JP2009014432A - Amplitude/phase detecting device, measurement system using the same and amplitude/phase detecting method - Google Patents

Amplitude/phase detecting device, measurement system using the same and amplitude/phase detecting method Download PDF

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昭治 近藤
Toshiyuki Yakabe
利幸 矢加部
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for detecting an amplitude and a phase of a sine-wave signal to be measured by using only a sampling processing, through no orthogonal synchronous detection and no phase detector. <P>SOLUTION: The sine-wave signal to be measured is sampled by using a sampling signal. Obtained samples are marked by using a square mark, a triangular mark, a black square mark and a black triangular mark shown in figure, wherein polarities of the black square mark and the black triangular mark are reversed. An average value of an odd-numbered group is obtained by adding the square mark to the polarity-reversed black square mark. An average value of an even-numbered group is obtained by adding the triangular mark to the polarity-reversed black triangular mark. The amplitude and the phase of the sine-wave signal to be measured are calculated by executing a predetermined calculation based on the average values of the odd-numbered group and the even-numbered group. The period of the sampling signal is set for every quarter about one or more odd number period of the sine-wave signal to be measured, and the phase-synchronization relation between the sine-wave signal to be measured and the sampling signal is conserved mutually. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、正弦波形の振幅と位相の検出技術に関する。本発明は、ベクトルボルトメータによる振幅・位相の測定や、ベクトルネットワークアナライザ(以下VNAと略記)などによる伝送特性や反射特性の測定法に適用することを目的とし、同期検波や位相検波を用いない簡易な構成の振幅・位相検出方式を提供しようとするもので、対象とする周波数範囲は、原理的には低周波からマイクロ波やミリ波帯の超高周波に及ぶものである。   The present invention relates to a technique for detecting the amplitude and phase of a sinusoidal waveform. The present invention is intended to be applied to measurement of amplitude and phase with a vector voltmeter, and measurement of transmission characteristics and reflection characteristics with a vector network analyzer (hereinafter abbreviated as VNA), and does not use synchronous detection or phase detection. An amplitude / phase detection method having a simple configuration is to be provided, and the frequency range of interest extends in principle from a low frequency to a very high frequency such as a microwave or millimeter wave band.

正弦波の振幅・位相の測定法としては、従来ベクトルボルトメータに代表される測定器が知られている。また、通信システムにおける信号検出に関連する振幅と位相の検出には、同期検波の後に適宜の処理を行う方式が知られている。さらに、VNAに代表される回路の伝送特性の測定器などにおいても、振幅と位相の測定には直交同期検波に続く処理あるいは対数圧縮増幅器と位相検波器が用いられている。   As a method for measuring the amplitude and phase of a sine wave, a measuring instrument represented by a vector voltmeter has been known. In addition, a method of performing appropriate processing after synchronous detection is known for detection of amplitude and phase related to signal detection in a communication system. Further, in a measurement device for transmission characteristics of a circuit typified by VNA, processing following quadrature synchronous detection or a logarithmic compression amplifier and a phase detector are used for measurement of amplitude and phase.

直交同期検波や位相検波器は確立された技術ではあるが、直交搬送波の同期回路や直交検波回路などのやや複雑な構成の回路を必要とする。直交同期検波や位相検波(これらは一種のアナログ回路である)の後にディジタル処理を行うためには、A-D変換器も必要である。   Although quadrature synchronous detection and phase detectors are established techniques, they require circuits with a slightly complicated configuration such as quadrature carrier synchronization circuits and quadrature detection circuits. In order to perform digital processing after quadrature synchronous detection or phase detection (these are a kind of analog circuit), an A-D converter is also necessary.

本発明は、4相標本化回路とそれに続くA-D変換器により被測定正弦波信号を直接ディジタル化することで、直交同期検波や位相検波を必要としない、ディジタル処理による簡易な構成の振幅・位相検出方式を提供するものである。   The present invention directly digitizes a sine wave signal to be measured by a four-phase sampling circuit and a subsequent AD converter, thereby eliminating the need for quadrature synchronous detection or phase detection, and a simple configuration of amplitude and phase by digital processing. A detection method is provided.

この発明に係る正弦波の振幅・位相検出装置は、
被測定正弦波信号と位相同期関係を保持する信号を標本化信号として前記被測定正弦波信号を標本化する標本化回路と、
前記標本化回路による標本をディジタル値に変換するA−D変換器と、
変換された前記ディジタル値の極性と絶対値を取得するとともに、前記標本化回路における標本化の順番に従って前記ディジタル値を偶数番目の組と奇数番目の組に分離する手段と、
前記偶数番目の組と前記奇数番目の組に基づき予め定められた演算を行うことにより、前記被測定正弦波信号の振幅と位相を算出する演算部とを備え、
前記標本化回路の標本化の周期は、前記被測定正弦波信号の1以上の奇数周期について4分の1毎に設定されているものである。
A sine wave amplitude / phase detection device according to the present invention,
A sampling circuit that samples the measured sine wave signal as a sampling signal with a signal having a phase synchronization relationship with the measured sine wave signal;
An A / D converter for converting a sample by the sampling circuit into a digital value;
Means for obtaining the polarity and absolute value of the converted digital value, and separating the digital value into an even-numbered group and an odd-numbered group according to the order of sampling in the sampling circuit;
A calculation unit that calculates the amplitude and phase of the measured sine wave signal by performing a predetermined calculation based on the even-numbered group and the odd-numbered group;
The sampling period of the sampling circuit is set every quarter for one or more odd periods of the sine wave signal to be measured.

「前記標本化回路の標本化の周期は、前記被測定正弦波信号の1以上の奇数周期について4分の1毎に設定され」について補足する。
被測定正弦波信号の1周期の場合:0、4分の1周期、4分の2周期、4分の3周期、・・・、である。これは図1の例に対応する。
被測定正弦波信号の3周期の場合:0、4分の3周期、4分の6(2分の3)周期、4分の9周期、・・・、である。
被測定正弦波信号の5周期の場合:0、4分の5周期、4分の10(2分の5)周期、4分の15周期、・・・、である。(以下、同様)
It is supplemented by “the sampling period of the sampling circuit is set every quarter for one or more odd periods of the sine wave signal to be measured”.
In the case of one cycle of the measured sine wave signal: 0, 1/4 cycle, 2/4 cycle, 3/4 cycle, and so on. This corresponds to the example of FIG.
In the case of 3 periods of the sine wave signal to be measured: 0, 3/4 period, 4/4 (3/2) period, 4/4 period, and so on.
In the case of 5 periods of the sine wave signal to be measured: 0, 5/4 period, 4/10 (5/2) period, 15/4 period, and so on. (Hereinafter the same)

前記演算部による演算に先立って、前記偶数番目の組と前記奇数番目の組のそれぞれについて、複数の標本値を加算する加算器を備えるようにしてもよい。   Prior to the calculation by the calculation unit, an adder that adds a plurality of sample values for each of the even-numbered group and the odd-numbered group may be provided.

前記被測定正弦波信号を定振幅化して前記標本化回路に入力する振幅制限増幅器と、前記被測定正弦波信号の振幅を抑圧する振幅抑圧増幅器とを備え、前記振幅抑圧増幅器の出力に基づき前記被測定正弦波信号の振幅が算出されるようにしてもよい。   An amplitude limiting amplifier that converts the measured sine wave signal into a constant amplitude and inputs the amplitude to the sampling circuit; and an amplitude suppression amplifier that suppresses the amplitude of the measured sine wave signal, and based on the output of the amplitude suppression amplifier, The amplitude of the measured sine wave signal may be calculated.

この発明に係る計測システムは、
少なくとも2ポートをもつ被測定デバイスに入出力される信号についてポートごとに振幅・位相を検出する第1振幅・位相検出装置及び第2振幅・位相検出装置と、
前記第1振幅・位相検出装置による検出結果と第2振幅・位相検出装置による検出結果を比較する比較処理部と、
標本化信号を発生する第1発振器と、
被測定正弦波信号を発生する第2発振器と、を備え、
前記被測定正弦波信号と前記標本化信号の間では位相同期関係が保持され、
前記標本化信号の周期は、前記被測定正弦波信号の1以上の奇数周期について4分の1毎に設定され、
前記第1振幅・位相検出装置及び第2振幅・位相検出装置は、それぞれ、前記標本化信号に基づき前記被測定正弦波信号を標本化する標本化回路と、前記標本化回路による標本をディジタル値に変換するA−D変換器と、変換された前記ディジタル値の極性と絶対値を取得するとともに、前記標本化回路における標本化の順番に従って前記ディジタル値を偶数番目の組と奇数番目の組に分離する手段と、前記偶数番目の組と前記奇数番目の組に基づき予め定められた演算を行うことにより、前記被測定正弦波信号の振幅と位相を算出する演算部と、を備えるものである。
The measurement system according to the present invention is:
A first amplitude / phase detection device and a second amplitude / phase detection device for detecting amplitude / phase for each port of a signal input / output to / from a device under measurement having at least two ports;
A comparison processing unit for comparing the detection result by the first amplitude / phase detection device and the detection result by the second amplitude / phase detection device;
A first oscillator for generating a sampling signal;
A second oscillator for generating a measured sinusoidal signal,
A phase synchronization relationship is maintained between the measured sine wave signal and the sampled signal,
The period of the sampling signal is set every quarter for one or more odd periods of the sine wave signal to be measured,
Each of the first amplitude / phase detection device and the second amplitude / phase detection device includes a sampling circuit that samples the measured sine wave signal based on the sampling signal, and a digital value obtained by sampling the sampling by the sampling circuit. An A / D converter that converts the digital value into a digital value, and obtains the polarity and absolute value of the converted digital value, and converts the digital value into an even-numbered group and an odd-numbered group according to the sampling order in the sampling circuit Means for separating, and a calculation unit that calculates the amplitude and phase of the measured sine wave signal by performing a predetermined calculation based on the even-numbered group and the odd-numbered group. .

中間周波数発振器と、
前記被測定正弦波の周波数と前記中間周波数発振器の中間周波数の和または差の周波数の信号を発生させる周波数変移部と、
少なくとも2ポートをもつ前記被測定デバイスに入出力される信号を前記周波数変移部の出力信号と混合することにより、それぞれ、中間周波信号に変換する第1周波数変換器及び第2周波数変換器と、を備え、
前記第1振幅・位相検出装置及び第2振幅・位相検出装置は、それぞれ、前記第1周波数変換器及び第2周波数変換器の出力に基づき振幅・位相を検出する、ように構成してもよい。
An intermediate frequency oscillator;
A frequency shifter for generating a signal having a frequency of the sum or difference of the frequency of the sine wave to be measured and the intermediate frequency of the intermediate frequency oscillator;
A first frequency converter and a second frequency converter, which respectively convert the signal input to and output from the device under measurement having at least two ports into an intermediate frequency signal by mixing with the output signal of the frequency shift unit; With
The first amplitude / phase detection device and the second amplitude / phase detection device may be configured to detect the amplitude / phase based on the outputs of the first frequency converter and the second frequency converter, respectively. .

この発明に係る計測システムは、
被測定デバイスの少なくとも1つのポートに接続された方向性結合器と、
前記方向性結合器から出力される信号についてそれぞれ振幅・位相を検出する第1振幅・位相検出装置及び第2振幅・位相検出装置と、
前記第1振幅・位相検出装置による検出結果と第2振幅・位相検出装置による検出結果を比較する比較処理部と、
標本化信号を発生する第1発振器と、
被測定正弦波信号を発生する第2発振器と、を備え、
前記被測定正弦波信号と前記標本化信号の間では位相同期関係が保持され、
前記標本化信号の周期は、前記被測定正弦波信号の1以上の奇数周期について4分の1毎に設定され、
前記被測定正弦波信号は、前記方向性結合器を経由して前記被測定デバイスに入力され、
前記第1振幅・位相検出装置及び第2振幅・位相検出装置は、それぞれ、前記標本化信号に基づき前記被測定正弦波信号を標本化する標本化回路と、前記標本化回路による標本をディジタル値に変換するA−D変換器と、変換された前記ディジタル値の極性と絶対値を取得するとともに、前記標本化回路における標本化の順番に従って前記ディジタル値を偶数番目の組と奇数番目の組に分離する手段と、前記偶数番目の組と前記奇数番目の組に基づき予め定められた演算を行うことにより、前記被測定正弦波信号の振幅と位相を算出する演算部と、を備えるものである。
The measurement system according to the present invention is:
A directional coupler connected to at least one port of the device under test;
A first amplitude / phase detection device and a second amplitude / phase detection device for detecting the amplitude / phase of the signal output from the directional coupler,
A comparison processing unit for comparing the detection result by the first amplitude / phase detection device and the detection result by the second amplitude / phase detection device;
A first oscillator for generating a sampling signal;
A second oscillator for generating a measured sinusoidal signal,
A phase synchronization relationship is maintained between the measured sine wave signal and the sampled signal,
The period of the sampling signal is set every quarter for one or more odd periods of the sine wave signal to be measured,
The measured sine wave signal is input to the measured device via the directional coupler,
Each of the first amplitude / phase detection device and the second amplitude / phase detection device includes a sampling circuit that samples the measured sine wave signal based on the sampling signal, and a digital value obtained by sampling the sampling by the sampling circuit. An A / D converter that converts the digital value into a digital value, and obtains the polarity and absolute value of the converted digital value, and converts the digital value into an even-numbered group and an odd-numbered group according to the sampling order in the sampling circuit Means for separating, and a calculation unit that calculates the amplitude and phase of the measured sine wave signal by performing a predetermined calculation based on the even-numbered group and the odd-numbered group. .

この発明に係る振幅・位相検出方法は、
標本化信号で被測定正弦波信号を標本化するステップと、
得られた標本を、標本化された順番に第1標本点、第2標本点、第3標本点、第4標本点とし、第1標本点と第3標本点の組および第2標本点と第4標本点の組について、各組の一方の標本を基準にして他方の極性を反転するステップと、
第1標本点の標本値と第3標本点の標本値を加算して奇数番目の組の平均値を求めるステップと、
第2標本点の標本値と第4標本点の標本値を加算して偶数番目の組の平均値を求めるステップと、
前記奇数番目の組の平均値及び前記偶数番目の組の平均値に基づき予め定められた演算を行うことにより、前記被測定正弦波信号の振幅と位相を算出するステップと、を備え、
前記標本化信号の周期は、前記被測定正弦波信号の1以上の奇数周期について4分の1毎に設定されているとともに、前記被測定正弦波信号と前記標本化信号は互いに位相同期関係が保持されているものである。
The amplitude / phase detection method according to the present invention includes:
Sampling a measured sinusoidal signal with a sampling signal;
The obtained samples are set as the first sample point, the second sample point, the third sample point, and the fourth sample point in the sampled order, and the set of the first sample point and the third sample point and the second sample point For the fourth set of sample points, reversing the other polarity with respect to one sample of each set;
Adding the sample value of the first sample point and the sample value of the third sample point to obtain the average value of the odd-numbered set;
Adding the sample value of the second sample point and the sample value of the fourth sample point to obtain an average value of the even-numbered set;
Calculating the amplitude and phase of the measured sine wave signal by performing a predetermined calculation based on the average value of the odd-numbered group and the average value of the even-numbered group; and
The period of the sampled signal is set every quarter for one or more odd periods of the measured sine wave signal, and the measured sine wave signal and the sampled signal are in phase synchronization with each other. It is what is being held.

<基本原理>
図1は、本発明の実施の形態に係る振幅・位相検出方式(被測定正弦波の4相標本化)の基本原理を説明するための波形図(一例)である。図2は、本発明の実施の形態に係る振幅・位相検出方式の処理フローチャートである。
<Basic principle>
FIG. 1 is a waveform diagram (one example) for explaining the basic principle of an amplitude / phase detection method (four-phase sampling of a sine wave to be measured) according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a process flowchart of the amplitude / phase detection method according to the embodiment of the present invention.

図1は、f(t/T)=A sin(2πt/T+π/6) の波形(この場合はA=1)を示している。横軸は t/T (tは時間、Tは被測定正弦波の周期)で目盛ってある。   FIG. 1 shows a waveform of f (t / T) = A sin (2πt / T + π / 6) (A = 1 in this case). The horizontal axis is t / T (t is time, T is the period of the sine wave to be measured).

この被測定正弦波の周波数のちょうど4倍の繰り返し周波数をもった標本化パルスでこの被測定正弦波を標本化するものとする(図2のS1)。被測定正弦波の周期で正規化した標本化パルスの位相を、図1では(t/T=0、1/4、2/4、3/4、 ・・・) としている。このとき、被測定正弦波に対する標本点は□、△、■、▲ ・・・ の系列で示すようになる。以下、このような標本化を4相標本化と称する。   The measured sine wave is sampled with a sampling pulse having a repetition frequency that is exactly four times the frequency of the measured sine wave (S1 in FIG. 2). In FIG. 1, the phase of the sampling pulse normalized by the period of the sine wave to be measured is (t / T = 0, 1/4, 2/4, 3/4,...) In FIG. At this time, the sample points for the sine wave to be measured are indicated by the series □, Δ, ■, ▲. Hereinafter, such sampling is referred to as four-phase sampling.

図1の場合には、□と■の組および△と▲の組に対する標本点の被測定正弦波の瞬時値(すなわち標本値)は、それぞれ A sin(π/6)、A sin(7π/6) = -A sin(π/6)、・・・および A sin(2π/3) = A cos(π/6)、A sin(5π/3) = -A sin(2π/3) = -A cos(π/6)、・・・ 等となる。□と■の組をsine系列、△と▲の組をcosine系列と呼ぶことにする。   In the case of FIG. 1, the instantaneous values (ie, sample values) of the measured sine waves at the sample points for the □ and ■ and △ and ▲ pairs are A sin (π / 6) and A sin (7π / 6) = -A sin (π / 6), ... and A sin (2π / 3) = A cos (π / 6), A sin (5π / 3) = -A sin (2π / 3) =- A cos (π / 6), etc. A pair of □ and ■ is called a sine series, and a pair of △ and ▲ is called a cosine series.

これら2組の標本の系列は互いに直交した標本系列をなしている。■と▲の標本値の極性を反転させて(図2のS2)、四角および三角の組ごとに標本値をN(N = 2、4、6、・・・)個ずつ加算すると(図2のS3)、 s(N) = AN sin(π/6)およびc(N) = AN cos(π/6)となる。初期位相がπ/6でなく、たとえば7π/6の場合にはs(N)は負値となることは自明である。   These two sets of sample sequences form orthogonal sample sequences. Invert the polarity of the sample values (1) and (2) (S2 in FIG. 2) and add N (N = 2, 4, 6,...) Sample values for each set of squares and triangles (FIG. 2). S3), s (N) = AN sin (π / 6) and c (N) = AN cos (π / 6). Obviously, s (N) is a negative value when the initial phase is not π / 6, for example 7π / 6.

c(N) と s(N) を互いに直交したベクトルの成分として合成すれば一つの合成ベクトルが得られる。すなわち、 c(N) と s(N) に対して、以下の(1)(2)式の演算を施すことにより被測定正弦波の振幅と位相を検出することができる(図2のS4)。   If c (N) and s (N) are combined as vector components orthogonal to each other, one combined vector is obtained. That is, the amplitude and phase of the sine wave to be measured can be detected by performing the following equations (1) and (2) on c (N) and s (N) (S4 in FIG. 2). .

Figure 2009014432
Figure 2009014432

Figure 2009014432
Figure 2009014432

なお、θの演算においてc(N)が0に近い値になった場合(図1の曲線が左に移動して最大値が横軸の0に近づいたとき)には、式(2)に代えて、以下の式(3)の演算を施せばよい。   When c (N) is close to 0 in the calculation of θ (when the curve in FIG. 1 moves to the left and the maximum value approaches 0 on the horizontal axis), Equation (2) Instead, the following equation (3) may be calculated.

Figure 2009014432
Figure 2009014432

このようにして検出したθは、□で示した標本化パルスを基準とした被測定正弦波の位相を与えたことになる。   The θ detected in this way gives the phase of the measured sine wave with reference to the sampling pulse indicated by □.

<基本原理の標本化処理の具体化>
以下の説明においては、いくつかの発振器から送出される信号の波形を正弦波としている。それによって駆動されるいくつかの回路では、取り扱う波形が方形波である場合がある。正弦波形から方形波形へ、またはその逆の波形変換は容易であるから、発振器が方形波形を送出する場合も含めて、以下の説明では個々の構成ブロックにおける波形変換のことについての記述は省略する。
<Specification of sampling process of basic principle>
In the following description, the waveforms of signals transmitted from several oscillators are sine waves. In some circuits driven thereby, the waveform handled may be a square wave. Since waveform conversion from a sine waveform to a square waveform or vice versa is easy, the description of waveform conversion in individual component blocks is omitted in the following description, including the case where the oscillator sends a square waveform. .

図3は、上に述べた基本原理の標本化処理の1実施例を示すブロック図である。
図3において、1は周波数4fiの発振器(以下、4fi発振器と称する)である。fiは、前記基本原理における1/Tに相当する周波数である。4fi発振器1の出力は、標本化回路2と4段リングカウンタ3に送られる。4段リングカウンタは1種の分周器の作用をもつもので、この第1段の出力(図3の符号a)は周波数fiをもつPLL(位相同期ループ)発振器4に送られる。PLL4は4段リングカウンタ3の一つの出力信号(図3の符号a)に位相同期された被測定正弦波を発生する。すなわち、PLL4の出力信号の位相は4段リングカウンタ3の出力信号の位相と一定の関係をもつように調整されることになる。PLL4の出力信号は標本化回路2に加えられる。標本化回路2は、印加された正弦波を整形して発生される標本化パルスを用いてPLL4の出力の被測定正弦波を1周期につき4回標本化する。
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the sampling process based on the basic principle described above.
In FIG. 3, reference numeral 1 denotes an oscillator having a frequency of 4fi (hereinafter referred to as a 4fi oscillator). fi is a frequency corresponding to 1 / T in the basic principle. The output of the 4fi oscillator 1 is sent to the sampling circuit 2 and the four-stage ring counter 3. The 4-stage ring counter functions as a kind of frequency divider, and the output of the first stage (symbol a in FIG. 3) is sent to a PLL (phase-locked loop) oscillator 4 having a frequency fi. The PLL 4 generates a measured sine wave that is phase-synchronized with one output signal of the four-stage ring counter 3 (symbol a in FIG. 3). That is, the phase of the output signal of the PLL 4 is adjusted so as to have a certain relationship with the phase of the output signal of the four-stage ring counter 3. The output signal of the PLL 4 is applied to the sampling circuit 2. The sampling circuit 2 samples the measured sine wave of the output of the PLL 4 four times per period using a sampling pulse generated by shaping the applied sine wave.

標本化回路2によって標本化された出力標本は、図1に□、△、■、▲、・・・で示した標本値の系列となる。標本化回路2の出力標本系列をA-D変換器5に導き、ここでディジタル数値系列に変換する。A-D変換器5の出力のディジタル数値系列は、極性反転部6に送られる。極性反転部6は、図1において■と▲で示した標本値の極性を反転させる。4段リングカウンタ3の第3段(図3の符号c)および第4段(図3の符号d)の出力信号は、極性を反転させるべき標本値に対応したタイミングを有しているので、これらの信号によって極性反転の操作を実行することができる。なお、A-D変換器5の出力ディジタル数値系列の表現が極性ビットと絶対値ビットの系列からなっている場合には、この極性反転の操作は単に極性ビットを反転するだけでよい。この場合、4段リングカウンタ3は単なる1/4分周器でよいことになる。   The output samples sampled by the sampling circuit 2 are a series of sample values indicated by □, Δ, ■, ▲,... In FIG. The output sample series of the sampling circuit 2 is guided to the A-D converter 5 where it is converted into a digital numerical series. The digital numerical sequence output from the A-D converter 5 is sent to the polarity inversion unit 6. The polarity inversion unit 6 inverts the polarity of the sample values indicated by ■ and ▲ in FIG. Since the output signals of the third stage (symbol c in FIG. 3) and the fourth stage (symbol d in FIG. 3) of the 4-stage ring counter 3 have timings corresponding to the sample values whose polarities are to be inverted, The polarity inversion operation can be executed by these signals. If the output digital numerical value sequence of the A-D converter 5 is composed of a polarity bit and an absolute value bit sequence, the polarity inversion operation may be simply inversion of the polarity bit. In this case, the four-stage ring counter 3 may be a simple 1/4 frequency divider.

極性反転部6の出力信号は、選択部7に送られる。選択部7は4段リングカウンタ3の各段からの出力信号の制御により、極性反転部6から到来したディジタル数値系列を□ すなわち sine 系列、△ すなわち cosine 系列の2つの数値系列に分離する。sine 系列の信号と cosine 系列の数値系列は1つのベクトルの互いに直交する成分をなす。分離された数値系列のおのおのについて加算器8および9により、個別に N (N=2、 4、 8、 ・・・) 個ずつ加算し、加算結果を N で割ることにより各系列の平均化された値を得ることができる。   The output signal of the polarity inversion unit 6 is sent to the selection unit 7. The selection unit 7 controls the output signal from each stage of the four-stage ring counter 3 to separate the digital numeric series coming from the polarity inversion unit 6 into two numeric series of □, sine series, and Δ, cosine series. The sine sequence signal and the cosine sequence numeric sequence are mutually orthogonal components of one vector. Each of the separated numerical series is added by N (N = 2, 4, 8,...) Individually by adders 8 and 9, and each result is averaged by dividing the addition result by N. Value can be obtained.

加算と除算の処理は次のようにして簡易に実行することができる。各系列の信号が2進 kビットの整数値で表現されている場合には、たとえば N=2n (nは正整数)のように選び、単純に加算結果の上位kビットを選択すればよい。この平均化処理は標本化とA-D変換の過程で生じる雑音による誤差を軽減するためのもので、不必要であれば省略することができる。   The addition and division processes can be easily executed as follows. When each series of signals is expressed by an integer value of binary k bits, for example, N = 2n (n is a positive integer) is selected, and the upper k bits of the addition result may be simply selected. This averaging process is for reducing errors caused by noise in the process of sampling and A-D conversion, and can be omitted if unnecessary.

加算器8および9による加算結果を演算部10に送ることにより、式(1)および(2)(又は(3))に示した演算を行うことができる。   By sending the addition results by the adders 8 and 9 to the calculation unit 10, the calculation shown in the equations (1) and (2) (or (3)) can be performed.

なお、図3中の1点鎖線で示した回路(正弦波の振幅・位相検出装置の本体)11は、後述の実施例でも使用される。   Note that the circuit 11 (the main body of the sine wave amplitude / phase detection device) 11 indicated by the one-dot chain line in FIG. 3 is also used in the embodiments described later.

図4は、図3の回路のタイミングチャート(一例)である。
図4のグラフは、上から順番に、PLL発振器4の出力信号fi、発振器1の出力信号4fi、標本化回路2の標本化信号(パルス)、4段リングカウンタ3のa,b,c,d出力を示す。
FIG. 4 is a timing chart (an example) of the circuit of FIG.
The graph of FIG. 4 shows, in order from the top, the output signal fi of the PLL oscillator 4, the output signal 4fi of the oscillator 1, the sampling signal (pulse) of the sampling circuit 2, and a, b, c, d shows output.

出力信号4fiは、出力信号fiの4倍の周波数の信号である。これら2つの信号の間では位相同期関係が保持されている(図3の例では、4段リングカウンタ3の出力aがPLL発振器4に入力されている)。なお、図4において、出力信号4fiと出力信号fiが原点で同時に0となっているが、これは一例である。本発明は、両者が同時に0とならないケースも含む。   The output signal 4fi is a signal having a frequency four times that of the output signal fi. A phase synchronization relationship is maintained between these two signals (in the example of FIG. 3, the output a of the four-stage ring counter 3 is input to the PLL oscillator 4). In FIG. 4, the output signal 4fi and the output signal fi are simultaneously 0 at the origin, but this is an example. The present invention also includes a case in which both are not 0 at the same time.

図4の例では、標本化回路2は、標本化信号の立ち上がりで出力信号fiをサンプリングする。なお、発振器1の出力信号4fi(正弦波)が標本化信号(パルス信号)に変換されているが、前述のように、正弦波形から方形波形へ、またはその逆の波形変換は容易であるから、波形変換のことについての記述は省略する。   In the example of FIG. 4, the sampling circuit 2 samples the output signal fi at the rising edge of the sampling signal. Although the output signal 4fi (sine wave) of the oscillator 1 is converted into a sampling signal (pulse signal), as described above, it is easy to convert the waveform from a sine waveform to a square waveform or vice versa. Description of waveform conversion is omitted.

4段リングカウンタ3の出力aは、最初の標本化である□を識別するための信号である。同様に、出力b、c、dは△、■、▲を識別するための信号である。   The output a of the four-stage ring counter 3 is a signal for identifying □ which is the first sampling. Similarly, outputs b, c, and d are signals for identifying Δ, ■, and ▲.

4段リングカウンタ3の出力aにより、そのときA−D変換器5から出力されているディジタル信号は□であること、すなわちsine系列のデータであることを識別することができる。   Based on the output a of the four-stage ring counter 3, it can be identified that the digital signal output from the AD converter 5 is □, that is, sine series data.

4段リングカウンタ3の出力bにより、そのときA−D変換器5から出力されているディジタル信号は△であること、すなわちcosine系列のデータであることを識別することができる。   From the output b of the four-stage ring counter 3, it is possible to identify that the digital signal output from the AD converter 5 is Δ, that is, cosine series data.

4段リングカウンタ3の出力cにより、そのときA−D変換器5から出力されているディジタル信号は■であること、すなわちsine系列のデータであり,その極性を反転させるべきことを識別することができる。   Based on the output c of the four-stage ring counter 3, the digital signal output from the AD converter 5 at this time is ■, that is, it is sine series data and its polarity should be reversed. Can do.

4段リングカウンタ3の出力dにより、そのときA−D変換器5から出力されているディジタル信号は▲あること、すなわちcosine系列のデータであり、その極性を反転させるべきことを識別することができる。   Based on the output d of the four-stage ring counter 3, it is possible to identify that the digital signal output from the A / D converter 5 at that time is す な わ ち, that is, the cosine series data and the polarity should be inverted. it can.

なお、極性反転部6から演算部10までの部分の処理は、ハードウエアで実行することもできるし、それらの一部分あるいは全部をソフトウエア処理により実行することもできる。また、極性反転部6と選択部7の順序は交換してもかまわない。   In addition, the process of the part from the polarity inversion part 6 to the calculating part 10 can also be performed by hardware, and those one part or all can also be performed by a software process. Further, the order of the polarity inversion unit 6 and the selection unit 7 may be exchanged.

4段リングカウンタ3の出力とPLL発振器4とを互いに位相同期させる方法には、図3のような構成の他に、図5に示す構成もある。   The method for synchronizing the output of the four-stage ring counter 3 and the PLL oscillator 4 with each other includes the configuration shown in FIG. 5 in addition to the configuration shown in FIG.

図5において、12は位相比較器(Phase Comparator PC)である。図5では、図3におけるPLL発振器4は自走発振器4に変更され、4fi発振器1をVCO(電圧制御発振器)とする。   In FIG. 5, 12 is a phase comparator (Phase Comparator PC). In FIG. 5, the PLL oscillator 4 in FIG. 3 is changed to a free-running oscillator 4, and the 4fi oscillator 1 is a VCO (voltage controlled oscillator).

図3では、4段リングカウンタ3の出力信号がPLL発振器4に入力されることで、PLL発振器4は4段リングカウンタ3の出力信号の位相と一定の関係をもつように制御されている。   In FIG. 3, the output signal of the four-stage ring counter 3 is input to the PLL oscillator 4, so that the PLL oscillator 4 is controlled to have a certain relationship with the phase of the output signal of the four-stage ring counter 3.

これに対し、図5では、位相比較器12は周波数fiの信号で動作し、位相比較器12の出力によって4fi発振器1を制御することで、周波数fiと位相同期が成立するようにしている。すなわち、4fi発振器1、4段リングカウンタ3、位相比較器12からなるループ回路は、ループ回路内で動作周波数は部分的に異なるが、一つのPLLを構成している。   On the other hand, in FIG. 5, the phase comparator 12 operates with the signal of the frequency fi, and the 4fi oscillator 1 is controlled by the output of the phase comparator 12 so that the phase synchronization with the frequency fi is established. That is, the loop circuit composed of the 4fi oscillator 1, the four-stage ring counter 3, and the phase comparator 12 constitutes one PLL although the operating frequency is partially different in the loop circuit.

なお、以下に記述する種々の実施例では、簡単のために、図5に示した構成を採用した回路を示すが、図3の形式の構成も採用できることは明らかである。   In the various embodiments described below, for the sake of simplicity, a circuit employing the configuration shown in FIG. 5 is shown. However, it is obvious that the configuration of the format shown in FIG. 3 can also be used.

以下の説明においてはさらなる変形を施して、実用に供する場合の動作特性の向上を図るための実施例について述べる。   In the following description, an embodiment for further modifying the operational characteristics for practical use will be described.

第1の変形は標本化周波数の低減である。被測定正弦波信号を4相標本化するにあたって、これまでの説明では標本化周波数を4fiとしていた。周波数fiが比較的小さい場合には4fiで標本化することは必ずしも実用上重大な障害にはならない。しかしながら、大きいfiの場合においても無理なく標本化およびA-D変換の動作を実行できるようにするために低い標本化周波数を選択したい場合がある。信号をそれより低い周波数で標本化するという低減標本化技術はすでにサンプリングオシロスコープで実施されている。   The first variation is a reduction in sampling frequency. When sampling the measured sine wave signal in four phases, the sampling frequency has been set to 4 fi in the above description. If the frequency fi is relatively small, sampling at 4 fi is not necessarily a serious obstacle to practical use. However, there are cases where it is desired to select a low sampling frequency so that sampling and A-D conversion operations can be performed without difficulty even in the case of large fi. The reduced sampling technique of sampling a signal at a lower frequency has already been implemented on a sampling oscilloscope.

しかしながら、本発明の原理を適用するためには実質的に4相標本化が行われるように標本化周波数を設定しなければならない。これは図6に示す回路により実行することができる。図6は、図5に示した回路構成の一部を変更する実施例を示すものである。   However, in order to apply the principle of the present invention, the sampling frequency must be set so that substantially four-phase sampling is performed. This can be performed by the circuit shown in FIG. FIG. 6 shows an embodiment in which a part of the circuit configuration shown in FIG. 5 is changed.

図6では、4fi発振器1と標本化回路2との間に、新たに1/N分周器20を挿入する。この場合、Nは適宜の奇数とする(標本化の周期は、周波数fiの被測定正弦波の1以上の奇数周期について4分の1毎に設定されている)。このように設定すると、周波数4fiの正弦波の4N周期につき4回の標本化が行われることになるので、周波数fiの被測定正弦波の周期に換算すると、そのN周期の期間に4点の標本化が行われることになる。   In FIG. 6, a 1 / N frequency divider 20 is newly inserted between the 4fi oscillator 1 and the sampling circuit 2. In this case, N is an appropriate odd number (the sampling period is set every quarter for one or more odd periods of the sine wave to be measured having the frequency fi). With this setting, sampling is performed four times for each 4N period of a sine wave with a frequency of 4 fi. Therefore, when converted to the period of a sine wave to be measured with a frequency fi, four points are obtained during the period of the N period. Sampling will be performed.

たとえばN=11とした場合、標本点の間隔は周波数fiの正弦波のN/4 = 2.75 周期ごととなる。この標本化過程をさらに詳しく説明する。N=3,7,11,15・・・の場合には△と▲の順序が図1の場合とは反対になり、系列の順序は□、▲、■、△、・・・となる。N=5,9,13・・・の場合には図1の場合と同じになる。したがって,N=3,7,11,15・・・の場合には、極性反転の接続を以下のようにすればよい。すなわち、図3、図5、図6および後出の図7における4段リングカウンタ3のd端子からの出力をb端子からの出力に変更する。この結果、系列の極性反転の位相は変わるが、実質的に4相標本化が実現していることに変わりはない。   For example, when N = 11, the sampling point interval is every N / 4 = 2.75 periods of a sine wave of frequency fi. This sampling process will be described in more detail. In the case of N = 3, 7, 11, 15..., The order of Δ and ▲ is opposite to that in FIG. 1, and the sequence order is □, ▲, ■, Δ,. In the case of N = 5, 9, 13,..., The same as in FIG. Therefore, in the case of N = 3, 7, 11, 15,..., The polarity inversion connection may be made as follows. That is, the output from the d terminal of the four-stage ring counter 3 in FIGS. 3, 5, 6 and 7 described later is changed to the output from the b terminal. As a result, the phase of the polarity inversion of the series changes, but the fact that the four-phase sampling is substantially realized is not changed.

第2の変形はダイナミックレンジのさらなる拡大の方策である。
被測定信号のS/N比はフィルタによって実用上問題とならない程度に改善することは容易であるが、A-D変換器の量子化ビット数を限りなく大きくすることはできない。量子化雑音の限界以上のダイナミックレンジを必要とする場合における変形の方法を図7に示す。図7は、図3に示した回路構成の一部を変更する実施例を示すものである。
The second modification is a measure for further expanding the dynamic range.
Although it is easy to improve the S / N ratio of the signal under measurement to such an extent that it does not cause a practical problem by the filter, the number of quantization bits of the AD converter cannot be increased as much as possible. FIG. 7 shows a modification method in the case where a dynamic range exceeding the limit of quantization noise is required. FIG. 7 shows an embodiment in which a part of the circuit configuration shown in FIG. 3 is changed.

図7において、PLL発振器4から標本化回路2に接続する回路を2分して、一方を振幅制限増幅器21に接続し、他方を対数増幅器22に接続する。   In FIG. 7, the circuit connected from the PLL oscillator 4 to the sampling circuit 2 is divided into two, one connected to the amplitude limiting amplifier 21 and the other connected to the logarithmic amplifier 22.

振幅制限増幅器21は小振幅の入力信号対しても十分の増幅度を有し、大振幅の入力信号の場合と等しい大振幅の定振幅出力信号を送出する。したがって、標本化回路2には常に大振幅の信号が印加されることになる。したがって、A-D変換器5を常に許容最大振幅の範囲で動作させることが可能となり、量子化雑音による劣化を無視しうるようになる。   The amplitude limiting amplifier 21 has sufficient amplification even for a small amplitude input signal, and sends out a constant amplitude output signal having a large amplitude equal to that of a large amplitude input signal. Therefore, a signal with a large amplitude is always applied to the sampling circuit 2. Therefore, the A-D converter 5 can always be operated within the allowable maximum amplitude range, and deterioration due to quantization noise can be ignored.

振幅制限増幅器21を経た信号は一定振幅となるので、振幅情報は失われてしまう。このためA-D変換器5に続く処理は位相情報の検出のみに使われることになる。検出された位相情報は演算部10から出力される。   Since the signal passing through the amplitude limiting amplifier 21 has a constant amplitude, the amplitude information is lost. For this reason, the processing following the A-D converter 5 is used only for detecting phase information. The detected phase information is output from the calculation unit 10.

失われた振幅情報の検出には、対数増幅器22とそれに続くA-D変換器23が用いられる。対数増幅器22は振幅抑圧増幅器の代表例であって、入力信号の振幅の広いダイナミックレンジに対してほぼ入力信号の対数に比例した直流出力信号を送出する。この出力信号をA-D変換器23によりA-D変換することにより、対数増幅器22の入力信号の振幅情報をディジタル信号として取り出すことが可能となり、これを振幅の結果出力として送出することができる。   To detect the lost amplitude information, a logarithmic amplifier 22 and an A / D converter 23 following the logarithmic amplifier 22 are used. The logarithmic amplifier 22 is a typical example of an amplitude suppression amplifier, and sends out a DC output signal that is substantially proportional to the logarithm of the input signal with respect to a wide dynamic range of the amplitude of the input signal. This output signal is A / D converted by the A / D converter 23, whereby the amplitude information of the input signal of the logarithmic amplifier 22 can be taken out as a digital signal, and can be sent out as an amplitude output.

上記2つの結果出力を組み合わせることにより、図3の回路による結果出力と等価な情報をうることができる。図7の回路によれば、A-D変換器5の量子化雑音の影響から逃れられるので、位相情報のS/N比を改善することができる。   By combining the two result outputs, information equivalent to the result output by the circuit of FIG. 3 can be obtained. According to the circuit of FIG. 7, since the influence of the quantization noise of the A-D converter 5 is avoided, the S / N ratio of the phase information can be improved.

さらに、対数増幅器22の系統に、適切な帯域制限フィルタや図3における加算回路8、9と同様な加算回路を導入することにより、振幅情報のS/N比を図3の構成に比して大幅に改善することもできる。   Further, by introducing an appropriate band limiting filter and an adder circuit similar to the adder circuits 8 and 9 in FIG. 3 into the system of the logarithmic amplifier 22, the S / N ratio of the amplitude information is compared with the configuration of FIG. It can also be greatly improved.

図7の回路によれば、図3の場合に比して、振幅と位相検出の両方について、処理可能な信号のダイナミックレンジを大幅に拡大することが可能となる。   According to the circuit of FIG. 7, it is possible to greatly expand the dynamic range of a signal that can be processed for both amplitude and phase detection as compared with the case of FIG. 3.

<測定器としての振幅・位相検出>
前記の基本原理は、単にある正弦波について、その振幅の検出と標本化パルスのタイミングとの相対位相の検出を、4相標本化により実行する原理を示したものである。実際の応用においては、基準となる被測定正弦波と、それがある被測定回路あるいはシステムにより変形を受けた後の被測定正弦波との振幅比と位相差を検出することが求められる。前記の基本原理をこの目的のために適用する方法の実施例を以下に述べる。
<Amplitude / phase detection as a measuring instrument>
The above basic principle simply shows the principle of executing the detection of the relative phase between the amplitude detection and the sampling pulse timing for a certain sine wave by the four-phase sampling. In actual application, it is required to detect an amplitude ratio and a phase difference between a sine wave to be measured as a reference and a sine wave to be measured after being deformed by a certain circuit or system. An example of how the above basic principles are applied for this purpose is described below.

図8は、前記の原理を用いてDUT(被測定デバイス)13の伝送特性を測定する1実施例である。DUT13はたとえばフィルタなどの電気回路である。図8では、図3中で方形の点線で囲った部分の回路11を、2つ使用する(11−1、11−2)。これら2つの回路11−1、11−2の動作原理は、図3の場合と全く同じものである。   FIG. 8 shows an embodiment for measuring the transmission characteristics of a DUT (device under test) 13 using the above principle. The DUT 13 is an electric circuit such as a filter. In FIG. 8, two circuits 11 surrounded by a rectangular dotted line in FIG. 3 are used (11-1, 11-2). The operation principle of these two circuits 11-1 and 11-2 is exactly the same as that in the case of FIG.

図3で説明したことからわかるように、回路11−1の結果出力はDUT13の入力信号の振幅と(標本化時点を基準とした)位相を与え、回路11−2の結果出力はDUT13の出力信号の振幅と位相を与える。したがって、上記2つの結果出力を比較処理部14で処理することにより、DUT13を信号が通過するときに受ける振幅の変化と位相の推移を検出することができる。この比較処理は、通常はソフトウエアの助けによりディジタル演算処理によって実行されるが、ハードウエアで実行することも可能である。   As can be seen from FIG. 3, the result output of the circuit 11-1 gives the amplitude of the input signal of the DUT 13 and the phase (based on the sampling time), and the result output of the circuit 11-2 is the output of the DUT 13. Give the amplitude and phase of the signal. Therefore, by processing the two result outputs by the comparison processing unit 14, it is possible to detect a change in amplitude and a phase transition that are received when a signal passes through the DUT 13. This comparison processing is usually executed by digital arithmetic processing with the aid of software, but can also be executed by hardware.

これまでの説明では発振器4は固定周波数fiとしてきたが、これを掃引発振器に置き換えてfiを可変とすれば、広帯域にわたってDUTの特性を測定することができる。   In the description so far, the oscillator 4 has been set to the fixed frequency fi. However, if this is replaced with a sweep oscillator and the fi is variable, the characteristics of the DUT can be measured over a wide band.

図8では、位相比較器12が回路11−1からの信号で動作するようになっているが、回路11−2からの信号で動作するように構成してもよい(図9、図10においても同様)。
また、図8では、回路11−1と11−2の2つを分けて配置しているが、ひとつの回路11−1の機能を時分割的に他の回路11−2にも共用することも可能である。
In FIG. 8, the phase comparator 12 operates with the signal from the circuit 11-1, but may be configured to operate with the signal from the circuit 11-2 (in FIGS. 9 and 10). The same).
In FIG. 8, the circuits 11-1 and 11-2 are separately arranged, but the function of one circuit 11-1 is shared in time division with other circuits 11-2. Is also possible.

なお、図8ではDUT13の伝送特性を測定する例を示しているが、反射特性を測定する場合には、DUT13の入力側に方向性結合器を設置することで入力信号と反射信号に分離して、分離された2組の信号をそれぞれ回路11−1と11−2に入力すればよい。その回路例を図9に示す。   Although FIG. 8 shows an example of measuring the transmission characteristics of the DUT 13, when measuring the reflection characteristics, a directional coupler is installed on the input side of the DUT 13 to separate the input signal and the reflected signal. Thus, the two separated signals may be input to the circuits 11-1 and 11-2, respectively. An example of the circuit is shown in FIG.

図8に示した構成は、比較的低い周波数帯の測定に適したものである。高い周波数帯、たとえばマイクロ波帯やミリ波帯を対象とする場合、あるいは低い周波数帯においても測定系の雑音帯域幅を小さくしたい場合には、狭帯域の中間周波数帯に周波数変換を行って振幅・位相の測定を行うことが望ましい。この場合の構成の1実施例を図10に示す。   The configuration shown in FIG. 8 is suitable for measurement in a relatively low frequency band. When targeting the high frequency band, for example, the microwave band or the millimeter wave band, or reducing the noise bandwidth of the measurement system even in the low frequency band, the frequency is converted to the narrow intermediate frequency band and the amplitude is・ It is desirable to measure the phase. An example of the configuration in this case is shown in FIG.

図10において、4は周波数fiを発生させる自走発振器である。上記説明では自走発振器4は掃引発振器とする可能性を記述したが、図10の構成では自走発振器4の周波数は一定値fiとする。この周波数は後述のように中間周波数となる。   In FIG. 10, 4 is a free-running oscillator that generates a frequency fi. In the above description, the possibility that the free-running oscillator 4 is a sweep oscillator has been described. However, in the configuration of FIG. 10, the frequency of the free-running oscillator 4 is a constant value fi. This frequency becomes an intermediate frequency as will be described later.

16は、DUT13の測定対象となる周波数fsを発生させる発振器である。fsは固定周波数の発振器の場合もありうるが、一般的には掃引発振器による可変周波数である。以後16を掃引発振器と称することにする。これは、上記説明で述べた自走発振器4の機能を掃引発振器とすることの代わりに、この機能を掃引発振器16にもたせるためである。   Reference numeral 16 denotes an oscillator that generates a frequency fs to be measured by the DUT 13. Although fs may be a fixed frequency oscillator, it is generally a variable frequency by a sweep oscillator. Hereinafter, 16 will be referred to as a sweep oscillator. This is because the function of the free-running oscillator 4 described in the above description is given to the sweep oscillator 16 instead of the sweep oscillator.

17は周波数変移PLLで、掃引発振器16の出力信号(周波数はfs)と自走発振器4の出力信号(周波数はfi)を混合して、周波数fs+fiまたはfs-fiのいずれかを発生させるPLLである。どちらの周波数を用いても本発明の方式の動作原理は変わらないので、以下の説明では周波数変移PLL17の動作は周波数fs+fiを発生させるものとする。   A frequency shift PLL 17 mixes the output signal of the sweep oscillator 16 (frequency is fs) and the output signal of the free-running oscillator 4 (frequency is fi) to generate either frequency fs + fi or fs-fi. PLL. Since the operating principle of the method of the present invention does not change regardless of which frequency is used, the operation of the frequency shift PLL 17 is assumed to generate the frequency fs + fi in the following description.

18−1および18−2は周波数変換器であって、それぞれ、周波数fs+fiの信号を局部発振器とし、これと周波数fsの入力信号を加えて差周波数fiの成分を取り出す機能をもつものである。このことから容易にわかるように、周波数変換器18−1および18−2の出力信号の周波数は、掃引発振器16の周波数がどのように変化しても常に一定周波数fiとなる。   Reference numerals 18-1 and 18-2 denote frequency converters each having a function of taking a signal of frequency fs + fi as a local oscillator and adding an input signal of frequency fs and a component of difference frequency fi. is there. As can be easily understood from this, the frequency of the output signals of the frequency converters 18-1 and 18-2 is always a constant frequency fi, no matter how the frequency of the sweep oscillator 16 changes.

19−1および19−2は、中間周波帯の帯域通過フィルタおよび増幅器からなる回路である。以後、これらをIF-1およびIF-2と略記する。IF-1およびIF-2の機能により、これらの回路の入力信号レベルが非常に小さい場合においても良好なS/N比を持つ信号を出力することができる。   Reference numerals 19-1 and 19-2 denote circuits composed of bandpass filters and amplifiers in the intermediate frequency band. Hereinafter, these are abbreviated as IF-1 and IF-2. With the functions of IF-1 and IF-2, signals having a good S / N ratio can be output even when the input signal level of these circuits is very small.

もし、DUT13に代えて、各種パラメータが既知である標準器(例えば、損失・移相がゼロであるもの)を使用できるのであれば、回路11はひとつだけで済む。この場合の構成の1実施例を図11に示す。   If a standard device with various parameters known (for example, one with zero loss / phase shift) can be used in place of the DUT 13, only one circuit 11 is required. One embodiment of the configuration in this case is shown in FIG.

図11において、DUT13に関して振幅・位相を測定し、その結果を比較処理部14で記憶しておく。次に、DUT13に代えて標準器を接続して振幅・位相を測定する。その結果を、比較処理部14で記憶していた結果と比較することで、図8の場合と同等の結果を得ることができる。順序を逆にして、最初に標準器の接続するようにしてもよい。   In FIG. 11, the amplitude / phase of the DUT 13 is measured, and the result is stored in the comparison processing unit 14. Next, a standard device is connected instead of the DUT 13 to measure the amplitude and phase. By comparing the result with the result stored in the comparison processing unit 14, a result equivalent to the case of FIG. 8 can be obtained. The order may be reversed and the standard device may be connected first.

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say.

本発明の実施の形態に係る振幅・位相検出方式の基本原理を説明するための正弦波の4相標本化を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows four-phase sampling of the sine wave for demonstrating the basic principle of the amplitude and phase detection system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る振幅・位相検出方式の処理フローチャートである。It is a processing flowchart of the amplitude / phase detection method according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る振幅・位相検出方式を実現するための回路構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the circuit structure for implement | achieving the amplitude and phase detection system which concerns on embodiment of this invention. 図3の回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。4 is a timing chart for explaining the operation of the circuit of FIG. 3. 本発明の実施の形態に係る振幅・位相検出方式を実現するための回路構成の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of the circuit structure for implement | achieving the amplitude and phase detection system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る振幅・位相検出方式を実現するための回路構成の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of the circuit structure for implement | achieving the amplitude and phase detection system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る振幅・位相検出方式を実現するための回路構成の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of the circuit structure for implement | achieving the amplitude and phase detection system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る振幅・位相検出方式を用いた振幅・位相検出システムの回路構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the circuit structure of the amplitude and phase detection system using the amplitude and phase detection system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る振幅・位相検出方式を用いた振幅・位相検出システムの回路構成の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of the circuit structure of the amplitude and phase detection system using the amplitude and phase detection system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る振幅・位相検出方式を用いた振幅・位相検出システムの回路構成の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of the circuit structure of the amplitude and phase detection system using the amplitude and phase detection system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る振幅・位相検出方式を用いた振幅・位相検出システムの回路構成の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of the circuit structure of the amplitude and phase detection system using the amplitude and phase detection system which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 4fi発振器
2 標本化回路
3 4段リングカウンタ
4 fi発振器
5 A−D変換器
6 極性反転部
7 選択部
8,9 加算器
10 演算部
11 回路(正弦波の振幅・位相検出装置の本体)
12 位相比較器(Phase Comparator PC)
13 DUT(被測定デバイス)
14 比較処理部
15 方向性結合器
16 fs発振器(掃引発振器)
17 周波数変移部(周波数変移PLL)
18 周波数変換器
19 中間周波帯の帯域通過フィルタおよび増幅器からなる回路(IF)
20 1/N分周器
21 振幅制限増幅器
22 対数増幅器
23 A−D変換器
□ sine系列の標本点(第1標本点):標本系列の奇数番目の組
△ cosine系列の標本点(第2標本点):標本系列の偶数番目の組
■ sine系列の標本点(第3標本点):標本系列の奇数番目の組
▲ cosine系列の標本点(第4標本点):標本系列の偶数番目の組
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 4fi oscillator 2 Sampling circuit 3 4 step | paragraph ring counter 4 fi oscillator 5 AD converter 6 Polarity inversion part 7 Selection part 8,9 Adder 10 Calculation part 11 Circuit (the main body of the amplitude / phase detection apparatus of a sine wave)
12 Phase Comparator PC
13 DUT (device under test)
14 Comparison processing unit 15 Directional coupler 16 fs oscillator (sweep oscillator)
17 Frequency shift block (Frequency shift PLL)
18 Frequency converter 19 A circuit (IF) comprising an intermediate frequency band pass filter and an amplifier
20 1 / N Frequency Divider 21 Amplitude Limiting Amplifier 22 Logarithmic Amplifier 23 AD Converter □ Sine Sequence Sampling Point (First Sampling Point): Odd-numbered Sampling Sequence △ cosine Sequence Sampling Point (Second Sampling) Point): Even numbered group of sample series ■ Sample point of sine series (third sample point): Odd numbered group of sample series ▲ Sample point of cosine series (fourth sample point): Even numbered group of sample series

Claims (7)

被測定正弦波信号と位相同期関係を保持する信号を標本化信号として前記被測定正弦波信号を標本化する標本化回路と、
前記標本化回路による標本をディジタル値に変換するA−D変換器と、
変換された前記ディジタル値の極性と絶対値を取得するとともに、前記標本化回路における標本化の順番に従って前記ディジタル値を偶数番目の組と奇数番目の組に分離する手段と、
前記偶数番目の組と前記奇数番目の組に基づき予め定められた演算を行うことにより、前記被測定正弦波信号の振幅と位相を算出する演算部とを備え、
前記標本化回路の標本化の周期は、前記被測定正弦波信号の1以上の奇数周期について4分の1毎に設定されていることを特徴とする正弦波の振幅・位相検出装置。
A sampling circuit that samples the measured sine wave signal as a sampling signal with a signal having a phase synchronization relationship with the measured sine wave signal;
An A / D converter for converting a sample by the sampling circuit into a digital value;
Means for obtaining the polarity and absolute value of the converted digital value, and separating the digital value into an even-numbered group and an odd-numbered group according to the order of sampling in the sampling circuit;
A calculation unit that calculates the amplitude and phase of the measured sine wave signal by performing a predetermined calculation based on the even-numbered group and the odd-numbered group;
The sampling period of the sampling circuit is set for every quarter of one or more odd periods of the sine wave signal to be measured.
前記演算部による演算に先立って、前記偶数番目の組と前記奇数番目の組のそれぞれについて、複数の標本値を加算する加算器を備えることを特徴とする請求項1記載の正弦波の振幅・位相検出装置。   2. The sine wave amplitude according to claim 1, further comprising: an adder that adds a plurality of sample values for each of the even-numbered group and the odd-numbered group prior to the calculation by the calculation unit. Phase detector. 前記被測定正弦波信号を定振幅化して前記標本化回路に入力する振幅制限増幅器と、前記被測定正弦波信号の振幅を抑圧する振幅抑圧増幅器とを備え、前記振幅抑圧増幅器の出力に基づき前記被測定正弦波信号の振幅が算出されることを特徴とする請求項1記載の正弦波の振幅・位相検出装置。   An amplitude limiting amplifier that converts the measured sine wave signal into a constant amplitude and inputs the amplitude to the sampling circuit; and an amplitude suppression amplifier that suppresses the amplitude of the measured sine wave signal, and based on the output of the amplitude suppression amplifier, 2. The sine wave amplitude / phase detection device according to claim 1, wherein the amplitude of the sine wave signal to be measured is calculated. 少なくとも2ポートをもつ被測定デバイスに入出力される信号についてポートごとに振幅・位相を検出する第1振幅・位相検出装置及び第2振幅・位相検出装置と、
前記第1振幅・位相検出装置による検出結果と第2振幅・位相検出装置による検出結果を比較する比較処理部と、
標本化信号を発生する第1発振器と、
被測定正弦波信号を発生する第2発振器と、を備え、
前記被測定正弦波信号と前記標本化信号の間では位相同期関係が保持され、
前記標本化信号の周期は、前記被測定正弦波信号の1以上の奇数周期について4分の1毎に設定され、
前記第1振幅・位相検出装置及び第2振幅・位相検出装置は、それぞれ、前記標本化信号に基づき前記被測定正弦波信号を標本化する標本化回路と、前記標本化回路による標本をディジタル値に変換するA−D変換器と、変換された前記ディジタル値の極性と絶対値を取得するとともに、前記標本化回路における標本化の順番に従って前記ディジタル値を偶数番目の組と奇数番目の組に分離する手段と、前記偶数番目の組と前記奇数番目の組に基づき予め定められた演算を行うことにより、前記被測定正弦波信号の振幅と位相を算出する演算部と、を備えることを特徴とする計測システム。
A first amplitude / phase detection device and a second amplitude / phase detection device for detecting amplitude / phase for each port of a signal input / output to / from a device under measurement having at least two ports;
A comparison processing unit for comparing the detection result by the first amplitude / phase detection device and the detection result by the second amplitude / phase detection device;
A first oscillator for generating a sampling signal;
A second oscillator for generating a measured sinusoidal signal,
A phase synchronization relationship is maintained between the measured sine wave signal and the sampled signal,
The period of the sampling signal is set every quarter for one or more odd periods of the sine wave signal to be measured,
Each of the first amplitude / phase detection device and the second amplitude / phase detection device includes a sampling circuit that samples the measured sine wave signal based on the sampling signal, and a digital value obtained by sampling the sampling by the sampling circuit. An A / D converter that converts the digital value into a digital value, and obtains the polarity and absolute value of the converted digital value, and converts the digital value into an even-numbered group and an odd-numbered group according to the sampling order in the sampling circuit A means for separating, and a calculation unit that calculates an amplitude and a phase of the measured sine wave signal by performing a predetermined calculation based on the even-numbered group and the odd-numbered group. Measuring system.
中間周波数発振器と、
前記被測定正弦波の周波数と前記中間周波数発振器の中間周波数の和または差の周波数の信号を発生させる周波数変移部と、
少なくとも2ポートをもつ前記被測定デバイスに入出力される信号を前記周波数変移部の出力信号と混合することにより、それぞれ、中間周波信号に変換する第1周波数変換器及び第2周波数変換器と、を備え、
前記第1振幅・位相検出装置及び第2振幅・位相検出装置は、それぞれ、前記第1周波数変換器及び第2周波数変換器の出力に基づき振幅・位相を検出する、ことを特徴とする請求項4記載の計測システム。
An intermediate frequency oscillator;
A frequency shifter for generating a signal having a frequency of the sum or difference of the frequency of the sine wave to be measured and the intermediate frequency of the intermediate frequency oscillator;
A first frequency converter and a second frequency converter, which respectively convert the signal input to and output from the device under measurement having at least two ports into an intermediate frequency signal by mixing with the output signal of the frequency shift unit; With
The first amplitude / phase detection device and the second amplitude / phase detection device detect amplitude / phase based on outputs of the first frequency converter and the second frequency converter, respectively. 4. The measurement system according to 4.
被測定デバイスの少なくとも1つのポートに接続された方向性結合器と、
前記方向性結合器から出力される信号についてそれぞれ振幅・位相を検出する第1振幅・位相検出装置及び第2振幅・位相検出装置と、
前記第1振幅・位相検出装置による検出結果と第2振幅・位相検出装置による検出結果を比較する比較処理部と、
標本化信号を発生する第1発振器と、
被測定正弦波信号を発生する第2発振器と、を備え、
前記被測定正弦波信号と前記標本化信号の間では位相同期関係が保持され、
前記標本化信号の周期は、前記被測定正弦波信号の1以上の奇数周期について4分の1毎に設定され、
前記被測定正弦波信号は、前記方向性結合器を経由して前記被測定デバイスに入力され、
前記第1振幅・位相検出装置及び第2振幅・位相検出装置は、それぞれ、前記標本化信号に基づき前記被測定正弦波信号を標本化する標本化回路と、前記標本化回路による標本をディジタル値に変換するA−D変換器と、変換された前記ディジタル値の極性と絶対値を取得するとともに、前記標本化回路における標本化の順番に従って前記ディジタル値を偶数番目の組と奇数番目の組に分離する手段と、前記偶数番目の組と前記奇数番目の組に基づき予め定められた演算を行うことにより、前記被測定正弦波信号の振幅と位相を算出する演算部と、を備えることを特徴とする計測システム。
A directional coupler connected to at least one port of the device under test;
A first amplitude / phase detection device and a second amplitude / phase detection device for detecting the amplitude / phase of the signal output from the directional coupler,
A comparison processing unit for comparing the detection result by the first amplitude / phase detection device and the detection result by the second amplitude / phase detection device;
A first oscillator for generating a sampling signal;
A second oscillator for generating a measured sinusoidal signal,
A phase synchronization relationship is maintained between the measured sine wave signal and the sampled signal,
The period of the sampling signal is set every quarter for one or more odd periods of the sine wave signal to be measured,
The measured sine wave signal is input to the measured device via the directional coupler,
Each of the first amplitude / phase detection device and the second amplitude / phase detection device includes a sampling circuit that samples the measured sine wave signal based on the sampling signal, and a digital value obtained by sampling the sampling by the sampling circuit. An A / D converter that converts the digital value into a digital value, and obtains the polarity and absolute value of the converted digital value, and converts the digital value into an even-numbered group and an odd-numbered group according to the sampling order in the sampling circuit A means for separating, and a calculation unit that calculates an amplitude and a phase of the measured sine wave signal by performing a predetermined calculation based on the even-numbered group and the odd-numbered group. Measuring system.
標本化信号で被測定正弦波信号を標本化するステップと、
得られた標本を、標本化された順番に第1標本点、第2標本点、第3標本点、第4標本点とし、第1標本点と第3標本点の組および第2標本点と第4標本点の組について、各組の一方の標本を基準にして他方の極性を反転するステップと、
第1標本点の標本値と第3標本点の標本値を加算して奇数番目の組の平均値を求めるステップと、
第2標本点の標本値と第4標本点の標本値を加算して偶数番目の組の平均値を求めるステップと、
前記奇数番目の組の平均値及び前記偶数番目の組の平均値に基づき予め定められた演算を行うことにより、前記被測定正弦波信号の振幅と位相を算出するステップと、を備え、
前記標本化信号の周期は、前記被測定正弦波信号の1以上の奇数周期について4分の1毎に設定されているとともに、前記被測定正弦波信号と前記標本化信号は互いに位相同期関係が保持されている、ことを特徴とする振幅・位相検出方法。
Sampling a measured sinusoidal signal with a sampling signal;
The obtained samples are set as the first sample point, the second sample point, the third sample point, and the fourth sample point in the sampled order, and the set of the first sample point and the third sample point and the second sample point For the fourth set of sample points, reversing the other polarity with respect to one sample of each set;
Adding the sample value of the first sample point and the sample value of the third sample point to obtain the average value of the odd-numbered set;
Adding the sample value of the second sample point and the sample value of the fourth sample point to obtain an average value of the even-numbered set;
Calculating the amplitude and phase of the measured sine wave signal by performing a predetermined calculation based on the average value of the odd-numbered group and the average value of the even-numbered group; and
The period of the sampled signal is set every quarter for one or more odd periods of the measured sine wave signal, and the measured sine wave signal and the sampled signal are in phase synchronization with each other. An amplitude / phase detection method characterized by being held.
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