JP5791536B2

JP5791536B2 - 信号測定装置

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Publication number: JP5791536B2
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Description

本発明は、アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換すると共に、このデジタル信号に基づいてこのアナログ信号の信号特性を測定する信号測定装置に関するものである。

この種の信号測定装置では、オーバーサンプリングアナログデジタル変換装置（以下、単に「Ａ／Ｄ変換装置」ともいう）が使用されており、この種のＡ／Ｄ変換装置では、下記特許文献１に開示されているように、デシメーションフィルタを２段あるいはそれ以上に分けて、徐々に間引く方式が一般的に採られている。この方式を採用することにより、デシメーションフィルタの除去特性を分担させて、高い周波数で動作する第１デシメーションフィルタ（初段のデシメーションフィルタ）の負担を軽減して、ハードウェア量や消費電力を削減することが可能となっている。

特開２０００−３０７３８４号公報（第３頁、第６図）

ところで、デシメーションフィルタを２段あるいはそれ以上（多段）に分けて、徐々に間引く方式を採用したＡ／Ｄ変換装置を使用する信号測定装置では、通常、最終段のデシメーションフィルタから出力されるデジタル信号のみが信号特性（例えば、実効値やピーク値などの電気的特性値）の測定のために使用されている。このデジタル信号は量子化雑音（量子化ノイズ）成分が十分に低減されているため、このデジタル信号を使用して信号特性を測定することにより、アナログ信号の信号特性を高精度で測定することが可能となっている。

しかしながら、オーバーサンプリングされたアナログ信号を構成する基本波の周波数成分以外の周波数成分（基本波の周波数成分よりも高周波側の周波数成分）は、量子化雑音成分と共にデシメーションフィルタによって大きく低減されるため、アナログ信号に含まれている各周波数成分を信号特性としてフーリエ変換処理して測定する必要がある場合には、最終段のデシメーションフィルタから出力されるデジタル信号を使用する構成では、高周波側の周波数成分を正確に測定することができないという課題が存在している。

本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、アナログ信号についての実効値やピーク値などの電気的特性値を高精度で測定し、かつアナログ信号に含まれている周波数成分を正確に測定し得る信号測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の信号測定装置は、アナログ信号をオーバーサンプリングしてデジタル信号に変換して出力するΔΣ型変調部、および当該ΔΣ型変調部から出力される前記デジタル信号のサンプリングレートを段階的に低下させて新たなデジタル信号として出力する多段に接続された複数のデシメーションフィルタで構成されたデジタルフィルタ部を備えたＡ／Ｄ変換器と、前記ΔΣ型変調部から出力される前記デジタル信号と前記複数のデシメーションフィルタからそれぞれ出力される前記新たなデジタル信号とのうちから選択された１つのデジタル信号をフーリエ変換して前記アナログ信号の周波数成分を測定する周波数成分測定処理、および前記複数のデシメーションフィルタのうちの最終段のデシメーションフィルタから出力される前記デジタル信号に基づいて前記アナログ信号の電気的特性値を測定する特性値測定処理を実行する処理部とを備えている。

また、請求項２記載の信号測定装置は、請求項１記載の信号測定装置において、前記ΔΣ型変調部から出力される前記デジタル信号、および前記デジタルフィルタ部から出力される前記新たなデジタル信号を入力すると共に、入力した当該各デジタル信号でのオーバーフローの発生の有無を検出して、当該検出の結果を前記処理部に出力するオーバーフロー検出部を備えている。

また、請求項３記載の信号測定装置は、請求項２記載の信号測定装置において、前記ΔΣ型変調部の前段に配設されて、入力した前記アナログ信号のオフセット量を調整するアナログ信号調整部を備え、前記処理部は、前記オーバーフロー検出部から出力される前記検出の結果が前記オーバーフローの発生有りを示すときには、当該オーバーフローの発生が解消されるように前記アナログ信号調整部における前記オフセット量を調整する。

請求項１記載の信号測定装置では、処理部が、Ａ／Ｄ変換器のデジタルフィルタ部によって高周波側のノイズ成分が十分に低減されている所望のサンプリングレートのデジタル信号に基づいてアナログ信号についての電気的特性値を算出する。したがって、この信号測定装置によれば、このデジタル信号に基づいてこの電気的特性値を高精度で測定することができる。また、この信号測定装置では、処理部が、Ａ／Ｄ変換器のΔΣ変調部から出力されるデジタル信号、およびＡ／Ｄ変換器のデシメーションフィルタから出力されるデジタル信号に基づいて、アナログ信号の周波数成分を測定する。したがって、この信号測定装置によれば、電気的特性値の測定に使用したデジタル信号に基づいてアナログ信号の周波数成分を測定することができるだけでなく、このデジタル信号よりもサンプリングレートの高いデジタル信号（より高い周波数成分を含むデジタル信号）に基づいてアナログ信号の周波数成分を測定することができるため、アナログ信号の周波数成分を広帯域に亘って（より高い周波数の成分まで）測定することができる。

また、請求項２記載の信号測定装置によれば、オーバーフロー検出部が、各デジタル信号を入力すると共に、入力したデジタル信号でのオーバーフローの発生の有無を検出して、その検出の結果を処理部に出力することにより、処理部が、この検出結果に基づいて、デジタル信号のいずれにもオーバーフローが発生していないときに電気的特性値および周波数成分の測定を行うことができるため、正しい電気的特性値および正しい周波数成分を測定することができる。

また、請求項３記載の信号測定装置によれば、オーバーフロー検出部から出力される検出の結果がオーバーフローの発生有りを示すときには、処理部が、オーバーフローが解消されるようにアナログ信号調整部におけるアナログ信号に対するオフセット量を調整するため、デジタル信号のいずれにもオーバーフローが発生していないときに電気的特性値および周波数成分の測定を行うことができるため、正しい電気的特性値および正しい周波数成分をより確実に測定することができる。

信号測定装置１の構成図である。図１のアナログ信号調整部１１の回路図である。オーバーフローの発生の際の動作を説明するための波形図である。

以下、添付図面を参照して、信号測定装置の実施の形態について説明する。

まず、信号測定装置１の構成について、図１を参照して説明する。

信号測定装置１は、図１に示すように、Ａ／Ｄ変換器２、信号切替部３、オーバーフロー検出部４、処理部５、記憶部６および出力部７を備え、入力されるアナログ信号Ｓ１に含まれている周波数成分Ｄｆおよびアナログ信号Ｓ１の電気的特性値Ｄｅを測定する。本例では、電気的特性値Ｄｅとして、アナログ信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓと最大値（ピーク値）Ｄｐとを測定する。

Ａ／Ｄ変換器２は、アナログ信号調整部１１、ΔΣ変調部１２、およびデジタルフィルタ部１３を備えている。

アナログ信号調整部１１は、一例として、入力されるアナログ信号（直流信号、交流信号、または交流信号が重畳された直流信号）Ｓ１を予め規定された増幅率で電圧増幅すると共に、処理部５によって設定されたオフセット量を付与して出力するプログラマブルアンプ、ΔΣ変調部１２での折り返し（エイリアス）信号の発生を防止するためにこの増幅されたアナログ信号Ｓ１の帯域制限を行うアンチエイリアシングフィルタ、およびアンチエイリアシングフィルタから出力されるアナログ信号を入力して、低インピーダンスでアナログ信号Ｓ２として出力する出力バッファ（いずれも図示せず）を備えて構成されている。

本例では、プログラマブルアンプは、一例として、図２に示すように、演算増幅器１１ａ、演算増幅器１１ａの反転入力端子に接続された固定入力抵抗１１ｂ、演算増幅器１１ａの反転入力端子と出力端子との間に接続された帰還用固定抵抗１１ｃ、後述するＣＰＵ２２から出力されるオフセットデータＤｒｅｆに基づいて基準電圧Ｖｒｅｆを発生させるＤ／Ａ変換器１１ｄ、Ｄ／Ａ変換器１１ｄの出力端子とグランド（信号測定装置１の基準電位）との間に直列に接続されて、基準電圧Ｖｒｅｆを分圧して演算増幅器１１ａの非反転入力端子に供給する分圧用固定抵抗１１ｅ，１１ｆを備えて構成されている。この構成により、プログラマブルアンプは、処理部５によって設定されたオフセット量（オフセットデータＤｒｅｆで示される基準電圧Ｖｒｅｆを分圧用固定抵抗１１ｅ，１１ｆで分圧して得られる電圧）を付与して、アンチエイリアシングフィルタに出力可能となっている。

ΔΣ変調部１２は、アナログ信号調整部１１から出力されるアナログ信号Ｓ２を入力すると共に予め規定された周波数のサンプリングクロックに同期して量子化（オーバーサンプリング）することにより、アナログ信号Ｓ２を一例として１ビットのデジタル信号Ｄ１に変換して出力する。

デジタルフィルタ部１３は、一例として、複数（本例では３つ）のデシメーションフィルタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃを備え、各デシメーションフィルタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃがこの順に直列に接続（多段（本例では３段）に接続）されて構成されている。デシメーションフィルタ１３ａは、デジタル信号Ｄ１を入力すると共に、デジタル信号Ｄ１を構成するデータを予め規定された数ずつ平均（例えば移動平均）して間引くことにより、予め規定された周波数ｆ１（アナログ信号Ｓ１の基本波の周波数を超える周波数）をカットオフ周波数とするローパスフィルタとして機能して、デジタル信号Ｄ１に含まれている周波数成分（量子化雑音（量子化ノイズ）を含む周波数ｆ１以上の周波数成分を所定の減衰率で減衰させつつ、より低いサンプリングレートの１ビットのデジタル信号Ｄ２に変換して出力する。

デシメーションフィルタ１３ｂも、デシメーションフィルタ１３ａと同様にして、デジタル信号Ｄ２を入力すると共に、デジタル信号Ｄ２を構成するデータを予め規定された数ずつ平均（例えば移動平均）して間引くことにより、予め規定された周波数ｆ２（ｆ１と同じか、またはその近傍の周波数）をカットオフ周波数とするローパスフィルタとして機能して、デジタル信号Ｄ２に含まれている周波数成分（量子化雑音を含む周波数ｆ２以上の周波数成分を所定の減衰率で減衰させつつ、より低いサンプリングレートの１ビットのデジタル信号Ｄ３に変換して出力する。

最終段のデシメーションフィルタ１３ｃも、デシメーションフィルタ１３ａと同様にして、デジタル信号Ｄ３を入力すると共に、デジタル信号Ｄ３を構成するデータを予め規定された数ずつ平均（例えば移動平均）して間引くことにより、予め規定された周波数ｆ３（ｆ１と同じか、またはその近傍の周波数）をカットオフ周波数とするローパスフィルタとして機能して、デジタル信号Ｄ３に含まれている周波数成分（量子化雑音を含む周波数ｆ３以上の周波数成分を所定の減衰率で減衰させつつ、より低いサンプリングレート（最終的な所望のサンプリングレート）の１ビットのデジタル信号Ｄ４に変換して、Ａ／Ｄ変換器２の外部に出力する。

以上の構成により、デジタルフィルタ部１３は、多段に接続された各デシメーションフィルタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃが周波数ｆ１以上の周波数成分をそれぞれの減衰率で減衰させることにより、全体として周波数ｆ１以上の周波数成分を量子化雑音を含めて十分な減衰量で減衰させて、所望のサンプリングレートのデジタル信号Ｄ４として出力する。

また、Ａ／Ｄ変換器２は、図１に示すように、デジタルフィルタ部１３の最終段のデシメーションフィルタ１３ｃから出力されるデジタル信号Ｄ４だけでなく、ΔΣ変調部１２から出力されるデジタル信号Ｄ１、およびデジタルフィルタ部１３の各デシメーションフィルタ１３ａ，１３ｂからそれぞれ出力されるデジタル信号Ｄ２，Ｄ３についても外部に出力する構成を採用している。

この場合、デジタル信号Ｄ１は、ΔΣ変調部１２から直接出力されるデジタル信号であり、ローパスフィルタとして機能するデシメーションフィルタを一切通過していないデジタル信号であることから、他のデジタル信号Ｄ２〜Ｄ４よりも量子化雑音を多く含むものの、原信号であるアナログ信号Ｓ１に含まれている周波数成分（周波数ｆ１を超える高周波帯域に含まれる周波数成分）を最も多く含んでいる。一方、他のデジタル信号Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４では、含まれる量子化雑音がこの順に減少するものの、アナログ信号Ｓ１の周波数成分（周波数ｆ１を超える高周波帯域に含まれる周波数成分（高周波成分））についてもこの順に減少する。このため、他のデジタル信号Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４では、含まれるアナログ信号Ｓ１の高周波成分がこの順に低下している。

信号切替部３は、例えば、多入力１出力のマルチプレクサで構成されて、Ａ／Ｄ変換器２から出力される各デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を入力すると共に、これらのうちから処理部５によって選択された１つのデジタル信号を選択デジタル信号Ｄ５として処理部５に出力する。

オーバーフロー検出部４は、Ａ／Ｄ変換器２から出力される各デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を入力すると共に、入力した各デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４でのオーバーフローの発生の有無をデジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４毎に検出して、その検出の結果を処理部５に検出データＤ６として出力する。この場合、オーバーフローは、アナログ信号調整部１１から出力されるアナログ信号Ｓ２の振幅がΔΣ変調部１２の定格入力電圧範囲を超えることにより、ΔΣ変調部１２から出力されるデジタル信号Ｄ１がΔΣ変調部１２の上限値または下限値に達したときに発生する。なお、オーバーフロー検出部４では、デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のうちのいずれかが１回でもオーバーフロー（上限値または下限値に達すること）したときに、オーバーフローが発生したと判別する構成を採用することもできるし、オーバーフローが予め規定された回数（２以上の回数）連続したときに、オーバーフローが発生したと判別する構成を採用することもできる。本例では、一例として、オーバーフロー検出部４は後者の構成を採用して、オーバーフローの発生を判別する。

処理部５は、一例として、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）２１およびＣＰＵ（Central Processing Unit ）２２を備えている。ＤＳＰ２１は、本例では、フーリエ変換部２１ａおよびノイズフロア補正部２１ｂを構成している。フーリエ変換部２１ａは、信号切替部３から選択デジタル信号Ｄ５として出力されるデジタル信号（デジタル信号Ｄ１〜Ｄ４のうちから選択された１つのデジタル信号）をフーリエ変換することにより、選択されたデジタル信号に基づいて、アナログ信号Ｓ１の周波数成分Ｄｆ（パワースペクトル）を算出して出力する。以下では、デジタル信号Ｄ５としてのデジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に基づいて算出される各周波数成分Ｄｆをそれぞれ、周波数成分Ｄｆ１，Ｄｆ２，Ｄｆ３，Ｄｆ４ともいうものとする。

ノイズフロア補正部２１ｂは、フーリエ変換部２１ａから出力される周波数成分Ｄｆが周波数成分Ｄｆ１のときには、記憶部６に記憶されているこの周波数成分Ｄｆ１に対応する雑音成分（ノイズ成分）Ｄｎ１を用いて、周波数成分Ｄｆ１における高周波側のノイズ成分を低減する補正を実行することにより、周波数成分Ｄｆ１のノイズフロアをほぼフラット（平坦な状態。一定レベルとなる状態）に補正して、補正周波数成分Ｄｃｆ１として出力する。また、ノイズフロア補正部２１ｂは、フーリエ変換部２１ａから出力される周波数成分Ｄｆが周波数成分Ｄｆ２，Ｄｆ３，Ｄｆ４のときには、記憶部６に記憶されているこれらの周波数成分Ｄｆ２，Ｄｆ３，Ｄｆ４にそれぞれ対応する雑音成分（ノイズ成分）Ｄｎ２，Ｄｎ３，Ｄｎ４を用いて、周波数成分Ｄｆ２，Ｄｆ３，Ｄｆ４における高周波側のノイズ成分を低減する補正をそれぞれ実行することにより、各周波数成分Ｄｆ２，Ｄｆ３，Ｄｆ４のノイズフロアをほぼフラットに補正して、補正周波数成分Ｄｃｆ２，Ｄｃｆ３，Ｄｃｆ４としてそれぞれ出力する。

なお、本例では、デジタル信号Ｄ４については、上記したようにデジタルフィルタ部１３によって高周波側のノイズ成分が十分に低減されて、ノイズフロアはほぼフラットな状態になっている。このため、フーリエ変換部２１ａから出力される周波数成分Ｄｆが周波数成分Ｄｆ４のときには、高周波側のノイズ成分を低減する補正が不要である。このため、補正量がゼロのデータが、周波数成分Ｄｆ４に対応する雑音成分Ｄｎ４として記憶部６に記憶されている。これにより、オーバーフロー検出部４は、フーリエ変換部２１ａから出力される周波数成分Ｄｆが周波数成分Ｄｆ４のときには、補正周波数成分Ｄｃｆ４として周波数成分Ｄｆ４をそのまま出力する。

ＣＰＵ２２は、記憶部６に記憶されている動作プログラムに従って作動して、Ａ／Ｄ変換器２（アナログ信号調整部１１）に対する制御処理、信号切替部３に対する制御処理、ＤＳＰ２１に対する制御処理、および信号測定処理（電気的特性値Ｄｅを測定する特性値測定処理および周波数成分Ｄｆを測定する周波数成分測定処理）を実行する。

記憶部６は、例えば、ＲＡＭなどの半導体メモリや、ＨＤＤ（Hard Disk Drive ）で構成されて、処理部５（ＣＰＵ２２）用の動作プログラム、ノイズフロア補正部２１ｂでの補正用の雑音成分Ｄｎ１，Ｄｎ２，Ｄｎ３，Ｄｎ４、およびＡ／Ｄ変換器２のアナログ信号調整部１１に対するオフセットデータＤｒｅｆについての初期値が予め記憶されている。この雑音成分Ｄｎ１，Ｄｎ２，Ｄｎ３，Ｄｎ４については、ΔΣ変調部１２の特性および各デシメーションフィルタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃの各特性が既知であるため、これらの特性に基づいて予め実験やシミュレーションにより、各デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に対応して算出されている。また、オフセットデータＤｒｅｆの初期値としては、例えば、ゼロボルトを示す値が記憶されているものとする。また、記憶部６には、周波数成分Ｄｆ（補正周波数成分Ｄｃｆ１〜Ｄｃｆ４）および電気的特性値Ｄｅが記憶される。

出力部７は、本例では一例として、液晶ディスプレイなどの表示装置で構成されて、ＣＰＵ２２によって実施された信号測定処理の結果（周波数成分Ｄｆおよび電気的特性値Ｄｅ）を画面上に表示させる。なお、出力部７を外部インターフェース回路で構成して、この外部インターフェース回路を介して接続された外部機器に周波数成分Ｄｆおよび電気的特性値Ｄｅを出力する構成を採用することもできる。

次いで、信号測定装置１の動作について、図面を参照して説明する。

アナログ信号Ｓ１が入力されている状態において、信号測定装置１では、処理部５のＣＰＵ２２が、まず、記憶部６からオフセットデータＤｒｅｆの初期値を読み出して、そのオフセットデータＤｒｅｆの初期値をＡ／Ｄ変換器２のアナログ信号調整部１１に出力する。

これにより、Ａ／Ｄ変換器２では、アナログ信号調整部１１が、入力しているアナログ信号Ｓ１を一定の増幅率で増幅すると共に、ＣＰＵ２２から設定されたオフセットデータＤｒｅｆで示されるオフセット電圧だけオフセットさせて、アナログ信号Ｓ２として出力する。次いで、ΔΣ変調部１２が、アナログ信号調整部１１からのアナログ信号Ｓ２を入力してオーバーサンプリングすることにより、デジタル信号Ｄ１に変換して出力する。続いて、デジタルフィルタ部１３では、多段に接続された各デシメーションフィルタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃが周波数ｆ１以上の周波数成分をそれぞれの減衰率で減衰させて、デジタル信号Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４をそれぞれ出力する。

この状態において、オーバーフロー検出部４は、各デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を入力すると共に、入力した各デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４でのオーバーフローの発生の有無をデジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４毎に検出して、その検出の結果を示す検出データＤ６を処理部５に出力する動作を繰り返し実行する。

次いで、ＣＰＵ２４ｂは、この検出データＤ６に基づいて、デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のうちのいずれがオーバーフローの状態にあるか否か、またオーバーフローの状態にあるときには、上限値または下限値のいずれに達しているのかを判別する。ＣＰＵ２２は、この判別の結果、デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のいずれもがオーバーフローの状態にないと判別したときには、アナログ信号調整部１１に対して設定したオフセットデータＤｒｅｆ（つまり、このデータで示されるオフセット電圧）が適正である（つまり、アナログ信号調整部１１から出力されるアナログ信号Ｓ２が図３において実線で示すように、ΔΣ変調部１２の定格入力電圧の範囲内に含まれている）と判別して、アナログ信号調整部１１に対して新たなオフセットデータＤｒｅｆの再設定を行う制御処理は実行せずに、信号測定処理に移行する。

一方、ＣＰＵ２２は、デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のうちのいずれかがオーバーフローの状態（アナログ信号Ｓ２がΔΣ変調部１２の定格入力電圧の上限値および下限値の少なくとも一方に達している状態（例えば、図３において一点鎖線で示すように、上限値に達している状態））にあると判別したときには、アナログ信号調整部１１に対して新たなオフセットデータＤｒｅｆを設定し直す制御処理（オフセットデータＤｒｅｆを再設定する制御処理）を実行して、デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のいずれもがオーバーフローしていない状態に移行させた後に、信号測定処理に移行する。

具体的には、ＣＰＵ２２は、デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のうちのいずれかが上限値に達してオーバーフローの状態にあると判別したときには、デジタル信号を下限値側にシフトさせるオフセットデータＤｒｅｆをアナログ信号調整部１１に対して再設定する制御処理を実行する。逆に、デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のうちのいずれかが下限値に達してオーバーフローの状態にあると判別したときには、ＣＰＵ２２は、デジタル信号を上限値側にシフトさせるオフセットデータＤｒｅｆをアナログ信号調整部１１に対して再設定する制御処理を実行する。ＣＰＵ２２は、オーバーフロー検出部４から出力される検出データＤ６に基づいて、オーバーフローの有無を検出しつつ、オーバーフロー有りのときにはアナログ信号調整部１１に対するオフセットデータＤｒｅｆの再設定を繰り返すことにより、デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のいずれもがオーバーフローしていない状態（オーバーフローが解消された状態）に移行させる。

続いて、ＣＰＵ２２は、このようにデジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４がすべてオーバーフローしていない状態において、信号測定処理を実行する。この信号測定処理では、ＣＰＵ２２は、アナログ信号Ｓ１の電気的特性値Ｄｅと、アナログ信号Ｓ１に含まれている周波数成分Ｄｆとを、アナログ信号Ｓ１の信号特性として測定する特性値測定処理を実行する。

特性値測定処理では、ＣＰＵ２２は、Ａ／Ｄ変換器２から出力されるデジタル信号Ｄ４に基づいて、アナログ信号Ｓ１の電気的特性値Ｄｅを測定する。このデジタル信号Ｄ４は、アナログ信号Ｓ１を所望のサンプリングレートでサンプリングしたデータであり、かつ高周波側のノイズ成分が十分に低減されているデータである。このため、ＣＰＵ２２は、このデジタル信号Ｄ４に基づいて、電気的特性値Ｄｅ（本例では、実効値Ｄｒｍｓおよび最大値Ｄｐ）を高精度で算出（測定）して、記憶部６に記憶させる。これにより、特性値測定処理が完了する。

次いで、ＣＰＵ２２は、周波数成分測定処理を実行する。この周波数成分測定処理では、ＣＰＵ２２は、まず、信号切替部３に対する制御を実行して、選択デジタル信号Ｄ５として各デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４をＤＳＰ２１に順次出力させることにより、デジタル信号Ｄ１に基づくアナログ信号Ｓ１の周波数成分Ｄｆ１の算出、デジタル信号Ｄ２に基づくアナログ信号Ｓ１の周波数成分Ｄｆ２の算出、デジタル信号Ｄ３に基づくアナログ信号Ｓ１の周波数成分Ｄｆ３の算出、およびデジタル信号Ｄ４に基づくアナログ信号Ｓ１の周波数成分Ｄｆ４の算出をＤＳＰ２１に実行させる。

具体的には、ＣＰＵ２２は、アナログ信号Ｓ１の周波数成分Ｄｆ１を算出する際には、まず、記憶部６から読み出した雑音成分Ｄｎ１をＤＳＰ２１のノイズフロア補正部２１ｂに出力し、次いで、信号切替部３に対する制御処理を実行して、選択デジタル信号Ｄ５としてデジタル信号Ｄ１をＤＳＰ２１に出力させる。ＤＳＰ２１では、フーリエ変換部２１ａがこのデジタル信号Ｄ１に基づいて周波数成分Ｄｆ１を算出し、ノイズフロア補正部２１ｂが、フーリエ変換部２１ａから周波数成分Ｄｆ１を取得すると共に、周波数成分Ｄｆ１の高周波側のノイズ成分をＣＰＵ２２から取得した雑音成分Ｄｎ１を用いて低減する補正を実行して、補正周波数成分Ｄｃｆ１としてＣＰＵ２２に出力する。ＣＰＵ２２は、ＤＳＰ２１からこの補正周波数成分Ｄｃｆ１を取得して、記憶部６に記憶させる。

また、ＣＰＵ２２は、アナログ信号Ｓ１の周波数成分Ｄｆ２を算出する際には、まず、記憶部６から読み出した雑音成分Ｄｎ２をＤＳＰ２１のノイズフロア補正部２１ｂに出力し、次いで、信号切替部３に対する制御処理を実行して、選択デジタル信号Ｄ５としてデジタル信号Ｄ２をＤＳＰ２１に出力させる。ＤＳＰ２１では、フーリエ変換部２１ａがこのデジタル信号Ｄ２に基づいて周波数成分Ｄｆ２を算出し、ノイズフロア補正部２１ｂが、フーリエ変換部２１ａから周波数成分Ｄｆ２を取得すると共に、周波数成分Ｄｆ２の高周波側のノイズ成分をＣＰＵ２２から取得した雑音成分Ｄｎ２を用いて低減する補正を実行して、補正周波数成分Ｄｃｆ２としてＣＰＵ２２に出力する。ＣＰＵ２２は、ＤＳＰ２１からこの補正周波数成分Ｄｃｆ２を取得して、記憶部６に記憶させる。

また、ＣＰＵ２２は、同様にして、記憶部６から読み出した雑音成分Ｄｎ３をＤＳＰ２１のノイズフロア補正部２１ｂに出力し、次いで、信号切替部３に対する制御処理を実行して、選択デジタル信号Ｄ５としてデジタル信号Ｄ３をＤＳＰ２１に出力させることにより、ＤＳＰ２１に補正周波数成分Ｄｃｆ３を出力させて、この補正周波数成分Ｄｃｆ３を記憶部６に記憶させる。また、ＣＰＵ２２は、同様にして、記憶部６から読み出した雑音成分Ｄｎ４をＤＳＰ２１のノイズフロア補正部２１ｂに出力し、次いで、信号切替部３に対する制御処理を実行して、選択デジタル信号Ｄ５としてデジタル信号Ｄ４をＤＳＰ２１に出力させることにより、ＤＳＰ２１に補正周波数成分Ｄｃｆ４を出力させて、この補正周波数成分Ｄｃｆ４を記憶部６に記憶させる。

これにより、各デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に基づくアナログ信号Ｓ１の周波数成分Ｄｆ１，Ｄｆ２，Ｄｆ３，Ｄｆ４（本例では、ノイズフロア補正された補正周波数成分Ｄｃｆ１，Ｄｃｆ２，Ｄｃｆ３，Ｄｃｆ４）の測定が完了し、周波数成分測定処理が完了する。

最後に、ＣＰＵ２２は、アナログ信号Ｓ１の電気的特性値Ｄｅと、各デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に基づいて算出したアナログ信号Ｓ１に含まれている補正周波数成分Ｄｃｆ１，Ｄｃｆ２，Ｄｃｆ３，Ｄｃｆ４とを記憶部６から読み出して、出力部７に出力して、画面に表示させる。これにより、信号測定処理が完了する。

このように、この信号測定装置１では、処理部５のＣＰＵ２２が、Ａ／Ｄ変換器２のデジタルフィルタ部１３によって高周波側のノイズ成分が十分に低減されている所望のサンプリングレートのデジタル信号Ｄ４に基づいてアナログ信号Ｓ１についての電気的特性値Ｄｅを算出する。したがって、この信号測定装置１によれば、このデジタル信号Ｄ４に基づいてこの電気的特性値Ｄｅを高精度で測定することができる。

また、この信号測定装置１では、処理部５のＤＳＰ２１が、Ａ／Ｄ変換器２のΔΣ変調部１２から出力されるデジタル信号Ｄ１、およびＡ／Ｄ変換器２の各デシメーションフィルタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃから出力されるデジタル信号Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４（サンプリングレートの異なるデジタル信号）に基づいて、アナログ信号Ｓ１の周波数成分Ｄｆ１，Ｄｆ２，Ｄｆ３，Ｄｆ４（本例では、ノイズフロア補正された補正周波数成分Ｄｃｆ１，Ｄｃｆ２，Ｄｃｆ３，Ｄｃｆ４）を測定する。したがって、この信号測定装置１によれば、電気的特性値Ｄｅの測定に使用したデジタル信号Ｄ４に基づいてアナログ信号Ｓ１の周波数成分Ｄｆを測定することができるだけでなく、デジタル信号Ｄ４よりもサンプリングレートの高いデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３（より高い周波数成分を含むデジタル信号）に基づいてアナログ信号Ｓ１の周波数成分Ｄｆを測定することができるため、アナログ信号Ｓ１の周波数成分Ｄｆを広帯域に亘って（より高い周波数の成分まで）測定することができる。

また、この信号測定装置１では、オーバーフロー検出部４が、各デジタル信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を入力すると共に、入力したデジタル信号Ｄ１〜Ｄ４でのオーバーフローの発生の有無を検出して、その検出の結果を処理部５のＣＰＵ２２に出力する。したがって、この信号測定装置１によれば、ＣＰＵ２２が、オーバーフロー検出部４での検出結果に基づいて、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ４のいずれにもオーバーフローが発生していないときに電気的特性値Ｄｅおよび周波数成分Ｄｆ（本例では補正周波数成分Ｄｃｆ１，Ｄｃｆ２，Ｄｃｆ３，Ｄｃｆ４）の測定を行うことができるため、正しい電気的特性値Ｄｅおよび正しい周波数成分Ｄｆを測定することができる。

また、この信号測定装置１によれば、処理部５のＣＰＵ２２が、オーバーフロー検出部４から出力される検出の結果がオーバーフローの発生有りを示すときには、オーバーフローが解消されるようにアナログ信号調整部１１におけるアナログ信号Ｓ１に対するオフセット量を調整するため、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ４のいずれにもオーバーフローが発生していないときに電気的特性値Ｄｅおよび周波数成分Ｄｆ（本例では補正周波数成分Ｄｃｆ１，Ｄｃｆ２，Ｄｃｆ３，Ｄｃｆ４）の測定を行うことができるため、正しい電気的特性値Ｄｅおよび正しい周波数成分Ｄｆをより確実に測定することができる。

なお、上記の信号測定装置１では、信号切替部３がＡ／Ｄ変換器２から出力されるデジタル信号Ｄ１〜Ｄ４をすべて入力して処理部５に出力し、処理部５が各デジタル信号Ｄ１〜Ｄ４に基づいてアナログ信号Ｓ１の周波数成分Ｄｆ１〜Ｄｆ４（最終的には、補正周波数成分Ｄｃｆ１，Ｄｃｆ２，Ｄｃｆ３，Ｄｃｆ４）を算出する構成を採用しているが、信号切替部３がデジタル信号Ｄ１〜Ｄ４のうちの必要なデジタル信号にのみを入力して処理部５に出力することにより、アナログ信号Ｓ１の必要な周波数成分Ｄｆのみを算出する構成（例えば、最も高周波成分を多く含むデジタル信号Ｄ１にのみ基づいて周波数成分Ｄｆ１のみを算出する構成）を採用することもできる。

また、上記のデジタルフィルタ部１３では、デシメーションフィルタを３段で構成したが、３段未満（２段）に構成することもできるし、４段以上に構成することもできる。また、上記の信号測定装置１では、Ａ／Ｄ変換器２内にアナログ信号調整部１１を配設して、オーバーフロー検出部４での検出結果に基づいて、アナログ信号Ｓ１に付与するオフセット量を再設定する構成を採用しているが、例えば、アナログ信号Ｓ１が、初期状態においてはΔΣ変調部１２の定格入力電圧範囲を超えるが、最終的には（例えば、予め規定された時間以内に）この定格入力電圧範囲内に収束する性質を有する信号である場合には、処理部５のＣＰＵ２２がオーバーフロー検出部４から出力される検出データＤ６に基づいてＡ／Ｄ変換器２でのオーバーフローの発生状態を判別しつつ、オーバーフローの発生が解消されたときにアナログ信号Ｓ１についての電気的特性値Ｄｅおよび周波数成分Ｄｆを測定することで、電気的特性値Ｄｅおよび周波数成分Ｄｆを正しく測定することができる。このため、このような場合には、アナログ信号調整部１１を省く構成を採用することもできる。

さらには、アナログ信号Ｓ１がΔΣ変調部１２の定格入力電圧範囲内に収まるように予めオフセットや振幅が調整されている信号であるときには、アナログ信号調整部１１のみならず、オーバーフロー検出部４についても省略することができる。また、Ａ／Ｄ変換器２内におけるΔΣ変調部１２の前段にアナログ信号調整部１１を配設する構成を採用したが、Ａ／Ｄ変換器２の前段にアナログ信号調整部を配設する構成を採用することもできる。また、処理部５のＤＳＰ２１にノイズフロア補正部２１ｂを配設して、ノイズフロア補正部２１ｂが、周波数成分Ｄｆにおける高周波側のノイズ成分を、記憶部６に記憶されているこの周波数成分Ｄｆに対応する雑音成分（ノイズ成分）Ｄｎを用いて低減する補正を実行する構成を採用しているが、この補正が不要な場合には、ノイズフロア補正部２１ｂを省略する構成を採用することもできる。

また、ΔΣ変調部１２がアナログ信号Ｓ２を１ビットのデジタル信号Ｄ１に変換して出力する構成を採用した例について上記したが、アナログ信号Ｓ２を多ビットのデジタル信号Ｄ１に変換して出力する構成を採用することもできる。

１信号測定装置
２Ａ／Ｄ変換器
３信号切替部
４オーバーフロー検出部
５処理部
１１アナログ信号調整部
１２ ΔΣ変調部
１３デジタルフィルタ部
１３ａ，１３ｂ，１３ｃデシメーションフィルタ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４デジタル信号
Ｄｅ電気的特性値
Ｄｆ周波数成分
Ｓ１，Ｓ２アナログ信号

Claims

アナログ信号をオーバーサンプリングしてデジタル信号に変換して出力するΔΣ型変調部、および当該ΔΣ型変調部から出力される前記デジタル信号のサンプリングレートを段階的に低下させて新たなデジタル信号として出力する多段に接続された複数のデシメーションフィルタで構成されたデジタルフィルタ部を備えたＡ／Ｄ変換器と、
前記ΔΣ型変調部から出力される前記デジタル信号と前記複数のデシメーションフィルタからそれぞれ出力される前記新たなデジタル信号とのうちから選択された１つのデジタル信号をフーリエ変換して前記アナログ信号の周波数成分を測定する周波数成分測定処理、および前記複数のデシメーションフィルタのうちの最終段のデシメーションフィルタから出力される前記デジタル信号に基づいて前記アナログ信号の電気的特性値を測定する特性値測定処理を実行する処理部とを備えている信号測定装置。
前記ΔΣ型変調部から出力される前記デジタル信号、および前記デジタルフィルタ部から出力される前記新たなデジタル信号を入力すると共に、入力した当該各デジタル信号でのオーバーフローの発生の有無を検出して、当該検出の結果を前記処理部に出力するオーバーフロー検出部を備えている請求項１記載の信号測定装置。
前記ΔΣ型変調部の前段に配設されて、入力した前記アナログ信号のオフセット量を調整するアナログ信号調整部を備え、
前記処理部は、前記オーバーフロー検出部から出力される前記検出の結果が前記オーバーフローの発生有りを示すときには、当該オーバーフローの発生が解消されるように前記アナログ信号調整部における前記オフセット量を調整する請求項２記載の信号測定装置。