リアルタイム波形モニタの現状と超伝導デバイスによる高速化

摘要

高速信号波形のモニタリング方法としてリアルタイム法とサンプリング法が知られている。このうちリアルタイム法は、周期性のない突発的な現象も捉えることが可能であり、次世代ネットワークのモニタリング技術として必須のものであり、より高速のものが求められている。本稿では入力帯域とサンプリング周波数に焦点を当て、既存の半導体リアルタイムオシロスコープを調査した結果を報告する。現在リアルタイムオシロスコープを市販している代表的なメーカは、テクトロニクス、アジレント、レクロイの3社である。入力帯域とサンプリング周波数のカタログ値は、テクトロニクス16GHz、50GS/s、アジレント12GHz、40GS/s、レクロイ18GHz、60GS/sであるが、それぞれハードウエアおよびソフトウエアでのインターリープを用いて帯域、サンプリング周波数を向上しており、どの会社の製品がどれくらいの周波数まで正しい計測を行うことができるか一概に評価することは難しい。－方、超伝導単一磁束量子（SFQ）回路は、超高速特性だけでなく周期的なしきい値特性を利用して、高速で信頼性の高いADコンバータが実現でき、リアルタイムオシロスコープの帯域とサンプリング周波数を大きく向上できる技術である。超電導工学研究所では従来型の超伝導ADコンバータの欠点を克服する新しい回路を提案しており、これを用いることでインターリープ無しで150GS/sを越えるサンプリング周波数が可能であるとのシミュレーション結果を得ている。%Real-time monitoring method is able to observe nonperiodical waveform. This method is indispensable for future network monitoring and its higher sampling clock will be demanded. We report commercial available semiconductor real-time oscilloscope with the focus on input band width and sampling clock. TeKtronix, Agilent and LeCroy are leading companies to supply the oscilloscope. Catalog specifications of band-width and sampling clock are 16 GHz and 50 GS/s for TeKtronix, 12 GHz and 40 GS/s for Agilent and 18 GHz and 60GS/s for LeCroy, respectively. However, it is difficult to make a sweeping judgment about which oscilloscope is the best, because they improve the band width and sampling clock by using hardware and software interleaves. On the other hand, superconductive single flux quantum (SFQ) circuit has a chance to increase the band width and sampling clock without interleave, since it can implement high-speed and high-reliable AD converter by using its high-speed and periodic nature. We proposed a new SFQ AD converter circuit and confirmed its high-sampling clocks of over 150 GS/s by computer simulations.