JP3738661B2

JP3738661B2 - 時間測定装置

Info

Publication number: JP3738661B2
Application number: JP2000129971A
Authority: JP
Inventors: 恵三新免; 之大加藤; 和也片野
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP2001311754A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時間測定装置に関し、より詳細には、データ信号とクロック信号との時間差測定を行うジッタメータ又はタイムインターバルアナライザーに好適に採用される時間測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
時間や周波数を測定する計測器は、一般にエレクトロニック・カウンタと呼ばれ、その手軽さから様々な分野で使用されている。タイムインターバルアナライザーは、最新型の時間測定装置であり、ユニバーサル・カウンタの機能に加え、時間や周波数等の測定値をメモリに蓄積して、多くのデータから測定値の時間変動であるジッタや周波数の時間変化等を解析し、解析結果をグラフィック画面に表示できる機能を有する。ジッタメータは、タイムインターバルアナライザーの下位機種として位置づけられ、機能を限定し、解析結果をアナログメータ等で表示して、高速に測定を行う。
【０００３】
図１０は、従来の時間測定装置のブロック図である。信号源１は、データ信号１０１及びクロック信号１０２を時間測定装置２Ａに入力する。可変ディレイ部２１は、パネル操作部２６からの指定量に従って、クロック信号１０２を遅らせて、時間差測定部２２に入力する。時間差測定部２２は、データ信号１０１とクロック信号１０２との時間差のサンプル測定を複数回行い、複数の時間差測定値から成る時間差データと全サンプル中の測定値頻度とを含む度数データ１０３を生成する。時間差測定部２２は、生成した度数データ１０３を度数データ格納メモリ２７に格納する。
【０００４】
演算部２４は、度数データ格納メモリ２７から度数データ１０３を読み出し、時間差データを平均し、時間差平均値１０６として表示部２５に入力する。表示部２５は、時間差平均値１０６を表示する。また、測定者は、時間差データと共に全サンプル中の測定値頻度をヒストグラム表示することにより、測定サンプルの状態を把握することもできる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
時間差平均値１０６には、クロック信号１０２に関する情報が含まれない。このため、測定者は、データ信号１０１とクロック信号１０２との間に、どの程度の時間差が存在するのかという絶対的な評価しかできないため、クロック信号１０２に対する位相差を知ることができない。また、クロック信号１０２の周波数を変えて同様な測定を行うと、周波数の変化に応じて時間差平均値１０６が先の測定と異なる値を示すので、クロック周波数が異なる場合には夫々の時間差平均値１０６の測定結果をクロック信号１０２に対する位相差として定量的に比較することができなかった。
【０００６】
また、タイムインターバルアナライザは、グラフィック画面で波形観測しながら、ケーブル長を変える等の処置により、位相調整を行う。しかし、ジッタメータには、アナログメータによる表示が採用され、波形観測をする機能がないので、最適な位相調整を本体だけで行うことができないという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、２つの信号時間差測定において、一方の信号の周波数が変化した際にも夫々の測定結果を定量的に比較できる時間測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の時間測定装置は、２つの信号の立ち上がり又は立ち下がりの時間差を複数回サンプリングして時間差データを生成する時間差測定部と、一方の信号の周期を計測する周期測定部と、前記時間差データに基づいて２つの信号の時間差を統計的演算で求め、該求めた統計時間差と前記周期測定部で計測された周期との比率を演算し、２つの信号の位相角度差を求める演算部とを備え、
前記演算部は、
時間差データをヒストグラムで表し、頻度が所定のしきい値よりも低いヒストグラム曲線に対応する時間差測定値の中間点から、前記周期測定部で測定された周期の１／２だけ離れた位置にある時間差測定値を、前記統計時間差として選択することを特徴とする。
【０００９】
本発明の時間測定装置は、２つの信号の時間差を統計的に処理した統計時間差とクロック周波数の周期との比率に基づいて位相角度差を計算し、測定結果として表示するので、互いに異なる周波数を有する時間差の複数の測定において、一方の信号の周波数が変化した際にも夫々の測定結果を定量的に比較でき、さらに、圧縮度数データのヒストグラム形状が何れの場合にも、ヒストグラム形状の山が割れずに、最適な時間差測定値を代表値として選択するので、アナログメータの指示値に基づいて最適な位相調整が行える。
【００１０】
本発明の時間測定装置では、２つの信号の内何れか一方の信号を遅延させて、前記時間差測定部に入力する可変ディレイ部を更に備えることが好ましい。この場合、位相調整することが容易になる。
【００１２】
また、本発明の時間測定装置では、前記演算部は、前記時間差データから時間差測定値の最頻度を選択して出力することもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例に基づいて、本発明の時間測定装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態例の時間測定装置２及びその測定対象の信号源１のブロック図である。時間測定装置２は、可変ディレイ部２１、時間差測定部２２、周期測定部２３、演算部２４、表示部２５、パネル操作部２６、度数データ格納メモリ２７、及び、周期データ格納メモリ２８で構成される。
【００１４】
図２は、図１の信号源１の具体例を示す図で、光ディスクのクロック信号に対してデータ信号が変動する際のジッタ測定例を示す。信号源１は、光ディスク１１からの出力信号を等価器１２で処理し、コンパレータ１３を経由したデータ信号１０１と、ＰＬＬ回路１４が発生するクロック信号１０２とに変換する。信号源１は、データ信号１０１及びクロック信号１０２を時間測定装置２に入力する。
【００１５】
図３は、図１の時間測定装置２の動作を示すフローチャートである。測定者は、パネル操作部２６を操作して、任意の遅延量を指定する（ステップＳ１１）。可変ディレイ部２１は、パネル操作部２６に指定された遅延量に従って、クロック信号１０２を遅らせ、時間差測定部２２及び周期測定部２３に入力する。データ信号１０１は、時間差測定部２２に直接入力される。
【００１６】
図４は、時間差測定部２２によって行われる時間差測定を説明するためのタイミイングチャートである。時間差測定部２２は、データ信号１０１の立上り時刻から、クロック信号１０２の次の立上り時刻までの時間を、信号時間差として求める時間差測定を複数回行う。時間差測定部２２は、例えば10⁵サンプル程度の時間差測定値から成る時間差データを作成する。図２に示す具体例によると、クロック信号１０２の周期Ｔ２は、データ信号の周期Ｔ１より短いので、時間差測定値は０〜Ｔ２〔ｓ〕の値になる。
【００１７】
図５は、周期測定部２３によって行われる周期測定を説明するためのタイミングチャートである。周期測定部２３は、クロック信号１０２の１つのクロックパルスの立上り時刻から、次のクロックパルスの立上り時刻までの時間を、クロック信号１０２の１周期として求める周期測定を複数回繰り返し行う。周期測定部２３は、複数サンプルの周期測定値から成る周期データを作成する（ステップＳ１２）。
【００１８】
時間差測定部２２は、時間差データを度数データ１０３に変換して、度数データ格納メモリ２７に格納する（ステップＳ１３）。度数データ１０３は、時間差データ、及び、全サンプルに対する時間差測定値の頻度を示す度数を含むデータである。周期測定部２３は、周期データ１０４を周期データ格納メモリ２８に格納する（ステップＳ１４）。
【００１９】
図６は、演算部２４によって行われる位相差を算出する際の様子を示すヒストグラムである。度数データ１０３は、同図に示すように、正規分布状のヒストグラムとして表現される。図３に戻り、演算部２４は、度数データ格納メモリ２７から度数データ１０３を読み出し、全サンプルの中から、最も測定頻度の大きい時間差測定値（最頻度時間差）を算出する（ステップＳ１５）。演算部２４は、周期データ格納メモリ２８から周期データ１０４を読み出し、周期データ１０４から周期測定値を算出する（ステップＳ１６）。演算部２４は、最頻度時間差を周期測定値で除算し、周期によって規格化された時間差を求め、次いでその比を３６０で乗算し、２つの信号の位相角度差として求める（ステップＳ１７）。演算部２４は、演算結果である規格化された位相差値１０５を表示部２５に入力する。
【００２０】
図７は、図１の表示部２５の一例を示す。表示部２５は、同図に示すように、位相差値１０５をアナログメータにより角度表示する（ステップＳ１８）。
測定者による設定を待つ設定待ちの状態に維持する。再びステップＳ１１に戻って、測定者は、表示部２５の位相差値１０５に応じてパネル操作部２６を操作し、位相調整を行う。位相調整は、表示部２５が表示する位相差値１０５を１８０度に調整することで行われ、これによって、可変ディレイ部２１の遅延量は最適に設定される。
【００２１】
上記実施形態例によれば、データ信号とクロック信号との最頻度時間差を、クロック信号の周期測定値で規格化し測定結果として表示するので、互いに異なる周波数のクロック信号を有する複数の時間差測定において、夫々の測定結果を定量的に比較できる。
【００２２】
図８は、本発明の第２実施形態例の時間測定装置によって行われる位相調整の動作を示すフローチャートである。時間測定装置自体の構成は、図１に示した図と同様である。演算部２４は、時間差データをヒストグラムで表し、頻度が所定のしきい値よりも低いヒストグラム曲線に対応する時間差測定値の中間点から、周期測定部２３で測定されたクロック信号１０２の周期の１／２だけ離れた位置にある時間差測定値を、統計時間差として選択する。本実施形態例では、最頻度時間差に代えてこの統計時間差を用いて位相角度差を算出する点が先の実施形態例と異なる。
【００２３】
測定者は、パネル操作部２６を操作して、任意の遅延量を設定する（ステップＳ２１）。時間測定装置２は、時間差測定及び周期測定を行い（ステップＳ２２）、度数データ１０３及び周期データ１０４を度数データ格納メモリ２７及び周期データ格納メモリ２８に夫々格納する。
【００２４】
演算部２４は、度数データ１０３を読み出し、全サンプルの中から、最も測定頻度の小さい（最小頻度）時間差測定値を算出し（ステップＳ２３）、最小頻度又は所定頻度以下の度数を有する時間差データを、度数を０とする圧縮度数データとして再変換する（ステップＳ２４）。
【００２５】
図９（ａ）〜（ｉ）は、圧縮度数データの具体例を示すヒストグラムである。同図（ａ）〜（ｃ）のヒストグラムは、正規分布形状を示し、同図（ｄ）〜（ｆ）及び（ｇ）〜（ｉ）のヒストグラムは、それ以外の形状を示す。以後、演算部２４が統計時間差を求める処理を、ヒストグラム上で説明する。
【００２６】
演算部２４は、０度及び３６０度に対応する時間差の測定値の度数が０以外であることを調べ、これに基づいて圧縮度数データのヒストグラム形状の山が割れているか否かを判断する（ステップＳ２５）。“ＮＯ”である場合、図９（ａ）、（ｄ）、又は、（ｇ）に示すように、山のすその左側に対応する圧縮度数データを探し、しきい値度数Ｌ１に対応する点Ａ１を選択する（ステップＳ２６）。ヒストグラム上で、点Ａ１から左方向に平行移動し、０度の位相差値を示す左端の縦軸との交点をＡ点にする。同様に、山のすその右側に対応する圧縮度数データを探し（ステップＳ２７）、しきい値度数Ｌ１に対応する点Ｂを選択する。ヒストグラム上で、点Ｂから右方向に平行移動し、３６０度の位相差値を示す右端の縦軸との交点をＢ１点にする。
【００２７】
点Ａから点Ａ１までの直線Ａ−Ａ１、及び、点Ｂから点Ｂ１までの直線Ｂ−Ｂ１は夫々、距離が計測される。点Ａ１から点Ｂまでの直線Ａ１−Ｂは、点Ａと点Ｂ１とが同一点とみなされ、連続した１本の直線として取り扱われる。直線Ａ１−Ｂの距離は、直線Ａ−Ａ１の計測距離と直線Ｂ−Ｂ１の計測距離との合計距離として求めれる。直線Ａ１−Ｂ上で、点Ｂから右方向又は点Ａ１から左方向に、合計距離を２等分した距離だけ平行移動した点を中点Ｏにし、中点Ｏに対応する圧縮度数データの位相角度差の選択値をＤ０にする（ステップＳ２８）。同図（ａ）、（ｄ）、又は、（ｇ）に示すように、中点時間差Ｄ０が１８０度（１／２周期の時間分）以上の場合、中点時間差Ｄ０から１８０度を減算し選択時間差Ｄ１にする。中点時間差Ｄ０が１８０度以下の場合、中点時間差Ｄ０から１８０度を加算し選択時間差Ｄ１にする（ステップＳ２９）。
【００２８】
ステップＳ２５の判断が“ＹＥＳ”である場合、図９（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｈ）、又は、（ｉ）に示すように、圧縮度数データのヒストグラム形状の山の部分は、左右の山すその中心に谷が存在する。左側の山の部分に対して、山のすその右側（右下がり部分）に対応する圧縮度数データを探し、所定の度数Ｌ１に対応する点Ａを選択する（ステップＳ３０）。同様に右側の山の部分に対して、山のすその左側（左下がり部分）に対応する圧縮度数データを探し、所定の度数Ｌ１に対応する点Ｂを選択する（ステップＳ３１）。
【００２９】
点Ａから点Ｂまでの直線Ａ−Ｂを２等分する位置を中点Ｏにし、中点Ｏに対応する圧縮度数データの時間差を中点時間差Ｄ０にする（ステップＳ３２）。同図（ｃ）、（ｆ）、又は、（ｉ）に示すように、中点時間差Ｄ０が１８０度以上の場合、中点時間差Ｄ０から１８０度を減算し選択時間差Ｄ１にする。同図（ｂ）、（ｅ）、又は、（ｈ）に示すように、中点時間差Ｄ０が１８０度以下の場合、中点時間差Ｄ０から１８０度を加算し選択時間差Ｄ１にする（ステップＳ３３）。
【００３０】
演算部２４は、選択時間差Ｄ１に基づいて位相角度差である位相差値１０５を算出し、表示部２５に入力する。表示部２５は、位相差値１０５を角度表示する（ステップＳ３４）。再びステップＳ１１に戻り、測定者は、表示部２５の位相差値１０５に応じてパネル操作部２６を操作し、位相差が１８０度になるように最適な位相調整を行う。
【００３１】
同図（ａ）〜（ｃ）に示すように、圧縮度数データのヒストグラム形状が正規分布の場合、最頻度時間差を選択時間差Ｄ１として採用し、選択時間差Ｄ１を１８０度に合わせると、位相調整は最適になる。しかし、同図（ｄ）〜（ｉ）に示すように、圧縮度数データのヒストグラム形状が正規分布以外の場合、統計時間差を選択時間差Ｄ１として採用すると、ヒストグラム形状の山が割れる恐れがあり、位相調整は不適当になる。本実施形態例の位相調整によれば、圧縮度数データのヒストグラム形状が何れの場合にも、ヒストグラム形状の山が割れずに、位相調整は最適になる。
【００３２】
上記実施形態例によれば、圧縮度数データのヒストグラム形状が何れの場合にも、ヒストグラム形状の山が割れないように、統計時間差を用いて位相角度差を算出するので、アナログメータの指示値に基づいて最適な位相調整が行える。
【００３３】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の時間測定装置は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものでなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した時間測定装置も、本発明の範囲に含まれる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の時間測定装置では、規格化された位相角度差を測定結果として表示するので、入力クロック信号の周波数にかかわらず夫々の測定結果を定量的に比較できる。
【００３５】
また、圧縮度数データのヒストグラム形状が何れの場合にも、ヒストグラム形状の山が割れないように、統計時間差を用いて位相角度差を算出するので、アナログメータの指示値に基づいて最適な位相調整が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例の時間測定装置２及びその測定対象の信号源１のブロック図である。
【図２】図１の信号源１の具体例を示す。
【図３】図１の時間測定装置２の動作を示すフローチャートである。
【図４】時間差測定部２２によって行われる時間差測定を説明するためのタイミイングチャートである。
【図５】周期測定部２３によって行われる周期測定を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】演算部２４によって行われる位相差を算出する際の様子を示すヒストグラムである。
【図７】図１の表示部２５の一例を示す。
【図８】本発明の第２実施形態例の時間測定装置によって行われる位相調整の動作を示すフローチャートである。
【図９】同図（ａ）〜（ｉ）は、圧縮度数データの具体例を示すヒストグラムである。
【図１０】従来の時間測定装置のブロック図である。
【符号の説明】
１信号源
２時間測定装置
１１光ディスク
１２等価器
１３コンパレータ
１４ＰＬＬ回路
２１可変ディレイ部
２２時間差測定部
２３周期測定部
２４演算部
２５表示部
２６パネル操作部
２７度数データ格納メモリ
２８周期データ格納メモリ
１０１データ信号
１０２クロック信号
１０３度数データ
１０４周期データ
１０５位相差値

Claims

２つの信号の立ち上がり又は立ち下がりの時間差を複数回サンプリングして時間差データを生成する時間差測定部と、一方の信号の周期を計測する周期測定部と、前記時間差データに基づいて２つの信号の時間差を統計的演算で求め、該求めた統計時間差と前記周期測定部で計測された周期との比率を演算し、２つの信号の位相角度差を求める演算部とを備え、
前記演算部は、
時間差データをヒストグラムで表し、頻度が所定のしきい値よりも低いヒストグラム曲線に対応する時間差測定値の中間点から、前記周期測定部で測定された周期の１／２だけ離れた位置にある時間差測定値を、前記統計時間差として選択することを特徴とする時間測定装置。
２つの信号の内何れか一方の信号を遅延させて、前記時間差測定部に入力する可変ディレイ部を更に備える、請求項１に記載の時間測定装置。
前記演算部は、前記時間差データから時間差測定値の最頻度を選択して出力する、請求項１または２に記載の時間測定装置。