JP2001235489A

JP2001235489A - 時間領域測定機器用周波数領域分析装置

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Publication number: JP2001235489A
Application number: JP2000389494A
Authority: JP
Inventors: John J Pickerd; ジョン・ジェー・ピッカード; Scott A Davidson; スコット・エイ・ディビッドソン
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2001-08-31
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: JP3692029B2; US6681191B1

Abstract

(57)【要約】【課題】タイムベース制御及び周波数領域制御を統合
した時間領域測定機器用周波数領域分析装置を提供す
る。【解決手段】タイムベース70は、取込み装置12に作用
し、波形記録長の時間制御DUR、サンプル・レート制御S
R、記録長制御RL、分解能RESを調整する。ゲート制御器
72は、メモリ36に作用し、ゲート継続時間GD、ゲート位
置GP及びゲート長GLを調整する。除算器75は窓フィルタ
74からの係数とメモリ36の出力を乗算する。スペクトル
分析発生器76は、除算器の出力を受けて、中心周波数制
御、周波数スパン制御及び帯域幅分解能制御を行い、周
波数領域値を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、時間領域
測定機器に関し、特に、周波数領域分析装置を有する時
間領域測定機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル・オシロスコープの如き時間領
域測定機器は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fouri
er Transform）アルゴリズムを用いて、入力信号の時間
的に取り込んだ波形記録（レコード）のデジタル・デー
タ・サンプルから周波数領域測定も行える。サンプル・
レート及び記録長は、正確な周波数領域測定を行うため
に正しく設定する必要のある重要な２つのタイムベース
用パラメータである。オシロスコープのフロント・パネ
ル上の水平スケール摘みを用いてサンプル・レートを設
定する。測定機器（オシロスコープ）の表示器上にオン
・スクリーン水平メニューを呼び出して、記録長を設定
する。所望の周波数スパン及び帯域幅分解能（resoluti
on bandwidth）を得るには、オシロスコープのパラメー
タであるサンプル・レート及び記録長の変化がどのよう
に周波数領域測定の周波数スパン及び帯域幅分解能に影
響を及ぼすかという点と、ＦＦＴとに関してユーザが知
る必要がある。例えば、サンプル・レート及び記録長を
調整することにより、入力信号の１周期を表示できるよ
うに、入力信号の波形記録を取り込む。ＦＦＴによる周
波数領域波形記録では、周波数スパン及び帯域幅分解能
が、時間領域記録により決まる。サンプル・レートを高
くすると、最大周波数領域帯域幅が増加する一方、記録
長の増加が帯域幅分解能を上げる。上述の例において、
記録長を延ばすことなくサンプル・レートを高くする
と、時間領域波形記録が入力信号の完全な周期未満とな
る。記録長を延ばしてサンプル・レートを変化させない
と、時間領域波形記録は、入力信号の１周期よりも長く
なる。高いサンプル・レートで入力信号の１周期を時間
領域で波形記録するには、サンプル・レート及び記録長
の両方を変更する必要がある。これには、ユーザが、水
平スケール摘みと、水平メニューの記録長パラメータと
を用いて、サンプル・レートを個別に変更する必要があ
る。かかる処理は、効率が悪く、時間がかかる。

【０００３】時間領域波形記録のデジタル・データ・サ
ンプルは、ＦＦＴアルゴリズムにより処理されて、測定
機器の表示器上で周波数対大きさ（magnitude）の関係
で表示される。上述の如く、周波数領域表示の周波数ス
パン及び帯域幅分解能を変更するには、時間領域の設定
に戻し、サンプル・レート及び周波数スパンを変更する
ことによってのみできる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のタイムベース・
データの処理による周波数領域を改善するには、ＦＦＴ
処理の一部として、窓関数（windowing function）を追
加する。窓関数には、ガウス（Gausian）、カイザー（K
aiser）、ベッセル（Bessel）、ハニング（Hanning）な
どの既知の多くの関数がある。この窓関数を取り込んだ
波形記録サンプルに適用して、ＦＦＴにより処理する。
周波数スパン及び中心周波数制御を時間領域測定機器に
追加するが、これら制御は、タイムベース制御には組み
込まれない。この技術の欠点は、ＦＦＴによる領域変換
の後の中心周波数を調整することにより、周波数領域デ
ータがスクリーンから外れてしまうことである。ユーザ
は、周波数領域表示をスクリーン上に戻すために、中心
周波数制御をどの方向に調整したかを覚えておかなけれ
ばならない。ユーザが周波数スペクトル・データの軌跡
を失ってしまうと、タイムベース・パラメータを再設定
する必要がある。

【０００５】時間領域測定機器用の周波数領域分析装置
は、統合されたタイムベース制御及び周波数領域制御を
必要としている。タイムベース制御は、サンプル・レー
ト及び記録長の個別の制御を行うが、両方のパラメータ
設定を同時に制御することも可能であるのが望ましい。
この装置は、時間領域で取り込んだ波形記録と、スペク
トル分析装置が発生した周波数領域データとの間を橋渡
しする必要がある。また、この装置は、周波数対大きさ
の表示と、周波数対位相の表示とを行わなければならな
い。

【０００６】したがって、本発明の目的は、タイムベー
ス制御及び周波数領域制御が統合された時間領域測定機
器用周波数領域分析装置の提供にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力信号のデ
ジタル・データ・サンプルにより波形記録を行う取り込
み装置（１２）を有する時間領域測定機器（１０）に組
み込まれた周波数領域分析装置（４６）であって；波形
記録長の時間を制御する時間制御（ＤＵＲ）、取り込み
装置のサンプル・レートを調整するサンプル・レート制
御（ＳＲ）、及び波形記録のサンプル数を調整する記録
長制御（ＲＬ）を行う継続時間制御手段（７０）と；特
定継続時間におけるデジタル・データ・サンプルの数
（ＲＥＳ）を調整する分解能制御手段（７０）と；取り
込んだ上記波形記録に適用され、時間で表すゲート継続
時間（ＧＤ）、並びに波形記録のデジタル・データ・サ
ンプルに対するゲートの位置（ＧＰ）及びサンプルで表
すゲート長（ＧＬ）を調整する制御を行う周波数スペク
トル・ゲート（７２）と；ゲート内の波形記録のデジタ
ル・データ・サンプルに適用する窓フィルタ（７４）
と；ゲート内のろ波された波形記録を受けて、中心周波
数制御、周波数スパン制御及び帯域幅分解能制御を行
い、ゲートされた波形記録における周波数領域値を発生
するスペクトル分析発生手段（７６）とを具え；この周
波数領域値は、周波数スパン制御及び中心周波数制御に
より決まる。

【０００８】本発明は、上述の如く、入力信号のデジタ
ル・データ・サンプルの波形記録を行う取込み装置を有
する時間領域測定機器に組み込まれた周波数領域分析装
置である。周波数領域分析装置は、波形記録の取込み時
間間隔を調整する継続時間制御手段と、特定の継続時間
にわたるデジタル・データ・サンプルの数を調整する分
解能制御手段とを具えている。継続時間制御手段は、波
形記録の時間長を調整する時間制御と、取込み装置のサ
ンプル・レートを調整するサンプル・レート制御と、波
形記録内のサンプル数を調整する記録長制御とを行う。
分解能制御手段は、サンプル・レート及び取込み波形記
録の記録長を同時に変化させると共に、波形記録長を一
定に維持して、波形記録内のデジタル・データ・サンプ
ル間の時間間隔を調整するサンプル間隔制御を行う。

【０００９】取り込んだ波形記録を周波数スペクトル・
ゲートに適用する。このゲートは、ゲート継続時間及び
サンプル内のゲート長を調整する制御を行うと共に、波
形記録のデジタル・データ・サンプルに対するゲートを
位置決めする。ゲート内の波形記録のデジタル・データ
・サンプルを窓フィルタに適用する。中心周波数制御、
周波数スパン制御及び帯域幅分解能制御を行うスペクト
ル分析発生手段は、ゲート内のろ波された波形記録を受
けて、ゲートされた波形記録に対する周波数領域値を発
生する。スペクトル分析発生手段は、周波数スパン制
御、中心周波数制御及び帯域幅分解能制御により決まる
周波数領域値を発生する。座標変換器は、複素数周波数
領域値を受けて、極座標が定義する大きさ値及び位相値
を発生する。

【００１０】時間領域測定機器は、デジタル・データ・
サンプルの波形記録を行うためのトリガ・パルスを発生
するトリガ回路を具えている。周波数スペクトル・ゲー
トの位置制御により、トリガ・パルスに対するゲートの
中心位置を調整する。周波数スペクトル・ゲートのゲー
ト継続時間制御により、スペクトル分析発生器の帯域幅
分解能を調整し、また、スペクトル分析発生器の帯域幅
分解能制御により周波数スペクトル・ゲートのゲート継
続時間を調整する。好適実施例において、スペクトル分
析発生器は、ゼロで埋める高速フーリエ変換を実施す
る。

【００１１】本発明の目的、利点及び新規な特徴は、添
付図を参照した以下の詳細説明から明らかになろう。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下の詳細説明において、多くの
特定の細部は、本発明を充分に理解するためのものであ
る。しかし、これら特定の細部によらなくても本発明を
実施できることが、当業者には理解できよう。本発明の
説明を明瞭にするために、他の場合については、周知の
方法、手順、部品及び回路に関して詳細な記述を省略す
る。

【００１３】データ、値、信号サンプル、フラグ、番号
などの用語を用いて、測定機器の動作を説明するが、こ
れらは、当業者が一般的に用いるものであり、他の分野
にても適用できるものである。当業者に理解できるよう
に、測定機器の機械的及び電気的構成要素により、これ
らの値は、電気、磁気、又は光学信号の形式であり、蓄
積、移動、組み合わせや、他の処理が可能である。な
お、用語「測定機器」は、汎用及び専用のデータ処理装
置、システムなどを含み、これらは、独立型でも、付属
型でも、埋め込み型でもよい。

【００１４】さらに、本発明の理解を容易にするため
に、種々の動作を多数の個別ステップとして説明する。
しかし、この説明の順序は、以下の説明の動作の必然的
な順序を意味するものではない。

【００１５】図１は、周波数スペクトル分析機能を有す
るオシロスコープ、デジタイザ（デジタル化装置）など
の時間領域測定機器１０のブロック図である。この測定
機器１０は、参照符号１２で示し、入力信号１４を受け
る取込み装置を含んでいる。この入力信号１４は、可変
減衰器１６及び前置増幅器１８を通過する。本願出願人
であるアメリカ合衆国オレゴン州ビーバートンのテクト
ロニクス・インコーポレイテッド製ＴＤＳ７１０４型デ
ジタル・オシロスコープの如く、デジタル化レートが高
いサンプリング・オシロスコープにおいては、パイプ２
０及び２２で示す如きデジタル化パイプを各入力チャネ
ルが具えている。各オシロスコープ入力チャネルに、任
意の数のパイプを設けてもよい。各パイプは、トラック
・ホールド（Ｔ／Ｈ）回路（入力信号に追従し、サンプ
リング時点でサンプルを保持する回路）２４と、アナロ
グ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２６と、メモリ２８とを
具えている。タイムベース回路３０は、タイミング信号
を取込み装置１２に供給して（信号線は図示せず）、入
力信号のアナログ値をＴ／Ｈ回路２４にラッチし、Ａ／
Ｄ変換器２６をクロックしてＴ／Ｈ回路２４のアナログ
値をデジタル化し、このデジタル値をメモリ２８に蓄積
する。パイプ２０、２２に対するタイムベース信号をオ
フセット又は遅延する付加的な回路（図示せず）をこれ
らパイプ２０、２２に追加して、タイミング信号レート
を「Ｘ」倍にした取込みレートにすることができる。な
お、「Ｘ」は、取込み装置１２における各チャネルのパ
イプの数である。

【００１６】入力信号を表すデジタル・データ・サンプ
ルは、取込み装置１２からシステム・バス３４を介して
システム・メモリ３６に供給される。システム・メモリ
３６は、ＲＡＭ、ＲＯＭの両方と、キャッシュ・メモリ
とを含んでおり、ＲＡＭは、入力信号を表すデータ値の
如く揮発性データを蓄積する。システム・バス３４は、
メモリ３６を制御器３８に結合する。この制御器３８
は、例えば、アメリカ合衆国カリフォルニア州サンタク
ララのインテル・コーポレーション製ＰＥＮＴＩＵＭ
（商標）マイクロプロセッサである。また、このシステ
ム・バス３４は、液晶表示器や陰極線管などの表示器４
０と、ボタン、回転摘みなどや、キーボード及び／又は
マウスの如き制御入力装置（図示せず）にも結合されて
いる。周波数領域分析装置（スペクトラム・アナライ
ザ）４６は、バス３４に接続されており、メモリ３６と
も結合している。周波数領域分析装置４６は、メモリ３
６に蓄積された処理ルーチンを用いて種々の処理を実行
する。これら処理ルーチンは、スペクトル・タイムベー
ス及びスペクトラム・アナライザの制御、並びにデータ
の発生を行うプログラム命令を含む。データの流れを示
す線４８がメモリ３６及び分析装置４６の間に接続さ
れ、メモリ３６から分析装置４６へのデータ移動及びそ
の逆のデータ移動を示す。プログラム命令をメモリ３６
のＲＯＭに蓄積してこのＲＯＭにアクセスしてもよい
し、マス・ストレージ・ユニット４４にアクセスしても
よい。システム・バス３４に結合されたＩ／Ｏ（入出
力）装置５０を用いて、分析装置４６の出力信号を外に
出してもよい。タイムベース回路３０は、システム・バ
ス３４にも結合されて、制御器３８からのタイムベース
信号を受ける。本発明の好適実施例における時間領域測
定機器１０は、アメリカ合衆国ワシントン州レッドモン
ドのマイクロソフト・コーポレーション製ＷＩＮＤＯＷ
Ｓ（商標）９８オペレーティング・システムで制御され
るＰＣ（パーソナル・コンピュータ）ベースのシステム
でもよい。

【００１７】取り込んだ時間領域信号のスペクトル分析
測定を行う装置は、ソフトウェアで実現できるし、ソフ
トウェアで実現するのと同じ機能をハードウェア回路に
より実現することもできる。また、直列バス５４を介し
て制御器３８に制御器５２を結合するように、多数の制
御器を用いるハイブリッド・システムを用いて、本発明
による周波数領域分析装置及び時間領域測定機器１０を
実現してもよい。制御器５２は、別のシステム・バス５
６に結合される。制御器５２は、別の表示器４０及び取
込み装置１２を制御してもよいし、周波数領域分析装置
（スペクトラム・アナライザ）４６の機能の一部（単一
又は複数の機能）を実行してもよい。Ｉ／Ｏ装置５８を
システム・バス５６に結合して、スペクトラム・アナラ
イザ機能の結果を外部に出力してもよい。また、ＡＳＩ
Ｃ６０の如きハードウェア回路と、制御器３８により単
独実行するソフトウェア・ルーチン、又は制御器３８及
び５２の両方により実行するソフトウェア・ルーチンと
を用いて、周波数領域分析機能を実現してもよい。

【００１８】図２は、周波数領域分析装置４６の機能ブ
ロック図である。図１と同様な素子は、同じ参照符号で
示す。取込み装置１２は、以下、スペクトル・タイムベ
ース（継続時間制御手段及び分解能制御手段）７０と呼
ぶタイムベースからの命令を受ける。このスペクトル・
タイムベース７０は、詳細に後述する記録長命令ＲＬ、
サンプル・レート命令ＳＲ、継続時間命令ＤＵＲ及び分
解能命令ＲＥＳを調整して発生する。取込み装置１２
は、スペクトル・タイムベース７０からのトリガ・パル
スＴＲＩＧＧＥＲに応答して、デジタル・データ値の波
形記録を取り込む（即ち、波形のデジタル・データ値を
取り込む）。取込み装置１２からのデジタル・データ・
サンプルの波形記録は、メモリ３６に蓄積される。周波
数スペクトル・ゲート制御器７２は、詳細に後述するゲ
ート位置命令ＧＰ、ゲート継続時間命令ＧＤ、ゲート長
命令ＧＬをメモリ３６に供給して、ゲート幅がカバーす
る波形記録の部分が出力されるようにする。乗算器７５
により、周波数スペクトル・ゲートによりカバーされる
デジタル・データ・サンプルを窓（ウィンドウ）フィル
タ７４の係数と乗算して、スペクトル分析発生器（発生
手段）７６に供給する。スペクトラム・アナライザ制御
器７８は、帯域幅分解能命令ＲＢＷ、中心周波数命令Ｃ
Ｆ、周波数スパン命令ＦＳをスペクトル分析発生器７６
に供給する。スペクトル分析発生器７６からの周波数ス
ペクトル・データは、直交座標系で定義される複素数値
であり、座標変換器８０に供給される。座標変換器８０
は、大きさ及び位相制御器８２からの大きさ命令ＭＡＧ
及び位相命令ＰＨＡＳＥを受けて、直交座標複素数値を
極座標値に変換する。これら極座標値は、システム・バ
ス３４を介して、測定機器１０の表示器４０に供給され
て、表示される。

【００１９】図３は、周波数領域分析装置（スペクトラ
ム・アナライザ）４６を有する時間領域測定機器１０に
おける制御機能及び周波数領域波形の表示器４０による
代表的なスクリーン表示８４を示す。スクリーンの表示
８４は、波形表示部分８５及び制御部分８６に分割され
ている。一連の表示ボタン８７をスクリーン表示の上部
に設ける。これら表示ボタン８７は、機器の設定、測定
の設定、トリガの設定、ヘルプなどの種々の機能を活性
化する。本発明の好適実施例において、表示器４０は、
タッチ・スクリーン表示器であり、スクリーン表示上で
中心部がふくらんだ形の機能ボックス（スピン・ボック
ス）表示に接触することにより、種々の制御機能を活性
化する。制御機能を活性化することにより、フロント・
パネル４２の複数の回転摘み８８の１個を特定機能に連
結する。この回転摘みは、制御機能のパラメータを調整
する。代わりに、マウス又はジョイステックなどのポイ
ンティング装置により制御機能を活性化してもよい。こ
の場合、機能スピン・ボックスの部分であって、上昇矢
印及び下降矢印をポインティング装置でクリックして活
性化する。適切な上昇又は下降矢印ボックスをクリック
することにより、制御機能を調整する。これら制御機能
は、タイムベース機能９０、ゲート機能９２、周波数領
域機能９４、大きさ及び位相制御機能９８に分割され
る。

【００２０】時間領域機能には、記録長ＲＬ（Rec Leng
th）制御１００、サンプル・レートＳＲ（Sample Rat
e）機能１０２、継続時間ＤＵＲ（Duration）制御１０
４、及び分解能ＲＥＳ（Resolution）制御１０６があ
る。記録長ＲＬ制御１００は、取り込む波形記録のサン
プル数を表示し、調整する。サンプル・レートＳＲ制御
１０２は、１秒間当たりのサンプルであるサンプル・レ
ートを表示し、調整する。継続時間ＤＵＲ制御１０４
は、波形記録長を秒で表示し、調整する。分解能ＲＥＳ
制御１０６は、波形記録におけるサンプル間の時間を表
示し、これらサンプルの間隔を調整する。

【００２１】継続時間は、サンプル・レートで記録長を
除算して定義する。継続時間１０４を調整するには３つ
の方法がある。第１の方法では、継続時間制御１０４を
活性化し、フロント・パネルの摘みを用いて関連したス
ピン・ボックスの時間値を調整する。継続時間１０４を
調整するには、同時に記録長１００を更新する。継続時
間１０４を調整する第２の方法は、記録長制御１００を
活性化し、フロント・パネル摘みを用いて関連したスピ
ン・ボックス内のサンプル数を調整する。記録長１００
を調整すると、同時に継続時間１０４を更新する。継続
時間１０４を調整する第３の方法は、サンプル・レート
制御１０２を活性化し、フロント・パネルの摘みを用い
て、関連したスピン・ボックス内のサンプル・レートを
調整する。サンプル・レートは、継続時間に逆比例する
ので、サンプル・レートが高くなると、継続時間が短く
なる。分解能制御１０６は、サンプル・レートに逆比例
する。また、この制御を活性化し、フロント・パネル摘
みを用いて関連したスピン・ボックス内のサンプル間隔
値を調整することにより、分解能制御１０６を調整す
る。分解能を同時に調整することにより、継続時間を一
定に維持して、サンプル間隔及び記録長の両方を調整す
る。

【００２２】周波数スペクトル・ゲート用のゲート機能
９２には、窓形式（Window Type）制御１０８、ゲート
位置ＧＰ（Gate Pos）制御１１０、ゲート継続時間ＧＤ
（Gate Dur）制御１１２、ゲート長ＧＬ（Gate Lengt
h）制御１１４がある。窓形式制御１０８は、ゲート内
のデジタル・データ・サンプルに適用する窓関数の形式
を表示し、選択する。ゲート位置ＧＰ制御１１０は、取
込み装置のトリガ・パルスに関連したゲートの中央位置
を秒（時間）で表示し、調整する。ゲート継続時間ＧＤ
制御１１２は、ゲートの長さを秒で表示し、調整する。
ゲート長ＧＬ制御１１４は、ゲート（特定継続時間）内
のサンプル数を表示し、調整する。

【００２３】時間領域機能として、スピン・ボックスに
接触するか、又は、選択した機能をクリックして、ゲー
ト制御１０８、１１０、１１２、１１４を活性化する。
窓形式制御を活性化すると、ポップ・アップ表示ウィン
ドウによりゲート内のデジタル・データ・サンプルに適
用する窓関数の形式のリストを示す。フロント・パネル
摘みを用いて、表示スクリーンをスクロールし、窓関数
を選択する。代表的な窓形式を表す次の表をゲート・サ
ンプルに適用できる。これら窓形式は、現存する一般的
なものであるが、本発明の要旨を逸脱することなく他の
窓形式を定義してもよい。

【００２４】［窓の特性］（１）窓が矩形（Rectangular）の場合ビンにおける３ｄＢ帯域幅：０．８９最も近いサイド・ローブ：−１３ｄＢ係数：１．０（２）窓がハミング（Hamming）の場合ビンにおける３ｄＢ帯域幅：１．３最も近いサイド・ローブ：−４３ｄＢ係数：０，５４３４７８；０．４５６５２２（３）窓がハニング（Hanning）の場合ビンにおける３ｄＢ帯域幅：１．４４最も近いサイド・ローブ：−３２ｄＢ係数：０，５；０．５（４）窓がカイザー・ベッセル（Kaiser Bessel）の場
合ビンにおける３ｄＢ帯域幅：１．７２最も近いサイド・ローブ：−６９ｄＢ係数：０，４０２４３；０．４９８２９；０．０９８３
１；０．００１２２２（５）窓がブラックマン・ハリス（Blackman-Harris）
の場合ビンにおける３ｄＢ帯域幅：１．９２最も近いサイド・ローブ：−９２ｄＢ係数：０．３４８７５；０．４８８２９；０．１４１２
９；０．０１１６８（６）窓がフラットトップ２（Flattop2）の場合ビンにおける３ｄＢ帯域幅：３．８最も近いサイド・ローブ：−９０ｄＢ係数：０．２１３３４８；−０．２０６９８５；０．１
３９５１２；−０．０４３０８４；０．００３７４５（７）窓がガウス（Gausian）の場合ビンにおける３ｄＢ帯域幅：２．０最も近いサイド・ローブ：−７９ｄＢ係数：ａ＝３．７５

【００２５】ゲート位置機能を活性化し、フロント・パ
ネル摘みを用いて関連したスピン・ボックス内のゲート
位置時間値を調整してゲート位置ＧＰ制御１１０を調整
する。ゲート位置制御は、波形表示部分８５上のポイン
タ１１６を調整して、ゲートの中心位置を示す。ゲート
継続時間機能を活性化し、フロント摘みを用いてゲート
時間値を調整してゲート継続時間制御１１２を調整す
る。このゲートの中心をゲート位置で定義し、この中心
位置からゲート継続時間を延長したり、短縮する。ゲー
ト継続時間制御１１２は、ゲート長スピン・ボックス内
のサンプル数と、波形表示部分８５上のカーソル１１８
を更新して、ゲート・サイズを示す。ゲート長機能を活
性化し、フロント・パネル摘みを用いて、関連したスピ
ン・ボックス内のサンプル数を調整し、ゲート長ＧＬ制
御１１４を調整する。ゲート長ＧＬ制御１１４は、ゲー
ト継続時間も更新する。

【００２６】周波数領域機能９４には、中心周波数ＣＦ
（Center Freq）制御１２０、周波数スパンＦＳ（Freq
Span）制御１２２、帯域幅分解能ＲＢＷ（Res BW）制御
１２４がある。中心周波数機能を活性化し、フロント・
パネル摘みを用いて関連したスピン・ボックス内の中心
周波数値を調整して中心周波数ＣＦを調整する。周波数
スパン機能を活性化し、フロント・パネル摘みを用いて
関連したスピン・ボックス内の周波数スピン値を調整し
て周波数スパンＦＳを調整する。帯域幅分解能機能を活
性化し、フロント・パネル摘みを用いて関連したスピン
・ボックス内の帯域幅分解能値を調整して帯域幅分解能
ＲＢＷを調整する。帯域幅分解能は、同時に、ゲート継
続時間スピン・ボックス内のゲート継続時間値も調整す
る。逆に、ゲート継続時間制御は、同時に、帯域幅分解
能スピン・ボックス内の帯域幅分解能値を更新する。フ
ル（Full）ボタンを周波数領域機能９４内（周波数スパ
ン制御１２２及び帯域幅分解能制御１２４の間）に設け
て、最大周波数スパンでの周波数領域表示を設定しても
よい。これは、スペクトル・タイムベース７０のサンプ
ル・レートの機能である。

【００２７】図４は、周波数領域分析装置で処理した信
号を示す図であり、図３と共に周波数領域分析装置４６
の動作を説明するためのものである。測定設定ボタン８
７を活性化し、スペクトラム・アナライザ機能を選択し
て、図３のスクリーン表示８４を得る。ユーザは、種々
のタイムベース機能９０を活性化して、スペクトル・タ
イムベース７０の分解能、継続時間、サンプル・レー
ト、記録長を設定する。上述の如く、タイムベース機能
９０の種々の制御１００、１０２、１０４、１０６は、
図２にて実線ＲＬ、ＳＲ、ＤＵＲ及びＲＥＳの間の点線
で示すように、互いに相互作用をする。取込み装置１２
は、時間領域ボックス１３０のように図４に示すスクリ
ーン表示８４の波形表示部分８５に、波形記録としての
入力信号のデジタル・データ・サンプルの取込みを開始
する。次に、ユーザは、種々の周波数領域ゲート機能９
２を活性化して、図４に示すように、窓フィルタの形式
を選択し、周波数領域ゲート１３２を調整する。窓関数
は、標準スペクトラム・アナライザにおけるアナログ帯
域幅フィルタと同様な方法で、帯域幅分解能ＲＢＷに影
響する。これは、図２において、窓フィルタ７４の出力
線と、帯域幅分解能制御線ＲＢＷとの間の点線として示
す。

【００２８】周波数領域ゲート１３２は、時間領域及び
周波数領域の間を橋渡しし、従来の時間領域測定機器に
存在しない周波数領域分析装置の独特な性能を実現す
る。既存の測定機器においては、ユーザは、タイムベー
ス設定の各々において、サンプル・レート及び記録長を
調整して、帯域幅分解能を変更する必要がある。周波数
領域ゲート１３２により、ユーザがゲート幅を調整し
て、タイムベースの設定に戻ることなく、帯域幅分解能
を増加又は減少できる。大きさ及び位相の測定を正確に
するために、ゲート位置をゼロ位相基準位置に設定する
必要がある。好ましくは、入力信号のゼロ位相での交差
点でトリガするように時間領域測定機器を設定する。次
に、トリガ位置がゼロ基準位相位置となる。ゲート位置
制御１１０を調整して、ゲート位置スピン・ボックス内
にゼロ秒を表示させる。ゲート継続時間製１１２を調整
して、スペクトル分析発生器７６に供給すべきデジタル
・データ・サンプルの取込み波形記録内でゲート継続時
間を定義する。周波数領域内の帯域幅分解能は、ゲート
幅又は継続時間に逆比例する。したがって、ゲート幅を
狭くすれば、帯域幅分解能が逆に長くなる。また、ゲー
ト幅、又は継続時間を長くすれば、帯域幅分解能が狭く
なる。最大ゲート継続時間は、取り込んだ波形記録の継
続時間に等しい。この関係を図２にて、ゲート継続時間
制御線ＧＤ及び帯域幅分解能制御線ＲＢＷ間の点線にて
示す。

【００２９】ゲートしたデジタル・データ・サンプルを
乗算器７５に供給する。この乗算器７５は、窓フィルタ
７４から窓フィルタ係数も受ける。ゲートされたデジタ
ル・データ・サンプルは、図４におけるボックス１３４
で示す如く、窓関数係数により乗算されて、スペクトル
分析発生器７６に供給される。スペクトル分析発生器７
６は、入力するサンプルに対して、ゼロで埋めた（zero
-filled）高速フーリエ変換ＦＦＴを実施する。ＦＦＴ
の出力信号は、波形表示部分８５の倍数を必要とし、好
適実施例においては、５００ピクセル幅である。ＦＦＴ
出力信号は、波形表示スクリーン幅の倍数ではない長さ
に分離する。ゼロで埋めたＦＦＴを用いて、図４におい
てボックス１３６で示すように、周波数領域における余
分のスペクトル・データ点を提供し、必要なスパンを波
形表示部分幅の倍数に補間する。ＦＦＴは、ボックス１
３８が示すように、サンプル周波数の２分の１のスパン
で、周波数領域値を発生する。ＦＦＴからの出力には、
関心のあるスペクトル・データ１４０とその複素数共役
１４２とがある。この複素数共役１４２は、無視され、
ボックス１４４で示すように、周波数領域機能９４にお
ける周波数スパン制御１２２で設定され、要求スパンで
のスペクトル・データは、座標変換器８０に供給され
る。

【００３０】座標変換器８０は、要求したスパンでのス
ペクトル・データと、大きさ及び位相制御器８２からの
大きさ制御ＭＡＧ及び位相制御ＰＨＡＳＥとを受ける。
ユーザは、ブロック１４６及び１４８で示すように、大
きさ機能及び位相機能を選択して、表示出力の形式を選
択すると共に、対応する表示用のパラメータを調整す
る。図３に示すように、大きさの機能は、表示スクリー
ンのＭＡＧタブ１４９に接触して選択する。大きさ機能
には、スケール（Scale）制御１５０、基準レベル（Ref
erence Level）制御１５２及びレベル・オフセット（Le
vel Offset）制御１５４を含む。スケール制御１５０
は、１組のタッチ・スクリーン・ボタン１５６、１５８
及び１６０であり、スペクトル・データ用のスケーリン
グ要素を設定する。選択したスケーリング要素によりス
ペクトル・データを乗算して、線形又は対数出力ｄＢ又
はｄＢｍを発生する。他の制御機能について上述した方
法で基準レベル制御を活性化すると共に、フロント・パ
ネル摘みを用いて関連したスピン・ボックス内のレベル
値を調整して、基準レベル１５２を調整する。基準レベ
ルは、波形表示部分８５の上部目盛りにおける大きさの
値である。この制御を調整することにより、表示部分８
５の上部に対して、スペクトル及びその基準マーカを一
緒に移動させる。基準レベルは、表示パラメータのみで
あり、スペクトルにおけるデータの値を変化させない。

【００３１】基準レベル・オフセット制御１５４を活性
化し、フロント・パネル摘みを用いて関連したスピン・
ボックス内のレベル・オフセット値を調整して、基準レ
ベル・オフセットを調整する。基準レベル・オフセット
は、波形に対してスペクトル基準マーカを移動させる。
このマーカは、８ｄＢである。この制御を調整すること
により、表示部分８５にてゼロｄＢを垂直的に位置決め
する。これは、スペクトルにおけるデータの値に影響す
る。ｄＢｍボタン１５８を押すことにより、１ｍＶのパ
ワーに等価な基準レベル・オフセットを５０オームの抵
抗値にプリセットする。基準を１ボルトで０ｄＢに設定
するために、基準レベル・オフセット値を１ボルトに設
定する。

【００３２】図５は、位相制御機能の表示器４０での代
表的なスクリーン表示８４と、時間及び周波数領域にお
ける大きさ及び位相の波形とを示す。他の図と同様な図
５の構成要素は、同じ参照符号で示す。波形表示部分８
５は、時間及び周波数領域における多数の波形記録を示
す。トレース１７０は、被測定装置（ＤＵＴ）へのイン
パルス入力信号の波形トレースである。トレース１７２
は、ＤＵＴからのインパルス応答信号の波形トレースで
ある。トレース１７４は、周波数スペクトル・ゲートの
要求されたスパンにわたる周波数スペクトルの大きさの
波形トレースである。トレース１７６は、周波数スペク
トル・ゲートの要求されたスパンにわたり、巻かれてい
ない（unwrapped）位相周波数スペクトルの波形トレー
スである。同時に２個のスペクトラム・アナライザを用
い、一方のスペクトラム・アナライザが大きさのスペク
トルを発生し、他方のスペクトラム・アナライザが位相
スペクトルを発生するようにして、大きさ及び位相のス
ペクトルの両方を表示するように、時間領域測定機器１
０を構成してもよい。ロック機能を呼び出して、２個の
スペクトラム・アナライザを一緒に制御するようにロッ
クしてもよい。

【００３３】表示スクリーンＰｈａｓｅタブ１８０に接
触して、位相機能を選択する。この位相機能は、スケー
リング（Scale）制御１８２、非回転（Unwrap）制御１
８４、しきい値抑圧制御（Suppression/Threshold）機
能１８６を含んでいる。スケーリング制御１８４は、ス
ペクトル・データ用のスケーリング要素を設定するため
の１組の接触ボタン１８８、１９０及び１９２を有す
る。選択したスケーリング要素をスペクトル・データに
適用して、度、ラジアン、又はグループ遅延にて位相ス
ペクトル表示を行う。種々のスクリーン・タッチ・ボタ
ン１８８、１９０及び１９２に接触して、選択したスケ
ール要素を活性化する。グループ遅延は、周波数に対す
る位相の負の導関数であり、インパルス応答試験に有用
である。なお、連続的な位相関数を次式で示す。 groupDelay[n]={-θ(n+1)-θ(n)}/Δf ここで、ｎは、各周波数位置でのインデックスであり、
θは、位相であり、Δｆは、ｎの増分における周波数の
差である。

【００３４】ＤＵＴのインパルス応答から得た位相スペ
クトルは、一般的に、周波数の連続関数である。しか
し、スペクトル変換の出力は円であるので、位相値は、
−１８０度から＋１８０度までの範囲であって、実際に
大きければ回転する。したがって、位相が回転しない機
能は、連続位相関数を回さないことが可能である。スク
リーン上の接触ボタンに接触することにより、位相の回
転しない機能制御１８４を活性化する。インパルス応答
を試験するには、位相非回転機能制御１８４を「オン」
に設定すべきである。

【００３５】抑圧しきい値制御１８６を活性化し、フロ
ント・パネル摘みを用いて関連したスピン・ボックス内
のしきい値を調整することにより、しきい値抑圧を調整
する。抑圧しきい値制御１８４が存在するので、非連続
位相が存在する状態では、ノイズ位相をゼロにできる。
これがない場合、ノイズの位相がランダムであり、関心
のある信号が不明瞭であるため、位相スペクトルは有用
ではない。図６のＡ及びＢは、位相しきい値抑圧を−３
５ｄＢに設定した周波数対大きさの表示と、周波数に対
するその結果の位相の表示を夫々示す。位相抑圧しきい
値の下での総ての大きさ値は、表示されたそれらの位相
がゼロである。

【００３６】上述した時間領域測定機器用の周波数領域
分析装置は、デジタル・データ・サンプルの波形記録を
取り込むために、記録長及びサンプル・レート・パラメ
ータを設定する継続時間制御及び分解能制御を有する。
継続時間制御は、波形記録の取込み時間間隔を秒で調整
し、分解能制御は、特定の継続時間にわたるデジタル・
データ・サンプルの数を調整する。周波数スペクトル・
ゲートは、ゲート継続時間を秒で、ゲート長をサンプル
で調整する制御を有し、波形記録のデジタル・データ・
サンプルにわたってゲートを位置決めする。周波数スペ
クトル・ゲートは、時間領域及び周波数領域の間を橋渡
しする。また、周波数スペクトル・ゲートは、帯域幅分
解能における各変化に対するタイムベース・パラメータ
を戻したり調整することなく、帯域幅分解能制御を提供
する。ゲート内の波形記録のデジタル・データ・サンプ
ルを窓フィルタに適用する。中心周波数制御、周波数ス
パン制御、及び帯域幅分解能制御を有するスペクトル分
析発生器は、ゲート内のろ波された波形記録を受け、ゲ
ートした波形記録にわたる周波数領域値を発生する。ス
ペクトル分析発生器は、周波数スパン制御、中心周波数
制御及び帯域幅分解能制御で定義された周波数領域値を
出力する。座標変換器は、複素数周波数領域値を受け
て、極座標で定義される大きさ及び位相の値を発生す
る。

【００３７】本発明の要旨を逸脱することなく、上述の
実施例の細部を変更できることが当業者には明らかであ
ろう。よって、本発明の要旨は、特許請求の範囲により
決まる。

【００３８】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、タイムベー
ス制御及び周波数領域制御を統合した時間領域測定機器
用周波数領域分析装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による周波数領域分析装置を有する時間
領域測定機器のブロック図である。

【図２】本発明による周波数領域分析装置の機能ブロッ
ク図である。

【図３】本発明による周波数領域分析装置を有する時間
領域測定機器における時間、周波数、ゲート及び大きさ
の制御機能と、時間及び周波数領域の波形とのスクリー
ン上の表示を示す図である。

【図４】本発明による周波数領域分析システムが処理し
た信号を示す図である。

【図５】本発明による周波数領域分析装置を有する時間
領域測定機器における時間、周波数、ゲート及び位相の
制御機能と、時間及び周波数領域の波形とのスクリーン
上の表示を示す図である。

【図６】本発明による周波数領域分析装置を有する時間
領域測定機器にて位相抑圧しきい値を用いて、大きさ対
周波数の表示と、その結果の位相対周波数の表示とを示
す図である。

【符号の説明】

１０時間領域測定機器１２取込み装置１４入力信号１６可変減衰器１８前置増幅器２０、２２パイプ２４サンプル・ホールド回路２６Ａ／Ｄ変換器２８メモリ３０タイムベース回路３４システム・バス３６メモリ３８制御器４０表示器４２フロント・パネル４６周波数領域分析装置５０入出力装置５２制御器５４直列バス５６システム・バス７０スペクトル・タイムベース（継続時間制御手段及
び分解能制御手段）７２周波数スペクトル・ゲート制御器７４窓フィルタ７６スペクトル分析発生器（手段）７８スペクトラム・アナライザ制御器８０座標変換器８２大きさ及び位相制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者スコット・エイ・ディビッドソンアメリカ合衆国オレゴン州 97123 ヒルズボロサウス・イーストレキシントン・ドライブ 5725

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号のデジタル・データ・サンプル
により波形記録を行う取り込み装置を有する時間領域測
定機器に組み込まれた周波数領域分析装置であって、波形記録長の時間を制御する時間制御、上記取り込み装
置のサンプル・レートを調整するサンプル・レート制
御、及び上記波形記録のサンプル数を調整する記録長制
御を行う継続時間制御手段と、特定継続時間におけるデジタル・データ・サンプルの数
を調整する分解能制御手段と、取り込んだ上記波形記録に適用され、時間で表すゲート
継続時間、並びに上記波形記録のデジタル・データ・サ
ンプルに対する上記ゲートの位置及びサンプルで表すゲ
ート長を調整する制御を行う周波数スペクトル・ゲート
と、上記ゲート内の上記波形記録のデジタル・データ・サン
プルに適用する窓フィルタと、上記ゲート内のろ波された波形記録を受けて、中心周波
数制御、周波数スパン制御及び帯域幅分解能制御を行
い、ゲートされた波形記録における周波数領域値を発生
するスペクトル分析発生手段とを具え、上記周波数領域値が上記周波数スパン制御及び上記中心
周波数制御により決まることを特徴とする時間領域測定
機器用周波数領域分析装置。
【請求項２】上記周波数領域値は、直角座標により定
義された複素数値であり、上記複素数の周波数領域値を受けて極座標により定義す
る大きさ及び位相値を発生する座標変換器を更に具えた
ことを特徴とする請求項１の時間領域測定機器用周波数
領域分析装置。
【請求項３】上記分解能制御手段は、上記サンプル・
レートを変化させて上記波形記録内のデジタル・データ
・サンプル間の時間間隔を調整すると共に、上記波形記
録の時間的長さを一定に維持しながら上記取り込む波形
記録の記録長を調整するサンプル間隔制御を行うことを
特徴とする請求項１の時間領域測定機器用周波数領域分
析装置。
【請求項４】上記スペクトル分析発生手段は、ゼロで
埋める高速フーリエ変換を行うことを特徴とする請求項
１の時間領域測定機器用周波数領域分析装置。
【請求項５】上記周波数スペクトル・ゲート用の上記
ゲート継続時間の制御は、上記スペクトル分析発生手段
の帯域幅分解能を調整し、上記スペクトル分析発生手段
用の上記帯域幅分解能制御は、上記周波数スペクトル・
ゲートのゲート継続時間を調整することを特徴とする請
求項１の時間領域測定機器用周波数領域分析装置。
【請求項６】上記時間領域測定試験機器は、上記デジ
タル・データ・サンプルの波形記録を行うためのトリガ
・パルスを発生するトリガ回路を有し、上記トリガ・パ
ルスに対する上記ゲートの中心位置を調整する周波数ス
ペクトル・ゲートの位置制御を行うことを特徴とする請
求項１の時間領域測定機器用周波数領域分析装置。