(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記複数の高周波コンポーネントのうちの1つは、前記入力端子から入力された信号をフラットな周波数特性で増幅する増幅器として機能することを特徴とする請求項1に記載のマルチバンドイコライザ。
イコライザとして機能する前記高周波コンポーネントがCTLE(Continuous Time Linear Equalizer)を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のマルチバンドイコライザ。
【背景技術】
【0002】
近年、電子機器や通信機器の高性能化に伴い、機器間でのシリアル伝送の速度が高速化し続けている。このような高速のシリアル伝送に対応した機器の品質評価に際しては、高ビットレートのデジタル信号を波形の劣化を抑制して測定装置まで伝送させる必要がある。
【0003】
例えば、デジタル信号の誤り率を測定する装置は、伝送線路を介して擬似ランダムビット系列などの高速なパルスパターン信号を被試験対象(Device Under Test:DUT)に対して送受信する。
【0004】
伝送線路は、高速な信号に対してはローパスフィルタとして機能し、伝送線路を伝搬する信号の高周波成分を大きく減衰させてしまう。このため、伝送線路のローパスフィルタ特性によって失われてしまう高周波成分を補償するために、イコライザを使用して低周波成分に対して高周波成分を相対的に持ち上げる技術が従来より知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
しかしながら、特許文献1に開示されたイコライザは、受動イコライザであるため、幅広いビットレートに対応可能ではない。このため、DUTから出力される様々なビットレートの信号を測定する際には、それらのビットレートに応じた通過特性のイコライザを複数個用意して、それらを1つずつ測定装置に付け替える必要があった。
【0006】
これに対して、1つの共通端子に対して複数の個別端子を切り替えて接続する高周波スイッチ(例えば、特許文献2参照)を用いて、通過特性の異なる複数のイコライザを並列に構成し、複数のイコライザを切り替えて用いる方法が考えられる。しかしながら、特許文献2に開示された高周波スイッチには、スイッチ素子が用いられているため、このスイッチ素子により挿入損失が生じることとなる。
【0007】
一方、スイッチ素子を用いることなく、イコライザ特性のピーク周波数を可変できるイコライザが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献3に開示されたような、イコライザ特性のピーク周波数を可変できるイコライザであっても、例えば2GHz〜16GHzなどの広帯域にわたってピーク周波数を変化させることは技術的に困難であるという問題があった。また、上述したように、特許文献1に開示されたイコライザには、幅広いビットレートに対応することが難しいという問題があった。また、特許文献2に開示された高周波スイッチには、スイッチ素子による挿入損失が避けられないという問題があった。
【0010】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、低損失かつ幅広いビットレートに対応したマルチバンドイコライザ、それを用いた誤り率測定システム、誤り率測定装置、及び経路選択方法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】
【0011】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1のマルチバンドイコライザは、一端に信号が入力される入力端子が形成され、他端が入力側終端回路によって終端されている入力側伝送回路と、一端が出力側終端回路によって終端され、他端に信号を出力する出力端子が形成された出力側伝送回路と、前記入力側伝送回路及び前記出力側伝送回路との間に並列に設けられ、通過特性が互いに異なる複数の高周波コンポーネントと、を備え、各前記高周波コンポーネントは、外部の電源回路から駆動電源信号が選択的に入力される電源端子を有しており、前記入力側伝送回路を伝送される信号は、前記複数の高周波コンポーネントのうち、前記電源端子に前記駆動電源信号が入力されている高周波コンポーネントのみを含む伝送経路を経由して前記出力側伝送回路に伝送され、前記複数の高周波コンポーネントのうちの少なくとも2つは、自身の前記電源端子に前記駆動電源信号が入力されることにより、前記入力端子から入力された信号の周波数特性を変更するイコライザとして機能するように構成されている。
【0012】
この構成により、通過特性が互いに異なる複数の高周波コンポーネントの電源端子に個別に駆動電源信号を入力することにより、損失源となり得るスイッチを用いずに、高周波コンポーネントをそれぞれ含む複数の伝送経路を低損失に切り替えることができる。これにより、低損失かつ幅広いビットレートに対応したマルチバンドイコライザを実現することができる。
【0013】
また、本発明の請求項2のマルチバンドイコライザにおいては、前記複数の高周波コンポーネントのうちの1つは、前記入力端子から入力された信号をフラットな周波数特性で増幅する増幅器として機能するように構成されている。
【0014】
この構成により、入力された信号をフラットな周波数特性で増幅する高周波コンポーネントの電源端子に駆動電源信号を入力することにより、伝送損失が少ないスルー特性を実現することができる。
【0015】
また、本発明の請求項3のマルチバンドイコライザにおいては、イコライザとして機能する前記高周波コンポーネントがCTLE(Continuous Time Linear Equalizer)を含む構成であってもよい。
【0016】
また、本発明の請求項4の誤り率測定システムは、上記のいずれかのマルチバンドイコライザと、パルスパターンを発生し、当該パルスパターンを試験信号として被試験対象に入力するパルスパターン発生装置と、前記マルチバンドイコライザの後段に配置され、前記試験信号の入力に伴う前記被試験対象からの被測定信号と前記試験信号とを比較して、前記被測定信号の誤り率を測定する誤り率測定装置と、を備え、前記誤り率測定装置は、前記マルチバンドイコライザの複数の前記電源端子に駆動電源信号を選択的に入力する電源回路を有し、前記被測定信号が、前記複数の高周波コンポーネントのうち、前記電源端子に前記駆動電源信号が入力された高周波コンポーネントのみを含む伝送経路を経由して、前記誤り率測定装置に入力されるように構成されている。
【0017】
この構成により、被試験対象から出力される被測定信号に応じて、適切な高周波コンポーネントを含む伝送経路を低損失に選択することができるため、幅広いビットレートの被測定信号に対する誤り率測定を精度良く実行することができる。
【0018】
また、本発明の請求項5の誤り率測定装置は、上記のいずれかのマルチバンドイコライザと、前記マルチバンドイコライザの後段に配置され、試験信号としてのパルスパターンの入力に伴う前記被試験対象からの被測定信号と前記試験信号とを比較して、前記被測定信号の誤り率を測定する誤り率測定部と、前記マルチバンドイコライザの複数の前記電源端子に駆動電源信号を選択的に入力する電源回路と、を備え、前記被測定信号が、前記複数の高周波コンポーネントのうち、前記電源端子に前記駆動電源信号が入力された高周波コンポーネントのみを含む伝送経路を経由して、前記誤り率測定部に入力されるように構成されている。
【0019】
この構成により、被試験対象から出力される被測定信号に応じて、適切な高周波コンポーネントを含む伝送経路を低損失に選択することができるため、幅広いビットレートの被測定信号に対する誤り率測定を精度良く実行することができる。
【0020】
また、本発明の請求項6の経路選択方法は、上記のいずれかのマルチバンドイコライザを用いる経路選択方法であって、前記マルチバンドイコライザの前記複数の高周波コンポーネントの中から、少なくとも1つの高周波コンポーネントを選択するステップと、前記ステップで選択された前記高周波コンポーネントが有する前記電源端子に駆動電源信号を入力するステップと、を含む構成である。
【0021】
この構成により、損失源となり得るスイッチを用いずに、互いに特性の異なる高周波コンポーネントをそれぞれ含む複数の伝送経路を低損失に切り替えることができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明は、低損失かつ幅広いビットレートに対応したマルチバンドイコライザ、それを用いた誤り率測定システム、誤り率測定装置、及び経路選択方法を提供するものである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明に係るマルチバンドイコライザ、それを用いた誤り率測定システム、誤り率測定装置、及び経路選択方法の実施形態について図面を用いて説明する。
【0025】
(第1の実施形態)
図1に示すように、本実施形態に係るマルチバンドイコライザ1は、入力側伝送回路10及び出力側伝送回路11との間に並列に設けられ、通過特性が互いに異なる複数の高周波コンポーネント12−0〜12−Nを備えている。
【0026】
入力側伝送回路10は、複数の伝送線路Tiが直列接続されてなる入力側伝送線路を有しており、伝送線路Tiのインダクタンス成分と各高周波コンポーネント12の入力容量により形成される。また、入力側伝送線路の一端には信号が入力される入力端子13が形成されており、他端は入力側終端回路14によって終端されている。入力側終端回路14の特性インピーダンスZiは、入力側伝送回路10の特性インピーダンスと整合が取れている。
【0027】
出力側伝送回路11は、複数の伝送線路Toが直列接続されてなる出力側伝送線路を有しており、伝送線路Toのインダクタンス成分と各高周波コンポーネント12の出力容量により形成される。また、出力側伝送線路の一端は出力側終端回路15によって終端され、他端には信号を出力する出力端子16が形成されている。出力側終端回路15の特性インピーダンスZoは、出力側伝送回路11の特性インピーダンスと整合が取れている。
【0028】
入力側伝送回路10を構成する複数の伝送線路Tiは、線路長と特性インピーダンスが最適に設計されており、入力側のリターンロスが高く設計されている。出力側伝送回路11の複数の伝送線路Toについても、同様にリターンロスが高くなるように設計されている。このような設計方法は、進行波増幅器の設計方法として公知である。ただし、各高周波コンポーネント12の入力容量及び出力容量は、他の高周波コンポーネントの入力容量及び出力容量と等しくなくてもよく、この点で従来の進行波増幅器の構成と異なっている。
【0029】
入力側伝送回路10を構成する複数の伝送線路Tiのうち、入力端子13と入力側終端回路14のそれぞれに最も近い位置にある2つの伝送線路の線路長は、それら以外の伝送線路Tiの線路長の1/2になっている。また、出力側伝送回路11を構成する複数の伝送線路Toのうち、出力端子16と出力側終端回路15のそれぞれに最も近い位置にある2つの伝送線路の線路長は、それら以外の伝送線路Toの線路長の1/2になっている。
【0030】
なお、入力側伝送回路10、出力側伝送回路11、及び複数の高周波コンポーネント12は、シングルエンド入出力用に構成されたものであっても、差動入出力用に構成されたものであってもよい。伝送線路Ti,Toは、例えばグランデッドコプレーナ線路、又はグランデッドコプレーナ差動線路で構成される。
【0031】
各高周波コンポーネント12は、自身を構成するトランジスタに駆動電源信号を供給するための電源端子17を有している。ここで、高周波コンポーネント12が電圧制御されるものである場合は、駆動電源信号は電圧信号(バイアス電圧)である。また、高周波コンポーネント12が電流制御されるものである場合は、駆動電源信号は電流信号(バイアス電流)である。
【0032】
電源端子17は、外部の電源回路に接続され、当該電源回路から駆動電源信号が選択的に入力されるようになっている。なお以降では、電源端子17に駆動電源信号が入力されている高周波コンポーネント12の状態を「電源オン」、電源端子17に駆動電源信号が入力されていない高周波コンポーネント12の状態を「電源オフ」ともいう。
【0033】
つまり、本実施形態のマルチバンドイコライザ1においては、入力側伝送回路10を伝送される信号は、複数の高周波コンポーネント12のうち、電源オンの高周波コンポーネントのみを含む伝送経路を経由して出力側伝送回路11に伝送される。一方、電源オフの高周波コンポーネント12は、入力側伝送回路10を伝送される信号を出力側伝送回路11に伝送しない。
【0034】
なお、同時に電源オンの状態となる高周波コンポーネント12の個数は、1つであっても、2つ以上であってもよい。さらに、各高周波コンポーネント12は、自身の通過特性を変化させるための制御端子18を有していてもよい。
【0035】
複数の高周波コンポーネント12のうちの少なくとも2つは、例えばCTLE(Continuous Time Linear Equalizer)を含んでおり、自身の電源端子17に駆動電源信号が入力されることにより、入力端子13から入力された信号の周波数特性を変更するイコライザとして機能するようになっている。
【0036】
また、複数の高周波コンポーネント12のうちの1つは、入力端子13から入力された信号をフラットな周波数特性で増幅する増幅器として機能するようになっている。このような高周波コンポーネント12は、伝送損失が少ないスルー特性を実現可能である。
【0037】
また、高周波コンポーネント12は、CTLEを含んだものに限定されず、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタなどを含んだものであってもよい。
【0038】
以下、
図2に示す等価回路を用いて、マルチバンドイコライザ1の通過特性についてシミュレーションを行った結果を説明する。
【0039】
図2の等価回路においては、高周波コンポーネント12の個数を4つとし、それぞれをEQ0、EQ1、EQ2、EQ3と呼ぶ。EQ0の通過特性はフラットである。EQ1〜EQ3の通過特性は、それぞれ5GHz、8GHz、15GHzにピークを有している。
【0040】
ここでは、EQ0〜EQ3を互いに異なる通過特性を持った電圧制御電流源とみなしている。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、高周波コンポーネント12は、電流制御されるものであっても、電圧制御されるものであってもよく、更には電流源であっても電圧源であってもよい。
【0041】
なお、以下のシミュレーションにおいては、EQ0〜EQ3の電源オフを、それぞれの伝達コンダクタンスG0〜G3を0とすることで表現した。例えば、
図3に示すように、EQ0〜EQ3のうちEQ2のみを電源オンとして、EQ2を含む伝送経路を選択する場合には、EQ0、EQ1、EQ3の出力側が電流0の電流源として表現される。
【0042】
また、シミュレーション条件として、EQ0〜EQ3の入力容量及び出力容量を下記のように与えた。
・入力側のZin0〜Zin3の容量(入力容量):10fF
・出力側のZout0の容量(出力容量):24fF
・出力側のZout1の容量(出力容量):28.8fF
・出力側のZout2の容量(出力容量):13fF
・出力側のZout3の容量(出力容量):15fF
【0043】
図4(a),(b)及び
図5における点線のデータ(比較例)は、上記のシミュレーション条件に加えて、入力側の伝送線路Tiの特性インピーダンスZinと、出力側の伝送線路Toの特性インピーダンスZoutとをいずれも50Ωとした場合のシミュレーション結果の一例を示している。
図4(a),(b)は、SパラメータS
11,S
22の周波数特性を示している。また、
図5は、SパラメータS
21(挿入損失)の周波数特性を示している。
【0044】
一方、
図4(a),(b)及び
図5における実線のデータは、特性インピーダンスZin,Zoutと、入力側の伝送線路Tiの遅延量(遅延時間)TDinと、出力側の伝送線路Toの遅延量(遅延時間)TDoutとを、リターンロス(S
11,S
22)が最適になるように設計した場合のシミュレーション結果を示している。このときのZin、Zout、TDin、TDoutの値は下記のとおりである。
【0045】
・入力側の伝送線路Tiの特性インピーダンスZin:67.1Ω
・入力側の伝送線路Tiの遅延量TDin:0.85ps
・出力側の伝送線路Toの特性インピーダンスZout:87.4Ω
・出力側の伝送線路Toの遅延量TDout:0.85ps
【0046】
なお、入力端子13と入力側終端回路14のそれぞれに最も近い位置にある2つの伝送線路Tiの遅延量はTDin/2となる。同様に、出力端子16と出力側終端回路15のそれぞれに最も近い位置にある2つの伝送線路Toの遅延量はTDout/2となる。
【0047】
図4,5のシミュレーション結果から、EQ0〜EQ3の入力容量及び出力容量に応じて、Zin、Zout、TDin、TDoutとして、適切な値を用いて回路を設計することにより、本実施形態のマルチバンドイコライザ1において、リターンロスと挿入損失を改善できることが分かる。
【0048】
図6は、上記のようにして最適化された
図2の等価回路について、EQ0〜EQ3のそれぞれを1つずつ電源オンにした場合の各高周波コンポーネントのS
21の周波数特性を示すグラフである。
【0049】
実線は、EQ0のみを電源オンにした場合のS
21を示しており、EQ0のフラットな通過特性を確認できる。点線は、EQ1のみを電源オンにした場合のS
21を示しており、5GHzにピークを持つ通過特性を確認できる。一点鎖線は、EQ2のみを電源オンにした場合のS
21を示しており、8GHzにピークを持つ通過特性を確認できる。二点鎖線は、EQ3のみを電源オンにした場合のS
21を示しており、15GHzにピークを持つ通過特性を確認できる。
【0050】
このように、各高周波コンポーネントを含む伝送経路を切り替えることにより、それぞれの高周波コンポーネントの通過特性を個別に利用することができる。なお、EQ0〜EQ3のうち、複数の高周波コンポーネントを同時に電源オンにして、複数の高周波コンポーネントの通過特性を足し合わせることも可能である。
【0051】
以上説明したように、本実施形態に係るマルチバンドイコライザ1は、高周波コンポーネント12として、複数のCTLEをビットレート別に備えており、それらの電源端子17に個別に駆動電源信号を入力できる構成になっている。これにより、損失源となり得るスイッチを用いずに、高周波コンポーネント12をそれぞれ含む複数の伝送経路を低損失に切り替えることができるため、低損失かつ幅広いビットレートに対応したマルチバンドイコライザを実現することができる。
【0052】
また、本実施形態に係るマルチバンドイコライザ1は、高周波コンポーネント12として、入力された信号をフラットな周波数特性で増幅する広帯域増幅器を備えている。これにより、CTLEを通さないスルー特性も選択可能であるとともに、低損失かつ幅広いビットレートに対応したマルチバンドイコライザを実現することができる。
【0053】
(第2の実施形態)
図7は、第1の実施形態に係るマルチバンドイコライザを備えた第2の実施形態に係る誤り率測定システムを示している。
図7に示すように、本実施形態に係る誤り率測定システム2は、マルチバンドイコライザ1と、パルスパターン発生装置21と、誤り率測定装置22と、を備える。
【0054】
パルスパターン発生装置21は、2N−1のビット周期を有する擬似ランダムビット系列などのパルスパターンを発生し、当該パルスパターンを試験信号として被試験対象(DUT)100に入力するようになっている。
【0055】
DUT100は、試験信号の入力に伴う被測定信号を、マルチバンドイコライザ1を介して誤り率測定装置22に出力するように配置される。DUT100が対応する規格の例としては、PCI Express(登録商標)、USB(登録商標)、CEI(Common Electrical Interface)、Ethernet(登録商標)、InfiniBandなどが挙げられる。
【0056】
誤り率測定装置22は、マルチバンドイコライザ1の後段に配置され、誤り率測定部23と、電源回路24と、表示部25と、操作部26と、制御部27と、を備える。
【0057】
誤り率測定部23は、マルチバンドイコライザ1を通過した被測定信号と試験信号とを比較して、被測定信号のビット誤り率を測定するようになっている。
【0058】
電源回路24は、マルチバンドイコライザ1の複数の電源端子17−0〜17−Nに駆動電源信号を選択的に入力できるようになっている。これにより、被測定信号は、複数の高周波コンポーネント12のうち、電源端子17に駆動電源信号が入力された高周波コンポーネントのみを含む伝送経路を経由して、誤り率測定装置22の誤り率測定部23に入力される。
【0059】
例えば、イコライザとして機能する高周波コンポーネント12の電源端子17に駆動電源信号が入力された場合には、伝送損失により劣化したアイパターンを開くことが可能となる。また、低損失なスルー特性を実現する高周波コンポーネント12の電源端子17に駆動電源信号が入力された場合には、DUT100からの被測定信号を高感度に測定することが可能となる。
【0060】
表示部25は、例えばLCDやCRTなどの表示機器で構成され、制御部27からの制御信号に応じて各種表示内容を表示するようになっている。この表示内容には、被測定信号のビット誤り率の測定結果などが含まれる。さらに、表示部25は、測定条件などを設定するためのソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象を表示するものであってもよい。
【0061】
操作部26は、キーボード、タッチパネル、又はマウスのような入力デバイスを含んで構成される。あるいは前述のように、操作部26は、ソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象が表示部25に表示される構成であってもよい。
【0062】
制御部27は、例えばCPU、ROM、RAM、HDDなどを含むマイクロコンピュータで構成され、パルスパターン発生装置21と、誤り率測定装置22を構成する上記各部の動作を制御するようになっている。
【0063】
なお、
図7の例では、パルスパターン発生装置21が誤り率測定装置22と別体の構成であるとしたが、パルスパターン発生装置21は誤り率測定装置22と一体に構成されたものであってもよい。
【0064】
また、
図8に示すように、誤り率測定装置22は、誤り率測定部23、電源回路24、表示部25、操作部26、及び制御部27に加えて、マルチバンドイコライザ1を内蔵するものであってもよい。この場合、誤り率測定部23は、マルチバンドイコライザ1の後段に配置される。
【0065】
以下、誤り率測定システム2におけるマルチバンドイコライザ1を用いる経路選択方法について、
図9のフローチャートを参照しながら説明する。
【0066】
まず、ユーザによる操作部26の操作により、マルチバンドイコライザ1の複数の高周波コンポーネント12の中から、DUT100が対応する規格の伝送速度に応じた高周波コンポーネントが少なくとも1つ選択される(ステップS1)。
【0067】
次に、電源回路24は、ステップS1で選択された高周波コンポーネント12が有する電源端子17に駆動電源信号を入力する(ステップS2)。
【0068】
次に、パルスパターン発生装置21は、試験信号としてのパルスパターンを発生し、当該試験信号をDUT100に送信する(ステップS3)。
【0069】
次に、誤り率測定部23は、ステップS1で選択された高周波コンポーネント12を含む伝送経路を経由したDUT100からの被測定信号を受信する(ステップS4)。
【0070】
次に、誤り率測定部23は、ステップS4で受信した被測定信号と試験信号とを比較して、被測定信号のビット誤り率を測定する(ステップS5)。
【0071】
次に、表示部25は、被測定信号のビット誤り率の測定結果を表示する(ステップS5)。
【0072】
以上、説明したように、本実施形態に係る誤り率測定システム2は、DUT100から出力される被測定信号に応じて、適切な高周波コンポーネント12を含む伝送経路をソフトウェア的に低損失に選択することができるため、幅広いビットレートの被測定信号に対する誤り率測定を精度良く実行することができる。