JP6679635B2 - フィードフォワードイコライザ及びフィードフォワードイコライザの高周波特性改善方法 - Google Patents

Description

本発明は、入力信号の歪みを補償する高周波領域で使用可能なフィードフォワードイコライザ及びフィードフォワードイコライザの高周波特性改善方法に関する。

従来、入力信号の歪みを補償するフィルタ回路として、例えば特許文献１に開示されるフィードフォワードイコライザが知られている。特許文献１のフィードフォワードイコライザは、ｎ個の遅延器と、ｎ個の重み付け回路とを有し、入力信号に対して各遅延器に所望の遅延を与え、さらに各重み付け回路で所望の重み値（フィルタ値）を与えた後、これらの信号を加算して出力することで入力信号の歪みを補償している。

また、下記特許文献２には、差動増幅部の差動利得の周波数特性を補償する差動増幅回路が開示されている。

ところで、近年では、携帯端末やクラウドコンピューティングの普及により、データ通信量は増加の一途をたどり伝送速度も高速化が著しくなっている。また、高速データ伝送に関する国際規格は、電気インターフェース、光インターフェースとともに従来のＮＲＺ伝送からＰＡＭ４伝送へと変化している。

そのため、この種のＰＡＭ伝送において、例えば５６Ｇや６４ＧｂａｕｄのＰＡＭ信号の伝送に対応したＢＥＲテストソリューションでは、２８ＧＨｚや３２ＧＨｚといった周波数帯の補償が求められている。しかも、補償が求められる周波数帯域は、年々高域にシストしてきており、今後１１２Ｇや１２８ＧｂａｕｄのＰＡＭ伝送向けに、５６Ｇや６４ＧＨｚ帯の補償を求められる可能性がある。

特許第５１５７９０７号公報 特許第５９０６８１８号公報

ところで、上述した特許文献１や特許文献２を含む従来の回路では、数ＧＨｚオーダーの周波数領域で使用していたため、２８ＧＨｚや３２ＧＨｚといった数十ＧＨｚ帯でのゲインの落ち込みを気にする必要がなかった。

しかしながら、近年におけるＰＡＭ伝送の測定系では数十ＧＨｚ帯の高周波の信号を補償することが求められるが、特許文献１や特許文献２を含む従来の回路では、高周波領域での補償が不足しており、ＰＡＭ伝送の測定系で要求される数十ＧＨｚ帯の高周波信号を補償することができなかった。その結果、例えば５６Ｇや６４ＧｂａｕｄのＰＡＭ伝送において、誤り率測定装置の受信側の誤り率測定器では、高速ボーレートのＰＡＭ信号を受信した際の伝送歪みに対する補償ができず、ＢＥＲ（誤り率）測定ができなかった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、高周波領域でのゲインの落ち込みを改善することができるフィードフォワードイコライザ及びこれを用いた高周波特性改善方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載されたフィードフォワードイコライザは、エミッタフォロワ回路１２と差動回路１３との組み合わせにより１単位のセル１１を構成し、遅延量に応じて複数のセルが多段接続されるサブタップ３がメインタップ２に並列接続され、最終段のセルが係数設定により利得調整可能な重み付け回路として機能するフィードフォワードイコライザ１であって、
前記複数のセル間の伝送線路２３における前記差動回路の出力側から前記エミッタフォロワ回路の入力側の間と接地との間に一本の２５Ω抵抗である終端抵抗２２が接続されることを特徴とする。

請求項２に記載されたフィードフォワードイコライザは、請求項１のフィードフォワードイコライザにおいて、
前記複数のセル１１間における前記差動回路１３の出力と前記エミッタフォロワ回路１２の入力との間の伝送線路２３の線路インピーダンスが５０Ω終端抵抗に比して高インピーダンスであることを特徴とする。

請求項３に記載されたフィードフォワードイコライザは、請求項２のフィードフォワードイコライザにおいて、
前記終端抵抗２２を前記差動回路１３の出力側又は前記エミッタフォロワ回路１２の入力側に寄せて接続することを特徴とする。

請求項４に記載されたフィードフォワードイコライザの高周波特性改善方法は、エミッタフォロワ回路１２と差動回路１３との組み合わせにより１単位のセル１１を構成し、遅延量に応じて複数のセルが多段接続されるサブタップ３がメインタップ２に並列接続され、最終段のセルが係数設定により利得調整可能な重み付け回路として機能するフィードフォワードイコライザ１の高周波特性の改善方法であって、
前記複数のセル間の伝送線路２３における前記差動回路の出力側から前記エミッタフォロワ回路の入力側の間と接地との間に一本の２５Ω抵抗である終端抵抗２２を接続するステップを含むことを特徴とする。

請求項５に記載されたフィードフォワードイコライザの高周波特性改善方法は、請求項４のフィードフォワードイコライザを用いた高周波特性の改善方法において、
前記複数のセル１１間における前記差動回路１３の出力と前記エミッタフォロワ回路１２の入力との間の伝送線路２３の線路インピーダンスを５０Ω終端抵抗に比して高インピーダンスにするステップを含むことを特徴とする。

請求項６に記載されたフィードフォワードイコライザの高周波特性改善方法は、請求項５のフィードフォワードイコライザを用いた高周波特性の改善方法において、 前記終端抵抗２２を前記差動回路１３の出力側又は前記エミッタフォロワ回路１２の入力側に寄せて接続するステップを含むことを特徴とする。

本発明によれば、従来よりも高周波領域でのゲインの落ち込みを改善して入力信号の歪みを補償することができる。

本発明に係るフィードフォワードイコライザの基本構成を示す図である。 図１のフィードフォワードイコライザにおけるメインタップとサブタップの内部構成を示す図である。 図２の各セルの回路構成の一例を示す図である。 本発明に係るフィードフォワードイコライザのサブタップの比較例として、伝送線路の線路インピーダンスを例えば３３．８３Ωの低インピーダンスとし、５０Ω終端抵抗で終端した場合の差動回路とエミッタフォロワ回路との接続構成と周波数特性を示す図である。 本発明に係るフィードフォワードイコライザのサブタップにおいて、伝送線路の線路インピーダンスを例えば３３．８３Ωの低インピーダンスとし、５０Ω終端抵抗を２５Ω終端抵抗にまとめた場合の差動回路とエミッタフォロワ回路との接続構成と周波数特性の一例を示す図である。 本発明に係るフィードフォワードイコライザのサブタップにおいて、伝送線路の線路インピーダンスを例えば３３．８３Ωの低インピーダンスとし、２５Ω終端抵抗を差動回路の出力側に寄せた場合の差動回路とエミッタフォロワ回路との接続構成周波数特性の一例を示す図である。 本発明に係るフィードフォワードイコライザのサブタップにおいて、伝送線路の線路インピーダンスを例えば３３．８３Ωの低インピーダンスとし、２５Ω終端抵抗をエミッタフォロワ回路の入力側に寄せた場合の差動回路とエミッタフォロワ回路との接続構成と周波数特性の一例を示す図である。 本発明に係るフィードフォワードイコライザのサブタップにおいて、伝送線路の線路インピーダンスを例えば１２０Ωの高インピーダンスとし、２５Ω終端抵抗を差動回路の出力側に寄せた場合の差動回路とエミッタフォロワ回路との接続構成と周波数特性の一例を示す図である。 本発明に係るフィードフォワードイコライザのサブタップにおいて、伝送線路の線路インピーダンスを例えば１２０Ωの高インピーダンスとし、２５Ω終端抵抗をエミッタフォロワの入力側に寄せた場合の差動回路とエミッタフォロワ回路との接続構成と周波数特性の一例を示す図である。 本発明に係るフィードフォワードイコライザの比較例としての調整前の周波数特性の一例を示す図である。 本発明に係るフィードフォワードイコライザの調整後の周波数特性の一例を示す図である。 本発明に係るフィードフォワードイコライザが採用される誤り率測定装置の概略構成を示す図である。 本発明に係るフィードフォワードイコライザの高周波特性の改善方法の概略を示すフローチャート図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

［フィードフォワードイコライザの基本構成について］
まず、伝送媒体の分散や損失によって生じる入力信号の波形歪みを電気的に補償するフィードフォワードイコライザ（ＦＦＥ：Feed Forward Equalizer）の基本構成について図１を参照しながら説明する。

図１に示すように、フィードフォワードイコライザ１は、メインタップ２、サブタップ３、加算器４を備えて概略構成される。なお、図１では、２タップ構成のシンプルな回路について図示している。

図１のフィードフォワードイコライザ１では、メインタップ２の振幅を０．０ｄＢ（ｘ１．００）とする。また、サブタップ３は、メインタップ２に対してΔＴ＝｛１／（２＊Ｆｐｅａｋｉｎｇ）｝だけ遅延させた成分を分岐・生成する。なお、Ｆｐｅａｋｉｎｇは、補償させたい周波数に設定されるピーク周波数である。

このフィードフォワードイコライザ１では、入力側増幅器４にて増幅された信号がサブタップ３に入力されると、振幅をｘｄＢ減衰させた後、正負を反転させ、マイナスの成分とする。そして、加算器４において、サブタップ３のマイナス成分をメインタップ２に足し合わせる。なお、メインタップ２とサブタップ３の分岐部分の前段と後段に配置された入力側増幅器４と出力側増幅器５により振幅を調整する。

［メインタップとサブタップの構成について］
次に、図１のフィードフォワードイコライザ１におけるメインタップ２とサブタップ３の構成について図２および図３を参照しながら説明する。

図２に示すように、メインタップ２は、正相信号と、正相信号の位相が反転した逆相信号とを入力差動信号とし、サブタップ３に対するメインタップ２の振幅が比例関係になるように調整するセル１１を有する。

図２に示すように、サブタップ３は、メインタップ２の入力と出力との間に並列接続されるもので、所定の遅延量に応じた段数（図２では６段）のセル１１が互いに近接した状態で伝送線路２３を介して多段接続（カスケード接続）して構成される。

各セル１１は、エミッタフォロワ回路（ＥＦ：Emitter Follower）１２と差動回路（ＣＭＬ：Current Mode Logic）１３を備える。

エミッタフォロワ回路１２と差動回路１３は、図３に示すように、トランジスタ回路の組み合わせで構成される。図３の回路では、エミッタフォロワ回路１２のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と差動回路１３のトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４のサイズと、抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７の抵抗値を調整してゲインを設定する。また、差動回路１３のトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４に負帰還抵抗Ｒ８，Ｒ９を接続し、抵抗値を調整することにより、線形に使用できる入力電圧レベルの範囲を設定する。

なお、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は終端抵抗である。また、最終段のセル１１のエミッタフォロワ回路１２と差動回路１３は、メインタップ２とサブタップ３の重み付けの量を定めるための重み付け回路として機能する。

［高周波特性の改善方法について］
次に、本実施の形態のフィードフォワードイコライザ１における高周波特性の改善方法について図４〜図１１を参照しながら説明する。なお、図４〜図９において、Ｌは伝送線路の長さ、Ｗは伝送線路の幅、Ｚ０は伝送線路の線路インピーダンス、ＴＤは遅延量である。

本実施の形態のフィードフォワードイコライザ１では、高周波領域でのゲインの落ち込みを改善するため、下記（１），（２）による高周波特性の改善方法をサブタップ３に採用している。

（１）エミッタフォロワ回路１２の入力側および差動回路１３の出力側の５０Ω終端抵抗を２５Ω終端抵抗にまとめる。例えば図４に示すエミッタフォロワ回路１２の入力側および差動回路１３の出力側の５０Ω終端抵抗２１は、図２に示すように、それぞれ２５Ω終端抵抗２２にまとめられる。
（２）各セル１１間を接続する伝送線路を高インピーダンスにして、２５Ω終端抵抗を差動回路１３の出力側またはエミッタフォロワ回路１２の入力側に寄せる。例えば図２の伝送線路２３を低インピーダンス（３３．８３Ω）から高インピーダンス（１２０Ω）に変更し、２５Ω終端抵抗２２を差動回路１３の出力側またはエミッタフォロワ回路１２の入力側に寄せる。

さらに説明すると、本実施の形態のフィードフォワードイコライザ１は、各セル１１の入出力間において、エミッタフォロワ回路１２と差動回路１３との間を接続する伝送線路２３の距離が例えば数十μｍと短く設計されており、回路の両端に配置されている５０Ω終端抵抗２１を並列と見なし、２５Ω終端抵抗２２にまとめることができる。

ここで、図４は本実施の形態のサブタップ３の比較例として、伝送線路２３の線路インピーダンスを例えば３３．８３Ωの低インピーダンスとし、５０Ω終端抵抗２１で終端した場合の差動回路１３とエミッタフォロワ回路１２との接続構成と周波数特性の一例を示す図、図５は本実施の形態のサブタップ３において、伝送線路２３の線路インピーダンスを例えば３３．８３Ωの低インピーダンスとし、２５Ω終端抵抗２２にまとめた場合の差動回路１３とエミッタフォロワ回路１２との接続構成と周波数特性の一例を示す図である。

図４および図５において、１０ＭＨｚの利得から−３ｄＢ低下するカットオフ周波数で比較すると、５０Ω終端抵抗２１よりも２５Ω終端抵抗２２にまとめた場合の方が高周波領域のゲインが伸びていることが分かる。

次に、図６は伝送線路２３の線路インピーダンスを例えば３３．８３Ωの低インピーダンスとし、２５Ω終端抵抗２２を差動回路１３の出力側に寄せた場合の差動回路１３とエミッタフォロワ回路１２との接続構成と周波数特性の一例を示す図、図７は伝送線路２３の線路インピーダンスを例えば３３．８３Ωの低インピーダンスとし、２５Ω終端抵抗２２をエミッタフォロワ１２の入力側に寄せた場合の差動回路１３とエミッタフォロワ回路１２との接続構成と周波数特性の一例を示す図である。

図６および図７に示すように、２５Ω終端抵抗２２を差動回路１３の出力側に寄せた場合と、２５Ω終端抵抗２２をエミッタフォロワ回路１２の入力側に寄せた場合でＡＣ特性を比較すると、例えば３３．８３Ωのように、伝送線路２３の線路インピーダンスが低い場合は、２５Ω終端抵抗２２の配置によるＡＣ特性の変化があまり見られないことが分かる。

次に、図８は本実施の形態のフィードフォワードイコライザ１のサブタップ３において、伝送線路２３の線路インピーダンスを例えば１２０Ωの高インピーダンスとし、２５Ω終端抵抗２２を差動回路１３の出力側に寄せた場合の差動回路１３とエミッタフォロワ回路１２との接続構成と周波数特性の一例を示す図、図９は本実施の形態のフィードフォワードイコライザ１のサブタップ３において、伝送線路２３の線路インピーダンスを例えば１２０Ωの高インピーダンスとし、２５Ω終端抵抗２２をエミッタフォロワ回路１２の入力側に寄せた場合の差動回路１３とエミッタフォロワ回路１２との接続構成と周波数特性の一例を示す図である。

伝送線路２３の線路インピーダンスを例えば３３．８３Ωから１２０Ωに変更した場合の２５Ω終端抵抗２２の配置によるＡＣ特性の変化を調べたところ、伝送線路２３の線路インピーダンスが高い方が高周波領域のゲインが伸びることが分かる。すなわち、図６と図８、図７と図９をそれぞれ比較すると、伝送線路２３の線路インピーダンスを３３．８３Ωから１２０Ωに変更した場合の方が高周波領域のゲインが伸びるという結果が得られた。

また、伝送線路２３の線路インピーダンスが高インピーダンスの場合、図８および図９に示すように、２５Ω終端抵抗２２をエミッタフォロワ回路１２の入力側に寄せた場合よりも差動回路１３の出力側に寄せた場合の方が高周波領域のゲインが伸びていることが分かる。

以上の結果から、（１），（２）の高周波特性の改善方法として、図８に示す調整をサブタップ３に採用したときが最も効果的であることが分かる。さらに説明すると、図４に示すサブタップ３の調整前では、１０ＭＨｚ（低周波）に対して−３ｄＢ落ちるところのカットオフ周波数が約６２．２ＧＨｚであり、３０ＧＨｚ程度を境として、高周波領域のゲインが落ちている。これに対し、図８に示すサブタップ３の調整後では、図４のサブタップ３の調整前のＡＣ特性を比較すると、調整により−３ｄＢのカットオフ周波数を＋２４．５ＧＨｚ程度高域に伸ばすことができ、高周波領域でのゲインの落ち込みが改善されていることが分かる。

なお、伝送線路２３の線路インピーダンスを高インピーダンスにする方法としては、（Ａ）許容電流量を考慮した上で伝送線路２３の線路幅を極力狭くする方法、（Ｂ）マイクロストリップ線路からコプレーナ線路に変更し、伝送線路２３とＧＮＤパターン間を離す方法が考えられる。

次に、図１０は本実施の形態のフィードフォワードイコライザ１の比較例としての調整前の周波数特性の一例を示す図、図１１は本実施の形態のフィードフォワードイコライザ１の調整後の周波数特性の一例を示す図である。

図１０および図１１に示すように、サブタップ３の調整前と調整後のＡＣ特性比較として、１０ＭＨｚから−３ｄＢのカットオフ周波数で比較すると、サブタップ３の調整前よりもサブタップ３の調整後の方が＋４．８ＧＨｚ程、高域のゲインが伸びるという結果が得られた。

以上説明したように、（１），（２）による高周波特性の改善方法をサブタップ３に採用することができる。具体的には、図１３に示すように、まず、複数のセル１１間の伝送線路２３における差動回路（ＣＭＬ）１３の出力側とエミッタフォロワ回路（ＥＦ）１２の入力側の５０Ω終端抵抗を２５Ω終端抵抗にまとめる（ＳＴ１）。次に、複数のセル１１間における差動回路１３の出力とエミッタフォロワ回路１２の入力との間の伝送線路２３を高インピーダンスにする（ＳＴ２）。さらに、２５Ω終端抵抗を差動回路１３の出力側又はエミッタフォロワ回路１２の入力側に寄せて接続する（ＳＴ３）。このように、終端抵抗と伝送線路の配置関係を調整することで、高周波領域でのゲインの落ち込みを改善することができた。

［応用例］
本実施の形態のフィードフォワードイコライザ１は、図１２に示すように、誤り率測定装置３１に適用することができる。誤り率測定装置３１は、図１２に示すように、測定対象物Ｗに入力される既知のパターン信号（例えばＰＡＭ信号）を発生するパターン発生器３２と、パターン発生器３２からのパターン信号の入力に伴って測定対象物Ｗから折り返されるパターン信号を受信して誤り率を測定する誤り率測定器３３とを備える。そして、誤り率測定装置３１の受信側の誤り率測定器３３の前段に本実施の形態のフィードフォワードイコライザ１を接続する。これにより、５６Ｇや６４ＧｂａｕｄのＰＡＭ信号の伝送に対応したＢＥＲテストソリューションにおいて、２８ＧＨｚや３２ＧＨｚといった周波数帯の補償を実現することができる。

このように、本実施の形態によれば、（１），（２）による高周波特性の改善方法をサブタップ３に採用することにより、数十ＧＨｚ帯のゲインの落ち込みが減少し、フィードフォワードイコライザの各タップ成分の演算可能な周波数領域が高域に伸び、高周波領域での補償に対応した回路を実現することができる。

また、本実施の形態を誤り率測定装置の受信側の誤り率測定器に採用すれば、高速ビットレートのＮＲＺ信号や高速ボーレートのＰＡＭ信号を受信した際、伝送歪みに対する補償が可能となる。これにより、伝送歪みが測定結果に与える誤差をなくし、より正確な誤り率の測定を行なうことができる。

以上、本発明に係るフィードフォワードイコライザ及びフィードフォワードイコライザの高周波特性改善方法の最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

１ フィードフォワードイコライザ
２ メインタップ
３ サブタップ
４ 加算器
１１ セル
１２ エミッタフォロワ回路（ＥＬ）
１３ 差動回路（ＣＭＬ）
２１ ５０Ω終端抵抗
２２ ２５Ω終端抵抗
２３ 伝送線路
３１ 誤り率測定装置
３２ パターン発生器
３３ 誤り率測定器
Ｗ 測定対象物

Claims (6)

1. エミッタフォロワ回路（１２）と差動回路（１３）との組み合わせにより１単位のセル（１１）を構成し、遅延量に応じて複数のセルが多段接続されるサブタップ（３）がメインタップ（２）に並列接続され、最終段のセルが係数設定により利得調整可能な重み付け回路として機能するフィードフォワードイコライザ（１）であって、
   前記複数のセル間の伝送線路（２３）における前記差動回路の出力側から前記エミッタフォロワ回路の入力側の間と接地との間に一本の２５Ω抵抗である終端抵抗（２２）が接続されることを特徴とするフィードフォワードイコライザ。
2. 前記複数のセル（１１）間における前記差動回路（１３）の出力と前記エミッタフォロワ回路（１２）の入力との間の伝送線路（２３）の線路インピーダンスが５０Ω終端抵抗に比して高インピーダンスであることを特徴とする請求項１記載のフィードフォワードイコライザ。
3. 前記終端抵抗（２２）を前記差動回路（１３）の出力側又は前記エミッタフォロワ回路（１２）の入力側に寄せて接続することを特徴とする請求項２記載のフィードフォワードイコライザ。
4. エミッタフォロワ回路（１２）と差動回路（１３）との組み合わせにより１単位のセル（１１）を構成し、遅延量に応じて複数のセルが多段接続されるサブタップ（３）がメインタップ（２）に並列接続され、最終段のセルが係数設定により利得調整可能な重み付け回路として機能するフィードフォワードイコライザ（１）の高周波特性の改善方法であって、
   前記複数のセル間の伝送線路（２３）における前記差動回路の出力側から前記エミッタフォロワ回路の入力側の間と接地との間に一本の２５Ω抵抗である終端抵抗（２２）を接続するステップを含むことを特徴とするフィードフォワードイコライザの高周波特性の改善方法。
5. 前記複数のセル（１１）間における前記差動回路（１３）の出力と前記エミッタフォロワ回路（１２）の入力との間の伝送線路（２３）の線路インピーダンスを５０Ω終端抵抗に比して高インピーダンスにするステップを含むことを特徴とする請求項４記載のフィードフォワードイコライザの高周波特性の改善方法。
6. 前記終端抵抗（２２）を前記差動回路（１３）の出力側又は前記エミッタフォロワ回路（１２）の入力側に寄せて接続するステップを含むことを特徴とする請求項５記載のフィードフォワードイコライザの高周波特性の改善方法。

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