DE10244413A1

DE10244413A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung einer Phasenverschiebungskennlinie

Info

Publication number: DE10244413A1
Application number: DE10244413A
Authority: DE
Inventors: Seji Toyoda; Emiko Fujiwara
Original assignee: Ando Electric Co Ltd
Current assignee: Ando Electric Co Ltd
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: DE10244413B4; JP2003098202A; US20030057965A1; US6794857B2

Abstract

Eine Phasenverschiebungskennlinien-Meßvorrichtung umfaßt eine Gleichtaktkomponenten-Berechnungseinrichtung zum Ausgeben eines Korrelationswerts zwischen Abtastungs-Eingabedaten des Eingangssignals und des Ausgangssignals und Idealsinuswellenformdaten als I-Komponentensignal der Basisfrequenz (Gleichtaktkomponente), eine Blindkomponenten-Berechnungseinrichtung zum Ausgeben eines Korrelationswerts zwischen den Abstastungs-Eingabedaten des Eingangssignals und des Ausgangssignals und Idealcosinuswellenformdaten als Q-Komponentensignal der Basisfrequenz (Blindkomponente), eine Phasenwinkel-Berechnungseinrichtung zum Ausgeben von Phasenwinkeln des Eingangssignals und des Ausgangssignals auf der Basis des I-Komponentensignals der Basisfrequenz und des Q-Komponentensignals der Basisfrequenz sowie eine Phasenverschiebungs-Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Größe der Phasenverschiebung der zu prüfenden Vorrichtung aus den Phasenwinkeln des Eingangssignals und des Ausgangssignals.

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung und ein Meßverfahren mit einem einfachen Aufbau, welche weniger durch Rauschen, Störungen etc. beeinflußbar sind, wenn eine Phasenverschiebungskennlinie zwischen einem Eingangssignal und einem Ausgangssignal einer zu messenden Vorrichtung, wie etwa einem Bauelement zur optischen Datenübertragung, oder ähnliches gemessen wird.

2. Stand der Technik

Als herkömmliche Vorrichtung dieses Typs zum Messen der Phasenverschiebungskennlinie zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal der zu messenden Vorrichtung, wie etwa dem Bauelement zur optischen Datenübertragung, gibt es die im folgenden beschriebene Vorrichtung.

Die Fig. 4A und 4B sind Ansichten zum Erläutern des Prinzips des Phasenmeßabschnitts zum Messen der Phasenverschiebungskennlinie gemäß dem Stand der Technik, wobei Fig. 4A ein Blockschaltbild, welches eine Bauweise des Abschnitts darstellt, ist und Fig. 4B ein Wellenformdiagramm zum Erläutern des Prinzips des Abschnitts ist.

In Fig. 4A werden ein Vergleichssignal (ZF-R-Signal) und ein Signal, welches durch die zu messende Vorrichtung gesandt wird, das bedeutet, ein Meßsignal (ZF-A/B-Signal), durch die ALC (amplification limiting circuit - Verstärkungsbegrenzungsschaltung) bzw. die Begrenzungsverstärker 41-1, 41-2 zu Impulswellenformen, welche jeweils in Fig. 4B dargestellt sind, zum Ausgeben der Impulssignale ausgebildet. Sodann erfassen die Schwellenwert-Erfassungsschaltungen 42-1, 42-2Anstiegszeitpunkte des Vergleichssignals (ZF-R-Signal) bzw. des Meßsignals (ZF-k/B-Signal) und übermitteln diese an die Phasendifferenz-Vergleichseinrichtung (Zählvorrichtung), um die Phasendifferenz zwischen diesen zu messen.

Bei dieser Phasendifferenz-Vergleichseinrichtung kann die Phasendifferenz durch Zählen der Anzahl der Takte zwischen der Vorderflanke des Vergleichssignals (ZF-R-Signal) und der Vorderflanke des Meßsignals (ZF-R-Signal) gemessen werden.

Das Prinzip dieser Vorrichtung ist einfach, doch beeinflussen die Gegebenheiten der Signalreinheit des Oszillators, welcher das Vergleichssignal erzeugt, der Eigenschaften der verwendeten Bauelemente etc., den Meßfehler. Somit ist das Problem von sehr entscheidender Bedeutung für die Verwirklichung einer hochgenauen Messung.

Ferner besteht für eine Bestimmung der Zeit der Phasendifferenz mit hoher Genauigkeit das Problem, daß ein Taktsignal mit sehr hoher Frequenz in den Zähler eingegeben werden muß.

Fig. 5 umfaßt Ansichten zum Erläutern des Prinzips einer weiteren Phasenmessung zum Messen der Phasenverschiebungskennlinie gemäß dem Stand der Technik.

In Fig. 5 liefern die Verstärker 51-1, 51-2 das Vergleichssignal (ZF-R-Signal) und das Signal, welches durch die zu messende Vorrichtung gesandt wird, das bedeutet, das Meßsignal (ZF-A/B-Signal) an den Synchrondetektor 53, welcher das I-Komponentensignal der Basisfrequenz (Gleichtaktkomponente; I für in-phase = Gleichtakt-) und das Q-Komponentensignal der Basisfrequenz (Blindkomponente; Q für quadrature = Blind-) als zu erfassende Ausgangssignale erfaßt.

Das I-Komponentensignal der Basisfrequenz (Gleichtaktkomponente) und das Q-Komponentensignal der Basisfrequenz (Blindkomponente) werden als zeitserielle Daten ausgegeben und werden als Phasenunterschied sämtlicher zeitseriellen Daten auf der Basis der arctan-Berechnung in der Phasendifferenz- Berechnungsschaltung 54 ausgegeben.

Sodann wird das Phasendifferenzsignal, welches in Gestalt zeitserieller Daten vorliegt, durch die Entzerrungsvorrichtung 55 entzerrt, und somit kann die Phasendifferenz zwischen dem Vergleichssignal (ZF-R-Signal) und dem Meßsignal (ZF-A/B- Signal) als Meßergebnis abgeleitet werden.

In diesem Fall wird, wie in einem elliptischen Kreis in Fig. 4 dargestellt, bei der Berechnung in dem Synchrondetektor 53 das I-Komponentensignal der Basisfrequenz (ZF-R-Signal) durch Multiplizieren des Vergleichssignals (ZF-R-Signal) und des Meßsignals (ZF-A/B-Signal) mittels der Multiplikationsschaltung 531-1 und Leiten des resultierenden Signals durch das Tiefpaßfilter (TPF) 533-1 erhalten.

Auch das Q-Komponentensignal der Basisfrequenz (Blindkomponente) wird durch Multiplizieren eines Signals, dessen Phase durch den 90°-Phasenschieber 532 um eine Phase von 90° verschoben wird, und des Meßsignals (ZF-A/B-Signal) mittels der Multiplikationsschaltung 531-2 und Leiten des resultierenden Signals durch das Tiefpaßfilter (TPF) 533-2 erhalten.

Bei dieser Vorrichtung ist es möglich, die Vorrichtung durch die Hardware oder die Software aufzubauen.

In dem Fall, daß die Vorrichtung durch die Software aufgebaut wird, werden die AD-Wandlerschaltung und die Abtastschaltung benötigt, und die Phasendifferenz kann mit relativ hoher Genauigkeit gemessen werden, selbst wenn die Abtastung auf der Basis eines Niedergeschwindigkeitstakts ausgeführt wird. Aufgrund der Tatsache, daß das Meßergebnis in Gestalt zeitserieller Daten ausgegeben wird, wird ein derartiges Meßergebnis jedoch leicht durch Rauschen gestört, und daher werden viele Messungen benötigt, so daß das TPF, welches nach der Synchronerfassung vorgesehen ist, auf einen schmaleren Durchlaßbereich eingestellt werden muß, die Meßergebnisse, welche viele Male genommen werden, gemittelt werden müssen oder ähnliches.

Dabei sind diese Messungen mit einer Verlängerung der Meßzeit verbunden und begrenzen ferner eine höhere Genauigkeit.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Meßvorrichtung und ein Meßverfahren zu schaffen, welche in der Lage sind, eine Phasenverschiebungskennlinie zwischen einem Eingangssignal und einem Ausgangssignal einer zu messenden Vorrichtung mit hoher Geschwindigkeit, mit hoher Genauigkeit und zu niedrigen Kosten ohne Einflüsse von Rauschen, Störungen etc. zu messen.

Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß eine Phasenverschiebungskennlinien-Meßvorrichtung zum Messen der Phasenverschiebung einer zu prüfenden Vorrichtung auf der Basis von Phasen eines Eingangssignals, welches in die zu prüfende Vorrichtung eingegeben wird, und eines Ausgangssignals, welch es aus der zu prüfenden Vorrichtung ausgegeben wird, geschaffen, umfassend:
eine Gleichtaktkomponenten-Berechnungseinrichtung zum Ausgeben eines Korrelationswerts zwischen Abtastungs-Eingabedaten des Eingangssignals und des Ausgangssignals und Idealsinuswellenformdaterx als I-Komponentensignal der Basisfrequenz (Gleichtaktkomponente);
eine Blindkomponenten-Berechnungseinrichtung zum Ausgeben eines Korrelationswerts zwischen den Abtastungs-Eingabedaten des Eingangssignals und des Ausgangssignals und Idealcosinuswellenformdaten als Q-Komponentensignal der Basisfrequenz (Blindkomponente);
eine Phasenwinkel-Berechnungseinrichtung zum Ausgeben von Phasenwinkeln des Eingangssignals und des Ausgangssignals auf der Basis des I-Komponentensignals der Basisfrequenz (Gleichtaktkomponente) und des Q-Komponentensignals der Basisfrequenz (Blindkomponente); und
eine Phasenverschiebungs-Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Größe der Phasenverschiebung der zu prüfenden Vorrichtung aus den Phasenwinkeln des Eingangssignals und des Ausgangssignals.

Gemäß diesem Aufbau kann, wenn die Phasenverschiebungskennlinie zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal der zu prüfenden Vorrichtung gemessen wird, eine Meßvorrichtung, welche die Messung mit hoher Geschwindigkeit mit hoher Genauigkeit zu niedrigen Kosten ohne den Einfluß von Rauschen, Störungen etc. ausführen kann, geschaffen werden.

Ferner wird in der Gleichtaktkomponenten- Berechnungseinrichtung und der Blindkomponenten- Berechnungseinrichtung eine Berechnung von
Σa(n).b(n)
wobei a(n): Abtastungs-Eingabedaten und
b(n): Idealsinuswellenformdaten bzw. Idealcosinuswellenformdaten bedeuten,
durch DSV (digitale Signalverarbeitung) ausgeführt.

Ferner werden Abtastungen des Eingangssignals bzw. des Ausgangssignals über m Perioden (m = ganze Zahl) hinweg ausgeführt.

Ferner werden ein Vergleichs-Eingangssignal und Wellenformdaten, deren Phase durch DSV um 90° gegen das Vergleichs- Eingangssignal verschoben wird, anstelle der Idealsinuswellenformdaten bzw. der Idealcosinuswellenformdaten verwendet.

Ferner sind das Eingangssignal und das Ausgangssignal, welche abgetastet werden sollen, ZF-Signale, welche eine HF- ZF-Umwandlung durchlaufen.

Ferner wird ein Phasenkennlinien-Meßverfahren zum Messen der Phasenverschiebung einer zu prüfenden Vorrichtung auf der Basis von Phasen eines Eingangssignals, welches in die zu prüfende Vorrichtung eingegeben wird, und eines Ausgangssignals, welches aus der zu prüfenden Vorrichtung ausgegeben wird, geschaffen, umfassend:
einen Gleichtaktkomponenten-Berechnungsschritt des Ausgebens eines Korrelationswerts zwischen Abtastungs-Eingabedaten des Eingangs signals und des Ausgangssignals und Idealsinuswellenformdaten als I-Komponentensignal der Basisfrequenz (Gleichtaktkomponente);
einen Blindkomponenten-Berechnungsschritt des Ausgebens eines Korrelationswerts zwischen den Abtastungs-Eingabedaten des Eingangssignals und des Ausgangssignals und Idealcosinuswellenformdaten als Q-Komponenten-Signal der Basisfrequenz (Blindkomponente); und
einen Phasenwinkel-Berechnungsschritt des Ausgebens von Phasenwinkeln des Eingangssignals und des Ausgangssignals auf der Basis des I-Komponentensignals der Basisfrequenz (Gleichtaktkomponente) und des Q-Komponentensignals der Basisfrequenz (Blindkomponente); und
einen Phasenverschiebungs-Berechnungsschritt des Berechnens der Größe der Phasenverschiebung der zu prüfenden Vorrichtung aus den Phasenwinkeln des Eingangssignals und des Ausgangssignals.

Ferner wird in dem Gleichtaktkomponenten- Berechnungsschritt und in dem Blindkomponenten- Berechnungsschritt eine Berechnung von
Σa(n).b(n)
wobei a(n): Abtastungs-Eingabedaten und
b(n): Idealsinuswellenformdaten bzw. Idealcosinuswellenformdaten bedeuten,
durch DSV ausgeführt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Fig. 1A und 1B sind Ansichten, welche eine Bauweise einer Phasenkennlinien-Meßvorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern des Prinzips der Gleichtaktkomponententrennung (Blindkomponententrennung) der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm zum Berechnen eines Phasenwinkels durch die arctan-Berechnung (den Übergang von den orthogonalen Achsen zu den Polarkoordinatenachsen) auf der Basis der Gleichtaktkomponente (I) und der Blindkomponente (Q).
Die Fig. 4A und 4B sind Ansichten zum Erläutern des Prinzips eines Phasenmeßabschnitts zum Messen der Phasenverschiebungskennlinie gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 5 ist eine Ansicht zum Erläutern des Prinzips einer weiteren Phasenmessung zum Messen der Phasenverschiebungskennlinie gemäß dem Stand der Technik.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Eine Vorrichtung und ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Phasenkennlinienmessung werden nachfolgend unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Die Fig. 1A und 1B sind Ansichten, welche den Aufbau einer Phasenverschiebungskennlinien-Meßvorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellen, wobei Fig. 1A den Gesamtaufbau darstellt und Fig. 1B den genauen Aufbau des zweckdienlichen Abschnitts darstellt.
In Fig. 1A bedeutet die Bezugsziffer 1 eine Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge, 2 bedeutet einen Lichtmodulator, 3 bedeutet eine DUT (device under test = in Prüfung befindliche Vorrichtung), 4 bedeutet einen Lichtdemodulator, 5ist ein HF-Oszillator und 6 ist eine HF-Amplituden-und-Phasen- Meßvorrichtung.
Von der Lichtquelle 1 veränderlicher Wellenlänge ausgesandtes Licht wird durch den Lichtmodulator 2 auf der Basis eines HF-Signals, welches durch den HF-Oszillator 5 erzeugt wird, moduliert und danach in die DUT 3 geleitet.
Sodann wird ein Ausgangssignal der DUT durch den Lichtdemodulator 4 zu dem ZF-R-Signal und dem ZF-A/B-Signal demoduliert, und daraufhin werden diese Signale durch die HF- Amplituden-und-Phasen-Meßvorrichtung mit dem oben erwähnten HF-Signal verglichen, um die Amplitude und die Phase zu messen.
In diesem Fall stellt der Aufbau in Fig. 1 den Aufbau zum Messen der Verschiebung eines Lichtsignals, welches durch die zu messende Vorrichtung gesandt wird, dar. Es bedarf jedoch keiner Erwähnung, daß eine Vorrichtung, durch welche ein elektrisches Signal gesandt werden kann, als zu messende Vorrichtung verwendet werden kann.
Bei dem genauen Aufbau der HF-Amplituden-und-Phasen- Meßvorrichtung, welcher in Fig. 1B dargestellt ist, bedeutet 11 einen AD-Wandler, 12 bedeutet eine Gleichtaktkomponenten- Trennvorrichtung, 13 bedeutet einen Idealcosinuswellenformdatengenerator, 14 bedeutet eine Blindkomponenten- Trennvorrichtung, 15 bedeutet einen Idealsinuswellenformdatengenerator und 16 bedeutet eine arctan-Berechnungsvorrichtung.
In diesem Fall sind in den Fig. 1A und 1B die lokale Signalquelle und der Mischer, welche die HF-ZF-Umwandlung ausführen, weggelassen. Der Vergleich in Fig. 1B wird nach der Umwandlung durch die ZF ausgeführt.
In Fig. 1B wird das Zwischenfrequenzsignal, das bedeutet, das ZF-R-Signal oder das ZF-A/B-Signal, welches eine HF-ZF- Umwandlung durchläuft, durch den AD-Wandler 11 in ein Digitalsignal umgewandelt und sodann in die Gleichtaktkomponenten- Trennvorrichtung 12 und die Blindkomponenten-Trennvorrichtung 14 geleitet.
Ferner werden Idealcosinuswellenformdaten und Idealsinuswellenformdaten, welche Ausgangssignale des Idealcosinuswellenformdatengenerators 13 bzw. des Idealsinuswellenformdatengenerators 15 sind, in die Gleichtaktkomponenten- Trennvorrichtung 12 bzw. die Blindkomponenten-Trennvorrichtung 14 geleitet.
Phasen (Phasen auf den virtuellen Koordinatenachsen) der Gleichtaktkomponente und der Blindkomponente, welche durch die Gleichtaktkomponenten-Trennvorrichtung 12 und die Blindkomponenten-Trennvorrichtung 14 getrennt werden, werden durch die arctan-Berechnungsvorrichtung 16 berechnet.
Die Phasendifferenz zwischen diesen Signalen (die Phasenverschiebung des Ausgangssignals gegen das Eingangssignal der zu prüfenden Vorrichtung DUT) wird auf der Basis der Differenz zwischen dem Phasenwinkel des berechneten ZF-R-Signals und dem Phasenwinkel des ZF-A/B-Signals berechnet.
In diesem Fall erfolgt die Berechnung in Fig. 1B durch den DSV-Berechnungsvorgang.
Als nächstes wird das Prinzip der Gleichtaktkomponententrennung und der Blindkomponententrennung in Fig. 1 unter Bezug auf Fig. 2 im folgenden erläutert.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern des Prinzips der Gleichtaktkomponententrennung bei der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 2 bedeutet a(n) Abtastungs-Eingabedaten, b(n) bedeutet Idealcosinuswellenformdaten und s1, s2 . . . sn bedeuten Abtastzeitpunkte.
Die Abtastungs-Eingabedaten und die Idealcosinuswellenformdaten werden bei den Abtastzeitpunkten s1, s2 . . . sn abgetastet, und es wird der Korrelationswert der Abtastungs- Eingabedaten berechnet, so daß die Größe der Gleichtaktkomponente (I-Achsen-Komponente) bei der Frequenz berechnet werden kann.
Der Berechnungsalgorithmus ist gegeben durch
Σa(n).b(n)
wobei a(n): die Abtastungs-Eingabedaten und
b(n): die Idealsinuswellenformdaten bzw. Idealcosinuswellenformdaten bedeuten.
Dabei entspricht diese Berechnung der Trennung lediglich dieser bestimmten Frequenzkomponente in dem FFT-Schritt.
Die Blindkomponente (Q-Achsen-Komponente) kann auch durch Verwenden der Idealsinuswellenformdaten anstelle der Idealcosinuswellenformdaten b(n) in Fig. 2 berechnet werden.
Sodann kann, wie in Fig. 3 dargestellt, der Phasenwinkel der Abtastungs-Eingabedaten durch die arctan-Berechnung (den Übergang von den orthogonalen Achsen zu den Polarkoordinatenachsen) auf der Basis der berechneten Gleichtaktkomponente (I) und der berechneten Blindkomponente (Q) berechnet werden.
In dieser Weise weist die Phasenverschiebungskennlinien- Meßvorrichtung der vorliegenden Erfindung aufgrund der Tatsache, daß die Berechnung durch Verwenden sämtlicher Abtastdaten erfolgt, nicht nur die gleiche Wirkung wie die Entzerrung auf, sondern auch die Wirkung, daß diese Vorrichtung robust gegen das Zufallsrauschen ist.
Ferner weist die Phasenverschiebungskennlinien- Meßvorrichtung der vorliegenden Erfindung aus dem gleichen Grund eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber dem Phasenzittern auf.
Ferner übt aufgrund der Tatsache, daß eine Frequenzkomponente, welche orthogonal zu der ZF-Frequenz ist (eine Frequenzkomponente, welche ein ganzzahliges Vielfaches der Abtastfrequenz/der Anzahl der Daten ist), durch die Berechnung bei der vorliegenden Erfindung Null wird, eine derartige Frequenzkomponente selten einen Einfluß auf das Berechnungsergebnis aus.
Beispielsweise kann aufgrund der Tatsache, daß die erste Oberschwingung, die zweite Oberschwingung, . . . der Prüffrequenz unter diese Bedingung fallen, eine Meßvorrichtung, welche eine sehr hohe Unempfindlichkeit gegen die harmonische Verzerrung aufweist, konstruiert werden.
Um die ZF-Frequenz, die Abtastfrequenz und die Abtastzeit zu bestimmen, müssen folgende Punkte beachtet werden.
Das bedeutet, daß die Abtastungs-Eingabedaten über m Perioden (m = ganze Zahl) des Prüfsignals hinweg empfangen werden müssen.
Anders ausgedrückt, müssen die ZF-Frequenz, die Abtastfrequenz und die Abtastzeit derart bestimmt werden, daß die anfängliche Phase (der Phasenwinkel) zu der Zeit, bei welcher die Abtastung begonnen wird, mit der nächsten Phase (dem Phasenwinkel) zu der Zeit, bei welcher die Abtastung beendet wird, übereinstimmt.
Wenn m keine ganze Zahl ist, das bedeutet, wenn die anfängliche Phase (der Phasenwinkel) zu der Zeit, bei welcher die Abtastung begonnen wird, nicht mit der nächsten Phase (dem Phasenwinkel) zu der Zeit, bei welcher die Abtastung beendet wird, übereinstimmt, wird ein Fehler aufgrund des Gib-Effekts bei der Berechnung des Korrelationswerts erzeugt. Somit kann die korrekte Phasenverschiebung nicht berechnet werden.
Genauer müssen, wenn die Abtastfrequenz fs ist, die ZF- Frequenz fx ist und die Abtastungszahl (Pufferlänge) blen (Abk. für buffer length) ist, diese fs, fx und blen derart bestimmt werden, daß m = blen.fx/fs als ganze Zahl gegeben ist.
Hierbei müssen die Taktsignale, welche bei fs und fx angewandt werden, als wechselseitig synchronisierte Signale vorliegen, welche beispielsweise durch Verwenden der PLL- Schaltung (PLL für phase-locked 100p = Phasenregelkreis) oder ähnliches auf der Basis des gleichen Vergleichstakts erzeugt werden.
In diesem Fall kann bei der Trennung der Gleichtaktkomponente (I) und der Blindkomponente (Q), wenn das Vergleichseingangssignal und das Signal, dessen Phase um 90° gegen dieses Vergleichseingangssignal verschoben wird (durch DSV) anstelle der Idealsinuswellenformdaten und der Idealcosinuswellenformdaten verwendet werden, die gegenseitige Subtraktion der Phasenwerte auf den virtuellen Koordinatenachsen beseitigt werden.
Zugleich kann der Rauschanteil, welcher in dem ursprünglichen HF-Schwingungs-Signal enthalten ist, beseitigt werden.
In dieser Weise kann, da der Rechenvorgang durch die DSV erfolgt, die Berechnung mit hoher Geschwindigkeit zu niedrigen Kosten erreicht werden.
Ferner kann, wenn das berechnete Ergebnis des Korrelationswerts 13 Bit überschreitet, eine Meßgenauigkeit von 0,01° erreicht werden.
Ferner kann eine höhere Präzision und eine höhere Genauigkeit durch geeignetes Auswählen der ZF-Frequenz, der Abtastfrequenz und der Abtastzeit erreicht werden.
Ferner wird aufgrund der Tatsache, daß die Phase durch Trennen lediglich der Meßfrequenzkomponente berechnet wird, die Phasenverschiebungskennlinien-Meßvorrichtung der vorliegenden Erfindung selten durch andere Frequenzanteile (Störungen, Verzerrung etc.) beeinflußt. Daher kann eine hochgenaue Messung sogar durch die Hardware zu niedrigen Kosten, deren Leistung relativ gering ist, erreicht werden.
Wie oben beschrieben, schafft die vorliegende Erfindung eine Phasenverschiebungskennlinien-Meßvorrichtung zum Messen der Phasenverschiebung einer zu prüfenden Vorrichtung auf der Basis von Phasen eines Eingangssignals, welches in die zu prüfende Vorrichtung eingegeben wird, und eines Ausgangssignals, welches aus der zu prüfenden Vorrichtung ausgegeben wird, welche eine Gleichtaktkomponenten-Berechnungseinrichtung zum Ausgeben eines Korrelationswerts zwischen Abtastungs-Eingabedaten des Eingangs signals und des Ausgangssignals und Idealsinuswellenformdaten als I-Komponenten-Signal der Basisfrequenz (Gleichtaktkomponente); eine Blindkomponenten- Berechnungseinrichtung zum Ausgeben eines Korrelationswerts zwischen den Abtastungs-Eingabedaten des Eingangssignals und des Ausgangssignals und Idealcosinuswellenformdaten als Q- Komponenten-Signal der Grundfrequenz (Blindkomponente); eine Phasenwinkel-Berechnungseinrichtung zum Ausgeben von Phasenwinkeln des Eingangssignals und des Ausgangssignals auf der Basis des I-Komponentensignals der Grundfrequenz (Gleichtaktkomponente) und des Q-Komponentensignals der Grundfrequenz (Blindkomponente); und eine Phasenverschiebungs- Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Größe der Phasenverschiebung der zu prüfenden Vorrichtung gegen die Phasenwinkel des Eingangssignals und des Ausgangssignals umfaßt.
Daher kann, wenn die Phasenverschiebungskennlinie zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal der zu prüfenden Vorrichtung gemessen wird, eine Meßvorrichtung, welche die Messung mit hoher Geschwindigkeit zu niedrigen Kosten ohne Einflüsse Von Rauschen, Störungen etc. ausführen kann, geschaffen werden.
Ferner wird erfindungsgemäß in der Gleichtaktkomponenten- Berechnungse inrichtung und der Blindkomponenten- Berechnungse inrichtung eine Berechnung von
Σa(n).b(n)
wobei a(n): Abtastungs-Eingabedaten und
b(n): Idealsinuswellenformdaten bzw. Idealcosinuswellenformdaten bedeuten,
durch DSV ausgeführt, und Abtastungen des Eingangssignals bzw. des Ausgangs signals werden über m Perioden (m = ganze Zahl) hinweg ausgeführt. Daher kann aufgrund der Tatsache, daß die Berechnung durch Verwenden sämtlicher Abtastdaten ausgeführt wird, nicht nur die gleiche Wirkung wie bei der Entzerrung erreicht werden, sondern auch die Wirkung, daß diese Vorrichtung gegen das Zufallsrauschen robust ist.
Ferner werden erfindungsgemäß ein Vergleichseingangssignal und Wellenformdaten, deren Phase durch DSV um 90° gegen das Vergleichseingangssignal verschoben wird, anstelle der Idealsinuswellenformdaten bzw. der Idealcosinuswellenformdaten verwendet. Daher kann eine Sammlung der Idealwellenformdaten bzw. der Idealcosinuswellenformdaten weggelassen werden.
Ferner sind das Eingangssignal und das Ausgangssignal, welche abzutasten sind, ZF-Signale, welche eine HF-ZF- Umwandlung durchlaufen.
Ferner schafft die Erfindung ein Phasenverschiebungskennlinien-Meßverfahren zum Messen der Phasenverschiebung einer zu prüfenden Vorrichtung auf der Basis von Phasen eines Eingangssignals, welches in die zu prüfende Vorrichtung eingegeben wird, und eines Ausgangssignals, welches aus der zu prüfenden Vorrichtung ausgegeben wird, welches einen Gleichtaktkomponenten-Berechnungsschritt des Ausgebens eines Korrelationswerts zwischen Abtastungs-Eingabedaten des Eingangssignals und des Ausgangssignals und Idealsinuswellenformdaten als I- Komponenten-Signal der Basisfrequenz (Gleichtaktkomponente); einen Blindkomponenten-Berechnungsschritt des Ausgebens eines Korrelationswerts zwischen den Abtastungs-Eingabedaten des Eingangssignals und des Ausgangssignals und Idealcosinuswellenformdaten als Q-Komponenten-Signal der Basisfrequenz (Blindkomponente); einen Phasenwinkel-Berechnungsschritt des Ausgebens von Phasenwinkeln des Eingangssignals und des Ausgangssignals auf der Basis des I-Komponenten-Signals der Basisfrequenz (Gleichtaktkomponente) und des Q-Komponenten- Signals der Basisfrequenz (Blindkomponente); und einen Phasenverschiebungs-Berechnungsschritt des Berechnens der Größe der Phasenverschiebung der zu prüfenden Vorrichtung gegen die Phasenwinkel des Eingangssignals und des Ausgangssignals umfaßt. Daher kann, wenn die Phasenverschiebungskennlinie zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal der zu prüfenden Vorrichtung gemessen wird, ein Meßverfahren, welches die Messung mit hoher Geschwindigkeit mit hoher Genauigkeit zu niedrigen Kosten ohne den Einfluß von Rauschen, Störungen etc. ausführen kann, geschaffen werden.
Ferner wird in dem Gleichtaktkomponenten- Berechnungsschritt und in dem Blindkomponenten- Berechnungsschritt eine Berechnung von
Σa(n).b(n)
wobei a(n): Abtastungs-Eingabedaten und
b(n): Idealsinuswellenformdaten bzw. Idealcosinuswellenformdaten bedeuten,
durch DSV ausgeführt, und Abtastungen des Eingangssignals bzw. des Ausgangssignals werden über m Perioden (m = ganze Zahl) hinweg ausgeführt. Daher kann aufgrund der Tatsache, daß die Berechnung durch Verwenden sämtlicher Abtastdaten erfolgt, nicht nur die gleiche Wirkung wie bei der Entzerrung, sondern auch die Wirkung, daß diese Vorrichtung robust gegen das Zufallsrauschen ist, erreicht werden.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der Phasenverschiebungskennlinien-Meßvorrichtung (dem Verfahren) der vorliegenden Erfindung die Phasenverschiebungskennlinie der zu prüfenden Vorrichtung mit einem einfachen Aufbau ohne die hochgenaue Hochfrequenzsignalquelle gemessen werden.
Ferner kann, selbst wenn eine Hardware, welche ein relativ hohes Phasenrauschen aufweist, als Prüfsignalgenerator verwendet wird, das Rauschen in gewissem Umfang durch den Signalverarbeitungsalgorithmus beseitigt werden. Daher kann die Phasenverschiebungskennlinie mit hoher Genauigkeit durch die kostengünstige Hardware gemessen werden.
Ferner kann, selbst wenn die Verzerrung bzw. die harmonische Störung durch die Zwischenschaltungen überlagert wird, die Phasenverschiebungskennlinie mit hoher Genauigkeit ohne den Einfluß einer Frequenzkomponente, welche orthogonal zu der Frequenz des Prüfsignals ist, gemessen werden.

Claims

1. Phasenverschiebungskennlinien-Meßvorrichtung zum Messen der Phasenverschiebung einer zu prüfenden Vorrichtung auf der Basis von Phasen eines Eingangssignals, welches in die zu prüfende Vorrichtung eingegeben wird, und eines Ausgangssignals, welches aus der zu prüfenden Vorrichtung ausgegeben wird, umfassend:
eine Gleichtaktkomponenten-Berechnungseinrichtung zum Ausgeben eines Korrelationswerts zwischen Abtastungs-Eingabedaten des Eingangssignals und des Ausgangssignals und Idealsinuswellenformdaten als I-Komponentensignal der Basisfrequenz (Gleichtaktkomponente);
eine Blindkomponenten-Berechnungseinrichtung zum Ausgeben eines Korrelationswerts zwischen den Abtastungs-Eingabedaten des Eingangssignals und des Ausgangssignals und Idealcosinuswellenformdaten als Q-Komponentensignal der Basisfrequenz (Blindkomponente);
eine Phasenwinkel-Berechnungseinrichtung zum Ausgeben von Phasenwinkeln des Eingangssignals und des Ausgangssignals auf der Basis des I-Komponentensignals der Basisfrequenz (Gleichtaktkomponente) und des Q-Komponentensignals der Basisfrequenz (Blindkomponente); und
eine Phasenverschiebungs-Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Größe der Phasenverschiebung der zu prüfenden Vorrichtung aus den Phasenwinkeln des Eingangssignals und des Ausgangssignals.

2. Phasenverschiebungskennlinien-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei in der Gleichtaktkomponenten-Berechnungseinrichtung eine Berechnung von
Σa(n).b(n)
wobei a(n): Abtastungs-Eingabedaten und
b(n): Idealsinuswellenformdaten bzw. Idealcosinuswellenformdaten bedeuten,
durch DSV ausgeführt wird.

3. Phasenverschiebungskennlinien-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abtastungen des Eingangssignals bzw. des Ausgangssignals über m Perioden (m = ganze Zahl) hinweg ausgeführt werden.

4. Phasenverschiebungskennlinien-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Vergleichs-Eingangssignal und Wellenformdaten, deren Phase durch DSV um 90° gegen das Vergleichs- Eingangssignal verschoben wird, anstelle der Idealsinuswellenformdaten bzw. der Idealcosinuswellenformdaten verwendet werden.

5. Phasenverschiebungskennlinien-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignal und das Ausgangssignal, welche abgetastet werden sollen, ZF-Signale sind, welche eine HF-ZF- Umwandlung durchlaufen.

6. Phasenverschiebungskennlinien-Meßverfahren zum Messen der Phasenverschiebung einer zu prüfenden Vorrichtung auf der Basis von Phasen eines Eingangssignals, welches in die zu prüfende Vorrichtung eingegeben wird, und eines Ausgangssignals, welches aus der zu prüfenden Vorrichtung ausgegeben wird, wobei das Verfahren umfaßt:
einen Gleichtaktkomponenten-Berechnungsschritt des Ausgebens eines Korrelationswerts zwischen Abtastungs-Eingabedaten des Eingangssignals und des Ausgangssignals und Idealsinuswellenformdaten als I-Komponentensignal der Basisfrequenz (Gleichtaktkomponente);
einen Blindkomponenten-Berechnungsschritt des Ausgebens eines Korrelationswerts zwischen den Abtastungs-Eingabedaten des Eingangssignals und des Ausgangssignals und Idealcosinuswellenformdaten als Q-Komponenten-Signal der Basisfrequenz (Blindkomponente); und
einen Phasenwinkel-Berechnungsschritt des Ausgebens von Phasenwinkeln des Eingangssignals und des Ausgangssignals auf der Basis des I-Komponentensignals der Basisfrequenz (Gleichtaktkomponente) und des Q-Komponentensignals der Basisfrequenz (Blindkomponente); und
einen Phasenverschiebungs-Berechnungsschritt des Berechnens der Größe der Phasenverschiebung der zu prüfenden Vorrichtung aus den Phasenwinkeln des Eingangssignals und des Ausgangssignals.

7. Phasenverschiebungskennlinien-Meßverfahren nach Anspruch 6, wobei in dem Gleichtaktkomponenten-Berechnungsschritt und dem Blindkomponenten-Berechnungsschritt eine Berechnung von
Σa(n).b(n)
wobei a(n): Abtastungs-Eingabedaten und
b(n): Idealsinuswellenformdaten bzw. Idealcosinuswellenformdaten bedeuten,
durch DSV ausgeführt wird.

8. Phasenverschiebungskennlinien-Meßverfahren nach Anspruch 6, wobei Abtastungen des Eingangssignals bzw. des Ausgangssignals über m Perioden (m = ganze Zahl) hinweg ausgeführt werden.