JP2004320613A

JP2004320613A - Performance measurement system and method of analog/digital converter and performance measurement system and method of digital analog/converter

Info

Publication number: JP2004320613A
Application number: JP2003114235A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nakajima; 潤一中島; Moritaka Kimura; 守孝木村
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: JP3692405B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a performance measurement system and method capable of measuring the time axis fluctuation in a converter between an analog signal and a digital signal, etc. <P>SOLUTION: Conversion between the analog signal and the digital signal is executed by inputting the same white noise having flat frequency characteristics to the Nyquist frequency to a converter to be tested and a reference converter. Then, information about a sample phase error of the converter is obtained by calculating the cross-correlation of both signals after conversion and performing frequency analysis such as FFT to time series of the cross-correlation. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアナログ／デジタル変換器の性能測定システム及び性能測定方法、並びに、デジタル／アナログ変換器の性能測定システム及び性能測定方法に関し、例えば、アナログ／デジタル変換器（以下、ＡＤコンバータと呼ぶ）やデジタル／アナログ変換器（以下、ＤＡコンバータと呼ぶ）のサンプル位相誤差（アパーチャジッタ）の測定に適用し得るものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＤコンバータは、図１に示すように、入力アナログ信号ＡＩＮをサンプリングクロックに従って、サンプリングクロックの周期Ｔ毎に、デジタル信号に変換する。
【０００３】
しかしながら、ＡＤコンバータによる入力アナログ信号ＡＩＮに対するサンプリング点間の間隔は、必ずしも意図した周期Ｔに安定しておらず、厳密に見れば、時間と共に変動している。すなわち、サンプル位相誤差（アパーチャジッタ）が生じている。このようなサンプル位相誤差は、サンプリングクロック自体の揺れにも起因するが、また、ＡＤコンバータの回路素子の温度特性などの影響を受けても生じている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、今日では、ＡＤコンバータが取り扱うアナログ信号の周波数はより高くなる傾向にある。例えば、通信系では、ＧＨｚ帯での通信なども検討、開発されている。
【０００５】
このような状況下では、サンプリング周期Ｔはより短くなる一方、高周波数を処理する回路素子を高精度に作成し難い。そのため、ＡＤコンバータのサンプル位相誤差を評価しておく必要性が高まっている。例えば、２個のＡＤコンバータからのデジタル信号のサンプル単位の積和演算の場合、両者の位相誤差が異なっていると、１回の積でも同期していない誤差成分が生じ、その誤差成分が積和のために積算され、得られた積和値は大きな誤差を持ったものとなる。
【０００６】
ＡＤコンバータの提供メーカーでは、恐らく、サンプル位相誤差の測定を行って、個々のＡＤコンバータの評価に用いていると推測されるが、その方法は外部に公表されていない。
【０００７】
そのため、従来においては、ＡＤコンバータのサンプル位相誤差を測定する方法はないということができる。
【０００８】
ＤＡコンバータにおいても、サンプリングクロックに従って、その内部にデジタル信号を取り込んでアナログ信号に変換することが行われるが、その取り込みタイミングにも時間軸上での変動（この明細書ではサンプル位相誤差と読んでいる）は生じ、上記と同様な課題がある。
【０００９】
そのため、アナログ信号をデジタル信号に変換する場合や、デジタル信号をアナログ信号に変換する場合において、その変換器の時間軸変動性能などを測定し得る性能測定システムや性能測定方法が望まれている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器のサンプル位相誤差の情報を得るアナログ／デジタル変換器の性能測定システムであって、（１）試験対象の被試験アナログ／デジタル変換器と、（２）性能が既知の基準アナログ／デジタル変換器と、（３）上記被試験アナログ／デジタル変換器に係るナイキスト周波数以下でフラットな周波数特性を有するホワイトノイズを発生し、同一のホワイトノイズを、上記被試験アナログ／デジタル変換器及び上記基準アナログ／デジタル変換器に与えるホワイトノイズ供給手段と、（４）上記被試験アナログ／デジタル変換器からの出力デジタル信号と、上記基準アナログ／デジタル変換器からの出力デジタル信号との相互相関を得る相互相関演算手段と、（５）上記相互相関演算手段による相互相関の時系列に対して周波数分析を行って、上記被試験アナログ／デジタル変換器のサンプル位相誤差の情報を得る相関／位相誤差変換手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
第２の本発明は、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器のサンプル位相誤差の情報を得るアナログ／デジタル変換器の性能測定方法であって、（１）試験対象の被試験アナログ／デジタル変換器と、性能が既知の基準アナログ／デジタル変換器とに対し、上記被試験アナログ／デジタル変換器に係るナイキスト周波数以下でフラットな周波数特性を有する同一のホワイトノイズを入力させるホワイトノイズ供給処理と、（２）上記被試験アナログ／デジタル変換器からの出力デジタル信号と、上記基準アナログ／デジタル変換器からの出力デジタル信号との相互相関を得る相互相関演算処理と、（３）上記相互相関演算処理による相互相関の時系列に対して周波数分析を行って、上記被試験アナログ／デジタル変換器のサンプル位相誤差の情報を得る相関／位相誤差変換処理とを有することを特徴とする。
【００１２】
第３の本発明は、デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換器のサンプル位相誤差の情報を得るデジタル／アナログ変換器の性能測定システムであって、（１）試験対象の被試験デジタル／アナログ変換器と、（２）性能が既知の基準デジタル／アナログ変換器と、（３）上記被試験デジタル／アナログ変換器に係るナイキスト周波数以下でフラットな周波数特性を有するホワイトノイズを発生し、同一のホワイトノイズを、上記被試験デジタル／アナログ変換器及び上記基準デジタル／アナログ変換器に与えるホワイトノイズ供給手段と、（４）上記被試験デジタル／アナログ変換器からの出力アナログ信号をデジタル信号に変換する性能が既知の第１の基準アナログ／デジタル変換器と、（５）上記基準デジタル／アナログ変換器からの出力アナログ信号をデジタル信号に変換する性能が既知の第２の基準アナログ／デジタル変換器と、（６）上記第１の基準アナログ／デジタル変換器からの出力デジタル信号と、上記第２の基準アナログ／デジタル変換器からの出力デジタル信号との相互相関を得る相互相関演算手段と、（７）上記相互相関演算手段による相互相関の時系列に対して周波数分析を行って、上記被試験デジタル／アナログ変換器のサンプル位相誤差の情報を得る相関／位相誤差変換手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
第４の本発明は、デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換器のサンプル位相誤差の情報を得るデジタル／アナログ変換器の性能測定方法であって、（１）試験対象の被試験デジタル／アナログ変換器と、性能が既知の基準デジタル／アナログ変換器とに対し、上記被試験デジタル／アナログ変換器に係るナイキスト周波数以下でフラットな周波数特性を有するホワイトノイズを発生し、同一のホワイトノイズを、上記被試験デジタル／アナログ変換器及び上記基準デジタル／アナログ変換器に与えるホワイトノイズ供給処理と、（２）上記被試験デジタル／アナログ変換器からの出力アナログ信号を、性能が既知の第１の基準アナログ／デジタル変換器によって、デジタル信号に変換すると共に、上記基準デジタル／アナログ変換器からの出力アナログ信号を、性能が既知の第２の基準アナログ／デジタル変換器によって、デジタル信号に変換するデジタル化処理と、（３）上記第１の基準アナログ／デジタル変換器からの出力デジタル信号と、上記第２の基準アナログ／デジタル変換器からの出力デジタル信号との相互相関を得る相互相関演算処理と、（４）上記相互相関演算処理による相互相関の時系列に対して周波数分析を行って、上記被試験デジタル／アナログ変換器のサンプル位相誤差の情報を得る相関／位相誤差変換処理とを有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照しながら詳述する。第１の実施形態は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤコンバータ）の性能測定システム及び性能測定方法に、本発明の技術思想を適用したものである。
【００１５】
図２は、第１の実施形態のＡＤコンバータの性能測定システムの全体構成を示すブロック図である。
【００１６】
図２において、この実施形態の性能測定システム１は、ホワイトノイズ発生器２、ローパスフィルタ３、２分岐器４、サンプリングクロック発生器５、基準ＡＤコンバータ６、２個のインタフェース部（Ｉ／Ｆ）７及び８、基準デジタル信号蓄積部９、並びに、データ処理部１０を備え、測定対象のＡＤコンバータ（以下、被試験ＡＤコンバータと呼ぶ）２０の性能を測定するものである。
【００１７】
ホワイトノイズ発生器２は、少なくとも被試験ＡＤコンバータ２０が処理するアナログ信号の帯域から定まるナイキスト周波数以下でフラットな周波数特性を有するホワイトノイズ（白色雑音）を発生するものである。例えば、被試験ＡＤコンバータ２０が処理するアナログ信号が、５００ＭＨｚ以下の帯域のものであれば、ホワイトノイズ発生器２は、１ＧＨｚまではフラットな周波数特性を有するホワイトノイズを発生する。
【００１８】
ローパスフィルタ３は、ホワイトノイズ発生器２が発生したホワイトノイズに対し、不要な高周波数の成分（ナイキスト周波数より大きい周波数成分）を除去するものである。
【００１９】
２分岐器４は、ローパスフィルタ３からのホワイトノイズを２分岐し、それぞれを、基準ＡＤコンバータ６及び被試験ＡＤコンバータ２０に与えるものである。
【００２０】
サンプリングクロック発生器５は、ナイキスト周波数より高い周波数のサンプリングクロックを発生するものであり、発生したサンプリングクロックは、基準ＡＤコンバータ６及び被試験ＡＤコンバータ２０に与えられる。
【００２１】
基準ＡＤコンバータ６は、被試験ＡＤコンバータ２０と同種のものであり、性能が既に分かっているものである。
【００２２】
基準ＡＤコンバータ６及び被試験ＡＤコンバータ２０はそれぞれ、入力されたホワイトノイズを、サンプリングクロックに従って、デジタル信号（データ系列）に変換する。
【００２３】
ここで、図示は省略しているが、サンプリングクロック発生器５及び基準ＡＤコンバータ６は恒温筐体（例えば２０°Ｃ）に収容されており、被試験ＡＤコンバータ２０は、温度を制御可能な筐体に収容されている。
【００２４】
２個のインタフェース部（Ｉ／Ｆ）７及び８はそれぞれ、対応する基準デジタル信号蓄積部９、データ処理部１０がデジタル信号（データ）を取り込めるデータ形式にし、変換されたデジタル信号を基準デジタル信号蓄積部９、データ処理部１０に転送させるものである。
【００２５】
基準デジタル信号蓄積部９は、例えば、パソコンでなり、基準ＡＤコンバータ６によるデジタル信号（以下、基準デジタル信号と呼ぶ）を蓄積しつつ、データ処理部１０に転送するものである。
【００２６】
データ処理部１０は、例えば、パソコンでなり、被試験ＡＤコンバータ２０によるデジタル信号（以下、被試験デジタル信号と呼ぶ）を蓄積しつつ、被試験デジタル信号と基準デジタル信号とを処理し、被試験ＡＤコンバータ２０に関するサンプル位相誤差に関する性能特性を得るものである。
【００２７】
データ処理部１０は、例えば、ソフトウェア処理によって性能特性を得るものである。
【００２８】
図３は、データ処理部１０による性能特性を得るデータ処理の概要を示すフローチャートである。
【００２９】
まず、デジタル信号における処理に供するビットの桁情報や測定で特に結果を求める周波数成分などの測定属性を測定者から取り込む（Ｓ１）。
【００３０】
例えば、被試験ＡＤコンバータ２０が８ビットのデジタル信号へ変換するものである場合、測定者は、８ビット全体を指定することもでき、また、上位から任意のビット数を指定することもでき、さらに、下位から任意のビット数を指定することもでき、さらにまた、中間の任意のビット数を指定することもできる。最上位ビットだけを処理ビット数と指定した場合は、あたかも、被試験ＡＤコンバータ２０を１ビットのＡＤコンバータとして動作させた場合に相当する。また、ビット単位で測定ビットを指定できることは、被試験ＡＤコンバータ２０の各ビット値を形成する構成要素間の相違などの分析を行うことも可能であることを表している。
【００３１】
また例えば、被試験ＡＤコンバータ２０の用途は、変調信号のアナログ／デジタル変換であれば、変調信号の中心周波数を、サンプル位相誤差の測定中心の周波数に指定する。
【００３２】
その後、被試験デジタル信号及び基準デジタル信号の指定されたビット位置（複数ビットのこともあり得る）のデータの相互相関（相互相関の算出に供するサンプル数は固定（例えば１００サンプル）であっても良く、測定者が指定できるようにしても良い）を演算する（Ｓ２）。ここでの相互相関は、一方のデジタル信号（以下では基準デジタル信号とする）の時間軸を固定させ、他方のデジタル信号（以下では被試験デジタル信号とする）の時間軸を単位量ずつ変化させ、変化させたそれぞれの時間軸に対して求める。
【００３３】
図４（Ａ）は、デジタル信号における全ビットが指定された場合における相互相関結果のイメージ例を示すものである。図４（Ａ）において、横軸は時間軸の変化量を示し、縦軸は相互相関値を示している。図４（Ａ）では、被試験デジタル信号の時間軸をτ１だけ変化させたときに相互相関が最も大きくなっていることを表している。
【００３４】
図５に示すように、サンプリングクロックが共通であっても、両ＡＤコンバータ６及び２０の性能の違いにより、基準ＡＤコンバータ６によるサンプリング点ｔｒ１、ｔｒ２、…と、被試験ＡＤコンバータ２０によるサンプリング点ｔｔ１、ｔｔ２、…とは一致せず、サンプリング位相にずれを生じ、そのずれ量も一定ではない。上述した相互相関処理により、被試験デジタル信号の時間軸の変化量が、サンプリング位相のずれ量に最も一致したときに相互相関値のピークが得られる。
【００３５】
図４（Ａ）は、時間軸を固定させた基準デジタル信号のある時点での結果を示しているが、基準デジタル信号の各時点についてそれぞれ、相互相関値を演算する。
【００３６】
次に、相互相関値の時系列に対してフーリエ変換などの周波数分析手法を適用し、ホワイトノイズの各周波数成分に対するサンプル位相誤差（位相勾配）を求める（Ｓ３）。
【００３７】
図４（Ｂ）は、ホワイトノイズの各周波数成分に対するサンプル位相誤差の結果のイメージ例を示すものである。図４（Ｂ）において、横軸は周波数成分を表し、縦軸はサンプル位相誤差を表している。図４（Ｂ）に示す位相勾配の例では、周波数成分が高いほど、サンプル位相誤差が大きくなっていることを表している。なお、図４（Ｂ）に示すような情報に対し、重回帰分析などを適用し、１次又は２次以上の回帰式（位相勾配の近似式）をも求めるようにしても良い。
【００３８】
実際上、ホワイトノイズ発生器２として、ごく低域を発生できないものもあり、ホワイトノイズ発生器２が発生し得ない帯域についても、回帰式を求めることにより、その発生し得ない周波数成分に対するサンプル位相誤差を捉えることができる。
【００３９】
図４（Ｂ）は、ある時点での位相勾配を示しているが、各時点についてそれぞれ、位相勾配を演算する。
【００４０】
その後、図４（Ｂ）に示すような位相勾配の時間変化から、指定された周波数成分についてのサンプル位相誤差の時系列結果を得る（Ｓ４）。サンプル位相誤差の時系列結果を得る際には、又は、上述した位相勾配を得る際には、内部に予め用意している基準ＡＤコンバータ６についての特性に基づき、基準ＡＤコンバータ６についての特性の影響を排除する処理を行う。例えば、得られた位相勾配から、基準ＡＤコンバータ６に係る位相勾配を除去する処理を行う。
【００４１】
図４（Ｃ）は、指定された周波数成分についてのサンプル位相誤差の時系列結果のイメージ例を示しており、横軸は時間、縦軸はサンプル位相誤差の大きさである。
【００４２】
以上の処理により、被試験ＡＤコンバータ２０のサンプル位相誤差に係る情報を得ることができる。
【００４３】
以上のような処理を、被試験ＡＤコンバータ２０の周囲温度を変化させて行うことにより、温度とサンプル位相誤差との関係を得ることができる。また、相互相関の演算に供するデジタル信号のビット位置を、任意に指定することにより、より詳細なサンプル位相誤差に対する分析を行うことができる。
【００４４】
サンプル位相誤差の測定値は、例えば、以下のように利用することができる。温度毎のサンプル位相誤差から、温度を入力とし、サンプリングクロックの発生器（例えばＰＬＬ回路でなる）に対する周波数の補正データを出力するテーブルを形成し、温度センサの検出結果に応じて補正データを読み出してサンプリングクロック発生器の周波数を補正させ、温度によらずに、良好なデジタル信号が得られるＡＤコンバータを実現する。
【００４５】
以上のように、第１の実施形態によれば、ＡＤコンバータのサンプル位相誤差の性能情報を得ることができる。しかも、ソフトウェア演算による単純な処理であるので、その情報を高速（ほぼリアルタイム）に得ることも期待できる。
【００４６】
例えば、１ｎｓのサンプリング周期用の被試験ＡＤコンバータに対し、本装置はおよそ測定分解能３０ｆｓで測定を行い、被試験ＡＤコンバータが３００ｆｓ程度のサンプリング誤差にとどめる使用条件を得た。
【００４７】
また、被試験ＡＤコンバータからのデジタル信号の任意のビット位置のデータに対して、サンプル位相誤差を求めることができ、より詳細なサンプル位相誤差の分析を行うことができる。
【００４８】
さらに、被試験ＡＤコンバータにおける温度とサンプル位相誤差との関係をも測定することができる。
【００４９】
さらにまた、第１の実施形態では相互相関を利用して測定しているため、デジタル信号のビット数が１ビットや２ビット程度の少ないＡＤコンバータに対してもサンプル位相誤差の情報を得ることができる。
【００５０】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態を図面を参照しながら説明する。第２の実施形態は、デジタル／アナログ変換器（ＤＡコンバータ）の性能測定システム及び性能測定方法に、本発明の技術思想を適用したものである。
【００５１】
図６は、第２の実施形態のＤＡコンバータの性能測定システム１Ａの全体構成を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る上述した図２との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００５２】
図６に示すように、試験対象のＤＡコンバータ（以下、被試験ＤＡコンバータと呼ぶ）３０の試験に際しても、ホワイトノイズ発生器２、ローパスフィルタ３及び２分岐器４を介して、同一のホワイトノイズを、被試験ＤＡコンバータ３０が介在する経路と、性能特性が既知である基準のＤＡコンバータ（以下、基準ＤＡコンバータと呼ぶ）１１が介在する経路とに供給するようになされている。
【００５３】
第２の実施形態の場合、ホワイトノイズ発生器２、ローパスフィルタ３及び２分岐器４はデジタル信号用のものである。なお、ホワイトノイズ発生器２として、任意波形発生器を適用して帯域が制限された白色雑音を発生させるようにした場合には、ローパスフィルタ３を省略することができる。
【００５４】
被試験ＤＡコンバータ３０及び基準ＤＡコンバータ１１の後段にはそれぞれ、性能特性が既知である基準ＡＤコンバータ６−１、６−２が設けられており、これら基準ＡＤコンバータ６−１、６−２の後段側は、第１の実施形態と同様になされている。
【００５５】
第２の実施形態の場合、データ処理部１０による上述した各種の演算結果は、被試験ＤＡコンバータ３０の特性が反映されたものとなっており、図４（Ｂ）に示したような位相勾配や、図４（Ｃ）に示したような位相変動は、サンプリングクロック発生器５からのサンプリングクロックに応じて、被試験ＤＡコンバータがデジタル信号をアナログ信号に変換するタイミング（位相）の変動（すなわち、ＡＤコンバータでのサンプル位相誤差に相当；以下ではサンプル位相誤差と呼ぶ）の情報となっている。
【００５６】
なお、ＤＡコンバータの性能の測定では、ビット位置単位での測定は認めていない。また、データ処理部１０においては、基準ＤＡコンバータ１１や、基準ＡＤコンバータ６−１、６−２の既知の性能特性に応じた演算結果に対する校正も実行される。
【００５７】
第２の実施形態によれば、ＤＡコンバータのサンプル位相誤差の性能情報を得ることができる。しかも、ソフトウェア演算による単純な処理であるので、その情報を高速（ほぼリアルタイム）に得ることも期待できる。
【００５８】
（Ｃ）他の実施形態
上記各実施形態では、図４（Ｃ）に示すような結果を最終的な測定結果とするものを示したが、図４（Ｂ）に示すような位相勾配を最終的な測定結果としても良く、また、測定者が出力形式を任意に選択できるようにしても良い。
【００５９】
また、上記各実施形態では、測定結果をほぼリアルタイムで得る場合を想定しているが、被試験ＡＤコンバータや基準ＡＤコンバータの出力を記憶媒体に記憶し、異なる位置に設けられているデータ処理部１０で解析するようにしても良い。また、通信回線などを通じて、被試験ＡＤコンバータや基準ＡＤコンバータからの出力デジタル信号を転送させ、転送先でデータ処理して測定結果を得るようにしても良い。
【００６０】
なお、被試験ＡＤコンバータや被試験ＤＡコンバータの規定されているサンプリング周期やデジタル信号のビット数は任意であり、すなわち、本発明では、ＡＤコンバータやＤＡコンバータの種類は問われない。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、アナログ信号をデジタル信号に変換する場合や、デジタル信号をアナログ信号に変換する場合において、その変換器の時間軸変動性能などを測定できる性能測定システムや性能測定方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡＤコンバータにおけるサンプル位相誤差の説明図である。
【図２】第１の実施形態の性能測定システムの構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態の性能測定システムにおけるデータ処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】第１の実施形態の性能測定システムによるデータ処理の各段階での処理結果を示す説明図である。
【図５】第１の実施形態の性能測定システムにおける相互相関のピークが生じる理由の説明図である。
【図６】第２の実施形態の性能測定システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…ＡＤコンバータの性能測定システム、１Ａ…ＤＡコンバータの性能測定システム、２…ホワイトノイズ発生器、４…２分岐器、５…サンプリングクロック発生器、６、６−１、６−２…基準ＡＤコンバータ、１０…データ処理部、１１…基準ＤＡコンバータ、２０…被試験ＡＤコンバータ、３０…被試験ＤＡコンバータ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a performance measuring system and a performance measuring method of an analog / digital converter, and a performance measuring system and a performance measuring method of a digital / analog converter. For example, an analog / digital converter (hereinafter, referred to as an AD converter), The present invention can be applied to measurement of a sample phase error (aperture jitter) of a digital / analog converter (hereinafter, referred to as a DA converter).
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 1, the AD converter converts the input analog signal AIN into a digital signal every sampling clock cycle T in accordance with the sampling clock.
[0003]
However, the interval between the sampling points for the input analog signal AIN by the AD converter is not always stable at the intended cycle T, and strictly speaking, fluctuates with time. That is, a sample phase error (aperture jitter) occurs. Such a sample phase error is caused by the fluctuation of the sampling clock itself, but is also caused by the influence of the temperature characteristic of the circuit element of the AD converter.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the frequency of an analog signal handled by an AD converter tends to be higher today. For example, in the communication system, communication in the GHz band has been studied and developed.
[0005]
Under such circumstances, while the sampling period T becomes shorter, it is difficult to create a circuit element for processing a high frequency with high accuracy. Therefore, there is an increasing need to evaluate the sample phase error of the AD converter. For example, in the case of a product-sum operation of digital signals from two AD converters in sample units, if the phase errors of the two are different, an error component that is not synchronized even in one product occurs, and the error component is multiplied. The product sum value obtained by integrating for the sum has a large error.
[0006]
It is presumed that the AD converter manufacturer measures the sample phase error and uses it for evaluating each AD converter, but the method has not been disclosed to the outside.
[0007]
Therefore, it can be said that there is no conventional method for measuring the sample phase error of the AD converter.
[0008]
In a DA converter, a digital signal is fetched and converted into an analog signal in accordance with a sampling clock. However, the fetch timing also varies on the time axis (in this specification, it is read as a sample phase error). ) Occurs, and there is a similar problem as described above.
[0009]
Therefore, when an analog signal is converted into a digital signal or when a digital signal is converted into an analog signal, a performance measuring system and a performance measuring method capable of measuring the time-axis fluctuation performance of the converter are desired.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention is a performance measurement system for an analog / digital converter that obtains information on a sample phase error of an analog / digital converter that converts an analog signal into a digital signal. / Digital converter; (2) a reference analog / digital converter whose performance is known; and (3) white noise having a flat frequency characteristic below the Nyquist frequency of the analog / digital converter under test, White noise supply means for providing the same white noise to the analog / digital converter under test and the reference analog / digital converter; (4) an output digital signal from the analog / digital converter under test; A cross-correlation calculating means for obtaining a cross-correlation with an output digital signal from the analog / digital converter; A) correlation / phase error conversion means for performing frequency analysis on the time series of the cross-correlation by the cross-correlation calculation means to obtain information on the sample phase error of the analog-to-digital converter under test. I do.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for measuring the performance of an analog / digital converter that obtains information on a sample phase error of an analog / digital converter that converts an analog signal into a digital signal. White noise supply for inputting the same white noise having a flat frequency characteristic below the Nyquist frequency of the analog / digital converter under test to a digital / digital converter and a reference analog / digital converter with a known performance Processing; (2) a cross-correlation calculation processing for obtaining a cross-correlation between the output digital signal from the analog / digital converter under test and the output digital signal from the reference analog / digital converter; The frequency analysis is performed on the time series of the cross-correlation by the correlation operation processing, and the analog / digital conversion under test is performed. And having a sample phase error correlation / phase error conversion process of obtaining the information of the vessels.
[0012]
A third aspect of the present invention is a performance measurement system for a digital / analog converter that obtains information on a sample phase error of a digital / analog converter that converts a digital signal into an analog signal. An analog converter, (2) a reference digital / analog converter having a known performance, and (3) white noise having a flat frequency characteristic at a Nyquist frequency or lower according to the digital / analog converter under test, Means for supplying the same white noise to the digital / analog converter under test and the reference digital / analog converter, and (4) converting the analog signal output from the digital / analog converter under test into a digital signal A first reference analog / digital converter whose conversion performance is known, and (5) the reference digital / digital converter. A second reference analog / digital converter whose performance of converting an analog signal output from the analog converter into a digital signal is known, (6) an output digital signal from the first reference analog / digital converter, and A cross-correlation calculating means for obtaining a cross-correlation with an output digital signal from the second reference analog / digital converter; and (7) a frequency analysis is performed on a time series of the cross-correlation by the cross-correlation calculating means. Correlation / phase error conversion means for obtaining information on a sample phase error of the digital-to-analog converter under test.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for measuring the performance of a digital / analog converter for obtaining information on a sample phase error of a digital / analog converter for converting a digital signal into an analog signal. A white noise having a flat frequency characteristic below the Nyquist frequency of the digital-to-analog converter under test with respect to the analog / analog converter and a reference digital / analog converter having a known performance, Is supplied to the digital-to-analog converter under test and the reference digital-to-analog converter, and (2) an output analog signal from the digital-to-analog converter under test is converted into a first analog signal having a known performance. The reference analog / digital converter converts the digital signal into a digital signal. A digitizing process of converting the output analog signal from the analog converter into a digital signal by a second reference analog / digital converter whose performance is known; and (3) a process of converting the analog signal output from the first reference analog / digital converter. A cross-correlation calculation process for obtaining a cross-correlation between the output digital signal and the output digital signal from the second reference analog / digital converter; and (4) a frequency with respect to the time series of the cross-correlation by the cross-correlation calculation process. Correlation / phase error conversion processing for performing analysis to obtain information on the sample phase error of the digital-to-analog converter under test.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(A) First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment, the technical idea of the present invention is applied to a performance measurement system and a performance measurement method of an analog / digital converter (AD converter).
[0015]
FIG. 2 is a block diagram illustrating the overall configuration of the performance measurement system for the AD converter according to the first embodiment.
[0016]
In FIG. 2, a performance measurement system 1 of this embodiment includes a white noise generator 2, a low-pass filter 3, a two-branch unit 4, a sampling clock generator 5, a reference AD converter 6, and two interface units (I / F). 7 and 8, a reference digital signal accumulating unit 9, and a data processing unit 10 for measuring the performance of an AD converter (hereinafter, referred to as an AD converter under test) 20 to be measured.
[0017]
The white noise generator 2 generates white noise (white noise) having a flat frequency characteristic at or below the Nyquist frequency determined from at least the band of the analog signal processed by the AD converter 20 under test. For example, if the analog signal processed by the AD converter 20 under test has a band of 500 MHz or less, the white noise generator 2 generates white noise having a flat frequency characteristic up to 1 GHz.
[0018]
The low-pass filter 3 removes unnecessary high frequency components (frequency components higher than the Nyquist frequency) from the white noise generated by the white noise generator 2.
[0019]
The two-branch unit 4 bifurcates the white noise from the low-pass filter 3 and supplies them to the reference AD converter 6 and the AD converter 20 under test.
[0020]
The sampling clock generator 5 generates a sampling clock having a frequency higher than the Nyquist frequency, and the generated sampling clock is provided to the reference AD converter 6 and the AD converter 20 under test.
[0021]
The reference AD converter 6 is of the same type as the AD converter 20 under test, and has already known performance.
[0022]
Each of the reference AD converter 6 and the AD converter under test 20 converts the input white noise into a digital signal (data series) according to the sampling clock.
[0023]
Here, although not shown, the sampling clock generator 5 and the reference AD converter 6 are housed in a constant temperature housing (for example, 20 ° C.), and the AD converter 20 to be tested has a temperature controllable housing. Housed in the body.
[0024]
The two interface units (I / Fs) 7 and 8 each have a data format in which the corresponding reference digital signal storage unit 9 and data processing unit 10 can capture a digital signal (data), and convert the converted digital signal into the reference digital signal. The data is transferred to the storage unit 9 and the data processing unit 10.
[0025]
The reference digital signal storage unit 9 is, for example, a personal computer, and stores a digital signal (hereinafter, referred to as a reference digital signal) by the reference AD converter 6 and transfers the digital signal to the data processing unit 10.
[0026]
The data processing unit 10 is, for example, a personal computer, and processes the digital signal under test and the reference digital signal while accumulating a digital signal (hereinafter, referred to as a digital signal under test) by the AD converter 20 under test, and This is to obtain the performance characteristics related to the sample phase error of the AD converter 20.
[0027]
The data processing unit 10 obtains performance characteristics by, for example, software processing.
[0028]
FIG. 3 is a flowchart showing an outline of data processing for obtaining performance characteristics by the data processing unit 10.
[0029]
First, measurement attributes such as digit information of a bit to be provided for processing in a digital signal and a frequency component for which a result is particularly required in measurement are fetched from a measurer (S1).
[0030]
For example, when the AD converter 20 under test converts the digital signal into an 8-bit digital signal, the measurer can specify the entire 8 bits, or can specify an arbitrary number of bits from the upper bit. Furthermore, an arbitrary number of bits can be designated from the lower order, and an arbitrary number of bits in the middle can be designated. Specifying only the most significant bit as the number of bits to be processed is equivalent to operating the AD converter 20 under test as a 1-bit AD converter. The fact that the measurement bit can be specified in bit units also indicates that it is possible to analyze differences between components forming each bit value of the AD converter 20 under test.
[0031]
For example, if the application of the AD converter under test 20 is analog / digital conversion of a modulation signal, the center frequency of the modulation signal is designated as the frequency at the center of measurement of the sample phase error.
[0032]
Thereafter, the cross-correlation of the data of the designated bit position (which may be a plurality of bits) of the digital signal under test and the reference digital signal (the number of samples used for calculating the cross-correlation is fixed (for example, 100 samples)) (It may also be possible for the measurer to specify) (S2). The cross-correlation here fixes the time axis of one digital signal (hereinafter referred to as a reference digital signal) and changes the time axis of the other digital signal (hereinafter referred to as a digital signal under test) by a unit amount. , For each changed time axis.
[0033]
FIG. 4A shows an image example of a cross-correlation result when all bits in the digital signal are designated. In FIG. 4A, the horizontal axis indicates the amount of change on the time axis, and the vertical axis indicates the cross-correlation value. FIG. 4A shows that the cross-correlation is greatest when the time axis of the digital signal under test is changed by τ1.
[0034]
As shown in FIG. 5, even when the sampling clock is common, the sampling points tr1, tr2,... By the reference AD converter 6 and the sampling points by the AD converter 20 under test are different due to the difference in performance between the two AD converters 6 and 20. .. do not coincide with tt1, tt2,..., causing a shift in the sampling phase, and the shift amount is not constant. By the cross-correlation processing described above, a peak of the cross-correlation value is obtained when the amount of change in the time axis of the digital signal under test most closely matches the amount of shift in the sampling phase.
[0035]
FIG. 4A shows a result at a certain point in time of the reference digital signal having a fixed time axis. A cross-correlation value is calculated for each point in time of the reference digital signal.
[0036]
Next, a frequency analysis technique such as Fourier transform is applied to the time series of the cross-correlation value, and a sample phase error (phase gradient) for each frequency component of white noise is obtained (S3).
[0037]
FIG. 4B shows an image example of the result of the sample phase error for each frequency component of white noise. In FIG. 4B, the horizontal axis represents frequency components, and the vertical axis represents sample phase errors. The example of the phase gradient shown in FIG. 4B indicates that the higher the frequency component, the larger the sample phase error. Note that a multiple regression analysis or the like may be applied to the information shown in FIG. 4B to obtain a first-order or second-order or more regression equation (approximate equation of phase gradient).
[0038]
Actually, some white noise generators 2 cannot generate a very low frequency band. Even for a band where the white noise generator 2 cannot generate, a regression formula is obtained to obtain samples for frequency components that cannot be generated. The phase error can be captured.
[0039]
FIG. 4B shows the phase gradient at a certain point in time. The phase gradient is calculated for each point in time.
[0040]
Thereafter, a time series result of the sample phase error for the designated frequency component is obtained from the time change of the phase gradient as shown in FIG. 4B (S4). When obtaining the time series result of the sample phase error or when obtaining the above-described phase gradient, the characteristic of the reference AD converter 6 is determined based on the characteristic of the reference AD converter 6 prepared in advance. Perform processing to eliminate the effect. For example, a process of removing the phase gradient related to the reference AD converter 6 from the obtained phase gradient is performed.
[0041]
FIG. 4C shows an example of an image of a time-series result of the sample phase error for the designated frequency component. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the magnitude of the sample phase error.
[0042]
Through the above process, information on the sample phase error of the AD converter 20 under test can be obtained.
[0043]
By performing the above processing while changing the ambient temperature of the AD converter 20 under test, a relationship between the temperature and the sample phase error can be obtained. Further, by arbitrarily designating the bit position of the digital signal to be used for the cross-correlation calculation, more detailed analysis of the sample phase error can be performed.
[0044]
The measured value of the sample phase error can be used, for example, as follows. Based on the sample phase error for each temperature, a table is formed that inputs temperature and outputs frequency correction data to a sampling clock generator (for example, a PLL circuit), and reads out correction data according to the detection result of the temperature sensor. Thus, the frequency of the sampling clock generator is corrected to realize an AD converter capable of obtaining a good digital signal regardless of the temperature.
[0045]
As described above, according to the first embodiment, performance information on the sample phase error of the AD converter can be obtained. Moreover, since the processing is simple processing by software operation, it is expected that the information can be obtained at high speed (almost real time).
[0046]
For example, for an AD converter under test for a sampling period of 1 ns, the present apparatus performed measurement at a measurement resolution of about 30 fs, and obtained a use condition under which the AD converter under test had a sampling error of about 300 fs.
[0047]
In addition, a sample phase error can be obtained for data at an arbitrary bit position of the digital signal from the AD converter under test, and more detailed analysis of the sample phase error can be performed.
[0048]
Further, the relationship between the temperature and the sample phase error in the AD converter under test can be measured.
[0049]
Furthermore, in the first embodiment, since the measurement is performed using the cross-correlation, information on the sample phase error can be obtained even for an AD converter in which the number of bits of the digital signal is as small as 1 or 2 bits. it can.
[0050]
(B) Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the second embodiment, the technical concept of the present invention is applied to a performance measurement system and a performance measurement method of a digital / analog converter (DA converter).
[0051]
FIG. 6 is a block diagram showing the overall configuration of a DA converter performance measuring system 1A according to the second embodiment. The same reference numerals as in FIG. 2 according to the first embodiment denote the same or corresponding parts. Is shown.
[0052]
As shown in FIG. 6, when testing a DA converter (hereinafter, referred to as a DA converter under test) 30 to be tested, the same white noise is generated via the white noise generator 2, the low-pass filter 3, and the splitter 4. Is supplied to a path through which the DA converter 30 under test intervenes and a path through which a reference DA converter (hereinafter, referred to as a reference DA converter) 11 whose performance characteristics are known.
[0053]
In the case of the second embodiment, the white noise generator 2, low-pass filter 3, and splitter 4 are for digital signals. When an arbitrary waveform generator is applied as the white noise generator 2 to generate white noise whose band is limited, the low-pass filter 3 can be omitted.
[0054]
At the subsequent stage of the DA converter under test 30 and the reference DA converter 11, reference AD converters 6-1 and 6-2 whose performance characteristics are known are provided, respectively. The subsequent stage is the same as in the first embodiment.
[0055]
In the case of the second embodiment, the results of the various calculations described above by the data processing unit 10 reflect the characteristics of the DA converter 30 under test, and the phase gradient as shown in FIG. In addition, the phase variation as shown in FIG. 4C is caused by a variation (that is, a variation in the timing (phase) at which the D / A converter under test converts a digital signal into an analog signal in accordance with the sampling clock from the sampling clock generator 5. , Corresponding to a sample phase error in an AD converter; hereinafter, referred to as a sample phase error).
[0056]
In the measurement of the performance of the DA converter, measurement in units of bit positions is not permitted. In the data processing unit 10, calibration is also performed on the calculation results according to the known performance characteristics of the reference DA converter 11 and the reference AD converters 6-1 and 6-2.
[0057]
According to the second embodiment, performance information on the sample phase error of the DA converter can be obtained. Moreover, since the processing is simple processing by software operation, it is expected that the information can be obtained at high speed (almost real time).
[0058]
(C) Other Embodiments In each of the above embodiments, the result as shown in FIG. 4C is used as the final measurement result. However, the phase gradient as shown in FIG. The result may be a typical measurement result, and the measurer may be allowed to arbitrarily select an output format.
[0059]
Further, in each of the above embodiments, it is assumed that the measurement result is obtained almost in real time. However, the outputs of the AD converter under test and the reference AD converter are stored in a storage medium, and the data processing units provided at different positions are provided. The analysis may be performed at 10. Further, the output digital signal from the AD converter under test or the reference AD converter may be transferred through a communication line or the like, and data may be processed at the transfer destination to obtain a measurement result.
[0060]
The sampling period and the number of bits of the digital signal specified for the AD converter and the DA converter under test are arbitrary. That is, in the present invention, the type of the AD converter and the DA converter is not limited.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when an analog signal is converted to a digital signal, or when a digital signal is converted to an analog signal, a performance measurement system and a performance that can measure the time-axis fluctuation performance of the converter can be measured. A measuring method can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a sample phase error in an AD converter.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a performance measurement system according to the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a flow of data processing in the performance measurement system according to the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing processing results at each stage of data processing by the performance measurement system of the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a reason why a cross-correlation peak occurs in the performance measurement system of the first embodiment.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a performance measurement system according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Performance measurement system of AD converter, 1A ... Performance measurement system of DA converter, 2 ... White noise generator, 4 ... 2-branch device, 5 ... Sampling clock generator, 6, 6-1 and 6-2 ... Reference AD Converter, 10: Data processing unit, 11: Reference DA converter, 20: AD converter under test, 30: DA converter under test.

Claims

An analog / digital converter performance measurement system for obtaining information on a sample phase error of an analog / digital converter that converts an analog signal into a digital signal,
An analog / digital converter under test,
A reference analog / digital converter of known performance;
Generating white noise having a flat frequency characteristic below the Nyquist frequency of the analog / digital converter under test and giving the same white noise to the analog / digital converter under test and the reference analog / digital converter White noise supply means,
Cross-correlation calculating means for obtaining a cross-correlation between an output digital signal from the analog / digital converter under test and an output digital signal from the reference analog / digital converter;
A correlation / phase error conversion means for performing frequency analysis on the time series of the cross-correlation by the cross-correlation calculation means to obtain information on a sample phase error of the analog / digital converter under test. Analog / digital converter performance measurement system.

Further comprising bit position setting means for setting the bit position of the digital signal to be subjected to the calculation of the cross-correlation,
The cross-correlation calculating means calculates the data of the set bit position in the output digital signal from the analog / digital converter under test and the set bit position in the output digital signal from the analog / digital converter under test. The system for measuring the performance of an analog / digital converter according to claim 1, wherein a cross-correlation with data is calculated.

A method for measuring the performance of an analog / digital converter that obtains information on a sample phase error of an analog / digital converter that converts an analog signal into a digital signal,
The same white noise having a flat frequency characteristic below the Nyquist frequency of the analog / digital converter under test with respect to the analog / digital converter under test and the reference analog / digital converter whose performance is known. White noise supply processing for inputting
A cross-correlation calculation process for obtaining a cross-correlation between an output digital signal from the analog / digital converter under test and an output digital signal from the reference analog / digital converter;
A correlation / phase error conversion process for performing frequency analysis on the time series of the cross-correlation by the cross-correlation calculation process to obtain information on a sample phase error of the analog / digital converter under test. A method for measuring the performance of analog / digital converters.

Further comprising a bit position setting process for setting a bit position of the digital signal to be used for the calculation of the cross-correlation,
In the cross-correlation calculation processing, the data of the set bit position in the output digital signal from the analog / digital converter under test and the data of the set bit position in the output digital signal from the analog / digital converter under test are included. 4. The method for measuring the performance of an analog / digital converter according to claim 3, wherein a cross-correlation with data is calculated.

A digital / analog converter performance measurement system for obtaining information on a sample phase error of a digital / analog converter that converts a digital signal into an analog signal,
A digital-to-analog converter under test,
A reference digital / analog converter with known performance;
Generating white noise having a flat frequency characteristic below the Nyquist frequency of the digital / analog converter under test and giving the same white noise to the digital / analog converter under test and the reference digital / analog converter White noise supply means,
A first reference analog / digital converter having a known performance of converting an output analog signal from the digital / analog converter under test into a digital signal;
A second reference analog / digital converter having a known performance of converting an output analog signal from the reference digital / analog converter into a digital signal;
Cross-correlation calculating means for obtaining a cross-correlation between an output digital signal from the first reference analog / digital converter and an output digital signal from the second reference analog / digital converter;
A correlation / phase error conversion means for performing frequency analysis on the time series of the cross-correlation by the cross-correlation calculation means to obtain information on the sample phase error of the digital-to-analog converter under test. Digital / analog converter performance measurement system.

A method for measuring the performance of a digital / analog converter that obtains information on a sample phase error of a digital / analog converter that converts a digital signal into an analog signal,
Generates white noise having a flat frequency characteristic below the Nyquist frequency of the digital / analog converter under test with respect to the digital / analog converter under test and the reference digital / analog converter with known performance. And providing the same white noise to the digital / analog converter under test and the reference digital / analog converter.
An output analog signal from the digital / analog converter under test is converted into a digital signal by a first reference analog / digital converter having a known performance, and an output analog signal from the reference digital / analog converter is converted. Digitizing by a second reference analog-to-digital converter of known performance into a digital signal;
Cross-correlation calculation processing for obtaining a cross-correlation between the output digital signal from the first reference analog / digital converter and the output digital signal from the second reference analog / digital converter;
A correlation / phase error conversion process for performing frequency analysis on the time series of the cross-correlation by the cross-correlation calculation process to obtain information on the sample phase error of the digital-to-analog converter under test. A method for measuring the performance of digital / analog converters.