JP2012098277A - 試験測定機器及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】帯域幅を広げる際に生じる歪を低減する。
【解決手段】スプリッタ２０が入力信号４０を信号４２、４４にスプリットする。発振器２２からの周期的信号４６とスプリッタ信号４４とをミキサ２４で混合して、周波数シフトされた信号４８を発生する。デジタイザ２６は、信号４２及び４８をデジタル化する。ミキサ２８は、デジタル化信号５６を周波数シフトする。位相検出器３４は、周期的信号５４とトリガ回路３２からのトリガ信号５２との位相差を検知する。制御器５７は、この位相差に応じて全通過フィルタ３６を制御し、信号５８の位相を補償する。信号コンバイナ３８が補償済み信号６０とスプリット信号６２とを混合して、歪のない広帯域の信号６４を発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、試験測定機器に関し、特に、発振器の位相ジッタを低減した試験測定機器に関する。

試験測定機器の一種であるデジタル・オシロスコープの入力帯域幅は、制限されている。デジタイザ（デジタル化回路）、増幅器及び他のコンポーネントの帯域幅も制限されている。よって、サンプルされた信号（サンプル信号）の最高入力周波数が制限される。帯域幅を実質的に広げるために、単一の入力信号を複数のスプリット信号に分割し、一方のスプリット信号をデジタル化する。更に、同時に、他方のスプリット信号をベースバンド周波数レンジに周波数シフトする。このベースバンド周波数レンジは、取込み回路のデジタル化帯域幅内である。発振器が発生した周期的信号（繰り返し信号）とスプリット信号とを混合することにより、スプリット信号を周波数シフトできる。次に、周波数シフトされたスプリット信号をデジタル化する。しかし、信号取込みのためのトリガと、周波数シフトのための周期的信号との間に位相シフトが生じる。

デジタル化され周波数シフトされた信号は、その元の周波数レンジまで周波数シフトされ、他のデジタル化された信号と組み合わされて、即ち、再構成されて、入力信号の表示を再構成信号により生成する。よって、入力帯域幅が実質的に広がる。

特表２００６−５０４１００号公報 特開２００６−３１１５４２号公報

しかし、上述の技術では、入力信号取込み用のトリガ信号と周波数シフト用の周期的信号との間の位相シフト（位相差）が、信号の取込み毎に変動する。この位相シフトの変動により、再構成した信号に歪が生じる。

本発明の態様は以下の通りである。
（１）周期的信号を発生する発振器と；入力信号を上記周期的信号と混合して、周波数シフトされた信号を発生するミキサと；トリガ信号を発生するトリガ回路と；上記トリガ信号及び上記周期的信号の間の位相を検知する位相検出器と；上記位相に応答して、上記周波数シフトされた信号の処理を調整する制御器とを具えた試験測定機器。
（２）上記入力信号をデジタル化する第１デジタイザと；上記周波数シフトされた信号をデジタル化する第２デジタイザとを更に具え；上記制御器は、上記デジタル化された入力信号と組合せる前に、上記デジタル化され周波数シフトされた信号の処理を調整する態様１の試験測定機器。
（３）上記周期的信号をデジタル化するデジタイザを更に具え；上記位相検出器が上記デジタル化された周期的信号に応答する態様１の試験測定機器。
（４）上記周波数シフトされた信号をデジタル化するデジタイザと；上記デジタル化され周波数シフトされた信号から上記周期的信号を実質的に分離するフィルタとを更に具え；上記位相検出器は、上記実質的に分離された周期的信号に応答する態様１の試験測定機器。
（５）上記位相検出器は、上記トリガ信号及び上記周期的信号の間の時間を測定し、該時間を上記位相に変換する態様１の試験測定機器。
（６）上記制御器は、上記位相に応答してフィルタを選択し、上記選択されたフィルタに応答して上記周波数シフトされた信号を濾波する態様１の試験測定機器。
（７）上記周波数シフトされた信号をデジタル化するデジタイザを更に具え；上記制御器は、上記位相に応答して、上記デジタル化され周波数シフトされた信号を濾波する態様１の試験測定機器。
（８）上記周波数シフトされた信号をデジタル化するデジタイザを更に具え；上記制御器は、上記デジタル化され周波数シフトされた信号をほぼ元の周波数レンジに周波数シフトして、デジタル化されたサブバンド信号を発生すると共に、上記位相に応答して、上記デジタル化されたサブバンド信号を濾波する態様１の試験測定機器。
（９）上記周波数シフトされた信号をデジタル化するデジタイザを更に具え；上記制御器は、第２周期的信号に応答して、上記デジタル化され周波数シフトされた信号をほぼ元の周波数レンジに周波数シフトして、デジタル化されたサブバンド信号を発生すると共に、上記位相に応答して上記第２周期的信号を濾波する態様１の試験測定機器。
（１０）上記制御器は、上記トリガ回路によりトリガされた各取込みに対する位相に応答して、上記周波数シフトされた信号の処理を調整する態様１の試験測定機器。
（１１）入力信号を周期的信号と混合して、周波数シフトされた信号を発生し；トリガ信号を発生し； 上記トリガ信号及び上記周期的信号の間の位相を検知し；上記位相に応答して、上記周波数シフトされた信号の処理を調整することを特徴とする試験測定方法。
（１２）更に、上記入力信号をデジタル化し；上記周波数シフトされた信号をデジタル化し；上記デジタル化された入力信号と組合せる前に、上記デジタル化され周波数シフトされた信号の処理を調整する態様１１の方法。
（１３）更に、上記周期的信号をデジタル化し；上記トリガ信号及び上記デジタル化された周期的信号の間の位相を検知する態様１１の方法。
（１４）更に、上記周波数シフトされた信号をデジタル化し；上記デジタル化され周波数シフトされた信号を濾波して、上記周期的信号を上記デジタル化され周波数シフトされた信号から実質的に分離し；上記トリガ信号と上記実質的に分離された周期的信号との間の上記位相を検知する態様１１の方法。
（１５）更に、トリガ信号及び上記周期的信号の間の時間を測定し；上記時間を上記位相に変換する態様１１の方法。
（１６）更に、上記位相に応答してフィルタを選択し；上記選択されたフィルタに応答して、上記周波数シフトされた信号を濾波する態様１１の方法。
（１７）更に、上記周波数シフトされた信号をデジタル化し；上記位相に応答して、上記デジタル化され周波数シフトされた信号を濾波する態様１１の方法。
（１８）更に、上記周波数シフトされた信号をデジタル化し；上記デジタル化され周波数シフトされた信号をほぼ元の周波数レンジに周波数シフトして、デジタル化されたサブバンド信号を発生し；上記位相に応答して、上記デジタル化されたサブバンド信号を濾波する態様１１の方法。
（１９）更に、上記周波数シフトされた信号をデジタル化し；第２周期的信号に応答して、上記デジタル化され周波数シフトされた信号をほぼ元の周波数レンジに周波数シフトして、デジタル化されたサブバンド信号を発生し；上記位相に応答して上記第２周期的信号を濾波する態様１１の方法。
（２０）更に、上記トリガ信号によりトリガされた各取り込みの上記位相に応答して、上記周波数シフトされた信号の処理を調整する態様１１の方法。

本発明による試験測定機器は、混合（ミキシング）及び信号処理を用いて、帯域幅を広げる際の歪を低減できる。例えば、上述のように、周波数シフトされた入力信号サブバンドのデジタル化形式（バージョン）に位相シフトが生じる（導入される）。この位相シフトは、トリガ信号に対する位相シフトである。周波数シフトされたスプリット信号内における入力信号の各サブバンドには、互いに、またベースバンド・サブバンドに対して異なる位相シフトが導入される。再組合せの際、サブバンドに位相シフトが生じる。詳細に後述するように、本発明は、この位相シフトを補償できる。

本発明の実施例により全通過フィルタを有する試験測定機器のブロック図である。 トリガ信号及び周期的信号の間の位相シフトを示す波形図である。 本発明の実施例による試験測定機器に用いる周波数シフト回路のブロック図である。 本発明の実施例による試験測定機器に用いる他の周波数シフト回路のブロック図である。 本発明の実施例による試験測定機器に用いる取込み回路のブロック図である。

図１は、本発明の実施例により全通過フィルタ（all path filter）を有する試験測定機器のブロック図である。試験測定機器は、スプリッタ２０を含む。このスプリッタ２０は、入力信号４０を複数のスプリット信号にスプリット（分割）する。ここでは、これらスプリット信号をスプリット信号４２及び４４として表す。スプリッタ２０は、種々のスプリッタで実現できる。一例として、スプリッタ２０は、抵抗パワー分割器である。

本発明の実施例において、スプリッタ２０は、入力信号４０をスプリット信号４２及び４４にスプリットするので、これらスプリット信号のスペクトラムは、実質的に同じである。実質的に同じとは、コンポーネントの変動により生じる変化を含む。例えば、スプリッタ２０は、同じスプリット信号４２及び４４を発生するように設計できるが、各スプリット信号はわずかに異なってもよい。かかるスプリット信号４２及び４４は、依然、実質的に同じであるとみなせる。

本発明の他の実施例において、スプリッタ２０は、入力信号４０を、同じでないスペクトラムを有するスプリット信号４２及び４４にスプリットする。後述の如く、各スプリット信号の種々の周波数成分が再構成信号に寄与する。しかし、適切な再構成では、周波数成分の全てが各経路を通過できるが、その必要はない。よって、本発明の一実施例において、スプリット信号４２及び４４の各々は、そのスプリット信号から再構成信号内で用いる入力信号４０の周波数成分のみが必要である。よって、スプリッタ２０は、スプリット信号４２及び４４が所望のスペクトラムを有するように、入力信号４０をスプリットする。

２つのスプリット信号４２及び４４について説明したが、入力信号４０は、任意の数のスプリット信号にスプリットできる。例えば、スプリッタ２０は、異なる周波数サブバンドに関連する４つのスプリット信号に入力信号４０をスプリットすることができる。ここでは、単なる例として、２つのスプリット信号４２及び４４を用いる。

試験測定機器は、デジタイザ２６を含んでいる。図示しないが、各デジタイザ２６は、必要に応じて、アナログ・チャネルに、前置増幅器、減衰器、フィルタ及び／又は他のアナログ回路を有する。よって、デジタイザ２６への入力信号を、デジタル化の前に、増幅し、減衰し、又は濾波することができる。さらに、デジタイザ２６は、信号をデジタル化できる種々の回路で構成できる。例えば、デジタイザ２６は、関連した入力信号をサンプルするのに必要なトラック・ホールド回路、Ａ／Ｄ変換器、デマルチプレクサ回路の如き回路を含む。

１つの経路において、デジタイザ２６がスプリット信号４２をデジタル化し、デジタル化されたスプリット信号を発生できる。このように、スプリット信号４２は、ベースバンド信号である。すなわち、スプリット信号４２は、周波数シフトされていない。デジタル化されたスプリット信号６２（図１で一番上のデジタイザ２６の出力信号）は、信号コンバイナ（組合せ回路）３８が用いるベースバンド成分を表し、これら信号を再構成信号６４に組合せる。

他の経路において、スプリッタ２０からのスプリット信号４４は、ミキサ２４に入力する。発振器２２は、周期的信号４６を発生し、この周期的信号４６がミキサ２４に入力する。周期的信号４６及びスプリット信号４４の組合せにより、周波数シフトされた信号４８が発生する。周波数シフトされた信号４８は、デジタイザ２６によりデジタル化される。

本発明の実施例において、複数のデジタイザ２６は、実質的に同じ時点で各入力信号をサンプルする。しかし、ミキサ２４の周波数シフトにより、周波数シフトされた信号４８に位相シフトが導入される。特に、発振器２２が発生した周期的信号４６は、取込みをトリガするのに用いるトリガ入力５０と非同期である。周期的信号４６がトリガ入力信号５０と同期していないので、トリガ入力信号５０に対する周期的信号４６の相対位相は、トリガ・イベント毎に変化する。

図２は、トリガ信号及び周期的信号の間の位相シフトを示す波形図である。トリガ信号８０をトリガ・イベント８４に対して示す。詳細に後述するように、また図１に示すように、トリガ信号８０は、トリガ入力信号５０から発生した信号である。トリガ信号８０に対して、周期的信号８２を示す。周期的信号８２上の基準点をトリガ信号８０から時間８６だけオフセットする。特定の時間を図示しているが、トリガ信号８０が周期的信号８２と同期していないので、異なるトリガ・イベント８４の各々で時間８６が変化する。よって、周期的信号８２に関連して各スプリット信号内に導入された位相シフトは、トリガされた複数の取込みの間で変化する。

再び図１を参照する。デジタイザ２６によりデジタル化されると、周波数シフトされた信号４８は、デジタル化され周波数シフトされた信号５６となる。周期的信号４６が導入した位相シフトが、デジタル化され周波数シフトされた信号５６内に存在する。しかし、デジタル化され周波数シフトされた信号５６の適切な処理が、位相シフトを実質的に除去する。

例えば、この実施例において、デジタル化され周波数シフトされた信号５６を、発振器３０が発生した周期的信号とミキサ２８により混合する。ここでは、これら信号がデジタル化されているので、適切なプロセッサにてデジタル化された信号を乗算して、混合を実行できる。例えば、デジタル信号プロセッサ(ＤＳＰ)、マイクロプロセッサ、プログラマブル・ロジック・デバイス又は他の処理システムは、適切な周辺装置と共に、制御器５７、位相検出器３４、全通過フィルタ３６、信号コンバイナ３８などの上述及び他のコンポーネントの機能を達成する。他の例においては、各ブロックを個別に実現できる。完全に個別の複数のコンポーネントを統合するには、任意の変形がある。

ミキサ２８は、再生したスプリット信号５８を出力できる。ここで、デジタル化され周波数シフトされた信号５６は、スプリット信号４４での元の周波数レンジに実質的に再生されている。この例において、再生されたスプリット信号５８は、上述の位相シフトを有する。しかし、再生されたスプリット信号５８は、全通過フィルタ３６により濾波される。全通過フィルタは、周期的信号４６により導入された位相シフトの逆の位相応答を有する。よって、出力補償されたスプリット信号６０が信号コンバイナ３８に入力すると、補償されたスプリット信号６０とデジタル化されたスプリット信号６２との間の位相差が実質的に除去される。

全通過フィルタ３６について説明したが、別の方法でも位相補正を実現できる。例えば、バンドパス・フィルタ、スペクトラム整形フィルタなどの他のフィルタ操作を再生スプリッタ信号５８に適用してもよい。全通過フィルタ３６の位相調整は、かかる他のフィルタ操作の一部にもなる。他の実施例において、全通過フィルタ３６は、信号コンバイナ３８の一部にもできる。詳細に後述するように、位相コンバイナは、再生されたスプリット信号５８を濾波する他方法によっても実現できる。

試験測定機器は、トリガ回路３２を含む。トリガ回路３２は、トリガ入力５０に応答して、トリガ信号５２を発生する。上述の如く、トリガ信号５２に対する位相シフトは、取込み周期毎に異なる。位相比較器３４にて、トリガ信号５２を、デジタル化した周期的信号５４と比較して、位相信号５５と発生する。例えば、時間差又は位相差を測定できる任意の回路を位相検出器３４として使用できる。別の実施例において、位相検出器３４は、制御器５７の一部及び／又は他の処理回路としても実現できる。

本発明の他の実施例において、位相比較器３４は、トリガからサンプル・クロックまでの時間を測定する回路に類似している。対照的に、このアプリケーションにおいて、これは、トリガから、周期的信号の基準ポイントまで、例えば、立ち上がりのゼロ交差までの時間であり、この時間を測定する。一例において、かかる回路は、必要な時間インターバルを測定するために、コンデンサを充電する定電流源を用いる。時間又は位相を測定するために、同様な測定を実行する他の回路を使用することもできる。

本発明の実施例において、時間及び位相を所望に用いることができる。例えば、周期的信号４６は、実質的に単一の周波数でもよい。よって、所定時間は、所定位相に対応する。位相検出器３４は、トリガ信号及び周期的信号の間の時間を測定し、この時間を位相に変換できる。よって、トリガ信号５２及び周期的信号５０の位相差を表す位相信号５５及び／又は他の表現は、時間又は位相を表すものである。

制御器５７は、デジタル化され周波数シフトされた信号５６の処理を位相信号５５に応答して調整できる。この例において、制御器５７は、制御信号５９を用い、位相信号５５に応答して、全通過フィルタ３６を調整できる。例えば、全通過フィルタ３６を調整することは、フィルタ方程式を再計算することである。

本発明の他の実施例において、１組の複数のフィルタを予め計算しておくことができる。制御器は、位相に応じてフィルタを選択できる。例えば、制御器は、位相５５を１組のフィルタのインデックスに変換する。このインデックスは、全通過フィルタ３６用のフィールドを選択するのに用いる制御信号５９となる。よって、全通過フィルタ３６は、各取込みで再計算を必要としない。

図３は、本発明の実施例による試験測定機器に用いる周波数シフト回路のブロック図である。スプリット信号の位相補正は、種々の方法で達成できる。図１においては、ミキサ２８及び発振器３０が、デジタル化され周波数シフトされた信号５６をそのほぼ元の周波数レンジに再生する。再生されたスプリット信号５８は、濾波されて、位相補正される。

しかし、図３に示すように、デジタル化され周波数シフトされた信号５６の処理を別の方法でもできる。特に、全通過フィルタ１００は、デジタル化され周波数シフトされた信号５６を濾波して、濾波され周波数シフトされた信号１０２を発生する。すなわち、信号をその元の周波数レンジに再生する前に、特定のスプリット信号が生じる経路内で位相エラーを補正できる。上述の全通過フィルタ３６と同様に、全通過フィルタ１００は、他の濾波機能の一部であってもよく、制御器５７からの制御信号５９に応答して、予め計算されたフィルタのインデックスにできる。

図４は、本発明の実施例による試験測定機器に用いる周波数シフト回路の他の例のブロック図である。この実施例において、上述のように、デジタル化され周波数シフトされた信号５６を全通過フィルタにより濾波する必要がない。対照的に、デジタル化され周波数シフトされた信号５６とミキサ２８にて混合された周期的信号に位相補正を導入できる。

例えば、フィルタ１２０を用いて、ミキサ３０からの周期的信号を濾波する。フィルタ１２０を全通過フィルタにできるが、この実施例では、このフィルタは、全周波数にて１でない振幅応答の一層狭い帯域幅のフィルタである。すなわち、周期的信号が実質的に狭い周波数レンジを占めるので、同様に狭いフィルタを用いることができる。ミキサ３０からの周期的信号を位相シフトすることにより、そのほぼ元の周波数レンジに再生したときに、補償位相シフトが、デジタル化され周波数シフトされた信号５６に導入される。

発振器３０からの周期的信号の位相をシフトする技術においてフィルタを説明したが、他の技術を用いることもできる。例えば、発振器３０で周期的信号自体の発生を調整することにより、相対位相に所望位相オフセットが生じる。すなわち、実施例において、発振器３０は、関数により発生を行うデジタル発振器でもよい。取込み毎に、その関数に位相オフセットを導入できる。

よって、位相補正を種々の方法で実現できる。本発明の実施例において、取込み毎に位相補正を調整できる。よって、トリガ入力５０が発振器２２と非同期で、これら２つの間の位相オフセットが取込み毎に変動しても、変動する位相オフセットを補償でき、再構成した信号６４内のジッタを低減できる。

図５は、本発明の実施例による試験測定機器に用いる取込み回路のブロック図である。図１において、発振器２２からの周期的信号４４をデジタル化し、位相検出器３４に供給する。図５に示す如く、周期的信号４６の位相情報を異なる方法で得ることができる。

実施例において、ミキサ１３０にて、スプリット信号４４を周期的信号１３４と混合する。しかし、周期的信号１３４は、周波数逓倍器（周波数を２倍にする回路）１３２により発生できる。すなわち、周期的信号４６の周波数を２倍にして、周期的信号１３４を発生する。本発明の実施例において、周波数を２倍にした周期的信号１３４の周波数は、スプリット信号４４における所望サブバンドの高い周波数側である。

コンバイナ１３８は、周波数シフトしたスプリット信号１３６を周期的信号４６と組合せる。組合さった信号１４０は、次に、デジタイザ２６によりデジタル化される。その結果のデジタル化され周波数シフトされたスプリット信号１４２を多くの目的に使用できる。例えば、所望のサブバンドは、デジタル化され周波数シフトされたスプリット信号１４２内に存在し、このサブバンドを用いることができる。

さらに、スプリット信号４４を周波数シフトするのに用いた周期的信号１３４と同期した信号も存在する。構成されたフィルタにより、デジタル化され周波数シフトされたスプリット信号１４２を濾波して、デジタル化され周波数シフトされたスプリット信号１４２から周期的信号１４６を実質的に分離する。この実質的に分離された信号を、上述のように位相検出器３４にて用いることができる。

周期的信号４６をデジタル化し、チャネルを通じてこの周期的信号４６を渡すことについて上述したが、周期的信号４６に関する位相情報を機器に渡す他の技術を制御器５７により用いて、スプリット信号の処理を調整できる。

本発明の他の実施例は、コンピュータ読み出し可能な媒体に一体化されたコンピュータ読み出し可能なコードの形式であり、実行すると、マシンは、上述の動作を実行するものである。ここで用いた如く、コンピュータは、コードを実行できる任意の装置である。かかる装置（マシン）の例としては、マイクロプロセッサ、プログラマブル・ロジック・デバイス、マイクロプロセッサ・システム、デジタル信号プロセッサ、パーソナル・コンピュータなどである。本発明の実施例において、コンピュータ読み出し可能な媒体は、コンピュータ読み出し可能なコードを非一時的な方法で蓄積する実体のあるコンピュータ読み出し可能な媒体である。

試験測定機器の例は、オシロスコープに基づいた装置である。デジタル化回路を用いる試験測定機器の他の例は、スペクトラム・アナライザ、ロジック・アナライザなどである。メモリに蓄積された２進サンプルが表すデジタル波形にアナログ波形を変換する目的を有する任意の試験測定機器は、上述の実施例と共に実現できる。

本発明の特定実施例について説明したが、本発明の要旨はこれら実施例に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱することなく種々の変形変更が可能である。

２０ スプリッタ
２２ 発振器
２４ ミキサ
２６ デジタイザ
２８ ミキサ
３０ 発振器
３２ トリガ回路
３４ 位相検出器
３６ 全通過フィルタ
３８ 信号コンバイナ
５７ 制御器
１００ 全通過フィルタ
１２０ フィルタ

Claims (2)

1. 周期的信号を発生する発振器と、
   入力信号を上記周期的信号と混合して、周波数シフトされた信号を発生するミキサと、
   トリガ信号を発生するトリガ回路と、
   上記トリガ信号及び上記周期的信号の間の位相を検知する位相検出器と、
   上記位相に応答して、上記周波数シフトされた信号の処理を調整する制御器と
   を具えた試験測定機器。
2. 入力信号を周期的信号と混合して、周波数シフトされた信号を発生し、
   トリガ信号を発生し、
   上記トリガ信号及び上記周期的信号の間の位相を検知し、
   上記位相に応答して、上記周波数シフトされた信号の処理を調整する
   ことを特徴とする試験測定方法。

Images