JP2645374B2 - 位相差又は相対周波数偏差測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は被測定信号の周波数レンジが広範囲に亙って
変化しても均一な測定精度を有し、且つ常に所望位相範
囲に対してフルスケールにて表示することのできる位相
差又は相対周波数偏差測定装置に関する。

（従来の技術） 中期又は長期に亙ってより高精度の時刻信号を発生す
る装置等においては、複数の高精度周波数発生源を備え
且つこれらの相対的な位相ずれ或は周波数差を検出して
互いを補正し、或は多数決によって最も精度の高い周波
数信号を選定するために複数信号の位相差を測定表示す
る必要がある。また、このような位相差検出手段は遠隔
した位置にある２点間の距離を正確に測定するために互
いの地点に到達する同一発振源からの電波の位相差を検
出する場合等、種々の分野において広く用いられる技術
である。

従来、このような位相差又は相対周波数偏差測定装置
としては、第２図（ａ）（ｂ）に示すものが一般的に用
いられてきた。

この装置は比較すべきｆとｆ＋Δｆなる２つの周波数
信号夫々をシュミット・トリガ回路1a,1bによって方形
波に整形した後、線形360度位相比較器２に入力し、そ
の出力を直流成分のみを通過する低域濾波器LPF3を介し
て図示を省略したメータ等の指示器に接続するよう構成
したものである。

この構成において、線形360度位相比較器２は、２つ
の信号の位相差０度から360度の全域にわたって直線的
に直流信号を生ずる回路で、通常適当にプログラムされ
たJKフリップ・フロップ回路を組合せて構成されること
が多い。

このような線形360度位相比較器については、例えば
講談社発行、Ｐ・カルタショフ著の『時と周波数』に詳
細に述べられているので、ここでの説明を省略し、単に
その一例を第２図（ｂ）に示す。

このようにして得られた２つの信号の位相差に対応し
た直流出力は通常Ｔ＝1/f（Ｔは位相差時間）に読み替
えて出力する。

しかしながら、従来のように線形360度位相比較器とL
PFとの組合せによる装置では、測定対象となる信号周波
数帯域によって同一位相に対する直流出力値が異なって
くる。

このため、被測定信号の周波数が異なる毎に表示装置
の測定レンジのスケールを変換しなければならず、極め
て煩雑であるという欠点があった。

この煩わしさは、位相差を時間差或は周波数偏差とし
て表わす場合に著しいものとなる。

例えば、位相差360度をフルスケールとする場合、周
波数が1MHzでは位相−時間の関係におけるフルスケール
が１マイクロ秒（μｓ）となるのに対し、測定周波数が
10KHzのときは100マイクロ秒（μｓ）となって1MHzの場
合に比して100倍の値がフルスケール表示として必要に
なる。

このように被測定周波数が異なるのに対応してスケー
ル目盛が相違すれば、その補正或は表示変換手段を必要
とするばかりでなく、その処理にて誤差を生じる虞れが
あり、正確な位相−時間或はその他の計測が困難となる
という問題も含んでいた。

（発明の目的） 本発明は上記に鑑みてなされたものであり、２つの周
波数信号の位相差或はこの位相差から周波数偏差等を検
出表示する場合、被測定信号の周波数に関係なく同一位
相或は周波数偏差等を常に同一レンジフルスケールに自
動的に表示することのできる位相差又は相対周波数偏差
測定装置を提供するものである。

（発明の概要） 上記目的を達成するため、本発明の位相差又は相対周
波数偏差測定装置にあっては、２つの被測定周波数信号
の夫々をパルス波形（矩形波）に整形する波形整形回路
と、これら２つの波形の位相差に応じた直流信号を発生
する位相差比較器と、該直流信号を所要周波数にて量子
化する量子化器と、量子化された信号を蓄積するととも
に該蓄積した信号データを前記被測定信号周波数に応じ
た所定位相時間に分割して出力する信号処理回路とを備
えたことを特徴としている。

（実施例） 以下、本発明及び実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、
第２図と同一の部分は同一の符号で表わし重複した説明
は省略する。

同図において符号1a及び1bは、夫々波形整形回路とし
てのシュミット・トリガ回路であって、両者夫々に被測
定信号たるｆ及びｆ＋Δｆの周波数信号を入力するとと
もに夫々の出力を位相比較器２に入力する。

また、位相比較器２の出力は量子化器４及び信号処理
回路５を介してデジタル・アナログ変換器（D/Aコンバ
ータ）６に入力し、その出力を図示せぬ表示装置に接続
するよう構成したもので、前記量子化器４には所定周期
のクロック信号７が入力されており、該量子化器４では
入力される信号をクロック信号に基いてサンプリングを
行いデジタル信号によって量子化する。また、信号処理
回路５においては前記量子化されたデジタル信号を所定
時間に亙って蓄積しておき、そのデータを一定の位相時
間に分割したのちD/Aコンバータ６に出力する。

D/Aコンバータ６ではデジタル信号をアナログ信号に
変換して図示せぬ表示器例えば高精密級の可動鉄片型メ
ータ等のアナログ表示器に入力するよう構成したもので
ある。

本発明はこのように２つの信号の位相差或は周波数差
を一旦所定クロック信号によって量子化したうえで、そ
の時の被測定周波数に対応して前記量子化データを分割
することにより一定の位相−時間関係を保つよう補正し
て出力するものである。

この方法によれば、フルスケールを随時任意に切換え
ることができるうえ前記量子化回路４のクロック周波数
を高くすることによって任意の分解能を得ることができ
る。

次に、前記量子化回路４及び信号処理器５における信
号処理の具体的実施例について説明する。

第３図（ａ）は本発明の具体的一実施例を示すブロッ
ク図であり、この装置は前記第１図に示したブロックに
更にシュミット・トリガ回路1a（又は1b）出力をゲート
信号とするゲート回路８を付加し、このゲート回路８に
よって前記クロック信号７のパルス数を計測して、その
結果を処理器５に入力する。

処理器５では該ゲート回路８からのパルス数と量子化
回路４からのパルス数との関係からその時の位相差を示
す信号を作出し、これをデジタル・アナログ変換器（D/
Aコンバータ）６によって直流信号に変換して出力とす
る。

なお、この例ではシュミット・トリガ回路1a（または
1b）の出力をゲート信号としたので、被測定信号の半周
期のみについてゲート出力パルスが発生するから、これ
をそのまま量子化回路４の出力と比較すると、、位相差
は180度分しか検出できないので、これを回避するため
に処理器５においてゲート出力パルス数を２倍するか、
或は量子化回路４の出力を２分周する等して360度全域
に亙って測定可能とすべきであろう。

第３図（ｂ）に上述した信号処理を説明するためのタ
イミングチャート図を示す。

同図において、（イ）（ロ）は夫々２つの被測定周波
数信号をシュミット・トリガ回路によって矩形波に整形
したもの、即ち位相比較器２の入力信号、（ハ）は例え
ば第２図（ｂ）に示した如く構成した位相比較器２の出
力波形、また（ニ）は量子化回路４及びゲート回路８に
入力されるクロックパルス、（ホ）及び（ヘ）は夫々量
子化回路４及びゲート回路８にて導出されたクロックパ
ルス波形を示している。

即ち、シュミット・トリガ回路出力は（イ）（ロ）に
示すようにほぼ同一の周波数信号が矩形波に整形された
もので、両者のずれが位相差を表わし、これは（ハ）に
示すように位相比較器２の出力として現われる。

量子化回路４では、前記（ハ）のパルスの立ち上り期
間のみクロックパルスが出力され、信号処理器５の一入
力とされる。

一方、前記シュミット・トリガ1aの出力はゲート回路
８に入力されて、そのパルスの立ち上り期間のみ他方入
力のクロックを通過させて信号処理器５に入力する。

この両パルスは夫々計数されて、ゲート回路８の出力
パルス数によってその時の被測定信号周波数の１周期間
において計数されるクロックパルス数が求まり、この値
と量子化回路４からのパルス数との比較によって、前記
入力された２つの信号の位相差が明らかとなる。

即ち、ゲート回路８の出力パルス数の２倍が位相360
度ずれたときのパルス数であるから、その値の360分の
１が位相１度のずれを示す。

このように計算すれば、ゲート回路８の出力パルス数
は被測定周波数に応じて増減するから、その値を比較す
れば測定信号周波数に関係なく常に所定の位相−時間関
係を導出することができる。

本発明は上述した実施例に限らず、種々の変形ができ
る。

例えば、被測定信号周期を検出するにあたって、上記
ゲート回路に入力する一方の信号をシュミット・トリガ
回路からでなく、第２図（ｂ）に示した位相比較器２の
JKフリップフロップのいずれかの出力を用いてもよく、
これによればその出力パルスは２分周されたものとなる
から、処理器５において２倍する必要がなく便利であ
る。

また、この例と異なり、量子化回路出力を一定期間蓄
積しておき、この蓄積データを一定の位相時間に分割
し、D/Aコンバータに出力するように構成することも可
能である。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように、２つの信号の位相差に
基いた信号のパルス幅をその被測定信号周波数によって
補正するよう構成したものであるから、得られる出力信
号は被測定信号周波数に関係なく、常に両信号の位相差
を一定の関係において表示したものとなって、以後の表
示器のフルスケール目盛をそのまま使用することができ
る。

更に、信号処理に当って用いるクロック・バルス周波
数を高周波にすることによって任意の分解能とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明するためのブロック構成
図、第２図（ａ）（ｂ）は従来の装置を示すブロック図
及びその位相比較器を示す回路図、第３図（ａ）及び
（ｂ）は本発明の具体的一実施例を示すブロック図及び
その動作を説明するためのタイミングチャートずであ
る。 1a、1b……シュミット・トリガ回路２……位相比較器、
４……量子化回路５……処理器、６……アナログ・デジ
タル変換回路、７……クロック信号、８……ゲート回路

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２つの周波数信号の位相差または両者の相
   対周波数偏差を測定する装置において、前記２つの周波
   数信号夫々をパルス波形に整形する回路と、該２つのパ
   ルス波の位相差に応じて直流信号を発生する位相比較器
   と、該直流信号を所要周波数にて量子化する量子化器
   と、この量子化された信号を蓄積するとともに該蓄積デ
   ータを前記被測定周波数信号に応じて所定の位相時間に
   分割して出力する処理器とを備えたことを特徴とする位
   相差又は相対周波数偏差測定装置。
2. 【請求項２】前記２つの周波数信号をパルス波形に整形
   する回路がシュミット・トリガ回路であって、且つ前記
   位相比較器が360度位相比較器であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の位相差又は相対周波数偏差
   測定装置。
3. 【請求項３】前記処理器からのデジタル信号をデジタル
   ・アナログ変換器を介してアナログ表示器を駆動したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   位相差又は相対周波数偏差測定装置。