DE10114410A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Messen eines Qualitätsmasses einer Phasenrausch-Wellenform - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Messen eines Qualitätsmasses einer Phasenrausch-WellenformInfo
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Abstract
Ein Taktsignal x¶c¶(t), das in ein digitales Signal umgesetzt wurde, wird in ein komplexes analytisches Signal z¶c¶(t) transformiert, und die Momentanphase THETA von z¶c¶(t) wird geschätzt. Eine Linearphase wird aus THETA entfernt, um eine Phasenrausch-Wellenform DELTAPHI(t) zu ermitteln. DELTAPHI(t) wird mit einer Zeitlage nahe einer Nulldurchgangszeitlage von x¶c¶(t) abgetastet, um die DELTAPHI(t)-Abtastung zu entnehmen. Der quadratische Mittelwert sigma¶t¶ der DELTAPHI(t)-Abtastwerte wird ermittelt, und es wird außerdem eine Differenzwellenform der entnommenen DELTAPHI(t)-Abtastwerte ermittelt, um einen Periodenjitter J¶p¶ zu ermitteln. Dann wird der quadratische Mittelwert sigma¶p¶ von J¶p¶ ermittelt, um einen Korrelationskoeffizienten sigma¶tt¶ = 1 - (sigma¶p¶·2·/(2sigma¶t¶·2·)) zu berechnen. Falls erforderlich, wird ein SNR¶t¶ = rho¶tt¶·2·/(1 - rho¶tt¶·2·) ermittelt. rho¶tt¶ und/oder der SNR¶t¶ wird als Qualitätsmaß des Taktsignals definiert.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen eines Quali
tätsmaßes eines Taktsignals, das beispielsweise einen Mikroprozessor treibt.
Jitter wird herkömmlich als Maß zum Abschätzen der Qualität eines Taktsignals eines Mikropro
zessors verwendet.
Es gibt übrigens zwei Arten von Jitter, d. h. einen Periodenjitter und einen Zeitlagejitter. Wie in Fig.
1A gezeigt, ist bei einem jitterfreien idealen Taktsignal beispielsweise das Intervall Tint zwischen
benachbarten Anstiegspunkten konstant, wie durch eine gestrichelte Wellenform angegeben, und
in diesem Fall ist der Periodenjitter Null. Bei einem tatsächlichen Taktsignal fluktuiert die
Anstiegsflanke von einem Pfeil zur vorderen Seite oder zur hinteren Seite hin, d. h., das Intervall Tint
zwischen benachbarten Anstiegspunkten fluktuiert, und diese Fluktuation des Intervalls ist ein
Periodenjitter. Beispielsweise im Fall einer Sinuswelle, die keine rechteckige Wellenform wie ein
Taktsignal aufweist, ist die Fluktuation des Intervalls Tint zwischen Nulldurchgangspunkten ebenfalls
ein Periodenjitter.
Wie in Fig. 18 gezeigt, ist, wenn von einer jitterfreien Rechteckwellenform angenommen wird, daß
sie die gestrichelte Wellenform ist, die Breite Δϕ der Abweichung eines tatsächlichen Anstiegspunkts
(durchgezogene Linie) von einem normalen Anstiegspunkt (gestrichelte Linie) ein Zeitlagejitter im Fall
einer Jitter enthaltenden Rechteckwellenform.
Eine herkömmliche Messung von Periodenjitter wird durch einen Zeitintervallanalysator ausgeführt
(nachstehend wird dieses Meßverfahren als Zeitintervallverfahren oder TIA-Verfahren bezeichnet).
Dies ist gezeigt in "Phase Digitizing Sharpens Timing Measurements" von David Chu, IEEE Spectrum,
Seiten 28-32, 1988, und "Time Domain Analysis and Its Practical Application to the Measurement
of Phase Noise and Jitter" von Lee D. Cosart et al., IEEE Trans. Meas., Band 46, Seiten 1016-1019,
1997. Dieses Zeitintervallverfahren ist ein Verfahren, bei dem Nulldurchgangspunkte eines
im Test befindlichen Signals gezählt werden, die verstrichene Zeit gemessen wird und die
Zeitfluktuation zwischen Nulldurchgangspunkten ermittelt wird, um den Periodenjitter zu ermitteln.
Außerdem wird der quadratische Mittelwert des Periodenjitters ermittelt.
Als herkömmliche Zeitlagejittermessung gibt es ein Verfahren, bei dem ein Zeitlagejitter durch
Messen eines Phasenrausch-Spektrums im Frequenzbereich gemessen wird, und jene Spektren
werden summiert, um einen quadratischen Mittelwert von Zeitlagejittern zu schätzen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ein Verfahren zur Messung von Jitter vorgeschlagen,
wie es nachstehend in einem Artikel mit dem Titel "An Application of An Instantaneous Phase
Estimating Method to A Jitter Measurement" in einem technischen Report "Probo", Seiten 9-16,
herausgegeben von Probo Editorial Room of ADVANTEST CORPORATION, 12. November 1999,
beschrieben ist. Das heißt, wie in Fig. 2 gezeigt, wird eine analoge Taktsignalwellenform von einer
im Test befindlichen PLL-Schaltung (Phase locked loop) 11 von einem Analog/Digital-Umsetzer 12
in ein digitales Taktsignal xc (t) umgesetzt, und das digitale Taktsignal xc (t) wird an einen als
Analytiksignaltransformationsanordnung 13 dienenden Hilbert-Paar-Generator 14 geliefert, in dem
das digitale Taktsignal xc(t) in ein analytisches Signal zc(t) transformiert wird.
Ein Taktsignal xc(t) ist nun wie folgt definiert.
xc(t) = Ac cos(2πfct + θc + Δϕ(t))
Ac und fc sind Nominalwerte der Amplitude bzw. der Frequenz des Taktsignals, θc ist ein
Anfangsphasenwinkel, und Δϕ(t) ist eine Phasenfluktuation, die als Phasenrauschen bezeichnet wird.
Das Taktsignal xc(t) wird von einem Hilbert-Transformator 15 in dem Hilbert-Paar-Generator 14
Hilbert-transformiert, um die folgende Gleichung zu erhalten.
(t) = H[xc(t)] = Acsin(2πct + θc + Δϕ (t))
Dann wird ein analytisches Signal zc(t) mit xc(t) und c(t) als Realteil bzw. Imaginärteil wie folgt
ermittelt.
zc(t) = xc(t) + j(t)
= Accos(2πfct+θc + Δϕ(t)) + jAc sin(2πfct + Δϕ(t))
= Accos(2πfct+θc + Δϕ(t)) + jAc sin(2πfct + Δϕ(t))
Aus diesem analytischen Signal zc(t) kann eine Momentanphase Θ(t) des Taktsignals xc(t) durch eine
Momentanphasenschätzfunktion 16 wie folgt geschätzt werden.
Θ(T) = [2πfct + θc + Δϕ(t)] mod 2π
Eine Linearphase wird aus dieser Momentanphase Θ(t) von einem Linearphasenentferner 17 entfernt,
um eine Phasenrausch-Wellenform Δϕ(t) zu ermitteln. D. h., in dem Linearphasenentfemer 17 wendet
ein Dauerphasenumsetzteil 18 ein Phasenabwicklungsverfahren auf die Momentanphase Θ(t) an, um
eine Dauerphase θ(t) wie folgt zu ermitteln.
θ(t) = 2πfct + θc + Δϕ(t)
Das Phasenabwicklungsverfahren ist gezeigt in "A New Phase Unwrapping Algorithm" von Jose M.
Tribolet, IEEE Trans. Acoustic., Speech, Signal Processing, Band ASSP-25, Seiten 170-177, 1977
und in "On Frequency-Domain and Time-Domain Phase Unwrapping" von Kuno P. Zimmermann,
Proc. IEEE Band 75, Seiten 519-520, 1987.
Die Linearphase [2πfct + θc] der Dauerphase θ(t) wird von einer Linearphasenauswertefunktion 19
unter Verwendung eines Lineartrendschätzverfahrens geschätzt. Diese geschätzte Linearphase [2πfct
+ θc] wird durch einen Subtrahierer 21 von der Dauerphase 9(t) subtrahiert, um den variablen Term
Δϕ(t) der Momentanphase Θ(t), d. h. die Phasenrausch-Wellenform, wie folgt zu ermitteln.
θ(t) = Δϕ(t)
Die so ermittelte Phasenrausch-Wellenform Δϕ(t) wird in einen Spitze-Spitze-Detektor 22 eingegeben,
in dem die Differenz zwischen dem Maximum-Spitzenwert max (Δϕ(k)) und dem Minimum-
Spitzenwert min (Δϕ(l)) von Δϕ(t) berechnet wird, um einen Spitzenwert Δϕpp der Zeitlagejitter wie
folgt zu ermitteln.
Außerdem wird die Phasenrausch-Wellenform Δϕ(t) in einen Detektor 23 für den quadratischen
Mittelwert eingegeben, in dem der quadratische Mittelwert der Phasenrausch-Wellenform Δϕ(t) unter
Verwendung der folgenden Gleichung berechnet wird, um den quadratischen Mittelwert ΔϕRMS der
Zeitlagejitter zu ermitteln.
Ein Verfahren, um auf diese Weise einen Spitzenwert von Zeitlagejittern und/oder einen quadrati
schen Mittelwert von Zeitlagejittern aus der Phasenrausch-Wellenform Δϕ(t) zu ermitteln, wird als
Δϕ-Verfahren bezeichnet. Bei dem Δϕ-Verfahren kann eine Jittermessung in einer Testzeit in der
Größenordnung von 100 ms ausgeführt werden, da die Meßpunkte nicht auf Nulldurchgangspunkte
beschränkt sind. In Fig. 2 bilden die Analytiksignaltransformationsanordnung 13, die
Momentanphasenschätzfunktion 16 und der Linearphasenentferner 17 eine Phasenrausch-
Erfassungsanordnung 25.
Im Fall eines Jitters, bei dem jede Anstiegsflanke eines Taktsignals in der gleichen Richtung in einem
im wesentlichen gleichen Ausmaß fluktuiert, wird ein von diesem Taktsignal getriebener
Mikroprozessor nicht zu stark von dem Jitter beeinflußt. Bei einem Design einer PLL-Schaltung, die
ein Taktsignal erzeugt, ist ein Korrelationskoeffizient zwischen den Anstiegsflanken des Taktsignals
wichtig. Der Korrelationskoeffizient nimmt einen Wert von -1 bis +1 an. Wenn beispielsweise dieser
Wert 0,6 ist, ist ersichtlich, daß die PLL-Schaltung Raum für eine Verbesserung des Korrela
tionskoeffizienten um 0,4 besitzt. Es kann angenommen werden, daß eine Fluktuation zwischen
benachbarten Anstiegsflanken eines Taktsignals aus einer linearen Fluktuation (Signal), bei der die
Fluktuation einer nachfolgenden Anstiegsflanke von der Fluktuation einer unmittelbar vorhergehenden
Anstiegsflanke abhängt, und einer Fluktuation (Rauschen) besteht, bei der die Fluktuation einer
nachfolgenden Anstiegsflanke keinen Bezug zur Fluktuation der unmittelbar vorhergehenden
Anstiegsflanke aufweist, wobei ein Rauschabstand einer Fluktuation einer Anstiegsflanke definiert
werden kann. Ein derartiger Korrelationskoeffizient oder ein Rauschabstand kann korrekter, als es
ein quadratischer Mittelwert von Periodenjittern oder ein quadratischer Mittelwert von Zeitlagejittern
kann, klarstellen, ob beispielsweise eine PLL-Schaltung im Leistungsbereich nahe ihrer theoretischen
Grenze arbeitet oder nicht. Wenn außerdem ein derartiger Korrelationskoeffizient oder ein derartiges
Signal-Rauschverhältnis gemessen werden kann, sind sie effektiv für einen Test einer PLL-Schaltung
oder ähnlichem. Es wurde jedoch bis zum heutigen Tag noch kein Verfahren zum Messen eines
derartigen Korrelationskoeffizienten oder eines Rauschabstands zwischen Nulldurchgängen eines
Signals, nämlich ein Qualitätsmaß einer Phasenrausch-Wellenform, vorgeschlagen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die
ein Qualitätsmaß einer Phasenrausch-Wellenform messen können.
Gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Eingangssignal in ein komplexes
analytisches Signal transformiert, und eine Momentanphase des analytischen Signals wird ermittelt.
Eine Linearphase wird aus der Momentanphase entfernt, um eine Phasenrausch-Wellenform zu
ermitteln, und ein Korrelationskoeffizient und/oder ein Rauschabstand der Phasenrausch-Wellenform,
d. h. ein Qualitätsmaß der Phasenrausch-Wellenform, wird aus der Phasenrausch-Wellenform
ermittelt. D. h., erfindungsgemäß wird ein Qualitätsmaß durch das vorgenannte Δϕ-Verfahren
ermittelt.
Ein Rauschabstand wird aus dem Korrelationskoeffizienten ermittelt. Nachstehend wird ein Prinzip
zum Ermitteln eines Korrelationskoeffizienten und außerdem zum Ermitteln eines Rauschabstands aus
dem Korrelationskoeffizienten erläutert.
Ein Korrelationskoeffizient ρtt(T) zwischen benachbarten Nulldurchgangspunkten nT und (n + 1)T eines
Momentanzeitlagejitters {Δϕ(nT)} (T ist die Periode des Taktsignals) wird wie folgt ermittelt.
Ein Periodenjitter Jp wird aus der Δifferenz zwischen zwei Zeitlagejittern Δϕ(nT) und Δϕ((n + 1)T) eines
Eingangssignals, die jeweils einen Abstand von einer Periode T voneinander aufweisen, ermittelt. Die
Varianz σp 2(T) dieses Periodenjitters Jp wird durch die folgende Gleichung als Erwartungswert des
Periodenjitters Jp ermittelt.
In diesem Fall ist σt 2 die Varianz von Zeitlagejitter Δϕ(T).
Aus den Gleichungen (7-6) und (7-8) auf Seite 150 von "Probability, Random Variables, and
Stochastic Processes" von A. Papoulis, 2. Auflage, McGraw-Hill Book Company und aus der
Tatsache, daß sowohl Δϕ(nT) als auch Δϕ((n + 1)T) eine Abweichung von einem Mittelwert ist, ist
ein Korrelationskoeffizient ptt zwischen Δϕ(nT) und Δϕ((n + 1)T). Somit wird die folgende Gleichung
ermittelt.
σp 2(T) = 2(1-ρtt(T)) σt 2 (T) (1)
Dies kann wie folgt umgeschrieben werden.
In der obigen Gleichung ist σp(T) der quadratische Mittelwert der Periodenjitter Jp, und σt(T) ist der
quadratische Mittelwert der Zeitlagejitter Δϕ(T).
Alternativ kann aus der Δefinition eines Korrelationskoeffizienten ein Korrelationskoeffizient σtt(T)
durch die folgende Gleichung unter Verwendung von Zeitlagejitter {Δϕ(nT)} ermittelt werden.
In der obigen Gleichung ist Δϕ' ein Mittelwert der Δϕ(nT).
Des weiteren ist, da Δϕ(iT) selbst eine Abweichung von der Linearität gemäß der Definition von
Zeitlagejitter ist, Δϕ' Null, und daher kann dies bei den Gleichungen (3) und (4) weggelassen werden.
Außerdem kann, da Δϕ'/σt ein kleiner Wert wie beispielsweise das aus einem Experiment ermittelte
Δϕ'/σt ≅ 6/1000 ist, Δϕ' bei den Gleichungen (3) und (4) weggelassen werden.
Eine Zeitlagejittervarianz σtt 2 von Δϕ((n + 1)T), die bezüglich von Zeitlagejitter Δϕ(nT) auf der Basis nur
einer linearen Beziehung mit ihrer Fluktuation fluktuiert, kann durch die folgende Gleichung
ausgedrückt werden.
σtt 2 = ρtt 2 σt(n+1) 2 (5)
Eine Zeitlagejittervarianz σt, n 2 von Δϕ((n + 1)T), die bezüglich von Zeitlagejitter Δϕ(nT) auf der Basis
von anderen Störungen einschließlich einer nicht linearen Beziehung mit ihrer Fluktuation fluktuiert,
kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.
σt, n 2 = (1 - ρtt 2)σt(n+1) 2 (6)
Die Gleichungen (5) und (6) sind gezeigt in den Gleichungen (3.10) und (3.11) auf Seite 43-47 von
"Engineering Applications of Correlation and Spectral Analysis" von J. S. Bendat & A. G. Piersol, John
Wiley & Sons, 1980.
Aus den Gleichungen (5) und (6) kann ein Verhältnis einer linearen Fluktuation (Signalkomponente)
von Zeitlagejitter {Δϕ(n + 1)T)} auf der Basis einer Fluktuation von Δϕ(nT) zu einer nicht mit auf eine
Fluktuation von Δϕ(nT) bezogenen Fluktuation (Rauschen), d. h. ein Rauschabstand SNRt, durch die
folgende Gleichung ermittelt werden.
Wenn die Zeitlagejittervarianz σt groß ist, ist übrigens auch 1/SNRt groß, und wenn die Zeitlage
jittervarianz σt klein ist, ist auch 1/SNRt klein. D. h., σt ist proportional zu 1/SNRt. Somit kann, wenn
σt 2 auf der rechten Seite der Gleichung (1) mit 1 /SNRt als Proportionalkoeffizient multipliziert wird,
beide Seiten extrahiert werden und dann die beiden Seiten durch T dividiert werden, die folgende
Gleichung ermittelt werden.
Wie oben ausgeführt, kann durch Ermitteln einer Periodenjittervarianz σp und einer Zeitlagejitter
varianz σt ein Korrelationskoeffizient ρtt von Zeitfagejitter, d. h. eine Phasenrausch-Wellenform Δϕ(t),
ermittelt werden. Außerdem kann aus den Gleichungen (3) und (4) unter Verwendung von Zeitlage
jitter Δϕ(nT) ein Korrelationskoeffizient ρtt ermittelt werden. Darüber hinaus kann aus der Gleichung
(7) ein Rauschabstand SNRt einer Phasenrausch-Wellenform Δϕ(t) unter Verwendung des Korrela
tionskoeffizienten ρtt ermittelt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Qualitätsmaß wie beispielsweise ein Korrelationskoeffizient
ρtt oder ein Rauschabstand SNRt durch ein Δϕ(t) verwendendes Verfahren ermittelt werden.
Fig. 1A ist ein Diagramm zum Erläutern von Periodenjitter;
Fig. 1B ist ein Diagramm zum Erläutern von Zeitlagejitter;
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das eine Funktionskonfiguration einer Vorrichtung zum Messen
eines Jitters auf der Basis des vorgeschlagenen Δϕ-Verfahrens zeigt;
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das eine Funktionskonfiguration einer Ausführungsform einer
Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Nulldurchgangspunkten des Realteils xc(t),
einer Phasenrausch-Wellenform und Periodenjittern eines Eingangssignals zeigt;
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das eine Funktionskonfiguration einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, das ein modifiziertes Beispiel einer Analytiksignaltransforma
tionsanordnung 13 zeigt;
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, das ein anderes modifiziertes Beispiel einer Analytiksignaltrans
formationsanordnung 13 zeigt;
Fig. 8 ist ein Graph, der experimentelle Ergebnisse zeigt; und
Fig. 9 ist ein Diagramm, das deren numerische Werte zeigt.
Fig. 10 ist ein Blockschaltbild, das einen Teil einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Teile in Fig. 3, die jenen von Fig. 2
entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet wie jene in Fig. 2. Bei der vorliegenden
Erfindung wird ähnlich wie bei dem in Fig. 2 gezeigten Fall ein Eingangssignal von einer im Test
befindlichen PLL-Schaltung 11 oder ähnlichem von einem A/D-Umsetzer 12 in ein digitales Signal
umgesetzt. Dieses digitale Signal wird in eine Phasenrausch-Erfassungsanordnung 25 eingegeben,
mit der eine Phasenrausch-Wellenform 44(t) aus ihm entnommen wird. Diese Phasenrausch-
Wellenform Δϕ(t) wird an eine Erfassungsanordnung 31 für den quadratischen Mittelwert von
Zeitlagejitter und an eine Erfassungsanordnung 32 für den quadratischen Mittelwert von.
Periodenjitter geliefert. In der Erfassungsanordnung 31 für den quadratischen Mittelwert von
Zeitlagejitter wird der quadratische Mittelwert ΔϕRMS der eingegebenen Phasenrausch-Wellenform
Δϕ(t) berechnet. In der Erfassungsanordnung 32 für den quadratischen Mittelwert von Periodenjitter
wird der quadratische Mittelwert JRMS der Periodenjitter Jp aus der eingegebenen Phasenrausch-
Wellenform Δϕ(t) berechnet.
In der Erfassungsanordnung 31 für den quadratischen Mittelwert von Zeitlagejitter und der
Erfassungsanordnung 32 für den quadratischen Mittelwert von Periodenjitter wird, in diesem Beispiel,
die Phasenrausch-Wellenform Δϕ(t) von einem Nulldurchgangsabtaster 33 mit einer dem
Nulldurchgangspunkt des Realteils xc(t) eines analytischen Signals zc(t) nächstmöglichen Zeitlage
abgetastet.
D. h., eine Wellenform mit einem Realteil xc(t) eines analytischen Signals ist in Fig. 4A gezeigt, und
ein Abtastpunkt (arithmetischer Verarbeitungspunkt), der einem Nulldurchgangspunkt der Anstiegs-
oder Abfall-)Flanke der Wellenform am nächsten ist, wird von einem Nulldurchgangserfassungsteil
34 erfaßt. In Fig. 4A ist ein Punkt, der dem erfaßten Nulldurchgangspunkt am nächsten liegt, mit
einem Zeichen O bezeichnet. Dieser Punkt wird als approximierter Nulldurchgangspunkt bezeichnet.
Wie in Fig. 4B gezeigt, wird der durch das Zeichen O bezeichnete Wert der Phasenrausch-Wellenform
Δϕ(t) von dem Nulldurchgangsabtaster 33 als Abtastwert an dem approximierten Nulldurch
gangspunkt entnommen. Jeder der entnommenen Abtastwerte (erneut abgetastete Phasenrausch-
Wellenform) ist ein Maß der Abweichung von einer idealen Zeitlage (Nulldurchgangspunkt) des
Realteils xc(t) eines jitterfreien analytischen Signals. Bei den Abtastwerten von Δϕ(t) ist, wenn die
Differenz zwischen jedem Abtastwert und dessen unmittelbar vorhergehenden Abtastwert ermittelt
wird, diese Differenz die Fluktuation zwischen Nulldurchgängen, d. h. ein Periodenjitter Jp. Ein
Periodenjitter JP kann aus dem n-ten Abtastwert Δϕn und dem (n + 1)-ten Abtastwert Δϕn+1 von Δϕ(t)
in Fig. 4B als Jp = Δϕn+1-Δϕn ermittelt werden. Das so ermittelte Jp ist in Fig. 4C gezeigt.
Ein Verfahren zur Erfassung eines approximierten Nulldurchgangspunkts in dem Nulldurchgangs
punkterfassungsteil 34 wird erläutert. Der Maximumwert einer Wellenform mit einem eingegebenen
Realteil xc(t) wird als 100%-Pegel definiert, und der Minimumwert wird als 0%-Pegel definiert, um
einen 50%-Pegel V (50%) aus der Differenz zwischen dem 100%-Pegel und dem 0%-Pegel als
Nulldurchgangspegel zu berechnen. Die Differenz zwischen einem Abtastwert und dem 50%-Pegel
V (50%) und die Differenz zwischen dessen benachbartem Abtastwert und dem 50%-Pegel V (50%),
d. h. (xc(j-1)-V (50%)) und (xc(j)-V (50%)), werden berechnet, und des weiteren wird das Produkt aus
jenen Differenzwerten (xc(j-1)-V (50%)) x(xc(j)-V (50%)) berechnet. Wenn xc(t) den 50%-Pegel
kreuzt, d. h. den Nullpegel, ändert sich das Vorzeichen von dessen Abtastwert xc(j-1)-V (50%) oder
xc(j)-V (50%) von negativ zu positiv oder von positiv zu negativ. Daher wird, wenn das Produkt
negativ ist, erfaßt, daß x0(t) den Nullpegel passiert hat, und es wird ein Zeitpunkt j-1 oder j, zu dem
ein kleinerer Absolutwert des Abtastwerts xc(j-1) oder xc(j) erfaßt wird, als approximierter
Nulldurchgangspunkt ermittelt.
Die erneut abgetastete Phasenrausch-Wellenform von dem Nulldurchgangsabtaster 33 wird in einen
ΔϕRMS (quadratischer Mittelwert)-Detektor 35 eingegeben, in dem deren quadratischer Mittelwert
durch die folgende Gleichung berechnet wird, um den quadratischen Mittelwert ΔϕRMS von
Zeitlagejitter zu ermitteln, d. h. σt.
Außerdem wird in der Erfassungsanordnung 32 für den quadratischen Mittelwert von Periodenjitter
bezüglich der Abtastwerte aus dem Nulldurchgangsabtaster 33 der Reihe nach die Differenz
zwischen jedem Abtastwert und dessen unmittelbar vorhergehendem Abtastwert durch die
Differenzbildungsschaltung 36 ermittelt, um einen Periodenjitter Jp zu ermitteln. Bezüglich einer Serie
von ermittelten Periodenjittern Jp wird der quadratische Mittelwert durch einen JRMS (quadratischer
Mittelwert)-Detektor 37 berechnet. D. h., eine Differenzwellenform einer erneut abgetasteten
Phasenrausch-Wellenform aus dem Nulldurchgangsabtaster 33 wird von der Differenzbildungs
schaltung 36 berechnet, und die Differenzphasenrausch-Wellenform wird an den Detektor 37 für den
quadratischen Mittelwert geliefert, in dem die folgende Gleichung berechnet wird.
Auf diese Weise kann der quadratische Mittelwert JRMS von Periodenjitter, d. h. eine Perioden
jittervarianz σp ermittelt werden.
Der quadratische Mittelwert ΔϕRMS von Zeitlagejitter (Zeitlagejittervarianz σt) und der quadratische
Mittelwert JRMS des Periodenjitters (Periodenjittervarianz σp), die wie oben erläutert ermittelt wurden,
werden in eine Qualitätsmaßschätzanordnung 38 eingegeben. In der Qualitätsmaßschätzanordnung
38 wird die Gleichung (2) auf der Basis von σt und σp vom Korrelationskoeffizienten (ρtt)-Berechner
39 berechnet, um einen Korrelationskoeffizienten ptt zu ermitteln. In diesem Beispiel wird dieser
Korrelationskoeffizient ptt in einen Rauschabstand (SNRt)-Berechner 41 eingegeben, durch den die
Gleichung (7) auf der Basis dieses ρtt berechnet wird, um das SNRt zu ermitteln. Der Korrelations
koeffizient ρtt und/oder der Rauschabstand SNRt werden aus einem Ausgangsanschluß 42 und/oder
einem Ausgangsanschluß 43 als jeweiliges Qualitätsmaß ausgegeben.
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diejenigen Teile in Fig. 5,
welche jenen in Fig. 3 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet wie jene in Fig.
3. Bei dieser Ausführungsform wird die Gleichung (3), bei der Δϕ' weggelassen ist, durch den
Korrelationskoeffizienten (ρtt)-Berechner 39 bezüglich der erneut abgetasteten Phasenrausch-
Wellenform aus dem Nulldurchgangsabtaster 33 berechnet. D. h., zwei Serien erneut abgetasteter
Phasenrausch-Wellenformen mit einem Zeitunterschied der Periode T zwischen sich werden in einen
Produktsummenberechner 45 eingegeben, von dem die Produktsumme aus Δϕ(iT) und Δϕ(i + 1)T)
berechnet wird. Außerdem wird eine Serie erneut abgetasteter Phasenrausch-Wellenformen aus dem
Nulldurchgangsabtaster 33 in einen Quadratsummenberechner 46 eingegeben, von dem die Summe
der Δϕ(iT)2 berechnet wird. Die von dem Produktsummenberechner 45 berechnete Produktsumme
ΣΔϕ(iT)Δϕ((i + 1)T) wird in einem Dividierer 47 durch die berechnete Quadratsumme ΣΔϕ(iT)2 dividiert,
um einen Korrelationskoeffizienten ρtt zu ermitteln. Dieser Korrelationskoeffizient ρtt wird
erforderlichenfalls aus dem Ausgangsanschluß 42 ausgegeben. Zusätzlich wird dieser
Korrelationskoeffizient ρtt in den Rauschabstand-Berechner 41 eingegeben, von dem eine Berechnung
der Gleichung (7) ausgeführt wird, und das Rechenergebnis SNRt wird an einem Ausgangsanschluß
43 ausgegeben.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform wird die Phasenrausch-Wellenform von dem
Nulldurchgangsabtaster 43 zu einem Zeitpunkt nahe bei einem Nulldurchgangspunkt einer
Anstiegsflanke abgetastet. Die Phasenrausch-Wellenform kann jedoch im allgemeinen von dem
Nulldurchgangsabtaster 33 in einem Intervall eines ganzzahligen Vielfachen einer Zeitdauer zwischen
einem Nulldurchgangspunkt einer Anstiegsflanke und einem Nulldurchgangspunkt einer Abfallflanke
sowie mit einer Zeitlage nahe einem Nulldurchgangspunkt abgetastet werden. Außerdem kann die
an den ΔϕRMS-Detektor 35 zu liefernde erneut abgetastete Phasenrausch-Wellenform ein Ausgangs
signal des Nulldurchgangsabtasters 33 sein, oder ein Abtaster 51 kann gesondert vorgesehen sein,
wie durch eine gestrichelte Linie angegeben, und die Phasenrausch-Wellenform kann von dem
Abtaster 51 mit der Zeitlage der gleichen Periode wie die Periode nT/2 (n ist eine ganze Zahl) der an
die Differenzbildungsschaltung 36 zu liefernden erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform
abgetastet werden, um die abgetastete Phasenrausch-Wellenform an den ΔϕRMS-Detektor 35 zu
liefern. Was die Abtastzeitlage in diesem Fall angeht, kann, da die Periode T des Eingangssignals
bekannt ist, die Phasenrausch-Wellenform mit einem Intervall eines ganzzahligen Vielfachen der
Abtastperiode t des A/D-Umsetzers 12 und mit einer nT/2 nächstliegenden Zeitlage abgetastet
werden.
Des weiteren können, da σp 2 und σt 2 bei der Berechnung der Gleichung (2) involviert sind, die
Rechenergebnisse vor dem Ziehen der Quadratwurzel in dem ΔϕRMS Detektor 35 bzw. dem JRMS-
Detektor 37 an einen Korrelationskoeffizientenberechner 39 geliefert werden.
Auch bei der Ausführungsform von Fig. 5 kann die Abtastzeitlage des Nulldurchgangsabtasters 33
nahe bei nT/2 sein. Außerdem kann, wie durch eine gestrichelte Linie angegeben, ein Abtaster 52
anstatt des Nulldurchgangsabtasters 33 vorgesehen sein, um eine Abtastperiode T' einzustellen, und
die Phasenrausch-Wellenform kann mit einer Zeittage nahe jeder beliebigen Periode T' abgetastet
werden. Alternativ kann ohne Vorsehen der Abtaster 33 oder 52 die Phasenrausch-Wellenform Δϕ(t)
aus der Phasenrausch-Wellenformerfassungsanordnung 25 direkt an den Korrelationskoeffizienten
berechner 39 geliefert werden. Bei der Berechnung in dem Korrelationskoeffizientenberechner 39
kann Δϕ', d. h. ein Mittelwert der eingegebenen Phasenrausch-Wellenform, berechnet werden, um
die genauen Berechnungen der Gleichungen (3) und (4) auszuführen.
Wie durch eine gestrichelte Linie in Fig. 3 angegeben, kann ein Taktsignal von der im Test
befindlichen PLL-Schaltung 11 über einen Begrenzer 53 an den A/D-Umsetzer 12 geliefert werden,
so daß die Amplitude des Taktsignals konstant gemacht wird, wodurch die Phasenrausch-Wellenform
Δϕ(t) nicht von einer Amplitudenmodulationskomponente beeinflußt wird, weshalb ein Jitter korrekt
gemessen werden kann. Diese Verarbeitungseinheit zum Konstantmachen der Amplitude eines
Eingangssignals kann auch an der Ausgangsseite des A/D-Umsetzers 12 vorgesehen sein.
In der Anordnung 13 zum Transformieren eines Eingangssignals in ein analytisches Signal zc(t) gemäß
Darstellung in Fig. 6 wird ein eingegebenes digitales Signal von einem FFT-Teil 66 Fourier
transformiert, und negative Frequenzkomponenten werden von einem Bandpaßfilter 67 vom
Transformationsausgangssignal abgeschnitten, um nur die Grundwelle des eingegebenen Taktsignals
zu entnehmen. Dann wird das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 67 von einem Invers-FFT-Teil 68
invers Fouriertransformiert, um ein analytisches Signal zc(t) zu ermitteln.
Alternativ wird, wie in Fig. 7 gezeigt, ein eingegebenes Taktsignal xc(t) in Frequenzmischern 71a und
71b mit cos(2π(fc+Δf)t + θ) bzw. sin(2π(fc+Δf)t + θ) gemischt. Dann werden aus den
Ausgangssignalen der Tiefpaßfilter 72a und 72b Differenzfrequenzkomponenten entnommen, um ein
durch die folgende Gleichung ausgedrücktes analytisches Signal zc(t) zu ermitteln.
zc(t) = (Ac/2)[cos(2πΔft + (θ-θc) - Δϕ(t))
+ j sin(2πΔft + (θ-θ) - Δϕ(t))]
+ j sin(2πΔft + (θ-θ) - Δϕ(t))]
Der Realteil und der Imaginärteil der obigen Gleichung werden durch A/D-Umsetzer 73a und 73b
jeweils in digitale Signale umgesetzt, und jene digitalen Signale werden an eine Momentanpha
senschätzfunktion 16 geliefert.
Bei der vorgenannten Konfiguration kann ein Komparator anstatt des A/D-Umsetzers verwendet
werden. D. h., wie beispielsweise durch eine gestrichelte Linie in Fig. 6 angegeben, ein Komparator
74 kann dazu verwendet werden, das Eingangssignal in ein Signal umzusetzen, das repräsentiert,
daß das Eingangssignal größer oder gleich einem Referenzpegel ist oder daß das Eingangssignal
kleiner als der Referenzpegel ist, nämlich in ein Ein-Bit-Digitalsignal. Zusätzlich können, wie durch
gestrichelte Linien in Fig. 7 angegeben, Komparatoren 74a und 74b anstatt der A/D-Umsetzer 73a
bzw. 73b verwendet werden.
Um ein Taktsignal mit seiner verminderten Frequenz an die Analytiksignaltransformationsanordnung
13 zu liefern, wie durch gestrichelte Linien in Fig. 6 und 7 angegeben, kann die Taktsignalfrequenz
durch einen Frequenzteiler 75 frequenzgeteilt werden, um das frequenzgeteilte Taktsignal an die
Analytiksignaltransformationsanordnung 13 zu liefern. Alternativ kann, obwohl dies nicht dargestellt
ist, das Taktsignal unter Verwendung eines im wesentlichen jitterfreien Überlagerungssignals von
einem Frequenzumsetzer in ein Differenzfrequenzsignal zwischen jenen Signalen umgesetzt werden,
um das Differenzfrequenzsignal an die Analytiksignaltransformationsanordnung 13 zu liefern. Eine
oder mehrere Funktionen jeder funktionellen Konfiguration der in den Fig. 3, 5, 6 und 7 gezeigten
Vorrichtungen können auch durch Decodieren und Ausführen von Programmen in einem Computer
ausgeführt werden.
In der vorstehenden Beschreibung wurde als im Test befindliches Signal ein Fall eines Taktsignals
eines Mikroprozessors erläutert. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf die Schätzung eines
Qualitätsmaßes wie beispielsweise eines Korrelationskoeffizienten, eines Rauschabstands oder
ähnliches einer Phasenrausch-Wellenform eines Taktsignals oder eines anderen Signals wie
beispielsweise eines Sinuswellensignals oder ähnlichem angewendet werden, die in anderen
Vorrichtungen verwendet werden.
Eine Beziehung zwischen einer Periodenjittervarianz σp 2 eines Taktsignals und einem SNRt von
{Δϕ(nT)} wurde durch ein Experiment verifiziert, in dem Experiment wurde ein Mikroprozessor
verwendet. Seine interne PLL-Schaltung kann ein Taktsignal mit einer Frequenz von 200 MHz bis
600 MHz erzeugen. Die Taktsignalqualität wurde dadurch geschätzt, daß die PLL-Schaltung in zwei
extreme Bedingungen versetzt wurde. Eine dieser extremen Bedingungen ist der sogenannte Leise-
Modus bzw. Quiet-Mode, d. h. ein Fafl eines nicht-aktiven Zustands des Mikroprozessors. In dem
nicht-aktiven Zustand arbeitet, wenn der PC auf einen Benutzerbefehl wartet, nur eine PLL-
Schaltung, die ein Taktsignal ausgibt, indem an sie eine Phasenbasis auf der Basis eines Refe
renztaktsignals aus einem Referenztaktsignalgenerator angelegt wird, wodurch der beste Zustand,
daß das Taktsignal nicht vom Betrieb des PCs beeinflußt wird, erzeugt wird. Die andere
Extrembedingung ist der sogenannte Laut-Modus bzw. Noisy-Mode, d. h. ein Fall eines extrem aktiven
Zustands des Mikroprozessors. Im Laut-Modus befinden sich ein Level-2-Speicher, ein Kernbus und
Zweig-Prädiktor-Einheiten in einem PC in vollem Betrieb, wobei die Hin- und Herschaltvorgänge des
Mikroprozessors durch jenen Betrieb und ein Testprogramm maximiert werden. D. h., es wird ein
Zustand geschaffen, in dem das Taktsignal am stärksten durch den Betrieb des PCs beeinflußt wird.
Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen einem aus der Gleichung (2) oder (3) ermittelten Korrela
tionskoeffizienten |ρtt(T)| und einem aus der Gleichung (7) ermittelten SNRt. Die Abszissenachse
repräsentiert den SNRt, und die Ordinatenachse repräsentiert σp/T. Die durchgezogene Linie gibt aus
der Gleichung (8) ermittelte theoretische Werte an, und das Zeichen O gibt einen experimentellen
Wert an. Es ist ersichtlich, daß der experimentelle Wert auf der theoretischen Kurve liegt, und somit
fällt der experimentelle Wert mit dem theoretischen Wert zusammen. Fig. 9 zeigt gemessene Werte
in diesem Fall.
In der obigen Beschreibung wird ein Momentanphasenrauschen Δϕ(t) an einem Punkt (einem
approximierten Nulldurchgangspunkt) abgetastet, der so nahe wie möglich an einem Nulldurch
gangspunkt des Realteils eines analytischen Signals liegt, um eine Zeitlagejitterfolge zu ermitteln. Bei
der Abtastung an dem approximierten Nulldurchgangspunkt, beispielsweise wie durch gestrichelte
Linien in Fig. 10 angegeben, kann der Nulldurchgangsabtaster 33 in Serie zwischen die
Momentanphasenschätzfunktion 16 und den Dauerphasenumsetzer 18 geschaltet werden. Alternativ
kann der Nulldurchgangsabtaster 33 in Serie zwischen den Dauerphasenumsetzer 18 und die
Linearphasenschätzfunktion 19/den Subtrahierer 21 geschaltet werden.
Wie oben ausgeführt, können erfindungsgemäß ein Korrelationskoeffizient ρtt und ein Rauschabstand
SNRt zwischen Nulldurchgangspunkten eines Eingangssignals ermittelt werden. Beim Design und bei
der versuchsweisen Herstellung ergibt ρtt ≅ 1 eine obere Grenze des SNRt. Daher ist es möglich,
durch eine Simulation zum Zeitpunkt des Designs oder durch Messen von ρtt oder des SNRt eines auf
experimenteller Basis hergestellten Gegenstands herauszufinden, um wieviel die Taktsignalqualität
weiter verbessert werden kann. Wenn ρtt durch individuelles Betreiben jedes von Kernblöcken, der
mit einer PLL-Schaltung zusammengepackt werden soll, gemessen wird, und wenn das Meßergebnis
einen kleinen ρtt-Wert ergibt, kann angenommen werden, daß die PLL-Schaltung einem relativ starken
Einfluß von dem durch den Kernblock erzeugten Rauschen oder ähnlichem unterliegt. Daher ist
ersichtlich, daß die Notwendigkeit besteht, eine Abschirmung oder ähnliches zwischen dem
Kernblock und der PLL-Schaltung vorzusehen, so daß die PLL-Schaltung nicht vom Kernblock
beeinflußt wird.
Des weiteren können, da das Δϕ-Verfahren bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, (σp, σt)
und Qualitätsmaße (SNRt, ρtt) gleichzeitig als Testgrößen beim Test eines Mikroprozessors oder
ähnlichem gemessen werden.
Des weiteren reicht es im Fall des Ermittelns von ptt aus der Gleichung (3) oder (4) aus, nur einen
Zeitlagejitter Δϕ(t) zu verwenden. Das Auftreten von Zeitlagejitter basiert auf seiner Wahrschein
lichkeit, und im allgemeinen ist der positivseitige Maximumfluktuationswert Δϕmax + von einer idealen
Zeitlage gleich dem negativseitigen Maximumfluktuationswert Δϕmax - von der idealen Zeitlage. Daher
erfordert der Fall des Ermittelns eines Korrelationskoeffizienten ρtt aus der Gleichung (3) oder (4)
weniger Zeit als der Fall des Ermittelns eines Korrelationskoeffizienten ptt aus der Gleichung (2), die
eine Periodenjittervarianz σP verwendet. Darüber hinaus ist im Fall des Ermittelns von ρtt aus einer
Computersimulation die Berechnung in der Gleichung (3) einfacher und bequemer als im Fall der
Gleichung (2). Außerdem kann die Gleichung (2) ρtt mit höherer Genauigkeit ermitteln, als es die
Gleichung (3) kann.
Claims (22)
1. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform,
umfassend:
eine Analytiksignaltransformationsanordnung (13) zum Transformieren eines Eingangs signals in ein komplexes analytisches Signal (zc(t));
eine Momentanphasenschätzanordnung (16) zum Ermitteln einer Momentanphase des analytischen Signals;
eine Linearphasenentfernungsanordnung (17) zum Entfernen einer Linearphase aus der Momentanphase zur Gewinnung einer Phasenrausch-Wellenform (Δϕ(t)); und
eine Qualitätsmaßschätzanordnung (38), in die die Phasenrausch-Wellenform eingegeben wird, für das Ermitteln und Ausgeben eines Qualitätsmaßes der Phasenrausch-Wellenform.
eine Analytiksignaltransformationsanordnung (13) zum Transformieren eines Eingangs signals in ein komplexes analytisches Signal (zc(t));
eine Momentanphasenschätzanordnung (16) zum Ermitteln einer Momentanphase des analytischen Signals;
eine Linearphasenentfernungsanordnung (17) zum Entfernen einer Linearphase aus der Momentanphase zur Gewinnung einer Phasenrausch-Wellenform (Δϕ(t)); und
eine Qualitätsmaßschätzanordnung (38), in die die Phasenrausch-Wellenform eingegeben wird, für das Ermitteln und Ausgeben eines Qualitätsmaßes der Phasenrausch-Wellenform.
2. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 1, bei der die Qualitätsmaßschätzanordnung (38) eine Anordnung (39) zum Ermitteln eines
Korrelationskoeffizienten (ρtt) der Phasenrausch-Wellenform als Qualitätsmaß ist.
3. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 2, bei der die Qualitätsmaßschätzanordnung (38) umfaßt:
eine Erfassungsanordnung (31) für den quadratischen Mittelwert von Zeitlagejitter, zum Ermitteln eines quadratischen Mittelwerts (ΔϕRMS) der Phasenrausch-Wellenform;
eine Erfassungsanordnung (32) für den quadratischen Mittelwert von Periodenjitter, zum Ermitteln eines quadratischen Mittelwerts (JRMS) der Periodenjitter der Phasenrausch-Wellenform; und
eine Anordnung (39), in die der quadratische Mittelwert der Phasenrausch-Wellenform und der quadratische Mittelwert von Periodenjittern eingegeben wird, für das Ermitteln des Korrelationskoeffizienten (ρtt).
eine Erfassungsanordnung (31) für den quadratischen Mittelwert von Zeitlagejitter, zum Ermitteln eines quadratischen Mittelwerts (ΔϕRMS) der Phasenrausch-Wellenform;
eine Erfassungsanordnung (32) für den quadratischen Mittelwert von Periodenjitter, zum Ermitteln eines quadratischen Mittelwerts (JRMS) der Periodenjitter der Phasenrausch-Wellenform; und
eine Anordnung (39), in die der quadratische Mittelwert der Phasenrausch-Wellenform und der quadratische Mittelwert von Periodenjittern eingegeben wird, für das Ermitteln des Korrelationskoeffizienten (ρtt).
4. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 3, bei der die Erfassungsanordnung (32) für den quadratischen Mittelwert von
Periodenjitter umfaßt:
eine Nulldurchgangsabtastanordnung (33) zum Abtasten der Phasenrausch-Wellenform nur mit einer Zeitlage nahe der Nulldurchgangszeitlage des Realteils des analytischen Signals für die Ausgabe einer erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform;
eine Differenzbildungsanordnung (36), in die die erneut abgetastete Phasenrausch- Wellenform eingegeben wird, zum Berechnen der Differenzwellenform der erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform, für das Ermitteln von Periodenjitter; und
eine Quadratmittelwertanordnung (37) zum Berechnen des quadratischen Mittelwerts der Periodenjitter, für das Ermitteln des Quadratmittelwertjitters der Periodenjitter.
eine Nulldurchgangsabtastanordnung (33) zum Abtasten der Phasenrausch-Wellenform nur mit einer Zeitlage nahe der Nulldurchgangszeitlage des Realteils des analytischen Signals für die Ausgabe einer erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform;
eine Differenzbildungsanordnung (36), in die die erneut abgetastete Phasenrausch- Wellenform eingegeben wird, zum Berechnen der Differenzwellenform der erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform, für das Ermitteln von Periodenjitter; und
eine Quadratmittelwertanordnung (37) zum Berechnen des quadratischen Mittelwerts der Periodenjitter, für das Ermitteln des Quadratmittelwertjitters der Periodenjitter.
5. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 2, bei der die Qualitätsmaßschätzanordnung (38) umfaßt:
eine Produktsummieranordnung (45) zum Aufsummieren der Reihe nach, in Intervallen eines ganzzahligen Vielfachen der Abtastperiode der Phasenrausch-Wellenform, des Produkts von zwei Abtastwerten der Phasenrausch-Wellenform, die einen Abstand von einem ganzzahligen Vielfachen der Abtastperiode voneinander aufweisen;
eine Quadratsummieranordnung (46) zum Aufsummieren, zu jedem Zeitpunkt eines ganz zahligen Vielfachen der Abtastperiode, des Quadratwerts der Phasenrausch-Wellenform; und
eine Anordnung (47) zum Dividieren des Ergebnisses der Produktsummierung durch das Ergebnis der Quadratsummierung, für das Ermitteln des Korrelationskoeffizienten (ρtt).
eine Produktsummieranordnung (45) zum Aufsummieren der Reihe nach, in Intervallen eines ganzzahligen Vielfachen der Abtastperiode der Phasenrausch-Wellenform, des Produkts von zwei Abtastwerten der Phasenrausch-Wellenform, die einen Abstand von einem ganzzahligen Vielfachen der Abtastperiode voneinander aufweisen;
eine Quadratsummieranordnung (46) zum Aufsummieren, zu jedem Zeitpunkt eines ganz zahligen Vielfachen der Abtastperiode, des Quadratwerts der Phasenrausch-Wellenform; und
eine Anordnung (47) zum Dividieren des Ergebnisses der Produktsummierung durch das Ergebnis der Quadratsummierung, für das Ermitteln des Korrelationskoeffizienten (ρtt).
6. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 5, bei der die Qualitätsmaßschätzanordnung (38) enthält:
eine Nulldurchgangsabtastanordnung (33) zum Abtasten der Phasenrausch-Wellenform nur mit einer Zeitlage nahe einer Nulldurchgangszeitlage des Realteils des analytischen Signals, für die Ausgabe einer erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform;
wobei die erneut abgetastete Phasenrausch-Wellenform bei den Berechnungen der Produkt summieranordnung (45) und der Quadratsummieranordnung (46) verwendet wird.
eine Nulldurchgangsabtastanordnung (33) zum Abtasten der Phasenrausch-Wellenform nur mit einer Zeitlage nahe einer Nulldurchgangszeitlage des Realteils des analytischen Signals, für die Ausgabe einer erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform;
wobei die erneut abgetastete Phasenrausch-Wellenform bei den Berechnungen der Produkt summieranordnung (45) und der Quadratsummieranordnung (46) verwendet wird.
7. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 5, bei der ein ganzzahliges Vielfaches der Abtastperiode gleich einem ganzzahligen
Vielfachen der Hälfte der Periode des Eingangssignals ist.
8. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 1, bei der die Qualitätsmaßschätzanordnung (38) eine Anordnung (41) zum Ermitteln eines
Rauschabstands (SNRt) der Phasenrausch-Wellenform für die Ausgabe des Rauschabstands als
Qualitätsmaß ist.
9. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 8, bei der die Qualitätsmaßschätzanordnung (38) enthält:
eine Korrelationskoeffizientenberechnungsanordnung (39) zum Ermitteln eines Korrela tionskoeffizienten (Ptt) der Phasenrausch-Wellenform; und
eine Rauschabstandsberechnungsanordnung (41) zum Ermitteln des Rauschabstands unter Verwendung des Korrelationskoeffizienten.
eine Korrelationskoeffizientenberechnungsanordnung (39) zum Ermitteln eines Korrela tionskoeffizienten (Ptt) der Phasenrausch-Wellenform; und
eine Rauschabstandsberechnungsanordnung (41) zum Ermitteln des Rauschabstands unter Verwendung des Korrelationskoeffizienten.
10. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 9, bei der die Korrelationskoeffizientenberechnungsanordnung (39) enthält:
eine Erfassungsanordnung (31) für den quadratischen Mittelwert von Zeitlagejitter, zum Ermitteln eines quadratischen Mittelwerts (ΔϕRMS) der Phasenrausch-Wellenform;
eine Erfassungsanordnung (32) für den quadratischen Mittelwert von Periodenjitter, zum Ermitteln eines quadratischen Mittelwerts (JRMS) der Periodenjitter der Phasenrausch-Wellenform; und
eine Anordnung (39), in die der quadratische Mittelwert der Phasenrausch-Wellenform und der quadratische Mittelwert von Periodenjittern eingegeben wird, für das Ermitteln des Korrelationskoeffizienten (ρtt).
eine Erfassungsanordnung (31) für den quadratischen Mittelwert von Zeitlagejitter, zum Ermitteln eines quadratischen Mittelwerts (ΔϕRMS) der Phasenrausch-Wellenform;
eine Erfassungsanordnung (32) für den quadratischen Mittelwert von Periodenjitter, zum Ermitteln eines quadratischen Mittelwerts (JRMS) der Periodenjitter der Phasenrausch-Wellenform; und
eine Anordnung (39), in die der quadratische Mittelwert der Phasenrausch-Wellenform und der quadratische Mittelwert von Periodenjittern eingegeben wird, für das Ermitteln des Korrelationskoeffizienten (ρtt).
11. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 10, bei der die Erfassungsanordnung (32) für den quadratischen Mittelwert von
Periodenjitter enthält:
eine Nulldurchgangsabtastanordnung (33) zum Abtasten der Phasenrausch-Wellenform nur mit einer Zeitlage nahe der Nulldurchgangszeitlage des Realteils des analytischen Signals für die Ausgabe einer erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform;
eine Differenzbildungsanordnung (36), in die die erneut abgetastete Phasenrausch Wellenform eingegeben wird, zum Berechnen der Δifferenzwellenform der erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform, für das Ermitteln von Periodenjitter; und
eine Quadratmittelwertanordnung (37) zum Berechnen des quadratischen Mittelwerts der Periodenjitter, für das Ermitteln des Quadratmittelwertjitters der Periodenjitter.
eine Nulldurchgangsabtastanordnung (33) zum Abtasten der Phasenrausch-Wellenform nur mit einer Zeitlage nahe der Nulldurchgangszeitlage des Realteils des analytischen Signals für die Ausgabe einer erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform;
eine Differenzbildungsanordnung (36), in die die erneut abgetastete Phasenrausch Wellenform eingegeben wird, zum Berechnen der Δifferenzwellenform der erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform, für das Ermitteln von Periodenjitter; und
eine Quadratmittelwertanordnung (37) zum Berechnen des quadratischen Mittelwerts der Periodenjitter, für das Ermitteln des Quadratmittelwertjitters der Periodenjitter.
12. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 4 oder 10, bei der die Erfassungsanordnung (31) für den quadratischen Mittelwert von
Zeitlagejitter eine Anordnung ist, in die die erneut abgetastete Phasenrausch-Wellenform eingegeben
wird, zum Berechnen des quadratischen Mittelwerts der erneut abgetasteten Phasenrausch-
Wellenform, für das Ermitteln eines Quadratmittelwertjitters der Zeitlagejitter.
13. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 4 oder 10, bei der die Erfassungsanordnung (31) für den quadratischen Mittelwert von
Zeitlagejitter enthält:
eine zweite Abtastanordnung (51; 52) zum Abtasten der Phasenrausch-Wellenform nur mit einer Zeitlage nahe einer Zeitlage der einzelnen Perioden, die gleich wie die Abtastperiode der Nulldurchgangsabtastanordnung (33) sind, für die .Ausgabe einer zweiten erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform; und
eine Anordnung (35) zum Berechnen des quadratischen Mittelwerts der erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform, für das Ermitteln des Quadratmittelwertjitters der Zeitlagejitter.
eine zweite Abtastanordnung (51; 52) zum Abtasten der Phasenrausch-Wellenform nur mit einer Zeitlage nahe einer Zeitlage der einzelnen Perioden, die gleich wie die Abtastperiode der Nulldurchgangsabtastanordnung (33) sind, für die .Ausgabe einer zweiten erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform; und
eine Anordnung (35) zum Berechnen des quadratischen Mittelwerts der erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform, für das Ermitteln des Quadratmittelwertjitters der Zeitlagejitter.
14. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 9, bei der die Korrelationskoeffizientenberechnungsanordnung (39) enthält:
eine Produktsummieranordnung (45) zum Aufsummieren der Reihe nach, in Intervallen einer Periode T, der Produkte zweier Abtastwerte der Phasenrausch-Wellenform, die einen Abstand von einem ganzzahligen Vielfachen der Abtastperiode der Phasenrausch-Wellenform voneinander aufweisen;
eine Quadratsummieranordnung (46) zum Aufsummieren, zu jedem Zeitpunkt eines ganzzahligen Vielfachen der Abtastperiode, des Quadratwerts der Phasenrausch-Wellenform; und eine Anordnung (47) zum Dividieren des Ergebnisses der Produktsummierung durch das Ergebnis der Quadratsummierug, für das Ermitteln des Korrelationskoeffizienten.
eine Produktsummieranordnung (45) zum Aufsummieren der Reihe nach, in Intervallen einer Periode T, der Produkte zweier Abtastwerte der Phasenrausch-Wellenform, die einen Abstand von einem ganzzahligen Vielfachen der Abtastperiode der Phasenrausch-Wellenform voneinander aufweisen;
eine Quadratsummieranordnung (46) zum Aufsummieren, zu jedem Zeitpunkt eines ganzzahligen Vielfachen der Abtastperiode, des Quadratwerts der Phasenrausch-Wellenform; und eine Anordnung (47) zum Dividieren des Ergebnisses der Produktsummierung durch das Ergebnis der Quadratsummierug, für das Ermitteln des Korrelationskoeffizienten.
15. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 14, bei der die Korrelationskoeffizientenberechnungsanordnung (39) enthält:
eine Nulldurchgangsabtastanordnung (33) zum Abtasten der Phasenrausch-Wellenform nur mit einer Zeitlage nahe einer Nulldurchgangszeitlage des Realteils des analytischen Signals, für die Ausgabe einer erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform;
wobei die erneut abgetastete Phasenrausch-Wellenform bei den Berechnungen der Produktsummieranordnung (45) und der Quadratsummieranordnung (46) verwendet wird.
eine Nulldurchgangsabtastanordnung (33) zum Abtasten der Phasenrausch-Wellenform nur mit einer Zeitlage nahe einer Nulldurchgangszeitlage des Realteils des analytischen Signals, für die Ausgabe einer erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform;
wobei die erneut abgetastete Phasenrausch-Wellenform bei den Berechnungen der Produktsummieranordnung (45) und der Quadratsummieranordnung (46) verwendet wird.
16. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 1, bei der die Qualitätsmaßschätzanordnung (38) eine Anordnung zur Ermittlung eines
Korrelationskoeffizienten (ptt) der Phasenrausch-Wellenform und eines Rauschabstands (SNRt) der
Phasenrausch-Wellenform für die Ausgabe des Korrelationskoeffizienten und des Rauschabstands
als Qualitätsmaße ist.
17. Vorrichtung zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
einem der Ansprüche 1, 3, 5 und 8, ferner umfassend eine Begrenzungsanordnung (53) zum Liefern
des Eingangssignals, nachdem aus jenem eine Amplitudenmodulationskomponente entfernt wurde,
an die Analytiksignaltransformationsanordnung (13).
18. Verfahren zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform,
umfassend folgende Schritte:
Transformieren eines Eingangssignals in ein komplexes analytisches Signal;
Ermitteln einer Momentanphase des analytischen Signals;
Entfernen einer Linearphase aus der Momentanphase, um eine Phasenrausch-Wellenform zu ermitteln; und
Ermitteln eines Korrelationskoeffizienten der Phasenrausch-Wellenform.
Transformieren eines Eingangssignals in ein komplexes analytisches Signal;
Ermitteln einer Momentanphase des analytischen Signals;
Entfernen einer Linearphase aus der Momentanphase, um eine Phasenrausch-Wellenform zu ermitteln; und
Ermitteln eines Korrelationskoeffizienten der Phasenrausch-Wellenform.
19. Verfahren zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 18, bei dem der Schritt zum Ermitteln des Korrelationskoeffizienten folgende Schritte
umfaßt:
einen Produktsummierschritt zum Aufsummieren der Reihe nach, in Intervallen eines ganzzahligen Vielfachen der Abtastperiode der Phasenrausch-Wellenform, des Produkts zweier Abtastwerte der Phasenrausch-Wellenform, die einen Abstand von einem ganzzahligen Vielfachen der Abtastperiode der Phasenrausch-Wellenform voneinander aufweisen;
einen Quadratsummierschritt zum Aufsummieren, zu jedem Zeitpunkt der Periode T, des Quadratwerts der Phasenrausch-Wellenform; und
einen Schritt zum Dividieren des Ergebnisses der Produktsummierung durch das Ergebnis des Quadratsummierung, für die Ermittlung des Korrelationskoeffizienten.
einen Produktsummierschritt zum Aufsummieren der Reihe nach, in Intervallen eines ganzzahligen Vielfachen der Abtastperiode der Phasenrausch-Wellenform, des Produkts zweier Abtastwerte der Phasenrausch-Wellenform, die einen Abstand von einem ganzzahligen Vielfachen der Abtastperiode der Phasenrausch-Wellenform voneinander aufweisen;
einen Quadratsummierschritt zum Aufsummieren, zu jedem Zeitpunkt der Periode T, des Quadratwerts der Phasenrausch-Wellenform; und
einen Schritt zum Dividieren des Ergebnisses der Produktsummierung durch das Ergebnis des Quadratsummierung, für die Ermittlung des Korrelationskoeffizienten.
20. Verfahren zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 19, bei dem der Schritt zur Ermittlung des Korrelationskoeffizienten folgende Schritte
umfaßt:
Abtasten der Phasenrausch-Wellenform nur mit einer Zeitlage nahe einer Nulldurch gangszeitlage des Realteils des analytischen Signals, für die Ausgabe einer erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform;
wobei die erneut abgetastete Phasenrausch-Wellenform bei den Berechnungen des Produktsummierschritts und des Quadratsummierschritts verwendet wird.
Abtasten der Phasenrausch-Wellenform nur mit einer Zeitlage nahe einer Nulldurch gangszeitlage des Realteils des analytischen Signals, für die Ausgabe einer erneut abgetasteten Phasenrausch-Wellenform;
wobei die erneut abgetastete Phasenrausch-Wellenform bei den Berechnungen des Produktsummierschritts und des Quadratsummierschritts verwendet wird.
21. Verfahren zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 18 oder 19, ferner umfassend den Schritt des Ermittelns eines Rauschabstands der
Phasenrausch-Wellenform unter Verwendung des Korrelationskoeffizienten.
22. Verfahren zum Messen eines Qualitätsmaßes einer Phasenrausch-Wellenform nach
Anspruch 18, bei dem der Schritt zur Ermittlung des Korrelationskoeffizienten folgende Schritte
umfaßt:
Ermitteln des quadratischen Mittelwerts der Phasenrausch-Wellenform;
Ermitteln des quadratischen Mittelwerts von Periodenjittern der Phasenrausch-Wellenform; und
Berechnen des Korrelationskoeffizienten aus dem quadratischen Mittelwert der Phasen rausch-Wellenform und dem quadratischen Mittelwert der Periodenjitter.
Ermitteln des quadratischen Mittelwerts der Phasenrausch-Wellenform;
Ermitteln des quadratischen Mittelwerts von Periodenjittern der Phasenrausch-Wellenform; und
Berechnen des Korrelationskoeffizienten aus dem quadratischen Mittelwert der Phasen rausch-Wellenform und dem quadratischen Mittelwert der Periodenjitter.
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| US09/538,186 US6735538B1 (en) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | Apparatus and method for measuring quality measure of phase noise waveform |
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