーにロードされるパルスシーケンスはマスターパルサー２１のものとは異なり、例えば図２に示したような振幅の異なる複数のパルスの集合から成る複雑な波形を持つパルス、あるいは位相の異なる複数のパルスの集合から成るパルスを発生させるものである。
【００１９】
スレーブパルサーは高周波の出力チャンネルの個数に対応して設けられ、マスターパルサー２１の指令によりそれぞれのチャンネル対応のパルスシーケンスが実行される。マスターパルサー２１は、自身のチャンネル以外のチャンネルに対しては、スレーブパルサーに開始トリガー信号を出力するだけであるので、例えば、複雑なパルスをチャンネル間で重複させたり、わずかにタイミングをずらせたり、移動や追い越しをさせることは容易である。
【００２０】
このことは、ＮＭＲユーザーがパルスシーケンスを作成するときの制約を、大幅に軽減させることにつながる。
【００２１】
【特許文献１】特開２０００−２７５３１４号公報
【非特許文献１】発明協会公開技報２００４−５０５４１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
このような構成において、図４に示すように、各パルサーには１つのクロック源からクロック３１が供給されており、マスターパルサー２１はそれとは別経路で各スレーブパルサー２２、２３、２４、…に開始トリガー信号３２を供給し、それらを制御していた。
【００２３】
ところが、クロック３１が高速化され、周波数が上がってくると、開始トリガー信号３２のスレーブパルサー２２、２３、２４、…に到達するまでの遅延時間（伝播遅延）が無視できなくなり、スレーブパルサー２２、２３、２４、…が開始トリガー信号３２を取りこぼす可能性が出てくるという問題があった。
【００２４】
また、クロック３１が外部から各パルサーに入力されているため、各パルサーのタイミングのばらつきを管理しづらいという問題があった。
【００２５】
例えば、マスターパルサー２１のクロックを基準にスレーブパルサー２２、２３、２４、…を見た場合、図５のようにクロックの信号にわずかながら誤差がある。このクロックのずれがあると、遅延の最悪値を常に考慮しておく必要があり、クロックの高速化に大きな障害となる。
【００２６】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、クロックを高速化してもマスターパルサーやスレーブパルサーのタイミング誤差を生じないようなＮＭＲ用パルス発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
この目的を達成するため、本発明にかかるＮＭＲ用パルス発生装置は、
ＮＭＲ測定のパルスシーケンスの全体のタイミングが記述されてそれを実行し、各スレーブパルサーに固有のパルスシーケンスを実行させるためのトリガー信号を発行するマスターパルサーと、
伝播線路を介してマスターパルサーからトリガー信号を受け取ると独立して動作し、固有のパルスシーケンスを実行する各高周波出力チャンネルに対応した複数のスレーブパルサーと、
マスターパルサー用とスレーブパルサー用とに分離したパルスシーケンスをデータバスを通して各パルサーにロードするホストコンピュータと
を備えたＮＭＲ用パルス発生装置において、
前記ホストコンピュータから前記マスターパルサーに与えられる基準クロック信号と前記トリガー信号とを、同質同長の伝播線路を介することによって、前記マスターパルサーから前記複数のスレーブパルサーに伝送するようにしたことを特徴としている。
【００２８】
また、前記同質同長の伝播線路は、距離の等しいケーブルを用いて構成されることを特徴としている。
【００２９】
また、前記同質同長の伝播線路は、距離の等しい基板上の配線パターンを用いて構成されることを特徴としている。
【００３０】
また、前記同質同長の伝播線路は、ミアンダ配線または等距離配線の手法で線路長を合わせたバックプレーンを用いて構成されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明のＮＭＲ用パルス発生装置によれば、
ＮＭＲ測定のパルスシーケンスの全体のタイミングが記述されてそれを実行し、各スレーブパルサーに固有のパルスシーケンスを実行させるためのトリガー信号を発行するマスターパルサーと、
伝播線路を介してマスターパルサーからトリガー信号を受け取ると独立して動作し、固有のパルスシーケンスを実行する各高周波出力チャンネルに対応した複数のスレーブパルサーと、
マスターパルサー用とスレーブパルサー用とに分離したパルスシーケンスをデータバスを通して各パルサーにロードするホストコンピュータと
を備えたＮＭＲ用パルス発生装置において、
前記ホストコンピュータから前記マスターパルサーに与えられる基準クロック信号と前記トリガー信号とを、同質同長の伝播線路を介することによって、前記マスターパルサーから前記複数のスレーブパルサーに伝送するようにしたので、
クロックを高速化してもマスターパルサーやスレーブパルサーのタイミング誤差を生じないようなＮＭＲ用パルス発生装置を提供することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００３３】
図６は本発明にかかるＮＭＲ用パルス発生装置の主要部の構成を表わした図、図７は本発明にかかるＮＭＲ用パルス発生装置におけるマスターパルサーからスレーブパルサーへのクロック信号の供給方法を示す図である。
【００３４】
本発明では、従来それぞれのパルサーにクロック信号を直接与えていた方式を、クロック信号はまずマスターパルサーに入れて、マスターパルサー内でクロック信号を分配し、スレーブパルサーへの同期信号と共にクロック信号を送る方式とする。同質同長の伝播線路を用いて、クロック信号と同期信号を同時にマスターパルサーからスレーブパルサーに向けて送ることにより、高速クロックにもかかわらず、パルサー間のタイミング誤差を生じない。
【００３５】
本発明の動作を示す。外部から与えられた基準クロック信号３３は、まずマスターパルサー２１のクロック信号３４として入力される。マスターパルサー２１の制御回路４１は、このクロック信号３４に基づいて、各スレーブパルサー２２、２３、２４、…のタイミングを制御する同期信号３５を、同期制御回路４２を介して出力する。
【００３６】
一方、スレーブパルサー２２、２３、２４、…へのクロック信号３６は、ドライバー回路４３を通して与えられる。マスターパルサー２１の回路において、各スレーブパルサー２２、２３、２４、…のクロック信号３６にずれ３７がないように管理（設計）することは可能で、このスレーブパルサー２２、２３、２４、…へのクロック信号３６に対して同期信号のセットアップ時間、ホールド時間を満足するタイミングでこの同期信号をマスターパルサー２１から出力する。
【００３７】
ここで重要なことは、マスターパルサー２１内できっちりタイミング管理した信号を各スレーブパルサー２２、２３、２４、…まで伝えるのにスキュー（Skew：ＣＰＵクロックが複数の信号線の経路を通ることによって発生する到達時間の差）を極力減らすことが必要である。
【００３８】
そのための例として、（１）まずマスターパルサー２１とスレーブパルサー２２、２３、２４、…の接続を距離の等しいケーブルで配線する、（２）さらに信号送り出しのドライバー４３もスキューの小さいＬＶＤＳ（low voltage differential signaling：数１００Ｍビット／秒以上と高速の信号伝送を実現するために、振幅を数１００ｍＶに減らした入出力信号レベルの仕様）のインターフェイスを使用する、などが考えられる。
【００３９】
このようなマスター・スレーブ方式のパルサーでは、基本クロック信号の周波数を上げていっても、各スレーブパルサー２２、２３、２４、…のクロック信号３６にはスキューがなく、使用するクロック周波数において同期信号３５のセットアップ時間、ホールド時間を管理すれば、十分に安定した状態で伝えられる。
【実施例２】
【００４０】
本発明にはいくつかの変形があり得る。例えば、マスター・スレーブ方式を利用するが、これらの機能をすべて１枚の基板としてまとめても良い。動作は実施例１と同じである。ただし、マスターパルサーからスレーブパルサーへの信号の伝達が、ケーブルではなく、基板上の配線パターンとなる。
【実施例３】
【００４１】
マスター・スレーブ方式を利用するが、マスターパルサーを１つ独立させ、スレーブパルサーのみを１枚の基板にまとめても良い。基本的な動作は実施例１と同じである。それぞれのスレーブパルサーに行く同期信号は独立に送る必要があるが、クロック信号の方は、いくつかのスレーブパルサーをまとめた基板内でスキューがないように分配しさえすれば、信号線は１本で良い。信号線の本数を減らせるメリットがある。
【実施例４】
【００４２】
マスターパルサーとスレーブパルサーの間の配線をケーブルではなく、バックプレーン（backplane：ＣＰＵカードと各種の機能拡張カードを接続するバスタイプのボード）を利用して行なっても良い。この場合も動作は実施例１と同じである。ただし、マスターパルサーとスレーブパルサーの間の線路長を合わせる必要があり、ミアンダ配線（meander：うねうねさせて長さを稼ぐミアンダ処理を施した配線）や、バックプレーンにおいて各基板から等距離にある中継点を必ず経由させて各基板間を接続するようにした等距離配線の手法（ＶＭＥ３２０の手法）を採用する必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
ＮＭＲ測定に広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来のＮＭＲ装置の一例を示す図である。
【図２】パルスシーケンスの概念図である。
【図３】従来のＮＭＲ用パルス発生装置の一例を示す図である。
【図４】従来のＮＭＲ用パルス発生装置におけるクロックの供給方法の一例を示す図である。
【図５】従来のクロック供給方法の問題点を示す図である。
【図６】本発明にかかるＮＭＲ用パルス発生装置の主要部の一実施例を示す図である。
【図７】本発明にかかるＮＭＲ用パルス発生装置におけるクロックの供給方法の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：高周波発振器、２：位相制御器、３：振幅制御器、４：電力増幅器、５：デュプレクサ、６：ＮＭＲプローブ、７：前置増幅器、８：受信器、９：アナログ−デジタルデータ変換器、１０：制御コンピュータ（ホストコンピュータ）、２１：マスターパルサー、２２：スレーブパルサー、２３：スレーブパルサー、２４：スレーブパルサー、３１：クロック信号、３２：開始トリガー信号、３３：基準クロック信号、３４：マスターパルサーのクロック信号、３５：同期信号、３６：スレーブパルサーのクロック信号、３７：クロック信号のずれ、４１：制御回路、４２：同期制御回路、４３：ドライバー
【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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