JP2704635B2 - 遅延時間測定装置 - Google Patents
遅延時間測定装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は例えば遅延素子の遅延時間を精度よく測定
することができる遅延時間測定装置に関する。
することができる遅延時間測定装置に関する。
「従来の技術」 遅延素子の遅延時間を測定するには、例えば第７図に
示すように被測定遅延素子１にパルス発生器２からパル
スを与え、遅延素子１の入力側と出力側に発生するパル
ス波形を二現象オシロスコープ３の各Ｙ軸入力端子CH1
とCH2に与え、遅延素子１を通った信号と、通らなかっ
た信号を画面に表示させ、その時間差DTをオシロスコー
プ３の目盛によってパルスの位相差を読取り被測定対象
である遅延素子１の遅延時間τを求めている。
示すように被測定遅延素子１にパルス発生器２からパル
スを与え、遅延素子１の入力側と出力側に発生するパル
ス波形を二現象オシロスコープ３の各Ｙ軸入力端子CH1
とCH2に与え、遅延素子１を通った信号と、通らなかっ
た信号を画面に表示させ、その時間差DTをオシロスコー
プ３の目盛によってパルスの位相差を読取り被測定対象
である遅延素子１の遅延時間τを求めている。
「発明が解決しようとする課題」 この第７図に示す遅延時間測定方法は最も簡便な方法
であるが、遅延時間τが小さくなるに従ってその測定精
度は悪くなり、数100ピコ秒程度の遅延時間領域ではい
くら性能のよいオシロスコープを用いたとしても精度よ
く遅延時間を測定することはできない。
であるが、遅延時間τが小さくなるに従ってその測定精
度は悪くなり、数100ピコ秒程度の遅延時間領域ではい
くら性能のよいオシロスコープを用いたとしても精度よ
く遅延時間を測定することはできない。
「課題を解決するための手段」 この発明においては、 単位時間当りに発生するパルスの数が既知であるラン
ダムパルス発生器と、 被測定遅延時間に等しいパルス幅を持つパルスを一定
の周期で生成する被測定パルス幅生成回路と、 この被測定パルス幅生成回路から出力されるパルスの
パルス幅の範囲内でランダムパルス発生器から出力され
るランダムパルスの有無を検出するサンプリング回路
と、 このサンプリング回路のサンプリング出力を計数する
カウンタと、 によって遅延時間測定装置を構成する。
ダムパルス発生器と、 被測定遅延時間に等しいパルス幅を持つパルスを一定
の周期で生成する被測定パルス幅生成回路と、 この被測定パルス幅生成回路から出力されるパルスの
パルス幅の範囲内でランダムパルス発生器から出力され
るランダムパルスの有無を検出するサンプリング回路
と、 このサンプリング回路のサンプリング出力を計数する
カウンタと、 によって遅延時間測定装置を構成する。
「作 用」 この発明の構成によれば被測定パルス幅生成回路から
一定周期1/fの周期で被測定遅延時間τのパルス幅を持
つパルスが生成されたとすると、 このパルスをランダムにサンプリングすればサンプル
結果が「Ｈ」論理になる確率（パルスの範囲内でサンプ
リングされる確率）はｆ・τである。
一定周期1/fの周期で被測定遅延時間τのパルス幅を持
つパルスが生成されたとすると、 このパルスをランダムにサンプリングすればサンプル
結果が「Ｈ」論理になる確率（パルスの範囲内でサンプ
リングされる確率）はｆ・τである。
ランダムパルスのサンプリングを平均パルス数Mpps
（Pulses Per Second）のランダムパルスで行なえば１
秒間にＭ回行なわれるサンプリングの内Ｍ・ｆ・τ回は
Ｈ論理となる。
（Pulses Per Second）のランダムパルスで行なえば１
秒間にＭ回行なわれるサンプリングの内Ｍ・ｆ・τ回は
Ｈ論理となる。
このサンプリングの結果をＧ秒間カウンタによって計
数した結果をＮ個とすると、 Ｎ＝Ｇ・Ｍ・ｆ・τ となる。
数した結果をＮ個とすると、 Ｎ＝Ｇ・Ｍ・ｆ・τ となる。
上式より遅延時間τは で求められる。
この数式の導出過程については後で詳しく説明するこ
とにするが、この数式から明らかなように被測定遅延時
間が極く短かい時間であっても複数回のデータの取込に
よって測定結果を得る方法を採るため精度の高い測定結
果を得ることができる。
とにするが、この数式から明らかなように被測定遅延時
間が極く短かい時間であっても複数回のデータの取込に
よって測定結果を得る方法を採るため精度の高い測定結
果を得ることができる。
つまり遅延時間τの精度はカウンタの計数時間Ｇを長
くするか、ランダムパルス発生器の単位時間内における
パルス発生数Ｍを大きくするか、或は被測定遅延時間τ
のパルス幅を持つパルスの周波数ｆを高くすることによ
って容易に高めることができる。
くするか、ランダムパルス発生器の単位時間内における
パルス発生数Ｍを大きくするか、或は被測定遅延時間τ
のパルス幅を持つパルスの周波数ｆを高くすることによ
って容易に高めることができる。
また構成はランダムパルス発生器と、被測定パルス幅
生成回路と、サンプリング回路と、カウンタによって構
成されるから比較的簡単な構成で精度の高い遅延時間測
定装置を提供することができる。
生成回路と、サンプリング回路と、カウンタによって構
成されるから比較的簡単な構成で精度の高い遅延時間測
定装置を提供することができる。
「実施例」 第１図にこの発明による遅延時間測定装置の一実施例
を示す。
を示す。
第１図において10はパルス発生器を示す。このパルス
発生器10から周波数ｆのパルスが出力される。このパル
スは被測定遅延時間τに等しいパルス幅を持つパルスを
生成する被測定パルス幅生成回路20に入力される。
発生器10から周波数ｆのパルスが出力される。このパル
スは被測定遅延時間τに等しいパルス幅を持つパルスを
生成する被測定パルス幅生成回路20に入力される。
被測定パルス幅生成回路20は１入力２出力型のドライ
バ21と、アンドゲート22及びドライバ21とアンドゲート
22の間の一方信号路に接続した被測定遅延時間τを持つ
遅延素子１とによって構成される。
バ21と、アンドゲート22及びドライバ21とアンドゲート
22の間の一方信号路に接続した被測定遅延時間τを持つ
遅延素子１とによって構成される。
この構成によってアンドゲート22のＡとＢの入力端子
には第２図Ａ及びＢに示すパルスPA,PBが与えられるか
らアンドゲート22からは第２図Ｃに示すように遅延素子
１が持つ遅延時間τのパルス幅を持つパルスPCが出力さ
れる。
には第２図Ａ及びＢに示すパルスPA,PBが与えられるか
らアンドゲート22からは第２図Ｃに示すように遅延素子
１が持つ遅延時間τのパルス幅を持つパルスPCが出力さ
れる。
パルスPCはサンプリング回路30に与えられる。
サンプリング回路30はこの例ではＤ型フリップフロッ
プ31と、このＤ型フリップフロップ31の出力端子とク
リヤ端子CLRの間に接続した遅延素子32とによって構成
した場合を示す。従ってこの例ではＤ型フリップフロッ
プ31は単安定マルチバイブレータとして動作する。
プ31と、このＤ型フリップフロップ31の出力端子とク
リヤ端子CLRの間に接続した遅延素子32とによって構成
した場合を示す。従ってこの例ではＤ型フリップフロッ
プ31は単安定マルチバイブレータとして動作する。
Ｄ型フリップフロップ31のデータ入力端子Ｄにパルス
PCを与え、クロック入力端子CKにランダムパルス発生器
40からランダムパルスを与える。
PCを与え、クロック入力端子CKにランダムパルス発生器
40からランダムパルスを与える。
ここでいうランダムパルスとは、時間的にランダムに
出現するパルスのことであり、時間的な分布は平坦であ
る。つまりポアソン過程に基づいて発生するパルス等を
指す。
出現するパルスのことであり、時間的な分布は平坦であ
る。つまりポアソン過程に基づいて発生するパルス等を
指す。
サンプリング回路30はサンプル出力はカウンタ50に与
えられ、サンプリングの結果がＨ論理に立上る数を計数
する。
えられ、サンプリングの結果がＨ論理に立上る数を計数
する。
ここで被測定パルス幅生成回路20から出力されるパル
ス幅がτのパルスPCをランダムにサンプルすれば、その
サンプルの結果がＨ論理になる確率はｆ・τである。
ス幅がτのパルスPCをランダムにサンプルすれば、その
サンプルの結果がＨ論理になる確率はｆ・τである。
このランダムなサンプルを平均パルス数Mppsのランダ
ムパルスで行なえば１秒間にＭ回行なわれるサンプリン
グのうちＭ・ｆ・τ回はＨ論理となる。
ムパルスで行なえば１秒間にＭ回行なわれるサンプリン
グのうちＭ・ｆ・τ回はＨ論理となる。
カウンタ50のゲート時間をＧ秒とすればカウンタ50の
計数値Ｎは先に示したようにＮ＝Ｇ・Ｍ・ｆ・τとな
る。
計数値Ｎは先に示したようにＮ＝Ｇ・Ｍ・ｆ・τとな
る。
以下にその理由を説明する。
ゲート時間Ｇ秒の間カウントした計数結果がＮ〔個〕
であったとする。ここで第２図ＣにはＧ秒間にｆ・Ｇ個
の正パルスが存在し、各々のパルス幅はτ秒である。
であったとする。ここで第２図ＣにはＧ秒間にｆ・Ｇ個
の正パルスが存在し、各々のパルス幅はτ秒である。
Ｎというのは、すなわちτの幅を持ったｆ・Ｇ個の時
間区間の中に存在するランダムパルスの立上りの総数で
あることがわかる。
間区間の中に存在するランダムパルスの立上りの総数で
あることがわかる。
このことは確率的な事象であるため、Ｎは計数を繰り
返すたびに変化する。ここではＮとτとの関係の導出及
びＮが含んでいる系統誤差を求める。まずＧ秒計数後の
結果がＮ〔個〕となる確率を求める。
返すたびに変化する。ここではＮとτとの関係の導出及
びＮが含んでいる系統誤差を求める。まずＧ秒計数後の
結果がＮ〔個〕となる確率を求める。
時間幅τを微小な時間間隔Δｔに分割する。分割数を
ｋとする。
ｋとする。
τ＝ｋΔｔ ……（１） このΔｔの間に１個のランダムパルスのリーディング
エッジが存在する確率をＲ、そうでない確率を（１−
Ｒ）とする。（二個以上存在する確率はきわめて小さい
から無視する）またランダムパルスは時間的に平坦に分
布するものとし、かつ各々の区間にリーディングエッジ
が存在するか否かは全く独立であるとする。また１秒間
に存在するランダムパルスの平均個数をＭとすれば、 Ｒ＝ＭΔｔ ……（２） となる。
エッジが存在する確率をＲ、そうでない確率を（１−
Ｒ）とする。（二個以上存在する確率はきわめて小さい
から無視する）またランダムパルスは時間的に平坦に分
布するものとし、かつ各々の区間にリーディングエッジ
が存在するか否かは全く独立であるとする。また１秒間
に存在するランダムパルスの平均個数をＭとすれば、 Ｒ＝ＭΔｔ ……（２） となる。
ここでＧ秒の間にはｆ・Ｇ個のτがあるのでその中に
あるΔｔの総数はｆ・Ｇ・ｋ個である。前述のように各
々のΔｔにパルスが存在するかどうかは全く独立である
ので分散して存在するΔｔやτを一つにまとめてしまっ
ても支障はない。Ｇ秒の中のτの総和をＴ秒とすれば Ｔ＝ｆ・Ｇ・τ ……（３） Ｋ＝ｆ・Ｇ・ｋとおけば Ｔ＝Ｋ・Δｔ ……（４） （ＫはＴをΔｔで分割した分割数） すなわちこの問題は、一つの時間幅Ｔに存在するランダ
ムパルスの計数結果がＮ〔個〕である確率を求めること
に等しい。
あるΔｔの総数はｆ・Ｇ・ｋ個である。前述のように各
々のΔｔにパルスが存在するかどうかは全く独立である
ので分散して存在するΔｔやτを一つにまとめてしまっ
ても支障はない。Ｇ秒の中のτの総和をＴ秒とすれば Ｔ＝ｆ・Ｇ・τ ……（３） Ｋ＝ｆ・Ｇ・ｋとおけば Ｔ＝Ｋ・Δｔ ……（４） （ＫはＴをΔｔで分割した分割数） すなわちこの問題は、一つの時間幅Ｔに存在するランダ
ムパルスの計数結果がＮ〔個〕である確率を求めること
に等しい。
さてこのＫ個の区間のうち特定のＮ個の区間にだけラ
ンダムパルスが存在する確率は（２）式を用いて （ＭΔｔ）Ｎ（１−ＭΔｔ）K-N ……（５） さらにこのＮ個の区間の選び方は （！は階乗を表わす） とおりの異なった組合せがあるから、結局Ｔ秒間にＮ個
のパルスが計数される確率Ｐ（Ｎ）は Ｋ≫Ｎと考えると （４），（８）式より これはポアソン分布として知られている。
ンダムパルスが存在する確率は（２）式を用いて （ＭΔｔ）Ｎ（１−ＭΔｔ）K-N ……（５） さらにこのＮ個の区間の選び方は （！は階乗を表わす） とおりの異なった組合せがあるから、結局Ｔ秒間にＮ個
のパルスが計数される確率Ｐ（Ｎ）は Ｋ≫Ｎと考えると （４），（８）式より これはポアソン分布として知られている。
Ｔのかわりにτを用いれば（３）式より （平均値標準偏差） Ｎは計数を繰り返すたびにN1,N2とばらつきを生じる。
このＮの平均値は ポアソン分布の標準偏差σは平均値の平方根に等しい であることが知られている。
このＮの平均値は ポアソン分布の標準偏差σは平均値の平方根に等しい であることが知られている。
「変形実施例」 第３図及び第４図にこの発明の変形実施例を示す。
第３図の例ではパルス発生器10に周波数変調器11を付
加し、被測定パルス幅生成回路20に与えるパルスPA（第
２図Ａ）を低い周波数Ｆで周波数変調するように構成し
た場合を示す。変調周波数Ｆはパルスの繰返し周波数ｆ
に対してｆ≫Ｆに選定する。またカウンタ50の計数時間
Ｇは1/Fの整数倍に選定する。
加し、被測定パルス幅生成回路20に与えるパルスPA（第
２図Ａ）を低い周波数Ｆで周波数変調するように構成し
た場合を示す。変調周波数Ｆはパルスの繰返し周波数ｆ
に対してｆ≫Ｆに選定する。またカウンタ50の計数時間
Ｇは1/Fの整数倍に選定する。
第４図の実施例ではパルス発生器をランダムパルス発
生器12に置換えた場合を示す。このランダムパルス発生
器12の平均パルス数をM1、ランダムパルス発生器40の平
均パルス数をM2とするとカウンタ50の計数値ＮはＮ＝Ｇ
・M1・M2・τとなり、この計数値よりτを求めることが
できる。
生器12に置換えた場合を示す。このランダムパルス発生
器12の平均パルス数をM1、ランダムパルス発生器40の平
均パルス数をM2とするとカウンタ50の計数値ＮはＮ＝Ｇ
・M1・M2・τとなり、この計数値よりτを求めることが
できる。
この第３図及び第４図の実施例によれば第５図に示す
ような不整合反射波Ｗが発生する遅延素子の遅延時間を
精度よく測定することができる。
ような不整合反射波Ｗが発生する遅延素子の遅延時間を
精度よく測定することができる。
つまり被測定遅延素子１と、その前後に接続される回
路との間でインピーダンス不整合点が生じる率は高く、
そのインピーダンス不整合点で反射が発生する。
路との間でインピーダンス不整合点が生じる率は高く、
そのインピーダンス不整合点で反射が発生する。
反射波Ｗがパルスの立上り（又は立下り）のタイミン
グに合致すると第６図に示すように被測定パルス幅生成
回路20から出力されるパルスPCにタイミング誤差Δτが
付加される。このタイミング誤差Δτはカウンタ50にお
けるゲート時間Ｇを増やしても取り除くことはできな
い。このタイミング誤差Δτを除去するには被測定パル
ス幅生成回路20から出力されるパルスPCの立上り及び立
下りのタイミングに反射波Ｗのタイミングが合致しない
ようにパルス発生器10から出力されるパルスPAの繰返し
周波数を選定しなければならない。
グに合致すると第６図に示すように被測定パルス幅生成
回路20から出力されるパルスPCにタイミング誤差Δτが
付加される。このタイミング誤差Δτはカウンタ50にお
けるゲート時間Ｇを増やしても取り除くことはできな
い。このタイミング誤差Δτを除去するには被測定パル
ス幅生成回路20から出力されるパルスPCの立上り及び立
下りのタイミングに反射波Ｗのタイミングが合致しない
ようにパルス発生器10から出力されるパルスPAの繰返し
周波数を選定しなければならない。
然し乍ら被測定遅延素子１の遅延時間τは多様である
ため、それぞれの遅延時間に対して立上り及び立下りの
タイミングに反射波Ｗが合致しない周波数を選定するこ
とはむずかしい。
ため、それぞれの遅延時間に対して立上り及び立下りの
タイミングに反射波Ｗが合致しない周波数を選定するこ
とはむずかしい。
このために第３図及び第４図の実施例で示すようにパ
ルス発生器10から出力されるパルスに周波数変調を掛け
たり、或はランダムパルスを用いることによって、被測
定パルス幅生成回路20から出力されるパルスPCの立上
り、立下りのタイミング近くに反射波Ｗが重畳しても、
パルスPCの位相が反射波Ｗに対して周波数変調或はラン
ダムパルスによって離散される。この結果タイミング誤
差の発生回数を少なくすることができ、不整合反射波Ｗ
が発生する遅延素子の遅延時間を精度よく測定すること
ができる。
ルス発生器10から出力されるパルスに周波数変調を掛け
たり、或はランダムパルスを用いることによって、被測
定パルス幅生成回路20から出力されるパルスPCの立上
り、立下りのタイミング近くに反射波Ｗが重畳しても、
パルスPCの位相が反射波Ｗに対して周波数変調或はラン
ダムパルスによって離散される。この結果タイミング誤
差の発生回数を少なくすることができ、不整合反射波Ｗ
が発生する遅延素子の遅延時間を精度よく測定すること
ができる。
尚上述では遅延素子の遅延時間を測定する場合にこの
発明を適用した例を説明したが、遅延時間だけでなく、
矩形波のデューティ比を測定することもできる。つまり
矩形波の周期をＡ、Ｈ論理の期間をＢとした場合、 となる。よってデューティ比 で求られる。
発明を適用した例を説明したが、遅延時間だけでなく、
矩形波のデューティ比を測定することもできる。つまり
矩形波の周期をＡ、Ｈ論理の期間をＢとした場合、 となる。よってデューティ比 で求られる。
「発明の効果」 以上説明したようにこの発明によれば測定に必要な回
路装置が簡単である。また測定の精度の変更が容易にで
きる。つまりゲート時間Ｇを変えるか、又はパルスの周
波数ｆを高く採るか、或はランダムパルスの平均パルス
数Ｍを大きく採るかだけで測定精度を変更することがで
きる。測定精度はＧの平方根に比例する。
路装置が簡単である。また測定の精度の変更が容易にで
きる。つまりゲート時間Ｇを変えるか、又はパルスの周
波数ｆを高く採るか、或はランダムパルスの平均パルス
数Ｍを大きく採るかだけで測定精度を変更することがで
きる。測定精度はＧの平方根に比例する。
このようにこの発明によれば簡単な構造で極く短かい
遅延時間を精度よく測定することができ、その効果は実
用に供して頗る大である。
遅延時間を精度よく測定することができ、その効果は実
用に供して頗る大である。
第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
はその動作を説明するための波形図、第３図及び第４図
はこの発明の他の実施例を示すブロック図、第５図及び
第６図はこの発明の他の実施例の動作を説明するための
波形図、第７図は従来の技術を説明するための波形図で
ある。 1:被測定遅延素子、10:パルス発生器、20:被測定パルス
副生成回路、30:サンプリング回路、40:ランダムパルス
発生器、50:カウンタ。
はその動作を説明するための波形図、第３図及び第４図
はこの発明の他の実施例を示すブロック図、第５図及び
第６図はこの発明の他の実施例の動作を説明するための
波形図、第７図は従来の技術を説明するための波形図で
ある。 1:被測定遅延素子、10:パルス発生器、20:被測定パルス
副生成回路、30:サンプリング回路、40:ランダムパルス
発生器、50:カウンタ。
Claims (1)
- 【請求項１】A.単位時間当りに発生するパルスの数が既
知であるランダムパルス発生器と、 B.被測定遅延時間に等しいパルス幅を持つパルスを一定
の周期で生成する被測定パルス幅生成回路と、 C.この被測定パルス幅生成回路から出力されるパルスの
パルス幅の範囲内で上記ランダムパルス発生器から出力
されるランダムパルスの有無を検出するサンプリング回
路と、 D.このサンプリング回路のサンプリング出力を計数する
カウンタと、 によって構成した遅延時間測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19086388A JP2704635B2 (ja) | 1988-07-29 | 1988-07-29 | 遅延時間測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19086388A JP2704635B2 (ja) | 1988-07-29 | 1988-07-29 | 遅延時間測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0238991A JPH0238991A (ja) | 1990-02-08 |
| JP2704635B2 true JP2704635B2 (ja) | 1998-01-26 |
Family
ID=16265022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19086388A Expired - Fee Related JP2704635B2 (ja) | 1988-07-29 | 1988-07-29 | 遅延時間測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2704635B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SG10201402890UA (en) * | 2014-06-04 | 2016-01-28 | Lantiq Deutschland Gmbh | Probabilistic digital delay measurement device |
-
1988
- 1988-07-29 JP JP19086388A patent/JP2704635B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0238991A (ja) | 1990-02-08 |
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Legal Events
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