JP3270348B2 - Noise analysis device for self-excited system - Google Patents

Noise analysis device for self-excited system

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JP3270348B2
JP3270348B2 JP34363096A JP34363096A JP3270348B2 JP 3270348 B2 JP3270348 B2 JP 3270348B2 JP 34363096 A JP34363096 A JP 34363096A JP 34363096 A JP34363096 A JP 34363096A JP 3270348 B2 JP3270348 B2 JP 3270348B2
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万規子 奥村
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、発振器、マルチバ
イブレータ等の電子回路から成る自励システムの雑音を
解析する雑音解析装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a noise analyzer for analyzing noise of a self-excited system including electronic circuits such as an oscillator and a multivibrator.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子回路の雑音を解析する手法として
は、直流動作点における線形等価回路に雑音源を付加
し、雑音源から出力への伝達関数を計算して出力雑音を
計算する手法がある。しかしながら、発振器のように動
作点が時間の経過に応じて変化するシステムに対して
は、上記手法では解析できない。
2. Description of the Related Art As a method of analyzing noise of an electronic circuit, there is a method of adding a noise source to a linear equivalent circuit at a DC operating point, calculating a transfer function from the noise source to an output, and calculating output noise. . However, a system such as an oscillator whose operating point changes over time cannot be analyzed by the above method.

【0003】一方、ミキサー回路や、スイッチトキャパ
シタ回路のように周期的励振が加わることにより、動作
点が周期的に変化する回路の雑音解析手法については、
以下の文献[1],[2]で提案されている。
On the other hand, a noise analysis method for a circuit whose operating point periodically changes due to periodic excitation, such as a mixer circuit or a switched capacitor circuit, is described below.
It is proposed in the following documents [1] and [2].

【0004】文献[1]:奥村万規子、谷本洋、菅原
勉、“二つの入力信号を持つ非線形回路の計算機による
雑音解析”、電子情報通信学会論文誌A、Vol.J7
3−ANo.8,pp.1342−1349,199
0. 文献[2]:Makiko Okumura,Hiroshi Tanimoto,Tetsuro
Itakura and TsutomuSugawara, “Numerical noise an
alysis for nonlinear cicuits with aperiodic large
signal excitation including cyclostationary noise
sources, ”IEEE Trans.Circuits Syst.,I:Fundamental
Theory and Applications,Vol.40,No.9,pp.581-590,Se
pt.1993. また、以下の文献[3]は発振器の雑音を演算する装置
を開示している。 文献[3]:Andy Howard,“Simulate oscillator phas
e noise,”Maicowaves& RF,pp.64-70,November 1993.
Document [1]: Muniko Okumura, Hiroshi Tanimoto, Tsutomu Sugawara, "A Computer-Based Noise Analysis of a Nonlinear Circuit with Two Input Signals", IEICE Transactions A, Vol. J7
3-ANo. 8, pp. 1342-1349,199
0. Reference [2]: Makiko Okumura, Hiroshi Tanimoto, Tetsuro
Itakura and TsutomuSugawara, “Numerical noise an
alysis for nonlinear cicuits with aperiodic large
signal excitation including cyclostationary noise
sources, ”IEEE Trans.Circuits Syst., I: Fundamental
Theory and Applications, Vol. 40, No. 9, pp. 581-590, Se
pt. 1993. Further, the following document [3] discloses a device for calculating the noise of an oscillator. Reference [3]: Andy Howard, “Simulate oscillator phas
e noise, ”Maicowaves & RF, pp.64-70, November 1993.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た文献[1]、[2]はいずれも、周期的に動作点が変
化する自励システムに対する解析手法については記載し
ていない。したがって、従来は一般的な自励システムの
雑音を試作前にシミュレーションする手法はなく、設計
の段階では、過去の経験から大まかな見積りをするしか
なかった。
However, neither of the above-mentioned documents [1] and [2] describes an analysis method for a self-excited system in which the operating point changes periodically. Therefore, conventionally, there is no method of simulating the noise of a general self-excited system before trial production, and at the design stage, a rough estimate can be made from past experience.

【0006】また、文献[3]は共振器を含む発振器の
雑音しか演算できず、出力パワーを振幅雑音と位相雑音
に分離して演算、出力することができなかった。本発明
はこのような課題に着目してなされたものであり、その
目的とするところは、実際にシステムを試作することな
く、シミュレーションにより事前に自励システムの雑音
を解析することができる雑音解析装置を提供することに
ある。
[0006] Further, in the document [3], only the noise of an oscillator including a resonator can be calculated, and the output power cannot be calculated and output by separating it into amplitude noise and phase noise. The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to analyze noise of a self-excited system in advance by simulation without actually prototyping the system. It is to provide a device.

【0007】また、本発明の他の目的は出力パワーを位
相雑音と振幅雑音とに分離して演算、出力して各雑音の
出力の精度を向上させた雑音解析装置を提供することに
ある。
It is another object of the present invention to provide a noise analysis apparatus which separates output power into phase noise and amplitude noise, calculates and outputs the output power, and improves the output accuracy of each noise.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第1の発明に係る自励システムの雑音解析装置
は、自励システムの構成、及び、パラメータ値、解析条
件等を入力する入力手段と、自励システムの周期的定常
解を演算する周期的定常解演算手段と、自励システムを
周期的定常解のまわりで線形化して得られる周期的線形
時変システムに雑音源を付加する雑音源付加手段と、雑
音源が付加された周期的線形時変システムの時変伝達関
数を各雑音源ごとに演算する時変伝達関数演算手段と、
観測する周波数に折り返している時変伝達関数のパワー
を加算する折り返し成分演算手段と、前記各演算手段に
よる演算結果を選択的に雑音に関する解析結果として出
力する出力手段とを具備する。
In order to achieve the above object, a noise analysis apparatus for a self-excited system according to a first aspect of the present invention inputs a configuration of a self-excited system, parameter values, analysis conditions, and the like. A noise source is added to the input means, the periodic stationary solution calculation means for calculating the periodic stationary solution of the self-excited system, and the periodic linear time-varying system obtained by linearizing the self-excited system around the periodic stationary solution. Noise source adding means, and a time-varying transfer function calculating means for calculating a time-varying transfer function of the periodic linear time-varying system to which the noise source is added for each noise source,
It comprises a folded component computing means for adding the power of the time-varying transfer function folded back to the frequency to be observed, and an output means for selectively outputting the computation result of each computing means as an analysis result relating to noise.

【0009】また、第2の発明に係る自励システムの雑
音解析装置は、第1の発明に係る自励システムの雑音解
析装置において、前記出力手段は、前記周期的定常解演
算手段で演算した周期的定常解と、前記時変伝達関数演
算手段と折り返し成分演算手段での演算で得られた雑音
とを合成して表示する表示手段を含む。
A noise analysis device for a self-excited system according to a second invention is the noise analysis device for a self-excited system according to the first invention, wherein the output means is operated by the periodic stationary solution operation means. And a display means for combining and displaying the periodic stationary solution and the noise obtained by the calculation by the time-varying transfer function calculation means and the aliasing component calculation means.

【0010】また、第3の発明に係る自励システムの雑
音解析装置は、自励システムの構成、及び、パラメータ
値、解析条件等を入力する入力手段と、自励システムの
周期的定常解を演算する周期的定常解演算手段と、自励
システムを周期的定常解のまわりで線形化して得られる
周期的線形時変システムに雑音源を付加する雑音源付加
手段と、雑音源が付加された周期的線形時変システムの
時変伝達関数を各雑音源ごとに演算する時変伝達関数演
算手段と、この演算によって得られた時変伝達関数の位
相雑音と、振幅雑音とを各々演算する位相振幅雑音演算
手段と、前記各演算手段による演算結果を選択的に雑音
に関する解析結果として出力する出力手段とを具備す
る。
A noise analysis device for a self-excited system according to a third aspect of the present invention includes an input means for inputting a configuration of the self-excited system, parameter values, analysis conditions, and the like, and a periodic stationary solution of the self-excited system. A noise source addition means for adding a noise source to a periodic linear time-varying system obtained by linearizing a self-excited system around a periodic steady solution, and a noise source. Time-varying transfer function computing means for computing a time-varying transfer function of a periodic linear time-varying system for each noise source, and a phase for computing phase noise and amplitude noise of the time-varying transfer function obtained by this computation. The apparatus includes an amplitude noise calculating means, and an output means for selectively outputting a calculation result of each of the calculating means as an analysis result regarding noise.

【0011】また、第4の発明に係る自励システムの雑
音解析装置は、自励システムの構成、及び、パラメータ
値、解析条件等を入力する入力手段と、自励システムの
周期的定常解を演算する周期的定常解演算手段と、自励
システムを周期的定常解のまわりで線形化して得られる
周期的線形時変システムに雑音源を付加する雑音源付加
手段と、他の周波数から注目している周波数に周波数変
換して出力される第1の雑音成分と、周波数変換されな
いで出力される第2の雑音成分とを各々演算して、雑音
源が付加された周期的線形時変システムの時変伝達関数
を各雑音源ごとに演算する時変伝達関数演算手段と、前
記第1及び第2の雑音成分に係る時変伝達関数の位相雑
音に寄与する部分のパワーを各雑音源ごとに加算する位
相雑音演算手段と、前記各演算手段による演算結果を選
択的に雑音に関する解析結果として出力する出力手段と
を具備する。
A noise analysis apparatus for a self-excited system according to a fourth aspect of the present invention includes an input means for inputting a configuration of the self-excited system, parameter values, analysis conditions, and the like, and a periodic stationary solution of the self-excited system. Attention should be paid to the noise source addition means for adding a noise source to the periodic linear time-varying system obtained by linearizing the self-excited system around the periodic steady solution, A first noise component output after frequency conversion to a frequency of interest and a second noise component output without frequency conversion to obtain a periodic linear time-varying system to which a noise source is added. A time-varying transfer function calculating means for calculating a time-varying transfer function for each noise source; and a power of a portion of the time-variant transfer function relating to the first and second noise components, which contributes to phase noise, for each noise source. Phase noise calculating means for adding And an output means for outputting the analysis results regarding selective noise calculation result of the respective arithmetic means.

【0012】また、第5の発明に係る自励システムの雑
音解析装置は、自励システムの構成、及び、パラメータ
値、解析条件等を入力する入力手段と、自励システムの
周期的定常解を演算する周期的定常解演算手段と、自励
システムを周期的定常解のまわりで線形化して得られる
周期的線形時変システムに雑音源を付加する雑音源付加
手段と、他の周波数から注目している周波数に周波数変
換して出力される第1の雑音成分と、周波数変換されな
いで出力される第2の雑音成分とを各々演算して、雑音
源が付加された周期的線形時変システムの時変伝達関数
を各雑音源ごとに演算する時変伝達関数演算手段と、前
記第1及び第2の雑音成分に係る時変伝達関数の振幅雑
音に寄与する部分のパワーを各雑音源ごとに加算する振
幅雑音演算手段と、前記各演算手段による演算結果を選
択的に雑音に関する解析結果として出力する出力手段と
を具備する。
A noise analysis apparatus for a self-excited system according to a fifth aspect of the present invention includes an input means for inputting a configuration of the self-excited system, parameter values, analysis conditions, and the like, and a periodic stationary solution of the self-excited system. Attention should be paid to the noise source addition means for adding a noise source to the periodic linear time-varying system obtained by linearizing the self-excited system around the periodic steady solution, A first noise component output after frequency conversion to a frequency of interest and a second noise component output without frequency conversion to obtain a periodic linear time-varying system to which a noise source is added. A time-varying transfer function calculating means for calculating a time-varying transfer function for each noise source; and a power of a portion of the time-variant transfer function relating to the first and second noise components, which contributes to amplitude noise, for each noise source. Amplitude noise calculating means for adding And an output means for outputting the analysis results regarding selective noise calculation result of the respective arithmetic means.

【0013】また、第6の発明に係る自励システムの雑
音解析装置は、第3の発明に係る自励システムの雑音解
析装置において、前記位相振幅雑音演算手段によって得
られた時変伝達関数の位相雑音及び振幅雑音を、前記周
期的定常解演算手段からの周期的定常解を用いて正規化
する正規化手段をさらに具備する。
A noise analysis device for a self-excited system according to a sixth invention is the noise analysis device for a self-excited system according to the third invention, wherein the time-variant transfer function obtained by the phase-amplitude noise calculation means is obtained. The apparatus further includes a normalizing means for normalizing the phase noise and the amplitude noise using the periodic stationary solution from the periodic stationary solution calculating means.

【0014】また、第7の発明に係る自励システムの雑
音解析装置は、第4の発明に係る自励システムの雑音解
析装置において、前記位相雑音演算手段によって得られ
た時変伝達関数の位相雑音を、前記周期的定常解演算手
段からの周期的定常解を用いて正規化する正規化手段を
さらに具備する。
A noise analysis apparatus for a self-excited system according to a seventh invention is the noise analysis apparatus for a self-excited system according to the fourth invention, wherein the phase of the time-varying transfer function obtained by the phase noise calculation means is obtained. The image processing apparatus further includes a normalizing unit that normalizes the noise using the periodic stationary solution from the periodic stationary solution calculating unit.

【0015】また、第8の発明に係る自励システムの雑
音解析装置は、第5の発明に係る自励システムの雑音解
析装置において、前記振幅雑音演算手段によって得られ
た時変伝達関数の振幅雑音を、前記周期的定常解演算手
段からの周期的定常解を用いて正規化する正規化手段を
さらに具備する。
The noise analyzing apparatus for a self-excited system according to an eighth aspect of the present invention is the noise analyzing apparatus for a self-excited system according to the fifth aspect, wherein the amplitude of the time-varying transfer function obtained by the amplitude noise calculating means is obtained. The image processing apparatus further includes a normalizing unit that normalizes the noise using the periodic stationary solution from the periodic stationary solution calculating unit.

【0016】また、第9の発明に係る自励システムの雑
音解析装置は、第3乃至第8の発明のいずれか1つに係
る自励システムの雑音解析装置において、前記出力手段
は、発振周波数からの離調周波数に対する出力を提供す
る。
In a ninth aspect of the present invention, there is provided a noise analysis apparatus for a self-excited system according to any one of the third to eighth aspects. To provide the output for the detuning frequency.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1実施形態
に係る自励システムの雑音解析装置の構成を示すブロッ
ク図である。ここで、自励システムとは周期的な外力を
加えなくてもその定常状態として、自励振動がおきるシ
ステムをいう。この自励振動は振動の振幅および周波数
は一定であり、自律系システムと呼ぶこともある。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a noise analysis device for a self-excited system according to a first embodiment of the present invention. Here, the self-excited system refers to a system in which self-excited vibration occurs as a steady state without applying a periodic external force. This self-excited oscillation has a constant amplitude and frequency, and may be called an autonomous system.

【0018】図1に示すように、本実施形態に係る雑音
解析装置は、入力手段1と、周期的定常解演算手段2
と、雑音源付加手段3と、時変伝達関数演算手段4と、
折り返し成分演算手段5と、出力手段6と、から構成さ
れている。
As shown in FIG. 1, a noise analysis device according to the present embodiment comprises an input unit 1 and a periodic stationary solution operation unit 2.
Noise source adding means 3, time-varying transfer function calculating means 4,
It comprises a folded component calculation means 5 and an output means 6.

【0019】入力手段1は、自励システムの構成やパラ
メータ値、観測する周波数や、雑音源の帯域などの解析
条件、及び、出力方法などを指定する入力手段である。
出力周波数の指定方法については、例えば発振周波数を
基準としてどのぐらい増減しているかを指定する方法が
可能である。
The input means 1 is an input means for designating the configuration and parameter values of the self-excited system, an analysis condition such as a frequency to be observed, a band of a noise source, and an output method.
As a method of specifying the output frequency, for example, a method of specifying how much the output frequency is increased or decreased with reference to the oscillation frequency is possible.

【0020】周期的定常解演算手段2は、自励システム
の発振周波数や、発振振幅などの周期的定常解を演算す
る手段である。演算する手法としては、微分方程式を数
値的に積分する手法や、以下の文献[4]に示されてい
る手法がある。
The periodic steady solution calculating means 2 is a means for calculating a periodic steady solution such as the oscillation frequency and the oscillation amplitude of the self-excited system. As a calculation method, there is a method of numerically integrating a differential equation, and a method disclosed in the following document [4].

【0021】文献[4]:K.S.Kundert,J.K.White,and
A.Sangiovanni-Vincentelli,Steady-State Methods for
Simulating Analog and Microwave Circuits,Kluwer A
cademic Publishers,U.S.A,1990.ここでは、自励システ
ムを次の(1)式で表し、定常解をvssとすると、定常
解は周期的であるから、(2)式となる。
Reference [4]: KSKundert, JKWhite, and
A. Sangiovanni-Vincentelli, Steady-State Methods for
Simulating Analog and Microwave Circuits, Kluwer A
cademic Publishers, USA, 1990. Here, if the self-excited system is represented by the following equation (1), and the stationary solution is represented by v ss , the stationary solution is periodic.

【0022】[0022]

【数1】 (Equation 1)

【0023】雑音源付加手段3は、周期的線形時変シス
テムに雑音源を付加する手段である。雑音は通常、自励
システムの振幅に比べて微小信号なので、雑音とその出
力との関係は線形であると見なすことができる。したが
って、自励システムの周期的定常解のまわりで線形化し
た線形等価回路を用いて解析することができる。
The noise source adding means 3 is a means for adding a noise source to the periodic linear time-varying system. Since the noise is usually a small signal compared to the amplitude of the self-excited system, the relationship between the noise and its output can be considered to be linear. Therefore, the analysis can be performed using a linear equivalent circuit linearized around the periodic stationary solution of the self-excited system.

【0024】自励システムを上記周期的定常解演算手段
2により演算された周期的定常解のまわりで線形化した
線形等価回路は、周期的にパラメータが変化する周期的
線形時変システムとなり、式で書くと、次の(3)式と
なる。
A linear equivalent circuit obtained by linearizing the self-excited system around the periodic stationary solution calculated by the periodic stationary solution calculating means 2 becomes a periodic linear time-varying system in which parameters periodically change. Then, the following equation (3) is obtained.

【0025】[0025]

【数2】 ここで、k番目の雑音源の位置を示すベクトルをzk
すると、周期的線形時変システムにこの雑音源を付加し
た式は、次の(4)式となる。
(Equation 2) Here, assuming that a vector indicating the position of the k-th noise source is z k , the following equation (4) is obtained by adding this noise source to the periodic linear time-varying system.

【0026】[0026]

【数3】 (Equation 3)

【0027】図2は抵抗の熱雑音を表す雑音源を抵抗に
付加した場合の回路図である。図中7は電流源として付
加した場合であり、8は電圧源として付加した場合であ
る。次に、図1に示す時変伝達関数演算手段4は、雑音
源を付加した周期的線形時変システムの雑音源から出力
までの伝達関数を演算する手段である。このような伝達
関数を演算する手法は、例えば以下の文献[5]、文献
[6]、文献[7]に記載されている。
FIG. 2 is a circuit diagram when a noise source representing the thermal noise of the resistor is added to the resistor. In the drawing, reference numeral 7 denotes a case where the current source is added, and reference numeral 8 denotes a case where the current source is added. Next, the time-varying transfer function calculating means 4 shown in FIG. 1 is a means for calculating a transfer function from a noise source to an output of a periodic linear time-varying system to which a noise source is added. Techniques for calculating such a transfer function are described in, for example, the following references [5], [6], and [7].

【0028】文献[5]:Makiko Okumura,Tsutomu Suga
wara and Hiroshi Tanimoto,"An Efficient Small Sign
al Analysis Method of Nonlinear Circuits withTwo F
requency Excitations, ”IEEE Trans.Comput.-Aided D
es.IntegratedCircuits Syst.,Vol.9,No.3,pp.225-235,
Mar,1990. 文献[6]:Makiko Okumura,Hiroshi Tanimoto,Tetsuro
Itakura and TsutomuSugawara,“Numerical noise ana
lysis for nonlinear circuits with aperiodic large
signal excitation including cyclostationary noises
ources, ”IEEE Trans.Circuits Syst.,I:Fundamental
Theory andApplications,Vol.40,No.9,pp.581-590,Sep
t.1993. 文献[7]:Stephen A.Mass,Nonlinear Microwave Circ
uits,Artech HouseBoston,London,1988. これらの手法は、周期的に変化する回路の時変パラメー
タを使って、入力周波数と同じ周波数に出力として現わ
れる伝達関数や、他の高調波成分の伝達関数を演算す
る。
Reference [5]: Makiko Okumura, Tsutomu Suga
wara and Hiroshi Tanimoto, "An Efficient Small Sign
al Analysis Method of Nonlinear Circuits withTwo F
requency Excitations, ”IEEE Trans.Comput.-Aided D
es.IntegratedCircuits Syst., Vol.9, No.3, pp.225-235,
Mar, 1990. Reference [6]: Makiko Okumura, Hiroshi Tanimoto, Tetsuro
Itakura and TsutomuSugawara, “Numerical noise ana
lysis for nonlinear circuits with aperiodic large
signal excitation including cyclostationary noises
ources, ”IEEE Trans.Circuits Syst., I: Fundamental
Theory and Applications, Vol. 40, No. 9, pp. 581-590, Sep
t.1993. Reference [7]: Stephen A. Mass, Nonlinear Microwave Circ
uits, Artech HouseBoston, London, 1988. These methods use the time-varying parameters of a periodically changing circuit to calculate the transfer function that appears as an output at the same frequency as the input frequency, and the transfer function of other harmonic components. Calculate.

【0029】図3に、入力周波数がωのときに出力に現
われる時変伝達関数のスペクトルを示した。ここで、ω
0 =2πf0 である。また、図4は、周波数ωに折り重
なる伝達関数のスペクトルを示している。図示のよう
に、雑音源がある帯域を持つとすると、周波数ωの出力
雑音成分には、…,H1 (ω−ω0 ),H0 (ω),H
-1(ω+ω0 ),H-2(ω+2ω0 ),…の成分が重な
るようになる。時変伝達関数演算手段4では各雑音源ご
とにこれらの伝達関数を計算する。演算手段4で時変伝
達関数の高調波成分をどこまで演算するか、或いは、雑
音源の帯域をどのようにとるかは、ユーザーが指定す
る。或いは、予め定められた値を用いるものとする。
FIG. 3 shows the spectrum of the time-varying transfer function appearing at the output when the input frequency is ω. Where ω
0 = 2πf 0 . FIG. 4 shows a spectrum of a transfer function that overlaps with the frequency ω. As shown in the figure, assuming that the noise source has a certain band, the output noise components of the frequency ω include:, H 1 (ω−ω 0 ), H 0 (ω), H
-1 (ω + ω 0 ), H -2 (ω + 2ω 0 ),... The time-varying transfer function calculating means 4 calculates these transfer functions for each noise source. The user specifies how much the harmonic component of the time-varying transfer function is to be calculated by the calculating means 4 or how the band of the noise source is to be obtained. Alternatively, a predetermined value is used.

【0030】次に、折り返し成分演算手段5は、各雑音
源ごとに時変伝達関数演算手段4で演算した時変伝達関
数において、観測する周波数に折り返す時変伝達関数の
パワーを以下の式を用いて加算する手段である。
Next, the aliasing component calculating means 5 calculates the power of the time-varying transfer function, which is calculated by the time-varying transfer function calculating means 4 for each noise source, at the frequency to be observed, by the following equation. It is a means for adding using.

【0031】[0031]

【数4】 (Equation 4)

【0032】ここで、S(ω)は雑音出力のパワースペ
クトル密度、Hl ( ω−lω0 ) は伝達関数、s( ω−
lω0 ) は雑音源のパワースペクトルであり、ωは注目
している周波数、ω0 =2πf0 は発振周波数、Lはユ
ーザによって任意に設定される定数である。
Here, S (ω) is the power spectrum density of the noise output, H l (ω−1ω 0 ) is the transfer function, and s (ω−
0 ) is the power spectrum of the noise source, ω is the frequency of interest, ω 0 = 2πf 0 is the oscillation frequency, and L is a constant arbitrarily set by the user.

【0033】次に、出力手段6は、各次数ごとに、各雑
音源ごとの雑音と全雑音源のトータル雑音全次数を合計
した各雑音源ごとの雑音と全雑音源のトータル雑音等を
出力する手段であり、以下に述べるように、解析した結
果を表示する表示手段を含む。発振周波数付近の雑音
は、設計仕様の中に含まれる重要な項目である。
Next, the output means 6 outputs, for each order, the noise for each noise source obtained by summing the noise for each noise source and the total noise for all the noise sources, and the total noise of all the noise sources. And display means for displaying the analysis result, as described below. Noise near the oscillation frequency is an important item included in the design specifications.

【0034】図5は自励システムの例題回路としての発
振器(Wien Bridge Oscillator)の構成を示す図である。
図6は発振器に含まれるトランジスタ9に雑音源を付加
した例を示す。ここではトランジスタ9の雑音源とし
て、ベース抵抗の熱雑音10とエミッタ抵抗の熱雑音1
1と、コレクタ抵抗の熱雑音12と、ベース電流IB の
ショット雑音13と、コレクタ電流IC のショット雑音
14とを考慮した。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an oscillator (Wien Bridge Oscillator) as an example circuit of the self-excited system.
FIG. 6 shows an example in which a noise source is added to the transistor 9 included in the oscillator. Here, as noise sources of the transistor 9, thermal noise 10 of the base resistance and thermal noise 1 of the emitter resistance
1, thermal noise 12 of the collector resistance, shot noise 13 of the base current IB, and shot noise 14 of the collector current IC.

【0035】また、図7は発振器に含まれるダイオード
に雑音源を付加した例である。ここではダイオード15
の雑音源として、抵抗Rd の熱雑音16と電流Id のシ
ョット雑音17とを考慮した。
FIG. 7 shows an example in which a noise source is added to a diode included in an oscillator. Here the diode 15
The thermal noise 16 of the resistor Rd and the shot noise 17 of the current Id were considered as noise sources.

【0036】このような構成の発振器を本実施形態によ
り解析した結果を図8〜図10に示す。図8は周期的定
常解演算手段2で演算した周期的定常解である。発振周
波数は146.8[kHz]となった。図9は本実施形
態で演算したトータル出力雑音を示す図である。ここで
は折り返し成分を8次まで考慮した。
FIGS. 8 to 10 show the results of analyzing the oscillator having such a configuration according to the present embodiment. FIG. 8 shows a periodic stationary solution calculated by the periodic stationary solution calculating means 2. The oscillation frequency was 146.8 [kHz]. FIG. 9 is a diagram showing the total output noise calculated in the present embodiment. Here, the folded components are considered up to the eighth order.

【0037】図10は、各雑音源の中で、雑音の大きい
ものを表示した出力結果である。この例題回路では、図
5に示すトランジスタQ1のベース電流のショット雑音
と、抵抗R1の熱雑音の影響が大きいことがわかる。
FIG. 10 shows an output result in which a noise source having a large noise is displayed. In this example circuit, it can be seen that the effects of the shot noise of the base current of the transistor Q1 and the thermal noise of the resistor R1 shown in FIG. 5 are large.

【0038】図11は、周期的定常解演算手段2で演算
した周期的定常解の基本波(発振周波数)のスペクトル
と、時変伝達関数演算手段4、折り返し成分演算手段5
で演算した雑音電力スペクトル密度とを重ねて表示した
ものである。決められた周波数帯域の範囲で基本波のス
ペクトルに対して、雑音レベルがどのくらいに抑えられ
ているかの評価はシステム設計には必須の項目である。
したがって、図11のような結果を解析することは大変
有用である。
FIG. 11 shows the spectrum of the fundamental wave (oscillation frequency) of the periodic stationary solution calculated by the periodic stationary solution calculating unit 2, the time-varying transfer function calculating unit 4, and the aliasing component calculating unit 5.
And the noise power spectral density calculated in the above. Evaluation of how much the noise level is suppressed with respect to the spectrum of the fundamental wave within the determined frequency band is an essential item for system design.
Therefore, it is very useful to analyze the result as shown in FIG.

【0039】上記した第1実施形態によれば、実際にシ
ステムを試作することなく、シミュレーションにより事
前に自励システムの雑音を解析することが可能となる。
さらに、従来のように試作したシステムを測定した場合
は、全雑音源からのトータル雑音しか測定できないが、
本実施形態によるシミュレーションでは、雑音源ごとの
雑音や、伝達関数の次数ごとの雑音を別々に解析し、別
々に出力することが可能なために、解析結果を考慮して
再び設計を行うといった、設計へのフィードバックを図
ることができるようになる。
According to the first embodiment, the noise of the self-excited system can be analyzed in advance by simulation without actually producing a prototype system.
Furthermore, when measuring a prototype system as before, only the total noise from all noise sources can be measured,
In the simulation according to the present embodiment, since noise for each noise source and noise for each order of the transfer function can be separately analyzed and separately output, design is performed again in consideration of the analysis result. Feedback to the design can be achieved.

【0040】以下に、本発明の第2実施形態として、出
力パワーを位相雑音と振幅雑音とに分離して演算、出力
する実施形態を説明する。図12は本発明の第2実施形
態に係る自励システムの雑音解析装置の構成を示すブロ
ック図である。図示のように、この雑音解析装置は、入
力手段11と、周期的定常解演算手段12と、雑音源付
加手段13と、時変伝達関数演算手段14と、位相雑音
演算手段15と、振幅雑音演算手段16と正規化手段1
7と、出力手段18とから構成される。
Hereinafter, as a second embodiment of the present invention, an embodiment in which the output power is separated into phase noise and amplitude noise to calculate and output will be described. FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a noise analysis device for a self-excited system according to the second embodiment of the present invention. As shown in the figure, the noise analysis apparatus includes an input unit 11, a periodic stationary solution operation unit 12, a noise source addition unit 13, a time-varying transfer function operation unit 14, a phase noise operation unit 15, an amplitude noise Calculation means 16 and normalization means 1
7 and output means 18.

【0041】入力手段11は、自励システムの構成や素
子値、モデルパラメータの値、発振周波数の初期値など
のシステムに関する情報と、出力周波数や雑音源の帯域
などの解析条件、雑音の種類(位相雑音、振幅雑音、そ
の合計など)、出力する雑音源出力方法などを指定する
手段である。
The input means 11 includes information about the system such as the configuration and element values of the self-excited system, values of model parameters, initial values of oscillation frequencies, analysis conditions such as output frequencies and noise source bands, and types of noise ( This is a means for designating a phase noise, an amplitude noise, a total thereof, and the like, and a method of outputting a noise source to be output.

【0042】雑音源の帯域の指定方法は、周波数で指定
する。或は、伝達関数の次数に関連する整数で指定す
る。ここで次数というのは、周期的時変伝達関数H(j
ω,t)を下記のように時間tについてフーリエ級数展
開したときのlの値である。
The band of the noise source is specified by the frequency. Alternatively, it is specified by an integer related to the order of the transfer function. Here, the order is a periodic time-varying transfer function H (j
ω, t) is the value of 1 when Fourier series expansion is performed for time t as follows.

【0043】[0043]

【数5】 (Equation 5)

【0044】ここで、ω0 は発振周波数である。出力周
波数の指定方法については、周波数の絶対値の他に、発
振周波数からの離調周波数を指定できる。定常解析を行
なう前の入力の段階では、まだ、正確な発振周波数はわ
かっていないが、定常解析の結果の発振周波数に対する
離調周波数を指定できる。離調周波数とは、発振周波数
からどれだけ周波数が離れているかを示す値である。そ
して、ここでは、その離調周波数に対して、対数スケー
ルでのポイント数、或は、線形スケールでのポイント
数、或は、1オクターブあたりのポイント数、或は、1
ディケードあたりのポイント数を指定できる。
Here, ω 0 is the oscillation frequency. As for the method of specifying the output frequency, a detuning frequency from the oscillation frequency can be specified in addition to the absolute value of the frequency. At the input stage before performing the steady-state analysis, the exact oscillation frequency is not yet known, but a detuning frequency can be designated for the oscillation frequency as a result of the steady-state analysis. The detuning frequency is a value indicating how far the frequency is from the oscillation frequency. Here, for the detuning frequency, the number of points on a logarithmic scale, the number of points on a linear scale, or the number of points per octave, or 1
You can specify the number of points per decade.

【0045】周期的定常解演算手段12は、自励システ
ムが定常状態に達したときの自励振動を演算する手段で
ある。例えば、第1実施形態で述べたように、文献
[4]に示されている時間領域のシューティング法や周
波数領域のハーモニックバランス法を用いて演算するこ
とができる。周期的定常解は、発振が定常状態に達する
まで過渡解析(数値積分)を行なう方法で演算してもよ
い。シューティング法やハーモニックバランス法を用い
て発振器の定常解を求める場合、予め正確な発振周波数
を知らなくても発振周波数の初期値を与えれば、最終的
には発振周波数を含む定常解を演算することができる。
The periodic steady solution calculation means 12 is means for calculating self-excited vibration when the self-excited system reaches a steady state. For example, as described in the first embodiment, the calculation can be performed using the shooting method in the time domain or the harmonic balance method in the frequency domain shown in the document [4]. The periodic steady solution may be calculated by performing a transient analysis (numerical integration) until the oscillation reaches a steady state. When obtaining a steady-state solution of an oscillator using the shooting method or the harmonic balance method, if an initial value of the oscillation frequency is given without knowing the exact oscillation frequency in advance, a steady-state solution including the oscillation frequency is finally calculated. Can be.

【0046】雑音源付加手段13は、自励システムに雑
音源を付加する手段である。第1実施形態で示した図2
のように、例えば、抵抗の熱雑音の場合は抵抗と並列に
電流源を接続する。その電流源の電流値は雑音源の持つ
電力スペクトル密度で決まる。
The noise source adding means 13 is a means for adding a noise source to the self-excited system. FIG. 2 shown in the first embodiment
For example, in the case of thermal noise of a resistor, a current source is connected in parallel with the resistor. The current value of the current source is determined by the power spectrum density of the noise source.

【0047】時変伝達関数演算手段14は、雑音源から
出力への伝達関数を演算する手段である。雑音は微小で
あり、雑音と出力の関係は線形と考えられるから、自励
システムは雑音に対して周期的定常解のまわりで線形化
した周期的時変回路と見ることができ、時変伝達関数演
算手段14は、その周期的時変回路の雑音源から出力ま
での伝達関数を演算する手段である。ここで、伝達関数
とは入力の振幅が1のときの出力であり、入力の振幅が
αだったとき、その出力は伝達関数のα倍となる。入力
として雑音源に付加した電流源の振幅がbのとき、伝達
関数をb倍する手法や振幅bの入力に対する出力を演算
する手法がある。この時変伝達関数演算手段14では、
後者のように、はじめから伝達関数のb倍の値を求めて
もよい。
The time-varying transfer function calculating means 14 is a means for calculating a transfer function from a noise source to an output. Since the noise is insignificant and the relationship between the noise and the output is considered linear, the self-excited system can be viewed as a periodic time-varying circuit linearized around a periodic stationary solution to the noise. The function calculating means 14 is means for calculating a transfer function from the noise source to the output of the periodic time-varying circuit. Here, the transfer function is an output when the input amplitude is 1, and when the input amplitude is α, the output becomes α times the transfer function. When the amplitude of the current source added to the noise source as input is b, there are a method of multiplying the transfer function by b and a method of calculating the output with respect to the input of the amplitude b. In this time-varying transfer function calculating means 14,
As in the latter case, a value b times the transfer function may be obtained from the beginning.

【0048】また、以下、周期的時変伝達関数、或は伝
達関数といった場合、(1)′式の右辺フーリエ成分H
l (jω)、l=…,−1,0,1,2,…を示す。時
変伝達関数演算手段14では、時間領域の手法(第1実
施形態で示した文献[4],[5])や、ハーモニック
バランス法を使った周波数領域の手法(文献[7])を
用いて伝達関数を演算することができる。
In the following, in the case of a periodic time-varying transfer function or a transfer function, the Fourier component H on the right side of the equation (1) '
l (jω), l =..., -1, 0, 1, 2,. The time-varying transfer function calculating means 14 uses a time domain method (references [4] and [5] described in the first embodiment) and a frequency domain method using a harmonic balance method (reference [7]). To calculate the transfer function.

【0049】より詳細には、時変伝達関数演算手段14
はある出力周波数に重なってくるそれぞれの成分の伝達
関数(出力)を演算する手段であり、雑音の持つ周波数
と同じ周波数で出力される成分を演算する第1の演算手
段19と、他の周波数から注目している出力周波数に周
波数変換された成分を演算する第2の演算手段20から
なる。
More specifically, the time-varying transfer function calculating means 14
Is a means for calculating a transfer function (output) of each component overlapping with a certain output frequency, a first calculating means 19 for calculating a component output at the same frequency as the frequency of noise, and another frequency And a second calculating means 20 for calculating a component whose frequency has been converted to an output frequency of interest.

【0050】図13は、周波数変換されず、出力周波数
ωに出力される成分の伝達関数を示したものであり、図
14は、雑音の持つ周波数成分がωi のとき、周波数変
換されて、ωi +ω0 (=ω)に出力される伝達関数を
示したものである。なお、第1実施形態では、両者を区
別する必要がないので、第1の演算手段19と第2の演
算手段20とを1つの手段としていた。
FIG. 13 shows the transfer function of the component output to the output frequency ω without frequency conversion. FIG. 14 shows the frequency conversion when the frequency component of the noise is ω i . It shows the transfer function output at ω i + ω 0 (= ω). In the first embodiment, since it is not necessary to distinguish between the two, the first calculation unit 19 and the second calculation unit 20 are one unit.

【0051】振幅雑音演算手段15は、雑音が加わった
ことにより、発振振幅がどれだけ変化するかを示す振幅
雑音に寄与する電力を演算する手段であり、位相雑音演
算手段16は、雑音が加わったことにより、発振周波数
がどれだけ変化するかを示す位相雑音に寄与する電力を
演算する手段である。ここで、第1の演算手段19で演
算した周波数変換されない成分については雑音はもとも
とランダム信号であり、ランダム信号自身の位相に意味
はないから位相/振幅雑音に寄与する電力は、それぞ
れ、1/2ずつである。また、第2の演算手段20で演
算した周波数変換された成分については、そのうち、振
幅変調された成分の電力が振幅雑音、周波数変調された
成分の電力が位相雑音である。振幅変調された成分は、
周波数変換された成分の実数部、周波数変調された成分
は、周波数変換された成分の虚数部で定まる。
The amplitude noise calculating means 15 is means for calculating the power which contributes to the amplitude noise indicating how much the oscillation amplitude changes due to the addition of the noise. The phase noise calculating means 16 is the means for calculating the phase noise. This means calculates the power contributing to the phase noise indicating how much the oscillation frequency changes. Here, the noise that is not frequency-converted by the first calculating means 19 is originally a random signal, and the phase of the random signal itself has no meaning, so the power contributing to the phase / amplitude noise is 1 / Two each. Of the frequency-converted components calculated by the second calculation means 20, the power of the amplitude-modulated component is amplitude noise, and the power of the frequency-modulated component is phase noise. The amplitude-modulated component is
The real part of the frequency-converted component and the frequency-modulated component are determined by the imaginary part of the frequency-converted component.

【0052】この理由を説明すると以下のようになる。
いま、入力周波数がωi で、出力周波数がωi +ω0
時変伝達関数H1 (ωi )について考える。振幅と位相
に分けて書くと次のようになる。
The reason is as follows.
Now, consider a time-varying transfer function H 1i ) where the input frequency is ω i and the output frequency is ω i + ω 0 . It is as follows when written separately for amplitude and phase.

【0053】[0053]

【数6】 (Equation 6)

【0054】発振周波数ω0 で動いているキャリア信号
から見て、周波数ωi で回転している出力信号、つまり
ωi +ω0 で回転している信号の位相が、キャリアを基
準としてどのくらいずれているかを示しているものであ
る。発振周波数ω0 で動作しているキャリア信号から見
た雑音の角周波数ω0 +ωi の出力をxi (t)′とす
ると、
From the viewpoint of the carrier signal moving at the oscillation frequency ω 0 , the phase of the output signal rotating at the frequency ω i , that is, the phase of the signal rotating at ω i + ω 0 , is determined based on the carrier. It indicates whether or not Assuming that the output of the angular frequency ω 0 + ω i of the noise as viewed from the carrier signal operating at the oscillation frequency ω 0 is x i (t) ′,

【0055】[0055]

【数7】 (Equation 7)

【0056】(5)′式の第1,2項は時変伝達関数の
実数部のフーリエ変換であり、第3,4項が虚数部のフ
ーリエ変換である。図16,図17にそれぞれ、時変伝
達関数H1 (ωi )の実数部と虚数部のベクトル図を示
す。
The first and second terms of the equation (5) 'are the Fourier transform of the real part of the time-varying transfer function, and the third and fourth terms are the Fourier transform of the imaginary part. 16 and 17 show vector diagrams of the real part and the imaginary part of the time-varying transfer function H 1i ), respectively.

【0057】同様に、発振周波数ω0 で動作しているキ
ャリアから見た雑音の角周波数−ωi の出力をx′
-i(t)とすると、 x′-i(t) =H1 (−ωi )cos(−ωi t)+jH1 (−ωi )sin(−ωi t) (6)′ (6)′式をフーリエ変換すると、
Similarly, the output of the angular frequency −ω i of the noise viewed from the carrier operating at the oscillation frequency ω 0 is x ′
When -i (t), x '-i (t) = H 1 (-ω i) cos (-ω i t) + jH 1 (-ω i) sin (-ω i t) (6)' (6 ) 'Is Fourier transformed,

【0058】[0058]

【数8】 (Equation 8)

【0059】ここで、H1 (ωi )とH1 (−ωi )は
互いに複素共役の関係があるから、これを考慮して
(7)′式の図18,19にH1 (−ωi )の実数部と
虚数部をベクトルで示す。
[0059] Here, H 1 (omega i) and H 1 (- [omega] i) from a relationship of complex conjugate to each other, in consideration of this (7) 'in FIG. 18 and 19 of Formula H 1 (- The real and imaginary parts of ω i ) are represented by vectors.

【0060】H1 (ωi )とH1 (−ωi )は互いに相
関があるから、それぞれの実数部である図16と図18
を同じ複素平面にベクトルで描くと図20となり、それ
ぞれの虚数部である図17と図19を同じ複素平面にベ
クトルで描くと図21となる。この図より、周波数変換
された成分の実数部はキャリアと同相であり、振幅変調
成分を表し、虚数部はキャリアと直交し、周波数変調成
分を表していることがわかる。この結果、時変伝達関数
(出力)の実数部と虚数部は、それぞれ、周波数変換さ
れた雑音出力の位相雑音と振幅雑音を示している。
Since H 1i ) and H 1 (−ω i ) are correlated with each other, their real parts, FIG. 16 and FIG.
Is drawn on the same complex plane as a vector, and FIG. 20 is drawn when the respective imaginary parts of FIG. 17 and FIG. 19 are drawn on the same complex plane as a vector. From this figure, it can be seen that the real part of the frequency-converted component is in phase with the carrier and represents the amplitude modulation component, and the imaginary part is orthogonal to the carrier and represents the frequency modulation component. As a result, the real part and the imaginary part of the time-varying transfer function (output) indicate the phase noise and the amplitude noise of the frequency-converted noise output, respectively.

【0061】したがって、振幅雑音に寄与する電力を演
算する振幅雑音演算手段15では、第1の演算手段19
で演算した周波数変換されない成分の電力の1/2と、
第2の演算手段10で演算した周波数変換された成分の
実数部の電力を以下の(8)′式に従って加算する。ま
た、位相雑音に寄与する電力を演算する位相雑音演算手
段16では、第1の演算手段19で演算した周波数変換
されない成分の電力の1/2と、第2の演算手段20で
演算した周波数変換された成分の虚数部の電力を以下の
(9)′式に従って加算する。
Therefore, in the amplitude noise calculating means 15 for calculating the power contributing to the amplitude noise, the first calculating means 19
1/2 of the power of the frequency-unconverted component calculated in
The power of the real part of the frequency-converted component calculated by the second calculating means 10 is added according to the following equation (8) '. The phase noise calculating means 16 for calculating the power contributing to the phase noise is 1 / of the power of the frequency-unconverted component calculated by the first calculating means 19 and the frequency conversion calculated by the second calculating means 20. The power of the imaginary part of the component is added according to the following equation (9) '.

【0062】[0062]

【数9】 (Equation 9)

【0063】ここで、(8)′式におけるImは虚数部
を表し、(9)′式におけるReは実数部を表す。次
に、正規化手段17は、それぞれ、下記のように定義し
た正規化した振幅雑音と、正規化した位相雑音を演算す
る手段である。
Here, Im in the equation (8) 'represents an imaginary part, and Re in the equation (9)' represents a real part. Next, the normalizing means 17 is means for calculating the normalized amplitude noise and the normalized phase noise defined as follows.

【0064】[0064]

【数10】 (Equation 10)

【0065】ここで、Namp ,Nphs はそれぞれ、正規
化した振幅雑音、正規化した位相雑音を示す。上記定義
により、正規化手段17は、周期的定常解演算手段12
で演算した結果を用いて発振周波数のスペクトル、及
び、その電力を演算する電力演算手段21を備えてお
り、振幅雑音演算手段15や位相雑音演算手段16で演
算した結果を電力演算手段21で演算した結果で割り、
amp やNphs を演算する。
Here, N amp and N phs indicate normalized amplitude noise and normalized phase noise, respectively. According to the above definition, the normalizing means 17 includes the periodic stationary solution calculating means 12
Is provided with a power calculating means 21 for calculating the spectrum of the oscillation frequency and its power using the result calculated in step (1). The result calculated by the amplitude noise calculating means 15 and the phase noise calculating means 16 is calculated by the power calculating means 21. Divided by the result
Calculate N amp and N phs .

【0066】単位をdBc/Hzで表すと、上記の場
合、10 log{Namp },10 log{Nphs
となる。通常、位相雑音測定器で測定される結果は上記
正規化された位相雑音であり、単に、位相雑音というと
これを示すことが多い。
When the unit is expressed in dBc / Hz, in the above case, 10 log {N amp }, 10 log {N phs }
Becomes Usually, the result measured by the phase noise measuring instrument is the above-described normalized phase noise, which is often referred to simply as phase noise.

【0067】電力演算手段21でスペクトルを演算する
手法は、例えば、高速フーリエ変換(FFT)や離散フ
ーリエ変換(DFT)、フーリエ数値積分などである。
周期的定常解をハーモニックバランス法のように周波数
領域の手法で求めた場合は、発振周波数のスペクトルは
周期的定常解演算手段12で既に演算されているので、
直接その結果を用いる。
The method of calculating the spectrum by the power calculating means 21 includes, for example, fast Fourier transform (FFT), discrete Fourier transform (DFT), and Fourier numerical integration.
When the periodic stationary solution is obtained by a frequency domain method such as the harmonic balance method, the spectrum of the oscillation frequency has already been calculated by the periodic stationary solution calculating means 12, so that
Use the result directly.

【0068】出力手段18では、入力手段11で指定さ
れた形式で、演算結果を出力する手段である。各雑音源
ごとの位相雑音、或は、振幅雑音、或は、その合計や、
全雑音源のトータルの位相雑音、或は、振幅雑音、或
は、その合計を出力する手段である。また、伝達関数の
次数ごとの出力も可能であり、ベースバンド成分から発
振周波数付近に周波数変換された成分の位相雑音や振幅
雑音、或はその合計を出力できる。伝達関数の次数ごと
の出力は、さらに、雑音源ごとに出力することもでき
る。
The output means 18 is a means for outputting a calculation result in the format specified by the input means 11. Phase noise or amplitude noise for each noise source, or their sum,
This is a means for outputting the total phase noise or the amplitude noise of all the noise sources or the total thereof. Further, the output of each order of the transfer function is also possible, and the phase noise and the amplitude noise of the component whose frequency is converted from the baseband component to the vicinity of the oscillation frequency, or the total thereof can be output. The output for each order of the transfer function can be further output for each noise source.

【0069】従来は、振幅雑音と位相雑音を分離して出
力する装置はなかったが、ある雑音源の出力雑音が、位
相に寄与するものなのか振幅に寄与するものなのかを知
ることは、設計者にとって重要である。図15は、位相
雑音、振幅雑音、及び、その合計を出力した図である。
横軸は、発振周波数からの離調周波数を示している。設
計者にとって興味があるのは、発振周波数近傍の周波数
である。そのためには周波数の絶対値の対数表示より、
離調周波数の対数表示の方が、発振周波数近傍の周波数
のポイントを十分にとれるという利点がある。出力手段
18では、入力手段11で指定された事項に基づいて、
周期的定常解演算手段12で演算した結果の発振周波数
を基準とした離調周波数に対して、結果を出力する。
Conventionally, there was no device for separating and outputting amplitude noise and phase noise. However, it is necessary to know whether the output noise of a certain noise source contributes to the phase or the amplitude. Important for designers. FIG. 15 is a diagram that outputs the phase noise, the amplitude noise, and the total thereof.
The horizontal axis shows the detuning frequency from the oscillation frequency. Of interest to designers are frequencies near the oscillation frequency. To do so, from the logarithmic representation of the absolute value of the frequency,
The logarithmic representation of the detuning frequency has the advantage that a sufficient frequency point near the oscillation frequency can be taken. In the output means 18, based on the items designated by the input means 11,
The result is output with respect to the detuning frequency based on the oscillation frequency of the result calculated by the periodic stationary solution calculation means 12.

【0070】上記した第2実施形態によれば、実際にシ
ステムを試作することなく、事前にシミュレーションに
より、自励システムの雑音を解析することが可能とな
る。また、振幅雑音と位相雑音とを分離して演算、出力
するようにしたので、各雑音の出力の精度が向上する。
According to the second embodiment described above, it is possible to analyze the noise of the self-excited system by simulation in advance without actually producing a system. In addition, since the amplitude noise and the phase noise are calculated and output separately, the output accuracy of each noise is improved.

【0071】また、試作したシステムを測定した場合
は、全雑音源からのトータル雑音しか測定できないが、
シミュレーションでは、雑音源ごとの雑音や、伝達関数
の次数ごとの雑音、振幅雑音や位相雑音とを分離して解
析し、別々に出力することが可能なために、解析結果を
考慮して再び設計を行う、設計へのフィードバックを図
ることができるという効果がある。
When measuring the prototype system, only the total noise from all noise sources can be measured.
In the simulation, the noise for each noise source, the noise for each order of the transfer function, the amplitude noise, and the phase noise can be separated and analyzed and output separately. And the feedback to the design can be achieved.

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明によれば、実際にシステムを試作
することなく、シミュレーションにより事前に自励シス
テムの雑音を解析することができるようになる。また、
出力パワーを位相雑音と振幅雑音とに分離して演算、出
力するようにしたので、各雑音の出力の精度を向上させ
ることができる。
According to the present invention, the noise of the self-excited system can be analyzed in advance by simulation without actually producing a prototype system. Also,
Since the output power is calculated and output by separating the output power into phase noise and amplitude noise, the output accuracy of each noise can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る自励システムの雑
音解析装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a noise analysis device of a self-excited system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】抵抗の熱雑音源を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a thermal noise source of a resistor.

【図3】入力周波数がωのときに出力に現われる時変伝
達関数のスペクトルを示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a spectrum of a time-varying transfer function appearing in an output when an input frequency is ω.

【図4】周波数ωに折り重なる伝達関数のスペクトルを
示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a spectrum of a transfer function that overlaps with a frequency ω.

【図5】自励システムの例題回路としての発振回路の構
成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an oscillation circuit as an example circuit of the self-excited system.

【図6】発振回路に含まれるトランジスタに雑音源を付
加した構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration in which a noise source is added to a transistor included in an oscillation circuit.

【図7】発振回路に含まれるダイオードに雑音源を付加
した構成を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration in which a noise source is added to a diode included in an oscillation circuit.

【図8】例題回路の周期的定常解を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a periodic stationary solution of the example circuit.

【図9】本実施形態で演算したトータル出力雑音を示す
図である。
FIG. 9 is a diagram showing total output noise calculated in the present embodiment.

【図10】各雑音源の中で、雑音の大きいものを表示し
た出力結果を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an output result in which a noise source having a large noise is displayed.

【図11】発振器の基本波のスペクトルと雑音電力スペ
クトル密度とを重ねて表示した図である。
FIG. 11 is a diagram in which the spectrum of the fundamental wave of the oscillator and the noise power spectrum density are superimposed and displayed.

【図12】本発明の第2実施形態に係る自励システムの
雑音解析装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of a noise analysis device for a self-excited system according to a second embodiment of the present invention.

【図13】周波数変換されない伝達関数を示す図であ
る。
FIG. 13 is a diagram showing a transfer function that is not frequency-converted.

【図14】周波数変換される伝達関数を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a transfer function subjected to frequency conversion.

【図15】位相雑音、振幅雑音、及びその合計を出力し
た結果を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a result of outputting a phase noise, an amplitude noise, and a total thereof.

【図16】時変伝達関数H1 (ωi )の実数部のベクト
ル図である。
FIG. 16 is a vector diagram of the real part of the time-varying transfer function H 1i ).

【図17】時変伝達関数H1 (ωi )の虚数部のベクト
ル図である。
FIG. 17 is a vector diagram of an imaginary part of a time-varying transfer function H 1i ).

【図18】時変伝達関数H1 (−ωi )の実数部のベク
トル図である。
FIG. 18 is a vector diagram of a real part of the time-varying transfer function H 1 (−ω i ).

【図19】時変伝達関数H1 (−ωi )の虚数部のベク
トル図である。
FIG. 19 is a vector diagram of an imaginary part of a time-varying transfer function H 1 (−ω i ).

【図20】時変伝達関数H1 (ωi )とH1 (−ωi
の実数部のベクトル図である。
FIG. 20: Time-varying transfer functions H 1i ) and H 1 (−ω i )
FIG. 4 is a vector diagram of a real part.

【図21】時変伝達関数H1 (ωi )とH1 (−ωi
の虚数部のベクトル図である。
FIG. 21. Time-varying transfer functions H 1i ) and H 1 (−ω i )
3 is a vector diagram of an imaginary part of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…入力手段、2…周期的定常解演算手段、3…雑音源
付加手段、4…時変伝達関数演算手段、5…折り返し成
分演算手段、6…出力手段、7…電流の雑音源、8…電
圧の雑音源、11…入力手段、12…周期的定常解演算
手段、13…雑音源付加手段、14…時変伝達関数演算
手段、15…振幅雑音演算手段、16…位相雑音演算手
段、17…正規化手段、18…出力手段、19…第1の
演算手段、20…第2の演算手段、21…電力演算手
段。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Input means, 2 ... Periodic stationary solution calculation means, 3 ... Noise source addition means, 4 ... Time-varying transfer function calculation means, 5 ... Return component calculation means, 6 ... Output means, 7 ... Noise source of current, 8 ... voltage noise source, 11 ... input means, 12 ... periodic stationary solution calculation means, 13 ... noise source addition means, 14 ... time-varying transfer function calculation means, 15 ... amplitude noise calculation means, 16 ... phase noise calculation means, 17 normalizing means, 18 output means, 19 first calculating means, 20 second calculating means, 21 power calculating means.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 27/28 G01R 29/26 G06F 17/50 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01R 27/28 G01R 29/26 G06F 17/50

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 自励システムの構成、及び、パラメータ
値、解析条件等を入力する入力手段と、 自励システムの周期的定常解を演算する周期的定常解演
算手段と、 自励システムを周期的定常解のまわりで線形化して得ら
れる周期的線形時変システムに雑音源を付加する雑音源
付加手段と、 雑音源が付加された周期的線形時変システムの時変伝達
関数を各雑音源ごとに演算する時変伝達関数演算手段
と、 観測する周波数に折り返している時変伝達関数のパワー
を加算する折り返し成分演算手段と、 前記各演算手段による演算結果を選択的に雑音に関する
解析結果として出力する出力手段と、 を具備することを特徴とする自励システムの雑音解析装
置。
An input means for inputting a configuration of a self-excited system, parameter values, analysis conditions, and the like; a periodic steady-state solution calculating means for calculating a periodic steady-state solution of the self-excited system; Source addition means for adding a noise source to a periodic linear time-varying system obtained by linearizing around a static stationary solution, and the time-varying transfer function of the periodic linear time-varying system with the noise source added to each noise source Time-varying transfer function calculating means for calculating the power of the time-varying transfer function that is folded back to the frequency to be observed, and a folded component calculating means for adding the power of the time-varying transfer function to the observed frequency. A noise analysis device for a self-excited system, comprising: output means for outputting.
【請求項2】 前記出力手段は、前記周期的定常解演算
手段で演算した周期的定常解と、前記時変伝達関数演算
手段と折り返し成分演算手段での演算で得られた雑音と
を合成して表示する表示手段を含むことを特徴とする請
求項1記載の自励システムの雑音解析装置。
2. The output means synthesizes the periodic stationary solution calculated by the periodic stationary solution calculation means with noise obtained by the calculation by the time-varying transfer function calculation means and the aliasing component calculation means. 2. The noise analyzing apparatus for a self-excited system according to claim 1, further comprising a display unit for displaying the noise.
【請求項3】 自励システムの構成、及び、パラメータ
値、解析条件等を入力する入力手段と、 自励システムの周期的定常解を演算する周期的定常解演
算手段と、 自励システムを周期的定常解のまわりで線形化して得ら
れる周期的線形時変システムに雑音源を付加する雑音源
付加手段と、 雑音源が付加された周期的線形時変システムの時変伝達
関数を各雑音源ごとに演算する時変伝達関数演算手段
と、 この演算によって得られた時変伝達関数の位相雑音と、
振幅雑音とを各々演算する位相振幅雑音演算手段と、 前記各演算手段による演算結果を選択的に雑音に関する
解析結果として出力する出力手段と、 を具備することを特徴とする自励システムの雑音解析装
置。
3. A configuration of a self-excited system, input means for inputting parameter values, analysis conditions, and the like; periodic stationary solution calculation means for calculating a periodic stationary solution of the self-excited system; Source addition means for adding a noise source to a periodic linear time-varying system obtained by linearizing around a static stationary solution, and the time-varying transfer function of the periodic linear time-varying system with the noise source added to each noise source Time-variant transfer function calculating means for calculating each time, phase noise of the time-variable transfer function obtained by this calculation,
Noise analysis of a self-excited system, comprising: phase amplitude noise calculation means for calculating respective amplitude noises; and output means for selectively outputting the calculation results of the calculation means as analysis results relating to noise. apparatus.
【請求項4】 自励システムの構成、及び、パラメータ
値、解析条件等を入力する入力手段と、 自励システムの周期的定常解を演算する周期的定常解演
算手段と、 自励システムを周期的定常解のまわりで線形化して得ら
れる周期的線形時変システムに雑音源を付加する雑音源
付加手段と、 他の周波数から注目している周波数に周波数変換して出
力される第1の雑音成分と、周波数変換されないで出力
される第2の雑音成分とを各々演算して、雑音源が付加
された周期的線形時変システムの時変伝達関数を各雑音
源ごとに演算する時変伝達関数演算手段と、 前記第1及び第2の雑音成分に係る時変伝達関数の位相
雑音に寄与する部分のパワーを各雑音源ごとに加算する
位相雑音演算手段と、 前記各演算手段による演算結果を選択的に雑音に関する
解析結果として出力する出力手段と、 を具備することを特徴とする自励システムの雑音解析装
置。
4. A configuration of a self-excited system, input means for inputting parameter values, analysis conditions, and the like; periodic stationary solution calculation means for calculating a periodic stationary solution of the self-excited system; Source adding means for adding a noise source to a periodic linear time-varying system obtained by linearizing around a steady-state solution, and a first noise which is converted from another frequency to a frequency of interest and output. And a second noise component output without being frequency-converted to calculate a time-varying transfer function of a periodic linear time-varying system to which a noise source is added for each noise source. Function calculating means, phase noise calculating means for adding the power of a portion of the time-varying transfer function relating to the first and second noise components that contributes to phase noise for each noise source, and calculation results by the calculating means Selectively Noise Analysis device of a self-excited system, characterized by comprising output means for outputting the analysis result that, a.
【請求項5】 自励システムの構成、及び、パラメータ
値、解析条件等を入力する入力手段と、 自励システムの周期的定常解を演算する周期的定常解演
算手段と、 自励システムを周期的定常解のまわりで線形化して得ら
れる周期的線形時変システムに雑音源を付加する雑音源
付加手段と、 他の周波数から注目している周波数に周波数変換して出
力される第1の雑音成分と、周波数変換されないで出力
される第2の雑音成分とを各々演算して、雑音源が付加
された周期的線形時変システムの時変伝達関数を各雑音
源ごとに演算する時変伝達関数演算手段と、 前記第1及び第2の雑音成分に係る時変伝達関数の振幅
雑音に寄与する部分のパワーを各雑音源ごとに加算する
振幅雑音演算手段と、 前記各演算手段による演算結果を選択的に雑音に関する
解析結果として出力する出力手段と、 を具備することを特徴とする自励システムの雑音解析装
置。
5. An input means for inputting a configuration of a self-excited system, parameter values, analysis conditions, and the like; a periodic steady-state solution calculating means for calculating a periodic steady-state solution of the self-excited system; Source adding means for adding a noise source to a periodic linear time-varying system obtained by linearizing around a steady-state solution, and a first noise which is converted from another frequency to a frequency of interest and output. And a second noise component output without being frequency-converted to calculate a time-varying transfer function of a periodic linear time-varying system to which a noise source is added for each noise source. Function calculating means, amplitude noise calculating means for adding the power of a portion of the time-variant transfer function relating to the first and second noise components that contributes to the amplitude noise for each noise source, and calculation results by the calculating means Selectively Noise Analysis device of a self-excited system, characterized by comprising output means for outputting the analysis result that, a.
【請求項6】 前記位相振幅雑音演算手段によって得ら
れた時変伝達関数の位相雑音及び振幅雑音を、前記周期
的定常解演算手段からの周期的定常解を用いて正規化す
る正規化手段をさらに具備することを特徴とする請求項
3記載の雑音解析装置。
6. A normalizing means for normalizing phase noise and amplitude noise of a time-varying transfer function obtained by said phase amplitude noise calculating means using a periodic stationary solution from said periodic stationary solution calculating means. The noise analysis device according to claim 3, further comprising:
【請求項7】 前記位相雑音演算手段によって得られた
時変伝達関数の位相雑音を、前記周期的定常解演算手段
からの周期的定常解を用いて正規化する正規化手段をさ
らに具備することを特徴とする請求項4記載の雑音解析
装置。
7. A normalizing means for normalizing phase noise of a time-varying transfer function obtained by said phase noise calculating means using a periodic stationary solution from said periodic stationary solution calculating means. The noise analysis device according to claim 4, wherein:
【請求項8】 前記振幅雑音演算手段によって得られた
時変伝達関数の振幅雑音を、前記周期的定常解演算手段
からの周期的定常解を用いて正規化する正規化手段をさ
らに具備することを特徴とする請求項5記載の雑音解析
装置。
8. A normalizing means for normalizing the amplitude noise of the time-varying transfer function obtained by said amplitude noise calculating means using a periodic stationary solution from said periodic stationary solution calculating means. The noise analysis device according to claim 5, wherein:
【請求項9】 前記出力手段は、発振周波数からの離調
周波数に対する出力を提供することを特徴とする請求項
3乃至8のいずれか1つに記載の自励システムの雑音解
析装置。
9. The noise analysis apparatus for a self-excited system according to claim 3, wherein said output means provides an output with respect to a detuning frequency from an oscillation frequency.
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